ppt课件第三章第一节煤的气化.ppt

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1、完整版教学课件完整版教学课件第三章第一节煤的气化第三章第一节煤的气化煤化工概论煤化工概论化学工程系化学工程系 高晓荣高晓荣低温煤焦油的利用低温煤焦油的利用3 3炼炼炼炼 焦焦1 1半焦的应用半焦的应用 1 1煤气的用途煤气的用途2 2低温煤焦油加氢低温煤焦油加氢 4 46 6上节提纲上节提纲煤炭气化方法的分类煤炭气化方法的分类3 3炼炼炼炼 焦焦1 1概述概述 1 1气化的基本原理气化的基本原理2 26 6本节提纲本节提纲一、概述一、概述1.煤炭气化（概念） 以煤或煤焦煤或煤焦为原料，以氧气氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气水蒸气或氢气等氢气等做气化剂，在一定温度、压力条件一定温度、压力条件下通

2、过化学反应将煤或煤焦中的有机物转化为煤气有机物转化为煤气的过程。2.气化条件： 气化炉、气化剂、供给能量O2、H2O、H2、根据产热方式和煤气用根据产热方式和煤气用途选择性供入（途选择性供入（ H2 很少用）很少用）气化炉构成（以固定床为例）气化炉构成（以固定床为例） 炉体、炉体、加料装置、加料装置、排灰装置排灰装置3.3.气化产品：气化产品：CO 、H2 、CH4 气化与燃烧的区别？气化与燃烧的区别？第一个问题第一个问题请大家思考？请大家思考？ 气化与干馏的区别？气化与干馏的区别？第二个问题第二个问题煤煤 加热加热 燃烧燃烧（可燃物、助燃物、可燃物、助燃物、 点火源）点火源）+ O2+ H2

3、O或或H2 + 部分部分O2 气化气化密闭密闭 干馏干馏气化：气化：C + H2O = CO + H2 Hr = 131 kJ/mol 吸热反应吸热反应燃烧：燃烧：C + O2 = CO2 Hr = -394 kJ/mol 放热反应放热反应 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4、煤气的种类、煤气的种类 根据所使用的气化剂的不同，煤气的成分与发热量也各不根据所使用的气化剂的不同，煤气的成分与发热量也各不 相同，大致可以分为相同，大致可以分为空气煤气空气煤气混合煤气混合煤气

4、水煤气水煤气半水煤气半水煤气（1）空气煤气空气煤气 空气煤气是以空气煤气是以空气空气为气化剂与煤炭进行反应的产物，生成的为气化剂与煤炭进行反应的产物，生成的煤气中可燃组分（煤气中可燃组分（CO、H2）很少很少，而不可燃组分（，而不可燃组分（N2、CO2）很多很多。（2）混合煤气）混合煤气 采用采用空气和水蒸气空气和水蒸气的混合物作为气化剂，所生成的煤的混合物作为气化剂，所生成的煤气成为混合煤气。通常人们所说的发生炉煤气就是这种煤气。气成为混合煤气。通常人们所说的发生炉煤气就是这种煤气。这种煤气适用于做燃料气使用，广泛用于冶金、机械、玻璃、这种煤气适用于做燃料气使用，广泛用于冶金、机械、玻璃、建

5、筑等工业部门的熔炉和热炉。建筑等工业部门的熔炉和热炉。 （3）水煤气）水煤气 水煤气是以水煤气是以水蒸气水蒸气作为气化剂生产的煤气。由于水煤作为气化剂生产的煤气。由于水煤气组成中含有大量的氢和一氧化碳，所以发热量较高，可以气组成中含有大量的氢和一氧化碳，所以发热量较高，可以作为燃料，更适于作为基本有机合成的原料。但水煤气的生作为燃料，更适于作为基本有机合成的原料。但水煤气的生产过程复杂，生产成本较高，一般很少作为燃料，主要用于产过程复杂，生产成本较高，一般很少作为燃料，主要用于化工原料。化工原料。 （4）半水煤气）半水煤气 半水煤气是半水煤气是水煤气与空气煤气水煤气与空气煤气的混合气，是合成氨

6、的原料气。的混合气，是合成氨的原料气。CO + H2工业、民用燃气工业、民用燃气合成气合成气氨氨甲醇甲醇甲醛甲醛二甲醚二甲醚烯烃烯烃H2- 煤转化过程以煤气化为煤转化过程以煤气化为“龙头龙头”，- 煤气化构成了煤化工工艺的主要成本煤气化构成了煤化工工艺的主要成本固体煤固体煤5、用途、用途煤化工发展始于煤化工发展始于18世纪后半叶，用世纪后半叶，用煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤干馏方法，生产的干馏煤气用于城干馏方法，生产的干馏煤气用于城市街道照明；市街道照明；1840年由焦炭制发生年由焦炭制发生炉煤气来炼铁，炉煤气来炼铁，1875年使用增热水年使用增热水煤气作为城市

