煤气化
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。
煤的气化_
-482185 -567326 -42361 -206664
2.2×1017 2.4×1015 1.04 0.577
4.4×1011 4.9×1010
0.333 1.77×10-4
6
5.1.2 煤气化的物理化学基础
典型气化反应的化学平衡 ✓ 水蒸气和碳反应以及二氧化碳的还原反应为吸热反应，与碳的燃烧反应
5.1.2 煤气化的物理化学基础
气化反应化学平衡
反应
反应式
非均相反应 燃烧 部分燃烧 炭与水蒸气反应 Boudouard反应 加氢反应 均相反应 氢燃烧 CO燃烧 水煤气反应 甲烷化反应
C+O2=CO2 2C+O2=CO C+H2O=CO+H2 C+CO2=2CO C+2H2=CH4
2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 CO+H2O=CO2+H2 CO +3H2=CH4+H2O
发生炉与气化过程示意图
1.炉体；2.加料装置；3.炉栅； 4.送风口；5.灰盘
5.1.1 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； -干燥层和干馏层进行原料的预热、干燥和干馏。 实际操作中，发生炉内进行的气化反应并不会在截然分开的区域中进行 ，各区域无明显的分界线。
14
5.1.3 煤性质对气化的影响
（c）灰熔点与结渣性 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。对移动床气化炉，大块的炉渣将会 破坏床内均匀的透气性，严重时炉篦不能顺利排渣，需用人工破渣，甚至被 迫停炉。另外炉渣包裹了未气化的原料，使排出炉渣的含碳量增高。对流化 床来说，即使少量的结渣，也会破坏正常的流化状况，另外在炉膛上部的二 次风区的高温，会使熔渣堵塞气体出口处等。
第5章煤炭气化技术ppt课件
合成气是经变换和净化后的水煤气，具有特定组分要求，是合 成某种化工产品原料煤气。合成气的组成与用途有关，如合成氨、 合成甲醇、合成醋酸等都有不同的成分要求：
合成氨所用的合成气必须是氮和氢的混合物，且H2/N2约等于3； 合成甲醇用合成气要求CO含量较高，H2/N2约等于2.5。
5.1.3 煤气的应用
热值稍高于 作燃料气、高热
空气煤气
值煤气稀释剂蒸汽、空气或空 气源自气和水煤气混合煤干馏
CO、CO2、N2、 H2 V（CO+H2） /V(N2)=3.1 ~3.2
CO、CH4、 H2、少 也可直接作
量乙烯、N2、CO2
燃料
合成氨的原料气 合成氨的原料
典型的几类煤气的组成和热值
煤气名称
空气煤气 混合煤气
• 5.1.2 煤气的种类
• 煤气成分取决于燃料、汽化剂的种类以及气化过程的条件。 • 根据汽化剂和煤气成分分类
煤气种类 空气煤气
水煤气 混合煤气
半水煤气
焦炉煤气
汽化剂 空气
水蒸汽、氧气 蒸汽、空气
煤气成分 CO、CO2、N2
H2、CO CO、CO2、N2 、
H2
特点
用途
热值低
燃烧发电
热值高
合成原料
扩散）； （3） 反应气体分子吸附在固体表面上，形成中间络合物； （4） 吸附的中间络合物之间，或中间络合物和气相分子
之间发生反应，属于表面反应步骤； （5） 吸附态的产物从固体表面脱附； （6） 产物分子通过固体的内部孔道扩散出来（内扩散）； （7） 产物分子从颗粒表面扩散到气相中（外扩散）。
• 总反应速度可以由外扩散过程、内扩散过 程或表面反应过程控制。大量实验研究表 明，低温时表面反应过程是气化反应的控 制步骤，高温条件下，扩散或传质过程逐 步变为控制步骤。
名词解释煤气化
名词解释煤气化
煤气化是一种将固体煤转化为可燃气体的过程。
在煤气化过程中，煤被加热到高温下（通常在800°C至1,200°C之间），并在缺少氧气的条件下进行化学反应。
这个过程主要由两个关键步骤组成：
1.干馏：煤在高温下分解为固体残留物（焦炭）和气体产品（煤气）。
这个步骤类似于炼焦过程，其中煤中的挥发性物质被释放出来，形成可燃气体。
2.气化：煤气是一种混合气体，其中包含一系列可燃气体组分，如一氧化碳（CO）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。
气化过程通过进一步的化学反应将焦炭和其他产物转化为这些气体。
煤气化产生的煤气可以用于多种用途，包括能源供应和化学品生产。
它可以用作燃料气体，用于发电、加热和工业过程。
此外，煤气也可以用于生产合成气体、氢气、甲醇等化学品。
煤气化技术的应用可以减少对传统煤炭燃烧的依赖，有助于减少环境污染和温室气体排放。
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）
