第二节煤炭气化原理
第二节煤炭气化原理
煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂进行多相反应产生碳的氧化物、氢、甲烷的过程，主要是固体燃料中的碳与气相中的氧、水蒸气、二氧化碳、氢之间相互作用。也可以说，煤炭气化过程是将煤中无用固体脱除，转化为可作为工业燃料、城市煤气和化工原料气的过程。 一、气化过程主要化学反应
使用不同的气化剂可制取不同种类的煤气，主要反应都相同。煤炭气化过程可分为均相和非均相反应两种类型。即非均相的气-固相反应和均相气-气相反应。生成煤气的组成取决于这些反应的综合过程。由于煤结构很复杂，其中含有碳、氢、氧和硫等多种元素，在讨论基本化学反应时，一般仅考虑煤中主要元素碳和在气化反应前发生的煤的干馏或热解，即煤的气化过程仅有碳、水蒸气和氧参加，碳与气化剂之间发生一次反应，反应产物再与燃料中的碳或其他气态产物之间发生二次反应。主要反应如下。 一次反应：
22C+O CO → H ?= 394.1 kJ/mol 22C+H O CO+H → H ?= －135.0 kJ/mol
21
C+
O CO 2
→ H ?=110.4 kJ/mol （2-4） 222C+2H O CO +2H → H ?=96.6 kJ/mol （2-5）
24C+2H CH H ?=84.3 kJ/mol （2-6）
2221
H +
O H O 2
H ?= 245.3 kJ/mol (2-7) 二次反应：
2C+CO 2CO H ?= －173.3 kJ/mol 222CO+O 2CO
H ?= 566.6 kJ/mol (2-8)
2
2
2C O +H O H C O
+
H ?= 38.4 kJ/mol (2-9) 242CO+3H CH H O + H ?= 219.3 kJ/mol (2-10) 243C+2H O CH 2CO →+ H ?= 185.6 kJ/mol (2-11) 2422C+2H O CH CO →+ H ?= 12.2 kJ/mol (2-12)
根据以下反应产物，煤炭气化过程可用下式表示：
O H H CO CO CH C 2224+++++?????→?高温、加压、气化剂煤
在气化过程中，如果温度、压力不同，则煤气产物中碳的氧化物即一氧化碳与二氧化碳的比率也不相同。在气化时，氧与燃料巾的碳在煤的表面形成中间碳氧配合物C O x y ，然后在不同条件下发生热解，生成CO 和2CO 。即：
2C O CO CO x y m n →+
因为煤中有杂质硫存在，气化过程中还可能同时发生以下反应：
22S+O SO 2222SO 3H H S+2H O +
222SO 2CO S+2CO + 2222H S+SO 3S+2H O 2C+2S CS CO+S COS
223N +3H 2NH
2223
N +H O+2CO 2HCN+O 2
22N +O 2NO x x
在以上反应生成物中生成许多硫及硫的化合物，它们的存在可能造成对设备的腐蚀和对环境的污染。在第六章中，还要详细介绍硫及其化合物对煤气的危害及净化方法。 前已述及。煤炭与不同气化剂反应可获得空气煤气、水煤气、混合煤气、半水煤气等。其反应后组成如表2-1所示。
表2-1工业煤气组成
二、气化过程的物理化学基础
煤的反应性是指煤的化学活性，是煤与气化剂中的氧、水蒸气、二氧化碳等的反应能力。煤的反应性是决定气化方法的一个重要因素。影响反应性的冈素很多，如煤化度、煤的岩相组成、煤的热解及预处理条件、内表面积及煤中矿物质种类及含量等。
煤炭气化的总过程有两种类型的反应，即非均相反应和均相反应。前者是气化剂或气态反应产物与固体煤或煤焦的反应；后者是气态反应产物之间的相互作用或与气化剂的反应。 煤的气化过程是一个热化学过程，影响其化学过程的因素很多，除了气化介质、燃料接触方式影响外，其工艺条件的影响也必须考虑。为了清楚地分析、选择工艺条件，现首先分析煤炭气化过程中的化学平衡及反应速度。 (一)气化反应的化学平衡
在煤炭气化过程中，有相当多的反应是可逆过程。特别是在煤的二次气化中，几乎均为可逆反应。在一定条件下，当正反应速度与逆反应速度相等时，化学反应达到化学平衡。
A B C D m n p q ++
[][]n
m p p k V B A 正正= [][]q
p p p k D C V 正逆=
化学平衡时： []
[][]
[]A B C D m
n p
q
k p p k p p =正逆
[][][][]C D A B p
q
p m n
p p k K k p p ==正逆 (2-13) 式中 p K ——化学反应平衡常数；
i p ——各气体组分分压(i 分别代表A 、B 、C 、D)，kPa ； k 正、k 逆——分别为正、逆反应速度常数。
1．温度的影响
温度是影响气化反应过程煤气产率和化学组成的决定性因素。温度对化学平衡的关系如下：
lg 2.303p H
K C RT
-?=
+ (2-14)
式中 R ——气体常数，8.314 kJ/(kmol ·K)； T ——绝对温度，K ；
H ?——反应热效应，放热为负，吸热为正； C ——常数。
从上式可以看出·若H ?为负值时，为放热反应，温度升高，p K 值减小，对于这类反应，一般来说降低反应温度有利于反应的进行。反之，若H ?为正值时，即吸热反应，温度升高，p K 值增大，此时升高温度有利于反应的进行。 例如气化反应式(2-2)、式(2-3)，其反应如下： 22C+H O H CO + H ?= －135.0 kJ/mol (2-2) 2C+CO 2CO
H ?= －173.3 kJ/mol (2-3)
两反应过程均为吸热反应，由式(2-14)分析得知，在这两个反应进行过程中，升高温度，平衡向吸热方向移动，即升高温度对主反应有利。
C 与2CO 反应生成CO ，反应如式(2-3)所示，反应在不同温度下2CO 与CO 的平衡组成如表2-2所示。
表2-2 在不同温度下的反应中2CO 与CO 的平衡组成
温度/℃ 450 650 700 750 800 850 900 950 1000 φ(CO 2)/％ 97.8 60.2 41.3 24.1 12.4 5.9 2.9 1.2 0.9 φ(CO)/％
2.2
39.8
58.7
75.9
87.6
94.1
97.1
98.8
99.1
从表2-2中可以看到，随着温度升高，其还原产物CO 的含量增加。当温度升高到1000℃时，CO 的平衡组成为99.1％。
在前面提到的可逆反应中，有很多是放热反应，温度过高对反应不利，如式(2-8)、式(2-10)。
222CO+O 2CO H ?= 566.6 kJ/mol (2-8)
242CO+3H CH H O + H ?= 219.3 kJ/mol (2-10) 在式(2-10)中，如有1％的CO 转化为甲烷，则气体的绝热温升为60~70℃。在合成气中CO 的组成大约为30％左右，因此，反应过程中必须将反应热及时移走，使得反应在一定的温度范围内进行，以确保不发生由于温度过高而引起催化剂烧结的现象发生。 2．压力的影响
