煤制取液体燃料1

煤制取液体燃料

第一部分

煤气化原理、工艺技术及气化设备简介

一、基本概念

1、气化原料煤、煤焦

2、气化剂氧气（空气、富氧或纯氧）+ 水蒸气（或氢气）等

3、气化条件高温（或热条件）

4、气化产物气化煤气、凝结性液体和焦油、灰渣

5、煤气化的概念煤炭气化是以煤或煤焦为原料，在高温条件和气化剂的化学作用下将煤

或煤焦中的可燃部分转化为轻质气态燃料、凝结性液体和焦油以及固体

产物的工艺过程

轻质气态燃料就是气化煤气，其有效成分包括CO、H

2、CH

4

等，可用作城市煤气、工业

燃气和化工原料气。

从气化技术观点出发，所有煤种都是可被气化的。但必须指明每种气化技术及其设备对特定的某种或某些煤种有适应性，并不是一种技术或装置可以气化一切煤种的。

二、煤气化技术类别

按煤气用途

分工业燃气、原料气、城市煤气生产技术。

按装置的化学工程特征

分固定床、流化床（沸腾床）、气流床、熔融床、地下煤炭气化等。

按操作条件

有常压和加压气化的区别。因加压气化对煤气的输送和后续加工有明显的经济性，所以近代气化技术特别注重加压气化技术的开发，P＞2MPa以上称为加压气化。

按气化剂

分空气煤气、水煤气、发生炉煤气纯氧和水蒸气制气的生产技术等，近代气化技术几乎都是以工业氧和高压蒸汽做气化剂的。

另外，在标志气化特征意义时，往往也将某些拓新创造之点予以指明。例如“液态排渣的加压鲁奇气化技术”就是一例。此外，原料的粒度和状态，也是表征气化技术特性的，如粉煤气化技术、水煤浆气化装置等。

三、煤气的分类

在气化技术类别我们把煤气的气种按气化剂的选用分为水煤气、空气煤气、混合煤气（发生炉煤气）等，但煤气行业则是按热值区分的。

另外，国际煤气联盟则按生产方法和华白指数把煤气分为人工煤气、天然气、和油气三大类

按热值区分煤气

低热值 Q＜12.56MJ／m3（3000kCal ／m3）

中热值 2800

高热值 Q＞20MJ／m3（4560kCal／m3）

四、气化过程的基本化学反应

煤气化的总过程有两种类型的反应，第一类是气化剂或气态反应产物与固体煤或煤焦的非均相反应。第二类是气态反应产物之间或与气化剂的均相反应。生成气的组成取决于所有这些反应的综合。虽然煤的“分子”结构很复杂，其中含有C、H、O和其它多种元素，但在讨论基本化学反应时，做了以下两个假定：

⑴仅考虑煤中的主要元素C

⑵考虑在气化反应前已发生了煤的干馏或热解

则进行下列反应：

r1 C+0.5O2→CO △H=110.4 kJ/mol

r2 C+O2→CO2△H=394.1 kJ/mol

r3 C+H2O ⇌H2 +CO △H=-135.0 kJ/mol

r4 C+ CO2⇌2CO △H=-173.3 kJ/mol

r5 C+2H2⇌CH4△H=84.3 kJ/mol

r6 H2 +0.5O2⇌H2O △H=245.3 kJ/mol

r7 CO+0.5O2⇌CO2△H=283.7 kJ/mol

r8 CO+H2O ⇌H2 +CO2△H=38.4 kJ/mol

r9 CO+3H2⇌CH4 +H2O △H=219.3 kJ/mol

上面的9个反应中， r1、 r2及r3为一次反应， r1、 r2及r3的气态反应产物CO、O2和 H2是二次反应剂； r4～ r8是一次反应剂和二次反应剂之间的反应； r9是二次反应剂之间的反应，该反应生成三次产物。

五、气化装置（炉）的基本原理

如果在一个圆筒形容器内安装一块多孔水平分布板，并将颗粒状固体堆放在分布板上，形成一层固体层，工程上则称该固体层为“床层”，如将气体连续引入容器的底部，使之均匀地穿过分布板向上流动通过固体床层流向出口，则随着气体流速的不同，床层将出现三种完全不同的状态，如图1所示。

5.1 固定床气化炉

固定床气化炉一般使用块煤或煤焦为原料，筛分范围为6～50mm，对细料或黏结性燃料

则需进行专门的处理。如图2所示，煤与气化剂在炉内进行逆向流动，固相煤由炉上部加入，气化剂自气化炉底部鼓入，含有残渣的灰渣自炉底排出，灰渣与进入炉内的气化剂进行逆向热交换，加入炉中的煤与产生的煤气也进行逆向热交换，使煤气离开床层时的温度不致过高。如使用含有挥发分的燃料，床层中最高温度在氧化层，即氧开始燃烧至含量接近为零的一段区域。

如在鼓入的气化剂中添加过量的H

O(g)将炉温控制在灰分熔化点以下，则灰渣以“干”

2

的方式通过炉栅排出；反之，灰分也可熔化成液态灰渣排出。

5.2 流化床气化炉

加入炉中的煤料粒度一般为3～5mm，如图3所示，这些细粒煤料在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。故产生的煤气和灰渣皆在接近炉温下导出，因而导出的煤气中基本上不含焦油类物质。

从流化床层中被煤气带出的煤焦可通过分离再返入炉内。值得注意的是，如果原料粒度太细或颗粒间的摩擦形成细粉，则易使产生的煤气中带出物增多。

5.3 气流床气化炉

如图4所示，把粉煤(70％以上通过200目)用气化剂输送入炉中，以并流方式在高温火焰中进行反应，其中部分灰分可以以熔渣方式分离出来，反应可在所提供的空间连续地进行，炉内的温度很高。

六、德士古气化法

是以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺。由美国Texaco公司1945年开始研究，1977年在德国建成日处理煤150t 的示范工厂，此后Texaco气化技术迅速发展，至目前单炉生产能力已达1832 t /d。仅在中国投入工业化生产的Texaco气化工艺就有山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、渭河化肥厂、安徽淮南化工厂等。

6.1 基本原理和气化炉型

Texaco水煤浆加压气化过程属于气流床并流反应过程。气化原理和炉型结构如图5所示。

水煤浆通过喷咀在高速O

2流作用下破碎、雾化喷入气化炉。 O

2

和雾状水煤浆在炉内受

到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历着预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以

及C的气化一系列复杂的物理、化学过程。最后生成以CO、H

2、CO

2

、H

2

O(g）为主要成分