煤气化-煤炭高效清洁利用的核心技术
煤气化•煤炭高效清洁利用的核心技术煤是古代的植物埋藏在水底或是地底下，经过长时间空气的稀缺和漫长的时代发展，在其中进行了复杂多变的物理化学变化和生物化学变化，慢慢形成了一种具有可燃性的固体状矿物。
从组成煤的化学成分来看，煤中主要含有碳、氢、氧、硫等元素，还有一些灰分物质。
不过煤炭中还是主要以矿物质为主，在不同的地质年代和经历了不同的化学变化所形成的煤的组成成分都是大不相同的。
一、何谓煤炭气化煤炭是我国最基本的能源之一，也是战略必备的原料，据科研人员进行的侦测显示，在我国三大化石能源的含量中，煤炭的含量远比我们想象的多，已经超过总含量的百分之九十。
据统计在2016年，中国的煤炭产量为33.6亿吨，占全球总产量的45.7%。
每个国家的运行都缺不了对于煤炭的利用，所以我们要做到对煤炭高效环保的利用，来稳定世界化石能源的含量，保障每个国家的能源安全问题，促进世界的生态文明建设，对于一个国家的经济发展和科技进步有很大的重要作用。
煤炭气化是指在一定的高温和大气压的作用下，使其与氧气、水蒸气进行相应的化学反应，将煤中所含的主要元素转变为由一氧化碳和氢气组成的主要气体的过程，与此同时，在反应过程中会有一些煤渣的产生。
对煤炭气化和煤炭进行燃烧是两个完成不同的过程，对煤炭的燃烧是指将煤炭中的主要元素与空气中的氧气发生燃烧反应，所达到的效果是能够充分利用煤炭中所含有的化学能，将其转化为热能的一个过程。
而对煤炭气化将其中一部分元素进行氧化，目的是能够生成可利用的气体，进而达到目的。
相对于煤炭燃烧，对煤炭气化更加环保、高效，更符合现代所理想的情况。
二、煤炭气化的重要性煤炭气化是对煤炭处理的一个环保、高效的过程，是对煤炭利用的主要过程，是发展煤炭产业、燃料利用和燃料电池的根本。
除此之外，煤炭气化也在炼油、发电、冶金有很大的应用，是这些行业进行发展的不可缺少的一门技术。
我们将对煤炭的利用视野拓宽来看，煤炭不单单是三大化石能源之一，也是化工行业的不可或缺的原料之一。
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。
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
煤气化工艺流程
煤气化工艺流程
《煤气化工艺流程》
煤气化是一种将固态煤转化为可燃性气体的化学过程，其基本原理是在高温、高压和缺氧的环境中，将煤转化为一种称为合成气的混合气体。
合成气主要由一氧化碳和氢气组成，可以用于发电、制氢、合成化学品等各种工业过程。
煤气化工艺流程主要包括煤的预处理、煤气化反应、气体净化和气体利用四个基本环节。
首先，煤需要经过粉碎、干燥和脱硫等预处理过程，以提高气化效率和减少煤中的杂质。
接下来，煤会被送入气化炉中，在高温（1000-1300摄氏度）和高压
（20-30大气压）的环境下，与少量氧气或蒸汽进行化学反应，生成合成气。
然后，合成气会通过一系列气体净化设备，包括除灰、除硫、除氨、除苯等工艺，以降低对下游设备和环境的影响。
最后，净化后的合成气可以被用于发电、制氢、合成甲烷等不同的应用领域。
煤气化工艺不仅可以提高能源利用率，还可以降低对环境的影响。
与传统的直接燃烧煤炭相比，煤气化可以减少大气污染物的排放，同时产生的固体废弃物也较少。
因此，煤气化技术在能源和环保领域具有广阔的应用前景。
总的来说，煤气化工艺流程包括煤的预处理、煤气化反应、气体净化和气体利用等环节，其成功实施可以有效提高能源利用率，降低环境污染，对未来的能源发展具有重要意义。
煤的气化和液化是什么变化
煤的气化和液化是什么变化煤的气化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。
煤的液化指煤与H2在催化剂作用下转化为液体燃料。
煤的气化和煤的液化都是化学变化。
煤的气化和液化是什么变化化学反应。
煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类，煤的液化属于化学变化。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
煤气化是一个热化学过程。
以煤或煤焦为原料，以氧气空气、富氧或纯氧、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料或下游原料的过程。
煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油个别气化技术、灰渣等副产品。
煤气化工艺技术分为：固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术三大类，各种气化技术均有其各自的优缺点，对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。
