煤化学气化学习教案.pptx

主要(zhyo)内容Coal chemistry123煤气化概述(i sh)煤气化的基本原理煤气化炉的基本原理第一页，共49页。煤的燃烧(rnsho)1.煤气化概述(i sh)Coal chemistry第二页，共49页。 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(w men)所熟知，如煤燃烧发电。那么什么是 煤气化 呢？1.煤气化概述(i sh)Coal chemistry第三页，共49页。 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(yngq)（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(xunyng)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）床气化炉，流化床气化炉和气流床气化炉。1.煤气化概述(i sh)LurgiKBR TexacoCoal chemistry第四页，共49页。1857德国德国Siemens兄弟兄弟: 块煤生产块煤生产(shngchn)煤气的炉子煤气的炉子1883用于合成氨（机械炉排的发明，固定床用于合成氨（机械炉排的发明，固定床移动床）移动床）1921固定床固定床/移动床（德国移动床（德国Lurgi，鲁奇）工艺，鲁奇）工艺发展、应用至今：常压发展、应用至今：常压加压，固态排渣加压，固态排渣液态排渣液态排渣1926流化床（德国流化床（德国Winkler）工业应用）工业应用(yngyng)发展、应用发展、应用(yngyng)至今：常压至今：常压加压，固态排渣加压，固态排渣液态排渣液态排渣U-Gas 美国美国IGT（1974）、中科院煤化所（）、中科院煤化所（1980） KRW 美国西屋（美国西屋（1975）1950s气流床气流床 德国德国Koppers-Totzek，KT炉，常压、干粉炉，常压、干粉(gnfn)Texaco 美国，第一套中试装置（美国，第一套中试装置（1948）Shell 荷兰，第一个实验装置（荷兰，第一个实验装置（1976）Prenflo 德国德国Krupp-Uhde公司，加压公司，加压KT炉（炉（1985）GSP 原民主德国（原民主德国（1976）Coal chemistry1.煤气化概述历史第五页，共49页。煤分布煤分布(fnb)器器搅拌器搅拌器 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(hun yun)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(hun yun)反应。Coal chemistry1.煤气化概述(i sh)第六页，共49页。煤气化气化IGCCIGCC发电发电燃料电池燃料电池/ /炼厂炼厂工业工业/ /民用燃气民用燃气合成气合成气燃气燃气还原气还原气氢气氢气化肥化肥甲醇甲醇二甲醚二甲醚乙烯乙烯、丙烯丙烯醋酸醋酸、醋酸酐醋酸酐汽油汽油、柴油柴油其它其它直接还原炼铁直接还原炼铁石油焦石油焦天然气天然气焦炉气焦炉气COCO+ +HH2 2煤煤基基多多联联产产系系统统 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一项核心技术，占工程(gngchng)投资的三分之一以上，是关系到工程(gngchng)项目技术经济性的关键。煤转化过程煤转化过程(guchng)以煤气化为以煤气化为“龙龙头头”，煤气化构成了煤化工工艺的主要，煤气化构成了煤化工工艺的主要成本成本Coal chemistry1.煤气化概述(i sh)第七页，共49页。热解反应热解反应(fnyng)2.1 煤气化过程的主要煤气化过程的主要(zhyo)反应反应 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(ky)表示如下：2.煤气化的基本原理Coal chemistry第八页，共49页。