第二章甲醇原料氣的制取

類別符號數碼分類指標Vdaf（%）GR.I.Yb**（%）貧煤PM11>10.0～20.0≤5貧瘦煤PS12>10.0～20.0>5～20瘦煤SM1314>10.0～20.0>10.0～20.0>20～50>50～65焦煤JM152425>10.0～20.0>20.0～28.0>20.0～28.0>65*>50～65>65*≤25.0≤25.0（≤150）（≤150）肥煤FM162636>10.0～20.0>20.0～28.0>28.0～37.0（>85）*（>85）*（>85）*>25.0>25.0>25.0（>150）（>150）（>150）1/3焦煤1/3JM35>28.0～37.0>65*≤25.0（≤220）本文檔共33頁；當前第1頁；編輯于星期三\11點46分類別符號數碼分類指標Vdaf（%）G（GR.I.）Yb**氣肥煤QF46>37.0（>85）*>25.0（>220）氣煤QM34434445>28.0～37.0>37.0>37.0>37.0>50～65>35～50>50～65>65*≤25.0（≤220）1/2中粘煤1/2ZN2333>20.0～28.0>28.0～37.0>30～50>30～50弱粘煤RN2232>20.0～28.0>28.0～37.0>5～30>5～30不粘煤BN2131>20.0～28.0>28.0～37.0≤5≤5長焰煤CY4142>37.0>37.0≤5>5～35本文檔共33頁；當前第2頁；編輯于星期三\11點46分本文檔共33頁；當前第3頁；編輯于星期三\11點46分室式結焦過程一、化學產品的產生在膠質體生成、固化和半焦分解、縮聚的全過程中，都有大量氣態(tài)產物析出。這些氣態(tài)產物又分為“里行氣”和“外行氣”，里行氣和外行氣最后全部在爐頂空間匯集而導出。見右圖?；瘜W產品析出示意圖從煤的分子結構看，可認為，熱解過程是對熱不穩(wěn)定成分(基本結構單元周圍的側鏈和官能團等)不斷裂解，形成低分子化合物并揮發(fā)出去。而對熱穩(wěn)定成分(基本結構單元的縮合芳香核部分)互相縮聚形成固體產品（半焦或焦炭）。本文檔共33頁；當前第4頁；編輯于星期三\11點46分煤熱解的化學反應可分為以下幾種：

(1)煤熱解中的裂解反應。其裂解反應大致有下面四類：

①橋鍵斷裂生成自由基。聯系煤的結構單元的橋鍵主要是：

次甲基鍵－CH2－、－CH2－CH2－；醚鍵―O－；硫醚鍵－S－、－S－S－；次甲基醚鍵－CH2－O－、－CH2－S－等，它們是煤結構中最薄弱的環(huán)節(jié)，受熱很容易裂解生成自由基“碎片”。

②脂肪側鏈裂解。煤中的脂肪側鏈受熱易裂解，生成氣態(tài)烴，

如CH4,C2H6,C2H4等。

③含氧官能團裂解。煤中含氧官能團的熱穩(wěn)定性順序為：

—OH>C=O>—COOH>—OCH3.

④煤中低分子化合物的裂解。煤中以脂肪結構為主的低分子化合物受熱后熔化，同時不斷裂解，生成較多的揮發(fā)性產物。本文檔共33頁；當前第5頁；編輯于星期三\11點46分本文檔共33頁；當前第6頁；編輯于星期三\11點46分煤熱解的化學反應可分為以下幾種：

（2）一次熱解產物的二次熱解反應。一次分解產物，其揮發(fā)性成分在析出過程中受到更高溫度的作用就會產生二次熱解反應，主要的二次熱解反應有：裂解、脫氫、加氫、縮合、橋鍵分解等。本文檔共33頁；當前第7頁；編輯于星期三\11點46分煤熱解的化學反應可分為以下幾種：

