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1、第四章煤的氣化化學(xué)化工學(xué)院林永勝，目錄，概述，氣化原理，氣化爐原理，氣化工藝，氣化的影響因素，循環(huán)發(fā)電，4.1煤氣化概述，1，煤氣化的定義和實(shí)際氣化條件(煤氣化時(shí)必須有三個(gè)茄子條件)化油器、化油器、供熱。三個(gè)茄子中沒有一個(gè)是渡邊杏的。氣化產(chǎn)品：CO，H2，CH4，O2，H2O，H2，根據(jù)產(chǎn)熱方式和氣體用途的不同，可選供應(yīng)(H2很少使用)、汽化和燃燒之間的差異？大家，想想嗎？煤氣和干餾的區(qū)別？從化學(xué)反應(yīng)的角度來看，煤的氣化和燃燒都屬于氧化過程。煤點(diǎn)火時(shí)，其潛在的化學(xué)能以熱的形式釋放。即空氣中的氧和煤的碳，氫反應(yīng)生成CO2和H2O，并釋放熱量。如果想使氣體產(chǎn)品中的化學(xué)能更大，邏輯上就是繼續(xù)減少氧氣

2、供應(yīng)。但是實(shí)際上應(yīng)該有限度。因?yàn)殡S著氧氣供應(yīng)的減少，更多的煤不能轉(zhuǎn)化為氣體，成為沒有反應(yīng)的碳，氣化效率大大降低。因此，調(diào)節(jié)氧氣供應(yīng)很重要。如果氧氣充足，煤會(huì)產(chǎn)生完全氧化反應(yīng)，所有的化學(xué)能都會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。牙齒過程是燃燒。此時(shí)，減少氧氣量，煤不會(huì)發(fā)生完全氧化反應(yīng)，釋放的熱量也會(huì)減少，煤中殘留的潛在化學(xué)能量轉(zhuǎn)移到生成的氣體產(chǎn)品(如H2，CO，CH4等)中。氣化和燃燒的區(qū)別在于干餾是在煤堵塞空氣的條件下，在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生熱解，產(chǎn)生固定焦炭、液體焦油、少量氣體的過程。氣化不僅是高溫?zé)峤膺^程，還通過與氣化劑的部分氧化過程，將煤中的碳轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物。從轉(zhuǎn)化的角度來看，干流將煤本身不到10%的碳轉(zhuǎn)化為可燃

3、氣體混合物，而氣化則完全轉(zhuǎn)化碳。氣化和干餾的區(qū)別，氣化的化學(xué)，煤，加熱，作為民用氣體應(yīng)用：城市煤氣，要求：熱值為1260016800kJm3，CO含量應(yīng)盡可能高10，H2，CH4及其他碳?xì)浠衔锏目扇細(xì)怏w含量。技術(shù)：盧奇諾，3 .作為化學(xué)合成和燃料油合成的原料氣，化學(xué)合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)氣體中CO、Shell等成分有要求。技術(shù)：desgo氣化爐，shell氣化爐，應(yīng)用：合成航空燃料合成氨，合成甲烷，4。作為冶金用還原氣，氣體中的CO和H2具有很強(qiáng)的還原作用，應(yīng)用：1)冶金工業(yè)利用還原氣，可以將鐵礦石直接還原為海綿鐵。2)在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可以用還原氣體冶煉。

4、因此，冶金還原對(duì)氣體的共含量有要求。5 .煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)集成Coal Gasification Combined Cycle，煤在加壓下氣化后排出的氣體得到凈化后燃燒，高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，利用煙氣余熱產(chǎn)生高壓蒸汽，啟動(dòng)蒸汽輪機(jī)。IGCC使用的氣體對(duì)熱值的要求不高，但對(duì)氣體凈化度(如灰塵和硫化物)含量的要求很高。IGCC附帶的石炭紀(jì)化一般使用固定層加壓氣化(盧奇洛)、棋類床汽化(desgo)、加壓氣流床汽化(shell汽化)、加壓流化床汽化工藝等，氣體熱值為924010500kJm3左右。6 .作為煤化燃料電池，燃料電池是H2，天然氣，煤氣燈燃料(化學(xué)能)通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化

