煤气化讲义20070717
煤气化的基本原理-经典通用PPT课件
）
灰渣
图5--1 发生炉中原料层示意图
煤
⑵气化类型
①自热式煤的水蒸气
气化原理：
空气或O
H2O(气)
Ⅰ:气化剂：空气或02； H2O(气)
800~1800℃ 0.1~4MP
煤气(H2,CO,CO2,CH4等)
Ⅱ：主要反应： C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2 -Q
§ 5、煤的气化
§ 5．1 煤气化的基本原理
§ 5．1 煤气化的基本原理
1.煤气化： 以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、
水蒸气或氢气等做气化剂，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气体燃料的过程。
2.气化条件： 气化炉、气化剂、供给能量O2、H2O、H2、根据产热方式和煤气用
CO+3H2 →CH4+H2O +Q
这些反应中: C+H2O→CO+H2 -Q即水 蒸气和碳反应的意义最大， 此反应为强吸热反应。
供热的： C+O2→CO2 +Q和 2C+O2→2CO +Q
与吸热的： C+H2O→CO+H2 -Q和 C+CO2→2CO -Q 组合在一起，对自热式气化 过程起重要的作用。
首先进行加氢气化，
产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。
⑤煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气 原理
煤
代
O
800~1800℃
用
H2O(气) 0.1~4MP
气体净化
甲烷化
天
（水蒸气气化）
然
灰
气
7煤炭气化
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5、气化强度——发生炉炉体单位截面上的生产强度。
• 煤气发生炉的生产能力取决于炉体的截面积和气化强度。 气化强度与气化方法、气化原料的特性以及煤气发生炉的 构造等因素有关。
• 在实际生产过程中，煤种和发生炉的截面积都是固定的， 只有适当提高气化强度，才能提高生产能力，同时改善煤 气质量。 • 提高气化强度，可以减少炉体散热损失，相应可以提高料 层温度，有利于水蒸汽的分解，从而提高煤气的质量。
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2）灰分≤24%； 3）含矸率≤2%； 4）灰熔点ST＞1250℃； 5）胶质层最大厚度 Y＜12mm； 6）抗碎强度＞60％； 7）热稳定性TS+6＞60％； 8）全硫Ｓt,d＜2％。
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（六）煤气发生炉
1、（3M13型） 1-料斗；2-煤斗闸门；3-伸缩节； 4-计量锁煤器；5-计量锁气器； 6-托板和三角架；7-搅棒；8-空 心柱；9-蜗杆减速机；10-圆柱 减速机；11-四头蜗杆；12-灰 盘
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物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸 收或放出的热量叫作“潜热”。物质由低能状态转变为高 能状态时吸收潜热，反之则放出潜热。 物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变 其原有相态所需吸收或放出的热量，称为“显热”。它能 使人们有明显的冷热变化感觉，通常可用温度计测量出来。 （如将水从20℃的升高到80℃所吸收到的热量，就叫显 热。）
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(四)气化过程的强化途径 强化气化过程的实质就是提高炉内气化反应的速率。 根据气化过程中各层的反应特点，强化气化过程的主要途 径：提高气化剂中氧气的浓度，提高气化温度和提高鼓 风速度。
ห้องสมุดไป่ตู้20
1、提高气化剂中氧气的浓度 气化剂采用富氧空气与蒸汽的混合物或采用氧气和蒸汽 的混合物。 气化剂中氧气含量增加，氮气浓度相应降低，碳的氧化 反应加剧，料层温度上升，反应速度加块。 将氧气浓度提高到50％，气化强度增加约一倍，而且可 使煤气中有效成分CO和H2的含量大大增加，从而使煤 气热值也大大提高。
煤气化技术培训课件
成本分析
该企业在引入煤气化技术后，由于需要增加设备购置、技术引进、人员培训等方面的投入，使得企业的生产成本有所上升。但是，从长远来看，煤气化技术的应用能够提高能源利用效率、降低能源消耗，从而减少了生产成本。
煤气化技术在该企业的经济效益分析
收益分析
煤气化技术的应用提高了该企业产品的质量和市场竞争力，从而增加了企业的销售额和利润。同时，由于环保要求的提高，该企业还能够获得政府的相关补贴和支持。
