化工工艺学9章煤的化学加工.pptx

表9.2 气化反应平衡常数
温度 /℃ 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1100 1200 1300
K0 p2
pC2O pCO2 p0
4.4459×104
2.2740×103 9.5946×103
3.4536×103
0.10866
0.30482
粒度
煤的粒度可分为小于6mm的粉煤、小块和中块， 机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎，粉煤 量较大。流化床气化可用粒度小于6mm的煤； 气流床用细粉煤；固定床用块煤。
9.2.2 煤气化的基本原理
1. 煤气化的化学平衡
主要化学反应有：
O2+C CO2
(1)
CO2 + C 2CO
(2)
H2O + C CO + H2
中国煤分类指标：
基本指标－干燥无灰基挥发分V daf.
烟煤中以粘结指数G作为中、强、弱粘结煤分 类指标。
无烟煤中以V daf和干燥无灰基氢含量作为指标。
褐煤以投光率为指标划分小类。
9.1.2 煤的转化利用
煤的转化利用途径可分为气化、液化和焦化。
气化是将其变成水煤气或发生炉煤气，然后作燃 料或化工原料。
煤大分子之间由交联键形成空间结构。在大分子 空间结构中有许多内表面积大的微孔。大分子中 分散着一些低分子化合物，尤其以年轻煤为多。
H
图 9.1
9.1.1.2 煤的分类
褐煤国际分类(ISO295—174—E)是采用水分含 量作为区分的指标，按焦油产率(daf)分组，共 有30个牌号。烟煤的国际分类是按1956年由 ECE(ECONOMIC COMMISION for EUROPE) 完成的分类。此分类方案是欧美国家煤分类的 产物，采用多指标，包括煤的挥发分、粘结性、 结焦性以及发热量等。
无烟煤含C＞92％，氧含量则从20%左右降到2％ 左右，氢含量由8％左右降到4%左右。 N、S含量与煤化度关系不大，分别约0.5~2%、 0.5~3%。
煤的基本结构单元为缩合芳烃及环烷烃及多种侧 链，杂原子及官能团。
侧链往往是联结各基本单元的桥键。
பைடு நூலகம்
年轻煤缩合芳烃少，侧链长，脂肪烃和含氧官能 团多。
1. 煤气分类及用途
根据煤气组成不同可分为：发生炉煤气和水煤气、 合成气和还原气、城市煤气和焦炉煤气、富气和 合成天然气。
(1) 水煤气和发生炉煤气
交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤 气。
同时吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称发生 炉煤气。
典型组成%：
CO2
水煤气
5.0
发生炉煤气 5.5
(3)
2H2 + C CH4
(4)
CO + 3H2 CH4 + H2O
(5)
CO + H2O CO2+ H2
(6)
反应(2)、(3)、(4)、(6)的化学平衡常数及反应热 见表9.2。
虽然以上几反应中主要为放热反应，理论上温度 低对平衡有利。但要兼顾反应速度，所以必须有 较高温度。
由热力学平衡关系可以从理论上计算气化气体组 成与平衡温度关系。反应(2)、(3)是吸热反应， 温度高有利生成CO和H2。压力高对反应(4)、(5) 有利，所以高压气化可得到甲烷含量高的高热值 气体。
还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体，要求其 中水蒸气和二氧化碳含量较少，较多时应将其除去。
(3)城市煤气
城市煤气要求含氢气和甲烷较多，硫含量少，以提 高热值和减少城市空气污染。
2. 原料煤的组成和性质对气化的影响
水分：水分较高时只适宜用固定床气化法，因为 这种方法床内温度高。
灰分和灰熔点：灰分越低越好，固态排渣炉要求 灰熔点高，气化温度不能超过灰熔点；而液态排 渣则需要灰熔点低，气化温度必须超过灰熔点。
9.1.1.1 煤的组成和结构 煤是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化
学作用转变成的固体有机可燃矿物。 煤化序列为：植物泥炭(腐泥)褐煤烟煤
无烟煤。
成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其 中主要是纤维素和木质素。
煤的主要元素和结构
煤的主要元素为C、H、O,含少量S、N。 C含量随煤化程度增高而增大。褐煤含C量70％；
H2 CO N2 CH4 高热值 MJ/m3 50.0 40.0 5.0 0 10.5~12.2
10.5 29.0 55.0 0
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。
液化是将其变成芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。
焦化是炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液 化和部分气化。
煤的转化利用途径概况如图9.2.
图 99.2.
9.2 煤的气化
Gasification of coal
9.2.1 概述
煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应 过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程 包含煤的热解、半焦的气化等过程。煤气的主要 组成为CO,CO2,H2,CH4,H2O.
0.77457
1.80685
3.91184
7.93212
15.18345
47.9990
1.28925×102
3.03768×102
K0 p3
pCO pH2 pH2O p0
2.1792×103 7.8528×103 2.4493×102 6.7644×102
0.16834
0.38322
0.80724
1.59021
化工工艺学 Chemical engineering technics
化学工程与工艺专业
第9章 煤的化学加工
Chemical process of coal
9.1 煤及其转化利用
Coal and its conversion and utilization 9.1.1煤的组成、分类及我国煤炭资源
挥发组分：容易挥发组分首先反应或者混入产生 的煤气中，影响煤气化过程和气化结果。总的来 说，挥发组分多，固定C就低，煤的热值低。
粘结性：粘结性煤在加热到350~450ºC时就形成 胶质体，发生软化、熔融，有液相产物与煤粘在 一起，析出挥发物固化后形成块状焦炭。这种煤 气化时需要破粘措施。由于有粘结性，所以用它 作焦化原料特别好，一般不用于气化。
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