平衡常数p K 不仅是温度函数，而且随压力变化而变化。压力对于液相反应影响不大，而对于气相或气液相反应平衡的影响是比较显著的。根据化学平衡原理，升高压力平衡向气体体积减小的方向进行；反之，降低压力，平衡向气体体积增加方向进行。在煤炭气化的一次反应中，所有反应均为增大体积的反应，故增加压力，不利于反应进行。可由下列公式得出：
u
p N K K p ?= (2-15) 式中 p K ——用压力表示的平衡常数； N K ——用物质的量表示的平衡常数；
u ?——反应过程中气体物质分子数的增加(或体积的增加)。
理论产率决定于N K ，并随N K 的增加而增大。当反应体系的平衡压力p 增加时的u p
?值由u ?决定。
如果u ?<0，增大压力p 后，u p ?减小。则由于p K 是不变的，如果N K 保持原来的值不变，就不能维持平衡，所以当压力增高时N K 必然增加，因此加压有利。即加压使平衡向体积减少或分子数减小的方向移动。
如果u ?>0．则正好相反，加压将使平衡向反应物方向移动，因此，加压对反应不利，这类反应适宜在常压甚至减压下进行。
如果u ?=0，反应前后体积或分子数无变化，则压力对理论产率无影响。 例如，在下列反应中： 2C+CO 2CO
H ?= －173.3 kJ/mol
u ?=2－l = l ，此时u ?>0，即反应后气体体积或分子数增加，如增大压力，则使u p ?增大，
平衡向左移动；相反，如此时减小压力，平衡则向右移动；因此上述反应适宜在减压下进行。 图2-4为粗煤气组成与气化压力的关系图，从图中可见，压力对煤气中各气体组成的影响不同，随着压力的增加，粗煤气中甲烷和二氧化碳含量增加，而氢气和一氧化碳含量则减少。因此，压力越高，一氧化碳平衡浓度越低，煤气产率随之降低。
图2-4 粗煤气组成与气化压力的关系
由上述可知，在煤炭气化中，可根据生产产品的要求确定气化压力，当气化炉煤气主要用作化工原料时，可在低压下生产；当所生产气化煤气需要较高热值时，可采用加压气化。这是因为压力提高后，在气化炉内，在2H 气氛中，4CH 产率随压力提高迅速增加，发生如下反应：
24C+2H CH
H ?=84.3 kJ/mol
242CO+3H CH H O + H ?=219.3 kJ/mol 2242CO +4H CH 2H O + H ?=162.8 kJ/mol 2242CO+2H CO +CH H ?= 247.3 kJ/mol
上述反应均为缩小体积的反应，加压有利于4CH 生成，而甲烷生成反应为放热反应，其反应热可作为水蒸气分解、二氧化碳等吸热反应热源，从而减少了碳燃烧中氧的消耗。也就是说，随着压力的增加，气化反应中氧气消耗量减少；同时，加压可阻止气化时上升气体中所带出物料的量．有效提高鼓风速度，增大其生产能力。
在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数量相等，则出炉煤气动压头相等，可近
似得出，加压气化炉与常压气化炉生产能力之比如下式所示：
21V V = (2-16) 对于常压气化炉，1p 通常略高于大气压，当1p =0.1078MPa 左右时，常压、加压炉的气化温度之比1/T T =1.1～1.25，则由式(2-16)可得： 21V /V =3.19～
(2-17)
例如气化压力为2.5～3MPa 的鲁奇加压气化炉，其生产能力将比常压下高5～6倍；又如(鲁尔-100)气化炉，当把压力从2 .5MPa 提高到9.5MPa 时，粗煤气中甲烷含量从9％增至17％，气化效率从8％提高到85％。煤处理量增加一倍．氧耗量降低10％～30％。但是，从下列反应：
22C+H O H CO +
H ?= －135.0 kJ/mol
可知，增加压力，平衡左移，不利于水蒸气分解，即降低了氢气生成量。故增加压力，水蒸气消耗量增多。见图2-5气化压力与蒸汽消耗量的关系。
图2-5 气化压力与蒸汽消耗量的关系
(二)质量传递过程——反应历程
气化反应时，在固体（碳）表面进行的非均相气化反应分为以下几个步骤。 ①气体反应物向固体（碳）表面转移或扩散。 ②气体反应物被吸附在固体（碳）表面。
③被吸附的气体反应物在固体（碳）表面起反应而形成中间配合物。
④中间配合物的分解或与气相中到达固体（碳）表面的气体分子发生反应。
⑤反应物从固体（碳）表面解吸并扩散到气相。
气化反应速度除了与第③、④步的化学反应速度有关外，还取决于第①、②、⑤步的物理扩散过程。煤炭气化时，包括了碳的氧化、二氧化碳还原、水蒸气分解二个主要气固相过程，现分别说明如下。 1．碳在气化过程中的氧化
实验证明．碳与氧的反应与温度、氧气分压及流体动力条件有关，不同条件下，所获得的煤气中碳的氧化物比例()()2V CO :V CO ????不同。一般认为，碳与氧气作用首先在煤的表面形成未知组成的中间碳氧配合物，而后在分解的同时产生CO 和2CO ，反应过程如下式所示：
2C+
C O CO CO 2
x y y
x m n →+ 任t <1200℃时，一级反应产物CO 与2CO 的物质的量相等，即CO n =2CO n ；而在较高温度t >1 600℃(零级反应)时，CO n =22CO n ，反应速率方程如下：
a S V n k p = (2-18)
式中 p ——反应气体中氧的分压，kPa ； n ——反应级数，0～1之间；
S k ——反应速率常数，可表示为修正的阿累尼乌斯公式，S exp()N
E
k AT RT
=-； A ——频率因子，由实验确定； E ——反应活化能； T ——反应温度，K ；
N ——反应指数，大多研究者取为零。 2．二氧化碳在气化过程中的还原
碳将二氧化碳还原成一氧化碳是重要的二次反应，该反应很大程度上确定了所获得的煤气的质量。
在这一还原反应中，温度对反应的影响很大，在较低温度下，还原速度较小，当温度大于300℃时，还原反应以显著速度进行，其还原过程足复杂的多项反应，形成固体表面配合物C O x y 及其分解产物。其中，化学吸收过程分为三步，第一步是2CO 和燃料中的碳在碳表面形成六环形的碳氧初次配合物；第二步是六环形的碳氧配合物分解形成放射性的CO 和非
活性二次碳氧配合物；第三步是非活性碳氧配合物分解形成非活性的分了CO 和C 的游离原子。反应速度公式如下：
2
2
1CO a 2CO 3CO V 1k p k p k p =
++ (2-19)
式中 1k 、2k 、3k ——分别为表面氧化物分解生成CO 并逸人气相及CO 的解吸等过程
的个别阶段的常数。
3水蒸气分解过程
碳与水蒸气反应由下列多相化学反应组成。
一次反应： 22C+H O H +CO 222C+2H O 2H +CO 二次反应： 2C+CO 2CO
222CO+H O CO H +
由于存在二次反应，水蒸气分解过程类似于C 与2O 和C 与2CO 的反应，碳与水蒸气的反应过程中同样形成表面碳氧配合物。
