煤的气化
七种煤气化工艺介绍
七种煤气化工艺介绍煤气化是一种将固体煤转化为气体燃料的工艺，通常通过加热煤，使其在缺氧或氧气含量有限的条件下发生化学反应，生成焦炭、煤油和煤气等产物。
以下是七种常见的煤气化工艺的介绍。
1.固定床煤气化工艺：该工艺中，煤通过加热填充在固定的反应器中，在缺氧条件下进行气化。
在高温下，煤发生热解反应，生成固体残渣和一氧化碳、氢气等气体。
这些气体通常用于制造合成气或其他化学品。
2.流化床煤气化工艺：流化床煤气化工艺中，煤通过气化剂和促进剂的喷射，在气化炉内形成流体化床。
在床内，煤被高速的气流悬浮并在其表面上发生化学反应。
这种工艺适用于不同种类的煤，并能高效地产生合成气。
3.乌煤煤气化工艺：乌煤煤气化工艺是在低温和低压下对乌煤进行气化的一种方法。
乌煤是一种硬煤的变种，其含煤量高且易于破碎。
这种工艺能够产生较高浓度的一氧化碳和氢气，适用于燃料气和合成气的生产。
4. Lurgi煤气化工艺：Lurgi煤气化工艺采用干煤粉在喷射炉内与氧气和蒸汽进行气化。
这种工艺具有高效和灵活的特点，适用于各种煤种和煤粉尺寸。
其产气效率高，并且可以在高温下对产生的煤气进行分离和净化。
5. Koppers-Totzek煤气化工艺：Koppers-Totzek煤气化工艺是一种由德国公司开发的工艺。
该工艺利用煤在高温下与氧气和水蒸气进行反应，生成一氧化碳和氢气等气体。
这种工艺有助于减少硫化物和氨等有害物质的生成，并通过循环冷却来提高能源利用率。
6. Shell煤气化工艺：Shell煤气化工艺是一种高效的二代气化工艺，采用了先进的氧气冷喷射技术。
它将煤分解为焦炭和煤气，并将煤气用于合成气和其他化学品的生产。
该工艺具有高效能和较低的二氧化碳排放量。
7. Entrained Flow煤气化工艺：Entrained Flow煤气化工艺中，煤和氧气以高速混合，并通过特殊设计的喷射式燃烧器进行燃烧和气化。
这种工艺能够在高温下快速气化煤并生成高浓度的合成气。
煤化工工艺学第5章煤炭的气化
化技术，包括发生炉和水煤气炉两种类型。 一段发生炉生产的煤气热值低一般用作工业燃料气。两
端发生炉因增加了干馏段，其热值较高，是目前最重要 发展的炉型，煤气用于陶瓷、冶金、机械等行业。一段 发生炉烟煤标准为GB/T9143-2001，一般要求灰软化温 度ST高于1250℃；热稳定性好，落下强度大于60％；对 黏结性有限制，不能太强。
煤的粒度一般为：褐煤6~40mm、烟煤5~25mm、焦炭和无 烟煤5~20mm，同时原料颗粒组成均匀，最大粒径与最小 粒径比为5~8。
由于温度高，可以气化反应性差、黏结性高的煤，特 别适合于气化高挥发分低活性的次烟煤；也可以使用 粉煤含量达40%的煤。对含水高、热稳定性差的褐煤 可通过预干燥成型方式，既降低入炉煤水分含量，又 提高了其热强度。
（2）加压移动床气化鲁奇加压移动床气化是目前 世界上应用最多的加压气化方法，其对煤质的要求 包括：
入炉煤的水分过高时，会促使褐煤块碎裂，造成氧耗量 显著增加、增加净化系统的负担、增加污水处理的投资 和操作费用、给原料预处理造成困难等，通常要求入炉 褐煤水分含量控制在20％以下，越低越好。
煤中灰分含量过高，将导致消耗增加，气化强度低，煤 气产率低，灰渣含碳量增加，煤气热值低，一般控制入 炉煤的灰分含量小于20％时较为经济。
一段水煤气炉主要用于中小型化肥厂，以无烟煤或焦炭 为原料，对原料煤的要求可参考国家标准GB/T75611988。主要对软化温度ST、热稳定性，落下强度等要求， 越高越有利。两段水煤气炉以老年褐煤、次烟煤和贫 （瘦）煤为原料，其对煤质的要求见国家标准 GB/T17610-1988。除了要求软化温度ST、热稳定性、抗 碎强度高外，煤的黏结性不能太强。
第二章煤气化原理
二、地面气化技术的分类 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
，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固
3.按气化炉型分它类其定是悬床以浮气粒分化度下散；为移在而0动垂-实1的直0际m，上上m比升，的较的煤小准气料颗确流在粒的中气煤称，化为其煤过气为粒程化移在中原动沸是料床腾以，气状很在化态慢气。进的化行速炉气度内化向使
煤气化生产技术
第二章 煤气化原理
第二章 煤气化原理
1 煤气化方法 2 煤气化原理 3 煤的性质对气化的影响
2
第二章 煤气化原理
煤的气化过程是一热化学过程，是煤或煤焦与气化剂（ 空气、氧气、水蒸气、氢等）在高温下发生化学反应将 煤或煤焦中有机物转变为煤气的过程。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。
