神府长焰煤与小龙潭褐煤褐煤的气化特性研究文献综述

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1、煤的气化综述煤炭、石油、天然气为世界三大一次能源。随着石油资源的日益紧缺,有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。我国是世界最大的煤炭生产和消费国,煤炭分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%，是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，国土面积的6%[1]。目前,全国煤炭资源总量5.57万亿吨，约占世界总储量的45.7%，居世界第一位。我国煤储量可供使用500年左右，而现已探明的石油和天然气资源，最多可供人类使用50年。能源的综合利用已刻不容缓[2]。但目前大量煤炭被直接燃烧,

2、不仅浪费资源而且污染环境。因此,要使煤炭在本世纪的能源市场中站稳脚跟，必须发展洁净煤技术。煤炭转化成清洁燃料，如煤炭液化、气化和地下气化等是洁净煤技术的重要内容。相对来、说，煤气化是历史较悠久的一项技术。但尽管其发展较早，仍然存在诸多不完善的地方。煤是由不同组分组成的，其结构相当复杂，在不同转化条件下，反应性差别很大。煤的气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤焦（半焦）为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。气化时所得的气体称为煤气，其有效成分包

3、括一氧化碳、氢气和甲烷等。气化煤气可用作城市煤气、工业煤气、化工原料气（又称合成气）和工业还原气。在各种煤转化技术中，特别是开发洁净煤技术中，煤的气化是最有应用前景的技术之一，这不仅是因为煤气化的新技术相对较为成熟，而且煤转化为煤气之后，通过成熟的气体转化技术处理，对环境污染可以减小到最小程度，例如煤炭多联产、煤气化联合循环发电，就是一种高效低污染的洁净煤新技术，其发展前景相当好[3]。一、煤炭气化原理1.1煤气化的过程煤的气化过程是在煤气发生炉（又称气化炉）中进行的。移动床气化时，发生炉与气化过程见图1-1。发生炉是由炉体、加煤装置和排灰渣装

4、置等三大部分构成的。气化原料煤由上部加料装置装入炉膛，原料层及灰渣层由下部炉栅（又名炉篦）支撑，含有氧气与水蒸气的气化剂由下部送风口进入，经炉栅均匀分配入炉与原料层接触发生气化反应。生成的煤气由原料层上方引入，气化反应后残存的炉渣由下部的灰盘排出。发生炉用水夹套回收炉体散热。图1-1发生炉与气化过程示意图1.炉体；2.加料装置；3.炉栅；4.送风口5.灰盘料层；A.灰渣；B.氧化层C.还原层D.干馏层；E.干燥层由图1-1可见原料煤和气化剂逆向流动，气化剂由炉栅缝隙进入灰渣层，接触热灰渣后被预热，然后进入灰渣层上部的氧化层。在氧化层中气化剂中的

5、氧与原料中的碳反应，生成二氧化碳，生成气体和未反应的气化剂一起上升，与上面炽热的原料接触，二氧化碳被碳还原，同时水蒸气也和碳反应，生成CO和H2，此层称为还原层。还原层生成的气体和剩余未分解的水蒸气一起继续上升，加热上面的原料层，使原料进行干馏，该层称为干馏层。干馏气与上升热气体混合物即为发生炉煤气、热煤气将上部原料预热干燥，进入发生炉上部空间，由煤气出口引出。综上所述，在发生炉中原料层分为灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。灰渣层可预热气化剂和保护炉栅不会受到高温的伤害。氧化层进行碳的燃烧反应，反应速率快，氧化层高度较小，氧化层温度最高。

6、在还原层进行二氧化碳和水蒸气的还原反应，该反应为吸热反应，所需热量由氧化层带入，还原层进行的反应速率较慢，因而还原层高度超过氧化层。制造煤气的反应主要是在氧化层和还原层中进行的，所以称氧化层和还原层为气化区。上部的干燥层和干馏层进行原料的预热、干燥和干馏。实际操作中发生炉内进行的气化反应并不会在截然分开的区域中进行，各区域无明显的分界线。1.2煤气化的基本化学反应煤是一种有复杂分子结构的物质，除碳之外还有氢、氧、硫、氮等元素，煤干馏后煤焦中主要成分是碳，故这里只考虑元素碳的气化反应。表1-1列出了气化过程中发生的煤热裂解反应、均相反应和非均相反

7、应以及他们的热效应。参与反应的气体可能是最初的气化，也可能是气化过程的产物。这些反应中，R3即水蒸气和碳反应的意义重大，它参与各种煤气化过程，此反应为强吸热反应。反应R4也是重要的气化反应。供热的R1和R2反应与吸热的R3和R4组合在一起，对自热式气化过程起重要作用。加氢气化反应R5对于制取合成天然气（SNG）很重要。氢或合成气的制造由反应R1，R2和R3的组合实现。△H(298K，0.1MPa)kJ/molKcal/mol非均相反应（气、固）R1部分燃烧C+0.5O2=CO-123-29.4R2燃烧C+O2=CO2-406-97.0R3碳与水

8、蒸气反应C+H2O=CO+H2+119+28.3R4Boudouard反应C+CO2=2CO+162+38.4R5加氢化C+2H2=CH4-87-20