煤转化的化学基础－3（煤气化）

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1、煤炭转化的化学基础煤的气化刘振宇煤气化CO+H2工业、民用燃气合成气氨甲醇油二甲醚烯烃…H2-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固体煤-与热解的差异？温度要求？-不同过程对气体组成的要求？煤气化的历史1857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－U-Gas美国IGT（1974）、中科院煤化所（1980）－KRW美国西屋（

2、1975）1950s气流床德国Koppers-Totzek,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）煤气化的化学煤加热燃烧+O2+H2O或+部分O2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

3、+H2O=CO2+H2△Hr=-41kJ/mol放热反应其他：其它有机结构的反应、无机组分（S、N、灰分）的反应理想过程得到气体，达到热平衡（放热＝吸热）C+H2O=CO+H2吸热（△Hr=131kJ/mol）2C+O2=2CO放热（△Hr=-222kJ/mol）煤气化的化学总反应：2.2C+0.6O2+H2O+2.3N2=2.2CO+H2+2.3N2(空气气化)产物组成：CO=40%H2=18.2%N2=41.8%可能么？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浓度低合成组成H2/CO=12理想与实际煤非C烃组成与合成气组成N2的作用元素C

4、与芳香C的反应差异？（煤结构）纯O2气化煤气化炉的基本原理依据煤运动方式的不同，有多种气化方式：郭树才《煤化工工艺学》2006气化剂固定床煤粒不动气体穿过煤粒：6-50mm气体产物气化剂流化床煤粒运动气体穿过煤粒：3-5mm气体产物气化剂气流床煤粒与气体同时穿过煤粒：70%小于0.075mm气体产物煤气化炉的基本原理不同类型气化炉的压力损失和热传导行为郭树才《煤化工工艺学》2006最小流化速度C.Y.Wen颗粒带出速度？？固定床气化炉－鲁奇（Lurgi）小型炉都有类似的结构蜂窝煤炉也属于这个类型煤分布器搅拌器～1200oC固体排灰～400oC固定床气化炉－鲁奇（Lur

5、gi）能量优化利用的典型－进煤、排灰－进气、出气－煤中烃类挥发分特点－块煤(6-50mm),节省磨煤成本－高灰熔点－煤气热值高－焦油粘结－焦油加工（CH4、焦油、酚）～400oC煤分布器搅拌器～1200oC固定床气化炉－Lurgi炉中的反应行为郭树才《煤化工工艺学》2006煤气煤水蒸气和氧气204593982灰燃料层高度温度（oC）恒量氮气下的气体组成（％）CO和H2的产生不是同步？(C+H2O=CO+H2)O2迅速消耗完（残余很多C）CO2先于CO出现,CO2与O2的关系CO2先增加，后下降，后又增加？分析范围?固定床气化炉－两段式郭树才《煤化工工艺学》2006加长

6、了干馏段（水套以上）下段煤气500－600oC焦油质量重上段煤气100－150oC产生轻质焦油为什么？（从焦油的路线看）从煤的加热速率看长干馏段降低煤加热速率，降低自由基产生速率，焦油“精馏”？重焦油的形成机制？快速（高温）热解“拔头”？水套上段煤气出口100-150oC下段煤气出口500-600oC空气、蒸气入口煤斗炉箅灰盘加煤机放散管固定床气化炉－特点郭树才《煤化工工艺学》2006煤或焦炭，粒径6-50mm（强度）弱粘结性，搅拌破黏防止结渣提高水蒸气加入量，但水蒸气量大会降低煤气质量水耗量与煤种有关0.32-0.50kg-水/kg-无烟煤0.12-0.20kg-水

7、/kg-褐煤??加压提高煤气中甲烷和CO2的含量，减少H2和CO的含量减少O2耗（生成甲烷放热）水蒸气耗量增大（生成甲烷耗H2多，加压不利于水分解）提高气化强度（气体密度大，气化速率快）净煤气量少（CO2多）减少煤气输送动力消耗??煤0-10mm氧气+蒸气后气化区流化区灰渣（30％的灰）螺旋排灰机煤气能量利用?－进煤、出渣－进气、出气－焦油？特点高灰熔点、灰的碳含量处理量大于固定床气化温度低（渣与焦油？）流化床气化炉－温克勒（Winkler）郭树才《煤化工工艺学》2006道理？温克勒流化床气化炉－工艺流程操作温度～900oC煤褐煤、不黏煤、弱黏煤等，