气化与干馏的区别
➢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的 过程。 ➢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。 ➢从转化的角度看，干馏是将煤本身不到10%的碳转 化为可燃气体混合物，而气化则可将碳完全转化。
煤化工发展始于18世纪后半叶，用 二 德 化 合 9成 1共 5739煤 干 市 炉 煤国 碳 成 果 建次043南k6年生 馏 街 煤 气得 与 法 创 立世年t二 业 减 煤 到 成 广 重非。德现展合景醇且醇机替8需产 方 道 气 作界到 氢 生 建 了投2次 因 慢 气 泛 新气0国0南在体煤料在，成。制也从化代0求1公 究 以 的 们 料 年 由 生 这 的 ▪民 法 照 来 为大迅 通 产 了9产世 石 了 制 用 引主世～9个鲁非1燃炭的，以甲其汽是近工燃预司 ， 便 采 羰 中 煤 产 突条 是7用 ， 城明 炼战速 过 液 第。1要界 油 步 甲 途 起纪95开料资新合尔随生醇中油多年原料0计2开 重 在 用 基 试 炭 醋 破件 煤年煤 生 市； 铁0时发 费 体 一17作大 、 伐 醇 ， 人7发的源途着产、二、种供料应0达成9化年0下 制始 点 工 醋 合 成 气 酸 。，气 产 煤，1万期展 燃 个-3战 天 ， 技 使 们为年煤严，径气含二甲低化需、用5托8南油5学， 化了 是 业 酸 功 化 、成美吨0； 的 气14，。 料~F后 然 进 术 煤 重城代炭重开，化 氧 甲 醚 碳 工 情 精 ， 0非(80厂公1-／ 0F合开化甲。制醋减学制国在 干年7T煤获1间 性 始 19，气人，炭视市成万生燃醚不烯产况细预当l59，9司4s年合成发生酯到合酐少品取E欧馏由年接，寻3c炭得3产料，仅烃品来化计吨5煤的低由气。煤功局9ha，总2应年成醋适产与成开副的2醋液基找年洲煤焦使技为有是的的看工需／se气成年注气炭迅迷于化开0t到r产用期油a化于煤首酐用时一气始世产一酐术主广从重重，原求年当气炭用意化功采T等气速时甲工发m2量此间历本基先厂r的的阔合要要除料量0。物个的的能氧，大纪，到时用制增a工，用o化发期醇业，由2n达史国合购研德p进煤的成中原作外将0，生非实催达化羰型8依并用于发热业一1(年工展，的又直合s0依悠有成买c一炭市气间料基，达究国赖验化到碳基化成常年于煤城生水ht在氧甲久丰液了斯步气场经体。本作)进室剂需为合生。重代1醇，富体德9发化前甲甲有为·曼口而研，要原成产他要末7早的燃国7液)，，
煤的气化原理
煤的气化原理
煤的气化是指通过一系列化学反应将煤转化为气体燃料的过程。
煤气化的主要原理是在缺氧或限氧条件下，将煤与水蒸气或空气中的氧气反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）等可燃
气体。
煤气化过程中主要包括干馏、热解、气化和水煤气反应四个阶段。
干馏是将煤在600-900℃的高温下加热，使其迅速分解产生液
体烃类和气体。
煤中的固体组分分解成焦炭、挥发性物质（如煤油、煤气）和灰分。
热解是在干馏的基础上进一步加热，使煤中的高分子聚合物分解为低分子量物质。
这个阶段主要产生的产物有焦油、焦碳和挥发性物质（如煤气）。
气化是在高温（800-1400℃）和高压（1-50兆帕）条件下，将煤与水蒸气或空气中的氧气进行反应。
气化的主要产物是一氧化碳和氢气，同时也会生成一些氮气、二氧化碳、甲烷等其他气体。
水煤气反应是指将气化产生的一氧化碳和水蒸气继续反应，生成更高能值的合成气体。
水煤气反应主要是由水蒸气和一氧化碳在催化剂的作用下进行，产物主要是氢气和二氧化碳。
通过煤的气化，可以将固体煤转化为可燃气体，这些气体可以
用于供能、发电、化工等领域。
此外，煤气化还可以生产一些有机化学品，如合成油、合成醇等，具有重要的经济价值。
煤的气化定义和综合利用
移动床(又叫固定床) 沸腾床(又叫流化床) 气流床 熔融床 常压气化炉 加压气化炉
排渣方式
固态排渣气化炉 液态排渣气化炉
❖ 1.空气煤气 ❖ 2.混合煤气 ❖ 3.水煤气 ❖ 4.半水煤气
(二)煤气的种类
4、煤气的种类
空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气
以空气作为气化剂生产的煤气
以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物 作为气化剂，生产的煤气
CO,CO2,H2,CH4,H2O.
