各种煤气化技术介绍..ppt

1、煤煤结构模型结构模型煤炭煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳碳碳碳为主，为主，为主，为主，主要成份为主要成份为主要成份为主要成份为C C C C，H H H H，O O O O，N N N N，S S S S；高度芳香化高度芳香化高度芳香化高度芳香化；多少不等的；多少不等的；多少不等的；多少不等的 无机矿物。无机矿物。无机矿物。无机矿物。煤煤 以煤或煤焦为原料，以以煤或煤焦为原料，以氧气氧气（空气、富氧或纯氧）、（空气、富氧或纯氧）、水蒸气水蒸气或或氢氢气气等做气

2、化剂，在等做气化剂，在高温条件高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化可燃部分转化为气体燃料为气体燃料的过程。的过程。条件：气化炉、气化剂、热量条件：气化炉、气化剂、热量CO+H2工业、民用燃气工业、民用燃气合成气合成气氨氨甲醇甲醇油油二甲醚二甲醚烯烃烯烃H2固体煤固体煤煤气化原理煤气化原理 其目的就其目的就是获得清洁是获得清洁能源和化工能源和化工原料原料气化产品气化产品-煤气煤气 新型煤化新型煤化工的一个重工的一个重要单元要单元 煤炭气化技术煤炭气化技术 就是将固体就是将固体煤变成气态煤变成气态烃烃,CO,H2气体等的技气体等的技术术 煤气化是发展煤基液煤

3、气化是发展煤基液煤气化是发展煤基液煤气化是发展煤基液体燃料合成、先进的体燃料合成、先进的体燃料合成、先进的体燃料合成、先进的IGCCIGCC发电、多联产系统、制氢、发电、多联产系统、制氢、发电、多联产系统、制氢、发电、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁燃料电池、直接还原炼铁燃料电池、直接还原炼铁燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础。等过程工业的基础。等过程工业的基础。等过程工业的基础。煤气化过程煤气化过程CnHmOxNySz煤气化的过程（煤气化的过程（固定床为例固定床为例）COCO2CH4H2NH3HCNH2SCOS常压气化、加压气化常压气化、加压气化自热式、外热式、热载体供热自热式、

4、外热式、热载体供热空气空气-蒸汽气化、氧气蒸汽气化、氧气-蒸汽气化、氢气气化蒸汽气化、氢气气化粉煤气化、块煤气化、水煤浆气化粉煤气化、块煤气化、水煤浆气化移动床、流化床、气流床、熔融床移动床、流化床、气流床、熔融床气化分类气化分类煤气化发展史煤气化发展史1818世纪后半叶世纪后半叶 用煤生产民用煤气用煤生产民用煤气 欧洲采用干馏方法生产干馏煤气用于城市街道照明欧洲采用干馏方法生产干馏煤气用于城市街道照明18401840年年 用焦炭制发生炉煤气用于炼铁用焦炭制发生炉煤气用于炼铁18571857年年 德国德国SiemensSiemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子兄弟最早开发出用块煤生产煤气

5、的炉子18751875年年 用增热水煤气作城市煤气用增热水煤气作城市煤气18821882年年 德国设计了世界第一台常压固定床空气间歇气化炉德国设计了世界第一台常压固定床空气间歇气化炉19131913年年 美国气体改进公司对德国的气化炉进行改进，成为美国气体改进公司对德国的气化炉进行改进，成为UGLUGL炉炉19211921年年 用合成气发电在当时属于高效的发电方式，英国成立能源用合成气发电在当时属于高效的发电方式，英国成立能源 气体公司。这一时期出现了气体公司。这一时期出现了LurgiLurgi气化工艺（移动床）气化工艺（移动床）19321932年年 采用合成气通过费采用合成气通过费-托合成（

6、托合成（Fischer-Fischer-TropschTropsch）合成法生产液体）合成法生产液体 燃料活的成功，带动了煤气化工艺的发展燃料活的成功，带动了煤气化工艺的发展19341934年年 上海建成第一座煤气厂，用立式炉和增热水煤气炉生产城市煤气。上海建成第一座煤气厂，用立式炉和增热水煤气炉生产城市煤气。同年，德国鲁尔化学公司创建第一个同年，德国鲁尔化学公司创建第一个F-TF-T合成油厂合成油厂 移动床的最大问题是不能解决细煤的气化，流化床气化工艺出现，问题迎刃移动床的最大问题是不能解决细煤的气化，流化床气化工艺出现，问题迎刃而解。最著名的流化床是而解。最著名的流化床是WinklerWi

