煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
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)，，
第二章 煤气化原理 PPT
煤气：固体燃料气化后得到的可燃 性气体。
进行气化反应的设备称煤气发生炉。
一、气化过程主要化学反应
煤炭气化过程的反应可分成两种类型。 1）非均相气体－固体反应，气相可以是最初的气化剂，
也可能是气化过程的产物，固相是指煤中的碳。虽然煤具 有很复杂的分子结构，和碳原子相连接着的还有氢、氧等 其它元素，但因为气化反应往往发生在煤裂解之后，故只 考虑煤中主要元素碳是合理的。 2)均相的气相反应，反应物可能是气化剂，也可能是反应 产物。
煤气化时发生的硫（S）和氮（N）的基本反应
元素反应 S： S+O2＝SO2 SO2+3H2＝ H2S+2H2O SO2+2CO＝S+2CO2 2H2S+SO2 ＝3S+2H2O C+2S＝CS2 CO+S＝COS
N： N2+3H2＝2NH3 N2+H2O+2CO＝2HCN+1.5O2 N2+xO2＝2NOx
煤 加热
+o2完全氧化 燃烧
密闭 干馏
+ H2O或H2 + 部分O2 气化
干燥过程也是煤炭脱水过程，它是一个物理过程，原料煤加入气
第二章 煤气化原理 化炉后，由于煤与热气流或炽热的半焦之间发生热交换，使煤中 的水分蒸发变成蒸汽进入气相。
干馏是脱除挥发分过程，当干燥煤的温度进一步提高，挥发物
煤气化主要包括从以煤中下逸四出个。脱过除程挥：发分一般也称作煤的热分解反应，它是所
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
第二节煤炭气化原理
第二节煤炭气化原理煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂进行多相反应产生碳的氧化物、氢、甲烷的过程，主要是固体燃料中的碳与气相中的氧、水蒸气、二氧化碳、氢之间相互作用。
也可以说，煤炭气化过程是将煤中无用固体脱除，转化为可作为工业燃料、城市煤气和化工原料气的过程。
一、气化过程主要化学反应使用不同的气化剂可制取不同种类的煤气，主要反应都相同。
煤炭气化过程可分为均相和非均相反应两种类型。
即非均相的气-固相反应和均相气-气相反应。
生成煤气的组成取决于这些反应的综合过程。
由于煤结构很复杂，其中含有碳、氢、氧和硫等多种元素，在讨论基本化学反应时，一般仅考虑煤中主要元素碳和在气化反应前发生的煤的干馏或热解，即煤的气化过程仅有碳、水蒸气和氧参加，碳与气化剂之间发生一次反应，反应产物再与燃料中的碳或其他气态产物之间发生二次反应。
主要反应如下。
一次反应：22C+O CO → H ∆= 394.1 kJ/mol 22C+H O CO+H → H ∆= －135.0 kJ/mol21C+O CO 2→ H ∆=110.4 kJ/mol （2-4） 222C+2H O CO +2H → H ∆=96.6 kJ/mol （2-5）24C+2H CH H ∆=84.3 kJ/mol （2-6）2221H +O H O 2H ∆= 245.3 kJ/mol (2-7) 二次反应：2C+CO 2CO H ∆= －173.3 kJ/mol 222CO+O 2COH ∆= 566.6 kJ/mol (2-8)222C O +H O H C O+H ∆= 38.4 kJ/mol (2-9) 242CO+3H CH H O + H ∆= 219.3 kJ/mol (2-10) 243C+2H O CH 2CO →+ H ∆= 185.6 kJ/mol (2-11) 2422C+2H O CH CO →+ H ∆= 12.2 kJ/mol (2-12)根据以下反应产物，煤炭气化过程可用下式表示：O H H CO CO CH C 2224+++++−−−−−→−高温、加压、气化剂煤在气化过程中，如果温度、压力不同，则煤气产物中碳的氧化物即一氧化碳与二氧化碳的比率也不相同。
煤制气
第二章煤制气一、煤气生产过程：1.煤制气的气化原理：（1）概述：煤气：可燃气体、煤或重油等液体燃料经干馏或气化而得到的气体产物是一种热燃料气。
煤气主要成分：H2、CO、CH4等。
煤气：焦炉煤气（H2、CO、CH4）煤在焦炉中干馏产生煤气。
爆炸极限：5~36%发生炉煤气（CO、N2）空气和少量水蒸气跟煤或焦炭在煤气发生炉内反应。
爆炸极限：20 ~74%水煤气（H2、CO）水蒸气和炽热的无烟煤或焦炭作用产生。
爆炸极限：6 ~72%（2）气化机理：煤气是在特定的装置发生炉内，控制气化条件，块煤或焦炭在空气（氧气）和蒸汽混合组成的气化剂下发生一系列复杂物理化学变化产生。