一、煤炭气化的意义
❖ 1.煤气是洁净的燃料： 发电、工业锅炉、窑炉、城市民用。
❖ 2.煤气是化学合成工业的原料： 合成氨、甲醇、二甲醚、醋酸酐。
二、煤的气化方法与煤气的种类
❖
（一）煤的气化方法
❖ 1.按原料在气化炉中的运动状态可分为：移动床
（固定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床
❖ 水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。 ❖ 用出炉粗煤气(含有水蒸气)与热粗煤气发生变
换反应，可以减少水蒸气的消耗。 ❖ 鲁奇加压气化法的消耗指标见表9.4.
3. 液态排渣加压气化法
❖ 炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如图 9.9.
❖ 特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔 渣连续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰 箱排出。因此产生的废水少、CO／H2可在较宽炉内产生的煤气称发生炉 煤气。
❖ 典型组成%：
MJ/m3 水煤气 发生炉煤气
CO2 H2 CO N2 CH4 高热值
5.0 50.0 40.0 5.0 0 5.5 10.5 29.0 55.0 0
10.5~12.2 4.4~5.1
(2)合成气与还原气
❖ 合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的，主 要用作不同化工产品的加工。如合成氨的合成气对 H2／N2要求很高，合成甲醇用气CO含量较高等等。
煤气化
2. 1煤气化技术概述2.1.1煤气化的含义煤的气化过程是热化学过程，煤或煤焦与气化剂(如空气、氧气、水蒸汽、氢气等)在高温下发生化学反应，将煤或煤焦中的有机物转变为煤气地过程(煤气是煤与气化剂在一定条件下反应得倒的混合气体，即气化剂奖每种的碳转化成可燃性气体。
煤气的有效组成成分为一氧化碳、氢气和甲烷。
)。
煤气化过程是进行的一个复杂的多相物理及物理化学过程，反应产生碳的氧化物、氢气、甲烷。
主要是固体燃料中的碳与气相中的氧气、水蒸汽、二氧化碳、氢气之间相互作用。
通过煤气化方法，几乎可以利用煤中所含的全部有机物质，因此，煤气化生产时或得基本有机化学工业原料的重要途径，也可以说，煤气化是将煤中无用固体脱除，转化为洁净煤气的过程，用于工业燃料、城市煤气和化工原料。
2.1.2煤气化技术的含义煤气化技术即煤气化过程所采用的设备、方法。
煤气化是煤化工最重要的方法之一。
煤气化己经有150多年的历史，气化方法有7080种。
开发、选定新型煤气化技术，不仅是经济、合理、有效地利用煤炭资源的重要途径，也是发展煤化工的基础。
中国目前采用的煤气化技术除常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉外，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和Texaco水煤浆气化技术、Shell气化技术。
目前，新建厂多采用效率较高、制取煤气成分较好的加压Texaco水煤浆气化工艺、加压干粉煤Shell气化工艺和具有自主知识产权的多喷嘴技术。
(2)煤气化过程的主要工艺指标煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面，只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益，并且节能环保。
通常选择合适的煤气化技术依据的工艺指标有煤气质量、有效气体含量及组成、碳转化率、冷煤气效率等。
1)煤气质量:煤气质量由煤气热值和煤气组成构成。
a.煤气热值:指一标准立方米的煤气在完全燃烧是所放出的热量。
相同所作条件下，煤气热值与气化炉炉型、气化剂类型、操作压力以及煤的挥发分有关。
煤如何制成气体的原理
煤如何制成气体的原理
煤的气化是将煤在高温和适量氧气或蒸汽的作用下转化为气体的过程。
煤气化的原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 干燥和热解：煤在高温下被分解，产生挥发分。
在干燥过程中，煤中的水分被蒸发掉；在热解过程中，煤中的有机物质被分解为挥发分和焦炭。
