第三章 煤炭性质对气化的影响

煤的工业分析及其对气化的影响如何？各种煤，除了其外表特征不同外，更主要的是它们的工艺性能也有很大的差别。

为了合理的利用煤炭资源，对煤作出正确的评价，在工业上，我们通常采用工业分析的方法。

煤的工业分析通常包括煤的水分、灰分、挥发份和固定碳四种，它们对煤的气化影响很大，现分述于下。

（1）水份：煤的水份通常以三种状态存在。

即游离水，一般由外界条件造成，如雨、雪等，二结晶水，是组成煤的分子与水化合而成为结晶状态的水；三是吸附水，是煤本身的空隙形成毛细吸附现象所吸附的水。

一般所指煤的水份是指实验水份，即在空气干燥状态下的试料，在105℃温度下，加热一小时所放出的水份，这主要是吸收水。

这种水份的含水量与煤形成时间的长短有关系，通常泥煤和褐煤含10℃—30%的水份，而烟煤和无烟煤的水份在5%以下。

煤中水份不但对煤的运输、破碎、筛分都不利，而且煤的水份直接影响煤的发热值，还在气化中及收大量的热量，降低煤气的温度，甚至降低还原层的温度，使煤气质量变坏，CO 2含量增加。

同时在干燥层温度较低时，气化烟煤时干馏层逸出的焦油将会发生重新凝聚，而影响发生炉的透气性。

所以，一般要求煤中的水份不超过8%。

另外，由外界条件造成的游离水，特别是雨天，将严重影响煤的筛分，使大量煤末混入发生炉，使料层透气性变坏，煤气质量下降。

故要求大多数南方工厂的煤气站设置干煤棚或采取其它降低外界水份的措施。

（2）灰份：煤的灰份是指除去水份、挥发份外，一切可燃物质在一定温度（800℃上下）完全燃烧后的残留物。

煤的灰份，主要由二氧化硅（SiO 2）二氧化铝（Al 2O 3）、三氧化二铁（Fe 2O 3）、氧化钙（CaO ）、和氧化镁（MgO ）等组成。

这些矿物质由于是由燃烧得来，故与原来煤中矿特质的真实情况是不同的。

在燃烧时，它们经历了分解、脱水等过程。

煤的灰份是其原生植物的含有物及其在形成过程中外部渗透沉积而混入的。

因此，它的种类、数量以至分布状态，由于煤层所在位置，种类以及形成的不同而异。

煤炭气化工艺学教学大纲课程编号：096207课程名称：煤炭气化工艺学学时/学分:48/3先修课程：无机化学，有机化学，煤化学适用专业：应用化学开课系或教研室：化学化工系一、课程的性质与任务课程的性质：《煤炭气化工艺学》是应用化学专业的专业课。

对理论与实践相结合的应用很强的学科，对学生从事煤化工行业素质的培养起着重要作用。

课程的任务：主要内容是煤气化的原理、气化工艺流程以及合成气净化。

通过本课程的学习，使学生能够掌握运用煤气化的原理和方法，熟悉煤气化工艺流程，为学生从事煤气化打下坚实的理论和实践基础。

二' 课程的基本要求1教学方式：以讲授为主，辅以必要的课堂习题训练。

2成绩考核方式：期末考试90%+平时成绩10%三、课程教学内容（一）绪论.煤化工1.煤气化的发展现状.煤气化的基本内容2.学习方法（二）煤气化的基本原理1.煤气化的概念.基本化学反应2.煤质对煤气化的影响（三）煤气化炉的结构和类型L煤气化炉的基本结构2 ,煤气化炉的类型。