注：爆炸极限：H2 4~74.2%;CO12.5~74.2;CH45~15.4%干馏：隔绝空气加热分解。
2.化学反应：氧化燃烧：还原反应：蒸汽转化：甲烷化：仅部分为气相均相反应，大多数为气固相反应。
反应进行程度影响因素：发生炉的操作条件。
即：气体温度、压力、气化剂组成和流速，气化剂与燃料接触时间，燃料反应性、表面性质。
3.生产方式：发生炉在生产过程中，气化剂从炉底进入炉内煤层，气化生成的粗煤气从顶部输出。
（1）灰渣层：厚度约为100~200mm，气化剂在灰渣层中不发生化学反应，只与灰渣进行热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰渣释放热量被冷却，同时对炉箅起保护作用。
（2）氧化层：既有O2存在的燃料层，煤中固定碳与气化剂中的氧气发生强烈氧化反应，放出大量的热，使炉内保持足够的温度。
（3）还原层：从氧化层中来的高温CO2和水蒸气与炙热的碳发生还原反应，吸收热量，生成CO和H2。
（4）干馏层：煤炭受热干馏，释放挥发分，得到CH4、焦油蒸汽等气态烃类物质及其他气体成分。
（5）干燥层：入炉煤炭在该层内脱除水分。
4.工艺流程：热煤气燃烧系统由煤气发生炉、除尘器、隔离水封、热煤气管道、燃烧器（用户）等组成，其关键设备是煤气发生炉。
二、煤制气生产危险分析及安全技术（1）煤的主要危险：自燃、煤尘爆炸温度升高，接近临界温度（70℃左右），进一步引起自燃。
煤气化技术——精选推荐
煤炭气化技术煤炭气化是煤炭转化的主导途径之一，是煤化工、IGCC、加氢工艺、煤液化等的龙头和基础，我公司正在建设的煤直接液化项目，以及即将建设的煤间接液化项目，煤制烯烃项目都要用到煤炭气化。
一、煤气化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。
煤炭气化包含一系列物理、化学变化。
一般包括热解和气化和燃烧四个阶段。
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、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二、煤气化工艺煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法，但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类，或称为按照反应器形式分类。
第二章 煤炭气化原理(new)
2012-9-3
《煤炭气化工艺》
举例
可以看到,随着温度变化，其还原产物CO 的组成随 着温度升高而增加；温度越高，一氧化碳平衡浓度 越高。当温度升高到1000℃时，CO 的平衡组成 为99.1%。 在前面提到的其它可逆反应中，有很多是放热反应， 温度过高对反应不利。
2012-9-3
《煤炭气化工艺》
二、气化过程热力学
2012-9-3
《煤炭气化工艺》
二、气化过程热力学
注意： KP的常数性质仅适用于理想气体的化学反 应。KP的大小决定于反应的本性和温度， 与总压以及各物质的平衡分压无关。 KP的数值与反应方程式的写法有关;P18 某些情况下KP的数值还与所用压强的单位 有关。P18
2012-9-3
P30
催化剂
《煤炭气化工艺》
7、煤气组成的热力学计算方法
理论煤气平衡组成的计算简述
进行煤气平衡组成计算时，需要建立一方程组， 其中方程个数与需要求取的未知数相等。 由于涉及反应很多，只能选择对生成煤气组成起 决定性作用的反应方程式，当然对于不同的气化 方式其选择也是不同的。 把主要的反应方程平衡关系式连同物料平衡和热 量平衡方程式组成联立方程组，然后求解。
煤炭气化过程的反应可分成两种类型。
1）非均相气体－固体反应，气相可以是最初的 气化剂，也可能是气化过程的产物，固相是指煤 中的碳。虽然煤具有很复杂的分子结构，和碳原 子相连接着的还有氢、氧等其它元素，但因为气 化反应往往发生在煤裂解之后，故只考虑煤中主 要元素碳是合理的。 2)均相的气相反应，反应物可能是气化剂，也 可能是反应产物。
6、主要气化反应的化学平衡
2012-9-3
《煤炭气化工艺》
6、主要气化反应的化学平衡
煤转化技术：煤的气化
知识点1 煤气化应用展望 知识点2 煤气化发展简史 知识点3 煤气化在新型煤化工发展中的应用
§ 3．1 煤气化的基本原理
1.煤气化：
以煤或半焦为原料，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半焦中的可燃
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
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