煤主要含什么元素煤主要含有碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素。
在煤炭中，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。
煤为不可再生的资源。
煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产，一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。
俗称煤炭。
而且中国是世界上最早利用煤的国家。
煤的主要作用有哪些1、发电：煤是一种常用的发电能源。
其燃烧后可以产生高温高压的蒸汽，驱动涡轮机发电。
2、加工化学品：煤可以用于生产多种化学品，如乙烯、甲醇、磷酸、硫酸等，被广泛应用于工业生产中。
3、钢铁冶炼：煤是铁的主要燃料，可提供高温和还原剂，让矿石内的铁氧化物还原成铁金属。
4、热能供暖：煤是一种非常常用的热能来源，被用于家庭供暖和工业取暖。
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
煤气化
2-1-8 2-1-9 2-1-10 2-1-11
上述生成甲烷的反应，均为放热反应。
• 4 煤中其他元素与气化剂的反应
• 煤中还含有少量元素氮（N）和硫（S）。他们与气化剂O2 、H2O、H2以及反应中生成的气态反应物之间可能进行的反应如 下 S + O2 = SO2 2-1-12 SO2 + H2 = H2S + 2H2O 2-1-13 2H2S + SO2 = 3S + 2H2O 2-1-14 C + 2S = CS2 2-1-15 CO + S = COS 2-1-16 N2 + 3H2=2NH3 2-1-17 N2 + H2O + 2CO = 2HCN + 1.5O2 2-1-18 N2 + XO2 = 2NOx 2-1-19
（二） 理化过程：
•
煤的热解：煤受热后自身发生一系列物理和 化
• 学变化的复杂过程 • 煤的气化 • 非均相反应：气化剂与固体煤或 • 煤焦的反应 • 煤的气化 • 均相反应：气态反应产物之间或 • 与气化剂的反应
习惯上将气化反应分为三种类型：碳－氧之间的反应、 水蒸汽分解反应和甲烷生产反应。
• • • • • • • • • 1 碳与氧之间的反应有： C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO C + CO2 = 2CO 2CO + O2 = 2CO2 2-1-1 2-1-2 2-1-3 2-1-4
•
3 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反应以及气体产物之间的反应的 结果。
• • • • •
C + 2H2 = CH4 CO + 3H2 = CH4 + H2O 2CO + 2H2 = CH4 + CO2 CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
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。
《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。
煤化工工艺流程气化
煤化工工艺流程气化
煤化工工艺流程气化是将固体煤转化为可用气体的过程。
常见的气化方式有煤气化、水煤气化和干燥气化。
本文将主要介绍煤气化的工艺流程，包括煤的预处理、气化反应、气体处理以及能源回收。
首先是煤的预处理。
煤通过破碎、筛分、磁选等工序进行预处理，以保证煤的颗粒度适合气化反应，并去除其中的杂质和硫。
接下来是气化反应。
煤经过破碎和干燥后送入气化炉，同时加入适量的空气和水蒸气。
在高温高压的条件下，煤发生热解和气化反应，生成一氧化碳、氢气等可用气体，同时还会产生固体残渣-炉渣。
第三步是气体处理。
气化产生的气体中含有酸性物质和固体颗粒物，需要进行处理。
首先将气体经过除尘器除去固体颗粒物，然后进入酸性气体处理装置，通过循环吸收剂的反复吸收和再生，去除气体中的硫和其他酸性物质，最后经过再净化设备除去尾气中的其他杂质。
最后是能源回收。
在气化过程中产生的高温高压烟气可以用来转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。
同时，气化过程还会产生大量余热，可以通过余热锅炉等设备进行回收，提供给其他工艺过程使用，提高能源利用效率。
总的来说，煤化工工艺流程气化是将固态煤转化为可用气体的过程。
通过煤的预处理、气化反应、气体处理以及能源回收等