反应第一步是碳与水蒸气在碳表面进行物理吸附；第二步是生成碳氧配合物，这是化学吸附过程。而水蒸气中的氢在中间配合物生成的同时分离出来并被碳表面吸附。然后在高温作用下脱附生成2H ，所形成的中间配合物C O x y 既可在高温下分解，也可能由于气相中水蒸气与之反应生成CO 。反应速率方程式如下： 2221H O
a 2H 3H O
V 1k p k p k p =
++
式中 2H p 、2H O p ——分别为氢和水蒸气的分压，kPa ； 1k ——在碳表面上水蒸气的吸附速度常数； 2k ——氢的吸附和解吸平衡常数；
3k ——碳与吸附的水蒸气分子之间的反应速率常数。 三、煤气平衡组成的计算
(一)以空气为气化剂时煤气组成的计算
1．碳与氧平衡组成的计算
以卒气为气化剂的生产过程中，煤气组成主要由下面四个反应平衡状态确定： 22C+O CO → H ?= 394.1 kJ/mol 22C+O 2CO → H ?= 220.8 kJ/mol 2C+CO 2CO
H ?= －173.3 kJ/mol
222CO+O 2CO → H ?= 566.6 kJ/mol 212
CO O p p k p =
(2-21)
2
2
2CO O p p k p = (2-22) 32
2CO
CO p p k p = (2-23) 2
422CO
2O CO
p p k p p
=
(2-24)
式中，1p k 、2p k 、3p k 、4p k 分别为反应式(2-1)、式(2-3)、式(2-4)、式(2-8)的平衡常数，平衡常数与温度的关系如表2-3所示。
表2-3平衡常数与温度的关系
由上表可见，反应式(2-1)、式(2-3)、式(2-8)在温度为700～1700℃范围内时，由1p k 、
2p k 、4p k 可见，三个方程中反应物几乎完全反应，即以上三个反应是不可逆的。而式(2-7)
却不同，从3p k 可见，在煤气发生炉中可能的温度变化范围内，其平衡常数的对数值，在正、
负值之间变动，即其平衡组成中的CO 和2CO 的相对含量，随平衡时温度的不同变化很大。 式(2-7)的平衡常数与温度的关系可用如下经验式表示： 321000
ln 21.4p k T
=-
+ (2-25) 如平衡时气体总压为p ，各组分的分压分别为CO p 和2CO p ，设气体中只有CO 和2CO 两种气体，CO 的物质的量的分率为x ，则CO p =px ，2CO p =p (1－x )，由此可得3p k ：
3222
CO CO 1p p px k p x
==- (2-26) 由表2-3、式(2-13)可计算出不同压力、不同温度下的x 值，即可求出平衡时CO 、2CO 的组成。
工业生产中如果以空气为气化剂，因而与空气中的氧同时进入煤气发生炉的还有氮气。由于氮气的存在，稀释了气体混合物中一氧化碳与二氧化碳的浓度，也就是降低了它们的分压，因此，平衡向生成一氧化碳的方向移动。
空气中氮与氧的体积比为79／21=3.76，因体积比即为物质的量之比，由于每生成1mol 2CO 总是同时消耗1mol 2O ，若设式(2-4)反应之前已有1mol 2CO 生成，即反应消耗了1mol 2O ，并带人3.76 mol 的氮，那么空气的物质的量为3.76＋1＝4.76mol 。也就是说，
2CO 还原前空气的总物质的量为4.76mol 。若按式(2-4)进行反应，设二氧化碳的平衡转化
率为α，则平衡时二氧化碳的物质的量为1－α，一氧化碳的物质的量为2α，平衡时的气体总数为3.76＋(1－α)＋2α一4.76＋α，即反应后气体总量比反应前增加了αmol 。 由此可得平衡时的二氧化碳和一氧化碳的分压分别为如下：
2CO 14.76p p α
α-=+
CO
24.76p p αα
=+
所以 ()()
3222
CO CO 44.761p p k p
p ααα==+-
3
p α=
(2-27)
式中
α——二氧化碳的平衡转化率。
由式(2-21)可求得不同压力与温度下的α值。表2-4为总压在101.3kPa 时空气煤气的平衡组成。
表2-4总压在101.3kPa 时空气煤气的平衡组成
2．碳与氧反应的产物组成和用气量计算
在生产过程巾中，碳与氧的反应难以达到平衡，一氧化碳、二氧化碳和没有消耗尽的氧气同时存在。如以空气为气化剂，空气用量为V 空，发生一次反应产生煤气为V ，煤气中的一氧化碳、二氧化碳、氮气与过剩的氧气分别用CO y 、2CO y 、2N y 、2O y 表示，则产物组成和用气量可计算如下。 一次反应(空气吹风)：
22C+O CO → 21
C+
O CO 2
→ 取V 空等于1 m 3为计算基准．由上述反应可知，当生成二氧化碳时反应前后无体积变化，而当生成一氧化碳时，因()2V O ：()V CO ＝1：2，即0.5mol 氧气反应，生成lmol 一氧化碳，气体体积则增加了一氧化碳的0.5倍。
因为 CO 1
V V V 2
=+
空 CO CO V V y =?
所以 CO 1
V V V 2
y =+
?空 CO
V V 112
y =
-空
(2-28) 又根据气化过程的氧原子平衡关系：
22CO CO O 1V 0.21V 2y y y ???=++ ???
空 将式(2-28)代入上式可得：
22CO CO O CO
1
20.21112
y y y y +
+=- (2-29) 可用式(2-29)计算以空气为气化剂时一次反应(吹风气)中一氧化碳、二氧化碳的组成。 【例2-1】 已知吹风气中2CO 的含量为16％、2O 的含量为0.5％(如不考虑吹风气中氢、甲烷的含量及煤中含氧量)。试求吹风气c 中一氧化碳组成及通人每1m 3 (标准状况)空气，所得吹风气的量。
解 已知2CO y ＝0.16，2O y ＝0.005
代入式（2-29）
22CO CO O CO
1
20.21112
y y y y +
+=- 解得 CO y ＝0.074＝7.4％ 代入式(2-28) CO
V V 112
y =
-空
1
1.0410.50.074
=
=-?m 3
3．理想空气煤气组成、产率、热值及气化效率的计算
空气煤气是以空气作气化剂反应产生的煤气。在理想状态下的气化过程中，碳全部转化为一氧化碳。此时煤气生成的总过程可用下式表示：
2222C+O 3.76N 2CO 3.76N +→+ 组成计算
2
(CO)100%34.7%2 3.76?=
?=+
2 3.76
(N )100%65.3%2 3.76
?=?=+
产率计算
理想空气煤气的单位产率为 ()22.42 3.7
6V 5.38212
?+==?m 3/㎏
热值计算
CO 的燃烧热为283.7 kJ/mol ，煤气的热值Q 计算如下： 283.71000
Q=4394.45.3812
?=? kJ/m 3
气化效率η计算
气化效率等于煤气的热值与碳的燃烧热之比，碳的燃烧热为34069.6kJ/kg ，则气化效率的计算如下：
QV
100%34069.6
η=
?