（四）固定（移动）床气化法1.固定床气化炉的结构2,煤气化炉的物料衡算3.常见的几种固定床气化炉（五）流化床气化法1,流态化的基本概念2.流化床气化炉的研发3.常见的流化床工艺流程（六）气流床气化法1.几种气流床炉型的比较2 ,常见气流床工艺流程3 ,煤的气化联合循环发电（七）煤炭地下气化1.煤地下气化工艺2.影响煤地下气化的因素3.煤地下气化发展工艺展望（八）煤的气化方法的评价与选择1.三种气化工艺的比较2.气化方法选择的原则（九）煤气的净化1 .煤气净化2 ,煤气净化的分类、学时分配表五、主要参考书.张双全、吴国光、周敏等编.《煤化学》.中国矿业大学出版社，20041.郭树才.煤化工工艺学.北京：化学工业出版社，2000. 8.许祥静.煤气化生产技术,北京：化学工业出版社，2010.9。

《煤化工生产技术》课程标准总学时数：86 理论课时：62 实践课时：24适用专业：煤化工生产技术学分：4制定人：煤化工教研室制定日期：2014年4月一、课程性质本课程是煤化工生产技术专业的一门必修课。

本课的任务是使学生掌握煤化工生产的基本概念，了解煤化工安全生产方面的知识，深化空气深冷液化分离、煤气化、煤液化、甲醇生产技术及煤化学产品加工工艺等方面知识；培养学生的煤化工生产操作方面的专业能力，如正确地确定生产的工艺条件的能力，在煤化工安全生产操作规程下解决生产过程中一般工艺技术问题的能力以及正确操作煤化工的重要设备等；同时注重培养学生的社会能力和方法能力。

本课程是在学生完成化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、煤化学等基础课的学习后开设的，并通过专业实训与仿真实训强化学生的专业技能。

二、设计思路《煤化工生产技术》是以对企业技术骨干和管理人员关于工作任务的调查分析为依据，确立课程教学目标和内容；以培养就业能力为导向，课程内容与职业资格取证要求融通；以典型工作任务分析为基础，构建总体能力目标、具体能力目标和知识目标。

煤化工生产技术专业是以就业为导向、职业能力培养为目标，培养具有较强实践动手能力，具备必须的文化基础知识、煤化工工艺基本理论和从事煤化工生产操作、工艺运行、技术管理等工作的职业能力和综合素质，在生产、建设、管理、服务等一线工作精工艺、懂设备、懂管理的高素质技能型专门人才。

按照章节分为十一章，按工作任务工作岗位进行任务分解，形成6个学习情景：空气深冷液化分离；煤焦化技术；煤气化技术；煤液化技术；合成气合成天然气与甲醇技术；甲醇合成其他化学产品技术。

对工作过程的实施以工学结合方式实现。

在教学安排上，按周数进行。

采用教师授课、实训室实习、下厂参观及及顶岗操作，便于原理讲授与操作训练相结合。

每个学习情境内选取典型的工作任务，在教师指导下，课堂传授专业知识、课下掌握专业技能，把教师的教学过程与学生的学习过程、企业生产与工作过程联系起来，使学习内容充分体现企业实际需要，让学生在生产任务实施中训练操作技能、团队合作和沟通技能、工作能力和方法能力，体验企业工作过程和氛围，构建知识。

第一章绪论一、选择题1、下列属于化石能源的是（石油、天然气、煤炭）2、最大的煤生产和消费国是（中国）3、下列能源属于二次能源的是（城市煤气）4、民用燃气的热值一般为（4620kg/m3）5、二次世界大战后，煤炭汽化工业发展缓慢的原因是（石油和天然气的发展）6、下列属于新型煤化工特点的是（煤炭-能源-化工一体化）7、下列属于碳一化学品的是（CO 、CO2 、CH3OH 、HCHO ）8、下列说法正确的是（煤气化产物不是煤化工的最终产品）9、煤属于（混合物）10、城市煤气要求CO低的原因是（CO有毒）二、复习思考题1、何为煤化工？答：煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。

煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。

2、什么是煤气化？包含的内容有那些，有什么特点？答：煤的气化是煤或煤焦与气化剂在高温下发生化学反应将埭或煤焦中有机物转变为煤气的过程。

煤炭气化技术广泛应用于下列领域。

(1)作为工业燃气(2)作为民用煤气(3)作为化工合成和燃料油合成的原料气(4)作为冶金用还原气(5)作为联合循环发电的燃气(6)作煤炭气化燃料电池(7)煤炭气化制氢(8)煤炭液化的气源3、试述煤炭气化产品——煤气为原料，说明碳一化学的发展方向和趋势。

