化工工艺学课件（薛荣书、谭世语 主编） 第9章 煤的化学加工.ppt

化工工艺学化工工艺学Chemicalengineeringtechnics化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业第第9章章煤的化学加工煤的化学加工Chemicalprocessofcoall9.1煤煤及其转化利用及其转化利用lCoalanditsconversionandutilizationl9.1.1煤的组成、分类及我国煤炭资源煤的组成、分类及我国煤炭资源l9.1.1.1煤的组成和结构煤的组成和结构l煤煤是由是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化高等植物经生物化学、物理化学和地球化学作用转变成的固体有机可燃矿物。学作用转变成的固体有机可燃矿物。l煤化序列为：植物煤化序列为：植物泥炭泥炭(腐泥腐泥)褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤。无烟煤。l成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其中主要是纤维素和木质素。中主要是纤维素和木质素。煤的煤的主要元素和结构主要元素和结构l煤的煤的主要元素为主要元素为C、H、O,含含少量少量S、N。lC含量随煤化程度增高而增大。褐煤含含量随煤化程度增高而增大。褐煤含C量量70；无烟煤含无烟煤含C92，氧含量则从氧含量则从20%左右降到左右降到2左右，氢含量由左右，氢含量由8左右降到左右降到4%左右。左右。lN、S含量与煤化度关系不大，分别约含量与煤化度关系不大，分别约0.52%、0.53%。l煤的基本煤的基本结结构构单单元元为缩为缩合芳合芳烃烃及及环烷烃环烷烃及多种及多种侧侧链链，杂杂原子及官能原子及官能团团。l侧链侧链往往是往往是联结联结各基本各基本单单元的元的桥键桥键。l年轻煤缩合芳烃少，侧链长，脂肪烃和含氧官能年轻煤缩合芳烃少，侧链长，脂肪烃和含氧官能团多。团多。l煤大分子之间由交联键形成空间结构。在大分子煤大分子之间由交联键形成空间结构。在大分子空间结构中有许多内表面积大的微孔。大分子中空间结构中有许多内表面积大的微孔。大分子中分散着一些低分子化合物，尤其以年轻煤为多。分散着一些低分子化合物，尤其以年轻煤为多。H H图图9.19.1.1.2 煤的分类 褐煤国际分类褐煤国际分类(ISO295174E)是采用水分含是采用水分含量作为区分的指标，按焦油产率量作为区分的指标，按焦油产率(daf)分组，共分组，共有有30个牌号。烟煤的国际分类是按个牌号。烟煤的国际分类是按1956年由年由ECE(ECONOMICCOMMISIONforEUROPE)完成的分类。此分类方案是欧美国家完成的分类。此分类方案是欧美国家煤分类的产物，采用多指标，包括煤的挥发分、煤分类的产物，采用多指标，包括煤的挥发分、粘结性、结焦性以及发热量等。粘结性、结焦性以及发热量等。l中国煤分类指标：中国煤分类指标：l基本指标干燥无灰基挥发分基本指标干燥无灰基挥发分V daf.l烟煤中以粘结指数烟煤中以粘结指数G作为中、强、弱粘结煤分类作为中、强、弱粘结煤分类指标。指标。l无烟煤中以无烟煤中以V daf和和干燥无灰基氢含量作为指标。干燥无灰基氢含量作为指标。l褐煤以投光率为指标划分小类。褐煤以投光率为指标划分小类。9.1.2 煤的转化利用煤的转化利用l煤的煤的转化利用途径可分为气化、液化和焦化。转化利用途径可分为气化、液化和焦化。l气化是将其变成水煤气或发生炉煤气，然后作燃气化是将其变成水煤气或发生炉煤气，然后作燃料或化工原料。料或化工原料。l液化是将其变成芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。液化是将其变成芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。l焦化是炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液焦化是炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液化和部分气化。化和部分气化。l煤的转化利用途径概况如图煤的转化利用途径概况如图9.2.9.9.图图9.29.2煤的气化煤的气化Gasificationofcoall9.2.1概述概述l煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦的气化等过程。煤气的主要包含煤的热解、半焦的气化等过程。