固定床气化技术
设备简单，操作方便，气化效率高，适用于各种煤种。但排渣困难，需要消耗大量的氧气和蒸汽。
气流床气化技术
气化效率高，适用于各种煤种，排渣方便，可用于大规模生产。但需要消耗大量的氧气和蒸汽，且对原料煤的要求较高。
等离子体气化技术
气化效率高，适用于各种煤种，排渣方便，同时可利用等离子体的高温进行发电等综合利用。但设备复杂，运行成本高。
国内发展历程
我国在煤气化技术方面也取得了长足的进步。20世纪80年代以来，我国逐渐引进了国外先进的煤气化技术，并在此基础上进行了不断的研发和创新。
煤气化技术的发展历程
能源领域
煤气化技术被广泛应用于能源领域，如电力、热力、燃料等。通过煤气化技术可以将固体或液体燃料转化为合成气体，进而用于生产电力或热力，也可以将合成气体用于生产各种燃料，如甲醇、乙醇等。
市场需求持续增长
随着经济的发展和能源结构的调整，煤气化技术的市场需求将持续增长。特别是在化工、电力、冶金等领域技术的未来市场预测
技术创新推动市场发展
随着科技的不断进步和创新，煤气化技术将不断得到优化和提升，为市场提供更优质的产品和服务，推动市场的发展。
环保政策对市场的影响
能源利用效率提高
煤气化课件
能满足生产需要。
2.1 煤气化过程
煤气化主要包括四个过程，即煤的干燥、干馏、热 解、还原和氧化。
⑴煤的干燥
煤的干燥过程受干燥温度、气流速度等因素的影响。干燥
过程主要与水分蒸发温度有关，煤的干燥过程实质上是水分 从微孔中蒸发的过程，理论上应在接近水的沸点下进行，但 实际生产中，煤的干燥和具体的气化工艺及其操作条件又有 很大的关系，
煤的干燥过程主要产物是水蒸气，以及被煤吸附的少量二 氧化碳和一氧化碳等。
⑵煤的干馏
煤是由生物经复杂生物化学作用和物理化学作用转变而成 的，是含碳氢氧氮和硫等元素的极其复杂的有机化合物，并夹 杂一部分无机化合物。当加热时，分子键的重排将使煤分解为 挥发性的有机物和固定碳。挥发分实质上是由低分子量氢气、 甲烷和一氧化碳等化合物至高分子量的焦油和沥青的混合物构 成的。 就移动床来说，煤气化过程热解从温度和工艺条件分析，基 本接近与低温（500-600℃）干馏。而对于沸腾床和气流床气化 工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤 其对于气流床来讲，煤的几个过程变化几乎瞬间同时进行。
★煤气是煤与气化剂在一定条件下反应得到的混
合气体，即气化剂将煤中的碳转化成可燃性气体。
煤气的有效成分为一氧化碳、氢气和甲烷。
★煤气是煤气化时所有的煤或煤焦的性质、气化
剂的类别、气化过程条件以及煤气发生炉的结构不
同而有差异。因此，在生产工业用煤气时，必须根
据煤气用途来选择气化剂和气化过程操作条件，才
灰分是在规定操作下变化的产物，由氧化物和相应 的盐类组成，不能简单认为灰分含量是煤中固有的， 更不能把灰分看成是矿物质的含量，只是因为在煤高 温燃烧或气化时，大部分矿物质都会发生各种类型的 化学反应。
③煤中的挥发分和固定碳：煤在规定的条件下隔
煤气化课件
煤气分类
定义:是以空气为气化剂生成的煤气。 成分:含有60%的N2和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢 气 特点:热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。 定义:以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤气 成分:含有N2，CO，CO2，H2。 特点:这种煤气在工业上一般用作燃料。 定义:是以水蒸气作为气化剂生成的煤气. 成分:其中氢气和一氧化碳的含量共达85%(体积分数)以上， 用作化工原料。 是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂 制得的煤气。 合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量 是氮气质量的3倍。
煤
Байду номын сангаас
H2
800~1000℃ 1~10MP
煤气(CH4 H2,等)
残焦
图5--4 煤的加氢气化原理
四、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理
煤 代 用 天 然 气 煤气(CH4 H2,等) 800~1000℃ 1~10MP （加氢气化） 残 焦 H2, CO, CO2, 等
H2 气体加工处理
化为可燃气体混合物，而气化则可将碳完全转化。
+o2完全氧化 燃烧
煤 加热
干馏 + H2O或H2 + 部分O2 气化
密闭
二、煤炭气化发展简史
18世纪 后半叶
二次世 界大战 时期 二次世 界大战 后 70年代 后 现在