步骤，可以将煤转化为可用气体，并回收利用其中的能源。
这种工艺具有高效、环保的特点，对于煤资源的有效开发和利用具有重要意义。
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。
煤气化的名词解释
煤气化的名词解释
嘿，你知道煤气化吗？煤气化呀，就好比是一场神奇的魔法变身！你想想看，那些黑黑的煤炭，就像灰姑娘一样，经过一系列复杂的过程，竟然能变成清洁的气体燃料！这多神奇啊！比如说，煤炭就像一块璞玉，而煤气化就是那个雕琢它的大师，把它变成了闪闪发光的宝贝。
煤气化简单来说呢，就是将煤炭在特定的条件下转化为气体混合物的过程。
这可不是随随便便就能做到的哦！就好像你要成为一个武林高手，得经过刻苦的修炼一样。
在这个过程中，煤炭要经历高温、高压等各种考验。
哎呀，这简直就是煤炭的一场大冒险嘛！
在煤气化的世界里，有各种各样的技术和设备呢！它们就像是一支强大的军队，各自发挥着重要的作用。
比如气化炉，那可是核心装备呀，就如同将军一样指挥着整个战斗。
还有那些催化剂呀，就像是军师，出谋划策，让反应进行得更加顺利。
你可能会问啦，煤气化有啥用呢？用处可大啦！它能让我们得到更清洁的能源，减少对环境的污染。
这就好比给我们的地球洗了个舒服的澡，让它变得干干净净、清清爽爽的。
而且，煤气化还能为很多工业生产提供原料呢，这不是一举多得嘛！
煤气化的发展也是经历了风风雨雨呀！科学家们不断地探索、研究，就像探险家在未知的领域里勇敢前行。
他们一次次地尝试，一次次地
改进，才有了今天煤气化技术的不断进步。
我觉得煤气化真的是太了不起啦！它就像是黑暗中的一盏明灯，为
我们照亮了通往清洁、高效能源的道路。
我们应该好好支持和发展煤
气化技术，让它为我们的生活带来更多的好处呀！你说是不是呢？。
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煤的气化过程是利用气化剂与高温煤层或煤粒接触并相互作用
，使煤中的有机化合物在氧气不足的条件下进行不完全气氧化 ，尽可能完全地转化成含氢、甲烷和CO等可燃性气体。
二、煤炭气化工艺的原则流程
煤炭气化工艺的原则流程:包括原料准备、煤气的生产、净化 及脱硫、煤气变换、煤气精制以及甲烷合成等6个主要单元。
• 它的意义在于不影响煤气热利用，而达到除 尘的目的。
• 干式除尘设备的原理: 有的是依靠离心力的作用，将煤气中的粉尘 分离；
有的是用过滤的方法，达到分离的目的；
有的是利用电场的电离作用，分离煤气中的 颗粒杂质。
煤气的净化工艺及主要设备
干法
• 气化煤气的除尘
湿法
A 干法---旋风除尘器
➢结构：旋风除尘器为一圆筒形 结构，由外筒和内筒组成，下部 为一锥形底。 ➢原理：煤气由除尘器的切线方 向进入，在旋风除尘器中作旋转 运动。 悬浮于煤气中的尘粒在离心力的 作用下被抛向器壁。 又在重力作用下落至分离器的锥 形底部，由排尘管排出。 净化煤气：经除尘分离后的煤气 在内外圆筒之间作旋转运动至圆 筒下部，然后沿内筒旋转上升而 引出。
煤气与水接触面积大； 接触时间长； 冷却效果好。
2.间接冷却：采用冷却介质和煤气不直接接触 的间接冷却法. 优点：不会发生冷却介质循环水被污染的问题
. 缺点：当煤气中夹带大量的飞灰颗粒和焦油杂 质时，冷却设备中煤气流一侧的换热壁上煤尘 颗粒与焦油粘和。 造成设备换热热阻上升，影响传热。 严重时甚至会堵塞气流通道。
间冷器
如果煤气中不含焦油、粉尘 ，也经过初级除尘的话，间 接冷却作为二级冷却是理想 的选择。 因为煤气、冷却水直接接触 多少会影响循环水水质，溶 解在水中的酚极不利于环境 的保护。 水煤气净化工艺流程中，粗 煤气经档板式集尘器、洗气 箱初步分离粉尘后，较多采 用此冷却方法。
4.3.1.8 目前国内煤气化技术发展中主要存在的 问题如下。
美国地下气化试验始于1946年，1987年在洛 杉矶进行了扩展贯通井孔（ELW）和注入点控 制后退（CRIP）两种模式水蒸气/氧气鼓风试 验，获得了中热值煤气，但产气成本远高于 天然气。
英国、法国、西班牙和东欧国家也十分重视 煤炭地下气化，进行了实验室研究及建模工 作，其主要目标放在井下难以开采的千米以 下的深部煤层气化的研究上。
❖ 在1998年9月完成的鹤壁一矿矿井气化工业试验 中，目前正进一步示范和推广。
❖ 2007年1月，新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新 奥气化采煤技术有限公司,与中国矿业大学共同开展 “无井式煤炭地下气化试验项目”研究。
❖ 2007年10月24日，我国首套日产15万方煤气的无井 式煤炭地下气化试验系统和生产系统一次点火成功 。
空塔
• 温度：一般发生炉煤气在空塔中的温度约降低 300oC ，甚至更高.