7、煤气煤气作为城市煤气二次世界大战时期，煤炭气化工业在二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。德国得到迅速发展。1932年采用一氧年采用一氧化碳与氢通过费化碳与氢通过费-托托(Flscher Tropsch)合成法生产液体燃料获得成功，合成法生产液体燃料获得成功，1 934年德国鲁尔化学公司应用此研究年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个成果创建了第一个F-T合成油厂，合成油厂，1936年投产。年投产。19351945年期间德国年期间德国共建立了共建立了9个合成油厂，总产量达个合成油厂，总产量达570kt。二次世界大战后，煤炭气化工二次世界大战后，煤炭气化工业因石油、天然气的迅速

8、发展业因石油、天然气的迅速发展减慢了步伐，进人低迷时期，减慢了步伐，进人低迷时期，煤气主要作为城市煤气等，直煤气主要作为城市煤气等，直到到20世纪世纪70年代成功开发由合年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。重新引起人们重视。1975年，美国年，美国Eastaman(依斯曼依斯曼)公司开始了合成醋酐的实验室研公司开始了合成醋酐的实验室研究，重点是开发适用的催化剂，究，重点是开发适用的催化剂，以便在工业化生产时能达到需要以便在工业化生产时能达到需要的条件下，减少副产物生成。他的条件下，减少副产物生

9、成。他们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原料羰基合成制取醋酐，并于料羰基合成制取醋酐，并于1977年中试成功。到年中试成功。到20世纪世纪80年代末，年代末，由煤炭气化制合成气，羰基合成由煤炭气化制合成气，羰基合成生产醋酸、醋酐开始大型化生产，生产醋酸、醋酐开始大型化生产，这是煤制化学品的一个非常重要这是煤制化学品的一个非常重要的突破。的突破。 现在，随着气化生产技现在，随着气化生产技术的进一步发展，以生术的进一步发展，以生产含氧燃料为主的煤炭产含氧燃料为主的煤炭气化合成甲醇、二甲醚，气化合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前景。其有广阔的市场前景。其中二甲醚不仅是从合成中二甲醚

10、不仅是从合成气经甲醇制汽油、低碳气经甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体烯烃的重要中间体而且而且也是多种化工产品的重也是多种化工产品的重要原料。甲醇从近年供要原料。甲醇从近年供需情况来看，除作基本需情况来看，除作基本有机化工原料、精细化有机化工原料、精细化工原料外，作为替代燃工原料外，作为替代燃料应用，预计需求量将料应用，预计需求量将达达8001000万吨年，万吨年，到到2020年年t甲醇需求预计甲醇需求预计达达5000万吨年。万吨年。 南非开发煤炭间接液化历史悠久，早南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在在1 927年南非当局注意到依赖进口液年南非当局注意到依赖进口液体燃料的严重性，基于本国有丰富的

11、体燃料的严重性，基于本国有丰富的煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径，料的新途径，1939年首先购买了德国年首先购买了德国FT合成技术在南非的使用权，在合成技术在南非的使用权，在20世纪世纪50年代初，成立了年代初，成立了SASOL公司，公司，1955年建立了年建立了SASOL -I 厂，厂，1980年和年和1982年叉相继建成了年叉相继建成了SASOL-厂和厂和SASOL-厂。厂。 气化压力由常压、低压气化压力由常压、低压（1500优点低温煤气易于净化*适于高灰熔点煤*技术成熟，全世界煤气化装置容量占90% *操作简单，动力消耗少*对耐火炉衬要求低*适于

12、高灰熔点的煤碳转化率高*液态灰渣易排出放大容量：5000吨/日*负荷跟踪好（50%）*煤种适应性广煤种适应性广*气化效率高 固定床流化床气流床熔融床缺点不适于焦结性强的煤*低温干馏产生煤焦油、沥青等*单段炉不易大型化，1200吨/日 *容量较小1500吨/日*飞灰中未燃尽碳多（第二代利用灰团聚功能）*对耐火炉衬要求高（第二代用水冷套）*适于低灰熔点煤适于低灰熔点煤 碳转化（%）99 95 9799实用例Lurgi鲁奇炉液态排渣鲁奇炉WinkerKRWU-GASTexaco,shell K-T炉开发中 图图5-2 固定床内料层分布情况固定床内料层分布情况 1-1-干燥层；干燥层；2-2-干馏层；

13、干馏层；3-3-还原层；还原层；4-4-氧化层；氧化层；5-5-灰渣层灰渣层气化炉气化炉 当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，如图所示自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。氧化层、灰渣层。 灰渣层在气化炉的最底部，堆积在炉底的气体分布板上，控制在100400mm较为合适，视具体情况而定。由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处；而且煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热；灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布

14、板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。 氧化层在灰渣层的上面也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，约1200左右。氧化层厚度控制在150300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。氧化层温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：C+O2 CO2 2C+O2 2CO 2CO+O2 CO2上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。 氧化层的上面是还原层，赤热的

15、炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化台的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳。还原层厚度一般控制在300500mm左右。如果煤层太薄还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响。 习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。OHCHHCOCHCOHCOOHCHHCOCHHCCOHOHCCOHOHCCOCOC242242224242222222242232222因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层因此，在实际操作中，

