煤的干馏和气化
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煤化工反应单元工艺
煤的干馏和气化
2010 .6. 4
1 煤的干馏
一、煤的热分解
定义
煤在隔绝空气的条件下加热至较高温度而发生的一系 煤在隔绝空气的条件下加热至较高温度而发生的一系 隔绝空气的条件下加热 物理变化和化学反应的复杂过程 的复杂过程， 列物理变化和化学反应的复杂过程，称为煤的热解或 称热分解和干馏。 称热分解和干馏。
一、移动床煤气化炉
原料煤： 原料煤 块煤(高灰熔点；
5mm~25mm)
气化剂： 气化剂
空气和水蒸气(常压） 氧气和水蒸气（加压 3MP）
类型
常压水煤气炉—UGI 移动床加压炉—LG 液态排渣炉—BGL
二、流化床煤气化炉
原料煤： 原料煤： 碎煤（≤8mm；高灰劣质煤） 类型
温克勒炉（Winkler） 高温温克勒炉（HTW） 灰团聚流化床气化炉（KRW;U-gas）
三、气流床煤气化炉
原料： 原料：粉煤+助熔剂（≤0.1mm，高灰熔点）
或水煤浆 KT Shell Prenflo Texaco Dow
干法进料
按进料类型
湿法进料
气流床气化炉示意图
1.湿法进料气化炉 1.湿法进料气化炉
Oxygen (95-99%)
炉膛 ：耐火砖 液态排渣
N2 气化温度： 气化温度：1300~1500℃ ℃ 消耗低 气化时间： 气化时间： 3~10s Air 煤种适应范围广 Air Separation 炭转化率高： 炭转化率高：98%~99% Unit 处理量 ：2660t/d 气化压力 ：8.0MPa Products (syngas): •CO •H2
热解
煤
胶质体
膨胀 T＞T固化 ＞
焦炭
煤焦化学产品的组成和产率
一般的炼焦工业条件下，各种产物的产率（ 一般的炼焦工业条件下，各种产物的产率（对于煤的质 量分数） 量分数）为：
焦炭 净焦炉煤气 焦油 化合水 苯族烃 氨 其他 75%~78% 15 % ~19 % 3 % ~4.5 % 2 % ~4 % 0.8 % ~1.4 % 0.25 % ~0.35 % 0.9 % ~1.1 %
煤气化的基本化学反应
C + 1 / 2O2 = CO
C + O2 = CO2
• 非均相反应
C + H 2O = CO + H 2
C + CO2 = 2CO
C + H 2 = CH4
CO + H 2O = H 2 + CO2
• 均相反应
CO + H 2 = CH 4 + H 2O
煤气化的分类方法
按制取煤气热值可以分为：制取低热值 低热值煤气法 按制取煤气热值可以分为：制取低热值煤气法 ）、制取中热值煤气法 制取中热值 （≤8374kJ/m3 ）、制取中热值煤气法 和制取高热值 高热值煤 （16747kJ/m3 ~33494kJ/m3 ）和制取高热值煤 气法 （ ≥ 33494kJ/m3 ）。 按气化过程供热方法可以分为：部分氧化法 按气化过程供热方法可以分为：部分氧化法、间接 供热法和气化反应放热供热法 法和气化反应放热供热法。 供热法和气化反应放热供热法。 按反应类型分为：移动床、流化床、 按反应类型分为：移动床、流化床、气流 床和熔融 床等
2 煤的气化
定义 以煤或半焦为原料，以氧气、 以煤或半焦为原料，以氧气、水蒸气或氢气等 作为气化剂， 作为气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤或 煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。 煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。
一氧化碳 气化产物 煤气） （煤气） 氢气 甲烷等 城市煤气 工业燃气 煤气用途 化工原料气 工业还原气
焦炭
炼焦的主要产品
煤气 化学品
煤的成焦过程
煤热解产生气、 煤热解产生气、液、固三相共存的胶质体， 固三相共存的胶质体， 胶质体 由于它的透气性差，发生了胶质体的膨胀 膨胀， 由于它的透气性差，发生了胶质体的膨胀， 而当温度超过胶质体的固化温度 固化温度时 而当温度超过胶质体的固化温度时，则发生 粘结现象最终形成焦炭 焦炭。 粘结现象最终形成焦炭。
Gasifier (quench type)
By-products: •H2S •CO2
Carbon Source (e.g., coal) + Water
＋
Biblioteka BaiduSlag (Inert Minerals/Ash from Coal)
2.干法进料气化炉 2.干法进料气化炉
水冷壁结构 液态排渣 消耗低 煤种适应范围广 炭转化率高97%~98 % 处理量 2000t/d