（3）煤熱解中的縮聚反應。煤熱解的前期以裂解反應為主，后期則以縮聚反應為主?？s聚反應對煤的粘結、成焦和固態(tài)產品質量影響很大。

①膠質體固化過程的縮聚反應。

②從半焦到焦炭的縮聚反應。

③半焦和焦炭的物理性質變化。

本文檔共33頁；當前第8頁；編輯于星期三\11點46分焦爐煤氣的組成與雜質含量

組分H2COCO2CH4CmHnN2O2％(V)54.0～59.05.0～8.02.0～4.023.0～27.02.0～3.03.0～6.00.2～0.4

焦爐煤氣的主要組分為H2、CO、CH4、CO2等，隨著煉焦配比和操作工藝參數的不同，焦爐煤氣的組成略有變化。一般焦爐煤氣的組成見表1，雜質含量見表2。

表1

焦爐煤氣的組成名稱焦油苯萘硫化氫COS二硫化碳氨噻吩類雜質含量微量2000～500030010010080～10030020～50表2

焦爐煤氣中的雜質含量（mg/m3）

本文檔共33頁；當前第9頁；編輯于星期三\11點46分二、煤炭氣化煤氣化是指在煤氣發(fā)生爐中，原料在高溫條件下，與氣化劑作用，生成煤氣的過程。煤氣化過程的基本條件：氣化爐、氣化原料和氣化劑。氣化劑為氧氣或其他含氧物質如空氣、水蒸氣和二氧化碳等；氣化原料為各種煤或焦炭。煤氣化的實質是將煤由高分子固態(tài)物質轉化為低分子氣態(tài)物質，也是改變燃料中碳氫比的過程。常用氣化方法分類壓力：常壓氣化、加壓氣化與氣化劑相對運動：移動床氣化、流化床、氣流床氣化、熔浴床本文檔共33頁；當前第10頁；編輯于星期三\11點46分煤氣化的主要反應（反應熱以ΔH表示）

1）碳的氧化反應C+O2=CO2－393.8kJ/mol2）碳的部分氧化反應2C+O2=2CO-231.4kJ/mol3）二氧化碳還原反應C+CO2=2CO+162.4kJ/mol4）水蒸氣分解反應C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/mol5）水蒸分解反應C+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol6）一氧化碳變換反應CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol7)碳的加氫反應C+2H2=CH4-74.0kJ/mol8）甲烷化反應CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol9）甲烷化反應2CO+2H2=CH4+CO2-247.4kJ/mol10）甲烷化反應CO2+4H2=CH4+2H20-165.4kJ/mol本文檔共33頁；當前第11頁；編輯于星期三\11點46分氣化過程氣化劑不發(fā)生化學反應，只與灰渣進行熱交換，氣化劑吸收灰渣的熱量而升溫預熱，灰渣則被冷卻。主要進行碳的燃燒反應：C+O2→CO2,放出大量的熱量，在氧化層末端，氣化劑中的O2全部被耗盡。主要進行二氧化碳的還原反應與水蒸氣的分解反應：C+CO2→2CO,C+H2O(g)→H2+CO,反應所需要的熱量主要由碳的燃燒反應放熱提供，同時，CO變換反應可以補充部分熱量。由還原層出來的氣體（包括其中大量的N2）具有很高的溫度，在繼續(xù)上升的過程中，將上部原料干餾，生成焦油蒸氣、熱解水和其他液體、氣體餾分和半焦或焦，干餾析出的揮發(fā)分與氣化煤氣仍有較高的溫度，繼續(xù)上升將原料煤干燥，析出水分。主要是CO的變換反應。CO和H2O的含量在減少，CO2和H2的含量在增加，該反應進行的程度直接影響著粗煤氣的組成和出口溫度。本文檔共33頁；當前第12頁；編輯于星期三\11點46分煤氣發(fā)生爐3M-2l型氣化爐的主體結構由四部分組成：爐上部有加煤機構中部為爐身爐底部有除灰裝置主要用于氣化不黏結性燃料，如貧煤、無煙煤、焦炭等。本文檔共33頁；當前第13頁；編輯于星期三\11點46分型式：(1）無攪拌裝置的用于氣化無煙煤、焦炭等不粘結性燃料（2）有攪拌裝置的用于氣化弱粘結性煙煤。特點：（1）由于煤層厚，煤氣出口壓力高，故為干法排灰。（2）魏爾曼-格魯夏煤氣發(fā)生爐生產能力較大，操作方便（3）整個發(fā)生爐中鑄件很少，故制造方便。魏爾曼—格魯夏(W-G型)

