第二章煤炭气化原理(new)
第二章 煤炭气化的理论基础要点
n
RT Kc P 总
n
一 平衡常数
平衡常数K c 在温度一定时是个常数。当求得平衡常数后， 就可以计算一定条件下的平衡转化率。平衡转化率是该条件 下实际转化率的极限，可以计算系统总压、物料配比以及惰 性气含量对化学平衡的影响，还可以计算平衡时物系中各组 分的质量分数。 平衡常数的数值可通过测定反应达平衡时各物质的平衡 浓度而算得。在实际的气化炉中反应很复杂，特别是二次反 应的存在影响了反应物与产物的浓度测定，因此平衡常数难 以直接测定，而可以通过热力学公式用计算方法求得。如气 化过程的操作压力不高，则气体介质可以按理想气体考虑。
kp—用压力表示的平衡常数 kx— 用摩尔分数表示的平衡常数 △n—反应过程中气体物质分子数的增加（或体积的增加）
二 平衡的移动及影响因素
kp= kx.P △n
理论产率决定于kx，并随kx 的增加而增大，当反应体系 的平衡压力P增加时， P △n 的值由△n 决定。 如果△n<0 ，增大压力P后， P △n 减少。则由于kp 是不变 的，如果kx 保持原来的值不变，就不能保持平衡，所以当压 力增加时， kx 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少的方向移动。 如果△n>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△n=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。
二 平衡的移动及影响因素
2.压力的影响
平衡常数kx不仅是温度的函数，而且随压力的变化而变化。 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 气体体积减少的方向进行；反之，降低压力，平衡向气体体 积增加的方向进行。在煤炭气化的一次反应中，所有反应均 为体积增大的反应，故增加压力，不利于反应的进行。可由 下列公式得出： kp= kx.P △n
煤炭气化的原理
煤炭气化的原理引言煤炭是一种重要的能源资源，传统的煤炭燃烧产生的废气和温室气体对环境造成了严重的污染和全球气候变化的威胁。
为了减少对环境的影响，煤炭气化技术应运而生。
煤炭气化是将煤炭转化为合成气或液体燃料的过程，能够实现煤炭资源的高效利用和二氧化碳的减排。
本文将详细探讨煤炭气化的原理及其应用。
1. 煤炭气化的基本原理1.1 煤炭气化的定义煤炭气化是指将煤炭在高温和高压下与水蒸气或空气反应，将其转化为可燃气体的过程。
这种气化过程包括物理变化和化学变化两种形式。
1.2 煤炭气化的热化学反应煤炭气化的热化学反应包括煤的干馏和气化两个阶段。
首先，煤炭在干馏过程中，由于热作用分解，生成固体残余物和煤气。
然后，这些煤气在高温和高压下与水蒸气或空气反应，生成合成气（主要为CO和H2）或液体燃料。
2. 煤炭气化的过程2.1 煤的预处理在煤炭气化过程中，为了提高煤的反应性和减少热解需氧量，通常需要对煤进行预处理。
预处理包括煤的破碎、煤的干燥和煤的分类等步骤。
2.2 典型的煤炭气化过程典型的煤炭气化过程包括干燥、热解、煤气生成和气体净化等步骤。
首先，煤炭经过干燥步骤，除去煤中的水分。
然后，在高温下进行热解，将煤转化为固体残余物和煤气。
接下来，这些煤气经过煤气生成步骤，与水蒸气或空气反应生成合成气或液体燃料。
最后，气体经过气体净化步骤，除去其中的灰尘和其他杂质。
3. 煤炭气化的应用3.1 合成气的应用合成气（主要为CO和H2）是煤炭气化的主要产物之一，具有很高的能量密度和可调节性，广泛应用于合成液体燃料、合成化学品和制氢等领域。
3.2 煤直接液化的应用煤直接液化是将煤转化为液体燃料的过程。
液化后的燃料可以用作煤油替代品，并广泛应用于交通运输、工业生产和居民生活等领域。
3.3 电力生产的应用煤炭气化技术可以与燃气轮机和蒸汽联合循环发电技术相结合，用于发电。
这种方式可以提高燃煤电厂的效率和环保性能。
3.4 煤炭气化技术的前景煤炭气化技术在能源结构调整和减排目标的实现上具有重要意义。
煤炭气化的原理
煤炭气化的原理
煤气化原理气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。
