煤化学气化培训资料.ppt

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1、煤化学气化煤的燃烧1.煤气化概述Coalchemistry目前工业化程度最成熟的煤炭利用技术为煤燃烧和煤气化。煤的燃烧被我们所熟知，如煤燃烧发电。那么什么是煤气化呢？1.煤气化概述Coalchemistry煤的气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气等做气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化剂选择：工业中主要选择水蒸气为气化剂。实验研究时可选用CO2做气化剂。煤的气化过程是在煤气化炉中进行的。气化炉可分为固定（移动）床气

2、化炉，流化床气化炉和气流床气化炉。1.煤气化概述LurgiKBRTexacoCoalchemistry1857德国Siemens兄弟:块煤生产煤气的炉子1883用于合成氨（机械炉排的发明，固定床→移动床）1921固定床/移动床（德国Lurgi，鲁奇）工艺发展、应用至今：常压→加压，固态排渣→液态排渣1926流化床（德国Winkler）工业应用发展、应用至今：常压→加压，固态排渣→液态排渣－U-Gas美国IGT（1974）、中科院煤化所（1980）－KRW美国西屋（1975）1950s气流床德国Koppers-Totze

3、k，KT炉，常压、干粉－Texaco美国，第一套中试装置（1948）－Shell荷兰，第一个实验装置（1976）－Prenflo德国Krupp-Uhde公司，加压KT炉（1985）－GSP原民主德国（1976）Coalchemistry1.煤气化概述——历史煤分布器搅拌器在气化发生炉中的原料层可分为灰渣层、氧化层（燃烧层）、还原层、干馏层和干燥层。但在实际生产中并无明显分界线，而是进行着复杂的氧化还原反应。Coalchemistry1.煤气化概述煤气化技术是整体煤气化联合循环发电系统、煤化工、煤制油和煤代天然气等过程的

4、一项核心技术，占工程投资的三分之一以上，是关系到工程项目技术经济性的关键。煤转化过程以煤气化为“龙头”，煤气化构成了煤化工工艺的主要成本Coalchemistry1.煤气化概述热解反应2.1煤气化过程的主要反应煤热解过程涉及的化学反应非常复杂，反应途径多种多样。一般认为煤热解过程通常包括两大类主要的反应，即裂解反应和缩聚反应，热解前期以裂解反应为主，热解后期以缩聚反应为主。热解反应的宏观形式可以表示如下：2.煤气化的基本原理Coalchemistry挥发分的燃烧反应2.1煤气化过程的主要反应气化过程中主要的可燃挥发分有

5、CO、H2、CH4、C2H6等，它们与气化剂中的氧气将发生下列燃烧反应：燃烧反应Coalchemistry焦炭的燃烧反应2.1煤气化过程的主要反应化学反应必需要有分子之间的接触，从这个角度讲，挥发分的燃烧反应要比焦炭的燃烧反应更加容易进行，焦炭的燃烧反应主要为：Coalchemistry焦炭的气化反应挥发分的转化反应2.1煤气化过程的主要反应当氧气消耗殆尽后，气化剂中的H2O，燃烧过程生成的H2O和CO2将与焦炭发生下列气化反应气化反应Coalchemistry2.1煤气化过程的主要反应Coalchemistry煤加热

6、燃烧含O2含H2O气化密闭热解（炭化）气化：C+H2O=CO+H2△Hr=131kJ/mol吸热反应燃烧：C+O2=CO2△Hr=-394kJ/mol放热反应部分氧化：C+½O2=CO△Hr=-111kJ/mol放热反应气化：C+CO2=2CO△Hr=173kJ/mol吸热反应变换：CO+H2O=CO2+H2△Hr=-41kJ/mol放热反应气化与燃烧与热解2.1煤气化过程的主要反应Coalchemistry理想过程热平衡（放热＝吸热）C+1/2O2+3.76/2N2=CO+1.88N2C+H2O=CO+H2总反应：2

7、.2C+0.6O2+H2O+2.3N2=2.2CO+H2+2.3N2产物组成：CO=40%H2=18.2%N2=41.8%热损失：－部分水蒸发－产物带出热量－过程热损失放热反应多产物H2浓度低△Hr=135.0kJ/mol吸热反应△Hr=-110.4kJ/mol放热反应2.1煤气化过程的主要反应Coalchemistry煤气化过程宏观：气-固过程微观：气-固、气-气化学反应＋传递过程气-固过程的步骤：1）气体反应物向固体表面的转移和扩散2）气体反应物在固体表面的吸附3）被吸附的气体反应物与固体表面反应生成中间产物4）中

8、间产物分解、与其他气体分子反应5）反应产物从固体表面脱附2.2气化反应动力学上述历程中，既有化学反应过程，也有物理过程。由于物理过程中以物质扩散为主，所以也称为扩散过程。整个历程进行的快慢，通常用气化总速率来衡量。气化反应总速率为单位时间内单位反应表面上发生反应的物质量。该速度与上述各阶段的速率有关，主要取决于历程中最慢的阶段的速