煤气化技术介绍--

3S + 2H2O
CS2 COS NH3 2HCN +1.5 O2 2NOx
N
N2 + H2O + 2CO N2 + xO2
煤燃烧：
Coal Air
C + O2 CO2
H + O2
〔S〕＋ O2 〔N〕＋ O2 Hg 水
H2O
SOX NOX Hg, HgO 水蒸汽
Flue gas
煤气化过程的简单分析：
石油焦
山东 菜园 1.89 14.69 30.75 7 71.10 4.38 5.82 1.19 0.93 1500 >1500 >1500
山东 鲍店 2.31 19.68 30.48 6 65.99 4.25 6.25 1.1 0.42 1480 >1500 >1500
2.36 29.21 6.15 2 60.99 2.59 3.57 0.64 0.64 1500 >1500 >1500
典型的气化技术
● 移动床
Lurgi
HTW
● 流化床
KRW AFB
Texaco
● 气流床
E-Gas
Shell GSP
Lurgi 氧气鼓风气化炉的典型操作结果
泥 煤 煤种来源 粒径（mm） 工业分析（wt%） 挥发份 固定炭 水分 灰分 高热值 kJ/kg 灰熔点 /℃ 操作压力 /MPa 煤气组成，（vol%） CO H2 CH4 CnHm H2S CO2 N2 煤气热值 /kJ/m3 17.0 34.1 13.6 0.6 0.1 33.8 0.8 11614 19.1 37.2 11.8 0.4 0.2 30.7 0.5 11446 15.9 39.2 10.8 1.2 0.4 32.2 0.3 11409 20.2 38.9 11.7 0.4 0.3 28.1 0.4 11748 21.4 38.4 9.6 0.5 0.2 28.9 1.0 11096 24.2 39.7 9.4 1.0 0.8 24.4 0.5 11811 24.8 38.3 9.3 0.6 0.5 25.8 0.7 11438 20.3 45.3 4.7 0.3 0.1 27.5 1.3 9836 57.3 25.2 15.5 2.0 22865 -2.03 36.8 32.6 26.5 4.1 26168 1204 2.52 29.1 30.4 34.3 6.2 27935 1249 3.03 30.5 38.7 16.5 14.3 31168 1427 3.03 19.7 38.3 5.4 36.3 300098 1421 2.86 28.9 43.0 15.7 12.4 32122 1399 2.45 29.1 47.6 5.1 18.2 33332 1382 2.24 5.7 87.3 2.0 5.0 35193 1499 2.86 Ireland 15.2-40.6 Germany 1.0-10.1 褐 煤 North Dakota 1.4-30.5 次 烟 Riotolbio 5.1-30.5 煤 Sasoll 5.1-30.5 烟 Westerfield 5.1-30.5 煤 Charle-ston 5.1-30.5 无烟煤 Vietnam 5.1-30.5
壳牌气化炉的典型数据
项 用 煤 量
目 t/d
设 229
计
变 化 范 围 115-235 2.44-2.51 22.7-34.6 54.8-69.0 2.2-10.8
示 范 运 行 229 2.44 27.7-29.8 66.5-69.0 2.2-2.4
操作严厉 MPa 煤气组成 % H2 CO CO2
1300 1370 1390
热 值
28.06
28.39
20.57
29.2
29.09
15.24
部分试验煤种分析数据
原料 工 Mad 业 Aad 分 Vad 析 Wt% 焦渣特性 元 素 分 析 Wt% 灰 熔 点 C 热 值 Cad Had Oad Nad Stad DT ST FT
MJ/kg Qnet.v.a
*10%残炭回收并进一步折算为5%的功
煤气化综合考虑
煤气化为特定组成气体时必须经气化，变换，甚至合成等步骤
0.99 0.27 10.55 2 84.62 3.40 5.77 1.71 3.24 1500 >1500 >1500
22.72
22.84
19.36
26.87
35.3
28.95
26.15
煤化工
焦炭 煤焦化 煤焦油 焦炉气 电石 粗苯精制 制氢 乙炔 BDO 二甲醚 烯烃 煤化工 产业链 煤气化 合成气 合成氨 烯烃 直接液化 汽柴油 间接液化 甲醇 醋酸 车用燃料 氮肥 各类油品 烯烃 醇、醛、 酮、酸
取决于热力学平衡和接近平衡的程度
实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证
正常的气固流动
备煤，进料，反应，渣排出和气体净化
国内外煤气化工艺
已商业化和正商业化的工艺：
● 气流床气化 ● 流化床气化 ● 固定床气化 GE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-T HTW，Winkler， AFB, Lurgi
2.51 29.9 62.9 5.8
CH4
H2S+COS 炭转化率
0.04
1.0 98.5
0.001-0.004
1.1-1.8 98.5
0.001-0.004
1.1-1.2 97-98
AFB典型的气化结果
产 地 煤 种 煤 kg/h 气化温度 /C 气化压力 (g) /kPa 空气 Nm3/h 氧气 Nm3/h 蒸汽 kg/h 氧煤比 (Nm3/kg) 汽煤比 (kg/kg) 氧浓度 % 煤气组成 (Vol.%) CO CO2 CH4 H2 N2 Ethiopia 褐煤 1056 1000 40.0 102.5 349.3 510 0.33 0.48 82 21.92 28.09 4.23 38.65 7.11 彬县 烟煤 633.3 1084 22.5 123.9 334.0 625.8 0.53 0.99 79 29.46 21.59 1.7 39.73 7.42 西山 焦煤 780 1078 123 427 320 528 0.41 0.68 55 28.36 18.38 1.70 31.88 19.68 东山 瘦煤 932 1097 158 222 475 1256 0.51 1.35 75 26.67 20.98 1.94 42.12 8.20 阳泉 无烟煤 709 1053 30 132 310 745 0.44 1.02 76 36.98 8.07 0.67 29.06 25.22 晋城 无烟煤 522 1187 121 121 330 550 0.63 1.05 79 33.94 22.42 0.64 34.96 8.03