2. 气化反应：煤中的挥发分在高温和适量氧气或蒸汽的作用下发生气化反应，生成氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等气体。
气化反应的主要反应类型有水气变换反应（CO+H2O ↔CO2+H2）、碳气化反应（C+H2O ↔CO+H2）等。
3. 温度控制：气化过程的温度是非常关键的，不同温度下反应会产生不同的气体组成。
一般来说，较低温度时更容易生成较多的甲烷（CH4），较高温度时更容易生成一氧化碳和氢气。
4. 催化剂：在一些气化过程中，催化剂的使用可以促进反应的进行。
催化剂可以提高气化反应的速率和选择性，同时降低反应的温度和能量消耗。
通过煤气化过程，煤可以转化为可再生能源气体，如合成气、天然气等。
这些气体可以用于发电、供热、制造化学品等多种应用。
同时，煤气化过程也可以捕集
和处理煤的二氧化碳排放，降低温室气体排放量，减少对环境的影响。
煤炭气化
3、操作条件要求
2）制气阶段
①料层温度： 在取得同样气化效率的情况下，可以维持 较高的料层温度，一般选择1000℃为宜。 ②蒸汽用量和蒸汽吹入速度： 蒸汽用量与原料灰熔点和块度有关；蒸汽 吹入速度应当控制在适宜的范围，且当料层温 度较高时，才能适当提高蒸汽吹入速度，蒸汽 吹入速度取决于吹风速度。 ③ 原料反应活性： 为兼顾吹风和制气阶段对原料反应活性的不 同要求，应该选用中等反应活性的原料。
（5）甲烷化反应 ⑦ CO+3H2 → CH4+H2O-206.4kJ/mol ⑧ 2CO+2H2 → CH4+CO2-247.4kJ/mol ⑨ CO2+4H2 → CH4+2H2O-165.4kJ/mol
3、气化工艺分类
4、煤气种类
1）空气煤气 ——空气作气化剂； 2）水煤气 ——水蒸气作气化剂； 3）混合煤气—— （空气+水蒸气）作气化剂。
2、水煤气生产的工作循环
为节约原料、保证安全和煤气质量，还必须包括一些 辅助阶段。 共有六个阶段 ： Ⅰ-吹风阶段； Ⅱ-蒸汽吹净阶 段； Ⅲ-上吹制气阶 段； Ⅳ-下吹制气阶 段； Ⅴ-二次上吹制 气阶段； Ⅵ-空气吹净阶 段
Ⅰ、吹风阶段 吹风阶段是将空气与原料燃烧后放出的 热量积蓄在料层内，为制气阶段提供热量。 C+O2=CO2-⊿H
CO 2 C 2CO, C H 2 O(g) H 2 CO
灰渣层： 靠近炉篦区，起预热气化剂及保护炉篦不被 烧坏的作用。 氧化层： 是气化反应的主要区域，碳燃烧放出大量的 热量，在氧化层末端，气化剂中的Ｏ2被全部耗尽。 还原层： 主要进行二氧化碳的还原反应和水蒸气的分 解反应： CO2+C→2CO
6、水煤气生产的工艺流程（对照222页流程说明）
煤的气化
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5.1.3 煤性质对气化的影响
4）反应性 不论何种气化工艺，煤活性高总是有利的。反应性高的煤及 其焦能迅速地和H2O或CO2 进行反应，可保持H2O的分解或CO2 的还原在较 低的温度下进行。当制造合成天然气时，较低温度有利于 CH4生成。较低温 度也易于避免结渣。 5）灰分 虽然煤矿物质中某些金属离子对气化反应有催化作用，然而， 无论在固态或液态排渣的气化炉中，灰分的存在往往是影响气化过程正常进 行的主要原因之一。 （a）灰渣中碳的损失 气化过程中熔融的灰分将未反应的原料颗粒包起 来而使碳损失。故原料中灰分愈多，随灰渣而损失的碳量就愈多。 （b）煤中矿物质对环境的影响 煤中矿物质的某些组分在气化过程中是 形成污染的根源。如高温下碱金属盐可能挥发；重金属（如As、Cd、Cr、Ni、 Ph、Se、Sb、Ti及Zn）的化合物可能升华；黄铁矿FeS2等含硫金属化合物， 当氧含量充足时可能形成SOx、当氧含量不足时则可能形成H2S、COS、CS2 及含硫的碳氢化合物。
上述气固相反应速率相差很大。燃烧反应速率比其他反应快得多。在 1000oC左右，C－H2O反应比C－CO2反应快约105倍，而C－H2反应比C－CO2 反应慢上百倍。 在较高压力下C－H2反应速率增大，和C－H2O反应速率差不多或还快 一些。这是因为C－CO2和C－H2O反应在高压下反应对压力来说趋于零级， 而C－H2反应与压力呈1～2级关系。
原料煤和气化剂逆向流动。根据 过程特征，气化炉由下至上依次分为 灰渣层A，氧化层B，还原层C，干馏 层D和干燥层E。
发生炉与气化过程示意图 1.炉体；2.加料装臵；3.炉栅； 4.送风口；5.灰盘35.1.1 煤气化过程
