煤气化技术应用基本基本原理.ppt

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1、第七章煤的气化技术煤的直接燃烧带来的环境问题到目前为止仍不能得到有效地解决。而煤的气化技术可以说是未来煤的洁净利用技术的基础，被认为是最清洁的煤转化利用方式。煤的气化产物在电力生产、城市供暖、燃料电池、液体燃料和化工原料合成等方面都有极其广泛的应用，能够达到充分利用煤炭资源的目的，所以煤的气化技术理所当然成为未来洁净煤技术的核心。第七章煤的气化技术第一节概述一、煤气化的定义和实质煤的气化过程是一个热化学过程，它以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸气或氢气为气化剂（又称气化介质），在高温

2、的条件下，通过部分氧化反应将原料煤从固体燃料转化为气体燃料（即气化煤气，或简称煤气）的过程。煤炭气化时必须具备三个条件：气化炉、气化剂、供给热量。三者缺一不可。第七章煤的气化技术（1）气化与燃烧的区别从化学反应的角度，煤的气化和燃烧都属于氧化过程。当煤点燃时，它潜在化学能就会以热的形式释放出来，即空气中的氧气和煤中的碳、氢反应生成CO2和H2O，并释放热量；在氧气充足的情况下，煤将发生完全氧化反应，其所有的化学能都将转化成热能，这个过程就是燃烧。第一节概述（1）气化与燃烧的区别如果此时减少氧气量，

3、那么煤将不能发生完全氧化反应，释放的热量也会减少，煤中剩余的潜在的化学能就会转移到生成的气体产物中，如H2、CO、CH4等。如果希望使气体产物中的化学能更大的话，从逻辑上讲就是继续减少供氧量。但实际上得有个限度，因为随着供氧量的减少，更多的煤将不能转化为气体而成为未反应碳，气化效率将大打折扣。所以控制供氧量至关重要。第一节概述（2）气化与液化的区别无论从工艺还是化学反应角度，两者都有很大不同。液化的目的是获取液体燃料或液体化学产品，其实质是通过将煤中大分子裂解成为小分子并同时调整煤中的C/H（减小

4、）比以获得液体产物。包括加H2直接液化和间接液化。第一节概述（3）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。第一节概述（3）气化与干馏的区别对于气化和干馏还有一种理解：即将煤的气化分为完全气化和部分气化。其中部分气化就是指干馏技术。根据干馏温度的高低，又可以分

5、高温干馏和低温干馏。高温干馏俗称高温炼焦，即冶金工业中炼焦；低温干馏又称温和气化，其工艺简单、条件温和，可同时获得煤气、焦油和半焦，因而是一项重要的洁净煤技术。第一节概述二、煤气化的基本原理从物理化学过程来看，煤的气化共包括以下几个阶段：煤炭干燥脱水、热解脱挥发分、挥发分和残留碳（或半焦）的气化反应。在气化过程中，当煤粒温度升高到350~450ºC时，开始发生煤的热解反应，有挥发物（焦油、煤气）析出，热解反应如下：第一节概述原煤颗粒干燥脱水干燥颗粒热解挥发分残留碳/半焦气化反应气化剂气化煤气二、煤

6、气化的基本原理煤的气化反应是指热解生成的挥发分、残留焦炭颗粒与气化剂发生的复杂反应。由于该反应是在缺氧状态下进行，因此煤气化反应的主要产物是：可燃性CO、H2和CH4，只有小部分的碳被氧化成CO2，可能还有少量的H2O。该过程的主要化学反应有：第一节概述二、煤气化的基本原理除了以上反应外，煤中存在的其它元素如：硫、氮等，也会与气化剂发生反应，在还原气氛下生成H2S、N2、NH3等物质。虽然这类物质较少，但将直接影响后续的煤气净化工艺第一节概述三、煤气化的分类煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程、

7、供热方式等进行分类：（1）按供热方式分类虽然在煤气化过程中，多数化学反应是释放热量，所以气化过程往往可以实现自供热，但在实际应用中这些热量不足以提高反应效率和煤气质量，所以还需要采用其他供热方式，一般需要消耗气化用煤的15~35%左右。总体来说煤气化供热方式有以下几种：第一节概述（1）按供热方式分类自供热气化方式：即煤气化过程没有外界供热，煤与水蒸气反应所需的热量由煤的氧化反应所提供，又称部分氧化供热。（见下面7-1图）间接供热气化方式：在自供热方法中由于过于依赖碳与氧的反应，导致煤气中的CO2含

8、量过高；如果采用纯氧做催化剂，会增加制氧成本；如果采用空气做催化剂，则会带入大量的N2。N2和CO2的存在都将会使煤气的热质降低。第一节概述（1）按供热方式分类间接供热气化方式：因此考虑让煤仅与水蒸气反应，热量可通过气化炉壁从外部传给煤或气化剂，也可以用电热和核反应进行间接供热，所以又称配热式水蒸气气化法。（见下右图）第一节概述800~1800ºC0.1~4MpaO2或空气水蒸气煤气煤灰800~900ºC0.1~0.4Mpa水蒸气煤气煤热图7-1自供热气化方式图7-2间接供热气化方