煤气化简介
煤气化工艺
煤气化工艺煤气化是一种可以将煤作为原料，利用高温化学反应把煤转化成液体燃料或气体燃料的一种工艺。
煤气化技术的出现，使得汽车、船舶和工业火力发电厂的燃料使用更加经济和节能。
煤气化工艺技术在煤资源利用、清洁能源利用等领域发挥着重要作用，并开辟了一条更加绿色、更加可持续的可再生能源生产道路。
一、煤气化反应原理煤气化反应是指在一定温度和气压下，将煤转变为气体或液体燃料等生物燃料的反应过程。
它是一种快速化学反应，是在大量的水分和气体中，碳向氧和氢的过程。
煤气化反应的一般化学方程式如下： C + H2O=> CO2 + H2在此反应过程中，释放的气体是由以碳氧化物和氢气构成的复合气体，其中，氢气是最为重要的成分，可以被利用为能源。
二、煤气化工艺的特点1、煤气化的燃烧温度相对较低。
由于反应温度较低，煤气化产生的气体成分比较清洁，减少了大量污染物的排放，使之成为具有较高环保意义的可再生能源技术。
2、煤气化为非稳定反应。
煤气化过程是一种复杂的反应，反应温度和气压的变化可以影响产物的化学组成，从而影响燃料的性能和热值。
3、煤气化反应时间较短。
煤气化反应的速度较快，只需要几十秒到几十分钟，就可以完成整个反应过程，这也是煤气化技术在实用方面的优点。
三、煤气化工艺的应用1、汽车燃料：煤气化可以生产出含有大量烷烃和烯烃等有机物质的气体混合物，可以用作汽车的燃料。
煤气化技术比传统的石油燃料技术具有更高的热值，更少的污染物，可以大大减少污染物的排放，从而提高空气的质量。
2、工业火力发电：煤气可以用作一种清洁燃料，可以用于工业火力发电。
煤气化燃料可以大大减少污染物的排放，从而有效地保护环境。
3、船舶燃料：煤气可以作为船舶燃料使用，比传统的柴油燃料更加经济和节能。
四、煤气化工艺的发展前景由于煤气化技术具有节能环保、经济实用等特点，未来煤气化工艺将进一步发展，在煤资源利用、清洁能源利用等领域发挥重要作用，开辟出一条更加可持续的可再生能源生产道路。
煤的气化
。
鲁奇( Lurgi) 循环流化床粉煤气化 ( CFB)
• 鲁奇CFB 气化技术采用较高的操作气速( 5～7m/ s) 从而使流化床内粒子更活动, 可在较高温度下操作 ( 950～1100℃) 而无结渣危险, 可适用从高活性到 低活性的原料, 可分离流化床内半焦与灰渣使下部 排灰含碳< 2% ～ 3% , 在接近常压( 0.15MPa) 下, 使 用螺旋进料器, 满足进料器要求而不需昂贵的锁气 系统, 飞灰循环系统采用鲁奇公司多年来CFB 燃烧 成熟技术, 可靠实用。鲁奇CFB 气化技术的特点在 于不刻意追求单一气化炉达到最佳效率, 而在于整 个系统达到最佳效率, 将CFB 气化装置与CFB 燃烬 装置组织在一起, 构成一个系统, 此系统的总碳转 化率可达到95% ～99% 。
其他气化工艺
U—gas气化工业装置流程图
、
用太阳能进行煤炭气 化
• 美国新墨西哥州怀特沙漠试验 地区次莫尔实验室, 使用太阳能 对煤炭进行气化的第一次试验 获得成功。它是用太阳能将煤 炭加热到1920 ℃ , 生产出可燃 煤气。 成分为一氧化碳 26.9%, 氢50.9% , 甲烷 5.4%，碳氢化合 物0.7%，二氧化碳16.1%。 所 使用的日光屏是由许多可活动 的平面镜组成的。
煤炭气化的方法
• 固定床气化法：固体气化原料在高温下与 气化剂发生氧化还原反应，产生以H2、CO 和CH4为有效气体的煤气，气化炉内原料床 层相对稳定或随着原料的消耗缓慢向下移 动。固体原料由气化炉顶加入，灰渣从气 化炉底排除，气化剂由炉底通过炉栅送入 炉内，生成的煤气由炉顶导出。
、
• 流化床煤气化法：采用0 ～ 10 mm 的小颗 粒煤作为气化原料，气化剂为蒸气/空气或 蒸气/氧气，气化剂自下而上经过床层。依 据原料的力度分布和湿度，控制气化剂的 流速，使床内原料煤全部处于流化状态， 在剧烈搅动和回混中，煤粒和气化剂充分 接触，进行化学反应和热量传递。利用碳 燃烧放出的热量，使煤粒干燥干馏和气化。
煤气化技术简介
煤气化是一个热化学过程。以煤或煤焦为原料，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气体燃料的过程.c:\iknow\docshare\data\cur_work\http：\\Coal—gasification-information\煤气化是煤化工的“龙头"，也是煤化工的基础。煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油、灰渣等副产品。
