煤炭气化工艺学-第三章-煤炭性质对气化的影响

煤质对壳牌煤气化工艺操作的影响摘要:本文阐述了壳牌煤气化的工艺原理及气化工艺装置的特点,简单讨论介绍了煤质对Shell煤气化工艺的影响。

关键词:壳牌煤气化原料煤煤质1 引言煤炭气化是洁净、高效利用煤炭的最主要途径之一,国内外发展了各种不同的煤气化工艺。

煤气化是指在一定的温度和压力等条件下,将经过适当处理的原料煤转化为具有多种用途的气态产物的工艺过程。

按照气化过程中是否加入气化剂或加入气化剂量,以及煤中可燃成分转化为煤气的程度,将煤气化分为部分气化和完全气化两大类[1]。

自20世纪50年代起,壳牌公司就参与了气化技术的开发。

当时,该公司开发了油位原料的壳牌气化技术,并成功的建成了多套装置。

1976年,壳牌公司建成处理煤量为6t/d的试验装置,利用该装置试验了30多种不同的煤种,充分证明了此方法的广泛适用性[2]。

目前,河南龙宇煤化工有限公司壳牌煤气化是国内最大的投产运行的煤制甲醇气化装置,经过近四年来的生产运行发现煤质对壳牌煤气化工艺操作存在很大的影响。

2 煤质对壳牌煤气化化工艺操作的影响Shell煤气化工艺以干煤粉为原料、纯氧及蒸汽作为氧化剂,液态排渣,属加压气流床气化。

送进气化炉,煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。

气化炉内部约1400～1500℃的高温煤气由循环气体激冷,经输气管道,然后进入合成气冷却器作进一步冷却,同时产生高、中压蒸汽。

从气化炉出来的合成气中所携带的少量灰分颗粒,经陶瓷滤芯过滤器中分离除去,然后合成气经湿法洗涤系统,处理后的合成气送后续工序。

2.1 煤的可磨性与可磨性指数煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度。

可磨性是煤加工利用过程的一个重要指标,是制粉系统设计与运行中的一个主要参数。

某一种煤的可磨性指数是将煤磨碎到与标准煤同一细度所消耗电能的比值。

可磨性指数越小,说明煤的可磨性越好,将煤磨碎到与某标准细度所消耗的能耗低,煤越容易被磨到壳牌煤气化装置燃烧气化所需粒度的煤粉。

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。

煤炭气化原理煤炭气化是一种将固体煤转化为可燃气体的过程。

在这个过程中，煤被加热到高温，然后与水蒸气或氧气反应，产生可燃性气体。

这些气体可以被用作能源或化学原料。

一、煤的组成及其影响1. 煤的组成煤是一种有机物质，由碳、氢、氧、硫和少量的杂质组成。

它的主要成分是碳，占据了其总质量的50%到90%。

其他元素的含量相对较低。

2. 煤的影响由于不同类型和等级的煤具有不同的组成和结构，因此它们对于气化过程会产生不同的影响。

高灰分和挥发分含量较低的煤通常比较难以气化。

另外，硫和灰分等杂质也会降低气化效率并增加环境污染。

二、煤的预处理为了提高气化效率并减少环境污染，需要对原始煤进行预处理。

1. 破碎首先需要将原始煤进行粉碎，以便于后续的处理。

煤可以通过机械破碎或化学方法进行分解。

2. 脱水接下来需要将煤中的水分去除，以便于气化过程。

这可以通过加热和压缩等方法实现。

3. 脱硫由于硫会降低气化效率并产生环境污染，因此需要对煤进行脱硫处理。

这可以通过物理或化学方法实现。

三、气化过程在预处理完成后，原始煤被送入气化反应器中进行气化反应。

在这个过程中，煤被加热到高温并与水蒸气或氧气反应，产生可燃性气体。

1. 煤的加热首先需要将煤加热到高温。

这可以通过外部加热或内部反应器加热来实现。

2. 氧化反应如果使用的是氧气作为反应剂，则会发生完全氧化反应：C + O2 → CO2H2 + 1/2O2 → H2OS + O2 → SO23. 水蒸汽反应如果使用的是水蒸汽作为反应剂，则会发生部分氧化和还原反应：C + H2O → CO + H2C + 2H2O → CO2 + 2H2S + H2O → H2S + 1/2O24. 反应产物的处理在反应结束后，需要对产生的气体进行处理。