它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。
气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。
煤炭气化包含一系列物理、化学变化。
一般包括热解和气化和燃烧四个阶段。
干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。
其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。
煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。
煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。
气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。
主要反应： 1、水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2-131KJ/mol
2、水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol
3、部分氧化反应C+0.5 O2=CO+111KJ/mol
4、完全氧化（燃烧）反应C+O2=CO2+394KJ/mol
5、甲烷化反应 CO+2H2=CH4+74KJ/mol
6、Boudouard反应C+CO2=2CO-172KJ/mol。
煤炭气化工艺学-第二章-煤炭气化原理
(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。
化学平衡时
1、温度对化学平衡的影响
当化学平衡时，化学平衡常数为
从上式可以看出，若△H为负值时，为放热反 应，温度升高，b值减小，对于这类反应，一般来
其生产煤气具有安全性好、投资少、见 效快、污染少、效益高等显著优点，深受 世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法 。
建地下气化炉的两种技术途径
巷道式建 地下气化
炉技术
钻井式建 地下气化
炉技术
在正开采或废弃的煤矿井中可启建地下气化炉，由人工 掘进的方式在煤层中建立起气化巷道，并在进气孔底部 巷道壁筑起一道密闭墙（促使定向燃烧煤层），便可将 密闭墙前面的煤炭点燃。单套炉由气化通道进气孔、辅 助孔和出气孔组成，气化通道于同一煤层内连通各孔。 但该技术人工竖井深度受限，因受煤层的地应力和煤层 温度制约。
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流主体
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 蒸气分解三个主要气一固相过程．
分析- 1.碳在气化过程中的氧化
地下气化的概况
煤炭地下气化开采能有效地利用矿物能源资源，毕 竟国内井工可采煤炭含量仅占煤炭资源储量的 11.43%，地下气化开采就是有效利用资源的途径。
目前山东、山西、内蒙古、贵州、河南、四川、辽 宁等地区都在引入煤炭地下气化技术，使“报废”的 煤炭资源得到充分利用。
煤气化的基本原理-经典通用PPT课件
H2, CO, CO2,
等
灰
图5--5 煤的水蒸气气化和加氢气化相 结合制造代用天然气原理
Ⅰ:气化剂： 02；H2O(气) Ⅱ：主要反应：
加氢阶段： C+H2→CH4 +Q 水蒸气气化阶段：
C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2 -Q Ⅲ：煤气主要可燃成分： CH4 Ⅳ：特点：
Ⅳ：特点： 气化炉外部供热（煤仅与水蒸 气反应）；
气化炉传热差，不经济。
H2O(气)
图5--3
煤
煤气(H2,CO,CO2,CH4等)
热
外热式煤的水蒸气气化原理
③煤的加氢气化原理
Ⅰ:气化剂：H2
Ⅱ：主要反应：
C+H2→CH4 +Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CH4
Ⅳ：特点：
煤气主要由CH4组成（代用天 然气）；
H2
产生残焦（含碳残渣）,煤与H2 加压生成CH4的反应性比煤与
水蒸汽的反应性小.