煤气的主要组成为组成为CO,CO2,H2,CH4,H2O.l1.煤气分类及用途煤气分类及用途l根据煤气组成不同可分为：发生炉煤气和水煤气、根据煤气组成不同可分为：发生炉煤气和水煤气、合成气和还原气、城市煤气和焦炉煤气、富气和合成气和还原气、城市煤气和焦炉煤气、富气和合成天然气。合成天然气。(1)水煤气和发生炉煤气水煤气和发生炉煤气l交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤气。气。l同时吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称发生同时吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称发生炉煤气。炉煤气。l典型组成典型组成%：lCO2H2CON2CH4高热值高热值MJ/m3l水煤气水煤气5.050.040.05.0010.512.2l发生炉煤气发生炉煤气5.510.529.055.004.45.1(2)合成气与还原气合成气与还原气l合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的，主合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的，主要用作不同化工产品的加工。如合成氨的合成气对要用作不同化工产品的加工。如合成氨的合成气对H2N2要求很高，合成甲醇用气要求很高，合成甲醇用气CO含量较高等等。含量较高等等。l还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体，要求其还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体，要求其中水蒸气和二氧化碳含量较少，较多时应将其除去。中水蒸气和二氧化碳含量较少，较多时应将其除去。l(3)城市煤气城市煤气l城市煤气要求含氢气和甲烷较多，硫含量少，以提城市煤气要求含氢气和甲烷较多，硫含量少，以提高热值和减少城市空气污染。高热值和减少城市空气污染。2.原料煤的组成和性质对气化的影响原料煤的组成和性质对气化的影响l水分：水分：水分较高时只适宜用固定床气化法，因为水分较高时只适宜用固定床气化法，因为这种方法床内温度高。这种方法床内温度高。l灰分和灰熔点：灰分和灰熔点：灰分越低越好，固态排渣炉要求灰分越低越好，固态排渣炉要求灰熔点高，气化温度不能超过灰熔点；而液态排灰熔点高，气化温度不能超过灰熔点；而液态排渣则需要灰熔点低，气化温度必须超过灰熔点。渣则需要灰熔点低，气化温度必须超过灰熔点。l挥发组分：挥发组分：容易挥发组分首先反应或者混入产生容易挥发组分首先反应或者混入产生的煤气中，影响煤气化过程和气化结果。总的来的煤气中，影响煤气化过程和气化结果。总的来说，挥发组分多，固定说，挥发组分多，固定C就低，煤的热值低。就低，煤的热值低。l粘结性：粘结性：粘结性煤在加热到粘结性煤在加热到350450C时时就形成就形成胶胶质质体，体，发发生生软软化、熔融，有液相化、熔融，有液相产产物与煤粘在物与煤粘在一起，析出一起，析出挥发挥发物固化后形成物固化后形成块块状焦炭。状焦炭。这这种煤种煤气化气化时时需要破粘措施。由于有粘需要破粘措施。由于有粘结结性，所以用它性，所以用它作焦化原料特作焦化原料特别别好，一般不用于气化。好，一般不用于气化。l粒度粒度l煤的粒度可分为小于煤的粒度可分为小于6mm的粉煤、小块和中块，的粉煤、小块和中块，机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎，粉煤机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎，粉煤量较大。流化床气化可用粒度小于量较大。流化床气化可用粒度小于6mm的煤；气的煤；气流床用细粉煤；固定床用块煤。流床用细粉煤；固定床用块煤。9.2.2煤气化的基本原理煤气化的基本原理l1.煤气化的化学平衡煤气化的化学平衡l主要化学反应有：主要化学反应有：lO2+CCO2(1)lCO2+C2CO(2)lH2O+CCO+H2(3)l2H2+CCH4(4)lCO+3H2CH4+H2O(5)CO+H2OCO2+H2(6)l反应反应(2)、(3)、(4)、(6)的化学平衡常数及反应的化学平衡常数及反应热见表热见表9.2。l虽然以上几反应中主要为放热反应，理论上温度虽然以上几反应中主要为放热反应，理论上温度低对平衡有利。但要兼顾反应速度，所以必须有低对平衡有利。但要兼顾反应速度，所以必须有较高温度。较高温度。