4394.4 5.38100%69.4%34069.6
?=?=
式中 η——气化效率，％； Q ——煤气热值，kJ/m 3； V ——煤气的单位产率，m 3/㎏。
可见空气煤气的生产在理想状态下，转入煤气中的热能也不会超过碳中热能的69.4％，而其余的热能则消耗在气体的加热和炉渣带走的热量中。 (二)以水蒸气为气化剂时煤气组成的计算 ]．碳与水蒸气反应的化学平衡
高温下的碳与水蒸气反应，可生成含有氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合气体。反应如下：
22C+H O H CO +
H ?= －135.0 kJ/mol (2-2)
222C+2H O CO +2H → H ?=96.6 kJ/mol （2-5） 反应生成的CO 、2CO 和2H 能继续与碳或水蒸气反应
24C+2H CH H ?=84.3 kJ/mol （2-6）
2C+CO 2CO
H ?= －173.3 kJ/mol (2-3)
222CO+H O H CO + H ?= 38.4 kJ/mol (2-9)
上述反应中有吸热反应，也有放热反应。反应式(2-2)、式(2-5)、式(2-6)、式(2-9)的平衡常数分别表示为：
252CO H H O
p k p =
（2-30）
22
622
CO H
2H
O
p p p k p =
（2-31）
472
CH 2
H p p k p
= （2-32）
2282CO H CO H O
p p p k p p =
（2-33）
反应式(2-2)、式(2-5)、式(2-6)、式(2-9)的平衡常数式及平衡常数与温度的关系如表2-5所示。
表2-5 反应式(2-2)、式(2-5)、式(2-6)、式(2-9)的平衡常数与温度的关系
根据平衡常数与式(2-30)、式(2-31)、式(2-32)、式(2-33)可求出各温度下的水煤气组成。
2．碳与水蒸气反应的产物组成和用气量计算 如水蒸气与碳的反应程度可用蒸汽分解率表示： 100%η=
?水水蒸气分解量
水蒸气分解率入炉水蒸汽量
碳与水蒸气的反应和碳与氧的反应相似，一般难以达到平衡。反应产物中除一氧化 碳、氢气、二氧化碳、甲烷外，还有大量未分解的水蒸气。如水蒸气通人量为V(标准状况)，得到的干燥水煤气量为V 干 (标准状况)，水蒸气分解率为η水，干水煤气中的CO 、2CO 、
2H 、4CH 的组成分别为CO y 、2CO y 、2H y 、4CH y ，则有如下关系。
()
24H CH V V y y η?=+干水
()
2
4
H CH V 22y
y =
+水
干 （2-34）
干水煤气中各组分间的关系如下。
242H CH CO CO 22y y y y +=+ （2-35） 224CO CO H CH 1y y y y +++= （2-36）
【例2-2】已知干水煤气中2CO 含量为7％，4CH 含量为0.5％，若蒸汽分解率为40％，试计算干水煤气中的CO 和2H 组成及生产1 m 3 (标准状况)的干水煤气消耗的水蒸气量。 解 由式(2-35)、式(2-36)可得如下方程组：
2H CO 20.00520.07y y +?=+? （a ）
2H CO 0.0050.071y y +++= （b ）
根据方程式(a)、式(b)解得： CO 、2H 的组成分别为：
2H y = 0.b28 CO y = 0.397 又已知 V 干=1m 3，η水= 40％ 由式(2-34)可得：
(
)24
H CH V 2V y y η+=
干水
()0.52820.005V 1.3450.4
+?=
=m 3
可见生产1m 3 (标准状况)的干水煤气时，水蒸气消耗量为1.345m 3。
煤炭地下气化工艺
煤炭地下气化工艺 煤炭地下气化——是一种直接把煤在地下气化的采煤方法。利用它可获得热能，电能或各种化学产品。 本采煤方法可解除矿井内的人员，矿工繁重的、不安全的劳动；可建立一个环保洁净的企业，这一工艺一百多年来吸引了多少研究工作者想把它会付诸于现实。 目前有关煤层地下气化发展前景的资料很多；但其作者对工技术的评价众说纷纭。 俄罗斯在煤层地下气化技术方面在世界上是处于领先地位。早在三十年代初就在二个煤田；顺涅茨克、库兹巴斯和莫斯科近郊开始了实际工作。第一批试验是在地底下建立层状的气化炉、以获取动力气体的水蒸气。 在四十年代末在戈尔洛夫城、里希查城和杜拉城建成了第一批工业试验性的地下气化站。当时采用直井式和半直井式的气化方案，由于查明直井式方案有一系列原则缺点，所以后来就指定采用无井式方案。 通过实际研究表明，采用气流法能把原煤层气化。地下气化的过程由下列主要阶段组成： 从地表向煤层钻进垂直的、倾斜的和定向倾斜钻孔。 为了实现气化过程，将钻孔底端在煤层中贯通。 将煤层点燃使煤体气化： 无井式方案揭露煤层的实质就是在煤层上相隔一定距离钻进进气孔和出气孔。 气化过程中吹入的氧气与煤层的碳作用，生成二氧化碳、一氧化碳、然后是氢；此外，在气体中还有其它可燃物质；甲烷，不定的碳氢化合物，硫氢化合物。 进、出气孔按一定的网格布置形成地下气化炉，在地表设有压送气化剂，例如“空气、富氧空气的管道和把气体输送到净化和冷却设施的管道以及相应的设备和厂房。 采用洗涤装置进行气体的净化，地下气化站可以同时或单独产生动力气体和进气体黔简单的气体方案是采用空气作为气化剂，其工艺示意图见图1。 所得气体的组成及热值取决于煤层埋藏的工艺条件、煤的质量、气化剂的成分以及气体净化程度。 当采用空气作用气化剂时，理论计算气体热值不会大于m3（1050大卡/m3）；由于水蒸气和煤的其它有机物质的参于气化过程。使热值达到～ MJ/m3（1100～1200大卡/m3）；当采用富氧气化剂时（含65%的氧），热值可提高至m3（1600大卡/m3）；所以地下气化时所得到的是低值热气体。
煤气化工艺的优缺点及比较
13种煤气化工艺的优缺点及比较 我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家，如何利用我国煤炭资源相对比较丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。近年来，我国掀起了煤制甲醇热、煤制油热、煤制烯烃热、煤制二甲醚热、煤制天然气热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤加压气化技术作评述，供大家参考。 1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm 粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常
山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目
山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目 发布时间：2014年06月23日字体大小：【大中小】 经过山西省发改委、华北科技学院和北京中矿宝源科技有限公司 的积极努力，6月9日，国家能源局出具了《关于同意山西宁宝煤炭 地下气化有限公司小庄煤炭地下气化示范工程项目开展前期工作的 函》（国能煤炭【2014】246号）。这是国家能源局同意建设的我国第 一个煤炭地下气化示范项目。 项目一期日产粗煤气20万标方，二期规模为日产煤气100万标方。 该项目的可行性研究报告（初稿）及初步设计说明书均由华北科技学院完成，由北京中矿科能煤炭地下气化技术研究中心提供专利技术支持。可研通过了中国国际咨询公司的专家评审。项目环境影响评价报告的重要数据由华北科技学院和北京中矿科能煤炭地下气化技术研究中心提供。 华北科技学院李文军博士多次前往国家能源局煤炭司，向司局领导汇报煤炭地下气化技术情况。该校的煤炭地下气化技术研发工作获得了领导的高度重视。 山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目的建设，对我国掌握煤炭地下气化先进技术的主动权，具有重要意义。
