煤气化教案Word格式.docx
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在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；
在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。
因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。
5）作为联合循环发电燃气
整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。
用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。
与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。
6）作煤炭气化燃料电池
燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。
目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型（MCFC）、固体氧化物型（SOFC）等。
它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。
7）煤炭气化制氢
氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。
而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。
8）煤炭液化的气源
不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。
煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。
五、碳一化工：
碳一化工是指以含有一个碳原子的物质，如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCHO，为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工工艺。
1.1.2煤的分类和性质
一、煤的工业分类
1、目的：
有利于煤炭资源的合理开发、利用和满足用户的生产要求。
2、意义：
是指导煤炭资源合理开发利用的基本法规；
是统计资源储量和评价煤炭资源利用合理性的根本依据；
也是反映国家在煤炭加工利用方面的科学技术水平的指南。
3、《中国煤炭分类》（GB5751-86）。
见课件
4、练习题：
填空题
（1）、在烟煤分类中，烟煤数码的个位数表示，十位数表示。
无烟煤共分类，数码03中的“0”表示，“3”表示；
褐煤分为
类，数码52中的“5”表示，“2”表示。
（2）、国标把煤共分成大类、小类。
二、煤的性质：
煤是不均质的混合物，由有机物质和无机物质两部分组成，主要是有机物质。
有机物质，可以燃烧，所以也称为可燃体。
无机物质主要是各种矿物杂质，通常不能燃烧。
煤的性质分为物理性质、化学组成、工艺性质等。
1、煤的物理性质：
如颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率；
硬度、脆度、可磨性、断口，比重、表面积、孔隙度、压缩性；
介电常数、导电性、磁性，比热，导热性等。
煤的物理性质是煤的化学组成和分子结构的外部表现，受到煤化程度、煤岩组成和煤风化程度的影响。
2、煤的化学组成：
煤的化学组成包括煤的工业分析和元素分析。
（1）煤的工业分析包括测定煤中的水分、灰分、挥发分和固定炭四项。
根据煤的水分和灰分，可以大致了解煤中有机物质或可燃物的含量，如煤的水分和灰分高，则有机质含量就低，因而发热量低、经济价值小；
从煤的挥发分可以大致了解到煤中有机物质的性质、煤化程度的高低、黏结性的强弱和发热量的高低。
从煤的固定炭含量可以大致判断其煤化程度，评价其经济价值。
（2）煤的元素分析是指对有机部分的碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素的组成进行分析。
3、煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。
煤的工艺性质主要包括：
粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
（1）粘结性和结焦性
粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。
结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。
煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。
这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。
粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。
胶质层越厚，粘结性越好。
测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。
粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。
煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。
（2）发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。