煤化工发展始于18世纪后半叶，用 1975年，美国Eastaman(依斯曼) 煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤 二次世界大战时期，煤炭气化工业在 公司开始了合成醋酐的实验室研 现在，随着气化生产技术的进一步发 干馏方法，生产的干馏煤气用于城 究，重点是开发适用的催化剂， 展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化 德国得到迅速发展。1932年采用一氧 市街道照明；1840年由焦炭制发生 以便在工业化生产时能达到需要 合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前 化碳与氢通过费-托(Flscher Tropsch) 的条件下，减少副产物生成。他 炉煤气来炼铁，1875年使用增热水 二次世界大战后，煤炭气化工 景。其中二甲醚不仅是从合成气经甲 南非 们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原 煤气作为城市煤气 合成法生产液体燃料获得成功，1 醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体· 业因石油、天然气的迅速发展 料羰基合成制取醋酐，并于1977 减慢了步伐，进人低迷时期， 而且也是多种化工产品的重要原料。 934年德国鲁尔化学公司应用此研究 年中试成功。到20世纪80年代末， 煤气主要作为城市煤气等，直 甲醇从近年供需情况来看，除作基本 由煤炭气化制合成气，羰基合成 成果创建了第一个F-T合成油厂， 到20世纪70年代成功开发由合 有机化工原料、精细化工原料外，作 生产醋酸、醋酐开始大型化生产， 南非开发煤炭间接液化历史悠久，早 1936年投产。1935~1945年期间德国 成气制甲醇技术，由于甲醇的 这是煤制化学品的一个非常重要 为替代燃料应用，预计需求量将达 在1 927年南非当局注意到依赖进口液 的突破。 800～1000万吨／年，到2020年t甲醇 广泛用途，使煤炭气化工业又 共建立了9个合成油厂，总产量达 体燃料的严重性，基于本国有丰富的 重新引起人们重视。 需求预计达5000万吨／年。 570kt。 煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃
煤是如何气化—气化用煤(煤气化技术课件)
煤气用做合 成气时
一般选用低挥发分的煤（无烟 煤、半焦、焦炭）
硫
指煤焦中硫化物的总和。
含
煤中硫含量约50%～70%进入水煤气中， 20%～30%的硫随着灰渣一起排出炉外。
量
煤气中的硫90%左右呈硫化氢，10%左右呈有机硫存在。
硫 含 量
1、如果制得的煤气用于燃料时，比 如用做城市民用煤气，其硫含量要达 到国家标准，否则燃烧后大量的S02
专业类：化工技术
怎么选？
1
+
知识点
2
-
3
知识点 1 气化用煤选择准则
气化炉结构
气化方式
气化指标
充分利用资源
知识点2 气化用煤的评价指标
固定碳
灰熔点
硫含量
粒度
灰分 挥发分
气化用煤 的评价指
标
机械强 度 热稳定 性
化学活 性
水分
水分
吸附或凝聚在煤内部较 小的毛细孔中的水分， 失去内在水分的煤为绝 对干燥煤
固态排渣气化炉 灰熔点大于1250摄氏度
液态排渣气化炉 灰熔点越低越好 要有一定的流动性
固体燃料的机械强度指原料抗破碎能力。
机
械 强
机械强度差的燃料，在运输、装卸和入炉后易破碎成小粒和煤屑，造成床 层阻力增加，工艺不稳定，发气量下降，而且因煤气夹带固体颗粒增多， 加重管道和设备磨损，降低设备的使用寿命，也影响废热的正常回收
粒度不均匀，由于气流分布不均匀，会发生燃料局部过热，结疤或形成风洞等不良影响。
一般无烟煤不超过120mm，焦炭不超过75mm，生产中最好将煤焦分成三档，小15～30mm， 中30～50mm，大50～120mm，分别投料，并根据不同粒度调节吹风强度。
煤炭气化
（4）熔浴床气化。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，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。此气化工艺已不再发展。
实现原理
实现原理
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、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。
（2）流化床气化：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。
（3）气流床气化。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。
煤气化课件
第四节 气化工艺分类