煤炭地下气化的经济性问题 发布时间：2013年09月08日字体大小：【大中小】 以某实际项目为例： 1、生产规模 项目首期设计布置两个气化工作面，日产煤气10～20万Nm3， 生产的煤气平均热值约900～1600kcal/m3； 受首期资源量的限制（见图4），最多可建设6个气化工作面， 最高日产气量为为30～60万Nm3，稳定产气周期约两年左右。 每个气化工作面（见图1）的最小宽度为70米左右，长度与煤层的赋存条件有关，但最长不应超过300米；长度短则生产周期短，长度大则操作压力增大，可能导致煤气的泄漏。 所以，只要可气化的煤炭资源足够，在当前的煤炭地下气化技术 条件下，日产气规模达到300万Nm3以上是没有问题的。 2、投资情况 项目总投资3049.18万元，其中矿井修复投资1217.03万元，测 控系统、数据分析系统、煤气净化、气化剂生产等投资约为1200 万元。 扩建气化工作面的追加投资与实际的资源条件有关，一般不会超 过300万元，甚至追加投资为零。 3、煤气成本 地下气化煤气的成本与气化资源的条件、采用的气化剂、产气规 模等有关。
煤炭地下气化技术现状及产业发展分析
煤炭地下气化技术现状及产业发展分析 (2014-11-11 09:29:45) 煤炭地下气化技术现状及产业发展分析 煤炭地下气化（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＵＣＧ）是将地下赋存的煤在煤层内燃烧、气化成煤气，输送到地面，作为能源或化工原料，特别适用于常规方法不可采或开采不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采，产品气可以经过处理通过管道输送，也可以直接使用煤气发电或化工合成。煤炭地下气化（ＵＣＧ）是一门融多学科为一体的综合性能源生产技术，牵涉到地质学、水文学、钻井技术、点火燃烧控制技术、产品气加工利用技术、生态环境保护技术等一系列技术，其复杂程度远超地面气化，这也使其风险程度增加。目前，煤炭地下气化（ＵＣＧ）技术在少数国家已经实现了少量的商业化应用，俄、美、英、德国、澳大利亚、日本和中国等国家已不同程度地掌握了该领域的一些关键技术。 １煤炭地下气化（ＵＣＧ）基本原理及相关技术 １.１基本原理 煤炭地下气化的过程主要是在地下气化炉的气化通道中实现的，整个气化过程可以分为氧化、还原、干馏干燥３个反应区（图１）。从化学反应角度来讲，３个区域没有严格的界限，氧化区、还原区也有煤的热解反应，３个区域的划分只是说在气化通道中
氧化、还原、热解反应的相对强弱程度。经过这３个反应区以后，生成了含可燃组分主要是Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４的煤气，气化反应区逐渐向出气口移动，因而保持了气化反应过程的不断进行，气化通道的煤壁（气化工作面）不断燃烧，向前推进，剩余的灰分和残渣遗留在采空区。 １.２关键技术类型 １）有井式气化技术。该法又称巷道式地下气化炉技术（图２）。在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉，以人工掘进的方式在煤层中建立气化巷道，并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙（促使定
煤气化工艺流程
精心整理 煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺 煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。 主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之 化碳 15%提 作用。 2 。净化 装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25℃后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分装置提供气化用氧气和全厂公用氮气。仪表空压站为全厂仪表提供合格的仪表空气。 小于5mm粉煤，作为锅炉燃料，送至锅炉装置生产蒸汽，产出的蒸汽一部分供工艺装置用汽
，一部分供发电站发电。 3、主要装置工艺流程 3.1备煤装置工艺流程简述 备煤工艺流程分为三个系统： （1）原煤破碎筛分贮存系统，汽运原煤至受煤坑经1#、2#、3#皮带转载至筛分楼、经节肢筛、破碎机、驰张筛加工后，6~50mm块煤由7#皮带运至块煤仓，小于6mm末煤经6#、11#皮带近至末煤仓。 缓 可 能周期性地加至气化炉中。 当煤锁法兰温度超过350℃时，气化炉将联锁停车，这种情况仅发生在供煤短缺时。在供煤短缺时，气化炉应在煤锁法兰温度到停车温度之前手动停车。 气化炉：鲁奇加压气化炉可归入移动床气化炉，并配有旋转炉篦排灰装置。气化炉为双层压力容器，内表层为水夹套，外表面为承压壁，在正常情况下，外表面设计压力为3600KPa（g），内夹套与气化炉之间压差只有50KPa（g）。 在正常操作下，中压锅炉给水冷却气化炉壁，并产生中压饱和蒸汽经夹套蒸汽气液分离器1
四种煤气化技术及其应用
四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。一般认为,由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。
煤炭地下气化技术现状及产业发展分析
煤炭地下气化技术现状及产业发展分 析 (2014-11-11 09:29:45) 煤炭地下气化技术现状及产业发展分析 煤炭地下气化（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ，ＵＣＧ）是将地下赋存的煤在煤层内燃烧、气 化成煤气，输送到地面，作为能源或化工原料，特别适用于常规 方法不可采或开采不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采， 产品气可以经过处理通过管道输送，也可以直接使用煤气发电或 化工合成。煤炭地下气化（ＵＣＧ）是一门融多学科为一体的综 合性能源生产技术，牵涉到地质学、水文学、钻井技术、点火燃 烧控制技术、产品气加工利用技术、生态环境保护技术等一系列 目前，技术，其复杂程度远超地面气化，这也使其风险程度增加。 煤炭地下气化（ＵＣＧ）技术在少数国家已经实现了少量的商业 化应用，俄、美、英、德国、澳大利亚、日本和中国等国家已不 同程度地掌握了该领域的一些关键技术。 １煤炭地下气化（ＵＣＧ）基本原理及相关技术 １. １基本原理 煤炭地下气化的过程主要是在地下气化炉的气化通道中实现 的，整个气化过程可以分为氧化、还原、干馏干燥３个反应区（图１）。从化学反应角度来讲，３个区域没有严格的界限，氧化区、还原区也有煤的热解反应，３个区域的划分只是说在气化通道中
氧化、还原、热解反应的相对强弱程度。经过这３个反应区以后，生 成了含可燃组分主要是Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４的煤气，气化反应 区逐渐向出气口移动，因而保持了气化反应过程的不断进行，气 化通道的煤壁（气化工作面）不断燃烧，向前推进，剩余的灰分 和残渣遗留在采空区。 １ . ２关键技术类型 １）有井式气化技术。该法又称巷道式地下气化炉技术（图２）。在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉，以人工掘进的方式在煤 层中建立气化巷道，并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙（促使定
煤气化工艺流程
煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺 煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。 主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之有效的方法之一，同时也方便群众生活，节约时间，提高整个城市的社会效率和经济效益。作为一项环保工程，（其一期工程）每年还可减少向大气排放烟尘1.86万吨、二氧化硫3.05万吨、一氧化碳0.46万吨，对改善河南西部地区城市大气质量将起到重要作用。 甲醇是一种重要的基本有机化工原料，除用作溶剂外，还可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、丙烯酸甲酯等一系列有机化工产品，此外，还可掺入汽油或代替汽油作为动力燃料，或进一步合成汽油，在燃料方面的应用，甲醇是一种易燃液体，燃烧性能良好，抗爆性能好，被称为新一代燃料。甲醇掺烧汽油，在国外一般向汽油中掺混甲醇5～15%提高汽油的辛烷值，避免了添加四乙基酮对大气的污染。 河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂围绕义马至洛阳、洛阳至郑州煤气管线及豫西地区工业及居民用气需求输出清洁能源，对循环经济建设，把煤化工打造成河南省支柱产业起到重要作用。 2、工艺总流程简介： 原煤经破碎、筛分后，将其中5～50mm级块煤送入鲁奇加压气化炉，在炉内与氧气和水蒸气反应生成粗煤气，粗煤气经冷却后，进入低温甲醇洗净化装置
，除去煤气中的CO2和H2S。净化后的煤气分为两大部分，一部分去甲醇合成系统，合成气再经压缩机加压至5.3MPa，进入甲醇反应器生成粗甲醇，粗甲醇再送入甲醇精馏系统，制得精甲醇产品存入贮罐；另一部分去净煤气变换装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25℃后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分装置提供气化用氧气和全厂公用氮气。仪表空压站为全厂仪表提供合格的仪表空气。 小于5mm粉煤，作为锅炉燃料，送至锅炉装置生产蒸汽，产出的蒸汽一部分供工艺装置用汽，一部分供发电站发电。 3、主要装置工艺流程 3.1备煤装置工艺流程简述 备煤工艺流程分为三个系统： （1）原煤破碎筛分贮存系统，汽运原煤至受煤坑经1#、2#、3#皮带转载至筛分楼、经节肢筛、破碎机、驰张筛加工后，6~50mm块煤由7#皮带运至块煤仓，小于6mm末煤经6#、11#皮带近至末煤仓。 （2）最终筛分系统：块煤仓内块煤经8#、9#皮带运至最终筛分楼驰张筛进行检查性筛分。大于6mm块煤经10#皮带送至200#煤斗，筛下小于6mm末煤经14#皮带送至缓冲仓。 （3）电厂上煤系统：末煤仓内末煤经12#、13#皮带转至5#点后经16#皮
煤炭地下气化方法
煤炭地下气化方法 气化方法通常可分为有井式和无井式两种。。无井式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。避免了井下作业和有井式气化的其它问题，使煤炭地下气化技术有了很大提高。目前它己在世界上被广泛采用。 有井式气化法需要预先开掘井筒和平巷等，其准备工程量大、成本高，坑道不易密闭，漏风量大，气化过程难于控制，而且在建地下气化发生炉期间，仍然避免不了要在地下进行工作。 二、无井式地下气化法的生产工艺系统 无井式气化法的准备工作包括两部分：即从地面向煤层打钻孔和在煤层中准备出气化通道。从地面向煤层打钻孔可以采用三种形式的钻孔：垂直钻孔、倾斜钻孔和曲线钻孔。 根据煤层赋存条件的不同，其生产工艺系统也有差异。对于近水平煤层和缓斜煤层，在规定的气化盘区内，先打好几排钻孔。钻孔采用正方形或矩形布置方式，孔距20～30m。钻孔沿煤层倾向成排地布置，每排钻孔的数目取决于气化站所需的生产能力。 按作业方式的不同，生产工艺系统可分为两种，即逆流火力作业方式和顺流火力作业方式。 (1)逆流火力作业方式 首先贯通第一排钻孔，形成一条点燃线。然后将第二排钻孔与此点燃线贯通，贯通后即可进行气化。这种燃烧方式的特点是两个钻孔都按照下列顺序起三种作用：贯通、鼓风和排出煤气。这种方式煤层的气化方向与鼓风和煤气的运动方向相反，所以称为逆流式火力作业方式。（2）顺流火力作业方式 逆流火力作业方式
顺流火力作业方式 一、无井式长壁气化法 为了提高煤气的质星和产量，国外实验了无井式长壁气化法。这种方式完全取消地下作业，但钻孔和定向弯曲钻孔要求技术水平高。该站的煤层条件是煤厚2m，埋藏深度300m，钻孔水平钻进50m。实际上水平钻进可达90～100m。 长壁气化法及地面电站简图 1—压缩空气；2一气液分离器；3—热交换器；4—发电厂；5—煤气净化设备； 6—水净化循环装置；7一压缩与燃烧气体混合器；8—空气；9—煤气；10一煤层； 11—气化带；12—监测与控制钻孔 煤炭地下气化分为有井式、无井式和混合式三种，中国开展地下气化大多是有井式，对于无井式煤炭地下气化，河北新奥集团新奥气化采煤投资有限公司,在内蒙古乌兰察布市进行了试验。现在，试验仍在继续进行之中。
煤气化工艺流程简述
煤气化工艺流程简述 1）气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤**t/h（干基）（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。 出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。 煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。 用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。 煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。
煤气化技术及其工业应用
煤气化技术及其工业应用 摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。 关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用 我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。 以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。 煤气化根据供热原理大致可分为3种： （1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用； （2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；
山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目
山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目 发布时间：2014年06月23日字体大小：【大中小】 经过山西省发改委、华北科技学院和北京中矿宝源科技有限公司的积极努力，6月9日，国家能源局出具了《关于同意山西宁宝煤炭地下气化有限公司小庄煤炭地下气化示范工程项目开展前期工作的函》（国能煤炭【2014】246号）。这是国家能源局同意建设的我国第一个煤炭地下气化示范项目。 项目一期日产粗煤气20万标方，二期规模为日产煤气100万标方。 该项目的可行性研究报告（初稿）及初步设计说明书均由华北科技学院完成，由北京中矿科能煤炭地下气化技术研究中心提供专利技术支持。可研通过了中国国际咨询公司的专家评审。项目环境影响评价报告的重要数据由华北科技学院和北京中矿科能煤炭地下气化技术研究中心提供。 华北科技学院李文军博士多次前往国家能源局煤炭司，向司局领导汇报煤炭地下气化技术情况。该校的煤炭地下气化技术研发工作获得了领导的高度重视。 山西宁武小庄煤炭地下气化示范工程项目的建设，对我国掌握煤炭地下气化先进技术的主动权，具有重要意义。
煤炭地下气化的经济性问题 发布时间：2013年09月08日字体大小：【大中小】 以某实际项目为例： 1、生产规模 项目首期设计布置两个气化工作面，日产煤气10～20万 Nm3，生产的煤气平均热值约900～1600kcal/m3； 受首期资源量的限制（见图4），最多可建设6个气化工作面，最高日产气量为为30～60万Nm3，稳定产气周期约两年左右。 每个气化工作面（见图1）的最小宽度为70米左右，长度与煤层的赋存条件有关，但最长不应超过300米；长度短则生产周期短，长度大则操作压力增大，可能导致煤气的泄漏。 所以，只要可气化的煤炭资源足够，在当前的煤炭地下气化技术条件下，日产气规模达到300万Nm3以上是没有问题的。 2、投资情况 项目总投资万元，其中矿井修复投资万元，测控系统、数据分析系统、煤气净化、气化剂生产等投资约为1200万元。 扩建气化工作面的追加投资与实际的资源条件有关，一般不会超过300万元，甚至追加投资为零。 3、煤气成本 地下气化煤气的成本与气化资源的条件、采用的气化剂、产气规模等有关。
