現(xiàn)代沒化工生產(chǎn)技術(shù)之煤氣化技術(shù)培訓(xùn)課件

1、第二章第二章 煤氣化技術(shù)煤氣化技術(shù)( (上）上） 現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化的基本原理2Shell煤氣化工藝3煤氣化概述1第二章 煤氣化技術(shù)德士古水煤漿氣化技術(shù)4魯奇加壓氣化5其它氣化技術(shù)簡介6第一節(jié) 煤氣化概述12煤氣的種類及成分煤氣的種類及成分煤氣化技術(shù)的分類煤氣化技術(shù)的分類34煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r5煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向一、煤氣的種類及成分(1)空氣煤氣(2)水煤氣 (3)混合煤氣 (4)半水煤氣(5)焦?fàn)t煤氣一、煤氣的種類及成分根據(jù)煤氣熱值的高低可將各類煤氣劃分為如下三類。(1)低熱值煤氣

2、(2)中熱值煤氣(3)高熱值煤氣表表2-12-1煤氣的成分及熱值煤氣的成分及熱值煤氣名稱氣化劑煤氣組成/%熱值/（KJm3）H2COCO2N2CH4O2空氣煤氣空氣2.61014.7720.50.237624598水煤氣H2O（g）和O248.438.566.40.50.21003211286混合煤氣H2O（g）、O2和空氣13.527.55.552.80.50.250165225半水煤氣和空氣4030.7814.60.50.287789614焦?fàn)t煤氣-29.712.729.10.522.70.21445015930合成天然氣H2O（g）、O2和H21.50.0211960.233440376

3、20二、煤氣化技術(shù)的分類1固定床氣化2流化床氣化3氣流床氣化4熔融床氣化三、煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1 1固定床氣化固定床氣化（1）固定床間歇式氣化（2）魯奇加壓連續(xù)氣化2 2流化床氣化流化床氣化（1）循環(huán)流化床氣化（2）灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)三、煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r3 3氣流床氣化氣流床氣化（1）德士古（Texaco）氣化爐（2）Destec（Global E-Gas）氣化爐（3）Shell氣化爐 （4）GSP氣化爐 四、我國的煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀煤氣化技術(shù)在中國有近百年的歷史，但仍然處于較落后的狀況。在全國的近萬臺各種類型的氣化爐中，多數(shù)為固定床間歇?dú)饣癄t。由于此工藝環(huán)保設(shè)施不健全、煤炭利用效率低

4、、污染嚴(yán)重嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。五、煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向1技術(shù)先進(jìn)2煤種適應(yīng)廣泛3生產(chǎn)能力大4加壓氣化5煤能源的綜合利用6清潔生產(chǎn)第二節(jié) 煤氣化的基本原理12煤的干餾煤的干餾氣化過程中的氣化反應(yīng)氣化過程中的氣化反應(yīng)3煤氣化過程常用評價(jià)指標(biāo)煤氣化過程常用評價(jià)指標(biāo)一、煤的干餾1 1煤熱解過程的物理形態(tài)變化煤熱解過程的物理形態(tài)變化（1）第一階段（從室溫到350）（2）第二階段（350550） （3）第三階段（超過550）一、煤的干餾2 2煤干餾過程的化學(xué)反應(yīng)煤干餾過程的化學(xué)反應(yīng)（1 1）裂解反應(yīng)）裂解反應(yīng)橋鍵斷裂生成自由基。脂肪側(cè)鏈的裂解。含氧官能團(tuán)的裂解。 低分子化合物的裂解。24

5、232COCOCHHNHH S 加熱煤煤氣（，）焦油（液體）焦炭一、煤的干餾（2 2）二次熱分解反應(yīng)）二次熱分解反應(yīng)裂解反應(yīng)；芳構(gòu)化反應(yīng)；加氫反應(yīng)；縮合反應(yīng)。一、煤的干餾3 3影響干餾過程的因素影響干餾過程的因素（1 1）原料煤種對煤干餾的影響）原料煤種對煤干餾的影響表表2-2 2-2 不同煤種的熱解起始溫度不同煤種的熱解起始溫度煤種熱解起始溫度/煤種熱解起始溫度/泥煤190200煙煤300390褐煤230260無煙煤390400一、煤的干餾表表2-32-3不同煤種干餾至不同煤種干餾至500500時(shí)的產(chǎn)品平均分布時(shí)的產(chǎn)品平均分布煤種焦油/（L/t） 輕油/（L/t） 水/（L/t） 煤氣（m3

