第5章煤炭氣化技術(shù)

1、第第 5 章章 煤炭氣化煤炭氣化5.1 概述概述5.2 煤氣化技術(shù)的分類(lèi)煤氣化技術(shù)的分類(lèi)5.3 煤氣化基本原理煤氣化基本原理5.4 煤氣化過(guò)程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)煤氣化過(guò)程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)5.5 影響煤氣化效率的主要因素影響煤氣化效率的主要因素5.6 煤氣化工藝及設(shè)備煤氣化工藝及設(shè)備5.7 煤氣化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)煤氣化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)5.1 概述概述 煤炭氣化是指在特定的設(shè)備煤炭氣化是指在特定的設(shè)備（氣化爐）（氣化爐）內(nèi)于內(nèi)于一定溫度及壓力下使煤中的有機(jī)質(zhì)與氣化劑一定溫度及壓力下使煤中的有機(jī)質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，將煤轉(zhuǎn)化為灰渣發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，將煤轉(zhuǎn)化為灰渣和可燃性氣體和可燃性氣

2、體（煤氣）（煤氣）的過(guò)程。的過(guò)程。 根據(jù)所采用的氣化劑的不同（根據(jù)所采用的氣化劑的不同（空氣、純氧、空氣、純氧、富氧空氣、水蒸氣、二氧化碳、氫氣、甲烷富氧空氣、水蒸氣、二氧化碳、氫氣、甲烷或混合氣化劑等或混合氣化劑等） 和氣化工藝的不同，能夠和氣化工藝的不同，能夠制得各種不同成分的煤氣，經(jīng)進(jìn)一步的制得各種不同成分的煤氣，經(jīng)進(jìn)一步的凈化凈化與與變換反應(yīng)變換反應(yīng)，可用于生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用，可用于生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用煤氣和化工原料氣（煤氣和化工原料氣（合成氣合成氣）。）。 5.1.1 煤炭氣化的定義煤炭氣化的定義 5.1.2 煤氣的種類(lèi)煤氣的種類(lèi) 煤氣成分取決于燃料、汽化劑的種類(lèi)以及氣化過(guò)程的條件

3、。煤氣成分取決于燃料、汽化劑的種類(lèi)以及氣化過(guò)程的條件。 根據(jù)汽化劑和煤氣成分分類(lèi)根據(jù)汽化劑和煤氣成分分類(lèi)煤氣種類(lèi)煤氣種類(lèi)汽化劑汽化劑煤氣成分煤氣成分特點(diǎn)特點(diǎn)用途用途空氣煤氣空氣煤氣空氣空氣CO、CO2、N2熱值低熱值低燃燒發(fā)電燃燒發(fā)電水煤氣水煤氣水蒸汽、氧氣水蒸汽、氧氣H2、CO熱值高熱值高合成原料合成原料混合煤氣混合煤氣蒸汽、空氣蒸汽、空氣CO、CO2、N2 、H2熱值稍高于熱值稍高于空氣煤氣空氣煤氣作燃料氣、高熱作燃料氣、高熱值煤氣稀釋劑值煤氣稀釋劑半水煤氣半水煤氣蒸汽、空氣或空蒸汽、空氣或空氣煤氣和水煤氣氣煤氣和水煤氣混合混合CO、CO2、N2、 H2V（CO+H2）/V(N2)=3.1

4、3.2合成氨的原料氣合成氨的原料氣焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣煤干餾煤干餾CO、CH4、 H2、少少量乙烯、量乙烯、N2、CO2也可直接作也可直接作燃料燃料合成氨的原料合成氨的原料典型的幾類(lèi)煤氣的組成和熱值典型的幾類(lèi)煤氣的組成和熱值煤氣名稱(chēng)煤氣名稱(chēng)氣化劑氣化劑煤氣組成（煤氣組成（%）低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量（KJ/m3）H2COCO2N2CH4O2空氣煤氣空氣煤氣空氣空氣2.61014.7720.50.237624598混合煤氣混合煤氣空氣、蒸汽空氣、蒸汽13.527.55.552.80.50.250165225水煤氣水煤氣蒸汽、氧氣蒸汽、氧氣48.438.566.40.50.21003211286半水煤氣半

5、水煤氣蒸汽、空氣蒸汽、空氣4030.7814.60.50.287789614合成天然氣合成天然氣氧、蒸汽、氫氧、蒸汽、氫11.50.021196970.23344037620根據(jù)煤氣熱值的高低分類(lèi)根據(jù)煤氣熱值的高低分類(lèi)煤氣種類(lèi)煤氣種類(lèi)熱值熱值kJ/m3所屬種類(lèi)所屬種類(lèi)用途用途低熱值煤氣低熱值煤氣38007600空氣煤氣、空氣煤氣、混合煤氣混合煤氣高熱值煤氣高熱值煤氣稀釋劑稀釋劑中熱值煤氣中熱值煤氣 1000020000水煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣民用、工業(yè)民用、工業(yè)用、發(fā)電用、發(fā)電高熱值煤氣高熱值煤氣21000中熱值煤中熱值煤氣甲烷化氣甲烷化所得所得合成天然氣合成天然氣(1) 發(fā)生爐煤氣發(fā)

6、生爐煤氣 分為空氣煤氣和混合煤氣。發(fā)生爐煤氣是以空氣或空氣分為空氣煤氣和混合煤氣。發(fā)生爐煤氣是以空氣或空氣/水蒸氣為氣水蒸氣為氣化劑使煤發(fā)生氣化反應(yīng)制得的，由于混了大量的氮?dú)?，所以其熱值很低化劑使煤發(fā)生氣化反應(yīng)制得的，由于混了大量的氮?dú)?，所以其熱值很低，又稱(chēng)貧煤氣。，又稱(chēng)貧煤氣。(2) 水煤氣水煤氣 一般是氧氣和水蒸氣作為氣化劑，與熾熱的煙煤或焦炭作用制得的一般是氧氣和水蒸氣作為氣化劑，與熾熱的煙煤或焦炭作用制得的。因此氮?dú)夂枯^低，煤氣熱值高于發(fā)生爐煤氣。因此氮?dú)夂枯^低，煤氣熱值高于發(fā)生爐煤氣。(3) 城市煤氣城市煤氣 通過(guò)干餾熱解得到的煤氣，用作民用燃料氣，我國(guó)城市煤氣要求熱通過(guò)干餾熱解

7、得到的煤氣，用作民用燃料氣，我國(guó)城市煤氣要求熱值大于值大于14.64MJ/m3，H2S含量少于含量少于20mg/m3，氧體積含量少于，氧體積含量少于1。按煤氣的組成和用途分類(lèi)按煤氣的組成和用途分類(lèi)（4）替代天然氣）替代天然氣 氣體成分組成和熱值與天然氣類(lèi)似的煤氣，一般要求氣體成分組成和熱值與天然氣類(lèi)似的煤氣，一般要求CH4含含量在量在75%以上，熱值在以上，熱值在41.8MJ/m3左右，屬高熱值煤氣，可在工業(yè)左右，屬高熱值煤氣，可在工業(yè)應(yīng)用中作為天然氣的替代品適用。應(yīng)用中作為天然氣的替代品適用。（5） 合成氣合成氣 合成氣是經(jīng)變換和凈化后的水煤氣，具有特定組分要求，是合合成氣是經(jīng)變換和凈化后的

8、水煤氣，具有特定組分要求，是合成某種化工產(chǎn)品原料煤氣。合成氣的組成與用途有關(guān)，如合成氨、成某種化工產(chǎn)品原料煤氣。合成氣的組成與用途有關(guān)，如合成氨、合成甲醇、合成醋酸等都有不同的成分要求：合成甲醇、合成醋酸等都有不同的成分要求：合成氨所用的合成氣必須是氮和氫的混合物，且合成氨所用的合成氣必須是氮和氫的混合物，且H2/N2約等于約等于3；合成甲醇用合成氣要求合成甲醇用合成氣要求CO含量較高，含量較高，H2/N2約等于約等于2.5。5.1.3 煤氣的應(yīng)用煤氣的應(yīng)用1) 作為工業(yè)燃?xì)庾鳛楣I(yè)燃?xì)?熱值為熱值為11001350大卡熱的煤氣，采用常壓固定床氣化爐、流化床氣大卡熱的煤氣，采用常壓固定床氣化爐

