第九章煤炭綜合利用

煤化煤化第九章.學(xué)反應(yīng)，使原料最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)可燃物（H2、CO、可用管 ，節(jié)約運(yùn)力按原料在氣化爐中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分：移動(dòng)床按原料在氣化爐中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分：移動(dòng)床（固定床）氣化、流化床（沸騰床）氣化、氣流床（懸浮床）氣化、熔融床氣化等。按氣化過(guò)程的操作方式分：連續(xù)式氣化、間歇式氣化、循環(huán)式氣化等。按壓力大小分：常壓氣化、中壓氣化(0.7-3.5MPa)、高壓氣化(＞7MPa)。根據(jù)使用氣化劑的不同，煤氣成分與發(fā)熱量也不同，可分為空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣、半水煤氣等?？諝饷簹猓阂钥諝鉃闅饣瘎┡c煤炭進(jìn)行反應(yīng)的產(chǎn)物，煤氣中可燃組分(C、2)很少，不可燃組分(、C2)很多。混合煤氣：為了提高煤氣發(fā)熱量，采用空氣和水蒸氣的混合物作為氣化劑，生成的煤氣稱(chēng)為混合煤氣(發(fā)生爐煤氣。水煤氣：以水蒸氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤半水煤氣：水煤氣與空氣煤氣的混合氣，是合成氨原料燃燃燒反應(yīng)C+O2= △H0298=-109氣化反應(yīng) △H0298=109C+0.5O2=CO△H0298=-123 △H0298=162 △H0298=-87均相反應(yīng)熱解或脫揮發(fā)分反煤進(jìn)行氣化時(shí)，通過(guò)熱解將產(chǎn) 的甲烷，該熱解過(guò)程條件不同可用下列反應(yīng)式表CHnCH4mnm444或CH4mnHm224在移動(dòng)床常壓氣化法生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣過(guò)程中，氣化原料（煤或焦炭）在移動(dòng)床常壓氣化法生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣過(guò)程中，氣化原料（煤或焦炭）從爐頂上部裝入，原料層及爐渣層由下部爐柵支撐，空氣和水蒸氣混合物由爐底給入，經(jīng)爐柵均勻分配，與料層移動(dòng)方向相反。氣化劑與原料不斷接觸發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，生成的煤氣從爐頂出口導(dǎo)出，灰渣由爐底排出。為了使得原料與氣化劑有足夠的接觸，保證氣化反應(yīng)順利進(jìn)行在半水煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中，空氣和水蒸氣間歇交替進(jìn)入氣化爐，形成吹風(fēng)（空氣）造氣（水煤氣）的循環(huán)。半水煤氣是空氣煤氣和水煤氣的混合氣。為了保證氣化反應(yīng)的順利進(jìn)行，滿足合成氨原料氣的質(zhì)量要求，可采用塊狀焦炭和無(wú)煙煤或煤球進(jìn)行氣化。焦炭成本高，目前主要采用無(wú)煙煤。具體指標(biāo)為水分。要求水分。要求Mt≤6%揮發(fā)分。揮發(fā)分產(chǎn)率高的煤生成的煤氣中甲烷含量高，且氣化時(shí)生產(chǎn)的焦油也多，易黏在設(shè)備管道上，致使清理檢修次數(shù)增多，給生產(chǎn)帶來(lái)不利。因此，要求揮發(fā)分越低越好，一般要求Vda≤0?；曳?。灰分高的煤，碳含量低，煤氣爐的生產(chǎn)能力低，且增加了 費(fèi)用和排灰量。另外，由于灰分的存在起到了隔絕氣化劑與原料的作用，影響了氣化反應(yīng)速度，生產(chǎn)能力下降。因此，灰分越低越好，一般要求A≤24。煤灰熔融性。煤灰熔融性低的煤易結(jié)渣。所有，對(duì)于固態(tài)排渣的爐子，要求煤灰熔融性越高越好，一般要求ST≥20o。固定碳。