l由热力学平衡关系可以从理论上计算气化气体组由热力学平衡关系可以从理论上计算气化气体组成与平衡温度关系。成与平衡温度关系。反应反应(2)、(3)是吸热反应，是吸热反应，温度高有利生成温度高有利生成CO和和H2。压力高对反应压力高对反应(4)、(5)有利，所以高压气化可得到甲烷含量高的高有利，所以高压气化可得到甲烷含量高的高热值气体。热值气体。表表表表9.29.2气化反应平衡常数气化反应平衡常数气化反应平衡常数气化反应平衡常数 温度温度温度温度/500500550550600600650650700700750750800800850850900900950950100010001100110012001200130013004.44594.44591010 4 42.27402.27401010 3 39.59469.59461010 3 33.45363.45361010 3 30.108660.108660.304820.304820.774570.774571.806851.806853.911843.911847.932127.9321215.1834515.1834547.999047.99901.289251.2892510102 23.037683.0376810102 22.17922.17921010 3 37.85287.85281010 3 32.44932.44931010 2 26.76446.76441010 2 20.168340.168340.383220.383220.807240.807241.590211.590212.954522.954525.214625.214628.795478.7954722.304222.304249.890349.89031.011121.0111210102 221.73621.7369.53529.53524.57624.57622.36842.36841.30671.30670.706220.706220.465510.465510.299470.299470.195900.195900.133660.133669.38529.38521010 2 24.98794.98791010 2 22.88622.88621010 2 21.79351.79351010 2 24.88714.88713.453813.453812.552842.552841.958591.958591.549231.549231.257191.257191.042171.042170.880100.880100.755290.755290.657410.657410.579290.579290.464690.464690.386960.386960.332850.33285表表表表9.39.3燃烧及气化反应热、平衡常数燃烧及气化反应热、平衡常数燃烧及气化反应热、平衡常数燃烧及气化反应热、平衡常数 反应式反应式反应式反应式反应热反应热反应热反应热 H H H Hk k k k/kJ./kJ.kmolkmol-1-1平衡常数平衡常数平衡常数平衡常数800800C C10001000C C1.1.C+OC+O2 2COCO2 22.22.2C+OC+O2 22CO2CO3.3.C+COC+CO2 22CO2CO4.4.C+HC+H2 2OOCO+HCO+H2 25.5.C+2HC+2H2 2OOCOCO2 2+2H+2H2 26.6.C+2HC+2H2 2CHCH4 47.27.2CO+OCO+O2 22CO2CO2 28.28.2HH2 2+O+O2 22H2H2 2OO9.9.CHCH4 4+2O+2O2 2COCO2 2+2H+2H2 2OO10.10.CO+HCO+H2 2OOCOCO2 2+H+H2 2OO11.11.CO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2OO12.212.2CO+2HCO+2H2 2CHCH4 4+CO+CO2 2-406430-406430-246372-246372+160896+160896+118577+118577+16258+16258-83800-83800-567326-567326-482185-482185-801128-801128-42361-42361-206664-206664-248425-2484251.81.8101017171.41.4101017170.7750.7750.8070.8070.8420.8420.4660.4662.42.4101015152.22.2101017179 9101031311.041.040.5770.5770.6010.6011.51.5101013134.564.56101015153.043.0410102 21.011.0110102 233.633.61.801.801010-2-24.94.9101010104.44.4101011114 4101026260.3330.3331.771.771010-4-45.95.91010-5-52.