挥发分的燃烧挥发分的燃烧(rnsho)反应反应2.1 2.1 煤气化过程的主要煤气化过程的主要(zhyo)(zhyo)反应反应 气化过程(guchng)中主要的可燃挥发分有CO、H2、CH4、C2H6等，它们与气化剂中的氧气将发生下列燃烧反应：燃烧反应燃烧反应Coal chemistry第九页，共49页。焦炭焦炭(jiotn)的燃烧反应的燃烧反应2.1 2.1 煤气化过程的主要煤气化过程的主要(zhyo)(zhyo)反反应应 化学反应(huxu fnyng)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：Coal chemistry第十页，共49页。焦炭焦炭(jiotn)的气化反的气化反应应挥发挥发(huf)分的转化反分的转化反应应2.1 2.1 煤气化过程煤气化过程(guchng)(guchng)的主要的主要反应反应 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气化反应Coal chemistry第十一页，共49页。2.1 2.1 煤气化过程的主要煤气化过程的主要(zhyo)(zhyo)反应反应Coal chemistry第十二页，共49页。煤煤 加热加热(ji r) 燃烧燃烧含含O2含含H2O 气化气化密闭密闭 热解（炭化）热解（炭化） 气化：气化：C + H2O = CO + H2Hr = 131 kJ/mol 吸热反应吸热反应燃烧：燃烧：C + O2 = CO2Hr = -394 kJ/mol 放热反应放热反应部分氧化：部分氧化：C + O2 = COHr = -111 kJ/mol 放热反应放热反应气化：气化：C + CO2 = 2 COHr = 173 kJ/mol 吸热反应吸热反应变换：变换：CO + H2O = CO2 + H2Hr = - 41 kJ/mol 放热反应放热反应气化气化(q hu)与燃烧与热解与燃烧与热解2.1 2.1 煤气化过程的主要煤气化过程的主要(zhyo)(zhyo)反应反应Coal chemistry第十三页，共49页。理想理想(lxing)过程过程 热平衡（放热吸热）热平衡（放热吸热）C + 1/2O2 +3.76/2 N2 = CO+1.88N2C + H2O = CO + H2总反应总反应(fnyng)：2.2 C + 0.6 O2 + H2O + 2.3 N2 = 2.2 CO + H2 + 2.3 N2 产物组成：产物组成：CO = 40%H2 = 18.2%N2 = 41.8%热损失：热损失：部分水蒸发部分水蒸发产物带出热量产物带出热量(rling)过程热损失过程热损失放热反应多放热反应多产物产物H2浓度低浓度低Hr = 135.0 kJ/mol 吸热反应吸热反应Hr = -110.4 kJ/mol 放热反应放热反应2.1 2.1 煤气化过程的主要反应煤气化过程的主要反应Coal chemistry第十四页，共49页。煤气化过程煤气化过程宏观：气宏观：气-固过程固过程微观：气微观：气-固、气固、气-气化学反应气化学反应(huxu fnyng)传递过程传递过程气气-固过程的步骤：固过程的步骤： 1）气体反应物向固体表面的转移和扩散）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）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）被吸附的气体反应物与固体表面反应生成中间产物(chnw) 4）中间产物）中间产物(chnw)分解、与其他气体分子反应分解、与其他气体分子反应 5）反应产物）反应产物(chnw)从固体表面脱附从固体表面脱附2.2 2.2 气化气化(q hu)(q hu)反应动力反应动力学学 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率。Coal chemistry第十五页，共49页。C + CO2 = 2 CO Hr = 173 kJ/mol（吸热反应）（吸热反应）一般在一般在800 oC以上进行以上进行(jnxng)，重要的气固反应，重要的气固反应 2.3 2.3 气化反应气化反应(fnyng)(fnyng)机理机理提出的机理（提出的机理（4 MPa）CO2 + Cf CO + C(O)表面络合物与一氧化碳之间的可逆氧交换表面络合物与一氧化碳之间的可逆氧交换(jiohun)C(O) CO + Cf 表面络合物分解表面络合物分解Cf C（非活性）活性位失活（非活性）活性位失活 反应速率式：反应速率式： r k1 PCO21 + k2 PCO + k3 PCO2k1、k2和k3分别为表面氧化物的分解生成CO并逸入气相及CO的解吸等过程的个别阶段常数。