煤制气基础知识

家用燃气基础知识家庭烧火做饭离不开燃料，城市中没有柴草秸秆，而煤炭（包括蜂窝煤）、煤油也渐渐被淘汰，现代家庭生活已普遍使用价廉而清洁的燃气。

许多人都使用过燃气，但未必了解燃气的相关知识，我就曾经把管道用燃气灶接在液化气罐上使用，看着黄黄的火焰和被熏黑的锅而大惑不解。

最近新换了一种工作，与燃气器具有关，就查找了一些相关资料，感到有一些应是常识性的内容，也就现学现卖，整理并发表出来。

一、家用燃气的分类：1. 煤制气：过去城市的管道气基本为煤制气，是一种人工燃气，主要成分为氢气（约40%--50%）和一氧化碳（约10%--20%）、甲烷，还有不可燃的二氧化碳和氮气等，燃烧速度快、火焰稳定。

煤制气是把煤炭隔绝空气加热（干馏）或加入空气、水蒸汽燃烧而获得，把固体的煤炭变成了方便管道运输的气体，比直接燃烧煤炭要方便，但其中含有能危及生命的一氧化碳，还有较多的焦油、苯、萘等容易堵塞管道的物质。

也有一些城市用重油裂解的方式制作人工燃气，一般称为油制气，品质比煤制气好，而且一氧化碳含量低，更安全，一般在远离煤矿而油运输方便的南方一些城市使用。

2. 液化气：是液化石油气（LPG: Liquefied Petroleum Gas）的简称，主要成分为丙烷、丁烷、丁烯、丙烯等分子中有3到4个碳原子的烃类，常温下为气体，加压或冷却时变为液体，一般是放到罐或钢瓶中运输，虽也可管道运输，但因易于液化，只适于冬天温暖的南方城市管道使用。

LPG主要是油田开采时的伴生气（油田气）或炼油厂、石油化工厂加工中的副产品（炼厂气），油田气分离后产生丙烷、丁烷等气体，可在低温、常压下储存和运输，打火机常灌装的就是丁烷。

炼厂气中一般含有少量残液，冬天时钢瓶中残液会更明显，这些实际上是分子中有5个以上的碳原子的烃类，常温下不易气化，但也是可燃物，而且还会溶解一些易燃气体，倾倒残液很危险。

LPG密度大于空气，不易扩散开而容易积存在低洼处，且容易形成爆炸性混合物，爆炸事故率较高。

第一篇以煤为原料固定床间歇气化工艺的基本知识1.1 气化反应的基本原理及煤气炉内燃料层的分布状况1.1.1 概述以煤为原料的气化过程，分为吹风和制气两个阶段。

作为氨合成的半水煤气是以氧气和蒸汽作为气化剂的制得的气体，同时要求气体中（CO+H2）和N2的比例为3：1-3：2，吹风是放热反应，它的目的是使炭层积蓄热量，为制气提供高温的反应条件；制气是吸热反应，它的目的是使蒸汽和赤热的炭反应，制成合成氨生产所需要的一氧化碳和氢。

1.1.2 固体燃料气化的基本原理在固体煤气发生炉中，原料煤、氧气和水蒸汽发生气化反应，其主要反应如下：（1）以空气为主要气化剂的主要反应方程式C+O2=CO2+402KJ ①2C+O2=2CO+237KJ ②CO2+C=2CO-165KJ ③吹风时，空气中的氧气和炭燃烧，其反应式为①和②为主。

放出大量的热量，贮蓄在炭层中，同时反应生成的CO2继续与炭发生还原反应生成CO，如反应式③，此反应为吸热反应，生成的CO随吹风气放空或送吹风气回收岗位，很显然这个反应是应该抑制的。

工艺上采用提高吹风速度，减少C02和炭接触时间。

（2）以水蒸汽为气化剂的主要反应方程式为C+2H2O=CO2+2H2-80KJ ④C+H2O=CO+H2-123KJ ⑤水蒸汽和炭的反应过程叫制气，以反应式④和⑤表示，都是吸热反应，利用反应式①和②中的热量。

1.1.3 煤气发生炉内燃烧层的分布状况在煤气发生炉中固体燃料气化过程，燃料与气化剂呈相反方向和顺时针方向运动，当气化剂经过燃料层时，进行气化反应，同时伴随着物理变化，燃料层大致可分如下图所示的5个区层。

层的高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入的燃料的量有关。

（2）干馏层干燥层下面温度较高，燃料中的水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便发生热分解，放出挥发分，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。

【科普】煤化工、煤制油气的16个基础知识一、煤化工以煤炭为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业，称之为煤化工。

二、元素分析全面测定煤中所含化学成分的分析叫元素分析。

对燃烧有影响的成分包括碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，各化学元素成分用质量百分数表示。