煤气化动力学煤气化动力学l煤气化过程：热解煤气化过程：热解半焦半焦液态、气态产品。液态、气态产品。热解是化学反应控制步骤，低温下速度较慢。热解是化学反应控制步骤，低温下速度较慢。若在高温下，热解不成问题，但传质速度能否若在高温下，热解不成问题，但传质速度能否跟上又成了关键。跟上又成了关键。l反应速率公式：反应速率公式：l碳氧化反应碳氧化反应l还原反应还原反应l由由此此可可以以看看出出，当当CO2浓浓度度很很高高时时，反反应应近近似似为为零零级级反反应应；当当CO2浓浓度度很很低低时时，生生成成的的CO浓浓度度也也很很低，反应近似为一级反应。低，反应近似为一级反应。l气化过程的水煤气反应的反应速率方程为气化过程的水煤气反应的反应速率方程为l当当k2CH21时，令时，令k=k1/k2可得可得3 气化过程热平衡气化过程热平衡l由由进进出出物物料料的的相相互互转转化化可可建建立立物物料料平平衡衡，通通过过物物料平衡以及进出物料温度即可进行热平衡计算。料平衡以及进出物料温度即可进行热平衡计算。图图9.109.2.3.煤气化炉原理和分类煤气化炉原理和分类l煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为固定床、沸腾床、气流床三种形式。几种气化固定床、沸腾床、气流床三种形式。几种气化法和气化炉简图如法和气化炉简图如图图9.3.图图9.39.31.固定床气化炉固定床气化炉l块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料，块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料，随气化过程进行料层慢慢下降，同时气化剂由随气化过程进行料层慢慢下降，同时气化剂由下向上逆流通过。下向上逆流通过。l优点：操作费用低、炉总效率高。优点：操作费用低、炉总效率高。l缺点：热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干缺点：热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干燥，产生焦油和酚混在煤气中，使净化困难；燥，产生焦油和酚混在煤气中，使净化困难；对于有粘性的煤，还需设置破粘装置；需设置对于有粘性的煤，还需设置破粘装置；需设置转动炉箅；操作周期短、维修费用大。转动炉箅；操作周期短、维修费用大。2.沸腾床气化炉沸腾床气化炉l细煤粉宜用细煤粉宜用沸腾床气化。沸腾床气化。l优点：连续生产、温度优点：连续生产、温度分布均匀、温度调节快、分布均匀、温度调节快、炉子构造简单、投资少。炉子构造简单、投资少。l缺点：有返混现象、反缺点：有返混现象、反应温度受原料灰熔点限应温度受原料灰熔点限制、不适宜于粘结性煤制、不适宜于粘结性煤和好煤。和好煤。(3)气流床气化炉气流床气化炉l很细的很细的粉尘煤用气流床气化。粉尘煤用气流床气化。通常煤与气化剂并流进入气通常煤与气化剂并流进入气化炉。化炉。l优点：用粉煤比用块煤价格优点：用粉煤比用块煤价格低、不受煤种限制、无焦油低、不受煤种限制、无焦油酚等副产物、废水少、可以酚等副产物、废水少、可以用加压气化法提高生产能力。用加压气化法提高生产能力。l高压气化缺点：对灰熔点高高压气化缺点：对灰熔点高的原料煤排渣困难、气化效的原料煤排渣困难、气化效率较低。因为必须采用很高率较低。因为必须采用很高温度才能气化。温度才能气化。9.2.4固定床气化法固定床气化法l1.常压气化常压气化l用空气和水蒸气作气化剂，生产低热值的发生炉煤用空气和水蒸气作气化剂，生产低热值的发生炉煤气作工业用煤气。用块状煤，固态排渣。气化炉常气作工业用煤气。用块状煤，固态排渣。气化炉常为圆形，下有转动炉箅，燃料从上部加入，气化剂为圆形，下有转动炉箅，燃料从上部加入，气化剂由下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤干燥、干由下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤干燥、干馏、气化、燃烧层。馏、气化、燃烧层。l2.