煤在气化炉中，在高于700℃条件下与气化剂反应， 固体转化成气体，只剩下含灰的残余物。通常气化剂用 H2和CH4，伴生气体是CO2、H2O和N2等。此外还有硫化 物，烃类产物和其他微量成分。各种煤气组成取决于煤 的种类、气化工艺、气化剂的组成、影响气化反应的热 力学和动力学条件。
指在一定的条件下，煤炭与不同气化介质(如二氧化碳、氧、
煤气成分及热效率等。不论何种气化工艺，活性高总是有利的。
表示煤炭反应性的方法很多，诸如煤的着火点、活
化能、气化剂的转化率和直接反应速度(或速度常数)。
着火点和反应性有一定的相关性，但它又明显与煤中挥 发分有关。反应性以活化能表示较为麻烦，受到数据处 理的误差的影响，所以常用后两种方法（气化剂的转化 率和直接反应速度）。
3) 民用煤气。一般热值在12.54~14.63MJ/m3 。要求CO小于 10%，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到．采用鲁奇炉较为适用。 与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境 污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境 效益。
4) 冶金还原气。煤气中的CO和H2具有很强 的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接 将铁矿石还原成铁；在有色金属工业中，镍、铜、 钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。 5) 联合循环发电燃气。整体煤气化联合循 环发电(简称IGCC)是先将煤气化，产生的煤气经 净化后驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生 高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。
H2O和CO2，以及氧(空气)，粗煤气中的目的产物是CO、
气化工艺分类以燃料种类和形态，以及过程参数为
依据。
(1) 以原形态为主进行分类，有固体燃烧气化、液体燃料气化、
煤气化技术培训课件
BGL Gasifier Applications BGL气化炉的应用
Coal
COMBINED CYCLE
Industrial Fuel Gas Electrical Power
METHANATION CO2 REMOVAL
SNG
Waste
CO SHIFT CO2 REMOVAL HYDROCARBON SEPARATION
通过与煤床接触回收产品气中的热量
• Low gasifier outlet temperature 气化炉出口温度低 • Inexpensive and well proven conventional gas cooling train
使用常规气体冷却系统，造价低，并得以验证
• Low oxygen consumption – 50-60% of that for entrained flow
15,000
14,400 1,100
75,000
British Gas Operating Experience 英国天然气公司的操作经验
• Gasification concept proven on commercial size gasifiers - 300 tons/day and 500 tons/day units BGL工业规模气化炉的运行验证了煤气化概念- 运行吞吐量300吨/天和500吨/天
gasifiers 氧气消耗低 – 是气流床气化炉耗氧量的50-60%
提供核心工段(蓝色区域)， 如果客户需要也可以提供 辅助工段解决方案
† Featuring advanced Auto Thermal Reforming 先进的自热转化专利技术
BGL Background BGL 背景
煤气化
主讲人：刘平均
一、化肥生产中原料气的制备
• 以天然气为原料，称为气头 • 以石油为原料，称为油头 • 以煤为原料，称为煤头
基本概念
1.煤化工:以煤为原料生产化工产品的工业 2.煤气化:煤或煤焦与气化剂(氧气、水蒸气等)在 一定温度和压力下发生化学反应，将煤或煤焦 中有机质转化为煤气的过程。 3.冷煤气效率：气化生成煤气的化学能与气化用 煤的化学能之比(用低位发热量计算)。 4.热煤气效率：气化生成的煤气的化学能与气化 炉和热煤气显热利用系统中产生的蒸汽之焓值 增量二者之和与气化用煤的化学能之比。
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干粉,气体输送 10年,每6个月维修头部 水冷壁结构简单，属圆筒盘 管型，水路简单，易制造， 寿命>10年 气化原料煤几乎函盖从褐煤 到无烟煤的所有煤种，可以 实现原料煤本地化
原料煤的适应性
对煤种要求高（灰熔点低 于1250度，成浆性好）,无 法实现原料煤本地化
电耗
低