图5--6 煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理
Ⅰ:气化剂：02；H2O(气) Ⅱ：主要反应：
水蒸气气化阶段：
C+O2→CO2 +Q
2C+O2→2CO+Q
甲烷化反应：CO+3H2→CH4+H2O+Q
入炉煤颗粒的直径除考虑颗粒的带出速度外还与气化用炉型及使用的具 体煤种有关。
煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不 致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的 气化炉所必须超过的最低温度
由于灰渣的构成不均匀，Βιβλιοθήκη 可能有固定有灰溶点，只有溶化范围。
灰
通常灰溶点用三种温度表示，即t1为变形温度；t2为软化温度；t3
Ⅰ:气化剂： 02；H2O(气) Ⅱ：主要反应：
加氢阶段： C+H2→CH4 +Q 水蒸气气化阶段：
C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q Ⅲ：煤气主要可燃成分： CH4 Ⅳ：特点：
C+H2O→CO+H2 -Q
煤气化的主要反应式
煤气化的主要反应式
煤气化是一种将煤分解成有用的气体的技术，其中最重要的反应式式和反应机理就是“焦化反应”，也就是把煤转化为含有一定量烃和气体的矿物焦油。
“焦化反应”：
煤（C）+蒸气（H2O）→物焦油（C+H2）+量（Q）
“焦化反应”可以通过烧煤来实现，也可以通过化学的方式实现，可以使煤被水蒸汽劈裂为烃和气体，烃体积小，热量大，可以用来作为工业和居民的燃料。
此外，由于煤的结构比较复杂，焦化反应的条件比较严格，需要特殊的工艺和设备来实现。
“气化反应”：
煤（C）+水蒸气（H2O）+氧气（O2）→CO+H2+各种气体（CH4、CO2、H2S等）+热量（Q）。
气化反应可以把煤分解为气态物质，其反应机理和焦化反应是相似的，但是气化反应会产生大量的气体，也就是说将煤气化可以获得更多的气体，可以把煤气化后的气体用作居民和工业的燃料。
此外，气化反应的条件也比较严格，温度要求很高，需要特殊的设备来实现。
总结：
煤气化是把煤转化为有价值的气体的技术，主要有焦化反应和气化反应，两种反应均要求有特定的温度和特殊的设备，也都需要水蒸气和氧气，可以生产烃和气体，作为燃料。
焦化反应可以产生少量的
气体，用作煤的热量；气化反应可以产生大量的气体，用作居民和工业的燃料。
煤气化是一项重要的工业技术，在新能源开发、燃料利用方面发挥了重要的作用，能够有效的利用煤炭资源，节省能源，保护环境，有助于改善能源结构，为经济发展提供源头。
综上所述，煤气化是一种广泛应用于新能源开发、燃料利用以及经济发展的有效技术，而其主要反应式包括焦化反应和气化反应，这些反应都是一种可以将煤转化为有价值的气体的技术。
5.1 煤气化基本原理
5.2.4.装料和排灰
⑵排灰
①固定床反应器 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)
5.2.4.装料和排灰
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
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
O H2O(气)
800~1800℃ 0.1~4MP （水蒸气气化）
气体净化
甲烷化
灰
代 用 天 然 气
图5--6 煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理
Ⅰ:气化剂：02；H2O(气) Ⅱ：主要反应： 水蒸气气化阶段： C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2 -Q 甲烷化反应：CO+3H2 →CH4+H2O +Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CH4 Ⅳ：特点： 首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2 为主的合成气， 然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷。
煤气(CH4 H2,等)
用天然气）；
产生残焦（含碳残渣）,煤 与H2加压生成CH4的反应 性比煤与水蒸汽的反应性 图5--4 小.
残焦
煤的加氢气化原理
④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代 煤 用天然气原理
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
（3）甲烷生成反应
煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解， 另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢气以及气体 产物之间的反应结果。 C+2H2 → CH4 CO+3H2 → CH4+H2O 2CO+2H2 → CH4+CO2 CO2+4H2 → CH4+2H2O 上述反应均为放热反应。
第二章 煤炭气化物理化学基础详解
1 RT K x K p n Kc P P 思考：若反应前后没有体积变化则三者关系怎样？
三、化学平衡
第 二 就可以确定气化反应平衡组成，也可以计算气化过程最大产 章 率和固体燃料平衡转化率。
由于煤气化过程的反应复杂，系统中存在二次反应(一 平衡常数在温度一定时是个常数。当求得平衡常数后，
aA bB cC dD
式中 1
分别表示正、逆反应速度常数，当反应到达平衡时 k、 k2
C c D d k1 Kc a b A B k2
式中 K—以平衡浓度表示的平衡常数。 c
三、化学平衡
第 二 章 气 化 基 础
在气体反应的场合，因为气体的分压与其浓度成比例，因此，若设 PA、PB、P 分别为各组分的分压，则可得以分压表示的平衡常数计算式。 C、P D
三、化学平衡
第 二 章 气 化 基 础
K CO K CO2
PCO PH 2 PH 2O
CO2 12
P
PH 2
PH 2O
碳和水蒸气反应的平衡常数和温度的关系
三、化学平衡
第 二 章 气 化 基 础
反应 C 2H 2 CH 4 的 lg K p 与温度的关系 温度和压力对甲烷 平衡含量的影响
c d pC pD KP a b p A pB
若平衡常数以气体摩尔分数表示，则
c d xC xD Kx a b x A xB
若气体服从理想气体状态方程式，则可导出
之间的关系为 Kc、K p、K x
n
K p K c ( RT )c d a b K c RT
n
pCO pCO2 pH 2 pH 2O pCH 4 p N 2 p
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。
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加压气化炉与常压气化炉生产能力
在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数 量相等，则出炉煤气动压头相等，可近似得出， 加压气化炉与常压气化炉生产能力之比如下式所 示：
对于常压气化炉，p1通常略高于大气压，当 pl=0.1078MPa左右时，常压、加压炉的气化温度之比 T1／T2=1.1～l.25，则由此式可得：V2/Vl=3.19～3.41
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煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
2.二氧化碳在气化过程中的还原
碳将二氧化碳还原成一氧化碳是重要的二次反应，该反 应很大程度上确定了所获得的煤气的质量。
在这一还原反应中，温度对反应的影响很大，在较低温 度下．还原速度较小，当温度大于300℃时，还原反应以 显著速度进行，其还原过程是复杂的多项反应．形成固体 表面配合物及其分解产物。
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煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
2.压力的影响
平衡常数KP不仅是温度函数，而且随压力变化而变 化。
压力对于液相反应影响不大，而对于气相或气液相 反应平衡的影响是比较显著的。
根据化学平衡原理，升高压力平衡向气体体积减小 的方向进行；反之，降低压力，平衡向气体体积增 加方向进行。在煤炭气化的一次反应中，所有反应 均为增大体积的反应，故增加压力，不利于反应进 行。
说降低反应温度有利于放热反应的进行。反之
，若△H为正值时，即吸热反应，温度升高，kp值
增大，此时升高温度有利于吸热反应的进行。
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煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
1、温度对化学平衡的影响 对于气化反应式
两反应过程均为吸热反应。在这两个反应进行过 程中，升高温度，平衡向吸热方向移动，即升高温 度对制气的主反应有利。
气化剂是水蒸气
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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