9、、流化床氣化爐均可制得。主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門(mén)化爐均可制得。主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門(mén)，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。2) 作為民用煤氣作為民用煤氣 熱值在熱值在30003500大卡，要求大卡，要求CO小于小于10，除焦?fàn)t煤氣外，用直接氣，除焦?fàn)t煤氣外，用直接氣化也可得到，采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可化也可得到，采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染，而且能夠極大地方便人民生活，以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染，而且能夠極

10、大地方便人民生活，具有良好的社會(huì)效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等因素的考慮具有良好的社會(huì)效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等因素的考慮，要求民用煤氣中的，要求民用煤氣中的H2、CH4、及其它烴類(lèi)可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高，以、及其它烴類(lèi)可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高，以提高煤氣的熱值；而提高煤氣的熱值；而CO有毒，其含量應(yīng)盡量低。有毒，其含量應(yīng)盡量低。 3) 作為化工合成和燃料油合成原料氣作為化工合成和燃料油合成原料氣德國(guó)早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期就采用費(fèi)托工藝合成航空燃料油。隨著合成氣化工德國(guó)早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期就采用費(fèi)托工藝合成航空燃料油。隨著合成氣化工和碳化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直

11、接合成各種化學(xué)品的路和碳化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化學(xué)品的路線(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐線(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等。、二甲醚以及合成液體燃料等。 化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求，一般德等成分有要求，一般德士古氣化爐、士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。氣化爐較為合適。4) 作為冶金還原氣作為冶金還原氣煤氣中的煤氣中的CO和和H2具有很強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中，利用還原氣可直接將鐵礦具有很

12、強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中，利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海棉鐵；在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還石還原成海棉鐵；在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來(lái)冶煉。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的原氣來(lái)冶煉。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的CO含量有要求。含量有要求。7) 煤炭氣化制氫煤炭氣化制氫 氫氣廣泛的用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接氫氣廣泛的用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氫能電池等領(lǐng)域，目前世界上液化及氫能電池等領(lǐng)域，目前世界上96%的氫氣來(lái)源于化石燃料轉(zhuǎn)化的氫氣來(lái)源于化石燃料轉(zhuǎn)化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用

13、，一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用，一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成CO和和H2，然后通過(guò)變換反應(yīng)將然后通過(guò)變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成H2和和H2O，將富氫氣體經(jīng)過(guò)低溫分離或，將富氫氣體經(jīng)過(guò)低溫分離或變壓吸附及膜分離技術(shù)，即可獲得氫氣。變壓吸附及膜分離技術(shù)，即可獲得氫氣。 8) 煤炭直接液化的氣源煤炭直接液化的氣源煤炭液化需要煤炭氣化制氫，而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加壓煤炭液化需要煤炭氣化制氫，而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加壓Lurgi氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝。氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝。5.2 煤氣化技術(shù)的分類(lèi)煤氣化技術(shù)的分類(lèi) 按氣化壓力分為：

14、按氣化壓力分為：常壓氣化和加壓氣化常壓氣化和加壓氣化 低壓氣化（低壓氣化（00.35MPa）、中壓氣化（）、中壓氣化（0.73.5MPa）和高壓氣化（和高壓氣化（7MPa） 按操作方式分為：按操作方式分為：間歇?dú)饣瓦B續(xù)氣化間歇?dú)饣瓦B續(xù)氣化 按排渣方式分為：按排渣方式分為：固態(tài)排渣和液態(tài)排渣固態(tài)排渣和液態(tài)排渣 按進(jìn)煤狀態(tài)分為：按進(jìn)煤狀態(tài)分為： 塊煤氣化（塊煤氣化（650mm） 細(xì)粒煤氣化（細(xì)粒煤氣化（0.19mm） 粉煤（粉煤（0.1mm） 按入料煤的形態(tài)按入料煤的形態(tài) 干法氣化；濕法氣化水煤漿、油煤漿氣化干法氣化；濕法氣化水煤漿、油煤漿氣化 按氣化劑的種類(lèi)分：按氣化劑的種類(lèi)分：空氣鼓風(fēng)氣化

15、（空空氣鼓風(fēng)氣化（空氣煤氣）、空氣氣煤氣）、空氣-水蒸氣氣化（發(fā)生爐煤水蒸氣氣化（發(fā)生爐煤氣）、氧氣）、氧-水蒸氣氣化（水煤氣）和加氫水蒸氣氣化（水煤氣）和加氫氣化（以氫氣為化劑）等氣化（以氫氣為化劑）等。 按煤與汽化劑在氣化爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為：按煤與汽化劑在氣化爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為： 固定床氣化固定床氣化 流化床氣化流化床氣化 氣流床氣化氣流床氣化 熔融床氣化熔融床氣化l按氣化進(jìn)行的場(chǎng)所按氣化進(jìn)行的場(chǎng)所u常規(guī)氣化站和氣化常規(guī)氣化站和氣化地下氣化地下氣化u常規(guī)氣化站常規(guī)氣化站u氣化氣化地下氣化地下氣化煤炭氣化技術(shù)的命名煤炭氣化技術(shù)的命名 工業(yè)生產(chǎn)中氣化方法工業(yè)生產(chǎn)中氣化方法命名命名突出一兩個(gè)類(lèi)別，突

16、出一兩個(gè)類(lèi)別，冠以名稱(chēng)。冠以名稱(chēng)。 Lurgi 氣化法：氣化法：固定床固定床塊煤加壓塊煤加壓氣化法；氣化法； Koppres-Totzek氣化法：氣化法：常壓粉煤常壓粉煤氣流夾帶床氣流夾帶床氣化法；氣化法； Winkler 氣化法：氣化法：細(xì)顆粒煤細(xì)顆粒煤流化床流化床氣化法；氣化法； Shell法法：粉煤加壓粉煤加壓液態(tài)排渣液態(tài)排渣氣化法等。氣化法等。5.3 煤氣化基本原理煤氣化基本原理煤的氣化主要有以下幾個(gè)階段：煤的氣化主要有以下幾個(gè)階段：煤炭干燥脫水煤炭干燥脫水熱解脫揮發(fā)分熱解脫揮發(fā)分揮發(fā)分和熱解半焦的氣化反應(yīng)揮發(fā)分和熱解半焦的氣化反應(yīng)Reaction with steam+H2OCOH2

17、 +O2CO2+H2O煤揮發(fā)分半 焦熱 解H2OH2+ CH4+COH2OCOCO2 O2 燃 燒氣化過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)包括煤的熱解、燃燒和氣化反應(yīng) （1）煤和氧的主要反應(yīng)）煤和氧的主要反應(yīng) 2C+O2=2CO+Q C+O2=CO2+Q C+CO2=2CO-Q 2CO+O2=2CO2+Q 從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮，增加反應(yīng)的溫度可以使反應(yīng)從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮，增加反應(yīng)的溫度可以使反應(yīng)向著向著CO生成的方向進(jìn)行，降低反應(yīng)的壓力，有利于生成的方向進(jìn)行，降低反應(yīng)的壓力，有利于CO的生成，所以在高溫低壓的條件下，產(chǎn)物中的的生成，所以在高溫低壓的條件下，產(chǎn)物中的CO的含量的含量會(huì)升高。會(huì)升高。5.3.1 氣