发生炉中中各层作用 -灰渣层可预热气化剂和保护炉栅不会受到高温的伤害； -氧化层进行碳的燃烧反应，反应速率快，氧化层温度最高，高度较小； -还原层进行二氧化碳和水蒸气的还原反应，为吸热反应，所需热量由氧 化层带人，反应速率较慢，因而还原层高度超过氧化层。制造煤气的反应主 要发生在氧化层和还原层中，所以称氧化层和还原层为气化区；
煤气化的主要反应式
煤气化的主要反应式煤气化是把煤炭分解成若干化学物质的过程，其反应式实际上是一组复杂的化学反应。
煤气是一种混合气体，其成分比例会随着煤种而变化，其中主要成分为一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、乙烷（C2H4）、乙炔（C2H2）以及苯（C6H6）等烃类物质。
煤气化过程中，煤分解会经历多个步骤，最终产生的主要反应式如下：1.无氧气化：C（s）＋H2O（g）→CO（g）＋H2（g）在无氧气化过程中，含水煤炭发生了潜热水解反应，把煤中的碳释放出来，从而产生一氧化碳和氢气。
2.热气化：C（s）＋3H2（g）→CH4（g）热气化是一种气化工艺，它主要是将一氧化碳和氢气反应，生成甲烷。
3.乙烯合成反应：CH4（g）＋H2（g）→C2H4（g）＋H2O（g）乙烯合成反应是把甲烷和氢气反应，生成乙烯和水分子。
4.乙炔合成反应：C2H4（g）＋3H2（g）→C2H2（g）＋2H2O（g）乙炔合成反应是把乙烯和氢气反应，生成乙炔和水分子。
5.芳烃气化：C2H4（g）＋C2H2（g）→C6H6（g）芳烃气化是把乙烯和乙炔反应，生成芳烃分子。
6.水热分解：C6H12O6（s）→6CO2（g）＋6H2O（g）水热分解是把糖分子在高温下反应，生成二氧化碳和水。
以上是煤气化的主要反应式，它们各自的反应机理可以进一步深入研究，也体现了煤气化是一种复杂的化学过程。
在实际应用中，煤气化工艺可以调控煤气成分，使其可以满足不同用途的需求。
煤气化也是目前最理想的可再生能源，其可以用于发电、采矿运输，以及热动力利用等多种用途，对于解决能源问题具有重要意义。
因此，煤气化技术发展对我国的能源消费有着至关重要的意义。
为了提高煤气化率，我们需要不断研究和改进煤气化工艺，使其可以更有效的利用煤炭。
同时，煤气化还需要大量的金属催化剂，以及必要的技术条件，因此还需要有明确的技术标准和细节规定。
此外，建设煤气化工厂时需要考虑到安全与环保因素，确保工艺稳定性和治污能力，为煤气化的长期发展奠定坚实的基础。
第7章 煤的气化
（1）理想发生炉煤气 C + 0.5O2 === CO
C + H2O === CO + H2 假设气化过程在下述理想情况下进行：
在t＜1200℃下进行时，CO与CO2两种产物分子数量相等， 首先是二个溶解的氧分子渗入石墨晶格中并使之活化。
其次是由气相空间来的第三个氧分子与碳氧配合物进行 如下反应：
4C+ 3O2 --→ 2CO2 + 2CO 上述反应为一级反应。
t＞1600℃下，氧分子仅与碳周围的原子进行反应。而 所形成的碳氧配合物在高温下直接发生热分解，所得氧 化产物之比为CO2 /CO=0.5,且反应速度具有零级特征， 反应按下式进行:
（2）外热式煤的水蒸汽气化 使煤仅与水蒸汽反应，从气化炉外部供
给热量。
图7.3外热式煤的水蒸汽气化原理
（3）煤的加氢气化 煤与氢气在800~1800℃温度范围内和加压下 反应生成CH4，该煤气可称作代用天然气。
图7.4煤的加氢气化原理
（4）煤的水蒸汽气化和加氢气化相结合 煤先进行加氢气化，残余焦炭再与水蒸汽
温度对平衡常数的影响，可用下式表示：
表7.1不同温度下的平衡组成
7.1.2.2 压力的影响 如反应的进行伴随着气相体积的增加或
减少，则升高总压力时，反应向减少总压力 的方向（即减少体积的方向）进行。反之， 降低总压力时，将使反应向增加总压力的方 向（即增加体积的方向）进行。
式中QP为等压下的反应热效应。
7.2.1 气固相反应器类型
图7.8气一固反应器的主要类型图 1-反应物；2-产物气
煤化工工艺第五章5.1煤的气化
煤气化技术发展所追求的目标
希望能使用包括劣质煤在内的固体燃料， 大规模连续高效洁净地生产煤气。
5.1 煤气化原理
5.1.1 煤气化过程及化学反应 5.1.1.1 煤气化过程 在不同的气化方法中，原料煤与气化剂的 相对运动及接触方式有所不同，但煤由受 热至最终完全转化所发生化学反应的类型 及所经历的过程相似，原料煤通常要经过 干燥，热解，燃烧和气化过程。
R8 CO+H2O →H2+CO2 - Q R9 CO+3H2 →H2O+CH4 - Q
另外煤的热解反应 CHxOy →(1-y)C+yCO+x/2H2 + Q CHxOy→(1-y-x/8)C+yCO+x/4H2+x/8CH4 +Q