煤炭地下气化工艺
煤炭地下气化工艺
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煤炭地下气化工艺 煤炭地下气化——是一种直接把煤在地下气化的采煤方法。利用它可获得热能，电能或各种化学产品。 本采煤方法可解除矿井内的人员，矿工繁重的、不安全的劳动;可建立一个环保洁净的企业，这一工艺一百多年来吸引了多少研究工作者想把它会付诸于现实。 目前有关煤层地下气化发展前景的资料很多;但其作者对工技术的评价众说纷纭。 俄罗斯在煤层地下气化技术方面在世界上是处于领先地位。早在三十年代初就在二个煤田；顺涅茨克、库兹巴斯和莫斯科近郊开始了实际工作。第一批试验是在地底下建立层状的气化炉、以获取动力气体的水蒸气。 在四十年代末在戈尔洛夫城、里希查城和杜拉城建成了第一批工业试验性的地下气化站。当时采用直井式和半直井式的气化方案，由于查明直井式方案有一系列原则缺点，所以后来就指定采用无井式方案。 通过实际研究表明,采用气流法能把原煤层气化。地下气化的过程由下列主要阶段组成: 从地表向煤层钻进垂直的、倾斜的和定向倾斜钻孔。 为了实现气化过程，将钻孔底端在煤层中贯通。 将煤层点燃使煤体气化: 无井式方案揭露煤层的实质就是在煤层上相隔一定距离钻进进气孔和出气孔。 气化过程中吹入的氧气与煤层的碳作用,生成二氧化碳、一氧化碳、然后是氢；此外,在气体中还有其它可燃物质；甲烷，不定的碳氢化合物，硫氢化合物。 进、出气孔按一定的网格布置形成地下气化炉,在地表设有压送气化剂,例如“空气、富氧空气的管道和把气体输送到净化和冷却设施的管道以及相应的设备和厂房。 采用洗涤装置进行气体的净化，地下气化站可以同时或单独产生动力气体和进气体黔简单的气体方案是采用空气作为气化剂，其工艺示意图见图1。 所得气体的组成及热值取决于煤层埋藏的工艺条件、煤的质量、气化剂的成分以及气体净化程度。 当采用空气作用气化剂时，理论计算气体热值不会大于4.４MJ/m３（105０大卡/m3)；由于水蒸气和煤的其它有机物质的参于气化过程。使热值达到4．6~5．0 MＪ/ｍ3（11０0～１2０0大卡/ｍ3);当采用富氧气化剂时(含6５%的氧)，热值可提高至6.7MJ/ｍ3（16００大卡/m３）;所以地下气化时所得到的是低值热气体。
煤炭气化工艺
煤炭气化工艺 1、何为煤化工？ 答：煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。 2、什么是煤气化？ 答：煤的气化是煤或煤焦与气化剂在高温下发生化学反应将埭或煤焦中有机物转变为煤气的过程。 3、什么是煤炭的汽化? 答：煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 4、煤气的有效成分：一氧化碳、氢气、甲烷 5、煤气化的四个过程：煤的干燥、干馏、热解、氧化和还原 6、煤的热解的影响因素：煤的品味、煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压力、周围气体和介质。 7、煤的热解结果生成的三类分子：小分子（气体）、中等分子（焦油）、大分子（半焦） 8、煤产生的热量用于哪些方面？
答：煤产生的热量用于：（1）灰渣带出的热量；（2）水蒸气和碳还原反应需要的热量；（3）煤气带走的热量；（4）传给谁夹套和周围环境的热量 9、分气化技术的分类：（1）按气化技术：地面气化和地下气化；（2）按气化剂不同：富氧气化（产品为空气煤气）、纯氧气化（产品为混合煤气）、氢气气化（产品为水煤气）、水蒸气气化（产品为半水煤气）；（3）按给热方式：外热式气化、自热式气化、热载体式气化；（4）按气化炉类型分：移动床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化；（5）按操作压力分：加压气化和常压气化 10、什么是固定床气化？ 答：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 11、煤的气化过程发生哪些主要的化学反应. 答：C+O2→CO2 394.1kJ/mol C+H2O→H2＋CO -135.0kJ/mol C＋ O2→CO 110.4kJ/mol C+2H2O→2H2＋CO2 -96.6KJ/mol C＋2H2→CH4 +84.3kJ/mol C+CO2→ 2C0 +173.3 kJ／mol
几种常用煤气化技术的优缺点
几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。 一Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石<助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。 其优点如下： <1）适用于加压下<中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。 <2）气化炉进料稳定，因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。 <3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。 该技术的缺点是： <1）因为气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。 <2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁<一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 <3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。
煤气化工艺分类
煤气化工艺分类 化工001 煤在气化炉中，高温条件下与气化剂反应，使固体燃料转化成气体燃料，只剩下含灰的残渣。通常气化剂用水蒸气、氧（空气）和二氧化碳。粗煤气中的产物是二氧化碳、氢气和甲烷，伴生气体是二氧化碳，水蒸气等，此外，还有硫化物，烃类产物和其它微量成分。各种煤气组成取决于煤的种类、气化工艺、气化剂的组成，影响气化反应的热力学和动力学条件。气化方法的分类有多种方法，如下： 一、按制取煤气的热值分类 以下按制取煤气在标准状态下的热值把煤气化工艺分成3类 1、制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kj/m3 （2000kcal/m3）； 2、制取中热值煤气方法，煤气热值16747~33494kj/m3（4000~8000kcal/m3）； 3、制取高热值煤气方法，煤气热值高于33494kj/m3 （8000kcal/m3）。 二、按供热方式分类 煤气化过程的整个热平衡表明，总的反应是吸热的，因此必须供给热量。各种过程需要的热量各不相同，这主要由过程的设计和煤的性质决定的，一般需要消耗气化用煤发热量的15%~35%，顺流式气化取上限，逆流式气化取下限，其供热方式有几种途径1、自热式气化法
这是一种直接的供热方式，亦称部分气化方法，即气化过程中没有外界供热，煤与水蒸气气化反应所需要的热量，通过另一部分煤与气化剂中的氧气进行燃烧放热所提供。这是目前各种工业气化炉中最常使用的供热方式。含氧气体可以是工业氧气或富氧空气，也可以是空气。气化过程可以是间歇蓄热或连续自热气化。 2、间接供热气化法 该法使煤仅与水蒸气进行气化反应，从气化炉外部通过管壁供给热量。因而这类过程亦称为外热式（或配热式）煤的水蒸气化。此类技术，多是采用流化床和气化床气化手段。外热可采用电加热或核反应热。 3、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合 煤与氢气在800~1800摄氏度范围内和加压下反应生成甲烷的反应是放热反应。可利用该反应直接供热，进行煤的水蒸气气化。该过程的原理在于煤首先加氢气化，加氢气化后的残焦再与水蒸气进行反应，产生的合成气为加氢阶段提供氢源。 4、热载体供热 在一个单独的反应器内，用煤或焦炭和空气燃烧加热热载体供热，热载体可以是固体（如石灰石），液体熔盐或熔渣。 三、按汽化剂分类 1、空气-蒸汽气化 以空气（或富氧空气）-蒸汽作为气化及。其中又有空气-蒸汽内部蓄热的间歇制气和富氧空气-蒸汽自热式的连续制气方法两种。一般以空气为气化剂制得的煤气称空气煤气，主要成分为大量氮气、二氧化碳
