第三章 煤炭性质对气化的影响

2014-12-20
《煤炭气化工艺》
3-2 煤质对气化的影响
一、水分含量对气化的影响
外在水分
是在煤的开采、运输、储存和洗选 过程中润湿在煤的外表面以及大毛 细孔而形成的
煤中水 分存在 形式
吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水
内在水分
分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。
以硫酸钙、高岭土等形式存在的，
结晶水
第三章 煤炭性质对气化的影响
第一节 煤种对气化的影响
第二节 煤质对气化的影响
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知识目标
熟悉气化用煤 的分类、煤的 性质
掌握煤质、煤 种对气化的影 响
了解我国煤炭 分布情况及煤 质情况
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能力目标
会判断实 际用煤作 为气化原 料的优劣
加料时，要求原料煤的水分含量应小于2％。
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二、灰分含量对气化的影响
煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过 程有许多不利的影响 气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表 面的接触面积减少，降低了气化效率 灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量， 随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。
3-2 煤质对气化的影响
五、粒度对气化的影响
粒度与比表面间的关系：煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许
多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。见表3-3
表3-3几种煤的比表面积
燃料 泥煤 煤砖 砖球
褐煤 气煤 黏结性煤 碎焦 无烟煤
粒度／mm 120×60×3 0 20
15 12 10 6 4
总表面积／ cm2 2340 56.3
对消 耗指 标的 影响
三、不同 煤种对气化的影响
焦油组成和产率的影响
焦油产率与煤种性质有关：一般 地说，变质程度较深的气煤和长焰煤 比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而 变质程度更深的烟煤和无烟煤．其焦 油产率却更低。
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水分对气化的影响 灰分对气化的影响 挥发分对气化的影响 硫分对气化的影响 粒度对气化的影响 灰熔点及结渣性对气化的影响 其他性质对气化的影响
一、水分含量对气化的影响
炉 型
固定床：煤气中水分含量太高，入炉煤需要进行预干燥以降低煤气的露点温
度。另一方面．煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，
容易使煤块碎裂而引起出炉堞气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时， 在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。一般生 产中，煤中水分含量在8％～l0％左右。 流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流 动性．因而规定煤的含水量小于 5％。尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法
煤化 阶段
成岩作用
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是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程，在 这个过程中煤的性质发生变化。烟煤比 褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐殖酸 在烟煤中已经不存在了。
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陆地上的动植物由于地 壳的变化被其它东西覆 盖了，被埋在地下的动 植物慢慢地腐烂着
由于受到的温度和压 力不同, 有的变成了 煤,有的变成了石油。
硫分对气化 的影响
2、如果制得的煤气用于燃料时，比如用做城市民用 煤气，其疏含量要达到国家标准，否则燃烧后大量的 S02会排人大气，污染环境 3、用做合成原料气时，硫化物的存在会使得合成催 化剂中毒，煤气中硫化物的含量越高，后面工段脱硫 的负担会超重。 。
结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好
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面与碳进行较为完全的反应。2）进入炉中的气化剂的速度也比常压气化
小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。
气化炉对灰分的要求
从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在5％左右，常压气化炉在15％左 右，对于液态排渣的气化炉，常在2％以下
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三、挥发分对气化的影响
通常大于200℃以上才能析出。
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3-2 煤质对气化的影响
一、水分含量对气化的影响
气化效率：是指制得的煤气的热值与所
常压气化
使用的燃料的热值之比。
煤中的水分含量 加压气化：能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分 含量高。
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3-2 煤质对气化的影响
气化用煤分类的好处
对控制实际的生产过程有利.