传统煤化工 现代煤化工
煤气化定义
定义：
汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得
煤气的过程。 气化剂：
氧气（空气、富氧空气和纯氧气） 水蒸气 氢气
煤气化的用途：
H2
Fuel cell
（η =80% )
电力
64%
煤
气化
（η =80% )
净化
H2S,NH3, 粉尘， K，Na,Hg
变换
1380 1440 >1500
45.92 2.97 7.03 0.74 0.45
>1500 >1500 >1500
73.98 4.46 9.70 1.24 0.21
1200 1220 1240
69.94 3.85 12.73 0.36 0.46
1160 1210 1300
36.84 2.68 15.Hale Waihona Puke Baidu1 1.02 1.42
C+
1/
2
O2
CO CO2 2CO CO + H2
C + O2 C + CO2 C + H2O
C + 2H2
CO + H2O CO + 3H2 〔S〕 〔N〕
CH4
H2 + CO2 CH4 + H2O H2S+COS NH3+HCN
Gasifier Gas Composition (Vol %) H2 25 - 30 CO 30 - 60 CO2 5 - 15 H2O 2 - 30 CH4 0-5
H2S 0.2 - 1 COS 0 - 0.1 N2 0.5 - 4 Ar 0.2 - 1 NH3 + HCN 0 -0.3 Ash/Slag/PM
煤气化时S和N的基本反应
S+ O2 SO2 + 3 H2 SO2 + 2CO SO2 H2S + 2H2O S +2 CO2
S
2H2S + SO2
C + 2S CO + S N2 + 3 H2
煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求
温度在900℃以上，有足够的停留时间
煤气化的主反应为 C+H2O
CO+H2和C+CO2
2CO，此二反应在高温是
有利的，通常1000℃以上时已达足够平衡转化率
高温高压有利于化学反应进行，但在1000-1200℃以上反应受扩散控制 气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）
CO2
合 IGCC 成 气 （η =60% ) 炼油厂 H2 合 成 气
电力
48%
甲醇
DME MTO MTP MTG
直接液化
合成氨 合成
汽油 柴油 油品 NH3 甲醇 合成油
煤气化：
CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+••••
Coal Oxygen Steam
用途
能源 能源
燃烧发电 （10～35MJ/kg）
制合成气 CO+H2，H2 制燃料气CH4,CO,H2 制还原剂（冶金焦，铁合金焦） 制吸附剂（活性炭，活性焦）
部分试验煤种分析数据
原料 工 Mad 业 Aad 分 Vad 析 Wt% 焦渣特性 东山 瘦煤 1.30 18.23 13.61 3 西山 焦煤 1.49 16.91 19.51 6 王封 贫瘦煤 0.95 12.68 13.50 4 焦煤 洗中煤 1.53 41.36 18.49 4 神木 烟煤 4.42 5.99 32.15 3 彬县 烟煤 2.52 10.14 24.43 2 埃塞 褐煤 13.58 29.45 30.18 2
煤气热值 kJ/Nm3
煤气产率 Nm3/kg 炭转化率 %
9372
1.19 90.43
9468
2.12 85.7
8318
2.24 89.7
9497
2.35 88.1
8722
1.95 84
9000
2.43 86
试验煤种特性
煤种：
灰含量：
褐煤——烟煤——无烟煤——石油焦
1%——37.88%
灰熔点：
挥发份：
元 素 分 析 Wt%
灰 熔 点 C
Cad Had Oad Nad Stad
DT ST FT
MJ/kg Qnet.v.a
d
70.93 3.53 2.59 1.37 2.05
1480 >1500 >1500
70.58 4.15 4.89 1.16 0.82
>1500 >1500 >1500
76.21 3.40 3.41 0.72 2.63
1160 C——1500 C +
6.15%——32.15%
所有试验煤种均能连续稳定操作，气化指标、 消耗指标、处理能力等依煤质 优劣而不同
气化过程的分析和选择
不同气化炉工艺冷煤气效率和气化过程效率比较
气化炉 项目 冷煤气效率, % 过程效率, % 备注 Lurgi 79.9 _ 块煤，复杂 的其它净化 系统 HTW 82.4 76.7 褐煤 KRW 80.7 73.8 AFB 73.9（78）* 68（72）* 无烟煤 Shell 80.7 71.0 Texaco 76.8（70） 67.2（68） 煤浆浓度 66.5%(62%)
d
湖南 无烟煤
阳泉 无烟煤 2.06 27.82 8.93 2 61.49 2.83 3.45 0.89 1.46 >1500 >1500 >1500
晋城 无烟煤 1.97 37.88 6.65 2 53.08 2.03 2.25 0.33 2.46 1380 1440 >1500
晋城 无烟煤 1.80 19.02 7.96 2 72.73 2.69 2.77 0.73 0.26 >1500 >1500 >1500
煤气化技术介绍
化工冶金事业部 @2013.11 28
介绍内容
煤炭的特性 煤气化原理 现代煤气化技术发展
一. 煤炭的组成和用途
煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳为主，
主要成份为C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的 无机矿物， Ash ： 1～50%， Water: X～60%， Volatile：3～45%