固定碳含量越高，煤料氣化時(shí)的利用價(jià)值越高。一般要求wd(FC＞65。粒度。原料粒度應(yīng)均勻適中，一般要求粒度13-100mm，而且應(yīng)篩分為大塊（50-100mm）、中塊（25-50mm）、小塊（13-25mm）。 炭，一般要求抗碎強(qiáng)度（＞25mm）≥65%。熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性差的煤，受熱后容易破碎成粉塵和微粒，增加料層阻力，所以要求熱穩(wěn)定性越高越好。。熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性差的煤，受熱后容易破碎成粉塵和微粒，增加料層阻力，所以要求熱穩(wěn)定性越高越好。。反應(yīng)性。無(wú)煙煤的化學(xué)反應(yīng)性較差，但通過(guò)提高反應(yīng)溫度可增加反應(yīng)性。硫分。在氣化過(guò)程中硫不僅腐蝕設(shè)備，造成污染，還容易造成催化劑 ，所以要求Wd（St）≤.5。移動(dòng)床加壓氣化法及其對(duì)煤質(zhì)的要移動(dòng)床加壓氣化典型的氣化爐是德國(guó)公司發(fā)明由于氣化溫度低，爐加壓氣化法采用灰熔性低的煤氣化對(duì)煤的抗碎強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性要求較低，可氣化褐煤，其粒度下限達(dá)5mm，能采用高水分（Mt=030）和高灰分（Ad=30%）的劣質(zhì)煤，對(duì)黏結(jié)性稍強(qiáng)的煙煤也能氣流化床氣化是由向上移動(dòng)的氣流使煤料在空間呈沸騰狀態(tài)的氣化過(guò)程。氣化劑以一定速度由下而上通過(guò)煤粒（0-流化床氣化是由向上移動(dòng)的氣流使煤料在空間呈沸騰狀態(tài)的氣化過(guò)程。氣化劑以一定速度由下而上通過(guò)煤粒（0-8）床層，使煤粒浮動(dòng)并互相分離，當(dāng)氣流速度繼續(xù)增加到一定程度時(shí)，出現(xiàn)煤粒與流體間的摩擦力和它本身的質(zhì)量相平在生產(chǎn)合成氨原料氣時(shí)，一般以空氣或氧氣為氣化劑，對(duì)原料煤的要求是活性越大越好，所以用褐煤最好，要求Mat＜12，d＜25。也可采用長(zhǎng)焰煤或不黏煤。煤的粒度小于8mm，0-1mm的煤粉越少越好。煤灰熔融性ST＞1250氣流床氣化過(guò)程是氣體介質(zhì)夾帶煤粉并使其處于懸浮狀態(tài)的氣化過(guò)程。因氣化劑的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粒的終端速度，以致煤粒與氣流分子呈直線狀態(tài)。小于200目的粉煤占85%（褐煤可降到80%）。水分一般在1-5%熔熔融床氣化法及其對(duì)煤質(zhì)的熔融床氣化是與前幾種有不同受熱方式的煤加壓氣流床氣化技術(shù)，入爐煤與高溫熔浴相接觸而氣化，而熔浴情況分為熔渣床、熔鹽床和熔鐵床三種。它是將煤料與空氣或氧氣隨同蒸汽與床層底部呈熔融態(tài)的鐵、灰或鹽相接觸的氣化過(guò)程。煤在高溫熔融液態(tài)熱載體中進(jìn)行氣化，在液體熱載體介質(zhì)的催化作用下加快氣化高揮發(fā)分煤，也可生產(chǎn)不含焦油的產(chǎn)品煤氣。采用的液體熱載體有熔融煤灰渣、熔融a2C和熔融鐵水。由于熔融的高溫鐵水對(duì)煤粉具有良好的熔解能力，煤中硫和鐵水具有 親和性在氣化用煤方面，也可選用高硫煤，對(duì)煤種有較寬的適用范圍。定義：經(jīng)過(guò)一定的加工工藝，將固體煤炭轉(zhuǎn)變成液體或原料的過(guò)程。意義煤的液化用于生產(chǎn)石油的代用品，緩解石油資源緊張的局 煤煤炭液化的煤的直接加氫液化法，如高壓加氫法、溶劑精煉煤法、水煤漿生產(chǎn)法等。煤的間接液化法，即水煤氣合煤的部分液化法，即低溫干餾定義：在高溫、高壓、氫氣（或C+2，C+2等）、催化劑和溶劑的作用下進(jìn)行裂解、加氫等反應(yīng)，將煤直接轉(zhuǎn)化成相對(duì)分子質(zhì)量較小的油和化工原料的加工過(guò)程。