Coal chemistry第十六页，共49页。碳与水蒸气的反应碳与水蒸气的反应(fnyng)：CH2O CO H2 C 2 H2O CO2 2 H2水煤气反应水煤气反应 CO H2O CO2 H2 C CO2 CO机理机理(j l)：H2O H2O（吸附）（吸附）CH2O（吸附）（吸附）CxOyH2（吸附）（吸附）H2（吸附）（吸附） H2CxOy H2O H2 CO（吸附）（吸附）CxOy CCO（吸附）（吸附）CO（吸附）（吸附） CO 常用反应速率式：常用反应速率式： r k1 PH2O1 + k2 PH2 + k3 PH2O2.3 2.3 气化气化(q hu)(q hu)反应机理反应机理k1-在碳表面上水蒸气的吸附速率常数；k2-氢的吸附和解吸平衡常数；k3-碳与吸附的水蒸气分子之间的反应速率常数Coal chemistry第十七页，共49页。 气流气流(qli)(qli)床床固定床固定床 流化床流化床 Texaco Shell PrenfloLurgiHTWGSPKBR灰锁灰斗激冷水蒸汽/氧气粗合成气夹套蒸汽焦油循环煤煤分布器废水去处理洗涤水BGL3.煤气化炉简介(jin ji)Coal chemistry第十八页，共49页。依据煤与气体的接触依据煤与气体的接触(jich)方式不同，有多种气化方式方式不同，有多种气化方式：气体气体气流床气流床煤粒与气体煤粒与气体同时穿过同时穿过煤粒：煤粒：70%过过200目目气体气体流化床流化床煤粒运动煤粒运动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：3-5 mm气体气体固定床固定床煤粒不动煤粒不动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：6-50 mm3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理Coal chemistry第十九页，共49页。不同类型气化炉的压力不同类型气化炉的压力(yl)损失和热传导：损失和热传导：最小流化速度最小流化速度颗粒带出速度颗粒带出速度3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理11Coal chemistry第二十页，共49页。 小型小型(xioxng)炉都有类似的结炉都有类似的结构构 蜂窝煤炉也属于这个类型蜂窝煤炉也属于这个类型450oC煤分布煤分布(fnb)器器搅拌器搅拌器2000oC3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉鲁奇固定床气化炉鲁奇Coal chemistry第二十一页，共49页。 能量优化利用的典型能量优化利用的典型(dinxng)进煤、排灰进煤、排灰进气、出气进气、出气煤中烃类挥发分煤中烃类挥发分 特点特点块煤块煤(6-50 mm), 节省磨煤节省磨煤成本成本高灰熔点高灰熔点煤气热值高煤气热值高焦油粘结焦油粘结(zhn ji)焦油加工（焦油加工（CH4、焦油、焦油、酚）酚）450oC煤分布煤分布(fnb)器器搅拌器搅拌器2000oC3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉鲁奇固定床气化炉鲁奇Coal chemistry第二十二页，共49页。煤煤气气煤煤 水蒸气水蒸气和氧气和氧气204593982灰灰 燃料层高度燃料层高度温度，温度，oC气体气体(qt)组成，组成，CO和和H2的产生不是同步的产生不是同步 (C + H2O = CO + H2) O2迅速迅速(xn s)消耗完，残余很多消耗完，残余很多C CO2先于先于CO出现，出现， CO2先增加，后下降，后又增加先增加，后下降，后又增加3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉鲁奇固定床气化炉鲁奇变换变换(binhun)：CO + H2O = CO2 + H2Coal chemistry第二十三页，共49页。 