6、/t）燭煤（一種腐泥煤）308.721.415.556.5次煙煤A86.17.1-次煙煤B64.75.511770.5高揮發(fā)分煙煤A130.09.725.261.5高揮發(fā)分煙煤B127.09.246.665.5高揮發(fā)分煙煤C113.08.066.856.2中揮發(fā)分煙煤79.47.117.260.5低揮發(fā)分煙煤36.14.213.454.9一、煤的干餾（2 2）加熱條件對煤干餾的影響）加熱條件對煤干餾的影響慢速加熱，加熱速率5K/s； 速加熱，加熱速率5100K/s；快速加熱，加熱速率100106K/s；閃蒸加熱，加熱速率106 K/s。二、氣化過程中的氣化反應(yīng)（一）氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡（一）氣化

7、反應(yīng)的化學(xué)平衡1 1碳與氧的反應(yīng)碳與氧的反應(yīng)以空氣或氧為氣化劑時(shí)，碳與氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)有： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）二、氣化過程中的氣化反應(yīng)反應(yīng)（2-3）是一個(gè)可逆反應(yīng)，也是一個(gè)強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為： （2-5）對二氧化碳還原反應(yīng)平衡常數(shù)的研究很多。布杜阿爾（OBoudouard）的研究結(jié)果認(rèn)為平衡常數(shù)可用下式計(jì)算： （2-6）22COpCOpKp21000ln21.4pKT二、氣化過程中的氣化反應(yīng)表表2-42-4C CCO2CO22CO2CO平衡混合物的組成平衡混合物的組成溫度/實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)CO/ V%CO2 /V%CO/ V%CO2 /V%44

8、50.699.4-55010.789.311.089.065039.860.239.061.080093.07.090.010.092596.04.097.03.0二、氣化過程中的氣化反應(yīng)李特（T.F.Lheed）和飛勒（R.V.Wheeler）也對CO2的還原反應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系可用下式表示： （2-5）2p8947.7lgK =2.4675lgT0.0010824T0.000000116T2.772T二、氣化過程中的氣化反應(yīng)表表2-52-5二氧化碳還原反應(yīng)的平衡組成和平衡常數(shù)二氧化碳還原反應(yīng)的平衡組成和平衡常數(shù)溫度/CO/%CO2/%Kp溫度/CO/%CO2/%Kp80

9、086.2013.805.38100099.410.59167.5085093.776.2314.11105099.630.37268.3090097.882.1243.04110099.850.15664.7095098.681.3273.77120099.940.061665.00二、氣化過程中的氣化反應(yīng)二、氣化過程中的氣化反應(yīng)2 2碳與蒸汽的反應(yīng)碳與蒸汽的反應(yīng)在一定溫度下，碳與水蒸氣之間發(fā)生的反應(yīng)如下： （2-8） （2-9）反應(yīng)生成的一氧化碳可進(jìn)一步和水蒸氣發(fā)生如下反應(yīng)： （2-10）二、氣化過程中的氣化反應(yīng)該反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，為一放熱反應(yīng)。（1 1）水蒸氣的分解反應(yīng)）水蒸氣的

10、分解反應(yīng) （2-11） （2-12）上述兩反應(yīng)的平衡常數(shù)，分別可用下述公式計(jì)算： （2-13） （2-14）（2 2）變換反應(yīng)）變換反應(yīng)出氣化爐的煤氣組成受變換反應(yīng)的制約。221COHpH OppKp222122HCOpH OppKp216740.5lgKp =1.5561lgT0.0001092T0.000000371T2.554T224533.3lgKp =0.6446lgT+0.0003646T+0.0000001858T +2.336T二、氣化過程中的氣化反應(yīng)3 3、甲烷生成反應(yīng)、甲烷生成反應(yīng) （2-15) （2-16) （2-17) （2-18) （2-19)（1）碳的加氫反應(yīng)（2）