• 粉尘：粉尘、大颗粒焦油的去除量为50-60%. • 灰泥：空塔底部有清灰门，用来清除空塔底部积
沉的灰泥。
填料塔 填料塔也是一种直冷式煤气冷 却净化设备。 和空塔相比，洗涤塔作为二级 冷却净化设备。 煤气一级处理后气流中的杂质 细小，需要进一步的洗涤除尽 ，温度还要降低。为了实现这 两个目的，这通过加设填料来 实现。 特点：
①普遍采用传统的常压固定床气化工艺，技术 落后，气化效率低，污染严重。煤气生产规 模小，终端产品单一，企业经济效益差。急 需用现代技术对大部分煤气站进行技术改造 。
②大型气化技术均靠引进。国家在加压固定床 、加压流化床水煤浆气化等方面已有工业示 范，煤气化成本已降低。但国产化大型气化 技术远不能满足市场需求，有的技术只能达 到跟踪国际发展趋势的水平，急需集中优势 力量联合攻关，开发并形成具有自主知识产 权，污染低、效率高的先进技术。
Shell（谢尔）气化炉
• 结构是气固上行并流，干粉煤进料 • 温度：火焰中心2000℃ • 出炉温度 1350~1600℃ • 煤气组成CO 60%，H2 30% • 出口循环冷煤气冷激至900℃/1100℃，再废热
锅炉冷至300℃回收热量，冷煤气效率最高 ~90%。 • 操作压力3.0~4.0MPa • 碳转化率98%以上 • 处理能力 2000t/d•台（煤基）。
原料气的H2/CO 比值为 3/1； 反应前脱除原料气中的CO2 ； 催化剂床层内没有内部冷却装置。
液相甲烷化反应工艺流程
催化剂在浸没在轻油中； 甲烷化是进行强放热的反应； 具有较高的选择性和较大的灵活性。
煤的气化与煤的干馏过程和产物是有显著区别的：
煤的干馏过程是煤炭在隔绝空气的条件下，在一定的温度下进
2 催化剂
元素周期表中第Ⅷ族的所有金属元素对CO加氢生成甲 烷具有不同程度的催化作用 ； 研究表明镍是良好的金属催化剂； 甲烷化催化剂常用的反应温度 280～500℃， 压力至少为 2～2.5 MPa ，有足够大而温度的比表面。
3 工艺流程
（1）选择反应条件时考虑的因素： 在 200℃ 以上，甲烷生成的催化反应能达到足够高的 反应速度；
③先进的煤气化技术在提高煤炭利用率、减少 环境污染方面的潜力很大，但技术开发时间长 、风险大，建设投资高、周期长，工程建设投 资大。目前国家对技术研发的资金投入不够， 尤其缺乏对大型示范工程的资金支持；对于工 程项目缺乏贷款利息、税收等经济激励政策方 面的必要优惠和扶持。
再见
4.3.1.10 煤炭地下气化
❖ 1987年首先在江苏徐州马庄矿进行了无井式空气 连续地下气化现场试验。
❖ 1994年3月在江苏徐州新河二号井煤炭地下气化 半工业性气化试验点火成功，正常运行连续产气 295天，完成了预订的试验目标。
❖ 黑龙江依兰矿区气化矿井技术试验，于1998年1 月通过技术鉴定。
❖ 1998年8月，河南义马利用该技术对高灰分（大 于40%）、低热值（小于11.29 MJ/kg，折合 2700 kcal/kg）煤生产出煤气。
煤气化
2020年5月26日星期二
4.3.1.8 煤气的净化
气化煤气的净化处理
脱硫 除焦油 除尘
• 除尘
• 热煤气工艺采用旋风除尘器干式除尘.