其他杂原子反应
化学当量计算
由此，导入以下三个重要的反应： R10 C+2H2O →CO2+2H2 + Q R11 3C+2H2O →2CO+CH4 + Q R12 2C+2H2O →CO2+CH4 +Q R10=（-1，0，-2；0，1，2，0） R11=（-3，0，-2；2，0，0，2） R12=（-2，0，-2；0，1，0，1） 或R10=R2+2R3-2R1=R3+R8 R11=3R3+R9 R12=2R1+R2+3R3+R9=R5+R10 96.6KJ/mol 185.6KJ/mol 12.2KJ/mol
第五章 煤的气化
煤炭气化原理
煤炭气化原理
煤炭气化是一种将煤炭转化为可燃气体的过程，通过控制煤炭与氧气的反应，产生一氧化碳和氢气等气体产品。
其基本原理是将煤炭在高温和高压下与氧气或蒸汽进行反应，使煤炭中的有机物质断裂，生成可燃气体和其他副产品。
煤炭气化的过程主要分为三个步骤：干燥与预热、燃烧与还原、生成气体。
在干燥与预热阶段，煤炭被加热至高温下，其中的水分和挥发分会被蒸发和驱除出来。
这个过程有助于提高气化效率以及减少气化过程中产生的副产物。
接下来是燃烧与还原阶段。
在这个阶段，煤炭中的碳和水蒸气反应生成一氧化碳和二氧化碳，同时也会释放出一部分热能。
这个即是煤炭气化中产生一氧化碳的步骤。
在生成气体阶段，燃烧与还原所产生的一氧化碳会进一步与煤炭中的碳反应生成更多的一氧化碳和二氧化碳。
这个过程还会生成一定数量的氢气。
通过控制气化过程的温度和压力，可以控制生成气体的气体成分。
总而言之，煤炭气化通过高温和高压环境下，使煤炭中的有机物质发生断裂，生成一氧化碳和氢气等可燃气体。
这个技术可以有效利用煤炭资源，产生清洁燃料，同时也产生其他有用的副产品。
煤炭气化
气化过程的强化途径
• 提高生产能力有两种途径：一 是增大煤气发生炉的几何尺寸， 即增大截面积；二是提高煤气 发生炉的气化强度，即强化气 化 过 程 。
• 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是提高 气化剂中氧气的浓度、气化温 度和鼓风速度。
• 水蒸气的存在，会减低煤气 的热值，因此煤气离开发生 炉后必须冷凝冷却，减低煤 气中的水蒸气含量，一般冷 煤气的出站温度低于35℃。
煤气产率
• 煤气产率是指气化单位质量的原料所 得到煤气的体积数（在标准情况下） • 煤气产率决定于原料中的水分、灰分、 挥发分和固定碳的含量，也与气化方 法的转化率有关。对于同一类型的原 料而言，原料中的惰性物（水分和灰 分）越低时，煤气产率就越高。
鼓风速度
• 鼓风速度决定着气化强度，鼓风速度越大， 气化强度越高。随着鼓风速度的提高，气 化剂与料层的接触时间缩短，不利于碳的 充分转化，而且料层阻力相对增大，炉出 煤气中的带出物数量也相应增多。鼓风速 度过低，将降低发生炉的生产能力。鼓风 速度一般在0.10~0.20m/s之间
气化指标和影响因素
• 挥发分含量越高，煤气产率就 越低。因为在气化过程中原料 中的挥发分在干馏裂解或加氢 生成甲烷的数量很少，相当部 分转变成了焦油，转变成煤气 的部分相应减少。原料损失增 加 ， 煤 气 产 率 就 降 低 。
原料的损失
• 气化过程中的原料的损失包括 随煤气离开气化炉的带出损失 和随灰渣离开气化炉的排出损 失。
碳氢比
的 过 程 。
煤气化的主要反应（反应热以Δ H表示）
1）碳的氧化反应 C+O2=CO2－393.8kJ/mol 2）碳的部分氧化反应 2C+O2=2CO-231.4kJ/mol 3）二氧化碳还原反应 C+CO2=2CO+162.4kJ/mol 4）水蒸气分解反应 C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/mol 5）水蒸分解反应 C+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol 6）一氧化碳变换反应 CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol 7) 碳的加氢反应 C+2H2=CH4-74.0kJ/mol 8）甲烷化反应 CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol 9）甲烷化反应 2CO+2H2=CH4+CO2-247.4kJ/mol 0）甲烷化反应 CO2+4H2=CH4+2H20-165.4kJ/mol