煤
800~1000℃ 1~10MP
煤气(CH4 H2,等)
残焦
图5--4 煤的加氢气化原理
④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然 气原理
煤
代
用
煤气(CH4
天
H2,等)
然
800~1000℃ 1~10MP
（加氢气化）
①基本化学反应：
氧化反应：
C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO +Q H2+ O2 →H2O +Q CO+H2O→CO2+H2 +Q
水煤气反应:C+H2O→CO+H2 -Q
第二章 煤气化原理
一、煤种对气化影响
煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作 用转变而成的。这个转变过程叫做植物的成煤过程。煤 的形成需二亿年，可用煤化度来表示煤的化学成熟程度。
煤气化生产技术
二、气化用煤分类
第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无 烟煤、焦炭、半焦、贫煤； 第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结
碳的燃烧热为34069.6kJ/kg
煤气化生产技术
三、煤气平衡组成的计算
2.以水蒸气为气化剂 （1）碳与水蒸气反应的化学平衡
反应生成的CO、CO2和H2能继续与碳或水蒸气反应
煤气化生产技术
三、煤气平衡组成的计算
上述反应中有吸热反应，也有放热反应。反应（2-2）、 （2-4）、（2-5）、（2-9）的平衡常数分别表示为：
煤气化生产技术
第二章 煤气化原理
煤气化主要包括以下四个过程： 1．煤的干燥 2．煤的干馏 3．煤的热解
4．氧化和还原反应
煤气化生产技术
第一节 煤气化方法
1
气化技术
2
地面气化技术的分类
煤气化生产技术
一、气化技术
1.地面气化 将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得、煤气 的方法称地面气化。 2.地下气化
三、煤气平衡组成的计算
根据方程(a)、(b)解得CO、H2的组成分别为：
又已知
由式（2-34）可得
煤气化生产技术
第三节 煤的性质对气化的影响
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
煤气化生产技术
煤种对气化影响 气化用煤分类 不同煤种对气化的影响 水分含量对气化的影响 灰分含量对气化的影响 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 燃料的灰熔点和成渣性对气化的影响 煤其他性质对气化的影响
煤气化的基本原理
煤气化的基本原理
1煤气化技术
煤气化技术是利用煤碳气化反应，将煤碳与氧气通过煤气炉加热分解，生成煤气作为资源的一种技术。
煤气化技术是一种“一步到位”、即高效利用煤碳源，一次性获取煤气（CO+H2）的技术。
此外，煤气化技术所得到的煤气可直接用于高效照明、车用燃料、加热烹饪和工业用途。
2煤气化的基本原理
煤气化的基本原理是将煤碳气化反应物（C）和氧气（O2）加入煤气炉中，将煤碳、氧气分解为较小的分子碳氢化物。
这种反应可以生成氢气和二氧化碳，并释放大量的热量。
C+O2=CO2+H2+Heat
煤气化反应的起始温度为750~850℃，当反应温度达到了
1500~1700℃时，大量的氢气和二氧化碳就会生成，就会产生大量的热量，使煤气化反应更加有效率。
3应用
煤气化的应用范围广泛，开发了许多应用方案，被广泛应用于房屋建筑、化工行业、煤炭电厂等领域。
例如，它被广泛应用于汽车行业，生产汽油类燃料；用于工业烧窑中，分解成气体，生产低温灰光火；用于电厂，生产热水用于温度控制；在医院用于消毒，清洗等等。
4发展
煤气化技术作为一种可再生资源，具有资源可持续利用的特点，可有效降低利用化石能源的负担，以及降低对环境的污染。