三、煤的工业分析是利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析，测定煤的水分、挥发分、固定碳和灰分的成分。

四、煤里面都含有水分，水分的含量和存在状态与外界条件和煤的内部结构有关。

根据水在煤里面的存在状态，将煤中水分分别称为外在水分、内在水分以及同煤中矿物质结合的结晶水、化合水。

五、在煤的工业分析中测定的水分可分为收到基水分和分析基水分两种。

六、煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下来的残渣。

这些残渣几乎全部来自于煤中的矿物质。

煤的组成以有机质为主体，有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫5种元素组成。

七、煤的热解-干馏所谓煤的热解，是指在隔绝空气的条件下，煤在不同温度下发生的一系列物理、化学变化的复杂过程。

其结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品。

煤的热解也称为煤的干馏或热分解。

按热解最终温度不同可分为：高温干馏900-1050℃，中温干馏700--800℃，低温干馏500-600℃。

八、煤的铝甑（zeng）低温干馏试验为了评定煤的炼油适合性以及干馏产物，常用铝甑低温干馏试验方法。

要点是：将煤样装在铝甑中，以一定程序加热到510℃,保持一定时间，测定所得的焦油、热解水和半焦和煤气的产率。

评价煤的低温干燥焦油产率时用空气干燥基指标Tarad。

Tarad＞12%称为高油煤，Tarad=7-12%称为富油煤，Tarad≤7%称为含油煤。

九、煤气化炉的分类1、我们按气化炉中的流体力学条件分，只有三种：固定床、流化床、气流床。

2、固定床的特点是简单可靠。

气化剂与煤逆流接触，气化过程比较完全，热量利用比较合理，热效率较高。

煤成气基础知识1．煤成气是含煤沉积中的高等植物及其细碎屑，在形成煤和暗色泥岩过程中产生的气体，也有称为煤型气或煤系气。

一般所说的天然气主要包括煤成气和油型气。

油型气是由地史上生活在海洋和湖泊中而后被埋藏沉积物里的轮藻、介形虫等微体生物，以及藻类等低等植物，在形成碳酸盐岩或泥页岩中产生的气体。

煤成气和油型气原始母质的结构是完全不同的，结构的不伺导致产物的差异。

油型气的原始母质，俗称腐泥型或偏腐泥型有机质，是由较多长链结构和少量环状结构的化合物组成，其热降解产物主要是液态的石油，同时伴有以甲烷为主体还含有大量乙烷、丙烷重烃气组分的油型气，由于油型气往往与石油伴生，所以在成油过程中一直兼探着油型气。

煤成气的原始母质，俗称腐殖型有机质，是以缩合的环状结构为主的化合物，带有较短的侧链，其热降解产物以天然气为主（以甲烷占优势，并伴有相当量乙烷、丙烷和丁烷）并有少量凝析油或轻质油。

尽管在煤矿中早已发现残留在煤层中的煤层瓦斯气，但由于受传统的石油地质学概念和煤层具有强吸附性、气体难以运移等观念的束缚，煤成气在相当长时间内未得到充分的重视。

2．煤系有机质既能生气也能生油，各煤岩组分在成烃作用中贡献不同。

镜质组、丝质组和稳定组是煤岩有机显微组分中三类主要部分。

镜质组通常是气源岩中最主要的显微组分之一，它属于高等植物木质纤维组织凝胶化作用的产物，主要由腐殖物质的腐殖酸部分形成的组分。

丝质组是不具化学活动性的富碳贫氢组分，属于高等植物木质纤维组织碳化作用的产物。

稳定组由高等植物中较富含氢的组织器官及植物组织分泌物所形成，如孢子体、树脂体、角质体、木栓质体等。

孢子体起源于高等植物孢子和花粉的外壳层；树脂体来源于高等植物的树脂、蜡质、树胶、香脂和油脂等分泌物；角质体来源于陆生高等植物表皮保护组织角质层；木栓质体来源于高等植物木栓化组织细胞。

镜质组和丝质组以成气为主，稳定组以成油为主。

煤成气主要产自镜质组。

稳定组含量相对较高的煤可形成相当量的凝析油气或轻质油。

煤炭气化技术一、煤气化原理气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。

它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。

气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。

煤炭气化包含一系列物理、化学变化。

一般包括热解和气化和燃烧四个阶段。

干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。

其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。

煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。

煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。

气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。

主要反应有：1、水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2-131KJ/mol2、水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol3、部分氧化反应C+0.5 O2=CO+111KJ/mol4、完全氧化（燃烧）反应C+O2=CO2+394KJ/mol5、甲烷化反应CO+2H2=CH4+74KJ/mol6、Boudouard反应C+CO2=2CO-172KJ/mol二、煤气化工艺煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法，但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类，或称为按照反应器形式分类。

