干馏热解气化

1、煤的干馏热解气化1.十馏以往都是人们利用煤炭资源时都是采用的直接燃 烧方式来获取所需的热能量，这种方式获取的可利用 能量少，而且还污染环境，因此再次基础上人们对煤 进行干馏获取它的产物再利用，不仅可以充分利用其 中的热能量，更加比之前环保。1.1煤十馏的定义煤干馏是指煤是指煤在隔绝空气条件下加热，使煤中的有机 物受热逐渐分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等 产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种：9001100C为高 温干馏，即焦化；700-900C中温干馏；500600C为低温干 馏（见煤低温干馏）。1.2煤干馏的过程1煤干馏过程主要经历如下变化；当煤料的温度高于100度 时，煤

2、中水分蒸发出来；温度升高到200度以上时，煤中结合水 释放出来；高达350度以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形 成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400500度 大部分煤气和焦油都析出，称一次分解产物，在450550度，热 分解继续进行，残留物之间变稠并固化形成半焦；高于550度， 半焦继续分解，析出体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式 干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）。1.3煤干馏的产物、产率及分类1煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。煤干馏产物的产率 和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条

3、件（主要是温度和时 间）。随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。低温干 馏固 体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高 温干馏固体产物则为结构致 密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦 油产率低。中 温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干 馏 之间。按加热终温的不同,可分为三种：9001100C为高温干 馏，即焦化；700900C为中温 干馏；500600C为低温干馏。 1.4煤干馏的应用1低温干馏主要用褐煤和部分年轻烟煤，也可用泥炭。低温干 馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是人造石油重要来源之一。 高温干馏主要用烟煤，因此干馏使煤粉和劣质煤得到了合理利 用，创造了可贵的经济效益。高温

4、干馏主要 用于生产冶金焦炭， 所得的焦油为芳烃、杂环化合物的混合物，是工业上获得芳烃的 重要来源。工业上应用最广、产品最多的是高温干馏。工业上炼 焦的原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉分解得到 焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生 产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。焦 炭主要用于冶金工业，其中又以炼铁为主，它在生铁成本中约占1/3 1/2,焦炭还可应用于化工生产，例如，以焦炭与水蒸汽 和空气作用制成半水煤气，制造合成氨，还可与石灰石高温反应 制取电石，少量焦炭以沥青配合制造碳精电极等。焦油约占焦化 产品的4%左右（低温干馏得6 12%）是黑色粘

5、稠的油状流 体，成分十分复杂，目前已验明的约500多种，其中有苯、酚、 萘、蒽、菲等含芳香环的化合物和毗啶、喹啉、噻吩等含杂环的 化合物，它们是医药、农药、染料、炸药、助剂、合成材料等工 业的重要料。焦炉气约占焦化产品的20%，其中的H2、CH4、 CO等可燃气体热值高，燃烧方便，多用作冶金工业燃料或城市 煤气，与直接燃煤相比，环境效益极高。H2、CH4、C2H4等还 可用于合成氨、甲醇、塑料合成纤维等。1.5煤干馏技术及发展趋势1.5.1低温干馏技术现状2煤的干馏技术除了按干馏温度分类以外，还有其他多种分类方 法：按照气氛可分为惰性气氛热解（不加催化剂），加氢热解和 催化加氢热解；按加热速度

6、可分为慢速热解。中速热解。快速热 解和闪裂解；按加热方式可分为外热式。内热式和内外并热式热 解；按热载体的类型可分为固体热载体。气体热载体和气一固热 载体热解；按固体物料的运行状 态可分为固定床。流化床和气 流床;按反应器操作压力可分为常压和加压等煤热解工艺的选择 取决于对产品的要求，并综合考虑煤质特点。工艺控制水平及最 终的经济效益等。到目前为止，国内外研 究开发出多种各具特 色的煤干馏技术，有的处于试验室研究阶段，有的进入中试阶 段，也有的达到了工业化阶段。1.5.2国内外主要煤低温干馏技术（1）外热式炉（2）内热式炉（3）固体热载体低温干馏技术Toscoal工艺，前苏联粉煤快速热解工艺，

7、鲁奇鲁尔煤气工艺。1.5.3新型干馏技术发展 煤炭的微波干馏技术 其具有加热速度快，热能量利用率高，以及更加环保安全。2.煤的热解煤的热解是指煤从固相变成气、固、液三相产物的过程。通过加 热催化剂与煤进行热反应，使煤热解生成我们所需的产物，更好 的加强了煤的利用已经清洁能源的生成。2.1热解的定义气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为 原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂， 在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可 燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做 化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料 外，还可以采用天然气