低
高压CO2(开车时为氮气） 粉煤＋氮气 氧气 低压氮气 低压氮气 高压 CO2(开 车时为 氮气） 气化及合成气洗涤 (U-1300) 粗合成气
工艺水
冷却水
循环水 渣水
含固 废水
除氧水
絮凝剂 变换凝液
CO2 CO2/N2压缩
低压氮气
空分装置 (U-4000)
分散剂
渣及灰水处理 (U-1400)
污水 酸性气 固渣 低压蒸汽
HT–L、Shell、Texaco三种气化指标比较
名称 比氧耗(Nm3/KNm3) 有效气成分 CO+H2(%) 碳转化率(%)
HT–L
330-360 89–91 >99
Shell
330-360 89–93 >99
煤炭气化技术介绍课件
冶金工业：煤炭气化技 术可以用于冶金工业， 提高生产效率
4
煤炭气化反应过程
01
02
03
04
煤炭气化反应： 将煤炭转化为可 燃性气体的过程
反应条件：高温、 高压、催化剂等
反应产物：一氧 化碳、氢气、甲 烷等可燃性气体
应用领域：发电、 化工、冶金等工
业领域
煤炭气化反应条件
温度：通常在700-1200摄氏度之间
03 投资成本高：煤炭气化技术需要较高的投资成 本，包括设备、技术研发等。
04 安全隐患：煤炭气化过程中存在一定的安全隐 患，如爆炸、火灾等。
煤炭气化技术的改进方向
提高气化效率：通过优化气化反应条件，提高煤炭气 化效率，降低能耗和成本。
减少环境污染：采用环保技术，减少煤炭气化过程中 产生的废气、废水和固体废物，降低对环境的影响。
提高气化产物品质：通过优化气化反应条件，提高气 化产物的品质，满足不同用途的需求。
降低投资和运行成本：通过优化气化工艺和设备，降 低投资和运行成本，提高经济效益。
煤炭气化技术在发电领域的应用
煤炭气化技术可以 提高发电效率，降 低发电成本。
煤炭气化技术可以 减少环境污染，降 低碳排放。
煤炭气化技术可以 提高发电系统的稳 定性和可靠性。
氢气（H2）：可作为燃料或 合成气原料
甲烷（CH4）：可作为燃料 或合成气原料
焦油：可作为化工原料或燃 料
灰分：可作为建筑材料或土 壤改良剂
水（H2O）：可作为冷却剂 或合成气原料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
煤炭气化技术的优点
高效利用：煤炭气化技 术可以将煤炭转化为清 洁高效的气体燃料，提 高煤炭资源的利用率。
节能环保：煤炭气化技 术可以降低能源消耗， 减少二氧化碳排放，有 利于环境保护。
煤气化技术原理
煤气化技术原理嘿，咱聊聊煤气化技术这厉害的玩意儿。
这煤气化啊，那可真是能源领域的一把神奇钥匙呢！你想想看，煤炭这东西，平时看着黑不溜秋的，好像没啥大本事。
可一旦经过煤气化技术的魔法，那就完全不一样啦！就像一个丑小鸭变成了白天鹅。
煤气化到底是咋回事呢？其实啊，它就像是一场煤炭的大变身秀。
煤炭被送进一个特殊的“舞台”，在那里经历各种奇妙的变化。
首先呢，煤炭被加热到很高的温度，就像被扔进了一个大火炉。
这时候，煤炭就开始发生变化啦，就像一个害羞的孩子慢慢打开了心扉。
接着，一些特殊的物质会和煤炭发生反应。
这就像一群小伙伴来帮忙，一起把煤炭变得不一样。
在这个过程中，煤炭会分解成各种气体和固体残渣。
那些气体可都是宝贝啊，有一氧化碳、氢气啥的。
这些气体就像是一群小精灵，充满了能量。
煤气化技术就像是一个神奇的厨师，能把煤炭这个“原材料”做成各种美味的“菜肴”。
这些气体可以用来发电、制造化学品，用处可多啦！要是没有煤气化技术，那煤炭可能就只能被当成普通的燃料烧掉，多浪费啊！你再想想看，煤气化技术多厉害啊！它能把煤炭这种看起来不怎么起眼的东西变成这么有用的东西。
这就像一个魔术师，把一块普通的石头变成了闪闪发光的宝石。
而且啊，煤气化技术还很环保呢！它可以减少煤炭燃烧带来的污染。
就像一个环保小卫士，守护着我们的地球。
以前烧煤的时候，会产生很多污染物，对空气啊、水啊都不好。
但是有了煤气化技术，就可以把这些污染物减少很多。
煤气化技术还能提高能源的利用效率。
就像一个精明的管家，把每一分能源都用到极致。
用煤气化技术生产出来的气体，比直接烧煤更有效率，可以做更多的事情。
总之，煤气化技术真是太神奇啦！它就像一个默默无闻的英雄，为我们的生活带来了很多好处。
难道不是吗？我们应该好好利用煤气化技术，让我们的世界变得更加美好。
煤气化讲座
煤气化讲座
目前国内西北化工研究院在煤质分析与评价 方面做了大量的工作，也总结归纳出了灰渣 粘度与灰分组成之间的关系公式，但误差为 8％左右，尚不能用以指导生产。
Shell关于灰渣粘度与灰分组成之间的关系计 算较准确，通常Shell会提供客户一个预测气 化炉操作条件的小程序，该程序里就包含有这 个关系式。
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煤气化讲座
粉煤气化
操作控制 长周期运行
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煤种选择 存在问题