1）连续式外热立式炉 目前国内仍采用伍德炉制取煤气。 伍德炉制取煤气 目前国内仍采用伍德炉制取煤气。 缺点：传热慢； 缺点：传热慢；生产能力小
2）固体热载体干馏法 优点：加热速率快，单元设备生成能力大 优点：加热速率快，单元设备生成能力大
三、煤的高温干馏 煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000℃左右， 煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000℃左右，经过 隔绝空气加热 左右 干馏的一系列阶段，最终得到焦炭， 干馏的一系列阶段，最终得到焦炭，这过程称为 高温干馏或称高温炼焦或简称炼焦。 高温干馏或称高温炼焦或简称炼焦。
正压操作的焦炉煤气处理系统
正压操作下焦炉煤气处理系统图
正压操作的煤气处理系统，适用于饱和器法生产硫铵 饱和器法生产硫铵（ 国内 正压操作的煤气处理系统，适用于饱和器法生产硫铵（需55℃）和 ℃ 弗萨姆法回收氨系统 回收氨系统； 弗萨姆法回收氨系统；
负压操作的焦炉煤气处理系统
在负压下操作的焦炉煤气处理系统图 负压操作的煤气处理系统，国内也有应用。此流程适合于水洗氨工 国外 负压操作的煤气处理系统，国内也有应用。此流程适合于水洗氨工 艺。
研究煤热解的作用
对煤热加工技术有直接的指导作用 指导开发新的热加工技术
煤受热发生的变化
煤在隔绝空气加热时 煤中有机质发生变化， 煤在隔绝空气加热时，煤中有机质发生变化，形 隔绝空气加热 有机质发生变化 气态、液态和固态产物 产物。 成气态、液态和固态产物。典型烟煤受热发生的 变化过程如下图： 变化过程如下图：
Prenflo气化炉示意图 气化炉示意图
3.气流床煤气化工艺 气流床煤气化工艺
Sulfur ByBy-Product Fly Ash By-Product By-
Slag By-Product By-
气流床煤气化工艺流程示意图
脱气 析出煤气 （包括热解水，CO， CO2，主要是气态烃） 脱水 析出焦油 （450℃最多）
100
室温
200
300
开始 软化
400
500
600
700
800
900
1000
t/℃ ℃
第二阶段 第三阶段
第一阶段
典型的烟煤热分解过程示意图
煤热解的影响因素
煤化程度 加热终温 升温速率 压力的影响等
低温干馏的方法
煤的干馏和气化
2010 .6. 4
1 煤的干馏
一、煤的热分解
定义
煤在隔绝空气的条件下加热至较高温度而发生的一系 煤在隔绝空气的条件下加热至较高温度而发生的一系 隔绝空气的条件下加热 物理变化和化学反应的复杂过程 的复杂过程， 列物理变化和化学反应的复杂过程，称为煤的热解或 称热分解和干馏。 称热分解和干馏。
一、移动床煤气化炉
原料煤： 原料煤 块煤(高灰熔点；
5mm~25mm)
气化剂： 气化剂
空气和水蒸气(常压） 氧气和水蒸气（加压 3MP）
类型
常压水煤气炉—UGI 移动床加压炉—LG 液态排渣炉—BGL
二、流化床煤气化炉
原料煤： 原料煤： 碎煤（≤8mm；高灰劣质煤） 类型
温克勒炉（Winkler） 高温温克勒炉（HTW） 灰团聚流化床气化炉（KRW;U-gas）
三、气流床煤气化炉
原料： 原料：粉煤+助熔剂（≤0.1mm，高灰熔点）
或水煤浆 KT Shell Prenflo Texaco Dow
干法进料
按进料类型
湿法进料
气流床气化炉示意图
1.湿法进料气化炉 1.湿法进料气化炉
Oxygen (95-99%)
炉膛 ：耐火砖 液态排渣
N2 气化温度： 气化温度：1300~1500℃ ℃ 消耗低 气化时间： 气化时间： 3~10s Air 煤种适应范围广 Air Separation 炭转化率高： 炭转化率高：98%~99% Unit 处理量 ：2660t/d 气化压力 ：8.0MPa Products (syngas): •CO •H2
热解
煤
胶质体
膨胀 T＞T固化 ＞
焦炭
煤焦化学产品的组成和产率
一般的炼焦工业条件下，各种产物的产率（ 一般的炼焦工业条件下，各种产物的产率（对于煤的质 量分数） 量分数）为：
焦炭 净焦炉煤气 焦油 化合水 苯族烃 氨 其他 75%~78% 15 % ~19 % 3 % ~4.5 % 2 % ~4 % 0.8 % ~1.4 % 0.25 % ~0.35 % 0.9 % ~1.1 %
煤气化的基本化学反应
C + 1 / 2O2 = CO
C + O2 = CO2
• 非均相反应
C + H 2O = CO + H 2
C + CO2 = 2CO
C + H 2 = CH4
CO + H 2O = H 2 + CO2