煤加氫液化一般在180-450煤加氫液化一般在180-450oC煤的間接液化法是將煤氣化得到原料氣即水煤氣C+2)，并在一定溫度、壓力條件下，經(jīng)催化合成得到合成石油及其它化學(xué)產(chǎn)品的加工過(guò)程，又稱(chēng)一氧化碳加氫法、FT法（即費(fèi)-托法）。煤間接液化法的中間產(chǎn)物是水煤氣，水煤氣中和2含量的高低直接影響合成反應(yīng)的進(jìn)行。一般地，(C和2)的含量越高，合成反應(yīng)速度越快，合成油產(chǎn)率越高。所以，為了得到合格的原料氣，一般采用弱黏結(jié)或不黏結(jié)性煤進(jìn)行氣化。煤煤的部分液化法即煤的低溫干餾法低溫干餾是指煤在較低溫度下（50-600oC）隔絕空氣加熱，使煤的部分大分子裂解為石油產(chǎn)品（輕油、焦油等）、半焦、化工產(chǎn)品、干餾煤氣等的過(guò)程。由于煤在熱解中產(chǎn)生的自由基碎片只能靠自身的氫再分配，使少量的自由基碎片發(fā)生縮聚反應(yīng)生成固體焦，所以低溫干餾的主要產(chǎn)物是半焦，少量產(chǎn)物是油和氣。煤的干餾若以 液體油為目的，多采用低溫干餾。為獲取較大的油收率，低溫干餾的原料煤應(yīng)是不黏結(jié)煤或弱黏結(jié)煤、含油率高的褐煤和高揮發(fā)分煙煤。具體指標(biāo)如下：Ta,a＞7，d＜10，wd（St）＜3，抗碎強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，弱黏或不黏結(jié)。煤的燃燒是指煤中的可燃有機(jī)質(zhì)，在一定溫度下與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出光和熱，并轉(zhuǎn)化為不可燃的煙氣和煤的燃燒是指煤中的可燃有機(jī)質(zhì)，在一定溫度下與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出光和熱，并轉(zhuǎn)化為不可燃的煙氣和灰渣的過(guò)程。煤的燃燒階加熱和干燥，依靠熱源將煤粒加熱到10o以上，煤中的水分逐漸蒸發(fā)。析出揮發(fā)分和形成殘焦（焦渣）揮發(fā)物和殘焦的著火燃燒灰渣的生成以上階段串聯(lián)發(fā)生，但在鍋爐燃燒室中，各階段互相交叉，或者某些階段同步進(jìn)行。各階段歷時(shí)長(zhǎng)短與相互交叉的情況，取決于煤的性質(zhì)及燃燒方式。例如，揮發(fā)分析出過(guò)程可能在水分沒(méi)有完全蒸發(fā)盡就開(kāi)始；殘焦也可能在揮發(fā)物沒(méi)有完全析出前就開(kāi)始著火燃燒；殘焦（焦渣）的燃燒伴隨著灰渣的形成。1.1.CO2CO2409kJ/mC1OCO123kJ/m22.COCO1OCO283kJ/mo23.H1OHO242kJmol(汽2H1OHO286kJmol(液4.2SO2SO2296kJ/moCCO22CO162kJ/m與水蒸氣氣化反 CH2OCO+H2119kJ/與水蒸氣氣化反 C2HOCO+2H75kJ/COH2OCO2+H242kJ/mCO3HCH+HO206kJ/m煤煤炭完全燃燒的條必須維持煤料的溫度在著火溫煤料和適量空氣充分及時(shí)而妥善地排出燃燒產(chǎn)物提供燃燒必需的足夠空間和時(shí)工業(yè)鍋爐用煤在鍋爐內(nèi)有三種燃燒方式，層狀、沸騰式、懸浮式燃燒。層狀燃燒：將置于固定或移動(dòng)的爐排上，形成均勻的、有一定厚度的料層，空氣從爐排下部通入，通過(guò)層燃爐根據(jù)爐排形式分為：手燒爐、鏈條爐、振動(dòng)排爐、往復(fù)推動(dòng)排爐、拋煤機(jī)爐等。 放到爐排上，從爐排下面鼓入壓力較高的空氣，達(dá)到某一臨界速度時(shí)(吹浮力等于煤粒質(zhì)懸浮式燃燒：當(dāng)鼓風(fēng)速度很高，顆粒與空氣流一起運(yùn)動(dòng)，在懸浮狀態(tài)下進(jìn)入燃燒室，進(jìn)行燃燒。層燃爐用煤對(duì)煤質(zhì)的為保證層燃爐的正常運(yùn)行，減少熱損失，提高熱效率和減輕污染，要求煤的粒度均勻適中，有條件可以使用型煤。煤的硫分含量高，煙氣中S、S水分一般控制在68。水分過(guò)高，排煙熱損失增大；水分過(guò)低，“飛灰損失增大?