煤化工工艺学复习题2

什么是煤气化？煤气的主要成分？

煤气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸气或氢气做气化剂，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的过程。气化时所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括一氧化碳、氢气及甲烷。P136

气化炉中 各物料层的作用和特点？ 水夹套的作用？ 答：

水夹套可防止炉体经受高温，并可回收炉体散热。 简述5种煤气化类型的原理、特征和缺点 答：①自热式煤的水蒸气气化

原理 没有外界供热，煤与水蒸气进行吸热反应所消耗的热量，是由煤与氧

气进行的放热反应所提供。C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q C+H2O →CO+H2 -Q

特点 无外界供热

缺点 所需工业氧价格贵，煤气中二氧化碳含量较高，降低了气化效率。 ② 外热式煤的水蒸气气化 原理 C+H2O →CO+H2 -Q

特点：气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）； 缺点：气化炉传热差，不经济。 ③煤的加氢气化

原理C+H2→CH4 +Q

特点 煤气主要由CH4组成（代用天然气）；

产生残焦（含碳残渣）,煤与H2加压生成CH4的反应性比煤与水蒸汽的反

应性小.且反应性逐渐降低，仅部分转化。 ④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合

原理：加氢阶段： C+H2→CH4 +Q 水蒸气气化阶段： C+O2→CO2 +Q 2C+O2→2CO+Q

C+H2O →CO+H2 -Q

灰渣

煤

煤气（）气化剂（

）

干燥原料，温度在室温--150℃之间

低温干馏,温度约在150-700℃之间

C+O2→CO2+Q ,C+O2→CO+Q,C+H 2→C H +Q

氧化层高度低（100-200mm）,温度最高，1200℃左右保护炉篦、预热气化剂(能预热

达300-450℃左右)

图5--1 发生炉中原料层示意图

灰渣层

氧化层还原层干馏层干燥层CO+C→2CO-Q,H2O+C→H2+CO-Q,

温度约800-1100℃

特点：首先进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。

⑤煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气

原理水蒸气气化阶段：

C+O2→CO2 +Q

2C+O2→2CO+Q

C+H2O→CO+H2 -Q

甲烷化反应：CO+3H2 →CH4+H2O +Q

特点：首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2 为主的合成气，然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷。

3举例说明4种床层气化炉的气化过程特征和对煤种的要求。

①固定床(移动床)气化炉

原料：6~50㎜块煤或者煤焦

加料方式：上部加料排灰方式：固态或者液态灰渣和煤气出口温度：不高炉内情况:煤焦与产生的煤气气化剂与灰渣都进行逆向热交换

煤种要求一般使用块煤或煤焦为原料，筛分范围为6~50mm 对细料或粘结性燃料则需进行专门处理。

②流化床气化炉

煤种要求：煤料粒度3~5mm 加料方式：上部加料排灰方式：固态排渣灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉内情况:悬浮沸腾

③气流床气化炉

原料（煤料粒度）：粉煤（７０％以上通过２００目）加料方式：下部与气化剂并流加料排灰方式：液态排渣灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉内情况:煤与气化剂在高温火焰中反应

④熔池气化炉

气－固－液三相反应气化炉

原料（煤料粒度）：６㎜以下直至煤粉所有范围的煤粒加料方式：燃料与气化剂并流加入排灰方式：液态灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉内情况:熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏。

4煤的反应活性对气化有什么影响？

反应活性又称为反应性。反应性的强弱直接影响煤在气化时的有关指标：产气率、灰渣或飞灰含碳量、氧耗量、煤气成分及热效率等。不论何种气化工艺，煤活性高总是有利的。

5煤灰熔点与结渣性的关系？气化用煤对灰熔点的要求？煤的结渣性对气化炉有什么影响？

通常用煤灰熔点（T2）来判断煤炭是否容易结渣，灰熔点越低的煤，越易结渣。

气化用煤要求T2>1250℃。

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。

煤的粘结性有什么危害？对不同气化炉有什么不同？

煤受热后会相互粘结一起。对于移动床煤气化方法，若煤料在气化炉上部粘结成大块，将破坏料层中气流的分布，严重时会使气化过程不能进行，对流化床气化法，若煤粒粘结成大颗粒或块，则会破坏正常的流化状态。适用的气化用煤是不粘结或弱粘结性煤。由于气流床气化炉内，煤粒之间接触甚少，故可使用粘结性煤。

实际发生炉煤气与理想发生炉煤气组成有何不同，为什么？会计算。P161

※理想发生炉煤气组成:

CO:40%; H2:18.2 %; N2:41.8%; （体积分数）

实际上制取混合发生炉煤气（CO:↘; H2:↘; N2: ↗; ）

because实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失，水蒸气分解和CO2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计算值有显著差异。

计算

结合各料层反应原理，说明图中煤气组成的变化规律。（看图说明）

灰渣层：

气化剂（Ｏ２，H2Ｏ）被预热，气体组成不变；

氧化层：

C+O2→CO2 +Q ，（Ｏ２↘，CO2↗）

C+CO2→2CO -Q（Ｏ２耗尽，出现CO，CO2↘）

还原层：

C+CO2→2CO -Q

C+H2O→CO+H2 -Q（CO↗，CO2↘H2↗）

还原层以上：

CO+H2O→CO2+H2 +Q（CO 稍↘，CO2和H2稍↗）

10 过程原理及其影响因素：如何影响? 图5-31----5-34说明了什么？p176

①压力对煤气组成影响甲烷和二氧化碳含量增加；氢气和一氧化碳含量减少（在加压下为甲烷生成反应制造了条件）

②压力对氧气耗量的影响减少氧气的消耗（为常压的1／3~2／3）

③压力对蒸汽耗量的影响蒸汽耗量增加（为防止结渣和利于甲烷化的反应，为常压的2.5~3倍）

④压力对气化炉生产能力的影响提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）

⑤对煤气产率的影响降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）

⑥加压气化对煤气输送动力的影响节省煤气动力消耗

11温克勒气化工艺的缺点主要是由什么造成的？

12什么是煤间接液化？

13费托合成原理