煤气化讲座
▪气化炉操作参数
§ 压力：
40bar
§ 温度：
1550℃左右
§ O2/煤（MAF）： § 蒸汽/煤（MAF)：
0.85～1.1（重量比） 10～20％
§ 蒸汽压力：
5.5 MPa
§ 废锅出口合成气温度： 340℃
几乎无CH4及酚类、焦油等生成。 ⑦
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煤气化讲座
Shell粉煤气化工艺的优势在于 ① 煤种适应范围较宽(能使 用周边高灰熔点原料煤) ② 工艺指标先进(煤耗、氧耗低，气 化效率高，冷煤气效率可达 80～83%) ③ 操作和维护费用 低(无耐火砖，炉子及烧嘴寿命较长)；④ 灰渣可直接利用， 有利于环保。 虽然目前在合成氨装置上尚无应用业绩，但由 于其产品也是合成气(H2＋CO)，而且Shell粉煤气化工艺在荷 兰有大型化联合发电装置(其产出的合成气主要用于燃气轮机 发电)已稳定运行多年。因此只要工艺流程匹配合理和前后工 序衔接得当，Shell煤气化工艺实现合成氨装置的良好运行应 当是有把握的。
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煤气化讲座
主要控制回路
根据系统负荷调整氧量，再根据合成气中的CO2 含量调整氧煤比，最终确定气化炉的进煤量。 氧气/蒸汽比保持恒定
煤气化学习资料
煤气化学习资料第一章基本概念第一节煤一、煤的概念煤是一种由古代植物转化而来的高分子有机化合物。
大量的古代植物残留物积累起来。
经过长时间的生物化学、地热和高温，植物中的碳、氢和氧逐渐以二氧化碳、水和甲烷的形式释放，形成碳多氧少的成煤植物，然后通过煤化作用形成煤。
2、煤的分类成煤植物的所有组分都参与煤的形成。
由于成煤植物和煤化程度不同而生成不同种类的煤。
有泥炭(不适于用作工业原料)、褐煤、烟煤和无烟煤。
三、煤的组成#u\t9l1y0q/}煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和硫五种元素组成，其中碳是主要元素。
煤中碳含量随煤化程度的增加而增加。
年轻褐煤的碳含量较低，其次是烟煤和无烟煤。
随着煤化程度的加深，氢、氧含量降低；褐煤含量最高，无烟煤最低，烟煤居中。
煤中氮的含量变化不大。
硫随成煤植物和成煤条件的不同而变化很大，与煤化程度几乎没有关系#i&s4z8k4v；现代概念认为，煤的大分子是由几个具有相似结构的基本结构单元通过桥键结合而成的。
基本单元主要为缩合芳核，单元的非芳核部分为杂环、氢化芳香族脂肪基、含氧官能团和烷基侧键。
煤没有统一的分子式和分子量。
因此，煤的性质不能用单一化合物来描述。
3`9q，s2~-e-|2r5l$y6@+n煤中水分和灰分影响煤的使用。
水分和灰分除与成煤条件有关以外，还与开采、储存、运输等条件有关。
2n4|:h1o0n&q,c;z$o)y+r当煤被加热到一定温度时，气体和焦油等挥发性物质会沉淀。
除去水，它是煤的挥发性物质。
挥发分是煤的重要指标，与煤化程度有关。
褐煤的挥发分可以超过35%。
挥发性物质和碳含量与有机物的组成和性质有关。
直接测定煤中的有机物是困难的。
然而，煤的工业分析和元素分析，结合其他特征测量（如热值、内聚性、胶层厚度、活性等），可以基本上掌握煤的性质，判断煤的类型和加工利用的效果。
表（1-2）列出了工厂所用煤炭的工业分析和元素分析数据。
同一种煤的水分含量与同一种煤的水分含量相差很大。
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煤炭气化技术煤气化技术主要分为三大类∶以块煤（10～50ｍｍ）为原料的固定床；以碎煤（小于6ｍｍ）为原料的流化床；以粉煤（小于0.1ｍｍ）为原料的气流床。
煤气化工业化历程固定床气化常压气化（1780，发生炉1880，UGI炉1913）加压气化（lurgi炉，1936中试，1939工业）流化床气化常压气化（Winkler，1892理论，1926工业）加压气化（HEW，1978年工业化，KRW，Ugas）气流床气化常压气化（K-T炉，1936理论，1938中试，1952工业）湿法加压气化（Texaco，1948理论，1952/1975中试，197 8工业；Destec，1977，1983）干法加压气化（Shell/Prnflo，1976小试，1978中试，1983示范，1993工业。
GSP/76/80/83）主要煤气化技术的比较三种不同的技术类别固定床气化–块状煤，相对固定的置煤床，转化不充分，污染较大，成本低，流化床气化–碎煤，原料处于沸腾状态，产生气体甲烷含量高气流床气化–粉煤，高温气化，气化能力强，污染小一、固定床固定床煤气化炉的主要特点是:——炉内气体流速较慢，煤粒静止，停留时间1-1.5小时——操作条件温度: 800-1000℃压力: 常压—4MPa粒度: 3—30MM煤种特点：块煤1、混合发生炉煤气：生产混合发生炉煤气的设备。