• 冷煤气净化冷却工艺中冷却和除尘是同时进 行的，常见的冷却洗涤塔既是冷却设备又是 湿法除尘设备。
• 干式除尘设备是在不降低煤气温度的前提下 ，分离气化煤气中的粉尘颗粒.
B、湿法冷却除尘设备
气化煤气的湿法冷却有直接冷却和间接冷却. 1. 直接冷却：用水直接喷淋煤气 不但有显著的冷却效果. 而且可以冲刷煤气中的飞灰颗粒和焦油等杂质. 副作用:用于喷淋煤气的循环水直接和粗煤气接触 ，有害杂质可能溶于水中，恶化水质。
直接冷却设备
空塔 空塔是一种直冷式煤气冷却净化 设备。 冷却循环水喷淋洗涤煤气，煤气 增湿降温，同时净化除尘。 冷却水：空塔的上部煤气出口管 下方布置一个或若干个喷嘴，高 压循环水从喷嘴喷出，呈细小水 滴或雾化状. 煤气：从空塔下部进入，与自上 而下的喷淋水作逆向运动，发生 传热、传质过程。
矿井、采煤、气化为一体。 ❖ 投资少。其投资为地面气化的1/2—1/3。 ❖ 有利于环境保护，把废液、废渣留在地下。
(7) 国外煤炭地下气化技术
1888年著名化学家门捷列夫在世界上首次提 出了煤炭地下气化的设想， 1908年英国曾于进行地下气化试验。 20世纪30年代开始，前苏联从在莫斯科近郊 建设试验区，1941年莫斯科近郊煤田从技术 上第一次解决了无井式地下气化问题。
当压力不变而反应温度升高时，甲烷含量将下降，为 达到CO完全加氢，反应宜分步进行；
在 450℃ 以上， CO分解会产生碳在催化剂上的沉积 ；
在原料气中加入蒸气使气体的温升减小； 当原料气的H2/CO 比值较小时，也需引入蒸气。 选择避免消耗能量的工艺步骤。
（2）工艺流程举例： 固定床催化剂多段绝热反应器的甲烷化反应流程
❖ 到目前为止，项目实现了低热值煤气示范性发电， 至今500kW发电机一直稳定运行，每月发电量约11万 度。
再见
国际气流床气化技术
Texaco（德士古）气化炉
• 煤气成分CO+H2占80% • 碳转化率95%或更高，冷煤气
效率70.5% • 水煤浆进料
dp=0.1mm 煤浓度70% • 煤灰熔点，要求低于1350℃ ， CH4含量低 • 出口水冷激降温 • 生产规模大，2000t/d.台（煤 基）
CO + H2O
H2 + CO2
ΔH= － 38.4 kJ/mol
CO2 + 4H2 （2）副反应：
CH4 +2H2O ΔH= － 162.8 kJ/mol
2CO
CO2 + C
ΔH= － 173.3 kJ/mol
C+ 2H2
CH4
ΔH= － 84.3 kJ/mol
（3）合成气组成对甲烷化反应的影响： 随着CO2含量的增加，使达到平衡时CH4含量的降低， CO含量升高； 随着反应温度的升高，平衡时CH4含量的降低， CO、 CO2含量升高； 提高压力，使达到平衡时CH4含量增加。
GSP气化炉
• 结构为气固下行 并流干粉煤进料
• T=1300℃~1500℃ • 压力Pmax= 8 Mp • 煤种适应能力大
。 • 碳转化率99.5%
冷煤气效气的甲烷化
1 煤气甲烷化的基本原理
（1）基本反应：
CO + 3H2
CH4 + H2O
ΔH=－ 219.3 kJ/mol
（4）煤炭地下气化的过程
打孔 贯通 气化区域：
氧化层 还原层 干馏层 干燥层 灰渣层
气化剂 地表
煤气
盘区
灰渣层 氧化层，还原层，干馏层，干燥层，
20
（5）煤炭地下气化适合的 煤种及煤层