鲁奇加压气化鲁奇加压气化l加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同，煤加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同，煤的适应范围不同，操作过程和炉结构都大同小异。的适应范围不同，操作过程和炉结构都大同小异。图图9.4图图9.5l加压气化优点：能耗低、煤气热值高。加压气化优点：能耗低、煤气热值高。l过程：粒度过程：粒度530mm的煤的煤间间歇加入炉内，但炉内歇加入炉内，但炉内布料器上存煤多，煤布料器上存煤多，煤进进入炉膛燃入炉膛燃烧烧区是区是连续连续的。的。炉内炉内设设有破粘装置。有破粘装置。l煤气化煤气化压压力力约约3MPa,水蒸气和氧气由水蒸气和氧气由转动转动炉炉箅进箅进入气化炉，生成的煤气由上部引出，灰渣入气化炉，生成的煤气由上部引出，灰渣经经下下部灰箱排出。煤粒在炉内从上到下移部灰箱排出。煤粒在炉内从上到下移动经过动经过干干燥燥层层、热热解解层层、气化、气化层层、燃、燃烧层烧层。l鲁鲁奇加奇加压压气化炉如气化炉如图图9.4.l鲁鲁奇加奇加压压气化流程如气化流程如图图9.5.加压气化主要操作过程加压气化主要操作过程l气化气化除尘除焦油除尘除焦油变换变换洗涤洗涤l变换目的：发生变换反应调节变换目的：发生变换反应调节CO/H2、提高提高H2的比例、提高煤气热值。的比例、提高煤气热值。l洗涤目的：除去洗涤目的：除去H2S等有害气体或惰性组分。等有害气体或惰性组分。l脱酚：回收酚。脱酚：回收酚。不同煤种的煤气化产率不同煤种的煤气化产率烟煤：烟煤：烟煤：烟煤：加压对煤气产率不利。加压对煤气产率不利。加压对煤气产率不利。加压对煤气产率不利。原因：原因：原因：原因：高压时产生高压时产生高压时产生高压时产生CHCH4 4多，多，多，多，COCO、HH2 2少。少。少。少。泥炭和褐煤：泥炭和褐煤：泥炭和褐煤：泥炭和褐煤：低温时加压产率低，高温时加压产低温时加压产率低，高温时加压产低温时加压产率低，高温时加压产低温时加压产率低，高温时加压产率高。率高。率高。率高。原因：原因：原因：原因：低级煤含低级煤含低级煤含低级煤含C C量少，加压可使气化更量少，加压可使气化更量少，加压可使气化更量少，加压可使气化更完全。完全。完全。完全。图图9.6图图9.7 煤反应能力煤反应能力l一个典型煤反应速率常数与温度关系如一个典型煤反应速率常数与温度关系如9.8.l通常情况下随温度升高反应速率是上升的。但是通常情况下随温度升高反应速率是上升的。但是在在600700C之之间间有异常。其加有异常。其加热热反反应应速率大速率大约约为为恒温恒温600C的的3倍，倍，为为700C的的2倍。原因是反倍。原因是反应应温度温度较较高高时热时热解反解反应剧应剧烈有中烈有中间产间产物和其它副反物和其它副反应发应发生，关系复生，关系复杂杂。图图9.8鲁奇鲁奇加压气化法特点加压气化法特点l优点：物料逆流操作、氢耗低、优点：物料逆流操作、氢耗低、C含量恒定，含量恒定，动力学条件好，气体作合成气时压缩费用低。动力学条件好，气体作合成气时压缩费用低。l缺点：煤的粒度要求严格，粒度小的煤可使生缺点：煤的粒度要求严格，粒度小的煤可使生产能力下降；需要处理产生的低温干馏气体；产能力下降；需要处理产生的低温干馏气体；水蒸气转化率低，只有水蒸气转化率低，只有3040%.l水蒸气水蒸气转转化率可采取液化率可采取液态态排渣措施来提高。排渣措施来提高。l用出炉粗煤气用出炉粗煤气(含有水蒸气含有水蒸气)与与热热粗煤气粗煤气发发生生变变换换反反应应，可以减少水蒸气的消耗。，可以减少水蒸气的消耗。l鲁鲁奇加奇加压压气化法的消耗指气化法的消耗指标见标见表表9.4.3.液态排渣加压气化法液态排渣加压气化法l炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如图图9.9.l特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣连续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰渣连续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰箱排出。因此产生的废水少、箱排出。因此产生的废水少、COH2可在较宽可在较宽范围内调节，煤气适宜作合成气。范围内调节，煤气适宜作合成气。l物料平衡、热量平衡数据如物料平衡、热量平衡数据如图图9.10.9.94.鲁尔鲁尔100加压气化炉加压气化炉l特点：操作压力更高特点：操作压力更高10MPa.甲烷含量显著增甲烷含量显著增加，氢含量减少。加，氢含量减少。