煤气化技术及其工业应用

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1、煤气化技术及其工业应用摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能

2、生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。1煤气化工艺概述煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧

3、)、水蒸气或氢气等作气化剂(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煤气的热化学加工过程。目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。煤气化根据供热原理大致可分为3种：（1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃

4、气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用；（2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；（3）化学循环气化(约600-800℃)：该技术是近年才开发的，在煤气化炉中投入水和CO2吸收剂，产生吸收CO2的放热反应，为煤气化反应提供热量，得到产品氢(H2)、灰分和吸收剂CO2。2煤炭气化工艺的分类和比较按照生产装置化学工程特性，煤气化工艺可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化4种类型。2.1固定床气化技术固定床气化也称移动床气化，其煤气化

5、炉的主要结构特点是：原料煤块由气化炉顶部加入，用炉箅来支撑。由下部吹入气化剂(O2或空气与水蒸气)进行气化，气化剂与煤及其残渣彼此逆向流动，因而将要离开气化炉的热灰渣可在运动过程中加热刚进入气化炉的气化剂，而即将离开气化炉的热煤气则可对原料煤干馏、气化及预热。煤燃烧状态的温度为1200-1400℃。煤中的灰分通过炉箅落炉底移出炉外，煤在进入气化炉前，需经破碎和筛分，除去直径小于3.175mm的细煤块，通常要求煤粒尺寸控制在6.35mm-38mm之间。为防止煤的熔结，炉内设有搅拌器或旋转炉箅。煤通过各反应区域，逐步被气化，气化显热用于干燥和热分解。固定床气化过程的设计与制比较完善，操作技术方

6、面也积累了丰富的经验。常见有间歇式气化和连续式气化(鲁奇UGI)。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高，入炉煤要有一定的粒(块)度及均匀性。煤的机械强度、热稳定性、黏结性和结渣性等指标都与透气性有关，因此固定床气化炉对入炉煤有很多限制。其原料煤必须使用无烟块煤，设备能力低，由于气化温度低，产生的苯酚焦油废水等有害物质难以处理，污染大，原料可利用率低，粗合成气中甲烷含量高，只适于作城市煤气，不宜作合成气。2.2流化床气化技术流化床气化的气化剂由炉下部吹入，使细粒煤(小于6mm)在炉内呈并逆流反应，通常称为流态化气化。气化剂(富氧或纯氧加水蒸气)与煤粉(或水煤浆)经特殊喷嘴进入反应

7、室，瞬间着火，在1300℃-1600℃高温下将煤转化成CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。在流化床气化炉内，主要进行的反应有:碳的燃烧反应、二氧化碳还原反应、水蒸汽分解反应及水煤气变换反应等。根据所用原料的粒度分布和性质，控制气化剂的流速，使床内的原料煤全部处于流化状态，在剧烈的搅动和返混中，煤粒和气化剂充分接触，同时进行着化学反应和热量传递。这种气化炉的特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。气流床对煤种