气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率，采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要前提，其中反应器便是工艺的核心，可以说气化工艺的发展是随着反应器的发展而发展的，为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，改善环境，新一代煤气化技术的开发总的方向，气化压力由常压向中高压（8.5 MPa）发展；气化温度向高温（1500～1600℃）发展；气化原料向多样化发展；固态排渣向液态排渣发展。

煤化工基础知识一、煤化工以煤炭为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业，称之为煤化工。

二、元素分析全面测定煤中所含化学成分的分析叫元素分析。

对燃烧有影响的成分包括碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，各化学元素成分用质量白分数表示。

三、煤的工业分析是利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析，测定煤的水分、挥发分、固定碳和灰分的成分。

四、煤里面都含有水分，水分的含量和存在状态与外界条件和煤的内部结构有关。

根据水在煤里面的存在状态，将煤中水分分别称为外在水分、内在水分以及同煤中矿物质结合的结晶水、化合水。

五、在煤的工业分析中测定的水分可分为收到基水分和分析基水分两种。

六、煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下来的残渣。

这些残渣儿乎全部来自于煤中的矿物质。

煤的组成以有机质为主体，有机质主要曲碳、氢、氧、氮、硫5种元素组成。

七、煤的热解一干憎所谓煤的热解，是指在隔绝空气的条件下，煤在不同温度下发生的一系列物理、化学变化的复杂过程。

其结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品。

煤的热解也称为煤的干憎或热分解。

按热解最终温度不同可分为:高温干镭900-1050?,中温干® 700—800?,低温干500-600?o八、煤的铝甑(zeng)低温干憎试验为了评定煤的炼油适合性以及干憎产物，常用铝甑低温干谓试验方法。

要点是: 将煤样装在铝甑中，以一定程序加热到510?,保持一定时间，测定所得的焦油、热解水和半焦和煤气的产率。

评价煤的低温干燥焦油产率时用空气干燥基指标Tarado Tar ad, 12%称为高油煤，Tarad=7—12%称为富油煤，Tarad?7%称为含油煤。

九、煤气化炉的分类1、我们按气化炉中的流体力学条件分，只有三种：固定床、流化床、气流床。

2、固定床的特点是简单可黑。

气化剂与煤逆流接触，气化过程比较完全，热量利用比较合理，热效率较高。

第二章煤制气一、煤气生产过程：1.煤制气的气化原理：（1）概述：煤气：可燃气体、煤或重油等液体燃料经干馏或气化而得到的气体产物是一种热燃料气。

煤气主要成分：H2、CO、CH4等。

煤气：焦炉煤气（H2、CO、CH4）煤在焦炉中干馏产生煤气。

爆炸极限：5~36%发生炉煤气（CO、N2）空气和少量水蒸气跟煤或焦炭在煤气发生炉内反应。

爆炸极限：20 ~74%水煤气（H2、CO）水蒸气和炽热的无烟煤或焦炭作用产生。

爆炸极限：6 ~72%（2）气化机理：煤气是在特定的装置发生炉内，控制气化条件，块煤或焦炭在空气（氧气）和蒸汽混合组成的气化剂下发生一系列复杂物理化学变化产生。

注：爆炸极限：H2 4~74.2%;CO12.5~74.2;CH45~15.4%干馏：隔绝空气加热分解。

2.化学反应：氧化燃烧：还原反应：蒸汽转化：甲烷化：仅部分为气相均相反应，大多数为气固相反应。

反应进行程度影响因素：发生炉的操作条件。

即：气体温度、压力、气化剂组成和流速，气化剂与燃料接触时间，燃料反应性、表面性质。

3.生产方式：发生炉在生产过程中，气化剂从炉底进入炉内煤层，气化生成的粗煤气从顶部输出。

（1）灰渣层：厚度约为100~200mm，气化剂在灰渣层中不发生化学反应，只与灰渣进行热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰渣释放热量被冷却，同时对炉箅起保护作用。

（2）氧化层：既有O2存在的燃料层，煤中固定碳与气化剂中的氧气发生强烈氧化反应，放出大量的热，使炉内保持足够的温度。

（3）还原层：从氧化层中来的高温CO2和水蒸气与炙热的碳发生还原反应，吸收热量，生成CO和H2。

（4）干馏层：煤炭受热干馏，释放挥发分，得到CH4、焦油蒸汽等气态烃类物质及其他气体成分。

（5）干燥层：入炉煤炭在该层内脱除水分。

4.工艺流程：热煤气燃烧系统由煤气发生炉、除尘器、隔离水封、热煤气管道、燃烧器（用户）等组成，其关键设备是煤气发生炉。

二、煤制气生产危险分析及安全技术（1）煤的主要危险：自燃、煤尘爆炸温度升高，接近临界温度（70℃左右），进一步引起自燃。

煤制天然气的工艺技术方案主要是以煤为原料，采用加压粉煤气化或水煤浆气化、变换、低温甲醇洗气体净化、克劳斯硫回收、甲烷化、煤气水分离等工艺技术生产产品天然气和副产品硫磺、石脑油、焦油、粗酚、液氨等。