加长了干馏段（水套以上加长了干馏段（水套以上(yshng)） 下段煤气下段煤气 500600 oC焦油质量重焦油质量重 上段煤气上段煤气 100150 oC产生轻质焦油产生轻质焦油（从焦油（从焦油(jioyu)的路线看）的路线看）从煤的加热速率从煤的加热速率(sl)看看干馏段加长减慢了煤的加热速率干馏段加长减慢了煤的加热速率(sl)自由基反应、轻焦油的移出自由基反应、轻焦油的移出重焦油的形成机制重焦油的形成机制快速（高温）热解快速（高温）热解“拔头拔头”水套水套上段煤气出口上段煤气出口 100-150 oC下段煤气出口下段煤气出口 500-600 oC空气、蒸气入口空气、蒸气入口煤斗煤斗炉箅炉箅灰盘灰盘加煤机加煤机放散管放散管3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉两段式固定床气化炉两段式Coal chemistry第二十四页，共49页。 煤或焦炭，粒径煤或焦炭，粒径4-50 mm （强度（强度(qingd)） 弱粘结性，搅拌破黏弱粘结性，搅拌破黏 防止结渣防止结渣 提高水蒸气加入提高水蒸气加入(jir)量，但水蒸气量大会降低煤气质量量，但水蒸气量大会降低煤气质量 水耗量与煤种有关水耗量与煤种有关0.32-0.50 kg-水水/kg-无烟煤无烟煤0.12-0.20 kg-水水/kg-褐煤褐煤 加压加压提高煤气中甲烷提高煤气中甲烷(ji wn)和和CO2的含量，减少的含量，减少H2和和CO的含量的含量减少减少O2耗（生成甲烷耗（生成甲烷(ji wn)放热）放热）水蒸气耗量大增（生成甲烷水蒸气耗量大增（生成甲烷(ji wn)耗耗H2多，加压不利于多，加压不利于水分解）水分解）提高气化强度（气体密度大，气化速率快）提高气化强度（气体密度大，气化速率快）净煤气量少（净煤气量少（CO2多）多）减少煤气输送动力消耗减少煤气输送动力消耗3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉特点固定床气化炉特点Coal chemistry第二十五页，共49页。气化：气化：C + H2O = CO + H2Hr = 131 kJ/mol 吸热反应吸热反应燃烧：燃烧：C + O2 = CO2Hr = -394 kJ/mol 放热反应放热反应部分氧化：部分氧化：C + O2 = COHr = -111 kJ/mol 放热反应放热反应气化：气化：C + CO2 = 2 COHr = 173 kJ/mol 吸热反应吸热反应变换：变换：CO + H2O = CO2 + H2Hr = - 41 kJ/mol 放热反应放热反应Coal chemistry挥发挥发(huf)分的转化反分的转化反应应第二十六页，共49页。 煤或焦炭，粒径煤或焦炭，粒径4-50 mm （强度（强度(qingd)） 弱粘结性，搅拌破黏弱粘结性，搅拌破黏 防止防止(fngzh)结渣结渣 提高水蒸气加入量，但水蒸气量大会降低煤气质量提高水蒸气加入量，但水蒸气量大会降低煤气质量 水耗量与煤种有关水耗量与煤种有关0.32-0.50 kg-水水/kg-无烟煤无烟煤0.12-0.20 kg-水水/kg-褐煤褐煤 加压加压 提高煤气中甲烷和提高煤气中甲烷和CO2的含量，减少的含量，减少H2和和CO的含量的含量减少减少O2耗（生成甲烷放热）耗（生成甲烷放热）水蒸气耗量大增（生成甲烷耗水蒸气耗量大增（生成甲烷耗H2多，加压不利于水多，加压不利于水分解）分解）提高气化强度（气体密度提高气化强度（气体密度(md)大，气化速率快）大，气化速率快）净煤气量少（净煤气量少（CO2多）多）减少煤气输送动力消耗减少煤气输送动力消耗3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-固定床气化炉特点固定床气化炉特点Coal chemistry第二十七页，共49页。 