煤气化技术的现状及发展趋势分析
煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气，再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。 工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。根据发展进程分析，煤气化技术可分为三代。第一代气化技术为固定床、移动床气化技术，多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气，装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大；第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术，其特征是连续进料及高温液态排渣；第三代气化技术尚处于小试或中试阶段，如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。 本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况，论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。 1．国内外煤气化技术的发展现状 在世界能源储量中，煤炭约占79%，石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初，煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展，直到20世纪中叶，煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。 中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡，同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计，采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套，50%以上的煤气化装置已投产运行，其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套（已投产16套），四喷嘴33套（已投产13套），分级气化、多元料浆气化等多套；采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化18套（已投产11套）、GSP2套，还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化（HT-L）技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化（TPRI）技术等。
煤炭气化技术的进展(论文)
煤炭气化技术的进展 《摘要》：煤炭气化技术是我国煤炭高效洁净利用的关键技术，本文主要阐述了煤炭气化技术的基本原理、过程和发展概况，以及在总结我国多年来研究开发煤气化工艺技术的基础上，对该技术的发展趋势以及发展煤炭气化的必要性进行了相关介绍。 《关键词》：煤炭气化；工业应用；发展现状；发展趋势； Abstract： Coal gasification technology is the key technology of efficient and clean use of coal in our country, this paper describes the basic principle, process and development of coal gasification technology, and based on the summary of our country for many years research and development of coal gasification technology, the necessity of the development trend of the technology and development of coal gasification was introduced. Key words ： Coal gasification; Industrial application; Development Status; development trend; 引言 煤炭气化是指以煤或以煤焦为原料，以氧气(空气，富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂，在一定温度和压力下通过化学反应将固体煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的热化学过程。本文就煤炭气化技术及发展趋势作简要介绍。 煤炭在我国能源生产与消费结构中一直占主导地位。煤炭的开发和加工利用已经成为我国环境污染物排放的主要来源。因此，发展洁净煤技术、提高煤炭利用率是我国能源发展战略的必然选择。作为洁净、高效利用煤炭的先进技术之一的煤炭气化技术是我国能源领域重点发展对象，是煤炭化工合成、煤炭直接／间接液化、IGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术的先导性技术和核心技术。煤炭气化技术分为地面气化和地下气化2种。笔者根据自己掌握的煤化工基础理论，结合多年积累的煤气化工作实践经验，着重从工程应用角度对煤气化的发展道路作初步探讨，并提出参考性意见。 1 煤的气化原理及气化工艺 1．1 煤炭气化的基本原理及过程 在气化炉内，煤炭经历了干燥、干馏、气化和燃烧等几个过程。 干燥：原料煤进人气化炉后受热，大约在200~C煤孔中吸附态或吸藏的气体及水分首先被脱除。干馏：干馏是脱除挥发分过程，当干燥煤的温度进一步提高，煤中的挥发物从煤中逸出。 气化过程的基本反应：经干馏后得到的半焦与气流中的H2O，CO：，H2：等反应，生成可燃性气体等产物，其主要反应有碳与水蒸气的反应，碳与二氧化碳的反应，甲烷生成反应，变换反应。燃烧：经气化后残留的半焦与气化剂中的氧进行燃烧。由于碳与水蒸气、二氧化碳之间的反应都是强烈的吸热反应，因此气化炉内要保持高温才能维持吸热反应的进行。 煤中硫、氮的反应：除了以上反应外，气化过程同时还有s、N等杂原子发生的反应，其反应会引起腐蚀和环境污染，因此须经净化工艺将其脱除。 1．2 煤炭气化工艺 煤炭气化工艺按照不同的分类标准有多种分类方法，本文只介绍其中两类。 按煤炭是否需要开采分类：按该标准分为地面气化和地下气化，①地面气化。煤的地面气化是指原料煤炭预先开采出来，在地面气化炉内进行气化反应生成煤气的过程，目前开发应用的绝大多数属于地面气化；②地下气化。煤炭地下气化是通过在地下煤层中直接构筑“气化炉”，通入气化剂，有控制地使煤炭在地下进行气化反应，使煤炭在原地自然状态下转化为可燃气体并输送到地面的过程。 地下气化的基本特征：①煤层不发生移动，但气化过程中各气化反应区的位置和燃空区状态时刻都在变化；②地下气化进行到一定程度后，对于较薄煤层，气化剂只能在与煤壁接触的单一表面上反应，另外三个表面为顶板，底板及反应完的灰渣和顶板塌陷物，因此没有地面气化炉金属外壳似的密闭层，气体会在空间中扩散；③由于气化反应过程和加热过程的不均匀性及加热过程范围扩大，反应过程产生的热量不仅随气流带向出口方向，同时也通过热辐射、对流、传导等过程将热量传至煤层纵向的深部，并沿煤层深度形成温度梯度，煤层温度不同，其所发生的反应也不同。因此在煤层纵深方向上可分为：燃控带，焦化带，干流带，干燥带，煤层自燃带。 与地面气化相比，地下气化最大的技术瓶颈是不可视和不可控，因受煤层赋存条件复杂、测温技