5、為電力的化學(xué)發(fā)電機(jī)技術(shù)，高效煤化技術(shù)，發(fā)電機(jī)技術(shù)IG-MCFC，IG-SOFC，7。石炭紀(jì)化生產(chǎn)氫氣。氫在電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化學(xué)合成、航空航天、煤直接液化、氫電池等領(lǐng)域，目前世界上96的氫來自化石燃料轉(zhuǎn)換，用煤氣化生產(chǎn)氫也起著重要作用。一般情況下，將煤轉(zhuǎn)換為CO和H2，然后通過轉(zhuǎn)換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換為H2和H2O，將富氫氣體低溫分離或變壓吸附，8 .煤液化的起源，無論是煤的直接液化還是間接液化，都離不開煤的氣化工藝。煤液化需要制氫，可選煤氣化工藝還包括移動(dòng)床加壓魯奇氣化、加壓流化床氣化、加壓棋類床氣化工藝。煤氣化發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v史，18世紀(jì)后期，煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始于18世紀(jì)后期，以煤生產(chǎn)民用煤氣。

6、在歐洲，當(dāng)時(shí)用煤干餾法生產(chǎn)的干餾氣體被用于城市街道照明。1840年，由于焦炭的發(fā)生，用煤氣煉鐵，1875年用熱水煤氣作為城市煤氣，第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，石炭紀(jì)化工在德國(guó)迅速發(fā)展。1932年通過一氧化碳和氫氣通過比-托合成法生產(chǎn)液體燃料成功，1 934年德國(guó)盧爾化學(xué)公司應(yīng)用牙齒研究結(jié)果創(chuàng)建了第一家F-T合成油工廠，1936年投入生產(chǎn)。19351945年，德國(guó)共建了9家合成油工廠，總產(chǎn)量達(dá)570kt。第二次世界大戰(zhàn)以來，第二次世界大戰(zhàn)以后，煤炭氣化工業(yè)因石油、天然氣的快速發(fā)展而放慢了速度，進(jìn)入停滯期，煤氣主要用作城市煤氣等，直到20世紀(jì)70年代，合成氣制甲醇技術(shù)成功開發(fā)，甲醇的廣泛使用再次受到煤炭氣化

7、工業(yè)的重視。、70年代以后，1975年美國(guó)Eastaman (Estaman)開始了合成醋酸酐的實(shí)驗(yàn)室研究，這是為了達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)所需的條件，重點(diǎn)是開發(fā)適用的催化劑，減少副產(chǎn)品的生成。他們以乙酸酯和一氧化碳為原料合成乙炔，1977年試驗(yàn)成功。到20世紀(jì)80年代末，煤氣化制合成氣，羰基合成生產(chǎn)醋酸和食醋酸，開始大化，這是煤制化學(xué)產(chǎn)品的一個(gè)很重要的突破。好了，現(xiàn)在，氣化生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，以氧燃料為主的煤基化合成甲醇和二甲，具有廣闊的市場(chǎng)前景。牙齒中二甲醚不僅是合成氣制甲醇的汽油、低碳烯烴的重要中間體，也是各種化工產(chǎn)品的重要原料。甲醇在近幾年的供應(yīng)和需求方面，除了基本有機(jī)化工原料、精細(xì)化工原料外，替

8、代燃料應(yīng)用，需求將達(dá)到8001000萬噸，預(yù)計(jì)到2020年，T甲醇需求將達(dá)到5000萬噸。南非、南非、南非開發(fā)煤炭間接液化歷史悠久。早在1 927年，南非當(dāng)局就注意到依賴進(jìn)口液體燃料的嚴(yán)重性。以本國(guó)有豐富的煤炭資源為基礎(chǔ)，開始尋找石炭系合成液體燃料的新方法。1939年德國(guó)FT合成器技術(shù)首次在南非購(gòu)買，20世紀(jì)50年代初成立了薩索公司，1955年成立了薩索公司，煤氣化發(fā)展方向，氣化壓力發(fā)展為高壓，氣化壓力從大氣壓，低壓(1.0MPa)發(fā)展為高壓(2.08.5MPa)汽化Texaco汽化壓力達(dá)到6.58.5MPa時(shí)，外殼汽化壓力為24MPa。汽化爐的能力發(fā)展到大型化，Texaco和Shell單汽化

9、爐的汽化爐容量已達(dá)到2000t/d以上。Prenflo氣化爐的單爐汽化煤量已達(dá)到2600t/d。大型化有助于自動(dòng)控制和最優(yōu)化操作，并降低能耗和運(yùn)營(yíng)成本。氣化溫度發(fā)展到高溫，Texaco汽化溫度為14001500，殼汽化溫度最高為14001700，流化床汽化溫度為10001200。氣化溫度高，煤中有機(jī)物分解，消除或減少環(huán)境污染，對(duì)煤的適應(yīng)性很大?；覊m下降到12mg/m3(標(biāo)記)以下。技術(shù)不斷發(fā)展，不斷開發(fā)新的氣化技術(shù)和新型氣化爐，提高碳轉(zhuǎn)化率和煤氣質(zhì)量，減少建設(shè)投資。目前碳轉(zhuǎn)化率達(dá)98%，氣體中CO H2達(dá)80%。現(xiàn)代煤氣化技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)(如IGCC發(fā)電技術(shù))結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展使用。高壓氣化(