16、以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在厚度，一般煤气出口温度控制在600600左右。还原左右。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热所放出的热 。 5.3.4流化床气化 流化床气化技术是以粒度为010mm的小颗粒煤为气化原料，以空气、氧气或富氧和蒸汽为气化剂，气体从炉下部进入，在适当的煤粒度和气速下，与碎煤形成流化状态，在气化炉内使碎煤悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在部分燃烧产生的高温沸腾状态下进行气化反应，从而使得煤料层内温度均匀，所以被称为流化床气化。 流化床气化炉是用流态化技术来生产煤气的一种气化装置，也称沸

17、腾床气化炉。气化剂通过粉煤层，使燃料处于悬浮状态，固体颗粒的运动如沸腾的液体一样。气化用煤的粒度一般较小，比表面积大，气固相运动剧烈整个床层温度和组成一致，所产生的煤气和灰渣都在炉温下排出，因而，导出的煤气中基本不含焦油类物质。 图图5-3 沸腾床气化炉及炉内温度分布沸腾床气化炉及炉内温度分布 采用气化反应性高的燃料采用气化反应性高的燃料( (如褐煤如褐煤) )，粒度在，粒度在3 35mm5mm左右，左右，由于粒度小，再加上沸腾床较强的传热能力，因而煤料入由于粒度小，再加上沸腾床较强的传热能力，因而煤料入炉的瞬间即被加热到炉内温度，几乎同时进行着水分的蒸炉的瞬间即被加热到炉内温度，几乎同时进行

18、着水分的蒸发、挥发分的分解、焦油的裂化、碳的燃烧与气化过程。发、挥发分的分解、焦油的裂化、碳的燃烧与气化过程。 有的煤粒来不及热解并与气化剂反应就已经开始熔融，熔有的煤粒来不及热解并与气化剂反应就已经开始熔融，熔融的煤粒黏性强，可以与其他粒子接触形成更大粒子，有融的煤粒黏性强，可以与其他粒子接触形成更大粒子，有可能出现结焦而破坏床层的正常流化，因而沸腾床内温度可能出现结焦而破坏床层的正常流化，因而沸腾床内温度不能太高。不能太高。 由于加入气化炉的燃料粒径分布较分散，而且随气化反应由于加入气化炉的燃料粒径分布较分散，而且随气化反应的进行，燃料颗粒直径不断减小，则其对应的自由沉降速的进行，燃料颗粒

19、直径不断减小，则其对应的自由沉降速度相应减小。当其对应的自由沉降速度减小到小于操作的度相应减小。当其对应的自由沉降速度减小到小于操作的气流速度时，燃料颗粒即被带出。气流速度时，燃料颗粒即被带出。 沸腾床具有流体那样的流动特性，因而向气化炉加料或由沸腾床具有流体那样的流动特性，因而向气化炉加料或由气化炉出灰都比较方便。整个床内的温度均匀，容易调节。气化炉出灰都比较方便。整个床内的温度均匀，容易调节。 缺点：采用这种气化途径，对原料煤的性质很敏感，煤的缺点：采用这种气化途径，对原料煤的性质很敏感，煤的黏结性、热稳定性、水分、灰熔点变化时，易使操作不正黏结性、热稳定性、水分、灰熔点变化时，易使操作不

20、正常。常。 5 54 4 流化床气化法流化床气化法1.常压流化床气化原理 直接使用小颗粒碎煤（010mm）为原料，并可利用褐煤等高灰劣质煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。2.常压流化床（温克勒）气化工艺温克勒(Winkler)气化炉组成：流化床（下部的圆锥部分）悬浮床（上部的圆筒部分，为下部的610倍）操作特点a:原料的加入：由螺旋加料器加入圆锥部分腰部。b:排灰：矸石灰（30%左右）自床层底部排出；其余飞灰由气流从炉顶夹带而出。c:气化剂（氧气或空气；水蒸汽）：一次气化剂（6070%）由炉箅下部供入；二次气化剂（3040%）

21、由气化炉中部送入。二次气化剂的作用： 其在接近灰熔点的温度下操作，使气流中夹带碳粒得到充分的气化。 5 55 5 气流床气化法气流床气化法1.基本原理和特点基本原理 所谓气流床，就是气化剂（蒸气与氧）将粉煤夹带入气化炉进行并流气化。 煤粉被气化剂夹带通过特殊的喷嘴进入反应器，瞬时着火，形成火焰，温度高达2000。 煤粉和气化剂在火焰中作并流流动，煤粉急速燃烧和气化，反应时间只有几秒种，可以认为放热与吸热反应差不多是同时进行的，在火焰端部，即煤气离开气化炉之前，碳已全部耗尽，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣。 在高温下，所有的干馏产物都被分解，只含有很少量的CH4(0.02)而且煤颗粒各自被气流隔开，单独地裂解，膨胀、软化、烧尽直到形成熔渣，因此煤粘结性对煤气化过程没有什么影响。 主要特征气化温度高、气化强度大纯氧和水蒸气气化，温度达2000左右煤种适应性强；褐煤不适于制水煤浆加料。煤气中不含焦油；反应温度高，床层温度均一需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。粉煤7080%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走的飞灰多。