单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,煤 的 气 化,化学化工学院 任永胜,第四章 煤 的 气 化,煤化工ppt课件,目录,概述,煤气化原理,、气化炉原理,气化工艺,气化的影响因素、循环发电,目录概述煤气化原理、气化炉原理气化工艺气化的影响因素、循环发,4.1,煤气化概述,一、煤气化的定义和实质,煤的气化过程是一个热化学过程，在特定的设备（,气化炉,）内它以,煤,为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸汽或氢气为,气化剂,（又称气化介质），在,高温,的条件下，通过,部分氧化反应,将原料煤从固体燃料转化为,气体燃料,（即气化煤气，或简称煤气）的过程。,4.1 煤气化概述一、煤气化的定义和实质,4.1,煤气化概述,一、煤气化的定义和实质,气化条件（煤炭气化时必须具备三个条件）,气化炉,、,气化剂,、,供给热量,。,三者缺一不可。,气化产品：,CO,、,H,2,、,CH,4,O,2,、,H,2,O,、,H,2,、,根据产热方式和煤气用途选择性供入（,H,2,很少用）,4.1 煤气化概述一、煤气化的定义和实质O2、H2O、H2,气化与燃烧的区别？,第一个问题,请大家思考？,气化与干馏的区别？,第二个问题,气化与燃烧的区别？第一个问题请大家思考？,从化学反应的角度，煤的气化和燃烧都属于氧化过程。当煤点燃时，它潜在化学能就会以热的形式释放出来，即空气中的氧气和煤中的碳、氢反应生成,CO,2,和,H,2,O,，并释放热量；,如果希望使气体产物,中的化学能更大的话，从逻辑上讲就是继续减少供氧量。但实际上得有个限度，因为随着供氧量的减少，更多的煤将不能转化为气体而成为未反应碳，气化效率将大打折扣。所以控制供氧量至关重要。,在氧气充足的情况下，煤将发生完全氧化反应，其所有的化学能都将转化成热能，这个过程就是,燃烧,如果此时减少氧气量，那么煤将不能发生完全氧化反应，释放的热量也会减少，煤中剩余的潜在的化学能就会转移到生成的气体产物中，如,H,2,、,CO,、,CH,4,等。,气化与燃烧的区别,从化学反应的角度，煤的气化和燃烧都属于氧化过程。当,干馏是煤在隔绝空气的条件下，在一定的温度范围内发生热解，生成固定焦炭、液体焦油和少量煤气的过程。,而气化不仅是高温热解过程，同时还通过与气化剂的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物,。,从转化的角度看，干馏是将煤本身,不到,10%,的碳,转化为可燃气体混合物，而气化则可将,碳完全,转化。,气化与干馏的区别,气化与干馏的区别,煤气化的化学,煤,加热,燃烧,+O,2,+H,2,O,或,H,2,+,部分,O,2,气化,密闭,干馏,气化：,C+H,2,O=CO+H,2,H,r,=131 kJ/mol,吸热反应,燃烧：,C+O,2,=CO,2,H,r,=-394 kJ/mol,放热反应,C+O,2,=CO,H,r,=-111 kJ/mol,放热反应,气化：,C+CO,2,=2 CO,H,r,=173 kJ/mol,吸热反应,煤气化的化学煤 加热 燃烧+O2+H2O或H2+部分,煤气化,CO+H,2,工业、民用燃气,合成气,氨,甲醇,油,二甲醚,烯烃,H,2,-,煤转化过程以煤气化为“龙头”，,-,煤气化构成了煤化工工艺的主要成本,固体煤,煤气化CO+H2工业、民用燃气氨-煤转化过程以煤气化为,1.,作为工业燃气,煤炭气化技术的应用,要求：热值为,4620,5670kJ,m,3,气化技术：常压固定床气化炉和流化床气化炉,应用：主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。,1.作为工业燃气 煤炭气化技术的应用要求：热,2.,作为民用煤气,应用,：城市煤气,要求,：热值在,12600,16800kJ,m,3,，要求,CO,含量小于,10,，,H,2,、,CH,4,及其他烃类可燃气体含量应尽量高。,技术,：鲁奇炉,2.作为民用煤气应用：城市煤气要求：热值在12600168,3.,作为化工合成和燃料油合成的原料气,要求,：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的,CO,、,H,2,等成分有要求,技术,：德士古气化炉、,Shell,气化炉,应用,：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等,以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础。,3.作为化工合成和燃料油合成的原料气要求：化工合成气对热值要,4.,作为冶金用还原气,原因,：煤气中的,CO,和,H,2,具有很强的还原作用,应用,：,1,）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁；,2,）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，冶金还原对煤气中的,CO,含量有要求。,4.作为冶金用还原气原因：煤气中的CO和H2具,5.,煤炭气化联合循环发电,(IGCC),Intergrated Coal Gasification Combined Cycle,是煤在加压下气化，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,配套的煤炭气化一般采用,固定床加压气化,(,鲁奇炉,),、气流床气化,(,德士古,),、加压气流床气化,(Shell,气化炉,),，加压流化床气化工艺,等，煤气热值在,9240,10500kJ,m,3,左右。,5.煤炭气化联合循环发电(IGCC)是煤在加压下气化，产生,6.,作煤炭气化燃料电池,燃料电池是由,H,2,、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,燃料电池,磷酸盐型,(PAFC),熔融碳酸盐型,(MCFC),固体氧化物型,(SOFC),质子交换膜型,(PEMFC),碱型,(AFC),高效煤炭气化技术,发电技术,IG-MCFC,和,IG-SOFC,6.作煤炭气化燃料电池燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料(,7.,煤炭气化制氢,氢气广泛用于电子、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,的氢气来源于石化燃料转化，同时煤炭气化制氢也起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成,CO,和,H,2,，然后通过变换反应将,CO,转换成,H,2,和,H,2,O,，再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。