它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。
国际市场上动力用煤以热值计价。
我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。
发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。
为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×
107J/kg的标准煤来进行计算。
（3）化学反应性
又称活性。
是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。
它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。
反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。
煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
（4）热稳定性
又称耐热性。
是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。
它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。
热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
（5）透光率
指低煤化程度的煤（褐煤、长焰煤等），在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。
随着煤化程度加深，透光率逐渐加大。
因此，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
（6）机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。
机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。
因此，气化用煤必须具备较高的机械强度。
（7）可选性
是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。
学习情境2：
选煤
1.2选煤
一、选煤定义：
也称洗煤。
是指从原煤中分选出符合用户质量要求的精煤的过程。
二、选煤方法
1、重选：
利用煤与矸石的比重差异，在水或重介质（重液、重悬浮液）和空气（干法）介质中进行分选的方法，有：
重介质选、跳汰选、槽选、摇床选和离心力场选等方法（见重选，摩擦与弹跳选）。
2、浮选
利用煤与矸石间表面物理化学性质上的差异进行分选,通常有泡沫浮选和多油浮选（油团选煤）等。
3、磁选
利用某些杂质具有磁性的特点，可用磁选法清除有害杂质，如用高梯度磁选机清除已达单体分离的细粒浸染的黄铁矿（见磁选）。
4、电选
利用煤与杂质间电导率或介电常数不同，清除有害杂质，例如用电选获得超低灰精煤（见电选）。
选煤生产中以重介质选和跳汰选或两者联合使用的应用最多。
为了提高细粒级煤的分选精确性，离心力场选煤（重介旋流器、水介旋流器）和电磁风阀筛下气室末煤跳汰机选煤发展很快;
摇床选只适用于细粒级（6～0.15mm）高硫煤的选别和回收黄铁矿；
干式选煤法只适用于高寒、干旱、缺水地区；
槽选法的分选效果差，一般不采用,但在简易回收矸石中或矸石堆中的煤炭时,也有应用不同结构的槽洗机的。
对于煤泥（-0.5mm粒级）的选别，浮选是当前最好的分选方法，一般常用泡沫浮选法；
多油浮选（油团选煤）只在把煤改变为流质燃料（可代替石油直接燃烧，现已为美、意等国采用）时或为回收极细煤粒子用其他任何分选方法都无法奏效时方采用。
磁选法在重介质选煤厂中作为回收加重剂的手段而应用；
作为清除杂质的方法，和电选法一样，均处在研究阶段中。
三、脱水方法：
1、重力脱水：
利用重力作用泄水的过程。
脱水设备有脱水斗式提升机、脱水筛、脱水仓。
2、离心脱水：
利用离心力作用脱水的过程。
脱水设备有各式离心脱水机。
3、过滤脱水：
利用真空抽吸或空气加压使煤泥脱水的过程。
脱水设备有过滤机或压滤机。
4、干燥脱水：
利用热能蒸发脱水的过程。
脱水设备有火力干燥机。
四、煤的脱水
1、选择：
煤的脱水是根据产品性质（主要是粒度）和所要求的水分分阶段进行的。
2、选煤厂典型的脱水系统：
。
（1）块精煤：
脱水筛———脱水仓。
（2）末精煤：
脱水筛———离心脱水机———干燥机（高寒地区或特殊要求）。
（3）中煤和矸石：
脱水斗式提升机———脱水仓（如果需要，末中煤也用脱水筛及离心脱水机。
）
（4）粗煤泥：
（沉淀池）———脱水筛———离心脱水机———干燥机（高寒地区或特殊要求）。
（5）浮选精煤：
（浓缩机）———过滤机、沉降过滤式离心脱水机———干燥机（高寒地区或特殊需要）。
（6）煤泥或尾煤：
（浓缩机）———过滤机、压滤机、沉降（或沉降过滤）式离心脱水机或煤泥沉淀池。
项目一任务单：
1、试说明煤气化应用的领域。
2、试述煤气种类及组成。
3、目前常用的选煤方法及其选煤原理。
项目二煤的筛分和破碎
学习情境1煤炭的筛分
2.1筛分
一、定义：
在带孔的筛面上使物料按粒度大小进行分级的过程叫做筛分，筛分所得产物称为粒级。
二、筛分机（筛子）：
固定筛、滚轴筛、摇动筛、转动筛、振动筛
三、煤炭粒度分级
粒度名称粒度符号粒度尺寸（粒级）/mm
特大块T>
100（+100）
大块D50~100（-100+50）
中块Z25~50（-50+25）
小块X13~25（-25+13）