煤的气化
6.2 煤的气化z一.气化原理z二.气化工艺z三.应用设备z四.煤气化技术应用1一、气化原理z0. 煤气化定义及分类z1. 煤气化过程z2.煤气化的分类方法z3.煤性质对气化的影响z4.气化过程的指标3煤气化定义及分类z定义：•汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得煤气的过程。
z气化剂：•氧气（空气、富氧空气和纯氧气）•水蒸气•氢气1. 煤气化过程z煤气化原理图•固定床气化z 化学反应过程z煤气化时硫和氮的基本反应煤气化原理图制气主要发生在氧化层和还原层5氧化层还原层煤气化时硫和氮的基本反应72.煤气化的分类方法z煤气的热值•低热值煤气化方法＜8374 KJ/m3•中热值煤气化方法：16747－33494 KJ/m3•高热值煤气化方法：>33494 KJ/m3z按反应器类型分•移动床（固定床）：逆流操作•流化床：介于上述两种情况之间•气流床：并流操作•熔融床：处于试阶段移动床气化炉9流化床气化炉气流床气化炉113. 煤性质对气化的影响z①煤的反应活性•指在一定的条件下，煤炭与不同气化介质（如二氧化碳、氧、水蒸气和氢）相互作用的反应能力。
z②煤的粘结性•煤受热后会相互粘结在一起的性质。
•移动床：不粘结性煤•流化床：不粘性或弱粘结性煤•气流床：可使用粘结性煤，煤粒之间接触少z③结渣性13①煤的反应活性z定义：•指在一定的条件下，煤炭与不同气化介质（如二氧化碳、氧、水蒸气和氢）相互作用的反应能力。
•反应活性又称为反应性。
z实验室评价煤活性的方法有两种：•采用热天平，在一定的反应条件下，由失重曲线得到比反应速率进行比较；•取脱去挥发分的煤焦，装人反应管，通人定量的CO2，测定不同温度下CO2还原率作为对CO2反应性的指标。
③结渣性z定义：•煤中矿物质，在气化和燃烧过程中，由于灰分软化熔融而变成炉渣的性能称为结渣性。
z结渣率的测定：•实验室测定时，取粒度为3-6 mm 的煤样，通人空气使之燃烧，燃尽冷却后，取出灰渣称重，其中粒度大于6 mm 的渣块占灰渣总量的百分数称为结渣率。
《煤化工工艺学》__煤的气化
气流床
*对耐火炉衬 要求高（第 二代用水冷
套） *适于低灰熔
点煤
熔融床
适于低灰熔 点煤
碳转化（%）
99
实用例
Lurgi鲁奇炉
液态排渣鲁 奇炉
95
Winker KRW U-GAS
97～99
Texaco, shell K-T炉
开发中
2. 气化过程热的产生和传递
气化效率：
即：单位质量气化原料的化学热转化为所产生的煤气 化学热的比例。
第五章 煤的气化
§5-1 煤气化的基本原理
1. 煤的气化：热化学过程，指高温下用气化剂
（气化介质）通过化学反根应据供将热煤方或式煤和焦煤中的可燃 部分转化为气化煤气的过气程用途。选择，其中
H2 很少用。
气化剂（气化介质）：氧气（空气、富氧或氧）、 水蒸气或氢气
气化煤气：气化时所产生的可燃气体，有效成分 包括CO、H2及CH4。
固态排渣时候：通过炉箅 (灰渣层要保持一定厚度：保护炉栅； 合适的蒸汽和氧气比例：防止结渣；加压时候采用和料槽阀门 相同的方法排灰) ② 流化床反应器 矸石灰：炉子底部开口排灰 飞灰：从粗煤气中分离 ③ 气流床 灰渣以液态方式排渣，从气化炉底部开口流出 (前提：气化温度应高于灰渣的熔化温度)
5 煤质对气化的影响
Ⅳ：特点： 无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量 是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）； 所需工业氧价格较贵，煤气中CO2 含量高。
a
② 外热式煤的水蒸气气化（原理如图）
Ⅰ：气化剂：H2O(气) Ⅱ：主要反应： C+H2O→CO+H2 -Q
Ⅲ：煤气主要可燃成分：CO、H2
Ⅳ：特点： 气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）； 气化炉传热差，不经济。
煤炭气化—气流床气化法
② :气化炉 直立圆筒形耐压容器;内衬耐火材料，近似绝热；内部无结构件， 维修简单；运行可靠。
2.德士古气化工艺 ⑴水煤浆制备和输送 湿法：干法制造水煤浆 ⑵气化和废热回收 ①烧嘴 双套管式； 三套管式： 中心管：15%氧气； 外环系：85%氧气； 内环系：水煤浆。
德士古烧嘴