它以空气和水蒸气作为气化剂，煤与空气及水蒸气在高温作用下制得混合煤气。
其中一氧化碳含量为26%，热值约1000kcal/m3。
混合发生炉煤气由于毒性较大，热值低，一般用于玻璃陶瓷等工业窑炉加热，也常用作焦炉燃烧室加热。
2、水煤气水煤气以水蒸气作为气化剂，在高温下与煤或焦炭作用制得水煤气。
水煤气主要成分为一氧化碳和氢气，其中一氧化碳含量达30%左右，氢含量50%左右，热值约为2400/m3。
水煤气一般只作为高峰负荷时的补充气源。
水煤气发生炉为了提高水煤气热值，可在出口处下端设置增热器，从顶部喷注燃料油，使之受热裂解，这样便能提高水煤气的热值，这种改良型水煤气炉称为增热水煤气炉。
水煤气型气化炉主要应用于合成氨，工业中应用的水煤气发生炉就达4000余台。
3、鲁奇移动床加压气化30年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发成功固定床连续块煤气化技术，此后在世界各国得到广泛应用。
气化炉压力2.5～4.0MPa，气化温度800～900℃，固态排渣，气化炉已定型MK～1～MK－5，其中MK－5型炉，内径4.8m，投煤量75～84t/h，即2000t/日。
煤气产量10～14万m3/h。
加压气化煤气中除含CO和H2外，含CH4高达10%～12%，可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。
缺点是气化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备，制造和维修费用大；入炉煤必须是块煤；原料来源受一定限制；出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。
针对上述问题，1984年鲁奇公司和英国煤气公司联合开发了直径为2.4m的溶渣气化炉（BGL），将固体燃料全部气化生产燃料气和合成气。
二、流化床流化床技术特点::炉内气体流速较大，煤粒悬浮于气流中作相对运动，呈沸腾状，有明显床层界限，停留时间数分钟到几十分钟。
操作条件温度: 800-1000℃压力: 常压—30 MPa粒度: 1—5 mm煤种特点：高活性、高灰熔点流化床技术主要包括: 灰熔聚流化床技术、温克勒/恩德炉气化、鲁奇循环流化床技术1、温克勒流化床（HTW）气化炉HTW工艺是在原有温克勒流化床气化工艺的进一步发展。
原温克勒工艺最初于20世纪20年代开发和利用，是一项常压工艺。
HTW工艺由莱茵褐煤公司发明，莱茵褐煤公司拥有并经营德国鲁尔地区的几座褐煤煤矿。
HTW工艺最初是为生产铁矿石用的还原气而开发；后来兴趣转向生产合成气，再后来转向发电。
所有的应用是在褐煤气化基础上进行。
目前重点放在废塑料气化领域。
莱茵褐煤公司仍负责HTW工艺的开发，克鲁勃伍德公司从事销售和供应。
莱茵褐煤公司在弗雷兴建设一座中试厂，该厂从1978年至1995年运转。
额定工作压力10巴，每小时处理1.8t。
1985年在科隆附近Berrenrath建成一座示范装置。
该装置工作压力10巴，所产的合成气用管道输送至在Wesseling 附近的甲醇合成厂。
Berrenrath厂使用蒸气和O2作为气化介质。
1989年出于开发工艺用于发电目的，在Wesseling开始建工作压力25巴的中试厂。
那时，褐煤的气化同在气化前预干褐煤的流化床工艺结合起来，被视为用莱茵褐煤以高效、洁净方式发电的最佳办法。
该项工作最终是设计吹气HTW气化炉为基础的IGCC电厂，褐煤气化联合循环。
出于经济问题的考虑，该项目现已中止。
2、灰熔聚流化床气化炉灰熔聚流化床气化技术是中国科院山西煤化所在20世纪80年代初开发的。
其气化炉气化压力有常压和加压（1.0-1.5MPa），采用空气或氧气作气化剂。
该工艺根据射流原理，在流化床低部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团的分离，提高碳利用率。
1999年3月，在内径1米气化炉上进行了120吨陕西彬县粉状烟煤的大样试烧。
陕西城化股份公司正在进行8万t合成氨的原料路线改造，拟建四台常压气化炉及配套的空分装置，单台气化炉满足2万t/a合成氨的要求。
目前已有一台气化炉建成投产（年产2万t 合成氨）。
天津碱厂采用该技术建成2套年产4万t合成氨常压气化炉，已于2006年建成投产。
山西丰喜集团建设了1.0Mpa的灰熔聚加压气化炉，单台炉能力满足10万吨合成氨的要求。
国内其它一些中小型化肥厂拟采用该技术进行原料路线改造。
该技术日前还处在工业示范的阶段，缺乏大规模工业化及长周期运行的经验。
在放大及工程化应用方面还需要一定的过程，特别是大型化和加压气化技术。
灰熔聚气化炉的设计思想先进，符合我国“三高”煤（高灰分、高灰熔点、高硫）资源量大的特点，是一项具有良好发展前景的煤气化技术。
3、恩德粉煤气化技术恩德粉煤气化技术是中朝合作抚顺恩德机械公司引进将朝鲜恩德“七.七”联合企业的粉煤气化技术，实际上是温克勒气化炉的改进。