18、化反應(yīng)主要類(lèi)型氣化反應(yīng)主要類(lèi)型 （2）煤和水蒸氣的反應(yīng)）煤和水蒸氣的反應(yīng)C+H2O=CO+H2-QC+2H2O=CO2+2H2-QCO+H2O=CO2+H2+Q 從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮,提高溫度有利于提高溫度有利于CO和和H2的生成，同時(shí)也可以降低的生成，同時(shí)也可以降低H2O的含量。的含量。 （3）煤氣中的甲烷反應(yīng)）煤氣中的甲烷反應(yīng)C+2H2=CH4+QCO+3H2=CH4+H2O+Q2CO+2H2=CH4+CO2+QCO2+4H2=CH4+2H2O+Q2C+2H2O(g)=CH4+CO2+Q 從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮,降低反應(yīng)的溫度有使反應(yīng)向著正反應(yīng)

19、的方降低反應(yīng)的溫度有使反應(yīng)向著正反應(yīng)的方向進(jìn)行，煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；提高壓力有使反應(yīng)向向進(jìn)行，煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；提高壓力有使反應(yīng)向著正反應(yīng)的方向進(jìn)行。煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；所以說(shuō)著正反應(yīng)的方向進(jìn)行。煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；所以說(shuō)在高壓低溫的條件下，有利于甲烷的生成。在高壓低溫的條件下，有利于甲烷的生成。 煤的熱解煤的熱解(coal pyrolysis): Coal CH4 + CO + CO2 + Oils + Tars + C (Char) 煤的燃燒煤的燃燒(coal combustion): C + O2 CO2 H = 405.9 kJ

20、/mol 不完全燃燒不完全燃燒: 2 C + O2 2CO H = 123 kJ/mol CO2在半焦上的還原在半焦上的還原 (Boudouard reaction): C + CO2 2CO H = 159.7 kJ/mol 水煤氣反應(yīng)水煤氣反應(yīng) (water gas reaction): C + H2O CO + H2 H = 118.9 kJ/mol 甲烷化反應(yīng)甲烷化反應(yīng) (hydrogasification reaction): C + 2H2 CH4 H = 87.4 kJ/mol 水煤氣變換反應(yīng)水煤氣變換反應(yīng) : CO + H2O H2 + CO2 H = 40.9 kJ/mol

21、甲烷化反應(yīng)甲烷化反應(yīng): CO + 3H2 CH4 + H2O H = 206.3 kJ/mol 煤氣化主要化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)煤氣化主要化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng) 除了以上反應(yīng)外，煤中存在的少量的雜質(zhì)元素如硫、除了以上反應(yīng)外，煤中存在的少量的雜質(zhì)元素如硫、氮等，也會(huì)與氣化劑或氣化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，在還原性氮等，也會(huì)與氣化劑或氣化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，在還原性氣氛下生成氣氛下生成H2S、COS、N2、NH3以及以及HCN等物質(zhì)，等物質(zhì)，具體反應(yīng)如下：具體反應(yīng)如下： S+O2SO2 SO2+3H2H2S+2H2O SO2+2COS+2CO2 2H2S+SO23S+2H2O S+2CCS2 S

22、+COCOS N2+3H22NH3 N2+H2O+2CO2HCN+1.5O2 N2+x O22NOx5.3.2 煤氣化反應(yīng)一般歷程煤氣化反應(yīng)一般歷程 煤的氣化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，在氣煤的氣化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，在氣化爐中所進(jìn)行的反應(yīng)，除部分為氣相均相反應(yīng)外，化爐中所進(jìn)行的反應(yīng)，除部分為氣相均相反應(yīng)外，大多數(shù)屬于氣固非均相反應(yīng)過(guò)程，所以氣化反應(yīng)大多數(shù)屬于氣固非均相反應(yīng)過(guò)程，所以氣化反應(yīng)過(guò)程速度同化學(xué)反應(yīng)速度和擴(kuò)散傳質(zhì)速度有關(guān)，過(guò)程速度同化學(xué)反應(yīng)速度和擴(kuò)散傳質(zhì)速度有關(guān)，其反應(yīng)機(jī)理符合非均相無(wú)催化反應(yīng)的一般歷程，其反應(yīng)機(jī)理符合非均相無(wú)催化反應(yīng)的一般歷程，煤或煤焦的氣化反應(yīng)煤或煤焦

23、的氣化反應(yīng)一般經(jīng)歷七個(gè)相繼發(fā)生的步一般經(jīng)歷七個(gè)相繼發(fā)生的步驟驟：（1） 反應(yīng)氣體從氣相擴(kuò)散到固體碳表面（外擴(kuò)散）；反應(yīng)氣體從氣相擴(kuò)散到固體碳表面（外擴(kuò)散）；（2） 反應(yīng)氣體再通過(guò)顆粒的孔道進(jìn)入小孔的內(nèi)表面（內(nèi)反應(yīng)氣體再通過(guò)顆粒的孔道進(jìn)入小孔的內(nèi)表面（內(nèi)擴(kuò)散）；擴(kuò)散）；（3） 反應(yīng)氣體分子反應(yīng)氣體分子吸附吸附在固體表面上，形成中間絡(luò)合物；在固體表面上，形成中間絡(luò)合物；（4） 吸附吸附的中間絡(luò)合物之間，或中間絡(luò)合物和氣相分子的中間絡(luò)合物之間，或中間絡(luò)合物和氣相分子之間發(fā)生反應(yīng)，屬于表面反應(yīng)步驟；之間發(fā)生反應(yīng)，屬于表面反應(yīng)步驟；（5） 吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體表面吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體表面脫附脫附；（6） 產(chǎn)

24、物分子通過(guò)固體的內(nèi)部孔道擴(kuò)散出來(lái)（內(nèi)擴(kuò)散）；產(chǎn)物分子通過(guò)固體的內(nèi)部孔道擴(kuò)散出來(lái)（內(nèi)擴(kuò)散）；（7） 產(chǎn)物分子從顆粒表面擴(kuò)散到氣相中（外擴(kuò)散）。產(chǎn)物分子從顆粒表面擴(kuò)散到氣相中（外擴(kuò)散）。 總反應(yīng)速度可以由外擴(kuò)散過(guò)程、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)總反應(yīng)速度可以由外擴(kuò)散過(guò)程、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程或表面反應(yīng)過(guò)程控制。大量實(shí)驗(yàn)研究表程或表面反應(yīng)過(guò)程控制。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，低溫時(shí)表面反應(yīng)過(guò)程是氣化反應(yīng)的控明，低溫時(shí)表面反應(yīng)過(guò)程是氣化反應(yīng)的控制步驟，高溫條件下，擴(kuò)散或傳質(zhì)過(guò)程逐制步驟，高溫條件下，擴(kuò)散或傳質(zhì)過(guò)程逐步變?yōu)榭刂撇襟E。步變?yōu)榭刂撇襟E。氣化效率氣化效率：用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成可回收的能量的效：用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成可回

25、收的能量的效率；率； 氣化效率氣化效率=（產(chǎn)品煤氣的熱值（產(chǎn)品煤氣的熱值+可回收的熱量）可回收的熱量）/原料的熱值原料的熱值氣效率：氣效率：用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品化學(xué)能的效率；用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品化學(xué)能的效率； 冷煤氣效率冷煤氣效率=產(chǎn)品氣體的熱值產(chǎn)品氣體的熱值/原料的熱值原料的熱值 熱煤氣效率熱煤氣效率 =(粗煤氣熱值粗煤氣熱值+粗煤氣顯熱粗煤氣顯熱)/原料煤熱值原料煤熱值碳轉(zhuǎn)化效率碳轉(zhuǎn)化效率：用于衡量原料中的碳轉(zhuǎn)化成煤氣中的碳的效率；：用于衡量原料中的碳轉(zhuǎn)化成煤氣中的碳的效率； 碳轉(zhuǎn)化率碳轉(zhuǎn)化率=1-殘?jiān)械奶細(xì)堅(jiān)械奶?原料中的碳原料中的碳有效氣體產(chǎn)率有效氣體產(chǎn)率：