煤煤0-10 mm氧气氧气(yngq)+蒸气蒸气后气化后气化(q hu)区区流化流化(li hu)区区灰渣（灰渣（30的灰）的灰）螺旋排灰机螺旋排灰机煤气煤气 能量利用能量利用进煤、出渣进煤、出渣进气、出气进气、出气焦油焦油 特点特点 高灰熔点、灰的碳含量高灰熔点、灰的碳含量处理量大于固定床处理量大于固定床气化温度低气化温度低箭头画反了箭头画反了3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-流化床气化炉温克勒流化床气化炉温克勒Coal chemistry第二十八页，共49页。稀相段稀相段浓相段浓相段煤煤气体气体(qt)分布板分布板特点：特点：导入高速射流，使灰分在软化但未熔导入高速射流，使灰分在软化但未熔融的状态下熔聚成小球，而选择性排出融的状态下熔聚成小球，而选择性排出(pi ch)。温度高于温克勒炉温度高于温克勒炉煤种适用性广煤种适用性广高速高速(o s)射流射流排灰排灰 1974 美国美国IGT建立炉径建立炉径0.9 m炉炉 1980s中科院山西煤化所研发中科院山西煤化所研发 工业示范（工业示范（100吨吨/日，日， 2400mm） 在陕西成功应用在陕西成功应用 IGT在上海焦化厂建在上海焦化厂建8台，未能成功台，未能成功3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-流化床气化炉灰熔聚流化床气化炉灰熔聚Coal chemistry第二十九页，共49页。煤或煤浆与气化剂通过特殊煤或煤浆与气化剂通过特殊(tsh)喷嘴一起送入炉内，瞬间燃烧、喷嘴一起送入炉内，瞬间燃烧、气化，温度气化，温度2000oC。KT气化炉气化炉特点：特点：温度高、气化温度高、气化(q hu)强度大强度大煤种适用性强煤种适用性强需庞大的磨粉、余热回收、除尘装置需庞大的磨粉、余热回收、除尘装置3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-气流气流(qli)床气化炉床气化炉Coal chemistry第三十页，共49页。喷嘴喷嘴(pnzu)O2入口入口(r ku)冷却水入口冷却水入口(r ku)冷却水冷却水出口出口水入口水入口水出口水出口特点：特点：水煤浆进料（煤水煤浆进料（煤60）先进行预热、水蒸发先进行预热、水蒸发干馏、热解、气化干馏、热解、气化液态排渣液态排渣进料比干煤粉简单稳定进料比干煤粉简单稳定湿法研磨节省动力湿法研磨节省动力煤浆需加稳定剂煤浆需加稳定剂对向火面耐火材料要求高对向火面耐火材料要求高副产蒸气利用很重要副产蒸气利用很重要O2耗较高、耗较高、CO2较多较多3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-气流床气化炉气流床气化炉-德士古德士古Coal chemistry第三十一页，共49页。国家九五攻关，水煤浆气化及煤化工国家工程中心华东理工国家九五攻关，水煤浆气化及煤化工国家工程中心华东理工由中心一个烧嘴变为四周由中心一个烧嘴变为四周(szhu)四个对喷烧嘴四个对喷烧嘴通过撞击流强化传质过程，有效气提高通过撞击流强化传质过程，有效气提高2-3%，氧耗有所下降，氧耗有所下降3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-气流气流(qli)床气化炉床气化炉-德士古德士古（中国）（中国）Coal chemistry第三十二页，共49页。特点：特点： 干煤粉进料、对喷烧嘴；干煤粉进料、对喷烧嘴；14001700oC，煤转化率高，煤转化率高耗氧较少、煤气有效成分较多耗氧较少、煤气有效成分较多水冷壁、液态排渣水冷壁、液态排渣磨煤能耗磨煤能耗(nn ho)、粉尘、粉尘3.煤气化炉的基本原理煤气化炉的基本原理-气流气流(qli)床气化炉床气化炉-壳壳牌牌Coal chemistry第三十三页，共49页。3.