答：碳-化学是以含有一个碳原子的物质(如CO、CO2、CH3、CH3OH、HCHO)为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工生产过程。

碳-化学是一个很大的领域，其产品包括由合成气台成燃料、甲醇及系列产品，合成低碳醇、醋酸及系列产品，合成低碳烯烃、燃料添加剂等方面。

4、煤炭气化工艺课程的学习内容有那些？本课程与本专业主要专业基础课、专业课有何区别和联系。

答：具体内容可分为以下几部分。

①气化原理。

讨论气化方法、气化热力学、动力学过程对气化过程的影响。

②煤炭性质对气化的影响。

介绍了煤种及煤质对气化的影响a③气化炉。

讨论各类气化炉结构特点、工艺流程、工艺条件选择对气化的影响等。

煤炭气化的原理与应用煤炭气化是将固态煤转化为气体燃料或化工原料的过程。

它是一种逐渐受到重视的技术，能够在节约煤炭资源、降低环境污染、推动能源多元化等方面发挥重要作用。

本文将从煤炭气化的原理、应用等方面进行论述。

一、煤炭气化的原理煤炭气化是一种可控制反应的过程，通常在高温高压下进行。

反应过程主要分为两个阶段：初级反应、次级反应。

1. 初级反应初级反应主要是对煤炭中的碳、氢、氧等元素进行裂解和转化。

在高温高压条件下，煤炭中的碳与水蒸气反应，生成一氧化碳和氢气。

碳化反应中产生的固体炭黑可以带走一部分灰分，从而降低灰分等杂质对煤气的影响。

2. 次级反应次级反应主要是对初级反应形成的一氧化碳和氢气进行进一步加工转化，生成有机化合物和其他气体。

一氧化碳可以通过水气转移反应（WGS）生成二氧化碳和氢气，氢气可以与二氧化碳还原生成甲烷和水。

二、煤炭气化的应用煤炭气化技术可以将煤炭转化为气体燃料或化工原料，广泛应用于工业、煤化工、燃料等领域。

下面就其应用进行简要介绍。

1. 工业领域煤炭气化技术可以生产一系列重要的化学工业品例如苯、丙烯、乙二醇等。

这些化学品广泛应用于农药、医药、塑料、纺织、颜料等行业中。

2. 煤化工领域煤炭气化技术广泛应用于煤化工领域。

利用煤炭气化技术，可以生产一系列的煤化工产品，例如甲醇、乙醇、工业醋酸，这些产品在化学、医药、能源等领域的应用非常广泛。

3. 燃料领域利用煤炭气化技术，可以生产合成天然气、合成液体燃料，这些燃料具有高效能、低污染等优点。

在燃料应用领域，有着重要的开发和应用前景。

三、煤炭气化的发展现状煤炭气化技术在国内外都广泛应用，但是在不同发展阶段的国家应用不同。

例如在美国，煤炭气化技术被广泛应用于制备燃气和燃料等领域，而在中国，煤炭气化主要应用于煤化工领域。

煤炭气化技术在国际上也有一些发展，立陶宛、菲律宾等国家已经开发煤炭气化项目，这些项目在探索煤炭资源、创新能源供应等方面有着积极的推动作用。

4.10煤气甲烷化一般粗煤气中含有大量的CO和H2，以及一定量的CH4为了进一步提高煤气热值，减少CO含量，采用甲烷化工艺是加工煤气的重要手段。

尤其是在合成天然气的生产中，必须对粗煤气进行甲烷化。

甲烷化过程主要是使煤气中的H2和CO在催化剂作用下发生反应生成CH4。

CO+3H2——→CH4+H2O同时还会发生水煤气变换反应CO+H2O——→CO2+H2以及其他生成CH4的次要反应CO+4H2——→CH4+2H2O2CO——→C+CO2，C+2H2——→CH4影响甲烷化反应过程的因素很多，如催化剂的活性、原料气的组成以及反应温度和压力等。