26、用于衡量單位原料可以產(chǎn)生的有效氣體量：用于衡量單位原料可以產(chǎn)生的有效氣體量 有效氣體產(chǎn)率有效氣體產(chǎn)率=（制得的（制得的CO+H2量）量）/原料煤量原料煤量 氣化強(qiáng)度氣化強(qiáng)度是指氣化爐單位面積每小時(shí)所能氣化的原料煤是指氣化爐單位面積每小時(shí)所能氣化的原料煤質(zhì)量，單位是質(zhì)量，單位是t/(m2h)，它反映了氣化過(guò)程的生產(chǎn)能力。，它反映了氣化過(guò)程的生產(chǎn)能力。 5.4 煤氣化過(guò)程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)煤氣化過(guò)程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)5.5 影響煤氣化效率的主要因素影響煤氣化效率的主要因素 原料煤性質(zhì)原料煤性質(zhì) 反應(yīng)活性 粘結(jié)性 結(jié)渣性與灰熔點(diǎn) 熱穩(wěn)定性 機(jī)械強(qiáng)度 粒度分布煤中的水分與灰分 揮發(fā)分 固定碳 l操作條件 氣化

27、溫度 壓力 l原料配比水蒸氣/煤比氧/煤比反應(yīng)活性反應(yīng)活性 反應(yīng)活性是指在一定條件下，煤炭與不同的氣體介質(zhì)，如反應(yīng)活性是指在一定條件下，煤炭與不同的氣體介質(zhì)，如CO2 、 O2 、 H2O 、 H2 ，相互作用的反應(yīng)能力。煤炭反應(yīng)，相互作用的反應(yīng)能力。煤炭反應(yīng)活性通常以被還原為活性通常以被還原為CO的的CO2 量占通入量占通入CO2總量的體積百總量的體積百分?jǐn)?shù)，即分?jǐn)?shù)，即CO2的還原率，作為反應(yīng)活性的指標(biāo)。的還原率，作為反應(yīng)活性的指標(biāo)。 反應(yīng)活性的強(qiáng)弱直接影響到產(chǎn)氣率、耗氧量、煤氣成分、反應(yīng)活性的強(qiáng)弱直接影響到產(chǎn)氣率、耗氧量、煤氣成分、灰渣或飛灰的含碳量及熱效率等?；以蝻w灰的含碳量及熱效率等

28、。 首先反應(yīng)活性強(qiáng)的煤，在氣化和燃燒過(guò)程中反應(yīng)速度快，首先反應(yīng)活性強(qiáng)的煤，在氣化和燃燒過(guò)程中反應(yīng)速度快，效率高，其起始?xì)饣臏囟染驮降停蜏貤l件對(duì)生成效率高，其起始?xì)饣臏囟染驮降?，而低溫條件對(duì)生成CH4有利，也能減少氧耗。其次與同樣灰熔點(diǎn)的低反應(yīng)活有利，也能減少氧耗。其次與同樣灰熔點(diǎn)的低反應(yīng)活性煤相比，使用較少的水蒸氣就可以控制反應(yīng)溫度不超過(guò)性煤相比，使用較少的水蒸氣就可以控制反應(yīng)溫度不超過(guò)灰熔點(diǎn)，減少了水蒸氣的消耗量?；胰埸c(diǎn)，減少了水蒸氣的消耗量。粘結(jié)性粘結(jié)性 煤的粘結(jié)性是指煤被加熱到一定溫度時(shí)，煤受熱分煤的粘結(jié)性是指煤被加熱到一定溫度時(shí)，煤受熱分解并產(chǎn)生膠質(zhì)體，最后粘結(jié)成塊狀焦炭的能力

29、。解并產(chǎn)生膠質(zhì)體，最后粘結(jié)成塊狀焦炭的能力。 煤的粘結(jié)性不利于氣化過(guò)程的進(jìn)行，破壞料層中氣煤的粘結(jié)性不利于氣化過(guò)程的進(jìn)行，破壞料層中氣流的均勻分布，并阻礙料層的正常下移，使氣化過(guò)流的均勻分布，并阻礙料層的正常下移，使氣化過(guò)程惡化。嚴(yán)重粘結(jié)時(shí)，會(huì)使氣化過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。程惡化。嚴(yán)重粘結(jié)時(shí)，會(huì)使氣化過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。 一般移動(dòng)床煤氣化爐要求氣化用煤是不粘結(jié)性的，一般移動(dòng)床煤氣化爐要求氣化用煤是不粘結(jié)性的，或者只有很弱的粘結(jié)性。使用粘結(jié)性的煤，需在氣或者只有很弱的粘結(jié)性。使用粘結(jié)性的煤，需在氣化爐內(nèi)粘結(jié)區(qū)部位增設(shè)攪拌裝置進(jìn)行破粘處理。化爐內(nèi)粘結(jié)區(qū)部位增設(shè)攪拌裝置進(jìn)行破粘處理。結(jié)渣性與灰熔點(diǎn)結(jié)渣性與灰熔點(diǎn) 煤

30、中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔蚊褐械牡V物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰恼辰Y(jié)物或熔融爐渣的能力稱(chēng)為結(jié)渣性。固的粘結(jié)物或熔融爐渣的能力稱(chēng)為結(jié)渣性。影響什么？影響什么？ 煤的灰熔點(diǎn)。固態(tài)排灰的氣化爐，要求煤灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)。固態(tài)排灰的氣化爐，要求煤灰熔點(diǎn)ST大于大于1250，否則在氣化過(guò)程中容易結(jié)渣，形成風(fēng)洞；液態(tài)排渣的，否則在氣化過(guò)程中容易結(jié)渣，形成風(fēng)洞；液態(tài)排渣的氣化爐，可以用低灰熔點(diǎn)的煤，但難于用灰熔點(diǎn)氣化爐，可以用低灰熔點(diǎn)的煤，但難于用灰熔點(diǎn)ST超過(guò)超過(guò)1470的煤，否則排渣困難?；页煞种械乃嵝匝趸锏拿?，否則排渣困難?；页煞种械乃嵝匝趸?SiO2和和A

31、12O3)含含量越高，灰熔點(diǎn)越高，灰渣粘度越大；而當(dāng)堿性氧化物量越高，灰熔點(diǎn)越高，灰渣粘度越大；而當(dāng)堿性氧化物(CaO、MgO和和Na2O)含量高時(shí)，灰熔點(diǎn)低，灰渣粘度小。含量高時(shí)，灰熔點(diǎn)低，灰渣粘度小。 原料準(zhǔn)備工段中設(shè)法向煤中加一些添加劑，以降低或提高煤原料準(zhǔn)備工段中設(shè)法向煤中加一些添加劑，以降低或提高煤灰熔點(diǎn)，以適應(yīng)氣化操作條件的要求。灰熔點(diǎn)，以適應(yīng)氣化操作條件的要求。熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性是指煤在高溫下燃燒或氣化過(guò)程中，對(duì)溫度熱穩(wěn)定性是指煤在高溫下燃燒或氣化過(guò)程中，對(duì)溫度劇烈變化的穩(wěn)定程度，也就是塊煤在溫度急劇變化時(shí)，保劇烈變化的穩(wěn)定程度，也就是塊煤在溫度急劇變化時(shí)，保持原來(lái)粒度的性

32、能。持原來(lái)粒度的性能。煤的熱穩(wěn)定性與煤的變質(zhì)程度、成煤條件、煤中的礦煤的熱穩(wěn)定性與煤的變質(zhì)程度、成煤條件、煤中的礦物組成以及加熱條件有關(guān)。一般煙煤的熱穩(wěn)定性較好，褐物組成以及加熱條件有關(guān)。一般煙煤的熱穩(wěn)定性較好，褐煤、無(wú)煙煤和貧煤的熱穩(wěn)定性較差。無(wú)煙煤則因其結(jié)構(gòu)致煤、無(wú)煙煤和貧煤的熱穩(wěn)定性較差。無(wú)煙煤則因其結(jié)構(gòu)致密，受熱后內(nèi)外溫差大，膨脹不均產(chǎn)生應(yīng)力，使塊煤碎裂密，受熱后內(nèi)外溫差大，膨脹不均產(chǎn)生應(yīng)力，使塊煤碎裂。貧煤急劇受熱也容易爆裂，即熱穩(wěn)定性也較差。貧煤急劇受熱也容易爆裂，即熱穩(wěn)定性也較差。熱穩(wěn)定性是如何影響氣化過(guò)程的？熱穩(wěn)定性是如何影響氣化過(guò)程的？機(jī)械強(qiáng)度、粒度分布機(jī)械強(qiáng)度、粒度分布 機(jī)