空气煤气 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
混合煤气 成分:含有N2，CO，CO2，H2。
煤气
定义：气化剂通过炽热固体燃料层 时，所含游离氧或结合氧将燃料中的 碳转化成的可燃性气体。
煤气的有效成分：为一氧化碳、氢 气、甲烷等 。
用途：其可作为化工原料、城市煤 气和工业原料。
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煤炭气化设备
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2-1煤炭气化方法（一）气化技术
如果△v=0 ，反应前后体积或分子数无变化，则压力对理论产 率无影响。
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粗煤气组成与气化压力的关系
由上述可知，在煤炭气化中，可根据 生产产品的要求确定气化压力，当气 化炉煤气主要用作化工原料时，可在 低压下生产；当所生产气化煤气需要 较高热值时，可采用加压气 化。这是 因为压力提高后，在气化炉内，在H2 气氛中，CH4产率随压力提高迅速增 加.
煤气组成为：φ（C02）：9％～11％；
φ （CO）：15%～19％；
φ （H2）：14%～17％； φ （CH4）；1 4％～1 5%； φ （O2）：0. 2％～0．3％； φ （N2）：53％～55％。
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煤炭地下气化原理
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煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
在煤炭气化过程中，有相当多的反应是可逆过程。特别是在 煤的二次气化中，几乎均为可逆反应。在一定条件下，当正 反应速度与逆反应速度相等时，化学反应达到化学平衡。
化学平衡时
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1、温度对化学平衡的影响
当化学平衡时，化学平衡常数为
从上式可以看出，若△H为负值时，为放热反 应，温度升高，b值减小，对于这类反应，一般来
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(三)其他分类
(1)以入炉煤块度分类可分为粉煤炭气 化、块煤炭气化等。 (2)以燃料在炉内的状况分类移动床气 化、沸腾床气化、气流床气化、熔融床 气化等。
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第二节 煤炭气化原理
煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂
特点:这种煤气在工业上一般用作燃料。
煤 气
水煤气
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。
半水煤气 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。
（二）地面气化技术的分类
外热式
传热 方式
是指利用外部给气化炉提供热量的过程。
其热源可由加热外部炉壁来加热燃料，炉壁需选用耐火 煤度在高气且化导过热程性中好不的需材外料界；供热，而是利用煤与氧反应放出 热量同来时达也到可反用应高所度需过温热度水，蒸即气燃(1烧10一0 部℃分)；气化所用燃料， 将热量积累到燃料层里，再通入水蒸气发生化学反应制取 煤气另。外也可用加热水蒸气和粉末燃料的混合物到1100℃． 达到水煤气反应温度。
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地下气化的概况
煤炭地下气化开采能有效地利用矿物能源资源，毕 竟国内井工可采煤炭含量仅占煤炭资源储量的 11.43%，地下气化开采就是有效利用资源的途径。
目前山东、山西、内蒙古、贵州、河南、四川、辽 宁等地区都在引入煤炭地下气化技术，使“报废”的 煤炭资源得到充分利用。
因素
能掌握煤 炭气化反
应
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会解释T、P 对气化的影
响
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煤的气化
是获得基本 有机化学工 业原料的重
要途径