；曳衷龈撸l(fā)熱量降低，所以灰分越低4.2MJ/kg ，揮發(fā)分僅為2-3%的無(wú)煙煤及含碳量?jī)H為2mm左右為最佳。石煤是劣質(zhì)腐泥無(wú)煙煤。是由古生代大量繁殖 生石煤作為，屬于高灰、高硫、低發(fā)熱量的劣質(zhì)，但石煤富含釩、鉬、鎳、鈾、鎵、銅、鉻、硅、磷等元素。根據(jù)發(fā)熱量分為低熱值、中熱值和高熱值石煤三種。石石煤性石煤外觀像石頭，顏色灰黑近灰，光澤暗淡，結(jié)構(gòu)均一，斷口由貝殼狀、階梯狀到參差狀不等；石煤硬度大，密度大，燃點(diǎn)高，無(wú)煙。石煤中 非金屬礦物雜質(zhì)，碳質(zhì)碎片呈浸染狀均勻分布于雜質(zhì)中。石煤灰分高達(dá)7-0，含硫量在2-4，含碳量在12左右，發(fā)熱量在.2-.2M/g，絕大多數(shù)熱值低于.0M/kg。在石煤的灰分中，i2含量最高，其次是l23、Fe23等。大多數(shù)石煤的煤灰熔融性都在120o以上。石煤利用途1.石煤V..。釩高，可塑性好，在原子能工業(yè)上，可作為優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料，各種薄壁和內(nèi)管材料及 包套管等。釩是超導(dǎo)材料的原料目前釩主要用于制釩鐵、有色金屬合金、催化劑2.2.石煤石煤是低熱值，可用于發(fā)電一種是在煙煤中摻入10石煤，可節(jié)約部分煙煤，降低發(fā)電成本；另一種是將石煤用于沸騰爐做，由于沸騰爐蓄熱能力強(qiáng)，燃燒效果好，所以可用劣質(zhì)煤。石煤發(fā)熱量低、灰分高，利用其中熱能發(fā)電，就要后灰渣利用，否則灰渣處理費(fèi)用將抵消回收石煤熱能產(chǎn)生的效益。3.應(yīng)用于建筑行在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，石煤既 又是原料石煤有一定發(fā)熱量，且礦物組成與黏土質(zhì)原料相燃燒后產(chǎn)生的灰分直接轉(zhuǎn)移到水泥熟料中，可減少生料中黏土配入量。煅燒溫度下，能燒成熟料。所以不存在灰渣處理問(wèn)題。燃燒產(chǎn)生的灰渣還可做水泥的混合材料，水泥產(chǎn)品外觀比其它材料的水泥好石煤渣還可制磚瓦、混凝土砌塊等建筑材料煤矸石定義：是在成煤過(guò)程中與煤共同沉積的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物混合在一起的巖石，以炭質(zhì)灰?guī)r為主要成分，是在煤礦建設(shè)和采掘、洗選加工過(guò)程中產(chǎn)生的固態(tài)排棄物。煤矸石定義：是在成煤過(guò)程中與煤共同沉積的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物混合在一起的巖石，以炭質(zhì)灰?guī)r為主要成分，是在煤礦建設(shè)和采掘、洗選加工過(guò)程中產(chǎn)生的固態(tài)排棄物。煤矸學(xué)組成是一些氧化物，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，礦物組成主要是高嶺石、石(4.2-12.6MJ/kg)(20-30%)，煤煤矸石利用1.熱值的利煤矸石因含碳，具有一定熱值，將部分選煤矸石時(shí)產(chǎn)生的劣質(zhì)煤配置成一定發(fā)熱量的煤，可作為發(fā)電廠流化床鍋爐 ?？晒?jié)約大量?jī)?yōu)質(zhì)煤，減少環(huán)境污染。2.礦物成分的利(1)應(yīng)用于建材煤矸石組成與黏土相近，因此生產(chǎn)磚瓦或燒磚時(shí)可不用少用土或不用少用煤，節(jié)省耕地，減少污染。煤矸 學(xué)成分與一般陶瓷土相近，可作為原料生產(chǎn)陶管、釉面磚、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、包裝陶瓷等。(2(2)從矸石中回收有用礦 中國(guó)硫鐵礦資源豐富，其中一半以上與煤共生或伴生，回收硫鐵礦，使資源得到合理利用，減少硫磺進(jìn)口，具有顯著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。(3)從矸石中提取化工作為