煤气化教案Word格式.docx

1、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22002500大卡左右。6）作煤炭气化

2、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

3、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）。

4、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

5、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

6、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

7、，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2.930368107J/kg的标准煤来进行计算。 （3）化学反应性

8、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

9、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

10、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（60.15mm）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

11、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

12、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

13、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 D 50100（-100+50） 中块 Z 2550 （-50+25） 小块 X 1325 （-25+13） 粒煤 L 613 （-13+6） 粉煤 F 50mm 256mm 61mm 1mm3、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、

14、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=n1n2n37、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

15、？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（6100mm）、小粒煤气化（0.56mm）、粉煤气化（0.1mm）、油煤浆气化和水煤浆气化。

16、三、 以气化压力分类则可分为：常压或低压（0.35MPa）、中压（0.73.5 MPa）及高压气化（7.0 MPa）。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+O2CO2 -394.1kJ/molC+H2OCOH2 +135.0kJ/molC+1/2O2CO -110.4kJ/molC+2

17、H2OCO2+2H2 +96.6kJ/molC+2H2CH4 -84.3kJ/molH2+1/2O2H2O -245.31kJ/mol二次反应：C+CO22CO +173.3kJ/mol2CO+O22CO2 -566.6kJ/molCO+H2OH2+CO2 -38.4kJ/molCO+3H2CH4+H2O -219.3kJ/mol3C+2H2OCH4+2CO +185.6kJ/mol2C+2H2OCH4+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

18、）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 ） A CO B CO2 C C2H5 D N24、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

19、。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

20、有下面几点： 影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 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。 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，

21、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。

22、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

23、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

24、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O220.9323.1氪Kr1.8010-43N278.0375.06氙Xe0.080.4Ar0.9321.286氢H20.50.036CO20.030.046臭氧O3（0.010.02）0.2Ne（1518）12氡Rn610-13He（4.65.3）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-1

25、91.35（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

26、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