l耗氧量、气化效率与压力的关系如图耗氧量、气化效率与压力的关系如图9.11.9.119.2.5沸腾床气化法沸腾床气化法l沸腾床气化法也称温克勒沸腾床气化法也称温克勒(Winkler)气化法，分气化法，分为为Winkler、HTW法法两种。气化炉如两种。气化炉如图图9.12.l优点：煤气生产能力弹性大、氧气耗量低、开停优点：煤气生产能力弹性大、氧气耗量低、开停操作简单、运行可靠、原料煤处理费用低、粉煤操作简单、运行可靠、原料煤处理费用低、粉煤可全部利用，即使灰分为可全部利用，即使灰分为40%的煤也能运行。的煤也能运行。l缺点：比高压法成本高，不适宜粘结性煤，气化缺点：比高压法成本高，不适宜粘结性煤，气化温度必须低于灰熔点，灰中含温度必须低于灰熔点，灰中含C量高。量高。l高温法压力提高到高温法压力提高到1MPa，温度提高到温度提高到1000C，夹带夹带粉粒再循粉粒再循环环，可用，可用软软褐煤生褐煤生产产合成气。合成气。图图9.129.2.6气流床气化法气流床气化法l1.考伯斯托茨克气化法考伯斯托茨克气化法lKoppers-Totzek法是用氧气和水蒸气作气化剂的常法是用氧气和水蒸气作气化剂的常压气化法，用细粉煤与气化剂并流的气流床产生压气化法，用细粉煤与气化剂并流的气流床产生煤气的方法。煤气的方法。l粉煤粒度小于粉煤粒度小于0.1mm对于不同原料煤可以允许一对于不同原料煤可以允许一定数量的大粒煤。煤的灰分应小于定数量的大粒煤。煤的灰分应小于40%，褐煤水，褐煤水分应小于分应小于68%，烟煤水分小于，烟煤水分小于12%。煤干燥和。煤干燥和粉碎煤在同一工序粉碎煤在同一工序进进行。煤干燥用燃行。煤干燥用燃烧烧煤的煤的热热烟烟气，烟气把煤粉气，烟气把煤粉输输送到煤槽，再用旋送到煤槽，再用旋风风分离器将分离器将烟气和煤粉分离。烟气除烟气和煤粉分离。烟气除尘尘最后用最后用电电除除尘尘器控制器控制标标准。气化炉和流程如准。气化炉和流程如图图9.13,9.14.图图9.13图图9.14特点：特点：l从给料机吹从给料机吹氧气和水蒸气将煤送入反应器，氧气、氧气和水蒸气将煤送入反应器，氧气、泄气与原料煤粉比例由温度确定，大部分灰分以泄气与原料煤粉比例由温度确定，大部分灰分以液态排出。气化温度约液态排出。气化温度约15001600C，C的的转转化率化率高。高。lKT法主要用于生法主要用于生产产合成气。有机物全部合成气。有机物全部转转化成化成稳稳定的物定的物质质如如CO2、CO、H2、H2O等。气化炉中等。气化炉中部氧化部氧化热热量用于量用于产产生生10MPa的高的高压压蒸汽。气化炉蒸汽。气化炉本身也可用水本身也可用水间间接冷却接冷却产产生低生低压压水蒸气。但煤气水蒸气。但煤气需需经经二次水洗后再分离，二次水洗后再分离，经电经电除除尘尘后才到后后才到后续续工工序序继续继续加工。加工。l生生产产指指标标及消耗及消耗见见表表.2.德士古气化法德士古气化法l德德士士古古气气化化法法是是一一种种粉粉煤煤加加压压液液态态排排渣渣方方法法。要要求求原原料料煤煤粒粒度度小小于于0.1mm制制成成水水煤煤浆浆，煤煤浓浓度度70%。用用泵泵将将煤煤浆浆加加入入气气化化炉炉，在在1400C和和4.0MPa下与氧气反下与氧气反应应，生成熔融灰渣排出。，生成熔融灰渣排出。l用用废废热热锅锅炉炉回回收收热热量量产产生生蒸蒸汽汽，粗粗煤煤气气冷冷却却到到200C后冷却并洗后冷却并洗涤涤。流程如。流程如图图9.15.图图9.159.2.7煤气化联合循环发电煤气化联合循环发电l煤煤直接燃烧发电污染大，如将煤气化与发电结合，直接燃烧发电污染大，如将煤气化与发电结合，用净化煤气发电，可以减少向大气排放硫和氮的用净化煤气发电，可以减少向大气排放硫和氮的氧化物和粉尘等污染物，还可提高发电效率。氧化物和粉尘等污染物，还可提高发电效率。l联合循环发电原理：用一燃气轮机带动一发电机，联合循环发电原理：用一燃气轮机带动一发电机，利用烟气显热产生蒸汽，驱动蒸汽机带动另一个利用烟气显热产生蒸汽，驱动蒸汽机带动另一个与之相连的发电机。其流程如图与之相连的发电机。其流程如图9.16.l优点：排放烟气中不含粉尘，固体残渣易处理，优点：排放烟气中不含粉尘，固体残渣易处理，利用现代技术可回收硫，烟气中硫氧化物和氮氧利用现代技术可回收硫，烟气中硫氧化物和氮氧化物含量低，可以达到排放标准。化物含量低，可以达到排放标准。l图图9.17是采用流化床气化的燃烧联合循环发电流是采用流化床气化的燃烧联合循环发电流程。程。特点：在煤气化过程中加入石灰脱硫，脱硫率特点：在煤气化过程中加入石灰脱硫，脱硫率特点：在煤气化过程中加入石灰脱硫，脱硫率特点：在煤气化过程中加入石灰脱硫，脱硫率高，且煤气在高温下送去燃气轮机，提高了能高，且煤气在高温下送去燃气轮机，提高了能高，且煤气在高温下送去燃气轮机，提高了能高，且煤气在高温下送去燃气轮机，提高了能量利用率。