第二章煤气化原理1

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1、第二章第二章 煤气化原理煤气化原理 煤气化生产技术煤气化生产技术 2煤气化原理2煤的性质对气化的影响3煤气化方法1第二章 煤气化原理3第二章第二章 煤气化原理煤气化原理煤的气化过程是一热化学过程热化学过程,是煤煤或煤焦与气化剂气化剂(空气、氧气、水蒸气、氢空气、氧气、水蒸气、氢等)在高温下发生化学反应将煤或煤焦中有机物有机物转变为煤气煤气的过程。该过程是在高温、高压下进行的一个复杂的多相物理及物理化学过程。煤的气化过程是一个热化学过程,在特定的设备(气化炉气化炉)内它以煤为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸汽或氢气为气化剂(又称气化介质),在一定的压力、温度下,通过部分氧化反应将原料煤从固

2、体燃料转化为气体燃料(即气化煤气,或简称煤气)的过程。 煤气化的定义和实质煤气化的定义和实质 气化条件(煤炭气化时必须具备三个条件)气化条件(煤炭气化时必须具备三个条件) 气化炉气化炉、气化剂气化剂、供给热量供给热量。三者缺一不可。三者缺一不可。 气化产品:气化产品: CO、 H2 、CH4O2、H2O、H2、根据产热根据产热方式和煤气用途选择性供方式和煤气用途选择性供入(入( H2 很少用)很少用) 煤气煤气是气化剂与煤在一定条件下反应得到的混合气体混合气体,即气化剂将煤中的碳转化成为可燃性气体可燃性气体。煤气的有效成分为一氧化碳、氢气和甲烷一氧化碳、氢气和甲烷。m煤气组成随气化剂所用的煤或

3、煤焦的性质、气化剂的种类、气化过程条件以及煤气炉的结构不同而有差异。因此,在生产工业煤气时, 必须根据煤气用途来选择气化剂和气化过程操作条件,才能满足生产的需要。 气化与燃烧的区别?气化与燃烧的区别?第一个问题第一个问题请大家思考?请大家思考? 气化与干馏的区别?气化与干馏的区别?第二个问题第二个问题 从化学反应的角度,煤的气化从化学反应的角度,煤的气化和燃烧都属于氧化过程。当煤点和燃烧都属于氧化过程。当煤点燃时,它潜在化学能就会以热的燃时,它潜在化学能就会以热的形式释放出来,即空气中的氧气形式释放出来,即空气中的氧气和煤中的碳、氢反应生成和煤中的碳、氢反应生成CO2和和H2O,并释放热量;,

4、并释放热量; 如果希望使气体产物中的化如果希望使气体产物中的化学能更大的话,从逻辑上讲就是学能更大的话,从逻辑上讲就是继续减少供氧量。但实际上得有继续减少供氧量。但实际上得有个限度,因为随着供氧量的减少,个限度,因为随着供氧量的减少,更多的煤将不能转化为气体而成更多的煤将不能转化为气体而成为未反应碳,气化效率将大打折为未反应碳,气化效率将大打折扣。所以控制供氧量至关重要。扣。所以控制供氧量至关重要。 在氧气充足的情况下,煤将在氧气充足的情况下,煤将发生完全氧化反应,其所有的化发生完全氧化反应,其所有的化学能都将转化成热能,这个过程学能都将转化成热能,这个过程就是就是燃烧燃烧 如果此时减少氧气量

5、,那么煤如果此时减少氧气量,那么煤将不能发生完全氧化反应,释放将不能发生完全氧化反应,释放的热量也会减少,煤中剩余的潜的热量也会减少,煤中剩余的潜在的化学能就会转移到生成的气在的化学能就会转移到生成的气体产物中,如体产物中,如H2、CO、CH4等。等。气化与燃烧的区别气化与燃烧的区别干馏是煤在隔绝空气的条件下,在一定的温度范围干馏是煤在隔绝空气的条件下,在一定的温度范围内发生热解,生成固定焦炭、液体焦油和少量煤气内发生热解,生成固定焦炭、液体焦油和少量煤气的过程。的过程。而气化不仅是高温热解过程,同时还通过与气化剂而气化不仅是高温热解过程,同时还通过与气化剂的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物