粒煤L6~13（-13+6）
粉煤F<
6（-6）
四、影响筛分过程的因素
1.入筛原料性质
含水率、含泥量、粒度特性（易筛粒、难筛粒、阻碍粒、非阻碍粒）、密度特性
2.筛子性能
（1）筛面运动形式：
固定50-60%、筒形转动60%、摇动70-80%、振动≥90%
（2）筛面结构参数：
宽度（处理量）、长度（效率）、倾角（能力、效率）、筛孔大小/形状/开孔率
（3）给料数量和质量
学习情境2煤炭的破碎
2.2破碎
一、概述
1、破碎定义：
通过外力作用使物料由大变小的过程。
2、破碎作业：
粗碎中碎细碎粉碎
>
50mm25~6mm6~1mm<
1mm
3、破碎设备：
粗碎------单齿辊破碎机、双齿辊破碎机、颚式破碎机
中碎、细碎-----锤式破碎机、反击式破碎机、笼型破碎机
粉碎------球磨机
4.破碎作业在煤炭行业中的作用
（1）满足用户对产品粒度的要求
（2）满足夹矸煤中煤与矸石的分离
（3）满足煤炭加工设备对最大入料粒度的要求
5、基本的破碎方法
（a）压碎（b）劈碎（c）磨碎（d）击碎（e）折断
6、破碎比及产物的粒度特性
破碎前原料的最大粒度与破碎后产品中粒度的比值。
多段破碎的总破碎比等于各段破碎比的乘积。
n总=n1×
n2×
n3……
7、破碎流程-开路破碎与闭路破碎
二、煤用破碎机
项目二任务单：
1、筛分效率的高低与哪些因素有关？
2、基本的破碎方法有哪些？
3、何为破碎比？
4、煤用破碎机主要有哪些种类？
5、评定破碎设备工艺效果的指标是什么？
如何计算？
6、影响球磨机工作的主要因素有哪些？
项目三煤气化原理
学习情境煤气化原理
3.1概述
一、煤的气化过程
1、属于：
热化学过程（即包括物理过程，有包括化学过程，总反应为吸热。
是获得基本化工原料的重要途径
3、产品：
煤气
4、必须具备的条件：
气化炉、气化剂、供给热量
二、煤气化的四个过程：
1、干燥过程
2、干馏过程
3、热解过程
4、氧化和还原过程
3.2煤气化方法分类
一、从原料形态分类则可分成：
固体燃料气化、液体燃料气化、气态燃料气化和固液混合燃料气化。
二、以入炉煤粒度大小分类则可分成：
块煤气化（6～100mm）、小粒煤气化（0.5～6mm）、粉煤气化（﹤0.1mm）、油煤浆气化和水煤浆气化。
三、以气化压力分类则可分为：
常压或低压（﹤0.35MPa）、中压（0.7～3.5MPa）及高压气化（﹥7.0MPa）。
四、按气化介质分则有空气气化、空气蒸汽气化、氧蒸汽气化及加氢气化。
五、以排渣方式分则有：
干式/湿式、固态/液态、连续/间歇排渣等气化法。
六、按供热方式则分成外热式、内热式和热载体三类。
七、按入炉煤在炉中过程动态分则有固定床（或称移动床）、沸腾床（或称流化床）、气流床及熔渣池气化四种。
3.3煤气化原理
一、气化过程的主要化学反应
一次反应：
C+O2→CO2-394.1kJ/mol
C+H2O≒CO＋H2+135.0kJ/mol
C+1/2O2→CO-110.4kJ/mol
C+2H2O→CO2+2H2+96.6kJ/mol
C+2H2≒CH4-84.3kJ/mol
H2+1/2O2→H2O-245.31kJ/mol
二次反应：
C+CO2≒2CO+173.3kJ/mol
2CO+O2≒2CO2-566.6kJ/mol
CO+H2O≒H2+CO2-38.4kJ/mol
CO+3H2≒CH4+H2O-219.3kJ/mol
3C+2H2O→CH4+2CO+185.6kJ/mol
2C+2H2O→CH4+CO2+12.2kJ/mol
二、气化过程的物理化学基础
反应历程
第一步：
气体反应物向固体（碳）表面转移或扩散。
第二步：
气体反应物被吸附在固体（碳）表面。
第三步：
被吸附的气体反应物在固体（碳）表面起反应而形成中间配合物。
第四步：
中间配合物的分解或与气相中到达固体（碳）表面的气体分子发生反应。
第五步：
反应物从固体（碳）表面解吸并扩散到气相
3.4气化用煤
一、气化用煤种的主要特征
见书P21页
二、煤的性质对气化影响
见书P21-29页
项目三任务单：
1、煤的气化是将煤与气化剂在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、氧气、水蒸气等。
2、煤气的有效成分为CO、H2、CH4等。
3、空气煤气中不含有的成分是（C）
ACOBCO2CC2H5DN2
4、地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为沸腾床气化、移动床气化、气流床气化和熔融床气化。
5、煤中的水分存在形式有内在水分、外在水分和结晶水，从泥炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分逐渐减少。
6、根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？
答：
根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类：
第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。
第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。
第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。
第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。
7、煤炭气化过程结渣的危害有哪些？
答：
在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。
其危害性有下面几点：