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
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其其原原理理如如图图所示
内热式
此过程的反应式如下：
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（二）地面气化技术的分类
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
富氧气化
纯氧气化
气
化 介
加氢气化
质
水蒸气气化
气化剂是富氧空气
气化剂是纯氧气体
气化剂是氢气。加氢气化是由煤与氢气在温度为 800~1000 ℃ ，压力在1～10MPa下反应生成甲烷 的过程。煤与氢的反应中仅部分碳转变成甲烷。 此时可加水蒸气、氧气与未反应的碳进行气化生 成H2、CO、C02等。
煤炭气化工艺学-第二章煤炭气化原理
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2020/11/21
煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
熟悉与理解气 化过程的理论 基础与煤气平 衡组成的计算
知识目标
掌握煤炭气化 方法、煤炭气
化原理
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了解地下气化
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能力目标
会判断实际 用煤气化时 的主要影响
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压力对化学平衡的影响分析
如果△n<0，增大压力Kp后，P△v减小。KP不变，KN保持不变,就 不能维持平衡，所以当压力增高时,KN必然增加因此加压有利。
既加压平衡向体积减少或分子数减小的方向移动。
如果△v>0，则正好相反，加压将使平衡向反应物方向移动，因 此，加压对反应不利，这类反应适宜在常压甚至减压下进行。
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(二)气化反应速度的影响因素
非均相气化反应机理 ①气体反应物向固体(碳)表面转移或扩散。 ②气体反应物被吸附在固体(碳)表面。 ③被吸附的气体反应物在固体(碳)表面起反应而形
成中间配合物。 ④中间配合物的分解或与气相中到达固体(碳)表面
的气体分子发生反应。 ⑤反应物从固体(碳)表面解吸并扩散到气流主体
各种煤气组成
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煤炭气化工艺学第二章煤炭气化原理
二、气化过程的物理化学基础
煤的反应性是指煤的化学活性，是煤与气化剂中的氧 、水蒸气、二氧化碳等的反应能力。煤的反应性是决 定气化方法的一个重要因素。
煤炭气化的总过程有两种类型的反应，即非均相反应
和均相反应。前者是气化剂或气态反应产物与固体煤
即采用常规的油气井钻井技术，钻一口一般的长祼眼水平 井段，与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相连通。 单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅助孔和出气孔 等组成。将进气孔底部的气化穴煤炭点燃，鼓入汽化剂促 使连续气化煤炭，由辅助孔鼓入氢气，气化通道内仍有氧 化带、还原带和干馏干燥带出现。此种建地下气化炉技术 于国外多采用，但国内的辽河油田于2005年内成功建起了 首座钻井式地下气化炉，开创了国内建地下气化炉新阶段 。但因钻井井径受限，制约着单套炉规模化开采
其生产煤气具有安全性好、投资少、见 效快、污染少、效益高等显著优点，深受 世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法 。
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建地下气化炉的两种技术途径
巷道式建 地下气化
炉技术
钻井式建 地下气化
炉技术
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在正开采或废弃的煤矿井中可启建地下气化炉，由人工 掘进的方式在煤层中建立起气化巷道，并在进气孔底部 巷道壁筑起一道密闭墙（促使定向燃烧煤层），便可将 密闭墙前面的煤炭点燃。单套炉由气化通道进气孔、辅 助孔和出气孔组成，气化通道于同一煤层内连通各孔。 但该技术人工竖井深度受限，因受煤层的地应力和煤层 温度制约。