• 均相反应
CO + H 2 = CH 4 + H 2O
煤气化的分类方法
按制取煤气热值可以分为：制取低热值 低热值煤气法 按制取煤气热值可以分为：制取低热值煤气法 ）、制取中热值煤气法 制取中热值 （≤8374kJ/m3 ）、制取中热值煤气法 和制取高热值 高热值煤 （16747kJ/m3 ~33494kJ/m3 ）和制取高热值煤 气法 （ ≥ 33494kJ/m3 ）。 按气化过程供热方法可以分为：部分氧化法 按气化过程供热方法可以分为：部分氧化法、间接 供热法和气化反应放热供热法 法和气化反应放热供热法。 供热法和气化反应放热供热法。 按反应类型分为：移动床、流化床、 按反应类型分为：移动床、流化床、气流 床和熔融 床等
2 煤的气化
定义 以煤或半焦为原料，以氧气、 以煤或半焦为原料，以氧气、水蒸气或氢气等 作为气化剂， 作为气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤或 煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。 煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。
一氧化碳 气化产物 煤气） （煤气） 氢气 甲烷等 城市煤气 工业燃气 煤气用途 化工原料气 工业还原气
焦炭
炼焦的主要产品
煤气 化学品
煤的成焦过程
煤热解产生气、 煤热解产生气、液、固三相共存的胶质体， 固三相共存的胶质体， 胶质体 由于它的透气性差，发生了胶质体的膨胀 膨胀， 由于它的透气性差，发生了胶质体的膨胀， 而当温度超过胶质体的固化温度 固化温度时 而当温度超过胶质体的固化温度时，则发生 粘结现象最终形成焦炭 焦炭。 粘结现象最终形成焦炭。
Gasifier (quench type)
By-products: •H2S •CO2
Carbon Source (e.g., coal) + Water
＋
Biblioteka BaiduSlag (Inert Minerals/Ash from Coal)
2.干法进料气化炉 2.干法进料气化炉
水冷壁结构 液态排渣 消耗低 煤种适应范围广 炭转化率高97%~98 % 处理量 2000t/d
1）连续式外热立式炉 目前国内仍采用伍德炉制取煤气。 伍德炉制取煤气 目前国内仍采用伍德炉制取煤气。 缺点：传热慢； 缺点：传热慢；生产能力小
2）固体热载体干馏法 优点：加热速率快，单元设备生成能力大 优点：加热速率快，单元设备生成能力大
三、煤的高温干馏 煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000℃左右， 煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000℃左右，经过 隔绝空气加热 左右 干馏的一系列阶段，最终得到焦炭， 干馏的一系列阶段，最终得到焦炭，这过程称为 高温干馏或称高温炼焦或简称炼焦。 高温干馏或称高温炼焦或简称炼焦。
正压操作的焦炉煤气处理系统
正压操作下焦炉煤气处理系统图
正压操作的煤气处理系统，适用于饱和器法生产硫铵 饱和器法生产硫铵（ 国内 正压操作的煤气处理系统，适用于饱和器法生产硫铵（需55℃）和 ℃ 弗萨姆法回收氨系统 回收氨系统； 弗萨姆法回收氨系统；
负压操作的焦炉煤气处理系统
在负压下操作的焦炉煤气处理系统图 负压操作的煤气处理系统，国内也有应用。此流程适合于水洗氨工 国外 负压操作的煤气处理系统，国内也有应用。此流程适合于水洗氨工 艺。
研究煤热解的作用
对煤热加工技术有直接的指导作用 指导开发新的热加工技术
煤受热发生的变化
煤在隔绝空气加热时 煤中有机质发生变化， 煤在隔绝空气加热时，煤中有机质发生变化，形 隔绝空气加热 有机质发生变化 气态、液态和固态产物 产物。 成气态、液态和固态产物。典型烟煤受热发生的 变化过程如下图： 变化过程如下图：
Prenflo气化炉示意图 气化炉示意图
3.气流床煤气化工艺 气流床煤气化工艺
Sulfur ByBy-Product Fly Ash By-Product By-
Slag By-Product By-
气流床煤气化工艺流程示意图
脱气 析出煤气 （包括热解水，CO， CO2，主要是气态烃） 脱水 析出焦油 （450℃最多）
100
室温
200
300
开始 软化
400
500
600
700
800
900
1000
t/℃ ℃
第二阶段 第三阶段
第一阶段
典型的烟煤热分解过程示意图
煤热解的影响因素
煤化程度 加热终温 升温速率 压力的影响等
低温干馏的方法