煤气化炉简介(jin ji)处理能处理能力力t/d CO+H2氧气耗量氧气耗量煤耗量煤耗量碳转化碳转化率率%备注备注引进技引进技术中试术中试装置装置15158088081 14104106006009595北宿混合煤北宿混合煤工业装工业装置置40040081.481.4- - - -煤煤种种同同上上，水水煤煤浆浆浓浓度度61.663.6%61.663.6%工业装工业装置置40040083834104105905909595煤煤种种同同上上，水水煤煤浆浆浓浓度度65%65%50050080804104106406409595神神府府煤煤，水水煤煤浆浓度 60%浆浓度 60%80080080804104106306309595华华亭亭煤煤，水水煤煤浆浓度 62%浆浓度 62%渭河化肥厂渭河化肥厂上海焦化厂上海焦化厂鲁南化鲁南化肥厂肥厂工厂工厂3232Nm O1000Nm (CO+H )32kg coal1000Nm (CO+H )Coal chemistry第三十四页，共49页。 兖矿集团公司与华东理工大学共同承担国家兖矿集团公司与华东理工大学共同承担国家“十五十五”863”863课题，开发课题，开发自主知识产权新型水煤浆气化技术，并实施产业化。自主知识产权新型水煤浆气化技术，并实施产业化。 2003 2003年年5 5月开工，月开工，20052005年建成的兖矿集团有限公司日处理年建成的兖矿集团有限公司日处理10001000吨吨煤新型煤气化炉及配套工程项目，总投资约煤新型煤气化炉及配套工程项目，总投资约2727亿元。建设两台亿元。建设两台(lin ti)(lin ti)日处理日处理11501150吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，配套生产吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，配套生产2424万吨甲醇，万吨甲醇，2020万吨醋酸，联产万吨醋酸，联产80MW80MW发电。发电。多喷嘴多喷嘴(pnzu)对置煤气化技术的产业化对置煤气化技术的产业化3.煤气化炉简介(jin ji)Coal chemistry第三十五页，共49页。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的成功多喷嘴对置式水煤浆气化技术的成功引起了国际煤气化领域的关注，引起了国际煤气化领域的关注，2006年煤年煤气化年会邀请华东理工大学报告该技术的气化年会邀请华东理工大学报告该技术的进展进展(jnzhn)。左上：气化技术协会主席左上：气化技术协会主席James Childress左下：著名气化专家、左下：著名气化专家、Gasification作作者者Chris Higman博士博士右：华东理工大学介绍煤气化技术右：华东理工大学介绍煤气化技术国际煤气化领域国际煤气化领域(ln y)的关注和认可的关注和认可3.煤气化炉简介(jin ji)Coal chemistry第三十六页，共49页。Coal chemistry 煤的快速热解 指升温速度远远高于常规升温速度(10/min或13/min)时煤的热解 升温速度可达每分钟几百、几千甚至几亿度 在快速热冲击下，热解过程将发生极大变化 气体析出温度范围大幅度地提高和加宽 这主要是由于加热(ji r)速度远远超过了气体从煤粒内部向外扩散逸出的速度 煤化度越低的煤，快速加热(ji r)的影响越显著。当褐煤快速加热(ji r)时，加热速度由1/s提高到100,000/s，气体析出温度范围由400840移向8601700。3.煤热解及气化技术煤热解及气化技术(jsh)-其他其他第三十七页，共49页。Coal chemistry 煤的快速热解 更重要的现象是，在快速加热下，最终失重率明显超过煤的工业分析所测得的挥发分产率。并改变了挥发产物的组成，特别是一次焦油和气态烃的产率大幅度增加，而且产品品种可通过控制热解过程进行调节(tioji) 这是正在发展中的煤快速热解新工艺的科学基础第三十八页，共49页。Coal chemistry 固体热载体快速热解法 西方石油公司法 以热焦屑作热载体，将煤粉喷入由燃烧气流挟带的热循环半焦的稀气流内，在2S内将煤加热至要求温度(530620)，升温速度约为17,000/min 热焦和煤气在旋风分离器中分开(fn ki)，部分热焦循环作热载体。在燃烧器内烧去一部分焦粉以提高温度，为热解反应供热 该法可以产油或产气模式进行 产油的最佳温度区间是560580，高挥发分烟煤油产率可约达干煤的35%(质量分数)，伴生气体可达约6.5%，氨水产率仅为1.7%。