①影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。
②为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。
③气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。
8、煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？
煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。
灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。
项目四空气分离
学习情境空气分离技术
4.1概述
一、空分历史简介
•世界上最早使用空气液化分离技术的国家是德国。
德国Linde公司早在1891年就开始在实验室进行空气液化研究工作，几年之后，就建起了低温设备制造车间，1903年制造出世界上第一套空分装置，生产能力为10m3/h氧气，由于当时生产能力的限制，30年代前所生产的氧气仅用于气割、气焊等行业。
•50年代后，由于空分装置逐渐的增加并趋于中型化，炼钢和化肥工业技术的迅速发展，使空分设备迅速大型化，促使空气分离设备制造业的发展。
空分工艺经过近百年的不断发展，现在已步入大型全低压流程。
到目前为止，世界上投产的空分设备最大制氧能力为12.25万m3（标）/h。
二、空分定义：
简单的说就是把空气分离的过程。
三、空分及产品的作用
在以煤及油为原料的化工行业，如：
化肥、甲醇、煤制油等生产企业以及炼钢厂，都需要空分装置，设置空分装置的主要作用是生产合格的氧、氮及氩产品。
氧的作用是助燃，如气化炉就是煤和氧气进行燃烧反应，得到需要的水煤气（CO+H2）；
氮是惰性气体，主要作用是用于对工厂的设备、管线进行吹扫置换、充氮保护以及合成氨配氮（N2+3H2=2NH3）等；
氩是空分装置的副产品，可作为合金焊接的保护气，在灯泡照明、电子工业及其它方面都得到了广泛的应用。
也有的空分装置不提取氩。
四、空分技术方法：
•三种技术方法：
吸附法、膜分离法及深冷液化精馏法。
4.2空气分离技术简介
一、吸附法：
1）原理：
利用分子筛对不同分子的选择吸附性能来达到最终分离目的的技术。
2）优缺点：
该技术流程简单，操作方便，运行成本低，但获得高纯度产品较为困难，而且装置容量有限，所以该技术有其局限的应用范围。
二、膜分离法：
利用的是膜渗透技术，利用氧、氮通过膜的速率的不同，实现两种组分的粗分离。
这种方法装置更为简单，操作方便，投资小但产品只能达到28%～35%的富氧空气，且规模只宜中小型化，只适用于富氧燃烧及医疗保健领域应用。
三、深冷液化精馏法：
是利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法。
这种方法较前两种方法可实现空气组分的全分离、产品精纯化、装置大型化、状态双元化（液态及气态），故在生产装置工业化方面占据主导地位。
和传统的分离相比，这些气体的分离需在100K以下的低温环境下才能实现，所以称之为低温法（或深冷法）。
4.3空气基础知识
一、空气的组成
干燥空气的平均组成如下表所示。
且各组成部分之间的比例，在地球的任何地区几乎是恒定不变的。
此外因地区条件的不同，空气中还含有少量的（不定量的）水蒸气、二氧化碳、乙炔等气体及机械杂质。
组成
体积℅
重量℅
O2
20.93
23.1
氪Kr
1.80×
10-4
3×
N2
78.03
75.06
氙Xe
0.08×
0.4×
Ar
0.932
1.286
氢H2
0.5×
0.036×
CO2
0.03
0.046
臭氧O3
（0.01~0.02）×
0.2×
Ne
（15~18）×
12×
氡Rn
6×
10-13
He
（4.6~5.3）
0.7×
二、空气的性质
在常温下空气是无色、无味、透明的气体。
大气层中因有臭氧（O3）存在，而呈现天蓝色。
在1大气压下，空气的液化温度为-191.35℃（81.8K）。
在1个大气压下，将空气冷却到-213℃（60.15K）时，则变成固体。
在不考虑空气的化学性质时，可以把空气看成单一物质，其分子量为28.96
对每一种气体来讲都有着一个温度，大于这个温度时，无论在任何压力下也不能使这种气体液化，这个温度称为气体的临界温度，对应的压力称为临界压力。
空气的临界温度为-140.63℃（132.52K），也就是说空气必须在低于-140.63℃的温度时才可能液化。
在1atm时氧的沸点90.17K（-182.98℃），氮的沸点77.35K（-195.80℃），两者的沸点相差13℃。
氩的沸点为87.291K（-185.86℃），它介于氧和氮沸点中间。
低温液化精馏法就是利用氧、氮沸点不同把空气分离为氧气和氮气。
显然氩气在精馏中，将会影响氧和氮的纯度。
空气是目前工业化分离中制取氧、氮气的原料，空气是最廉价的原料。
三、氧的性质和用途
在常温常压下（一般指20℃,1atm），氧为无色透明、无臭无味的气体。
氧在1大气压下冷却到（90K）-183℃时，变成天蓝色、透明、易于流动的液体。
当继续冷却到-218.79℃时，液氧将转变成蓝色固体结晶。
在标准状况下，氧的密度是1.4289kg/m3。
在1atm下，沸腾时1升液体氧重1.140公斤。
1升液体氧全部气化成标准状态下的气体氧，体积将扩大到800升。
氧气在冶金、化工、国防工业等部门具有广泛的用途。
在国防中用于高空飞行、潜水作业和用液氧作为火箭的助推燃料等。
此外在医疗救护、城市污水处理等方面也有
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