煤的气化定义和综合利用

移动床(又叫固定床) 沸腾床(又叫流化床) 气流床 熔融床 常压气化炉 加压气化炉
排渣方式
固态排渣气化炉 液态排渣气化炉
❖ 1.空气煤气 ❖ 2.混合煤气 ❖ 3.水煤气 ❖ 4.半水煤气
(二)煤气的种类
4、煤气的种类
空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气
以空气作为气化剂生产的煤气
以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物 作为气化剂，生产的煤气
CO,CO2,H2,CH4,H2O.
一、煤炭气化的意义
❖ 1.煤气是洁净的燃料： 发电、工业锅炉、窑炉、城市民用。
❖ 2.煤气是化学合成工业的原料： 合成氨、甲醇、二甲醚、醋酸酐。
二、煤的气化方法与煤气的种类
❖
（一）煤的气化方法
❖ 1.按原料在气化炉中的运动状态可分为：移动床
（固定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床
❖ 水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。 ❖ 用出炉粗煤气(含有水蒸气)与热粗煤气发生变
换反应，可以减少水蒸气的消耗。 ❖ 鲁奇加压气化法的消耗指标见表9.4.
3. 液态排渣加压气化法
❖ 炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如图 9.9.
❖ 特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔 渣连续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰 箱排出。因此产生的废水少、CO／H2可在较宽炉内产生的煤气称发生炉 煤气。
❖ 典型组成%：
MJ/m3 水煤气 发生炉煤气
CO2 H2 CO N2 CH4 高热值
5.0 50.0 40.0 5.0 0 5.5 10.5 29.0 55.0 0
10.5~12.2 4.4~5.1
(2)合成气与还原气
❖ 合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的，主 要用作不同化工产品的加工。如合成氨的合成气对 H2／N2要求很高，合成甲醇用气CO含量较高等等。
❖ 泥炭和褐煤：低温时加压产率低，高温时加压产率高。 原因：低级煤含C量少，加压可使气化更完全。
图 9.6 图 9.7
鲁奇加压气化法特点
❖ 优点：物料逆流操作、氢耗低、C含量恒定， 动力学条件好，气体作合成气时压缩费用低。
❖ 缺点：煤的粒度要求严格，粒度小的煤可使生 产能力下降；需要处理产生的低温干馏气体； 水蒸气转化率低，只有30~40%.
❖ 3.碳—水蒸汽反应 C＋H2O→CO＋H2＋135.7KJ/mol
❖ 4.变换反应 CO＋H2O→CO2＋H2－32.2kJ/mol
❖5.碳加氢反应
C+2H2→CH4＋39.4kJ/mol ❖6.热解或脱挥发分反应
CmHn→n/4CH4+（m－n）/4 C 或CmHn＋（4m－n）/2H2→mCH4
❖ 由进出物 料的相互 转化可建 立物料平 衡，通过 物料平衡 以及进出 物料温度 即可进行 热平衡计 算。
3 气化过程热平衡
煤气化炉原理和分类
❖ 煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为固定床、沸腾床、气 流床三种形式。几种气化法和气化炉简图如图
1. 固定床气化炉
❖ 块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料， 随气化过程进行料层慢慢下降，同时气化剂由下 向上逆流通过。
❖ 鲁奇加压气化炉及鲁奇加压气化流程如下图：
图 9.4
图 9.5
加压气化主要操作过程
❖ 气化除尘除焦油变换洗涤 ❖ 变换目的：发生变换反应调节CO/H2、提高H2的比
例、提高煤气热值。
❖ 洗涤目的：除去H2S等有害气体或惰性组分。 ❖ 脱酚：回收酚。
不同煤种的煤气化产率
❖ 烟煤：加压对煤气产率不利。原因：高压时产生CH4 多，CO、H2少。
❖ 加压气化优点：能耗低、煤气热值高。
❖ 过程：粒度5~30mm的煤间歇加入炉内，但炉内 布料器上存煤多，煤进入炉膛燃烧区是连续的。 炉内设有破粘装置。
❖ 煤气化压力约3MPa,水蒸气和氧气由转动炉箅进 入气化炉，生成的煤气由上部引出，灰渣经下部 灰箱排出。煤粒在炉内从上到下移动经过干燥层、 热解层、气化层、燃烧层。
❖ 还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体，要求其 中水蒸气和二氧化碳含量较少，较多时应将其除去。
(3)城市煤气
❖ 城市煤气要求含氢气和甲烷较多，硫含量少，以提 高热值和减少城市空气污染。
三、煤气化的化学反应
❖ 1.燃烧反应 C＋O2→CO2－395.4kJ/mol
❖ 2.发生炉煤气反应 C＋CO2→2CO＋167.9KJ/mol
将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替 送入气化炉内间歇进行生产的煤气
气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气 的量)后，生产的符合合成氨原料气的要求 的煤气
根据煤气组成不同可分为： 发生炉煤气和水煤气、 合成气和还原气、 城市煤气和焦炉煤气、 富气和合成天然气。
(1) 水煤气和发生炉煤气
❖ 交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤气。
煤的气化定义和综 合利用
❖ 定义：
煤的气化是指气化原料（煤或焦炭）与气化 剂（空气、水蒸汽、氧气等）接触，在一定 温度压力下，发生一系列复杂的热化学反应， 使原料最大限度地转变为气态可燃物（煤气） 的工艺过程。煤气的有效成分主要是H2、CO、 和CH4等。
❖ 煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合 物的反应过程。目的是将煤转化成可燃 气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦 的气化等过程。煤气的主要组成为
（悬浮床）气化、熔融床气化等；
❖ 2.按气化过程的操作方式可分为：连续式气化、间
歇式气化、循环式气化等；
❖ 3.按压力大小不同可分为：常压气化、加压气化
（中压0.7~3 .5MPa，高压>7.0MPa）。
1、气化炉：进行煤炭气化的设备叫气化炉。 2、气化炉分类
按照燃料在气化炉 内的运动状况
生产操作压力
❖ 优点：操作费用低、炉总效率高。 ❖ 缺点：热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干燥，
产生焦油和酚混在煤气中，使净化困难；对于有 粘性的煤，还需设置破粘装置；需设置转动炉箅； 操作周期短、维修费用大。
固定床气化法
❖ 1. 常压气化 ❖ 用空气和水蒸气作气化剂，生产低热值的发生炉
煤气作工业用煤气。用块状煤，固态排渣。气化 炉常为圆形，下有转动炉箅，燃料从上部加入， 气化剂由下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤 干燥、干馏、气化、燃烧层。 ❖ 2. 鲁奇加压气化 ❖ 加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同， 煤的适应范围不同，操作过程和炉结构都大同小 异。