但所得油类是很重的焦油状物质，如欲将这种油用作燃料或化工原料，需对其进行催化或加氢提质。第三十九页，共49页。Coal chemistry 固体热载体快速热解法西方石油公司法 产气模式的最佳操作温度是870 平均气体产率将达到占原始干煤的30%(质量)，只有(zhyu)约10%(质量)的煤转化为重焦油 典型的气体组成 H2 26.8%、CO 30.0%、CO2 8.5%、CH4 22.4%、C1的烃类12.3%(主要为C2H4)第四十页，共49页。Coal chemistry 美国食品机械公司的COGas法 美国FMC公司的子公司COGAS开发公司研究开发，为一多段干馏、单段气化并加一燃烧炉，在常压下用蒸汽气化，三段干馏温度分别为315、425和540，气化炉870，燃烧炉1930，用空气与蒸汽气化。使煤连续(linx)通过三个反应器与逆向流动的热气流相遇而发生快速阶梯热解。曾在英国建有中试装置，炉径2.1m，投煤量45t/d，用于制代用天然气。 此法比西方石油公司法的产气模式的升温速度慢，处理温度高，焦油产率低，焦油产率的变化与煤化度的关系甚大。 由于沥青质和树脂状物质在较高温度下热分解，所以该法所得焦油的流动性比西方石油公司法的好得多第四十一页，共49页。Coal chemistry 鲁奇-鲁尔煤气法(L-R法) L-R法是将煤与热半焦在搅拌反应器中混合。 它的核心是固体热载体循环系统，此外还有气体产物系统和烟气系统。多余的热焦粉在排出前经废热回收。对高挥发分烟煤可以得到30%(质量)的焦油产率 此法如与电站(din zhn)或气化装置联合，将半焦加以利用，则优越性更加突出第四十二页，共49页。Coal chemistry 大连理工大学固体热载体快速热解法 大连理工大学在L-R法的基础上，研究开发了具有我国特色的固体热载体快速热解法 该法适用于褐煤、油页岩和低变质(bin zh)程度烟煤，干馏温度为500650。干馏焦油产率为414%，粗汽油产率为0.50.8%，煤气产率为90190m3/t，此为中等发热量煤气，可用作城市煤气。半焦反应性好，可作无烟燃料第四十三页，共49页。Coal chemistry 加氢闪急热解法 此法是将以氢挟带的煤通过适当预热的压力反应管，在900左右和5MPa下对烟煤进行1S的加氢闪急热解 可将煤中95%的有机碳转变为CH4和其他烃类气体。 产品产率和组成与操作条件关系甚大 苛刻的两次加氢裂解和固体残渣的加氢气化，可以提高气体产率 在有利于液态产物生成(shn chn)的温和条件下，只能使煤的30%50%(质量)转化第四十四页，共49页。Coal chemistry等离子热解煤制乙炔法 由于(yuy)石油化工的发展，传统的焦炭电石乙炔化学路线早已被乙烯化学所取代 随着石油价格的上涨和资源的短缺，对乙炔化学的兴趣又在逐渐增加 用等离子体裂解煤制乙炔的新工艺，许多国家在积极研究和开发 乙炔的H/C原子比为1，与煤的H/C比最接近，所以从煤裂解制乙炔应该是最合理的路线 这是煤的快速高温热解的一个极端情况第四十五页，共49页。Coal chemistry 等离子热解煤制乙炔法 此法是使氩、氢或氩-氢混合物，通过电弧或射频场发生离解和离子化形成等离子体，然后将超细煤送入等离子体内热解 因产生等离子体的方式不同(b tn)，所以加煤点的温度介于200015000之间 此法也可通入蒸气，以气化模式进行，称为等离子气化，目的是制造CO+H2合成气第四十六页，共49页。Coal chemistry等离子热解煤制乙炔法 反应器中间的一根水冷却细铜管为阴极，顶端是镀有钍的钨层，阳极是水冷的粗铜管 电弧气(氢、氩或氢-氩混合气)进入集流腔与煤粉混合 直流电弧从中央(zhngyng)阴极射向环形的阳极 阳极外有磁力线圈，形成磁场，电弧在磁场中高速旋转 这样可保证均匀加热，并可避免电弧在固定的部位与阳极接触而使其烧坏。第四十七页，共49页。Coal chemistry 等离子热解煤制乙炔法 等离子热解主要产生乙炔和少量碳黑，这是因为在约1350以上，乙炔在热力学上比其他烃类更加稳定。 反应产物需快速冷却以免生成的乙炔分解为碳和氢。 目前，此法的乙炔产率可高达35%(质量(zhling)，daf煤)，能耗与电石法乙炔相近第四十八页，共49页。感谢您的观看(gunkn)！第四十九页，共49页。