能够通过变化煤种来获得优质经济 的煤
气 （我国气化的装置多是用运输到现场的
煤生产合成气或燃料气）
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二、气化用煤的主要特性
这类原料气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的 煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少， 但煤气热值较低。其中的无烟煤和贫煤都属于变质程 度非常高的煤种加热时不产生胶质体。 无烟煤在中国的储量约占总储量的18％。无烟煤一 这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不 号(年老无烟煤 )产地主要有北京门头淘、福建龙岩和 广东梅县，无烟煤二号 (中等无烟煤)主要产在山西晋 饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气 城和河南焦作，无烟煤三号 (年轻无烟煤)主要产地在 的热值较高。烟煤属于中等变质程度的煤种，在中国的 煤炭分中，烟煤分为长焰煤、气煤、气肥煤、肥煤、1 山西阳泉和宁夏汝箕淘。 ／3焦煤、焦煤、1／2中黏煤、弱黏煤、黏煤、瘦煤、 气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低 贫瘦煤和贫煤十二个类别，其中，贫煤无黏结性归第一 的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分 类，长焰煤、不煤和弱黏煤在一定条件下可作为气化用 和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化， 煤。中国的烟煤主要分布在北方各省，华北地区储量约 不熔融。中国褐煤的储约占总储量的 10%，主要 占全国总储量的 60％以上。 泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近 70%左右。 的褐煤产地有内蒙的平庄、札赉诺尔和大雁、吉 气化时不黏结，但产生焦和脂肪酸，所生产的煤气中含 林的舒兰、南的小龙潭和广西的百色。 有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。
28.8 13.5 7.5 1.48 0.51
体积／ cm3 216 4.18
1.78 0.904 0.524 0.113 0.042
比表面积／(cm2／ cm3) 10.8 13.5
16.4 14.8 14
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3-2 煤质对气化的影响
五、粒度对气化的影响 粒度的大小对各项气化指标的影响
煤粒度的大小以及粒度的分布对煤炭气化过程的各项指标有重要的 影响如表3-4。 表3-4褐煤不同粒径的气化实验结果 项目 煤粒度/mm
0～6mm的煤颗粒（质量分数）%
1 0～40 28.4 32.41 1.26 0.159 1.23
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三、不同 煤种对气化的影响
为何有 消耗指 标 不同煤 种消耗 指标的 规律 有此规 律的原 因
2014-12-20 煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生 成氢，这一反应需要吸收大量的热量，该热量 是通过炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量来 维持。 不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的 加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳 的质量分数从55％～62％增至88.98％，在气 化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也 相应增大 1）固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时 进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多 2）不同煤种的活性不同，高活性的煤有利于 甲烷的生成，相应消耗的氧气步一些； 3）煤中水分、灰分含量越高，气化时消耗的 热量越多，则氧耗也高 《煤炭气化工艺》
随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低
煤的挥发分作为煤利用价值和煤分类的重要指标，也 是煤转化与燃烧可以利用的部分，它与煤的性质存在 一定的关系。一般地，年轻煤的挥发分产率高，年老 煤的低。
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3-2 煤质对气化的影响
四、硫分对气化的影响
1、煤在气化时，其中80％～85％的硫以H2S和CS2 的形式进入煤气当中。
对煤 气产 率的 影响
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压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高，同一操作压力下， 煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由 于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低. 一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气 的产率下降。 此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的， 这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快
对发 热值 和组 成的 影响
在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值 不同，组成也不同。
例如，以年轻的褐煤为气化原料时，所制得的煤气甲烷含量高， 发热值比其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发分高、变质程度低， 煤气中的干馏气比例大，而干馏气中的甲烷含量高，同时年轻煤 的气化温度低也有利于甲烷的生成。
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关于石油的形成 过程，至 今还很难说清楚，因为在石油里还没 有发现像化石等能证明其成因的有力 证据。有一种学说认为，石油是古代 海里微小动物和植物的遗体沉陷于海 底，在隔绝空气的环境中，在热和高 压条件下，经过微生物作用发生一系 列复杂变化，而形成的粘稠状液体。 经过地壳运动，石油被挤压在无孔岩 层间或多孔岩层内。 石油通常是黑色或深棕色、有的还有 绿或蓝色荧光并有特殊气味的粘稠状 液体。它不溶于水，密度比水稍小， 没有固定的沸点和熔点。它主要含有 由碳和氢两种元素组成的数百种有机 化合物形成的混合物。 2014-12-20 《煤炭气化工艺》
灰分含量 对气化的 影响
随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加， 如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗 指标都有所上升，而净煤气的产率下降