航天长征公司
煤种基本无限制
鲁西化工
10
非熔渣—熔渣分级气化
气流床
清华大学
煤种基本无限制
阳煤丰喜
11
WHG（五环炉）煤气化
气流床
五环工程公司
煤种基本无限制
尚未投运
12
水煤浆水冷壁煤气化
气流床
清华大学
煤种基本无限制
阳煤丰喜
13
BGL熔渣煤气化
固定床
英国燃气公司
褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤
煤气化技术简介
量较高 (>30%) 时，气化炉的经济性会急剧下降。因而要求煤炭灰熔点
FT<1500℃，灰含量在8%~20%之间； (4) Shell气化炉要把煤炭的含水量降低到很小的值 (烟煤的含水量降至2%， 褐煤降至 6%)，因此在煤炭处理的时候需要有烘干设备，不宜利用含水量
较高的煤炭；
(5) 干法进料系统的粉尘排放远大于水煤浆进料系统； (6) 气化炉结构过于复杂，加工难度大。
按进料方式分类 按气化介质分类
水煤浆气化
粉煤气化
纯氧或富氧气化
空气气化
Texaco
Shell、GSP、 三菱
Shell、Texaco GSP、BGL
三菱
2. 典型的煤气化技术
2.1 煤气化技术
研发机构 GE 西门子 Shell 英国煤气公司 日本三菱公司 华东理工与兖矿集团 华东理工 西安热工研究院 西北化工研究院 北京航天万源煤化工 气化技术 Texaco水煤浆加压气化技术 GSP干煤粉加压气化技术 Shell干煤粉加压气化技术 BGL气化技术 吹空气煤气化技术 多喷嘴水煤浆气化技术 四喷嘴对置式干煤粉加压气化技术 两段式干煤粉加压气化技术 多元料浆单喷嘴顶置气化技术 航天炉
循环发电。
2. 典型的煤气化技术
2.2 Texaco气化炉
结构组成： 由喷嘴、气化室、激冷室（或 废热锅炉）组成。 水煤浆（58~62wt%）供料 液态排渣炉 内壁衬里有多层耐火砖 水煤浆和氧气从炉顶的燃烧 器高速连续喷入气化室，高 温状态下工作的喷嘴设有冷 却水装置，水煤浆喷入气化 炉内迅速发生反应，数秒钟 内完成气化过程。 气化炉的下部因冷却方式不 同有2种形式，一种激冷型 冷却方式，一种废热锅炉型。
空分装置投资。
煤气化技术简介
煤气化技术煤气化已有100多年的发展历史，先后开发了200多种气化工艺或气化炉型，有工业化应用前景的十余种。
煤气化可分为完全气化和不完全气化两大类：完全气化是指煤及其它固体原料与气化剂进行一步法化学反应，生成可燃气或合成气；不完全气化是指固体原料进行热加工时，除生成可燃气外还有含碳固体产物（如煤炼焦过程）。
这些产物又可进行加工利用。
国外为了提高燃煤电厂热效率，减少环境污染，对煤气化联合循环发电技术作了大量工作，促进了煤气化技术的开发。
目前已成功开发出了对煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的新一代煤气化工艺，主要有荷兰壳牌（Shell）的粉煤气化工艺、德国克鲁伯—考柏斯（Krupp—Koppers）的Prenflo工艺，美国德士古（Texaco）和Destec 的水煤浆气化工艺以及德国黑水泵的GSP工艺等。
本章着重介绍我厂油改煤改造工程所引进的Shell粉煤气化工艺技术。
第一节煤气化技术分类及其发展一、煤气化技术分类最常用的气化分类方法是按煤和气化剂在气化炉内的相对运动来划分，大体可分成三种：逆流：固定床、移动床。
煤（焦）由气化炉顶部加入，自上而下经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，最后形成灰渣排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层（两者合称气化层）。
代表炉型为常压UGI炉和加压Lurgi炉，主要用于制取城市煤气。
固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高，入炉煤要有一定的粒(块)度及均匀性。
煤的机械强度、热稳定性、粘结性和结渣性等指标都与透气性有关，因此，固定床气化炉对入炉原料有很多限制。
并逆流或返混流：流化床、沸腾床。
气化剂由炉底部吹入，使细粒煤（＜6mm）在炉内呈并逆流反应，通常称为流态化或沸腾床气化。
煤粒( 粉煤)和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动。
为了维持炉内的“沸腾”状态并保证不结疤，气化温度应控制在灰软化温度（ST）以下。
煤气化综述