6、。的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物。从转化的角度看,干馏是将煤本身不到从转化的角度看,干馏是将煤本身不到10%的碳转的碳转化为可燃气体混合物,而气化则可将碳完全转化。化为可燃气体混合物,而气化则可将碳完全转化。气化与干馏的区别气化与干馏的区别煤煤 加热加热 燃烧燃烧+ H2O或或H2 + 部分部分O2 气化气化密闭密闭干馏干馏+o2完全氧化完全氧化第二章第二章 煤气化原理煤气化原理煤气化主要包括以下四个过程:1煤的干燥2煤的干馏3煤的热解4氧化和还原反应第一节 煤气化方法12气化技术气化技术地面气化技术的分类地面气化技术的分类12一、气化技术一、气化技术1.1.地面气化地面气化( (目前常

7、用的目前常用的) )将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得、煤气的方法称地面气化。2.2.地下气化地下气化煤炭地下气化是将未开采的煤炭有控制地燃烧,通过对煤的热化学作用生产煤气的一种气化方法。一、气化技术一、气化技术煤炭地下气化原理与地面气化相同,是煤与气化剂发生热化学作用转化为煤气的过程。二、地面气化技术的分类二、地面气化技术的分类1.1.按给热方式分类按给热方式分类(1)自热式(内热式)气化煤气化过程不须外界供热,而是利用煤与氧气反应放出的热量来达到反应所需温度,即燃烧即燃烧一部分气化所用燃料,一部分气化所用燃料,将热量积累到燃料层中将热量积累到燃料层中,再与水蒸气发生化学,再与水蒸气

8、发生化学反应制取煤气反应制取煤气空气二、地面气化技术的分类二、地面气化技术的分类反应式为:自热式气化是目前各种工业气化炉自热式气化是目前各种工业气化炉常用常用的供热方式,的供热方式,气化过程可采用间歇蓄热气化,也可连续自热汽化气化过程可采用间歇蓄热气化,也可连续自热汽化二、地面气化技术的分类二、地面气化技术的分类(2)外热式气化利用利用外部外部给气化炉提供给气化炉提供热量的过程。外热可以热量的过程。外热可以是是电加热电加热或或核反应热核反应热加加热外部炉壁来加热燃料热外部炉壁来加热燃料,炉壁需用耐火度高且,炉壁需用耐火度高且导热性好的材料,同时导热性好的材料,同时也可用也可用过热水蒸汽过热水蒸

9、汽加热加热。外热式多用于流化床。外热式多用于流化床气化或气流床气化。气化或气流床气化。二、地面气化技术的分类二、地面气化技术的分类2.2.按气化介质分类按气化介质分类(1 1)由氧气、水蒸气作气化剂)由氧气、水蒸气作气化剂 空气煤气:空气为气化剂混合煤气:空气和适量水蒸气为气化剂水煤气:水蒸气为气化剂半水煤气:水蒸气和适量空气或富氧空气为气化剂(2 2)加氢气化)加氢气化 组分H2COCO2N2CH4O2H2S空气煤气混合煤气水煤气半水煤气0.5-0.912-1512-1547-5247-5237-3937-3932-3332-3325-3025-3035-4035-4028-3028-300

10、.5-1.55-95-76-1264-6664-6652-5652-562-620-2320-231.5-30.3-0.60.3-0.50.1-0.30.1-0.20.20.20.2四种工业煤气的组成四种工业煤气的组成空气煤气的热值最低,主要作为化学工业原料、煤发动机燃料混合煤气一般作为燃料。水煤气用作化工原料半水煤气作为合成氨的原料气二、地面气化技术的分类二、地面气化技术的分类3.3.按气化炉型分类按气化炉型分类(1)移动床气化 (2)沸腾床气化 (3)气流床气化 (4)熔融床气化 在气化过程中,煤由气化炉顶部加入,气化剂由气化炉底部加入,煤料与气化剂逆流接触,相对于气体的上升速度而言,煤料

11、下降速度很慢,甚至可视为固定不动,因此称之为固定床气化;而实际上,煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的,比较准确的称其为移动床气化。它是一种并流气化,用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内,也可将煤粉先制成水煤浆,然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应,灰渣以液态形式排出气化炉。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料,在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中,煤粒在沸腾状态进行气化反应,从而使得煤料层内温度均一,易于控制,提高气化效率。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内,把一部分动能传给熔渣,使池内熔融物

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