33、械強(qiáng)度：機(jī)械強(qiáng)度：煤的機(jī)械強(qiáng)度，是指塊煤的抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度和抗煤的機(jī)械強(qiáng)度，是指塊煤的抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等綜合性物理和機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高低與氣化過(guò)程效率關(guān)系？壓強(qiáng)度等綜合性物理和機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高低與氣化過(guò)程效率關(guān)系？ 粒度分布：粒度分布：不同的氣化方式對(duì)原料煤的粒度要求不同。固定床氣不同的氣化方式對(duì)原料煤的粒度要求不同。固定床氣化爐，要求使用化爐，要求使用550mm 的塊煤，粒度應(yīng)均勻合理。大塊燃料滾向爐膛的塊煤，粒度應(yīng)均勻合理。大塊燃料滾向爐膛壁，小顆粒和粉末落在燃料層中心，從而造成爐壁附近阻力較小，大部壁，小顆粒和粉末落在燃料層中心，從而造成爐壁附近阻力較小，大部分空氣從

34、這里穿過(guò)，使這里的燃燒層上移，嚴(yán)重時(shí)可使燃料層燒穿。均分空氣從這里穿過(guò)，使這里的燃燒層上移，嚴(yán)重時(shí)可使燃料層燒穿。均勻的爐料可使?fàn)t內(nèi)料層有很好的均勻的透氣性，獲得較好的煤氣質(zhì)量和勻的爐料可使?fàn)t內(nèi)料層有很好的均勻的透氣性，獲得較好的煤氣質(zhì)量和較高的氣化效率。塊煤低缺時(shí)，可將細(xì)粒煤制成型煤進(jìn)行造氣。較高的氣化效率。塊煤低缺時(shí)，可將細(xì)粒煤制成型煤進(jìn)行造氣。水分與灰分水分與灰分煤的水分、灰分對(duì)氣化過(guò)程有重要影響，水分過(guò)煤的水分、灰分對(duì)氣化過(guò)程有重要影響，水分過(guò)高，會(huì)增加氣化過(guò)程中的熱能消耗，降低氣化反應(yīng)高，會(huì)增加氣化過(guò)程中的熱能消耗，降低氣化反應(yīng)的溫度，超過(guò)一定限度時(shí)，須在入爐前進(jìn)行干燥的溫度，超過(guò)一

35、定限度時(shí)，須在入爐前進(jìn)行干燥(水水煤漿氣化法例外煤漿氣化法例外)。 灰分過(guò)高，會(huì)增加熱量損失和碳的不完全反應(yīng)灰分過(guò)高，會(huì)增加熱量損失和碳的不完全反應(yīng)等。因此，在選擇氣化用煤時(shí)需要綜合考慮。等。因此，在選擇氣化用煤時(shí)需要綜合考慮。揮發(fā)分和固定碳揮發(fā)分和固定碳揮發(fā)分：揮發(fā)分：指煤在與空氣隔絕的容器中加熱一定指煤在與空氣隔絕的容器中加熱一定時(shí)間以后，從煤中分解出來(lái)的液體時(shí)間以后，從煤中分解出來(lái)的液體(蒸汽狀態(tài)蒸汽狀態(tài))和氣和氣體產(chǎn)物（焦油、酚及甲烷等）。揮發(fā)分析出的現(xiàn)象，體產(chǎn)物（焦油、酚及甲烷等）。揮發(fā)分析出的現(xiàn)象，只有在固定床氣化時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在流化床和氣流床只有在固定床氣化時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在流化床和氣

36、流床氣化中，因氣化反應(yīng)溫度高，煤中揮發(fā)分經(jīng)高溫裂氣化中，因氣化反應(yīng)溫度高，煤中揮發(fā)分經(jīng)高溫裂解，生成氣態(tài)產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)入煤氣中。解，生成氣態(tài)產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)入煤氣中。固定碳：固定碳：氣化用煤的固定碳含量高，則煤氣產(chǎn)氣化用煤的固定碳含量高，則煤氣產(chǎn)率高，氣化效率和熱效率都高，相應(yīng)地，單位質(zhì)量率高，氣化效率和熱效率都高，相應(yīng)地，單位質(zhì)量煤的空氣消耗、蒸汽消耗亦高。因煤的變質(zhì)程度不煤的空氣消耗、蒸汽消耗亦高。因煤的變質(zhì)程度不同，煤的固定碳含量亦不同，在工業(yè)生產(chǎn)或設(shè)計(jì)中同，煤的固定碳含量亦不同，在工業(yè)生產(chǎn)或設(shè)計(jì)中針對(duì)不同變質(zhì)程度的煤種，應(yīng)采用不同的氧氣和水針對(duì)不同變質(zhì)程度的煤種，應(yīng)采用不同的氧氣和水蒸氣的理論消

37、耗值。蒸氣的理論消耗值。氣化爐操作條件氣化爐操作條件 氣化溫度氣化溫度 對(duì)于固態(tài)排渣的氣化方法，為防止結(jié)渣，應(yīng)將溫度控制對(duì)于固態(tài)排渣的氣化方法，為防止結(jié)渣，應(yīng)將溫度控制在煤的灰熔點(diǎn)以下，但同時(shí)溫度增高有利于提高煤的反在煤的灰熔點(diǎn)以下，但同時(shí)溫度增高有利于提高煤的反應(yīng)活性和碳的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)不同的操作溫度還會(huì)影響到應(yīng)活性和碳的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)不同的操作溫度還會(huì)影響到產(chǎn)物的生成，如低溫條件有利于產(chǎn)物的生成，如低溫條件有利于CH4的生成。的生成。 壓力壓力 壓力不僅能直接影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，還會(huì)對(duì)煤的性質(zhì)壓力不僅能直接影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，還會(huì)對(duì)煤的性質(zhì)產(chǎn)生影響從而間接影響氣化效果。產(chǎn)生影響從而間接影響氣化

38、效果。 在加壓的情況下，在加壓的情況下，氣體密度增大，化學(xué)反應(yīng)速度加快，有利于單爐生產(chǎn)能氣體密度增大，化學(xué)反應(yīng)速度加快，有利于單爐生產(chǎn)能力的提高；力的提高； 從氣化反應(yīng)平衡來(lái)講，加壓有利于甲烷的形成，不利于從氣化反應(yīng)平衡來(lái)講，加壓有利于甲烷的形成，不利于二氧化碳的還原和水蒸氣的分解，從而導(dǎo)致水耗量增大二氧化碳的還原和水蒸氣的分解，從而導(dǎo)致水耗量增大，煤氣中二氧化碳濃度有所增加。，煤氣中二氧化碳濃度有所增加。 生產(chǎn)原料氣宜低壓，生產(chǎn)生產(chǎn)原料氣宜低壓，生產(chǎn)燃料氣宜高壓。？燃料氣宜高壓。？ 甲烷生成反應(yīng)為放熱反應(yīng)甲烷生成反應(yīng)為放熱反應(yīng)其反應(yīng)熱可作為水蒸氣其反應(yīng)熱可作為水蒸氣分解、二氧化碳等吸熱反分解

