《煤化工工艺学》——煤的气化课件.ppt

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1、第五章煤的气化§5-1煤气化的基本原理煤的气化：热化学过程，指高温下用气化剂（气化介质）通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气化煤气的过程。气化剂（气化介质）：氧气（空气、富氧或氧）、水蒸气或氢气气化煤气：气化时所产生的可燃气体，有效成分包括CO、H2及CH4。气化条件：气化炉、气化剂、供给热量根据供热方式和煤气用途选择，其中H2很少用。发生炉构成（以固定床为例）炉体加料装置排灰装置气化基本原理（以固定床为例）气化类型①自热式煤的水蒸气气化（原理如图）Ⅰ：气化剂：空气或O2；H2O(g)Ⅱ：主要反应：C+O2→CO2+Q2C+O2→

2、2CO+QC+H2O→CO+H2-QⅢ：煤气主要可燃成分：CO、H2Ⅳ：特点：无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；所需工业氧价格较贵，煤气中CO2含量高。a②外热式煤的水蒸气气化（原理如图）Ⅰ：气化剂：H2O(气)Ⅱ：主要反应：C+H2O→CO+H2-QⅢ：煤气主要可燃成分：CO、H2Ⅳ：特点：气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）；气化炉传热差，不经济。③煤的加氢气化（原理如图）Ⅰ:气化剂：H2Ⅱ：主要反应：C+H2→CH4+QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：煤气主要由CH4组成（代用

3、天然气）；产生残焦（含碳残渣），煤与H2加压生成CH4的反应性比煤与水蒸汽的反应性小。aⅠ：气化剂：O2；H2O(g)Ⅱ：主要反应：加氢阶段：C+H2→CH4+Q水蒸气气化阶段：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+H2O→CO+H2-QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：首先进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气⑤煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气Ⅰ：气化剂：O2；H2O(气)Ⅱ：主要反应：水蒸气气化阶段：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+

4、H2O→CO+H2-Q甲烷化反应：CO+3H2→CH4+H2O+QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2为主的合成气；然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷。基本化学反应（1）基本化学反应①基本化学反应：主反应氧化反应：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO +QH2+O2→H2O+QCO+H2O→CO2+H2+Q水煤气反应：C+H2O→CO+H2-Q副水煤气反应：C+2H2O→CO2+2H2-Q气化反应：C+CO2→2CO -Q甲烷化反应：C+2H2→CH4+QCO+3H2→CH4+H2O

5、+Q水煤气主要成分：CO和H2供热和吸热组合，对自热式气化起重要作用煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，主要的硫化物是H2S、COS、CS2等，主要的含氮化合物是NH3，HCN、NO等。煤气化时发生的硫（S）和氮（N）的基本反应（副反应）S：S+O2＝SO2SO2+3H2＝H2S+2H2OSO2+2CO＝S+2CO22H2S+SO2＝3S+2H2OC+2S＝CS2CO+S＝COSN：N2+3H2＝2NH3N2+H2O+2CO＝2HCN+1.5O2N2+xO2＝2NOx②反应特点一次反应和二次反应均相反应和非均相反应

6、吸热反应和放热反应§5-2气化炉的基本原理★1.气固反应器类型⑴几种床层状态床层：若是在一个圆筒形的容器内安装一个多孔的水平分布板，并将固体颗粒堆放在分布板上，形成一层固体层，工程上称为“床层”，简称“床”。①固定床：气流速度不致使固体颗粒的相，位置发生变化，即固体颗粒处于固定状态，床层高度基本上维持不变。②流化床：气流速度提高，固体颗粒全部浮动起来，但是仍留在床层中不被流体带出。③气流床：进一步提高流速，固体颗粒不能继续留在床层中，开始被流体带出容器外，固体颗粒的分散流动与气体质点的流动类似。①固定床（移动床）气化炉原料：6~50mm

7、块煤或煤焦；加料方式：上部加料；排灰方式：固态或液态；灰渣和煤气出口温度：不高；炉内情况：煤焦与产生的煤气、气化剂与灰渣都进行逆向热交换。碳转化率：高⑵几种床层状态的气化炉②流化床气化炉原料：3~5mm的煤粒；加料方式：上部加料；排灰方式：固态；灰渣和煤气出口温度：接近炉温；炉内情况：悬浮沸腾，煤与气化剂传热快，温度均匀。碳转化率：低③气流床气化炉原料：粉煤（70％以上通过200目）；加料方式：下部与气化剂并流加料；排灰方式：液态排渣；灰渣和煤气出口温度：接近炉温；炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应。碳转化率：高④熔池气化炉气－固－液

8、三相反应气化炉；原料：6mm以下直至煤粉所有范围的煤粒；加料方式：燃料与气化剂并流加入；排灰方式：液态；灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉内情况：熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的分散剂，作为热源