这可以通过冷却、净化和压缩等方法实现。

四、气化产物的用途气化产物可以被用作能源或化学原料。

1. 能源气化产物可以被用作燃料，例如燃气发电和城市燃气供应。

2. 化学原料气化产物中的一些成分可以被用于生产化学品，例如合成氨、合成甲醇和合成油等。

王 建 萍(陕西省渭河化肥厂 渭河 714000)王建 萍 : 1982 年 毕 业 于 西 北大学化工系 , 工程师 , 从 事 化 肥 生 产 与 技 术 管 理 工 作 。

摘 要 原料煤的品质对于水煤浆加压气化装置的正常运行非常重要 , 为此 , 我厂 对先后使用的两种原料煤进行了性能比较 , 并投入了工业应用 , 生产情况表明 , 更换气 化原料煤后 , 提高了合成氨装置的连续运行率 。

关键词 煤气化 水煤浆 煤种 选择比较我厂自 1996 年试生产投料以来 ,产品产量一 直未达到预期目标 , 其主要影响因素之一是煤 质 。

选择什么品质的原料煤 ,能使水煤浆加压气 化装置运行工况稳定 ,易操作 ,结焦少 ,成渣性好 , 排渣顺利 ,气化炉运行周期长 ,产气量高 ,已成为 亟待解决的问题 。

经过两年多的努力 ,对气化原 料煤选择 ,工艺操作条件优化 ,降低停炉次数 ,减 缓炉砖蚀损等方面综合攻关取得了一定成效 。

化对制浆 、气化 、排渣 、灰水处理产生了极大的影 响 ,工艺操作难度大 ,装置停车频率高 ,生产负荷 受到限制 。

为从根本上解决此问题 ,选择了甘肃 华亭矿烟煤 ,进行了华亭煤工业投料试烧 ,对其工 业制浆 ,气化性能及技术经济指标进行较全面评 价 。

投运华亭煤后 ,气化装置连续运行周期由原 来不足半月上升到 108 天 。

合成 氨 产 量 日 益 增 长 。

1 煤质影响与选择从广义上讲 ,水煤浆加压气化工艺适应各种 2 煤质性能比较华亭煤与黄陵煤性质差异较大 , 华亭煤气化 烟煤 ,经我厂实践证明 ,对烟煤品质有一定范围的 选择性 。

原设计采用陕西黄陵煤 ,投产后 ,该煤来 自多矿井 ,关键指标难以控制在要求范围之内 ,不 适应水煤浆气化装置平稳操作运行 。

煤质经常变性能及技术经济指标较好 , 黄陵煤有效成分高 , 但气化装置难以长周期运行 , 累计效应差 。

(1) 煤质分析 将两种煤进行工业分析 、元 素分析 、灰渣成分分析 ,粘温特性测定 (见表 1) 。

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﹚。

第三章试题一、填空题一、叫做植物的成煤作用。

一样以为，成煤进程分为两个时期即和。

二、不同煤种的组成和性质相差是超级太的，即便是同一煤种，由于成煤的条件不同，性质的不同也较大。

、和之间的不同，会直接阻碍和决定煤炭气化进程工艺条件的选择，也会阻碍煤炭气化的结果。

3、无烟煤、焦炭、半焦和贫煤作为气化用煤的要紧特性是。

4、烟煤作为气化用煤的要紧特性是。

五、煤气的发烧值是指。

六、压力增大，同一煤种制取的煤气的发烧值越高，同一操作压力下，煤气发烧值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。

这是由于。

7、煤炭气化进程主若是煤中的碳和水蒸气反映生成氢，这一反映（填吸收或放出）大量的热量，该热量是通过来维持。

八、煤中的水分存在形式有三种，包括、、.九、煤中的水分和有关，随煤的变质程度加深而呈规律性转变；即从泥炭、褐煤、烟煤、年轻无烟煤，水分，而从年轻无烟煤到年老无烟煤，水分又增加。

10、所谓的气化效率是指，气化效率能够反映总能量的有效利用程度。

1一、一样地，从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在左右，常压气化炉在左右，关于液态排渣的气化炉，常在以下。

1二、煤中的硫以和的形式存在，中国各地煤田的煤中硫含量都比较，太多在以下。

13、简单地说，灰熔点确实是灰分熔融时的温度．灰分在受热情形下，一样通过三个进程。

即、、温度，对煤炭气化而言，一样用作为原料灰熔融性的要紧指标。

14、燃料的反映性确实是燃料的化学活性，是指。

一样以的还原系数来表示，如下式所示：二、判定题一、褐煤转变成烟煤和无烟煤的进程。

在那个进程中煤的性质发生转变，因此那个进程叉叫做变质作用。

（）二、无烟煤这种煤炭气化时黏结，而且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。

（）3、褐煤气化时不黏结但产生焦油。

褐煤是变质程度较高的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融.（）4、一样来讲，煤中挥发分越高，转变成焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。