移动床气化要求10~100mm的且较均匀的块煤
流化床气化要求பைடு நூலகம்~8mm的细粒煤
气流床气化则要求＜0.1mm的粉煤
煤气化的应用领域
1 化学品（化肥、甲醇、二甲醚、烯烃等），是碳一化学的重要途径之一 。 2 为直接液化提供氢源（液体燃料） 3 煤间接液化（液体燃料）
煤气化
6 7 8
4
5
发电、热、化学品多联产（多联供） 联合循环发电（IGCC） （电能 ） 燃料电池（电能 ）
温克勒（Winkle）气化
流化床炉的典型代表是德国的Winkle，最初用来利 用廉价的细煤，后大量用于合成氨工业。
U-GAS气化
U-Gas气化炉是美国燃气工艺研究院（IGT）
从1974年开始研究的流化床气化技术，并于
1994年在上海焦化总厂建成了世界上第一套
U-Gas气化工业装置。
U-GAS气化
进料阀寿命短，最长５个月，依赖进口。
移动床气化——鲁奇气化炉
移动床气化工艺介绍
液态排渣鲁奇炉（ＢＧＬ） 鲁奇公司与英国煤气公司联合开发，操作压力2.5～3.0 ＭＰa，气化温度１４００～１６００ ℃，液态排渣。 与固态排渣比有以下优点： 气化强度高，生产能力大； 水蒸汽耗量低，水蒸汽分解率提高；
气化反应机理
煤气化反应必须经过7步
1、反应气体从气相扩散到固体碳表面；
2、反应气体再通过颗粒的孔道进入小孔的内表面； 3、反应气体分子吸附在固体表面上，形成络合物； 4、络合物之间、络合物与气体分子之间进行反应； 5、吸附态的产物从固体表面脱附；
6、产物分子从固体的内部孔道扩散出来；
7、产物分子从颗粒表面扩散到气相中。
几种煤气化炉
1
2 3
煤气化研究报告
煤气化研究报告随着能源需求的不断增长，煤作为一种重要的能源资源，受到了越来越广泛的关注。
煤气化作为一种高效利用煤资源的技术，也逐渐成为了人们关注的焦点之一。
本文旨在对煤气化技术进行深入的研究，探讨其发展现状和未来发展方向。
一、煤气化技术概述煤气化是指将煤转化为一种可燃气体的过程。
该过程通常包括以下几个步骤：煤的粉碎和干燥、煤的气化反应、气体的净化和加氢、气体的利用。
根据不同的气化剂和反应条件，煤气化可以分为多种类型，如水煤气、干燥煤气、半水煤气等。
煤气化技术具有以下几个显著的优点：1.高效利用煤资源，可以将煤转化为多种高附加值产品，如合成气、甲醇、二甲醚等。
2.可减少煤炭的使用量，降低对环境的影响，减少二氧化碳等有害气体的排放。
3.具有较高的灵活性和适应性，可以根据不同的气化剂和反应条件制备不同种类的气体。
4.煤气化技术具有较高的自主创新能力，可以为国家的能源安全提供保障。
二、煤气化技术的发展现状我国煤气化技术已经有了较长的历史，早在上世纪五六十年代，国内就开始了煤气化的研究和实践。
随着技术的不断发展，我国的煤气化技术已经取得了很大的进展，成为了全球煤气化技术的领先者之一。
目前，我国主要的煤气化技术有两种：一种是以水蒸气为气化剂的水煤气技术，另一种是以空气和氧气为气化剂的干燥煤气技术。
其中，水煤气技术已经成为了我国的主导技术，其优点在于气化反应相对稳定，产物气体质量高，适用于制备高附加值的化学品和燃料气。
除此之外，我国还在煤气化技术方面进行了多项创新，如采用床层气化技术、流化床气化技术等，进一步提高了气化效率和产物气体质量。
三、煤气化技术的未来发展方向未来的煤气化技术发展方向主要有以下几个方面：1.提高气化效率和产物气体质量，降低能耗和环境污染。
2.开发新型气化剂和反应条件，制备更多种类的气体和高附加值产品。
3.开展煤气化与化工、电力等领域的深度融合，实现煤气化产业的协同发展。
4.加强煤气化技术的国际合作和交流，推动我国煤气化技术的国际化进程。
煤炭气化
五.煤炭气化工艺
：Hale Waihona Puke 煤炭气化工艺可按压力、气化剂、 煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等 可按压力 分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分， 分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分， 主要有： 主要有： 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入， 1) 固定床气化：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， 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 于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢， 固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上， 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， 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。 