39、、二氧化碳等吸熱反應(yīng)熱源應(yīng)熱源 。 隨著壓力的增加，氣化反隨著壓力的增加，氣化反應(yīng)中氧氣消耗量減少；應(yīng)中氧氣消耗量減少； 加壓可阻止氣化時(shí)上升氣加壓可阻止氣化時(shí)上升氣體中所帶出物料的量，有體中所帶出物料的量，有效提高鼓風(fēng)速度，增大其效提高鼓風(fēng)速度，增大其生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力。 煤的粘結(jié)性隨壓力的增加煤的粘結(jié)性隨壓力的增加而增加。而增加。 弱粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)都隨弱粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)都隨壓力的增加而上升，而且在壓力的增加而上升，而且在壓力增加到壓力增加到0.5 1MPa 以前以前時(shí)，粘結(jié)性增加較快。時(shí)，粘結(jié)性增加較快。 粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)也隨壓粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)也隨壓力的增加而增加，并且隨壓力的增

40、加而增加，并且隨壓力的增加開(kāi)始增加較快，然力的增加開(kāi)始增加較快，然后逐漸減慢。后逐漸減慢。 結(jié)渣率隨系統(tǒng)壓力的增加結(jié)渣率隨系統(tǒng)壓力的增加而減少。為什么？而減少。為什么？5.6 煤炭氣化工藝及裝備煤炭氣化工藝及裝備 煤氣化的方法煤氣化的方法 固定（固定（移動(dòng)移動(dòng)）床氣化法床氣化法 流化床氣化法流化床氣化法 氣流床氣化法氣流床氣化法 其他氣化方法其他氣化方法 熔融床氣化法熔融床氣化法 煤的地下氣化法煤的地下氣化法塊煤或煤焦塊煤或煤焦原料原料爐內(nèi)各反應(yīng)層高度基本維持不變爐內(nèi)各反應(yīng)層高度基本維持不變床層特點(diǎn)床層特點(diǎn)煤由氣化爐頂部加入，汽化劑由爐底送入煤由氣化爐頂部加入，汽化劑由爐底送入入爐方式入爐方式

41、流動(dòng)氣體的上升力不致使固體顆粒的相對(duì)位置發(fā)生變化流動(dòng)氣體的上升力不致使固體顆粒的相對(duì)位置發(fā)生變化即固體顆粒處于相對(duì)固定狀態(tài)即固體顆粒處于相對(duì)固定狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 氣化過(guò)程中，煤粒在爐內(nèi)緩慢下移，因而也稱(chēng)移動(dòng)床氣化氣化過(guò)程中，煤粒在爐內(nèi)緩慢下移，因而也稱(chēng)移動(dòng)床氣化5.6.1 固定床氣化固定床氣化煤氣發(fā)生爐氣化法水煤氣氣化法兩段爐氣化法450oC煤分布器攪拌器1500oC常壓移動(dòng)床氣化法常壓移動(dòng)床氣化法 類(lèi)型：類(lèi)型：主要包括煤氣發(fā)生爐氣化法、水主要包括煤氣發(fā)生爐氣化法、水煤氣氣化法和相應(yīng)的兩段爐氣化法。煤氣氣化法和相應(yīng)的兩段爐氣化法。 原理與特點(diǎn)：原理與特點(diǎn)：在常壓條件下運(yùn)行，采用在常壓條件下

42、運(yùn)行，采用自供熱和干法排灰的方式；氣化爐內(nèi)，自供熱和干法排灰的方式；氣化爐內(nèi)，固體原料煤從爐頂加入，在向下移動(dòng)的固體原料煤從爐頂加入，在向下移動(dòng)的過(guò)程中與從爐底通入的氣化劑逆流接觸過(guò)程中與從爐底通入的氣化劑逆流接觸（好處？好處？），自上至下可分為預(yù)熱干），自上至下可分為預(yù)熱干燥層、干餾層、氣化層（還原層）、燃燥層、干餾層、氣化層（還原層）、燃燒層（氧化層）以及灰渣層。燒層（氧化層）以及灰渣層。 移動(dòng)床氣化移動(dòng)床氣化爐內(nèi)固體床爐內(nèi)固體床層溫度區(qū)域?qū)訙囟葏^(qū)域分布分布?xì)怏w組成沿料層高度變化化氣體組成沿料層高度變化化區(qū)域區(qū)域名稱(chēng) 進(jìn)行過(guò)程及用途主要化學(xué)反應(yīng)1 灰渣區(qū) 分配氣化劑， 防止?fàn)t箅過(guò)熱， 預(yù)熱

43、氣化劑約400 2 氧化區(qū)(燃燒區(qū))碳與氣化劑中的氧進(jìn)行反應(yīng)生成一氧化碳及二氧化碳并放出熱量約1300 C + O2C O2C + O22CO3 還原區(qū) 二氧化碳還原成一氧化碳， 水蒸氣分解成氫， 熱量由氧化層上升之熱氣體供給約1100 CO2 + C2C O H2O+ C C O + H22H2O + C C O2 +2 H2CO + H2O CO2 +H2 4 干餾區(qū) 燃料與上升的熱煤氣換熱進(jìn)行熱解，煤干餾成半焦或熟煤， 釋放出揮發(fā)分、水分、輕油、焦油、苯酚、硫化氫、甲烷、氨等500 600 5 干燥區(qū) 依靠氣體顯熱蒸發(fā)煤中水分約350 6 氣相(自由) 空間積聚煤氣， 沉降部分夾帶炭塵，

44、有時(shí)伴有部分水煤氣變換反應(yīng)CO + H2O CO2 +H2移動(dòng)床氣化爐燃料層各區(qū)域特性1-加煤機(jī)2 -爐蓋3-探火孔4-爐襯5 -煤氣出口6- 蒸汽水套7-爐算8 -碎渣圈9 -灰盤(pán)10-通風(fēng)箱11-傳動(dòng)裝置12 -支柱W-G 型煤氣發(fā)生爐1 料倉(cāng)；2料管；3 加料控制系統(tǒng)；4 飽和空氣管；5 上爐體；6 爐箅；7 下?tīng)t體；8 灰斗；9 探火孔威爾曼一格魯夏WellmanGalusha 型常壓煤氣發(fā)生爐，其最大的特點(diǎn)是：水夾套非滿(mǎn)水設(shè)計(jì)，氣化劑中的水蒸氣不采用外來(lái)蒸汽直接摻混飽和空氣的方法，而是將空氣首先鼓入爐體水夾套水面上空層，夾套中的水受爐箅傳熱，水蒸發(fā)增濕空氣，飽和后的空氣再倒入氣化爐爐

45、底進(jìn)入爐內(nèi)。熱煤氣工藝流程飽和空氣經(jīng)與煤氣爐的碳反應(yīng)生成500 左右的粗煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去帶出物以后（煤粉粒、焦油等），通過(guò)煤氣管道直接送往用戶(hù)。煤氣的顯熱得到利用，但煤氣含焦油和煤粉量較多對(duì)后工序不利。焦炭（無(wú)煙煤） 冷煤氣流程500 35 80 煙煤氣化冷煤氣流程UGI 型水煤氣爐 加長(zhǎng)了干餾段（水套以上） 下段煤 500600 oC基本沒(méi)有焦油 上段煤氣 100150 oC產(chǎn)生輕質(zhì)焦油。水套上段煤氣出口 100-150 oC下段煤氣出口 500-600 oC空氣、蒸氣入口煤斗爐箅灰盤(pán)加煤機(jī)放散管兩段式固定床氣化爐兩段式固定床氣化爐兩段爐下段煤氣出口經(jīng)旋風(fēng)除塵兩段爐下段煤氣出口經(jīng)旋風(fēng)除塵

46、器出爐，故稱(chēng)為下段煤氣或氣化器出爐，故稱(chēng)為下段煤氣或氣化煤氣；另一部分向上經(jīng)中心管與煤氣；另一部分向上經(jīng)中心管與干餾煤氣混合形成混合氣從爐頂干餾煤氣混合形成混合氣從爐頂引出，稱(chēng)為上段煤氣或爐頂煤氣引出，稱(chēng)為上段煤氣或爐頂煤氣加壓移動(dòng)床氣化法加壓移動(dòng)床氣化法 加壓移動(dòng)床氣化法是一種在高于大氣壓加壓移動(dòng)床氣化法是一種在高于大氣壓力（力（1.02.0MPa或更高壓力）的條件下或更高壓力）的條件下進(jìn)行煤的氣化操作，通常以氧氣和水蒸進(jìn)行煤的氣化操作，通常以氧氣和水蒸氣作為氣化介質(zhì)，以褐煤、長(zhǎng)焰煤或不氣作為氣化介質(zhì)，以褐煤、長(zhǎng)焰煤或不粘煤為原料的氣化爐，煤氣熱值高粘煤為原料的氣化爐，煤氣熱值高。 降常壓條

