煤气化技术的基本原理教学教材.ppt

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1、煤气化技术的基本原理第一节概述一、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

2、；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，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

3、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）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

4、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

5、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

6、工艺可按压力、气化剂、气化过程、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CO

7、2含量过高；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间接供热气化方式（1）按供热方式分类加氢气化方式：即使

8、以第二种方式制得煤气，其热值仍不是很高。为了提高煤气的热值，可采用加压或加氢的方法以提高煤气中CH4的含量。即先使煤加氢气化，然后残余的焦炭再与氧气和水蒸气发生气化反应，产生的合成气也为加氢阶段提供了氢源。该方法中通常由平行进行的化学反应直接供热，或由电热为焦炭气化过程供热。第一节概述（1