煤气化技术的使用也可以减少很多二氧化碳的排放、改善空气环境，促进人类可持续发展。
由于这些特性，煤气化技术的发展受到越来越重视，大量的科研如今正在付诸实施，有朝一日，它将发挥出更大的行业影响力。
第二章煤气化原理
二、地面气化技术的分类 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
3.按气化炉型分它类其定是悬床以浮气粒分化度下散；为移在而0动垂-实1的直0际m，上上m比升，的较的煤小准气料颗确流在粒的中气煤称，化为其煤过气为粒程化移在中原动沸是料床腾以，气状很在化态慢气。进的化行速炉气度内化向使
煤气化生产技术
第二章 煤气化原理
第二章 煤气化原理
1 煤气化方法 2 煤气化原理 3 煤的性质对气化的影响
2
第二章 煤气化原理
煤的气化过程是一热化学过程，是煤或煤焦与气化剂（ 空气、氧气、水蒸气、氢等）在高温下发生化学反应将 煤或煤焦中有机物转变为煤气的过程。该过程是在高温 、高压下进行的一个复杂的多相物理及物理化学过程。
气化与干馏的区别
➢干馏是煤在隔绝空气的条件下，在一定的温度范围
内发生热解，生成固定焦炭、液体焦油和少量煤气的 过程。 ➢而气化不仅是高温热解过程，同时还通过与气化剂 的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物。 ➢从转化的角度看，干馏是将煤本身不到10%的碳转 化为可燃气体混合物，而气化则可将碳完全转化。
煤化工发展始于18世纪后半叶，用 二 德 化 合 9成 1共 5739煤 干 市 炉 煤国 碳 成 果 建次043南k6年生 馏 街 煤 气得 与 法 创 立世年t二 业 减 煤 到 成 广 重非。德现展合景醇且醇机替8需产 方 道 气 作界到 氢 生 建 了投2次 因 慢 气 泛 新气0国0南在体煤料在，成。制也从化代0求1公 究 以 的 们 料 年 由 生 这 的 ▪民 法 照 来 为大迅 通 产 了9产世 石 了 制 用 引主世～9个鲁非1燃炭的，以甲其汽是近工燃预司 ， 便 采 羰 中 煤 产 突条 是7用 ， 城明 炼战速 过 液 第。1要界 油 步 甲 途 起纪95开料资新合尔随生醇中油多年原料0计2开 重 在 用 基 试 炭 醋 破件 煤年煤 生 市； 铁0时发 费 体 一17作大 、 伐 醇 ， 人7发的源途着产、二、种供料应0达成9化年0下 制始 点 工 醋 合 成 气 酸 。，气 产 煤，1万期展 燃 个-3战 天 ， 技 使 们为年煤严，径气含二甲低化需、用5托8南油5学， 化了 是 业 酸 功 化 、成美吨0； 的 气14，。 料~F后 然 进 术 煤 重城代炭重开，化 氧 甲 醚 碳 工 情 精 ， 0非(80厂公1-／ 0F合开化甲。制醋减学制国在 干年7T煤获1间 性 始 19，气人，炭视市成万生燃醚不烯产况细预当l59，9司4s年合成发生酯到合酐少品取E欧馏由年接，寻3c炭得3产料，仅烃品来化计吨5煤的低由气。煤功局9ha，总2应年成醋适产与成开副的2醋液基找年洲煤焦使技为有是的的看工需／se气成年注气炭迅迷于化开0t到r产用期油a化于煤首酐用时一气始世产一酐术主广从重重，原求年当气炭用意化功采T等气速时甲工发m2量此间历本基先厂r的的阔合要要除料量0。物个的的能氧，大纪，到时用制增a工，用o化发期醇业，由2n达史国合购研德p进煤的成中原作外将0，生非实催达化羰型8依并用于发热业一1(年工展，的又直合s0依悠有成买c一炭市气间料基，达究国赖验化到碳基化成常年于煤城生水ht在氧甲久丰液了斯步气场经体。本作)进室剂需为合生。重代1醇，富体德9发化前甲甲有为·曼口而研，要原成产他要末7早的燃国7液)，，
煤炭气化原理
煤炭气化原理一、引言煤炭气化是一种将煤炭转化为合成气的技术，通过高温和缺氧环境下的反应使煤炭中的有机物发生热解、干馏、燃烧等化学变化，产生一种含有一氧化碳和氢气的混合气体，称为合成气。