8、、重质石油组分等为原料），进行气化的 设备称为煤气发生炉或气化炉。煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、燃烧、热 解和气化四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中 的水分受热蒸发。其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的 一部分。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分 子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油 和热解水等），同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高 的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化 碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的 气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、 水、氧、氢、

9、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的 反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。主要反应有：1、水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2-131KJ/mol2、水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol3、部分氧化反应C+0.5 O2=CO+111KJ/mol4、完全氧化（燃烧）反应C+O2=CO2+394KJ/mol5、甲烷化反应CO+2H2=CH4+74KJ/mol6、Boudouard 反应C+CO2=2CO-172KJ/mol 2.2热解的研究一般认为煤的热解过程是一个自由基过程。煤的热解反应始于 键的断裂，因此热解反应需要的最小能量必须大于C C键 能，热解反应首

10、先从这些桥键裂解成自由基碎片开始。煤在 300 C热解时有自由基形成，随温度升高自由基浓度大大增力口。 煤热解中自由基机理与低级烃热解机理类似，均按照自由基链 式机理进行。Penninger 3对类似煤结构的四氢萘、四氢菲、二 氢菲和蒽的裂解和加氢裂解研究表明，经过自由基途径裂解 的 速度比键裂解开环的速度快得多，因此缩聚芳烃的裂解过程 是:（1）氢（自由基）进攻最外层芳环;（2）环烃键连续打开;（3） 侧链裂解。Suuberg 4指出：煤热解自由基过程从弱键断裂引 发。煤的热解大体上包括以下反应：产生自由基的结构2自由 基（1）自由基+结构敏感物中间产物（2）中间产物产物 +自由基（3） 2

11、自由基稳定产物（4）许多研究者研究煤以恒 定速率加热时，挥发物组分逸出的顺序依次为:化学结合水、 CO2、CO、高级烃、低级烃和氢。2.3热解分类（1）加氢热解（2）催化热解（3）甲烷活化热解（4）焦炉煤气共热解煤的气化随着我国经济高速发展，国民生产对能源的需求大大提高，而我 国的煤炭资源紧缺，每年从国外进口大量的煤炭，但是还是解决 不了日益增多的煤炭需求。因此要大力发展煤气化充分利用煤炭 资源，从根源上解决这一问题。3.1煤炭气化的定义煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度 及压力下 使煤中有机物质与气化剂（如蒸汽/空气或 氧气等）发生一系列化 学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4

12、等可燃气体的过程。 煤炭气化时，必须具备三个条件，即：气化炉、气化剂、供给热 量，三者缺一不可。不同的气化工艺对原料的性质要求不同， 因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重 要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热 稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。3.2煤气化技术发展现状4（1） 固定床气化技术以鲁奇（Lurgi）为代表的加压每块气 化技术。（2）流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。（3）气流床气化技术 以国外主要是美国GE公司水煤浆技术、 荷兰壳牌（Shell）粉煤技术和德国未来能源公司的GSP技术， 国内主要有四喷嘴对置

13、式水 煤浆气化炉、四喷嘴干煤粉加压气 化炉、多元料浆气化技术（MCSG）、二段干煤粉加压气化炉和 HTL航天炉等。3.3煤气化存在问题和发展前景灰渣粘温特性差带来的排渣困难和堵塞问题、气化炉氧耗增 大，熔渣失去对水冷壁的保护，导致气化炉和其它相关设备的腐 蚀加重，此外就是干煤粉气化飞灰带出量多，易造成合成气冷却 器发生玷污和沉积和堵塞陶瓷过滤器，灰含量较高，反性差的煤 会导致飞灰含碳量增高，飞灰循环系统和磨粉系统负荷加大。虽 然此项技术目前不能在工业中推广使用，但是以其高压气化压、 超高温度、煤种不受限制等优势是煤气化技术发展的趋势和方向 之一。目前，国内各大煤气化企业都在研究新型洁净煤气化技术， 这些煤气化技术的发展特点有以下共性：常压向中高压发展；温 度向超高温发展；煤种不受限制；更加洁净节能等。三者之间的区别与联系三者都是通过加热使煤炭生成其他产物，成为更加清洁，能 源利用率高的能源，或生成所需要的产品。而不同的事干馏是隔绝空气单一加热，而热