用余焦燃烧的烟气产生蒸汽驱动蒸量利用率。用余焦燃烧的烟气产生蒸汽驱动蒸量利用率。用余焦燃烧的烟气产生蒸汽驱动蒸量利用率。用余焦燃烧的烟气产生蒸汽驱动蒸汽机发电。汽机发电。汽机发电。汽机发电。图图9.16图图9.179.2.8煤气加工煤气加工l l由煤气化炉产生的热煤气经过冷却除尘得到粗由煤气化炉产生的热煤气经过冷却除尘得到粗由煤气化炉产生的热煤气经过冷却除尘得到粗由煤气化炉产生的热煤气经过冷却除尘得到粗煤气。根据不同的使用目的，可以作相应的加煤气。根据不同的使用目的，可以作相应的加煤气。根据不同的使用目的，可以作相应的加煤气。根据不同的使用目的，可以作相应的加工。作为城市生活用煤气，为了减少毒性，工。作为城市生活用煤气，为了减少毒性，工。作为城市生活用煤气，为了减少毒性，工。作为城市生活用煤气，为了减少毒性，COCO的体积含量应控制在的体积含量应控制在的体积含量应控制在的体积含量应控制在10%10%以下；作为合成气，以下；作为合成气，以下；作为合成气，以下；作为合成气，要调整要调整要调整要调整CO/HCO/H2 2比例并脱去比例并脱去比例并脱去比例并脱去HH2 2S S；当需要产生氢气当需要产生氢气当需要产生氢气当需要产生氢气时，则要求进行时，则要求进行时，则要求进行时，则要求进行COCO变换反应；若要求高热值煤变换反应；若要求高热值煤变换反应；若要求高热值煤变换反应；若要求高热值煤气，需要脱掉气，需要脱掉气，需要脱掉气，需要脱掉COCO2 2，COCO需要甲烷化等等。因此，需要甲烷化等等。因此，需要甲烷化等等。因此，需要甲烷化等等。因此，通常对煤气化气要进行一氧化碳变换、脱碳通常对煤气化气要进行一氧化碳变换、脱碳通常对煤气化气要进行一氧化碳变换、脱碳通常对煤气化气要进行一氧化碳变换、脱碳（脱除（脱除（脱除（脱除COCO2 2）、）、）、）、脱硫与脱氧等处理。煤气化气脱硫与脱氧等处理。煤气化气脱硫与脱氧等处理。煤气化气脱硫与脱氧等处理。煤气化气主要加工工序见图主要加工工序见图主要加工工序见图主要加工工序见图9.189.18 气气气气化化化化炉炉炉炉冷却洗冷却洗冷却洗冷却洗涤除尘涤除尘涤除尘涤除尘脱酸性脱酸性脱酸性脱酸性气气气气低中热低中热低中热低中热值值值值煤气煤气煤气煤气COCO变变变变换，脱换，脱换，脱换，脱COCO2 2精脱精脱精脱精脱硫硫硫硫煤气煤气煤气煤气甲烷甲烷甲烷甲烷化化化化合成合成合成合成原料原料原料原料气气气气高热高热高热高热值煤值煤值煤值煤气气气气城市城市城市城市生活生活生活生活煤气煤气煤气煤气低中低中低中低中热值热值热值热值煤气煤气煤气煤气粗粗粗粗气气气气化气化气化气化气9.2.9多联产技术系统多联产技术系统l l多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。以无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。以无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。以无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。以煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料电池发电、电池余热供热、电池发电、电池余热供热、电池发电、电池余热供热、电池发电、电池余热供热、COCO2 2或其它污染物在或其它污染物在或其它污染物在或其它污染物在原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。以煤气原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。以煤气原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。以煤气原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。以煤气化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，同时还生产民用煤气和供热。更广义的多联产概同时还生产民用煤气和供热。更广义的多联产概同时还生产民用煤气和供热。更广义的多联产概同时还生产民用煤气和供热。更广义的多联产概念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。