47、件下的反應(yīng)外，主要是發(fā)生了降常壓條件下的反應(yīng)外，主要是發(fā)生了一系列甲烷生成的反應(yīng)，而這些反應(yīng)在一系列甲烷生成的反應(yīng)，而這些反應(yīng)在常壓下是需要催化劑參與才能發(fā)生的。常壓下是需要催化劑參與才能發(fā)生的。 主要有主要有固態(tài)排灰和液態(tài)排渣的魯奇爐固態(tài)排灰和液態(tài)排渣的魯奇爐加壓氣加壓氣化爐中化爐中各層的各層的主要反主要反應(yīng)及產(chǎn)應(yīng)及產(chǎn)物物（a）干法排灰）干法排灰 （b）液態(tài)排渣）液態(tài)排渣 干法排灰水蒸氣和氧氣的比例一般為（干法排灰水蒸氣和氧氣的比例一般為（4:1） （5:1），液態(tài)排渣爐中則為，液態(tài)排渣爐中則為0.5: 1。 液態(tài)排渣爐內(nèi)最高溫度一般在液態(tài)排渣爐內(nèi)最高溫度一般在1300以上，出口粗煤以上，出

48、口粗煤氣的溫度為氣的溫度為550左右。使得氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力有了左右。使得氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力有了顯著的提高，約為干法排灰式的顯著的提高，約為干法排灰式的3倍多。同時(shí)灰渣中含倍多。同時(shí)灰渣中含碳量有所下降，碳利用率一般在碳量有所下降，碳利用率一般在92%以上。此外，水以上。此外，水蒸氣利用率高是其另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。蒸氣利用率高是其另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。 干法排灰相比，液態(tài)排渣爐液態(tài)排渣爐粗煤氣中干法排灰相比，液態(tài)排渣爐液態(tài)排渣爐粗煤氣中CH4含量下降，含量下降，CO和和H2組分之和約提高組分之和約提高25%，同時(shí)，同時(shí)CO/H2比上升，而比上升，而CO2則由則由30%降到了降到了65%。加壓移動(dòng)床氣

49、化工藝流程圖u 流化床氣化技術(shù)主要類(lèi)型流化床氣化技術(shù)主要類(lèi)型 溫克勒（溫克勒（Winkler） 灰熔聚（灰熔聚（U-Gas和和ICC） 循環(huán)流化床（循環(huán)流化床（CFB, circulating fluidized gasifier） 加壓流化床（加壓流化床（PFB）5.6.2 流化床氣化方法流化床氣化方法定義：煤和氣化劑在定義：煤和氣化劑在流態(tài)化流態(tài)化狀態(tài)下發(fā)生氣化反應(yīng)的方法。狀態(tài)下發(fā)生氣化反應(yīng)的方法。 或采用或采用流態(tài)化技術(shù)流態(tài)化技術(shù)使煤炭與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為灰渣和使煤炭與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為灰渣和 煤氣的過(guò)程。（煤氣的過(guò)程。（fluidized gasification),流態(tài)化技術(shù)是一種強(qiáng)化流

50、體流態(tài)化技術(shù)是一種強(qiáng)化流體(氣體或液體氣體或液體)與固體顆粒間相互與固體顆粒間相互作用的操作。作用的操作。 流化床氣化方法的特點(diǎn)流化床氣化方法的特點(diǎn)小顆粒煤，一般在小顆粒煤，一般在0.16mm左右。左右。原料原料床層溫度和組成均一。床層溫度和組成均一。床層特點(diǎn)床層特點(diǎn)煤由氣化爐頂部加入，汽化劑由爐底送入。煤由氣化爐頂部加入，汽化劑由爐底送入。入爐方式入爐方式連續(xù)、無(wú)序的沸騰和懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，最佳流化速度。連續(xù)、無(wú)序的沸騰和懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，最佳流化速度。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)CO2含量較高。熱解產(chǎn)物含量很少，幾乎不含焦油。含量較高。熱解產(chǎn)物含量很少，幾乎不含焦油。產(chǎn)物特點(diǎn)產(chǎn)物特點(diǎn) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：70的灰及部

51、分未燃盡碳被煤氣夾帶出氣化爐，即增的灰及部分未燃盡碳被煤氣夾帶出氣化爐，即增加了加了煤氣凈化煤氣凈化的難度，也造成了很大程度的的難度，也造成了很大程度的熱損熱損。同時(shí)另外的。同時(shí)另外的灰分通過(guò)黏結(jié)落入灰斗，灰分通過(guò)黏結(jié)落入灰斗，灰渣和飛灰的含碳量均較高?；以惋w灰的含碳量均較高。（15%20%）溫克勒氣化爐示意圖溫克勒氣化爐示意圖氣化溫度控制在氣化溫度控制在950移動(dòng)床（移動(dòng)床（1）流化床（）流化床（2）溫度分布比較溫度分布比較流化床沿床層高度的氣體組分分布 操作氣速 煤粒度 結(jié)渣性HTW 煤氣化示范裝置工藝流程圖，煤氣化示范裝置工藝流程圖，氣化壓力和溫度：氣化壓力和溫度：0.91.0MPa，

52、1100左右左右HTW 氣化爐物料平衡及主要輸入輸出能量分布灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù)灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù) 在流化床層形成局部高溫區(qū)在流化床層形成局部高溫區(qū)(爐底有倒錐形分布板，分爐底有倒錐形分布板，分布板中央有一噴嘴，可造成局部高溫，灰顆粒由于高溫發(fā)布板中央有一噴嘴，可造成局部高溫，灰顆粒由于高溫發(fā)生熔化，團(tuán)聚成大顆粒生熔化，團(tuán)聚成大顆粒），使煤中的灰分在軟化而未熔融），使煤中的灰分在軟化而未熔融的狀態(tài)下，相互團(tuán)聚而黏結(jié)成含碳量較低的灰渣，結(jié)球長(zhǎng)的狀態(tài)下，相互團(tuán)聚而黏結(jié)成含碳量較低的灰渣，結(jié)球長(zhǎng)大到一定程度時(shí)靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗，大到一定程度時(shí)靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗，

53、從而有選擇性地將灰球排出爐外，降低了灰渣的含碳量從而有選擇性地將灰球排出爐外，降低了灰渣的含碳量（5%10%） 美國(guó)美國(guó)Ugas 流化床煤氣化技術(shù)流化床煤氣化技術(shù) 中國(guó)中國(guó)ICC 灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)灰溶劑流化床與傳統(tǒng)流化床相比：灰溶劑流化床與傳統(tǒng)流化床相比：傳統(tǒng)流化床：傳統(tǒng)流化床：爐內(nèi)的強(qiáng)烈混合狀態(tài)導(dǎo)致了爐頂帶出飛灰和爐底排爐內(nèi)的強(qiáng)烈混合狀態(tài)導(dǎo)致了爐頂帶出飛灰和爐底排渣中的碳損失較高。傳統(tǒng)流化床為降低碳含量，維持穩(wěn)定的不結(jié)渣中的碳損失較高。傳統(tǒng)流化床為降低碳含量，維持穩(wěn)定的不結(jié)渣操作，不得不采用較低的操作溫度（渣操作，不得不采用較低的操作溫度（ 950 ），所以傳統(tǒng)的