移动床气化。 2) 流化床气化：它是以粒度为 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气 的小颗粒煤为气 化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中， 化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中， 煤粒在沸腾状态进行气化反应， 煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均 一，易于控制，提高气化效率。 易于控制，提高气化效率。
煤炭气化
一.定义：
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。
二.煤炭气化条件：
气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。
三.气化用煤的性质：
主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械 强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。
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1 加热和干燥 2 析出挥发分 3 挥发分和残焦燃烧气化 4 灰渣生成
一、煤气化的概念与基本原理 （续6）
（五）影响煤气化速度的因素 气体扩散速度 化学反应速度
一、煤气化的概念与基本原理 （续5）
（四）煤气化动力工况
1 气化剂扩散通过气流边界层 2 气化剂在碳表面的化学吸附
和化学反应 3 反应产物的脱附和扩散
壳牌气流床气化炉 （Shell）
煤炭气化简介
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二、煤炭气化工艺分类
德士古气流床气化炉（Texaco） •以水煤浆为原料 •以氧气和水蒸汽为气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
三种类型气化炉的区别
以空气作为气化剂
(m+n)C+(m+0.5n)O2+3.76(m+0.5n)N2 → mCO2 + nCO +3.76(m+0.5n)N2 + Q
• 以碎粒煤（6~20mm）为原料 • 以氧气和水蒸汽为气化剂 • 在加压下（2~4MPa）气化 • 气化连续进行 • 产品气中CH4含量高 • 固态排渣
鲁奇气化炉 （MK)
二、煤气化工艺分类
流动床气化 •流化床气化又称为沸腾床气化 •煤料在炉内呈沸腾状态 •气化剂速度能使碎煤呈浮动甚至沸腾状态
二、煤炭气化工艺分类
二、煤炭气化工艺分类
航天（HT-L）气流床气化炉 •以粉煤为原料 •以氧气和水蒸汽为气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
二、煤炭气化工艺分类
壳牌（Shell）气流床气化炉 •以粉煤为原料 •以氧气和水蒸汽为气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
航天气流床气化炉 （HT-L）
固定床间歇式气化的循环步骤
• 送风 • 回收 • 上吹（上吹加氮） • 下吹 • 二次上吹 • 二次回收（吹净）
1）送风的作用和流程
流程 空气 鼓风机→造气炉底部→碳层
德士古气流床气化炉 （ Texaco ）
三、移动床间歇式常压气化炉 （UGI）
以块状无烟煤或焦炭为原料 以空气和水蒸汽分别为气化剂
在常压下气化 气化间断进行
固态排渣
空气煤气的主要成分
• CO2 14~20% • CO 4~8% • N2 70~77%
煤炭气化简介
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以水蒸汽作为气化剂