煤氣發(fā)生爐

圖2-23W-G型煤氣發(fā)生爐1-中料倉；2-圓盤加料閥；3-料管；4-氣化劑管；5-傳動機構；6-灰斗；7-刮灰機；8-插板閥；9-爐箅；10-水套；11-支撐板；12-下灰斗；13-風管；14-中央支柱本文檔共33頁；當前第14頁；編輯于星期三\11點46分氣化過程的工藝條件在混合發(fā)生爐氣化過程中，主要的工藝條件是爐膛溫度、水蒸氣加入量和鼓風速度，他們直接影響著煤氣的組成和質量。它是影響煤氣質量、氣化強度和氣化熱效率的最重要因素。煤氣中有效成分是CO和H2，其含量的多少主要取決于CO2的還原反應和水蒸氣的分解反應。料層溫度的升高，有利于這兩個反應的進行，既可以提高煤氣產量產量又可改善煤氣質量，但料層溫度過高，容易結渣。因此，料層溫度的選定應結合原料中灰分的含量高低和灰分熔點高低，大致為1000~1200℃。本文檔共33頁；當前第15頁；編輯于星期三\11點46分水蒸氣的含量

水蒸氣加入量的多少對煤氣質量、產率和氣化過程的正常進行有很重要的影響。水蒸氣有一個最佳點，即以灰不結渣為最低限度。一般情況下，水蒸氣的耗量在0.4~0.6kg/kg之間，飽和溫度控制在50~65℃之間，蒸汽分解率約為60%~70%。鼓風速度鼓風速度決定著氣化強度，鼓風速度越大，氣化強度越高。隨著鼓風速度的提高，氣化劑與料層的接觸時間縮短，不利于碳的充分轉化，而且料層阻力相對增大，爐出煤氣中的帶出物數量也相應增多。鼓風速度過低，將降低發(fā)生爐的生產能力。鼓風速度一般在0.10~0.20m/s之間。本文檔共33頁；當前第16頁；編輯于星期三\11點46分氣化指標和影響因素氣化指標包括煤氣質量、煤氣產率、氣化強度、原料損失、冷煤氣效率、氣化效率和各項消耗指標。影響氣化指標的因素很多，主要取決于三個方面：氣化原料的理化強度、氣化過程的操作條件和煤氣發(fā)生爐的構造。

本文檔共33頁；當前第17頁；編輯于星期三\11點46分煤氣產率是指氣化單位質量的原料所得到煤氣的體積數。（在標準情況下）煤氣產率決定于原料中的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的含量，也與氣化方法的轉化率有關。氣化效率是指生成物的發(fā)熱量與所使用原料發(fā)熱量之比。氣化強度是指發(fā)生爐爐體單位截面上的生產強度。煤氣發(fā)生爐的生產能力取決于爐體的截面積和氣化強度。強化氣化過程的實質就是提高爐內氣化反應的速率。主要途徑是提高氣化劑中氧氣的濃度、氣化溫度和鼓風速度。本文檔共33頁；當前第18頁；編輯于星期三\11點46分1、提高氣化劑中氧氣的濃度氣化劑中氧氣含量的增加，碳的氧化反應加劇，料層溫度隨之上升，反應速度加快。如將氧氣的濃度提高到50%，氣化強化增加約一倍，而且可使煤氣中有效成分CO和H2的含量大大增加，從而使煤氣熱值也大大提高。此外，隨著氧氣濃度的提高，煤氣中CO2的含量增加，其原因：一是煤氣中N2含量減少，相對的CO2含量增高，二是CO與未分解水蒸氣發(fā)生了CO變換反應。本文檔共33頁；當前第19頁；編輯于星期三\11點46分2、提高氣化溫度提高氣化溫度有利于各氣化反應的速度，是提高煤氣質量和發(fā)生爐生產能力最有效的手段。爐內氧化層溫度一般在1000~1200℃。3、提高鼓風速度在實際生產中，提高鼓風速度是強化操作簡便易行的方法。但是，鼓風速度的提高受以下因素的限制：CO2還原反應和水蒸氣分解反應進行的程度；料層的穩(wěn)定性和帶出損失；爐底的最大風壓。本文檔共33頁；當前第20頁；編輯于星期三\11點46分混合發(fā)生爐氣化對煤質的要求