11、甲烷化反應(yīng)二、氣化過程中的氣化反應(yīng)表表2-62-6碳加氫生成甲烷的平衡常數(shù)碳加氫生成甲烷的平衡常數(shù)T/KKpT/KKp298.167.9021088001.41074007.21810510000.09835002.66810315000.002566001.000102表表2-72-7COCO3H2 CH43H2 CH4H2O(g) H2O(g) 的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)T/KKpT/KKp298.167.87010248003.2061014004.083101510003.7581025001.145101015004.2071066001.977106二、氣化過程中的氣化反應(yīng)表表2-82-

12、8CO2CO24H2 CH44H2 CH42H2O(g) 2H2O(g) 的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)表表2-92-92C2C2H2 O(g) CH42H2 O(g) CH4CO2 CO2 的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)T/KKpT/KKp298.168.5781058005.2464009.48110410002.7271025009.33310315003.7121086008.291102T/KKpT/KKp298.167.8501048002.50601014003.58010210003.5450101500881901016001.3670101二、氣化過程中的氣化反應(yīng)4

13、4煤中其他元素與氣化劑的反應(yīng)煤中其他元素與氣化劑的反應(yīng)二、氣化過程中的氣化反應(yīng)（二）氣化反應(yīng)的反應(yīng)速率（二）氣化反應(yīng)的反應(yīng)速率1 1氣固相反應(yīng)的歷程氣固相反應(yīng)的歷程二、氣化過程中的氣化反應(yīng)2 2碳的氧化反應(yīng)碳的氧化反應(yīng)（1）碳與氧氣間的反應(yīng) （2）CO2的還原反應(yīng)二、氣化過程中的氣化反應(yīng)3 3水蒸氣與碳的反應(yīng)水蒸氣與碳的反應(yīng)（1）水蒸氣在碳表面的分解反應(yīng)（2）一氧化碳變換反應(yīng)4 4氫氣與碳生成甲烷的反應(yīng)氫氣與碳生成甲烷的反應(yīng)（1）反應(yīng)機(jī)理 （2）反應(yīng)速率方程式二、氣化過程中的氣化反應(yīng)5 5氣化生產(chǎn)過程的強(qiáng)化措施氣化生產(chǎn)過程的強(qiáng)化措施在煤氣化的基礎(chǔ)理論的研究上，雖然還有一些不清楚的問題，但已對生

14、產(chǎn)過程的強(qiáng)化指明了一定的方向。三、煤氣化過程常用評價(jià)指標(biāo)1 1冷煤氣效率冷煤氣效率2 2氣化效率氣化效率3 3炭轉(zhuǎn)化率炭轉(zhuǎn)化率4 4有效氣體產(chǎn)率有效氣體產(chǎn)率第三節(jié) Shell煤氣化工藝12ShellShell煤氣化基本原理煤氣化基本原理ShellShell煤氣化的主要工藝指標(biāo)煤氣化的主要工藝指標(biāo)34工藝流程工藝流程主要設(shè)備主要設(shè)備5殼牌煤氣化的操作控制殼牌煤氣化的操作控制一、Shell煤氣化基本原理1 1化學(xué)平衡化學(xué)平衡第一步：煤的裂解及揮發(fā)分燃燒。第二步：煤焦的燃燒及氣化。第三步：煤焦及產(chǎn)物的氣化。一、Shell煤氣化基本原理氣化爐中發(fā)生的主要反應(yīng)可分為：一、Shell煤氣化基本原理我們選對

15、煤氣成分影響最大的如下4個(gè)反應(yīng)作獨(dú)立反應(yīng)，即一、Shell煤氣化基本原理在這四個(gè)反應(yīng)中，完全氧化反應(yīng)（2-2）為不可逆反應(yīng)，不受反應(yīng)條件的影響，而CO2還原反應(yīng)（2-3）、非均相水煤氣反應(yīng)（2-9）和加氫反應(yīng)（2-15）在不同的反應(yīng)條件下所得到的產(chǎn)物不同。圖圖2-62-6反應(yīng)（反應(yīng)（2-32-3）的化學(xué)平衡）的化學(xué)平衡一、Shell煤氣化基本原理圖圖2-72-7反應(yīng)（反應(yīng)（2-92-9）的化學(xué)平衡）的化學(xué)平衡一、Shell煤氣化基本原理圖圖2-82-8反應(yīng)（反應(yīng)（2-152-15）的化學(xué)平衡）的化學(xué)平衡一、Shell煤氣化基本原理2 2反應(yīng)速率反應(yīng)速率（1）碳與氧之間的完全氧化反應(yīng)（2）CO2