本文将对煤炭气化的原理进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、煤炭气化的基本反应煤炭气化的主要反应可以分为三个步骤：热解、干馏和燃烧。
2.1 热解煤炭在高温下分解，释放出挥发性物质和焦炭。
这个过程称为热解反应。
热解主要由以下三个步骤组成： 1. 原煤脱水：煤炭中的水分在高温下蒸发。
2. 碳氢化合物分解：煤炭中的碳氢化合物（如烃类）在高温下发生热解，产生小分子气体和炭质残留物。
3. 炭质残留物退变：煤炭中的炭质残留物在高温下发生退变，产生焦油和焦炭。
2.2 干馏在热解的基础上，进一步进行干馏反应。
干馏是指将挥发性物质和焦炭分离的过程。
干馏过程主要包括以下几个步骤： 1. 挥发性物质分离：将挥发性物质（包括一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、重烃等）从煤中分离出来。
2. 固体焦炭生成：将挥发性物质分离后得到的残渣进一步热解，生成固体焦炭。
2.3 燃烧燃烧是指将产生的一氧化碳（CO）和水蒸气（H2O）与外部供气中的氧气（O2）反应，产生二氧化碳（CO2）和热能的过程。
煤炭气化中的燃烧反应主要包括以下几个步骤： 1. 供气：将外部的氧气供应到煤炭气化反应器中。
2. 氧化反应：一氧化碳与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳。
3. 氢化反应：水蒸气与一氧化碳发生氢化反应，生成二氧化碳和水。
4. 燃烧释能：燃烧反应放出的热能可以用于产生蒸汽、发电等。
三、煤炭气化的影响因素煤炭气化过程受到许多因素的影响，主要包括以下几个方面：3.1 温度温度对煤炭气化速率和产物组成有显著影响。
较高的温度可以促进煤炭中的碳氢化合物热解和干馏反应，加快气化反应速率。
同时，高温条件下还有利于催化剂的活性和稳定性。
3.2 压力压力对气化反应的平衡和速率同样具有重要影响。
煤炭气化原理
煤炭气化原理煤炭气化是一种将固体煤转化为可燃气体的过程。
在这个过程中，煤被加热到高温，然后与水蒸气或氧气反应，产生可燃性气体。
这些气体可以被用作能源或化学原料。
一、煤的组成及其影响1. 煤的组成煤是一种有机物质，由碳、氢、氧、硫和少量的杂质组成。
它的主要成分是碳，占据了其总质量的50%到90%。
其他元素的含量相对较低。
2. 煤的影响由于不同类型和等级的煤具有不同的组成和结构，因此它们对于气化过程会产生不同的影响。
高灰分和挥发分含量较低的煤通常比较难以气化。
另外，硫和灰分等杂质也会降低气化效率并增加环境污染。
二、煤的预处理为了提高气化效率并减少环境污染，需要对原始煤进行预处理。
1. 破碎首先需要将原始煤进行粉碎，以便于后续的处理。
煤可以通过机械破碎或化学方法进行分解。
2. 脱水接下来需要将煤中的水分去除，以便于气化过程。
这可以通过加热和压缩等方法实现。
3. 脱硫由于硫会降低气化效率并产生环境污染，因此需要对煤进行脱硫处理。
这可以通过物理或化学方法实现。
三、气化过程在预处理完成后，原始煤被送入气化反应器中进行气化反应。
在这个过程中，煤被加热到高温并与水蒸气或氧气反应，产生可燃性气体。
1. 煤的加热首先需要将煤加热到高温。
这可以通过外部加热或内部反应器加热来实现。
2. 氧化反应如果使用的是氧气作为反应剂，则会发生完全氧化反应：C + O2 → CO2H2 + 1/2O2 → H2OS + O2 → SO23. 水蒸汽反应如果使用的是水蒸汽作为反应剂，则会发生部分氧化和还原反应：C + H2O → CO + H2C + 2H2O → CO2 + 2H2S + H2O → H2S + 1/2O24. 反应产物的处理在反应结束后，需要对产生的气体进行处理。
这可以通过冷却、净化和压缩等方法实现。
四、气化产物的用途气化产物可以被用作能源或化学原料。
1. 能源气化产物可以被用作燃料，例如燃气发电和城市燃气供应。
2. 化学原料气化产物中的一些成分可以被用于生产化学品，例如合成氨、合成甲醇和合成油等。