54、），所以傳統(tǒng)的流化床氣化爐只適用于高活性的褐煤或次煙煤。流化床氣化爐只適用于高活性的褐煤或次煙煤?；胰軇┝骰玻夯胰軇┝骰玻焊鶕?jù)射流原理，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的氣體分布器和灰團(tuán)根據(jù)射流原理，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的氣體分布器和灰團(tuán)聚分離裝置，中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)（聚分離裝置，中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)（12001300 ）促）促使灰渣團(tuán)聚成球，借助密度差異，達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，在非使灰渣團(tuán)聚成球，借助密度差異，達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，在非結(jié)渣情況下連續(xù)有選擇地排出低碳含量的灰渣，提高了床內(nèi)碳含結(jié)渣情況下連續(xù)有選擇地排出低碳含量的灰渣，提高了床內(nèi)碳含量和操作溫度，從而使其適用煤種拓寬到低活性的煙煤乃至無(wú)煙量和

55、操作溫度，從而使其適用煤種拓寬到低活性的煙煤乃至無(wú)煙煤。煤。Ugas 氣化爐氣化爐Ugas 氣化工業(yè)裝置流程簡(jiǎn)圖氣化工業(yè)裝置流程簡(jiǎn)圖1煤干燥粉碎部分；煤干燥粉碎部分；2干煤倉(cāng)；干煤倉(cāng)；3密相輸送系統(tǒng)；密相輸送系統(tǒng)；4稱(chēng)量斗；稱(chēng)量斗；5鎖斗；鎖斗；6進(jìn)料斗；進(jìn)料斗；7-Ugas 氣化爐；氣化爐；8灰冷；灰冷；9排灰裝置；排灰裝置；10第第一級(jí)旋風(fēng)分離器；一級(jí)旋風(fēng)分離器；11第二級(jí)旋風(fēng)分離器；第二級(jí)旋風(fēng)分離器；12第三級(jí)旋風(fēng)分離器；第三級(jí)旋風(fēng)分離器；13灰冷器；灰冷器；14排粉裝置；排粉裝置；15廢熱鍋爐；廢熱鍋爐；16蒸氣過(guò)熱器；蒸氣過(guò)熱器；17蒸氣預(yù)熱器；蒸氣預(yù)熱器；18脫氧水加熱器；脫氧水加

56、熱器；19文丘里洗滌器；文丘里洗滌器；20洗滌器；洗滌器；21空氣壓縮機(jī)部分；空氣壓縮機(jī)部分；22廢水循環(huán)處理部分廢水循環(huán)處理部分中國(guó)中國(guó)ICC 灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)ICC 灰熔聚流化床粉煤氣化爐灰熔聚流化床粉煤氣化爐1氣化爐；氣化爐；2螺旋給煤機(jī)；螺旋給煤機(jī)；3第一旋風(fēng)分離器；第一旋風(fēng)分離器；4第第二旋風(fēng)分離器；二旋風(fēng)分離器；5溫球閥溫球閥灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程簡(jiǎn)圖灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程簡(jiǎn)圖1煤鎖；煤鎖；2中間料倉(cāng)；中間料倉(cāng)；3氣體冷卻器；氣體冷卻器；4氣化爐；氣化爐；5灰鎖；灰鎖；6一級(jí)旋風(fēng)；一級(jí)旋風(fēng)；7二級(jí)旋風(fēng)；二級(jí)旋風(fēng)；8二旋下灰頭；二旋下灰頭；9廢

57、熱回收器；廢熱回收器；10汽包；汽包；11蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱器；器；12脫氧水預(yù)熱器；脫氧水預(yù)熱器；13洗氣塔洗氣塔循環(huán)流化床（循環(huán)流化床（CFB） 煤氣化技術(shù)煤氣化技術(shù)特點(diǎn)：克服了鼓泡流化床中存在大量氣泡造成氣固接觸不良特點(diǎn)：克服了鼓泡流化床中存在大量氣泡造成氣固接觸不良的缺點(diǎn)，同時(shí)可避免氣流床所需過(guò)高的氣化溫度；克服了大的缺點(diǎn)，同時(shí)可避免氣流床所需過(guò)高的氣化溫度；克服了大量煤轉(zhuǎn)化為熱能而不是化學(xué)能的缺點(diǎn)，綜合了氣流床和鼓泡量煤轉(zhuǎn)化為熱能而不是化學(xué)能的缺點(diǎn)，綜合了氣流床和鼓泡床的優(yōu)點(diǎn)；床的優(yōu)點(diǎn)；CFB 的操作氣速介于鼓泡床和氣流床之間，煤顆的操作氣速介于鼓泡床和氣流床之間，煤顆粒與氣體之間有很

58、高的滑移速度，使氣固兩相之間具有更高粒與氣體之間有很高的滑移速度，使氣固兩相之間具有更高的傳熱傳質(zhì)速率。整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)和產(chǎn)品氣的溫度均一，不的傳熱傳質(zhì)速率。整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)和產(chǎn)品氣的溫度均一，不會(huì)出現(xiàn)鼓泡床中局部高溫造成結(jié)渣。會(huì)出現(xiàn)鼓泡床中局部高溫造成結(jié)渣。魯奇魯奇CFB 氣化爐簡(jiǎn)圖氣化爐簡(jiǎn)圖CFB 循環(huán)流化床粉煤氣化工藝流程技術(shù)現(xiàn)狀：技術(shù)現(xiàn)狀： 溫克勒氣化爐：溫克勒氣化爐：已有用于合成氨生產(chǎn)案例，但對(duì)粒度、煤種要已有用于合成氨生產(chǎn)案例，但對(duì)粒度、煤種要求較為嚴(yán)格，煤氣中甲烷含量高（求較為嚴(yán)格，煤氣中甲烷含量高（0.72.5%）。而且設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)）。而且設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度較低，已不代表發(fā)展方向。度較低，

59、已不代表發(fā)展方向。 U-Gas氣化爐：氣化爐：在上海焦化廠(chǎng)在上海焦化廠(chǎng)1994年年11月開(kāi)車(chē)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)不正常月開(kāi)車(chē)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，于，于2002年停運(yùn)。年停運(yùn)。循環(huán)流化床和加壓流化床循環(huán)流化床和加壓流化床可以生產(chǎn)燃料氣，但國(guó)際上尚無(wú)生產(chǎn)合可以生產(chǎn)燃料氣，但國(guó)際上尚無(wú)生產(chǎn)合成氣先例。成氣先例。 中科院山西煤化開(kāi)發(fā)的中科院山西煤化開(kāi)發(fā)的ICC灰熔聚氣化爐灰熔聚氣化爐，已通過(guò)工業(yè)示范裝，已通過(guò)工業(yè)示范裝置試運(yùn)行階段，在多家合成氨廠(chǎng)開(kāi)始推廣使用。置試運(yùn)行階段，在多家合成氨廠(chǎng)開(kāi)始推廣使用。6.3.3氣流床氣化法氣流床氣化法 20世紀(jì)世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的新一代煤氣技術(shù)，年代初發(fā)展起來(lái)的新一代煤氣技術(shù)

60、，最初代表爐型為最初代表爐型為K-T爐。其后隨著爐。其后隨著Shell、Texaco等一批新型工藝的開(kāi)發(fā)，氣流床氣化技等一批新型工藝的開(kāi)發(fā)，氣流床氣化技術(shù)因其出色的生產(chǎn)能力和氣化效率，在世界范術(shù)因其出色的生產(chǎn)能力和氣化效率，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在燃?xì)饴?lián)合循圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在燃?xì)饴?lián)合循環(huán)中。環(huán)中。 氣流床氣化是一種并流式氣化，對(duì)煤種、粒度氣流床氣化是一種并流式氣化，對(duì)煤種、粒度含硫、含灰都具有較大的兼容性，國(guó)際上已有含硫、含灰都具有較大的兼容性，國(guó)際上已有多家單系列、大容量、加壓廠(chǎng)在運(yùn)作，其清潔多家單系列、大容量、加壓廠(chǎng)在運(yùn)作，其清潔、高效代表著當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流。、高