16、的還原反應(yīng)（3）碳與水蒸汽之間的反應(yīng)（4）生成甲烷的反應(yīng)二、Shell煤氣化的主要工藝指標(biāo)1氧煤比2H2O/O23氣化溫度4氣化壓力5對煤種的要求二、Shell煤氣化的主要工藝指標(biāo)圖圖2-92-9氧煤比對氣化過程的影響氧煤比對氣化過程的影響二、Shell煤氣化的主要工藝指標(biāo)表表2-10 2-10 氣化壓力對粉煤氣化性能的影響氣化壓力對粉煤氣化性能的影響二、Shell煤氣化的主要工藝指標(biāo)表表2-112-11ShellShell煤氣化爐對入爐煤的質(zhì)量要求煤氣化爐對入爐煤的質(zhì)量要求項(xiàng)目水分（W%）灰分（W%）硫含量（W%）灰熔點(diǎn)（FT，）粒度(mm)褐煤其它煤種要求6-101-62021350說明保

17、證煤不結(jié)團(tuán)超過時(shí)應(yīng)加助溶劑90%以上三、工藝流程表表2-122-12設(shè)備名稱和編號對應(yīng)表設(shè)備名稱和編號對應(yīng)表編號設(shè)備名稱編號設(shè)備名稱編號設(shè)備名稱1原煤倉29熱水緩沖罐56過濾器2稱重給煤機(jī)30熱水過濾器57洗滌塔3磨煤機(jī)31煤加料器58飛灰收集罐4旋風(fēng)分離器32三通閥59飛灰放料罐5煤粉袋式過濾器33氣化室60放料罐過濾器6煤粉螺旋輸送機(jī)34激冷管61飛灰氣提/冷卻罐7煤粉旋轉(zhuǎn)給料機(jī)35傳輸管道62氣提罐過濾器8熱風(fēng)爐36返回室63中間儲罐9助燃風(fēng)機(jī)37合成氣冷卻器64飛灰充氣倉10循環(huán)風(fēng)機(jī)38膜式水冷壁換熱器65飛灰儲倉11密封風(fēng)機(jī)39汽包66文丘里洗滌器三、工藝流程續(xù)上表續(xù)上表編號設(shè)備名稱

18、編號設(shè)備名稱編號設(shè)備名稱12原煤倉放空過濾器40中壓循環(huán)泵67循環(huán)氣壓縮機(jī)13煤粉儲倉41中壓蒸汽發(fā)生器68洗滌塔循環(huán)水泵14煤粉鎖斗4269汽提塔給料罐15煤粉給料倉4370汽提塔給料泵16煤粉倉裝料袋濾器44激冷環(huán)71廢水汽提塔17螺旋輸送機(jī)45渣池72回流罐18旋轉(zhuǎn)給料機(jī)46破渣機(jī)73冷卻器19、20壓力平衡閥47渣收集罐74澄清池21氧氣預(yù)熱器48泵75空冷器22計(jì)量控制模塊49旋流分離器76真空皮帶過濾機(jī)23進(jìn)入混合器50換熱器77澄清池底部泵24蒸汽過濾器51排放罐78溢流罐25煤燒嘴52灰水泵79澄清池底部泵26熱水泵53脫水倉80泥漿儲罐27過濾器54撈渣機(jī)81泵28加熱器55

19、泵三、工藝流程整個(gè)系統(tǒng)可分為： 磨煤及干燥系統(tǒng)； 粉煤加壓及輸送系統(tǒng)； 氣化、激冷及合成氣冷卻系統(tǒng)； 渣脫除系統(tǒng)(除渣)； 干灰脫除系統(tǒng)(干洗)； 濕灰脫除系統(tǒng)(濕洗)； 廢水汽提及澄清系統(tǒng)。三、工藝流程四、主要設(shè)備1氣化爐和SGC四、主要設(shè)備四、主要設(shè)備四、主要設(shè)備2燒嘴圖圖2-182-18煤燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖煤燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖五、殼牌煤氣化的操作控制（一）原始開車（一）原始開車1必須具備的條件2開車前準(zhǔn)備工作3氣化爐加熱到熱備用狀態(tài)4氣化系統(tǒng)升溫5氣化系統(tǒng)開車五、殼牌煤氣化的操作控制（二）正常停車（二）正常停車1停車的準(zhǔn)備 2停車到“熱備用”狀態(tài)3氣化系統(tǒng)完全停車五、殼牌煤氣化的操作控制（三）氣