煤的气化习题(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第四章煤的气化一、填空题1.煤气化过程中，气化反应主要是在氧化层与还原层中进行的，这两层统称为气化层（区）。

2.煤气化发生炉主要由炉体、加料装置和排灰装置构成。

3.按气化炉内煤料与气化剂的接触方式，气化炉可分为固定床、流化床、气流床和熔池气化炉。

4.煤的气化过程是一个热化学过程，它以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。

5.提高自热式气化炉气化效率的方法是向煤中添加物，使其在气化过程中进行放热反应。

6.气化反应器中煤料的停留时间随碳转化率的下降而减小，随返混程度的减少而减小，随反应速率常数K的上升、温度的上升而减小。

7.对于在加压下运行的气化炉，外部环境处于大气温度和压力条件下，所以加料时必须克服压力差。

成熟的加煤方式有料槽阀门和泥浆泵。

8.即使气化炉中灰渣含碳量相同，灰渣中碳损失量也将随原煤中灰分含量的增加而增多。

9.气化效率即意味着单位质量气化原料的化学热所产生的煤气化学热的比例。

气化原料的一部分直接转化为可燃气体组分，而另一部分即可能为转化反应提供所需的热能。

10.固定床气化炉一般使用块煤或煤焦为原料；原料与气化剂在炉内逆向流动。

11.加入流化床气化炉的煤料粒度一般为3~5mm左右，这些细粒煤料在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。

产生的煤气和灰渣皆在接近炉温下导出。

12.气化炉中煤料的停留时间τ取决于碳转化率、返混程度、反应速率常数以及温度。

13.气化反应器的生产能力定义式中ρ煤取决于煤的表观密度ρS以及反应器中煤堆的疏松程度。

14.常压固定床水煤气间歇气化过程，分成两个阶段，即吹风阶段和制气阶段。

《煤化学》习题与思考题参考答案绪论1 煤炭综合利用有什么意义？答：煤炭综合利用是指煤的非燃料利用，开展煤炭综合利用（1）有利于合理利用煤炭资源，提高经济效益我国煤炭资源丰富，煤种齐全，不仅可以作燃料，也适用于许多其它工业用途。

如果以煤炭作为燃料的价值为 1，则加工成煤焦油能增值 10倍，加工成塑料能增值 90倍，合成染料能增值 375 倍，制成药品可增值 750倍，而制成合成纤维增值高达 1500倍。

（2）有利于减轻污染，保护环境开展煤炭的综合利用是消除公害、保护环境的有效途径，煤炭加工所产生的煤灰、煤渣废气、废液都可以得到合理的处理和利用。

（3）有利于煤化工与石油化工互相依存，共同发展煤炭资源与石油资源相比要大得多，从长远观点看，发展煤炭资源的综合利用就显得尤为重要。

以这种煤作为原料可以得到很多石油化工较难得到的产品，如萘、酚类等，从煤中可以独特地制得一些带有五环的化合物如茚、苊，以及三个芳香环以上的化合物，如蒽、菲、芘、苊蒽、晕苯等稠环化合物。

另外，煤炭可以生产大量的烯烃和烷烃制品以补充石油原料的不足。

2 煤炭综合利用有那些工艺方法答：煤炭综合利用的主要工艺方法有：干馏、气化、液化、炭素化和煤基化学品（1）干馏――将煤料在隔绝空气的条件下加热炭化，以得到焦炭、焦油和煤气的工艺过程。

按加热终温的不同，煤的干馏可分为三类：低温干馏干馏终温 500~550℃产物：煤气、低温焦油、半焦中温干馏干馏终温 600~800℃产物：煤气、中温焦油、半焦高温干馏干馏终温 950~1050℃产物：煤气、高温焦油、焦炭煤的干馏是技术最成熟、应用最广泛的煤炭综合利用方法。

（2）气化――将煤（煤的半焦、焦炭）在气化炉中加热，并通入气化剂（空气、氧气、水蒸气或氢气），使煤中的可燃成分转化为煤气的工艺过程。

（3）液化――采用溶解、加氢、加压与加热等方法，将煤中的有机物转化为液体产物的工艺过程。

（4）炭素化――以煤及其衍生物为原料，生产炭素材料的工艺过程。