9.3煤的液化煤的液化Liquefactionofcoall煤的液化分为直接液化和间接液化。煤加氢液化煤的液化分为直接液化和间接液化。煤加氢液化为直接液化。间接液化则是以煤气化产物合成气为直接液化。间接液化则是以煤气化产物合成气为原料合成液体燃料或化学品的过程。直接液化为原料合成液体燃料或化学品的过程。直接液化的主要产物有轻油柴油等，还副产环烷烃和脂肪的主要产物有轻油柴油等，还副产环烷烃和脂肪烃等化工原料和动力燃料。间接液化产品主要有烃等化工原料和动力燃料。间接液化产品主要有脂肪烃化合物，适合作燃料。脂肪烃化合物，适合作燃料。l直接液化要求的原料煤为低灰、磨细、干燥的褐直接液化要求的原料煤为低灰、磨细、干燥的褐煤，或高挥发分的长焰煤、不粘煤，煤种限制严煤，或高挥发分的长焰煤、不粘煤，煤种限制严格。本章主要介绍间接液化。格。本章主要介绍间接液化。9.3.1煤的间接液化煤的间接液化F-T合成合成液体燃料液体燃料l l19251925年费希尔等发现用年费希尔等发现用年费希尔等发现用年费希尔等发现用COCO和和和和HH2 2在金属催化剂作用在金属催化剂作用在金属催化剂作用在金属催化剂作用下可合成脂肪烃下可合成脂肪烃下可合成脂肪烃下可合成脂肪烃(汽油汽油汽油汽油)，然后开发了钴催化剂，然后开发了钴催化剂，然后开发了钴催化剂，然后开发了钴催化剂，并在鲁尔化学公司实现了工业化生产。并在鲁尔化学公司实现了工业化生产。并在鲁尔化学公司实现了工业化生产。并在鲁尔化学公司实现了工业化生产。19561956年以年以年以年以后，费托合成方法逐渐成熟。开辟了用高灰分煤后，费托合成方法逐渐成熟。开辟了用高灰分煤后，费托合成方法逐渐成熟。开辟了用高灰分煤后，费托合成方法逐渐成熟。开辟了用高灰分煤间接液化的工业途径。间接液化的工业途径。间接液化的工业途径。间接液化的工业途径。l l费托合成除了能获得主要产品汽油外，还可得到费托合成除了能获得主要产品汽油外，还可得到费托合成除了能获得主要产品汽油外，还可得到费托合成除了能获得主要产品汽油外，还可得到一些重要化工原料如乙烯、丙烯、丁二烯等。一些重要化工原料如乙烯、丙烯、丁二烯等。一些重要化工原料如乙烯、丙烯、丁二烯等。一些重要化工原料如乙烯、丙烯、丁二烯等。l l先经气化产生合成气先经气化产生合成气先经气化产生合成气先经气化产生合成气煤气净化煤气净化煤气净化煤气净化合成反应合成反应合成反应合成反应利利利利用反应热产蒸汽用反应热产蒸汽用反应热产蒸汽用反应热产蒸汽合成产物分离合成产物分离合成产物分离合成产物分离产品精制。产品精制。产品精制。产品精制。图图9.3.1.2费托合成原理费托合成原理l l1.化学反应化学反应l l基本反应：基本反应：基本反应：基本反应：n nCOCO+2+2n nHH2 2(CH(CH2 2)n n n nHH2 2OOl l HH=-158kJ/mol(250=-158kJ/mol(250CC)l lHH2 2O+COCOO+COCO2 2+H+H2 2 l l HH=-39.5kJ/mol(250=-39.5kJ/mol(250CC)l l重要参数除催化剂性质外，还有温度、压力、合重要参数除催化剂性质外，还有温度、压力、合重要参数除催化剂性质外，还有温度、压力、合重要参数除催化剂性质外，还有温度、压力、合成气的成气的成气的成气的HH2 2/CO/CO、空速、循环比和单程转化率等。空速、循环比和单程转化率等。空速、循环比和单程转化率等。空速、循环比和单程转化率等。l l下面分别讨论。下面分别讨论。下面分别讨论。下面分别讨论。2.催化剂催化剂l l目前工业上主要用铁催化剂。反应条件为：温目前工业上主要用铁催化剂。反应条件为：温目前工业上主要用铁催化剂。反应条件为：温目前工业上主要用铁催化剂。反应条件为：温度度度度200200350350C,C,压压压压力力力力1313MPaMPa。实际实际实际实际操作温度与操作温度与操作温度与操作温度与催化催化催化催化剂剂剂剂活性有关。加有活性有关。加有活性有关。加有活性有关。加有锰锰锰锰、钒钒钒钒的的的的铁铁铁铁催化催化催化催化剂对剂对剂对剂对合合合合成低分子成低分子成低分子成低分子烃烃烃烃特特特特别别别别有利，有利，有利，有利，选择选择选择选择性好。活性高的催性好。活性高的催性好。活性高的催性好。活性高的催化化化化剂剂剂剂中中中中压压压压合成合成合成合成时时时时反反反反应应应应温度温度温度温度220240220240C C。l l加加加加钾钾钾钾的的的的铁铁铁铁催化催化催化催化剂剂剂剂可在可在可在可在较较较较高温度高温度高温度高温度320340320340C C合成低合成低合成低合成低分子分子分子分子