并结合国情完善、开发的专利技术，设备已完全实现了国产化，该技术主要特点是：可采用劣质粉煤如褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结煤；气化强度大，单台炉生产能力4万Nm3/h(相当于9万t/a合成氨)；操作弹性大，运行可靠，投资省；可根据合成气的要求采用空气、氧气或富氧空气作气化剂；技术成熟，该技术在朝鲜制造甲醇和合成氨，已运转了三十多年。
由于该技术具有以上特点，而且投资省，被国内一些中小企业看中。
目前，江西景德镇煤气厂采用恩德气化炉已于2001年投产，该气化炉采用空气气化，生产10000Nm3/h低热值煤气。
黑龙江黑化集团和吉林长山化肥厂分别建成2台4万Nm3/h的气化炉，用于生产合成氨。
安徽淮化建成1台气量2万Nm3/h的恩德气化炉，用于生产合成氨，但目前停产。
该技术的缺陷是只能适应高活性的褐煤或长焰煤，适用煤种在我国分布范围窄。
上部灰分排放量大、炉灰含碳量高。
造气工段排放物对环境有一定污染。
(3)鲁奇循环流化床气化(CFB)技术鲁奇常压循环流化床气化技术是德国鲁奇公司80年代初针对小型的、多种原料的气化而开发的，属高循环倍率的流化床。
该技术原料适应性广，可以采用生物体、煤、石油焦、垃圾等多种原料，气化剂可采用空气、氧气加蒸汽、氧气和二氧化碳（生产CO）等。
该技术气化效率高，废水处理简单，具有较高的灵活性。
CFB气化于1 986年在奥地利投运了第一套商业化装置，采用树皮制取低热值燃料气。
其后建设了一些小型的发电或燃料气装置，尚未见到生产合成气的报道。
CFB气化技术目前在国内尚没有一套商业化装置。
三、气流床气化工艺气流床气化技术特点：炉内气体流速最大，煤粒与气流作同向运动，停留时间数秒钟操作条件温度: 1300-1700℃压力: 1.0—8.7 MPa粒度: ＜0.1MM煤种特点：适应性较宽气流床，从原料形态分有水煤浆、干煤粉两类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。
气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。
德士古炉、K-T炉、shell，以粉煤为原料的气流床，气化温度1300-1500℃，气化强度极高，单炉能力己达2500t／日，气体中不含焦油、酚类，非常适合化工生产和先进发电系统的要求。
气流床气化工艺的优点包括.煤种适应范围较宽，水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤（成浆困难），工艺灵活，合成气质量高，产品气可适用于化工合成、制氢和联合循环发电等。
气化压力高，生产能力高.不污染环境，三废处理较方便。
该工艺缺点是，高温气化为使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔点低（小于1300℃），含灰量低（低于10％-15％），否则需加人助熔剂（CaO或Fe2O3）并增加运行成本。
这一点特别不利于我国煤种的使用。
此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，也提高了煤气生产成本。
1、KT炉煤常压流化床气化工业炉之一。
气化炉双头，如两个中间焊在一起的球锥体，内衬耐火砖，侧面设有双炉头(两面对称)。
属流化床气化炉。
将原料煤磨成粉煤，粉煤粒度75％～80％通过200目。
用螺旋加料器将煤粉送至混合器，与氧气和蒸汽混合，通过炉头中的烧嘴喷入气化炉。
煤和气化剂在炉内起火焰反应，产生高达2000℃的高温区，火焰末端，即炉中部的温度为1500℃左右，灰分大部分以熔渣形式沿气化炉壁下流，进入水急冷槽，由出灰机移走。
生成的煤气由炉顶引出，气温约1400～1500℃，经废热锅炉回收热量，产生高压蒸汽，再经一系列冷却除尘设备，将煤气温度降至常温。
煤气组成大致为：CO2 11.9％，CO 55.7％，H2 29.0％，CH4 0.1％，N2+Ar2％。
2、德士古Texaco气化炉于1952年开发成功地渣油气化炉，经过1975年、1978年低压与高压中试装置（激冷流程），1978年西德Oberh ausen的RCH/RAG示范装置（废炉流程、150t煤/d，4.0MPa），于1982年建成TVA装置（180t，二台炉，一开一备，6.5MPa）、198 4年建成日本UBE装置（1500t煤/d，三开一备，3.6MPa）以及Co ol Water IGCC电站（910t煤/d，二台炉，4.0MPa），这些装置投运后都取得成功。
目前Texaco最大商业装置是Tampa电站，1996年7月投运。
该装置为单炉，日处理煤2000t，气化压力为2.8MPa，氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤气效率76%，净功率250MW。