其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、 三通道，水煤浆走二通道，介于两 股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经 常面临喷口磨损问题，主要是由于 水煤浆在较高线速下(约30m/s)对 金属材质的冲刷腐蚀。
水冷壁结构示意图：
连续运行10年水冷壁内侧图片
连续运行10年水冷壁外观图片
Shell气化炉以渣抗渣原理：
生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流， 当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用， 渣外表层冷却至灰熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻 增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减 薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度 降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。
①煤种适应广（干法粉煤、气流床） ②能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高） ③设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高） ④环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺）
⑵ Shell煤气化工艺流程及气化炉
流程简述：
①煤粉制备和送料系统
经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于2%，然后进入
⑵ 组合式喷嘴 组合式喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，故称
为组合式气化喷嘴。 受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。
喷嘴的材质为奥氏体不锈钢，高热应力的喷嘴顶端材质为镍合金。 喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气/蒸汽、煤粉通道。
煤的气化是物理变化还是化学变化
煤的气化是物理变化还是化学变化煤的气化是化学变化，煤的气化是指煤在氧气不足的条件下进行部分氧化形成H2、CO 等气体的过程。
煤的液化是指将煤与H2在催化剂作用下转化为液体燃料（直接）或利用煤产生的H2和CO通过化学合成产生液体燃料或其他液体化工产品（间接）的过程。
煤的气化是什么煤炭气化是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气和/或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、氢气、甲烷等可燃气体和二氧化碳、氮气等非可燃气体的合成气的过程。
煤炭气化时，气化炉、气化剂、供热，三者缺一不可。
煤炭的气化是以煤炭为原料，在特定的设备（如气化炉）内，在高温高压下使煤炭中的有机物质和气化剂发生一系列的化学反应，使固体的煤炭转化成可燃性气体的生产过程。
通常以氧气、蒸汽或氢气为气化剂，生成的可燃性气体以一氧化碳、氢气及甲烷为主要成分。
煤炭气化包括高温使煤炭干燥脱水，加热使挥发物析出，挥发物与剩余的煤炭进行气化反应。
物理变化有什么1、NaOH潮解：NaOH等无机盐放置在空气中，过几天再摸，会感觉有水，因为该物质会潮解；2、汽油挥发：把没有密封的容器放在桌面上，加入汽油，不密封，过几天会变少；3、矿石粉碎：矿石在山体上是一整块大的岩石，矿石被机器粉碎成很小的小矿石；4、胆矾粉末：把胆矾放在研磨器上面，用磨具磨，胆矾被磨成细小的粉末；5、衣服晾干：衣服放在阳台上，过几天，用手去摸，衣服边干了，没有水分了，因为水分被太阳晒出来了。
化学变化有什么1、夏天到来后，蚊子随之滋生，尤其是雨季，蚊虫的幼虫在大水中大量繁衍。
蚊虫叮咬时，在蚊子的口器中分泌出一种有机酸--蚁酸，它的化学成分是HCOOH。
这种物质可引起肌肉酸在家庭中可用浓肥皂涂抹可迅速止痒。
原因是肥皂高级脂肪酸的钠盐。
如：C17H35COONa。
这种脂肪酸的钠盐水解后显碱性。
含OH-，蚁酸水溶液中含H+，肥皂水中的OH-与蚁酸的H+中和成H2O因此可迅速消除痛痒。