• C + H2O(汽) = CO + H2 - 123kJ/mol • C + 2H2O(汽) = CO2 + 2H2 - 80kJ/mol
一、煤气化的概念与基本原理 （续7）
（六）煤炭气化产物
xC + 0.5yO2 → CxOy → mCO2 + nCO
800~1200℃时CO\CO2的浓度
浓 度
CO2 CO
距碳粒表面的距离
1200~1400℃时CO\CO2的浓度
浓 度
CO CO2
距碳粒表面的距离
煤炭气化简介
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二、煤气化工艺分类
煤炭气化简介
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二、煤炭气化工艺分类
恩德（Ende）流化床气化炉
• 以碎煤为原料（1~10mm） • 以空气或富氧空气和水蒸汽为气化剂 • 在常压或加压下气化 • 气化连续进行
二、煤炭气化工艺分类
气流床气化
• 气流床气化也称为气流夹带床气化 • 煤料与气化剂呈平行运动 • 煤料在炉内停留时间以秒计 • 气化剂以极快速度通过气化炉
煤炭气化简介
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煤气化简介
晋煤集团安徽临化公司 亓为华
一、煤气化的概念 与基本原理
（一）煤气化的概念
在一定的温度、压力下，用气化剂对煤 进行热化学加工，将煤转化为煤气的过 程。
一、煤气化的概念与基本原理 （续2）
（二）煤气化的主要化学反应
C + H2O(汽) = CO + H2 - 123kJ/mol C + 2H2O(汽) = CO2 + 2H2 - 80kJ/mol CO + H2O(汽) = CO2 + H2 + 42kJ/mol
一、煤气化的概念与基本原理 （续3）
（二）煤气化的化学反应
C + 2H2 = CH4 0.5S2 + H2 = H2S + Q 0.5S2 + CO = COS + Q C + S2 = CS2 + Q C + 0.5H2 + 0.5N2 = HCN
煤炭气化简介
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一、煤气化的概念与基本原理 （续4）
（一）以入炉煤形态分类
1 块煤气化 2 粉煤气化
二、煤气化工艺分类
（二）以操作压力分类
1 常压气化 2 加压气化
二、煤气化工艺分类
（三）以气化连续性分类
1 间歇式气化 2 连续式气化
二、煤气化工艺分类
移动床气化 •煤料与炉体相对静止，靠重力下降 •煤料在炉内停留时间以小时计（1~10小时） •气化剂以较低速度通过床层
目录
• 1、煤气化的概念和基本原理 • 2、煤气化工艺分类 • 3、移动床间歇式常压气化炉（UGI） • 4、航天气流床粉煤加压气化炉（HT-L）
一、煤气化的概念与基本原理 （续1）
（二）煤气化的主要化学反应
C + O2 = CO2 + 402kJ/mol 2C + O2 = 2CO + 237kJ/mol C + CO2 = 2CO - 165kJ/mol 2CO + O2 = 2CO2 + 567kJ/mol
循环流化床气化炉（CFB）（Lurgi）
• 以碎煤为原料 • 以氧气和水蒸汽为气化剂 • 在常压下气化 • 气化连续进行 • 固态排渣
二、煤炭气化工艺分类
ICC灰融聚流化床气化炉
• 以碎煤为原料（1~8mm） • 以氧气或富氧空气和水蒸汽为气化剂 • 在常压或加压下气化 • 气化连续进行
灰融聚 流化床气化炉
二、煤气化工艺分类
（四）以煤的过程动态分类
1 移动床气化 2 流动床气化 3 气流床气化
二、煤气化工艺分类
移动床间歇式常压气化炉（UGI）
• 以块状无烟煤或焦炭为原料 • 以空气和水蒸汽为气化剂 • 在常压下气化 • 气化间断进行 • 固态排渣
煤炭气化简介
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二、煤气化工艺分类
移动床鲁奇气化炉(MK)
Hale Waihona Puke 水煤气的主要成分• CO2 ~5% • CO 35~45% • H2 55~60%
合成氨用半水煤气的主要成分
• CO2 • CO • H2 • N2 • CH4
6~9% 25~30% 35~42% 20~23% 1~2%
1）送风的作用和流程
作用：通过空气中氧与碳的反应， 产生热量蓄积于碳层中，为蒸汽气化 做好准备。