一氧化碳加氢合成甲烷属于多相催化气相反应,基本的反应式是:CO + 3H2 CH4 + H2O ΔH = - 20614 kJ / kmol (1)此反应使用含钴或含镍催化剂,在200～350 ℃下CO催化加氢为甲烷,是F- T 法合成烃类的一种特殊情况.备煤(5~50mm)－碎煤加压气化(Lurgi)－粗煤气变换冷却－低温甲醇洗净化－吸收制冷－甲烷化－干燥－产品副线酚氨硫回收，还有废水残液等处理.合成气首先预热并穿过硫保护反应塔，硫保护塔是用于脱除原料气中剩余的微量硫组分。

硫组分会让下游甲烷化催化剂中毒，因此必须脱除到非常低的水平。

脱硫后原料气经过加热，与第一个甲烷化反应器出来的循环气混合，混合后穿过第一个甲烷化反应器。

在甲烷化反应中，CO和CO2与H2发生反应转化为CH4，反应如下：CO + 3 H2 = CH4 + H2O CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O这两个反应是强放热反应。

甲烷化反应器出口气被产出的高压过热蒸气冷却。

为了控制在第一个反应器内的温升，一部分冷却后气体循环反应。

在与原料气混合前，循环气通过锅炉给水预热进一步冷却，之后在一个热气循环压缩机中压缩。

甲烷化反应使用的是专有托普索镍基催化剂，型号MCR-2R。

这种催化剂特点是在大跨度温度范围内持续保有高活性，这就允许循环气量尽可能的小，从而循环压缩机的尺寸会更小。

部分甲烷化后的合成气陆续通过可能多达三个甲烷化反应器，以达到CO几乎完全转化成CH4。

产品气主要以CH4为主，其中包含微量的H2，CO2，可能还有惰性气体（N2和Ar），之后冷却到环境温度并干燥至满足天然气管网要求的指标。

甲烷化反应众的绝大多数反应热通过一些热交换器产出高压过热蒸气而得到回收，这将可以作为能源使用在蒸气透平中。

第一章煤的组成和性质一、煤的形成煤是一种固体可燃有机岩。

它是由植物遗体转变而来的大分子有机化合物。

大量堆集的古代植物残体在复杂漫长的生物、地球化学、物理化学作用下，经过不断的繁衍、分解、化合、聚集后，植物中的碳、氢、氧以二氧化碳、水和甲烷的形式逐渐放出而生成含碳较多，含氧较少的成煤植物，再经煤化作用依次形成为：泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤→超级无烟煤。

二、煤的元素分析和工业分析：1、煤的元素分析主要包括：碳、氢、氧、氮、硫五种元素。

●碳是其中的主要元素。

煤中的碳含量随煤化程度增加而增加。

年轻的褐煤含碳量低，烟煤次之，无烟煤最高。

●氢是煤中的第二大元素，其燃烧时可以放出大量的热量。

煤中的氢含量随煤化程度加深而减少；褐煤最高，无烟煤最低，烟煤居中。

●氧也是组成煤有机质的一个重要元素。

氧元素在煤的燃烧过程中并不产生热量，但能与氢生成水，吸收燃烧热。

是动力用煤的不利元素。

它在煤中的含量随煤化程度的加深而降低。

●氮在煤中的含量比较少，随煤化程度变化不大。

主要于成煤的植物品种有关。

●硫是煤中的最有害杂质。

燃烧时会生成二氧化硫，它不仅腐蚀金属设备，而且对环境有污染。

硫随成煤植物的品种和成煤条件不同而有较大的变化，与煤化程度关系不大。

2、煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳。

●水分：根据水在煤中的存在状态，人们把煤中水分分为：外在水、内在水、结晶水和化合水。

煤种的水对煤的工业利用和运输都是不利的。

在水煤浆制备过程中，内水过高（8％）不利于制的高浓度的煤浆。

●灰分：煤中所有的可燃物质完全燃烧后以及煤中的矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。

这些残渣几乎全部来自于煤中的矿物质。

它的含量也是煤气化的主要控制指标之一。

灰分含量越高，相对碳的含量就低，粗渣和飞灰量增大。

灰水处理工号的负担加大。

●挥发分：煤在一定的温度下加热后将分解出水、氢、碳的氧化物和碳氢化合物。

人们把除去分解水后的分解物称作挥发分。

挥发分随煤化程度的增加而降低的规律非常明显。