煤气化技术的基本原理

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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
（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
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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；
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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。
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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。
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煤
O2或空气 水蒸气
800~1800ºC 0.1~4Mpa
灰
图7-1 自供热气化方式
煤气
煤
水蒸气
800~900ºC 煤气 0.1~0.4Mpa
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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：
除了以上反应C 外，O 煤中H 存在2O 的其 它元C素如O 2：硫H 、氮2等，4也1会.0与M 气化J剂/k发生m反应o，l在还原
：C 甲气工烷 艺氛下生生 成H2S成 、N2、2NH H3等2 物 质。C虽然H4这类7物质4.9较M 少，但J/将k直m接影o响l后续的煤气净化
CO3H2 CH4H2O25.03MJ/kmol
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。
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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
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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
该只有反小应部是分在的缺碳氧被状氧态化下成进C行O，2，因可此能煤还气有化少反量应的的H主2O要。产该物过是程：的可主燃要性化C学O反、应H有2和：CH4，
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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）
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。
挥发分和残留碳（或半焦）的气化反应。
➢ 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）析出，热解反应如下：
原煤颗粒
干燥脱水 干燥颗粒
热解
残留碳/半焦
气化反应 气化煤气
气化剂
挥发分
Байду номын сангаас
、H 煤 热 解 C 4 H C m H n 焦 ( 油 C H O 2 S 2 ) H 2 O 焦炭
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
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、
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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。
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