7、nkler，大量用于合成氨工业。，大量用于合成氨工业。气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高。由于温度高，煤灰被融化气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高。由于温度高，煤灰被融化以液态方式排出。在高温、氧气气化和液态排渣的经验上，气流床气化炉应运而以液态方式排出。在高温、氧气气化和液态排渣的经验上，气流床气化炉应运而生。最早的气流床是德国的生。最早的气流床是德国的Koppers-TotzekKoppers-Totzek（K-TK-T炉），出现于炉），出现于2020世纪世纪5050年代。年代。7070年代年代TexacoTexaco水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了大型煤气化技术的发

8、展。水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了大型煤气化技术的发展。中国于中国于2020世纪世纪3030至至4040年代引进年代引进UGIUGI炉，炉，19501950年后改烧无烟煤，主要年后改烧无烟煤，主要用于制氨和甲醇，最多时候有千余家使用数千台炉子，主要原料是无烟用于制氨和甲醇，最多时候有千余家使用数千台炉子，主要原料是无烟煤和土焦。当时，煤和土焦。当时，UGIUGI炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的9/109/10以上。以上。6060年代至今，实现工业化的技术有水煤浆气化（年代至今，实现工业化的技术有水煤浆气化（TexacoTexaco

9、）、）、碎煤加压气化（碎煤加压气化（LurgiLurgi）、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化（）、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化（ShellShell）。）。国内情况国内情况三种床的模型三种床的模型移动床移动床 固定床气化一般采固定床气化一般采用一定块径的块煤（焦、用一定块径的块煤（焦、半焦、无烟煤）或成型半焦、无烟煤）或成型煤为原料，与气化剂逆煤为原料，与气化剂逆流接触，用反应残渣流接触，用反应残渣（灰渣）和生成气的显（灰渣）和生成气的显热，分别预热入炉的气热，分别预热入炉的气化剂和煤，固定床气化化剂和煤，固定床气化炉一般热效率较高。炉一般热效率较高。多多数固定床气化炉采用转数固定床气化炉

10、采用转动炉箅把灰渣从炉底排动炉箅把灰渣从炉底排出，也有采用熔融排渣出，也有采用熔融排渣的固定床气化炉。的固定床气化炉。1 1干燥层干燥层2 2干馏层干馏层3 3还原层还原层4 4氧化层氧化层5 5灰渣层灰渣层A A 灰渣层灰渣层 灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。下三个方面的作用。由于灰渣结构疏松并含有许由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。匀分布有一定的好处。煤灰的温度比刚入炉的气化煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度

11、高，可使气化剂预热。剂温度高，可使气化剂预热。灰层上面的氧化层温度很高，灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。到保护分布板的作用。灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100100400mm400mm较为合较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每

12、次适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。化烧结，影响正常生产。灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。灰

13、渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。B B 氧化层氧化层 也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。氧化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：C +O2 CO2C +O2 COCO +O2 CO2上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。上面三个反

14、应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的8080120120为宜，约为宜，约12001200左右。左右。氧化层厚度控制在氧化层厚度控制在150150300mm300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。确定。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适

15、当增大风量来实现。C C 还原层还原层 在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化合的能力，水（当气化剂中用蒸汽时）或二氧化碳发生还原反应而生成相而与之化合的能力，水（当气化剂中用蒸汽时）或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氢气和一氧化碳，还原层也因此而得名。还原反应是吸热反应，其热量来源于应的氢气和一氧化碳，还原层也因此而得名。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热。还原层的主要化学反应如下：氧化层的燃烧反应所放出的热。还原层的主要化学反应如下：C +CO2C +H2OC

16、+H2O CO CO +H2CO2 +H2 C +H2CO +H2CO +H2CO2 +H2CH4CH4 +H2OCH4 +CO2CH4 +H2O 由上面的反应可以看出：反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和二次反应产由上面的反应可以看出：反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和二次反应产物中的氢气；生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气（用空气怍气化物中的氢气；生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气（用空气怍气化剂时）和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氢气剂时）和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷，而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。和少量的甲烷，而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。还原层厚度一般控制在还原层厚度一般控制在300300500mm500mm左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流