从化学反应来看，甲烷化反应是强放热反应，为防止催化剂超温失活，必须有效地排出反应生成热；同时该反应还是体积缩小的反应，因此加压有利于甲烷的生成。

在催化剂方面，活性较好的甲烷化催化剂一般都含有高浓度的非常活泼的Ni，A1以及其他的助催化剂，并以硅藻土或氧化铝为载体。

这些催化剂一般都不抗硫，因为活性镍会因吸硫而丧失活性，同时氯化物也会使这类催化剂受到损害。

因此甲烷化的原料气必须进行彻底净化。

除此之外，在进行甲烷化反应过程中，还需要着重考虑如何避免CO和CH4分解导致的碳沉积反应发生，并使催化剂失活的现象。

研究表明，对于镍基催化剂而言，当原料气中的H2/CO的比值为2.6或更大一些时，在高压和低于820℃的条件下，不会发生碳沉积现象。

就煤气的甲烷化反应器及其工艺流程种类来看，大致可以分为三类：固定床工艺、流化床工艺和特殊接触装置工艺。

其实质的区别就在于以何种方式排出甲烷化反应放出来的大量热量，防止催化剂床层超温，以及采用何种方法回收这些热量，以提高系统的热效率。

常见的方法有：固定床激冷循环工艺、固定床帕森工艺，气相流化床工艺、液相流化床工艺和填料床热气体循环工艺等。

图10-59 帕森公司固定床工艺流程示意图图10-59为帕森公司Ralph开发的固定床工艺流程示意图。

原料气加入少量水蒸气，分成两股或三股进入串联在一起的反应器中，进行一氧化碳变换和甲烷化反应。

煤炭性质对气化的影响﹙讲课稿﹚煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的，这个转变过程叫做植物的成煤作用。

一般认为，成煤过程分为泥炭化阶段和煤化阶段两个阶段。

不同煤种的组成和性质相差是非常大，即使是同一煤种，由于成煤的条件不同，性质差异也较大。

煤结构、组成以及变质程度之间的差异，会直接影响和决定煤炭气化过程工艺条件的选择，也会影响煤炭的气化结果，如煤气的组成和产率，灰渣的熔点和粘结性以及焦油的产率和组成等。

第一节煤种对气化的影响根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类第一类，气化时不粘结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。

第二类，气化时粘结并产生焦油，代表性原料有弱粘结或不粘结烟煤。

第三类，气化时不粘结单产生焦油，代表性原料有褐煤。

第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不粘结，能产生大量的甲烷。

一、气化用煤的主要特性1.无烟煤、焦炭、半焦和贫煤这类原料气化时不粘结，不会产生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。

2.烟煤这种煤炭气化时粘结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气的净化系统较复杂，煤气的热值较高。

3.褐煤气化时不粘结但产生焦油。

褐煤是变质程度较低的煤，加煤时不产生胶质体，含有较高的内在水分和数量不等的腐植酸，挥发份高，加热时不软化，不熔融。

4.泥炭煤泥炭煤中含有大量的腐植酸，挥发份产率近70％左右。

气化时不粘结，但产生焦油和脂肪酸，所产生的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。

二、不同煤种对气化的影响1、对煤气的组分和产率的影响﹙1﹚发热值与组成发热值的概念：指标准状态下一立方米煤气在完全燃烧时所放出的热量。

高发热值：燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值。

低发热值：水也气态形式存在称低高发热值。

在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值不同，组成也不同。

例如，以年轻的褐煤为气化原料，所生产的煤气甲烷含量高，发热值比其他煤种都高﹙这是由于褐煤的挥发份高、变质程度低，煤气中的干馏气比例大，而干馏气的甲烷含量高，有利于甲烷的生成﹚。