10、615MPa)與低壓合成甲醇、二甲醚技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)等壓合成，消除合成氣壓縮機(jī)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低總能耗。環(huán)保效果更好，煤氣化技術(shù)與先進(jìn)脫硫、灰塵去除技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好，減少污染。在汽化爐中放入脫硫劑(石灰石)，脫硫效率可達(dá)80%。其目標(biāo)是使用高效除塵器將煤氣中的灰塵降低到12mg/m3左右。氣體氣化技術(shù)的發(fā)展是，在使用低質(zhì)量固體燃料提高單爐生產(chǎn)能力的同時(shí)，徐璐持續(xù)高強(qiáng)度、高效地生產(chǎn)不同配置的氣體，避免環(huán)境污染。4.2氣體氣化原理，由4.2.1發(fā)生爐組成，爐體。4.2.2氣化工藝，氣化劑H2、O2、H2O、氣體H2、CO、CH4、煤、灰、4.2.3氣化類型5茄子基本類型H2O(氣體)主要反應(yīng)

11、：C O2co 2 Q 2C O22co Q C H2oco，第二，外部熱煤的水蒸氣氣化機(jī)理：H2O(氣體)主要反應(yīng)：C H2O H2-Q氣體主要可燃性成分：CO，H2特征：氣化爐外部加熱(煤只與水蒸氣反應(yīng))氣化爐的傳熱不好，不經(jīng)濟(jì)。4.2.3氣化類型，3，煤的加氫化花源化機(jī)理催化劑：H2主要反應(yīng)：C H2CH4 Q氣體主要可燃成分：CH4特征：氣體主要由CH4組成。剩余焦炭生成(包括碳?xì)埩?，煤和H2加壓生成CH4的反應(yīng)性小于煤和水蒸氣的反應(yīng)性。4.2.3氣化類型，4，煤的水蒸氣氣化和加氫是替代天然氣原理，4.2.3氣化類型，氣化劑：O2 H2O(氣體)主要反應(yīng)：加氫階段：C H2CH4 Q

12、水蒸氣氣化階段：C o2co Q 2C O22CO Q C h2oo，4.2.3氣化類型，5，煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結(jié)合，形成替代天然氣原理，4.2.3氣化類型，氣化劑：O2；H2O(氣體)主要反應(yīng)：水蒸氣氣化階段：C o2co 2 Q 2C O22C O Q C H2O H2-Q甲烷化反應(yīng)：CO 3H2 CH4 H2O Q氣體主要可燃性成分：CH4特征：首先在煤的水蒸氣氣化反應(yīng)中產(chǎn)生以CO和H2為主的合成氣體，然后合成氣體起到催化劑的作用。，4.2.3氣化類型，基本化學(xué)反應(yīng)氧化反應(yīng)：C o2co 2 Q 2c o22co Q H2 O2 H2O Q CO H2O CO2 H2 Q水氣體反應(yīng)

13、3360 c h2oco H2-q水氣體反應(yīng)：C 2h 2 oco 2 H2-Q氣化反應(yīng)：C CO22CO -Q加熱：C O2CO2 Q和2C O22CO Q結(jié)合吸熱：C H2OCO H2 -Q和C CO22CO -Q，在自熱氣化過程中起著重要作用。4.2.4基本化學(xué)反應(yīng)，煤中少量的元素氮和硫在氣化過程中產(chǎn)生含氮和黃奕的產(chǎn)物，主要硫化物為H2S，COS，CS2等，主要氮化合物為NH3，HCN，NO等。煤氣化中產(chǎn)生的硫(S)和氮(N)的基本反應(yīng)元素反應(yīng)，4.2.4基本化學(xué)反應(yīng)，S:S O2 so 2 SO2 3 H2 S 2S 2H2O SO2 CO2 2H2S SO2 3S 2O2 C 2SC S2 CO SCOS N:N 23h 22 NH 3n H3 NH吸附的氣體反應(yīng)物在固體表面反應(yīng)，形成中間復(fù)合物。中間配合物的分解或在氣相中與到達(dá)固體表面的氣體分子反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物從固體表面解吸，擴(kuò)散到氣體空間，4.2.4基本化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)特性-汽化反應(yīng)器系碳的氧化反應(yīng)器系碳，二氧化碳反應(yīng)的機(jī)械碳，水蒸氣反應(yīng)的機(jī)械碳，氫反應(yīng)的機(jī)械氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡，4.2.4基本化學(xué)反應(yīng)，氣體分類，定義3360以空