混合發(fā)生爐氣化用煤的要求是具有較高的機械強度、熱穩(wěn)定性和灰熔點。對煤種的要求是選用無煙煤或焦炭或揮發(fā)分適中的不黏結和弱黏結煙煤。

1)粒度：粒度的大小與原煤的反應性有關，反應性好，粒度可適當增大。各種原料的推薦粒級為：25~50mm。無煙煤13~25mm，焦炭6~13mm，氣化用焦5~10,10~25mm。2)灰分Ad≦24%3)含矸率≦2%4)灰熔點ST>1250℃5)膠質層最大厚度Y<12MM6)抗碎強度>60%7)熱穩(wěn)定性Ts+6>60%8)全硫St,d<2%本文檔共33頁；當前第21頁；編輯于星期三\11點46分二、水煤氣水煤氣是以水蒸氣為氣化劑，吹入熾熱的炭層分解而制得的煤氣。水煤氣的主要成分是CO和H2。水煤氣在燃燒時，火焰呈藍色，因此又稱為藍水煤氣。水煤氣生產原理

目前，我國主要采用間歇送風蓄熱氣化法。該法是把水煤氣生產過程分成兩個階段。第一個階段是吹風階段，向發(fā)生爐吹入空氣，是空氣中的氧與煤發(fā)生燃燒反應。本文檔共33頁；當前第22頁；編輯于星期三\11點46分C+O2=CO2-393.8KJ/mol2C+O2=2CO-231.4KJ/mol反應放出的熱量積蓄在料層內，使料層溫度升高，生成的吹風氣的主要成分是N2和CO2，經廢熱回收后放空。第二階段是制氣階段，向高溫料層內送入水蒸氣，使水蒸氣與熾熱的碳進行分解反應，生成以CO和H2為主要成分的水煤氣。C+H2O(g)=CO+H2+131.5KJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0KJ/mol經一定時間后，料層溫度下降，蒸汽分解很少或不再分解，停止送入蒸汽，制氣階段結束。再向發(fā)生爐吹入空氣，如此循環(huán)不已。本文檔共33頁；當前第23頁；編輯于星期三\11點46分本文檔共33頁；當前第24頁；編輯于星期三\11點46分水煤氣生產的工作循環(huán)及各階段閥門打開情況

水煤氣的生產時間歇式的，一般來說，一個工作循環(huán)由六個階段組成。（1）吹風階段吹風階段,1、5、6打開，是將空氣與原料燃燒后放出的熱量積蓄在爐料內，為制氣階段提供熱量。（2）蒸汽吹凈階段

3、5、6打開，蒸汽自爐底進入爐內吹掃料層和發(fā)生爐及管道，目的是將殘余的吹風氣吹凈，提高水煤氣質量。本文檔共33頁；當前第25頁；編輯于星期三\11點46分

（3）一次上吹制氣階段

3、5、7打開，目的是制造合格的水煤氣，經吹風階段后，料層內已積蓄了大量熱量，溫度較高約1100~1200℃，吹入水蒸氣可以大量分解，是主要的制氣階段。（4）下吹制氣階段4、2、7打開，在一次上吹制氣后，料層下部的溫度較低，水蒸氣分解反應速度較慢，同時，由于反應層逐漸上移，料層上部溫度較高，使水蒸氣分解條件變差，而且上部料層由于CO變換反應的放熱作用，使上行煤氣出口溫度升高，因此，為了充分利用料層上部的蓄熱，克服上吹制氣造成的氣化層上移，此時應切換閥門，將水蒸氣從爐頂吹入，制得合格的水煤氣。本文檔共33頁；當前第26頁；編輯于星期三\11點46分（5）二次上吹制氣階段2、4、7打開，該階段的目的是將下吹后殘留在發(fā)生爐底部和管道內的水蒸氣吹入貯氣柜中，并保證安全生產，若此時吹入空氣，會引