20、化爐（三）氣化爐/SGC/SGC的正常操作的正常操作1氣化爐出口溫度2SGC入口溫度3SGC出口溫度4合成氣成分5氣化爐膜式水冷壁蒸汽生成量6爐渣“外觀”五、殼牌煤氣化的操作控制（四）氣化爐（四）氣化爐/SGC/SGC常見事故及處理常見事故及處理1煤燒嘴點(diǎn)火故障2激冷氣體壓縮機(jī)故障3激冷管/SGC堵塞（結(jié)垢）4出渣口堵塞5爐渣結(jié)塊6水冷壁生成過量蒸汽7煤燒嘴停車/故障第四節(jié) 德士古水煤漿氣化技術(shù)12德士古水煤漿氣化的基本原理德士古水煤漿氣化的基本原理德士古水煤漿氣化工藝條件德士古水煤漿氣化工藝條件34德士古水煤漿氣化工藝流程德士古水煤漿氣化工藝流程德士古水煤漿氣化主要設(shè)備德士古水煤漿氣化主要設(shè)

21、備5德士古氣化的操作控制德士古氣化的操作控制一、德士古水煤漿氣化的基本原理1 1化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)一、德士古水煤漿氣化的基本原理一、德士古水煤漿氣化的基本原理2 2爐膛反應(yīng)基本模型爐膛反應(yīng)基本模型二、德士古水煤漿氣化工藝條件1煤漿濃度2氣化溫度和氣化壓力3氣化時(shí)間4氧碳比5對煤種的要求二、德士古水煤漿氣化工藝條件三、德士古水煤漿氣化工藝流程（一）流程分類（一）流程分類1激冷流程2廢鍋流程圖圖2-23 2-23 德士古氣化激冷流程示意圖德士古氣化激冷流程示意圖三、德士古水煤漿氣化工藝流程圖圖2-24 2-24 德士古氣化廢鍋流程示意圖德士古氣化廢鍋流程示意圖三、德士古水煤漿氣化工藝流程（二）德士古

22、冷激流程（二）德士古冷激流程表表2-132-13設(shè)備編號與名稱對應(yīng)表設(shè)備編號與名稱對應(yīng)表編號設(shè)備名稱編號設(shè)備名稱1煤貯斗50除氧器壓力調(diào)節(jié)閥2稱量給料機(jī)51燒嘴冷卻水槽3磨機(jī)52冷卻水槽液位調(diào)節(jié)閥4添加劑溶解槽53燒嘴冷卻水泵5添加劑溶解槽泵54燒嘴冷卻水冷卻器6添加劑槽55燒嘴冷卻水進(jìn)口切斷閥7研磨水槽56冷卻水出口切斷閥8研磨水泵57燒嘴冷卻水分離罐9磨機(jī)給水閥58消防水閥10滾筒篩59事故冷卻水槽11磨機(jī)出料槽60事故閥12磨機(jī)出料槽泵61鎖斗收渣閥13分流器62鎖斗安全閥14煤漿槽63鎖斗15煤漿給料泵64鎖斗循環(huán)泵16煤漿循環(huán)閥65鎖斗泄壓閥17煤漿切斷閥66鎖斗沖洗水罐18氧氣緩沖罐67清洗閥19氧氣總管放空控制閥68鎖斗沖洗水閥20氧氣手動閥69鎖斗排渣閥21氧氣調(diào)節(jié)閥70充壓閥22氧氣放空閥71鎖斗循環(huán)泵進(jìn)口閥23消音器72循環(huán)閥三、德士古水煤漿氣化工藝流程續(xù)上表續(xù)上表編號設(shè)備名稱編號設(shè)備名稱25氧氣下游切斷閥74渣斗26氣化爐75沖洗水泵27洗滌塔76澄清池28冷凝液沖洗水調(diào)節(jié)閥77沉降槽29激冷水過濾器78廢水冷卻器30黑水排放閥79抓斗起重機(jī)31黑水開工排放閥80灰水加熱器32真空閃蒸罐81高壓閃蒸冷凝器33開工抽引器82高壓閃蒸分離