,7.煤炭气化制氢氢气广泛用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、,8.,煤炭液化的气源,不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气化工艺。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移动床加压鲁奇,(Lurgi),气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。,8.煤炭液化的气源不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气,煤炭气化发展简史,18,世纪后半叶,煤化工发展始于,18,世纪后半叶，用煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤干馏方法，生产的干馏煤气用于城市街道照明；,1840,年由焦炭制发生炉煤气来炼铁，,1875,年使用增热水煤气作为城市煤气,二次世界大战时期,二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。,1932,年采用一氧化碳与氢通过费,-,托,(Flscher Tropsch),合成法生产液体燃料获得成功，,1 934,年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个,F-T,合成油厂，,1936,年投产。,19351945,年期间德国共建立了,9,个合成油厂，总产量达,570kt,。,二次世界大战后,二次世界大战后，煤炭气化工业因石油、天然气的迅速发展减慢了步伐，进人低迷时期，煤气主要作为城市煤气等，直到,20,世纪,70,年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。,70,年代后,1975,年，美国,Eastaman(,依斯曼,),公司开始了合成醋酐的实验室研究，重点是开发适用的催化剂，以便在工业化生产时能达到需要的条件下，减少副产物生成。他们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原料羰基合成制取醋酐，并于,1977,年中试成功。到,20,世纪,80,年代末，由煤炭气化制合成气，羰基合成生产醋酸、醋酐开始大型化生产，这是煤制化学品的一个非常重要的突破。,现在,现在，随着气化生产技术的进一步发展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前景。其中二甲醚不仅是从合成气经甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体,而且也是多种化工产品的重要原料。甲醇从近年供需情况来看，除作基本有机化工原料、精细化工原料外，作为替代燃料应用，预计需求量将达,800,1000,万吨年，到,2020,年,t,甲醇需求预计达,5000,万吨年。,南非,南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在,1 927,年南非当局注意到依赖进口液体燃料的严重性，基于本国有丰富的煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径，,1939,年首先购买了德国,FT,合成技术在南非的使用权，在,20,世纪,50,年代初，成立了,SASOL,公司，,1955,年建立了,SASOL-I,厂，,1980,年和,1982,年叉相继建成了,SASOL-,厂和,SASOL-,厂。,煤炭气化发展简史18世纪后半叶煤化工发展始于18世纪,煤炭气化发展方向,气化压力向高压发展,气化压力由常压、低压（,1.0MPa,）向高压（,2.0,8.5MPa,）气化发展，从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成（如甲醇低压合成），降低生产成本。如,Texaco,气化压力可达,6.5,8.5MPa,，,Shell,气化压力为,2,4MPa,。,气化炉能力向大型化发展,Texaco,和,Shell,单台气化炉气化煤量已达,2000t/d,以上。,Prenflo,气化炉单炉气化煤量已达,2600t/d,。大型化便于实现自动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。,气化温度向高温发展,Texaco,气化温度,1400,1500,，,Shell,气化温度高达,1400,1700,，流化床气化温度为,1000,1200,。气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。尘降到,1,2mg/m3(,标,),以下。,技术不断进步,不断开发新的气化技术和新型气化炉，提高碳转化率和煤气质量，降低建设投资。目前碳转化率高达,98%,99%,，煤气中含,CO+H,2,达到,80%,90%,。,现代煤气化技术与其他先进技术联合应用,如与燃气轮机发电组合的,IGCC,发电技术；高压气化（,615MPa,）与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。,环保效果更好,煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合，实现环境友好，减少污染。如在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），脱硫效率可达,80%,90%,；采用高效除尘器使煤气中含尘降到,12mg/m,3,左右,煤气化技术的发展所追求的目标是：,希望能使用劣质固体燃料，提高单炉生产能力，同时连续高强度和高效地生产不同组成的煤气，并要避免环境污染,煤炭气化发展方向气化压力向高压发展气化压力由常压、低压（1,4.2,煤气化原理,4.2.1,发生炉构成,炉体、,加料装置、,排灰装置,4.2 煤气化原理4.2.1 发生炉构成炉体、,干燥层,脱气、脱水,室温,-150,干馏层,低温干馏,150700,还原层,获得可燃气体,8001100,CO,2,+H,2,O=CO+H,2,氧化层,(,燃烧层,),燃烧提供反应热,1200,左右,C+O,2,=CO,2,灰渣层,预热气化剂，保护炉栅,预测达,300450,4.2,煤气化原理,4.2.2,煤气化过程,气化剂,H