煤气化技术的基本原理PPT课件

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第一节 概述
（1）气化与燃烧的区别
如果此时减少氧气量，那么煤将不能发生 完全氧化反应，释放的热量也会减少，煤 中剩余的潜在的化学能就会转移到生成的 气体产物中，如H2、CO、CH4等。
如果希望使气体产物中的化学能更大的话， 从逻辑上讲就是继续减少供氧量。但实际 上得有个限度，因为随着供氧量的减少， 更多的煤将不能转化为气体而成为未反应 碳，气化效率将大打折扣。所以控制供氧 量至关重要。
c) 如果采用空气做催化剂，则会带入大量的N2。
d) N2和CO2的存在都将会使煤气的热质降低。
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第一节 概述
（1）按供热方式分类
② 间接供热气化方式：
③ 因此考虑让煤仅与水蒸气反应，热量可
通过气化炉壁从外部传给煤或气化剂，也
可以用电热和核反应进行间接供热，所以
又称配热式水蒸气气化法。（见下右图）
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第一节 概述
（3）气化与干馏的区别
对于气化和干馏还有一种理解：即将煤的 气化分为完全气化和部分气化。其中部分 气化就是指干馏技术。
根据干馏温度的高低，又可以分高温干馏 和低温干馏。高温干馏俗称高温炼焦，即 冶金工业中炼焦；低温干馏又称温和气化， 其工艺简单、条件温和，可同时获得煤气、 焦油和半焦，因而是一项重要的洁净煤技 术。
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第一节 概述
（2）气化与液化的区别
无论从工艺还是化学反应角度，两 者都有很大不同。液化的目的是获 取液体燃料或液体化学产品，其实 质是通过将煤中大分子裂解成为小 分子并同时调整煤中的C/H（减小） 比 以 获 得 液 体 产 物 。 包 括 加 H2 直 接 液化和间接液化。
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第一节 概述
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第七章 煤的气化技术
第一节 概述
一、煤气化的定义和实质
煤的气化过程是一个热化学过程，它以煤 或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯 氧）、蒸气或氢气为气化剂（又称气化介 质），在高温的条件下，通过部分氧化反应 将原料煤从固体燃料转化为气体燃料（即气 化煤气，或简称煤气）的过程。
煤炭气化时必须具备三个条件：气化炉、 气化剂、供给热量。三者缺一不可。
第七章 煤的气化技术
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第七章 煤的气化技术
煤的直接燃烧带来的环境问题到目前为 止仍不能得到有效地解决。而煤的气化技 术可以说是未来煤的洁净利用技术的基础， 被认为是最清洁的煤转化利用方式。
煤的气化产物在电力生产、城市供暖、 燃料电池、液体燃料和化工原料合成等方 面都有极其广泛的应用，能够达到充分利 用煤炭资源的目的，所以煤的气化技术理 所当然成为未来洁净煤技术的核心。
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第一节 概述
（1）按供热方式分类
① 自供热气化方式：
② 即煤气化过程没有外界供热，煤与水蒸 气反应所需的热量由煤的氧化反应所提供， 又称部分氧化供热。（见下面7-1图）
② 间接供热气化方式：
a) 在自供热方法中由于过于依赖碳与氧的反应， 导致煤气中的CO2含量过高；
b) 如果采用纯氧做催化剂，会增加制氧成本；
（3）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。
COH2OCO 2 H2 41.0MJ/kmol
甲烷生 ：C 成2H2 CH474.9MJ/kmol
CO3H2 CH4H2O25.03MJ/kmol
除了以上反应外，煤中存在的其它元素如：硫、
氮等，也会与气化剂发生反应，在还原气氛下生
成H2S、N2、NH3等物质。虽然这类物质较少， 但将直接影响后续的煤气净化工艺
煤
煤
O2或空气 800~1800ºC 煤气 水蒸气 0.1~4Mpa 灰
水蒸气 800~900ºC 煤气 0.1~0.4Mpa
热
图7-1 自供热气化方式
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图7-2 间接供热气化方式
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第一节 概述
（1）按供热方式分类
③ 加氢气化方式：
✓ 即使以第二种方式制得煤气，其热值仍不 是很高。为了提高煤气的热值，可采用加 压或加氢的方法以提高煤气中CH4的含量。
析出，热解反应如下：
、H 煤 热 解 C 4 H C m H n 焦 ( 油 C H O 2 S 2 ) H 2 O 焦炭
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第一节 概述
二、煤气化的基本原理
➢ 煤的气化反应是指热解生成的挥发分、残 留焦炭颗粒与气化剂发生的复杂反应。由 于该反应是在缺氧状态下进行，因此煤气 化C能应H有还反4，：有应只少的有量主小的要部H产2分O物。的是该碳：过被可程氧燃的化性主成C要OCO、化2H，学2反和可
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第一节 概述
三、煤气化的分类 煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化 过程、供热方式等进行分类：
（1）按供热方式分类 虽然在煤气化过程中，多数化学反应是释 放热量，所以气化过程往往可以实现自供 热，但在实际应用中这些热量不足以提高 反应效率和煤气质量，所以还需要采用其 他供热方式，一般需要消耗气化用煤的 15~35%左右。总体来说煤气化供热方式 有以下几种：
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第一节 概述
（1）气化与燃烧的区别
从化学反应的角度，煤的气化和燃烧 都属于氧化过程。当煤点燃时，它潜 在化学能就会以热的形式释放出来， 即空气中的氧气和煤中的碳、氢反应 生成CO2和H2O，并释放热量；
在氧气充足的情况下，煤将发生完全 氧化反应，其所有的化学能都将转化 成热能，这个过程就是燃烧。
碳完全 ：C燃 O2 烧 C2O 39.83 M/Jkmol
碳不完：2全 CO 燃 2 C 烧O 11.75 M/Jkmol
二氧化：碳 C2O 还 C 原 2CO 16.42 M/Jkmol
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第一节 概述
二、煤气化的基本原理
水煤气生成 ：C反H 应 2OCOH2 13.15MJ/kmol 水煤气平 /C衡 O 变换反 ：应
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第一节 概述
二、煤气化的基本原理
➢ 从物理化学过程来看，煤的气化共包括以下几个 阶段：煤炭干燥脱水、热解脱挥发分、挥发分和 残留碳（或半焦）的气化反应。
原煤颗粒 干燥脱水 干燥颗粒 热解
残留碳/半焦 气化反应
挥发分
气化剂 气化煤气
➢ 在气化过程中，当煤粒温度升高到350~450ºC时， 开始发生煤的热解反应，有挥发物（焦油、煤气）