煤焦气化反应对煤炭地下气化的影响性研究摘要：在煤炭地下气化过程中, 煤焦气化反应直接影响着地下煤气的组成和质量，通过对地下气化典型煤样大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤在热天平装置上进行不同热解终温、不同热解气氛的煤焦气化反应实验，利用热失重分析法研究了不同煤焦的气化反应特性。

通过实验表明：不同煤质、不同煤焦制备温度、不同反应气氛对煤焦气化反应活性有着重要的影响。

关键词：煤炭地下气化煤焦气化反应煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。

该过程集建井、采煤、地面气化三大工艺为一体，把煤的开采和转化相结合，变传统的物理采煤为化学采煤，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备，因而具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。

从目前我国地下气化发展的现状看, 还存在着较为普遍的技术问题, 如煤气产量和质量不稳定, 缺乏对地下气化过程的有效检测和控制手段等。

煤炭地下气化过程中, 煤的转化要经过干燥、热解以及煤焦气化三个阶段, 其中煤焦气化反应直接关系着煤炭地下气化产品煤气的组成和质量。

本文主要是对选取的正在进行或者已经进行的煤炭地下气化三种煤样即大雁褐煤、昔阳无烟煤和协庄烟煤半焦在热天平装置上进行了不同热解终温、不同热解气氛的煤焦气化反应实验，利用热失重分析法研究了不同煤焦的气化反应特性，以期为地下气化工艺操作参数的优化和改进提供必要的理论指导。

1 实验部分1.1实验装置与流程本实验所用的热天平是由华东理工大学研制的，整体实验装置系统由称重单元、信号采集及处理单元、压力调节和气体流量控制单元，温度控制单元，反应器单元等五大部分组成。

1.2 内外扩散的消除煤焦粒度的比较实验结果表明：当粒度大于40目时，随粒度的变小，反应速率有一定的提高，当粒度小于80目时，粒度的变化对反应速率的影响不再显著。

这一结果说明：选择40目～80目的粒度进行实验已能排除固体颗粒内扩散的影响，故本实验煤焦采用40目～80目的颗粒粒度。

《煤炭气化工艺》课程标准本课程标准是根据高职高专专业人才培养方案编写的。

编写本课程标准时，坚持“理论联系实际”的原则，突出应用能力的培养。

课程标准中教学内容和学时，可根据具体教学需要做适当的调整和补充。

一、基本信息课程名称：煤炭气化工艺适用专业：煤化工生产技术学时：72学分：4课程性质：必修编制单位：矿业与环境工程学院编制人：xxxx二、课程性质和任务（1）课程性质本课程是煤化工生产技术专业的专业课程之一，是在学习《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》、《化工原理》等基础课程的基础之上开设的一门新的专业课。

（2）课程任务本课程的任务是是学生通过对煤制气工艺学的学习，掌握煤的气化利用合成气生产清洁、生产高效的二次能源，如用合成气生产燃料油、制甲醇燃料、二甲醚以及利用合成气为化工原理能有效地提高煤炭的利用率。

三、课程目标和教学要求1、了解和学习气化方法、气化热力学及动力学对气化过程的影响；2、了解煤种的适应性，煤炭性质对气化的影响；3、了解和学习各种气化炉结构、特点、工艺过程及其对气化的影响；4、学期气化过程的操作，维持正常操作的调控和管理方法，以及参数的设定和现场的管理等措施；5、了解煤气的性质和特点，学习粗煤气净化的方法、工艺流程和典型设备的结构、特点及工作原理；6、了解费托合成技术的定义、基本内容，发展费托合成技术的必要性，典型费托合成生产技术及工艺流程等；7、了解碳一化工的内容，以合成气为原料发展碳一化工技术制造替代燃料、化工原料及产品等的典型工艺过程。

四、课程安排及学时分配五、其他说明1、大纲适用于三年制高职高专煤化工生产技术专业；2、为了体现教材的先进性，根据煤气化技术的进步，在教学过程中还可引进一些生产实践的高新技术，为学生以后的发展奠定基础。

六、参考资料参考教材：许祥静. 煤炭气化工艺学, 北京: 化学工业出版社, 2005.4。