煤化工课件.

C + ½ O2 = CO
燃烧：C + O2 = CO2 气化：C + CO2 = 2 CO
煤气化
工业、民用燃气 固体煤 CO + H2 合成气
- 煤转化过程以煤气化为“龙头”， - 煤气化构成了煤化工工艺的主要成本
氨 甲醇 油 二甲醚 烯烃 … H2
煤炭气化技术的应用
1.作为工业燃气
要求：热值为4620～5670kJ／m3
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。
煤气化的化学
+ O2 煤 燃烧
加热
干馏 + H2O或H2 + 部分O2 气化
密闭
气化：C + H2O = CO + H2
△Hr = 131 kJ/mol 吸热反应
△Hr = -111 kJ/mol 放热反应 △Hr = -394 kJ/mol 放热反应 △Hr = 173 kJ/mol 吸热反应
高效 煤炭 气化 技术
发电技术IG-MCFC和IG-SOFC
7.煤炭气化制氢
氢气广泛用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航 天、煤炭直接液化及氢能电池等领域 目前世界上96％的氢气来源于石化燃料转化，同时煤炭气 化制氢也起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2， 然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，再将富氢气体经
第四章
煤 的 气 化
化学化工学院 任永胜
目录
概述 煤气化原理、气化炉原理
气化工艺
气化的影响因素、循环发电
4.1 煤气化概述
一、煤气化的定义和实质 煤的气化过程是一个热化学过程，在特定的设备（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），在高温的条件 下，通过部分氧化反应将原料煤从固体燃料转化为气体燃 料（即气化煤气，或简称煤气）的过程。
3.作为化工合成和燃料油合成的原料气
以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品
的路线已经成为现代煤化工的基础。
要求：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、 H2等成分有要求 技术：德士古气化炉、Shell气化炉 应用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、 醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等
过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。
8.煤炭液化的气源
不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气化工艺。 煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样 包括移动床加压鲁奇(Lurgi)气化、加压流化床气化和加压 气流床气化工艺。
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
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 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 体产物中，如H2、CO、CH4等。
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。
4.作为冶金用还原气
原因：煤气中的CO和H2具有很强的还原作用 应用： 1）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁； 2）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。因此，冶金还原对煤气中的CO含量有要求。
5.煤炭气化联合循环发电 (IGCC)
Intergrated Coal Gasification Combined Cycle
4.1 煤气化概述
一、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）
O2、H2O、H2、根据产热 方式和煤气用途选择性供 入（ H2 很少用） 气化炉、气化剂、供给热量。三者缺一不可。
气化产品： CO、 H2 、CH4
请大家思考？
第一个问题
气化与燃烧的区别？
第二个问题
气化与干馏的区别？
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 业因石油、天然气的迅速发展 醇制汽油、低碳烯烃的重要中间 料羰基合成制取醋酐，并于1977 体· 而且也是多种化工产品的重要原 减慢了步伐，进人低迷时期， 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 料。甲醇从近年供需情况来看，除作 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 基本有机化工原料、精细化工原料外， 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 作为替代燃料应用，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
是煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气
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。 用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度(如 粉尘及硫化物)含量的要求很高。Байду номын сангаас与IGCC配套的煤炭气化一般采用固定床加压气化(鲁奇炉)、 气流床气化(德士古)、加压气流床气化(Shell气化炉)，加压
气化与燃烧的区别
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 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 和煤中的碳、氢反应生成 CO2 和 H2O，并释放热量； 在氧气充足的情况下，煤将 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 就是燃烧
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，更多的煤将不能转化为 气体而成为未反应碳，气化效率 将大打折扣。所以控制供氧量至 关重要。
气化技术：常压固定床气化炉和流化床气化炉
应用：主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食 品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或 半成品。
2.作为民用煤气
应用：城市煤气
要求：热值在12600～16800kJ／m3，要求CO含量小于 10％，H2、CH4及其他烃类可燃气体含量应尽量高。 技术：鲁奇炉
流化床气化工艺等，煤气热值在9240～10500kJ／m3左右。
6.作煤炭气化燃料电池
燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料(化学能)通过电化 学反应直接转化为电的化学发电技术 燃料 电池 磷酸盐型(PAFC)
质子交换膜型(PEMFC)
熔融碳酸盐型(MCFC) 固体氧化物型(SOFC) 碱型(AFC)