煤化工课件.ppt

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1、第四章第四章 煤煤 的的 气气 化化 化学化工学院化学化工学院 任永胜任永胜 目录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4.1煤气化概述煤气化概述一、煤气化的定义和实质一、煤气化的定义和实质 煤煤的的气气化化过过程程是是一一个个热热化化学学过过程程，在在特特定定的的设设备备（气气化化炉炉）内内它它以以煤煤为为原原料料，以以氧氧气气（空空气气、富富氧氧或或纯纯氧氧）、水水蒸蒸汽汽或或氢氢气气为为气气化化剂剂（又又称称气气化化介介质质），在在高高温温的的条条件件下下，通通过过部部分分氧氧化化反反应应将将原原料料煤煤从从固固体体燃燃料料转转化化为为气气体体燃燃料料（即气化煤气

2、，或简称煤气）的过程。（即气化煤气，或简称煤气）的过程。4.1煤气化概述煤气化概述一、煤气化的定义和实质一、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）气化条件（煤炭气化时必须具备三个条件）气化炉气化炉、气化剂气化剂、供给热量供给热量。三者缺一不可。三者缺一不可。气化产品：气化产品：CO、H2、CH4O2、H2O、H2、根据产热根据产热方式和煤气用途选择性供方式和煤气用途选择性供入（入（H2很少用）很少用）气化与燃烧的区别？气化与燃烧的区别？第一个问题第一个问题请大家思考？请大家思考？气化与干馏的区别？气化与干馏的区别？第二个问题第二个问题从从化化学学反反应应的的角角度度，煤煤的

3、的气气化化和和燃燃烧烧都都属属于于氧氧化化过过程程。当当煤煤点点燃燃时时，它它潜潜在在化化学学能能就就会会以以热热的的形形式式释释放放出出来来，即即空空气气中中的的氧氧气气和和煤煤中中的的碳碳、氢氢反反应应生生成成CO2和和H2O，并释放热量；，并释放热量；如果希望使气体产物如果希望使气体产物中中的的化化学学能能更更大大的的话话，从从逻逻辑辑上上讲讲就就是是继继续续减减少少供供氧氧量量。但但实实际际上上得得有有个个限限度度，因因为为随随着着供供氧氧量量的的减减少少，更更多多的的煤煤将将不不能能转转化化为为气气体体而而成成为为未未反反应应碳碳，气气化化效效率率将将大大打打折折扣扣。所所以以控控制

4、制供供氧氧量量至至关重要。关重要。在氧气充足的情况下，煤将在氧气充足的情况下，煤将发生完全氧化反应，其所有的化发生完全氧化反应，其所有的化学能都将转化成热能，这个过程学能都将转化成热能，这个过程就是就是燃烧燃烧如如果果此此时时减减少少氧氧气气量量，那那么么煤煤将将不不能能发发生生完完全全氧氧化化反反应应，释释放放的的热热量量也也会会减减少少，煤煤中中剩剩余余的的潜潜在在的的化化学学能能就就会会转转移移到到生生成成的的气气体产物中，如体产物中，如H2、CO、CH4等。等。气化与燃烧的区别气化与燃烧的区别干干馏馏是是煤煤在在隔隔绝绝空空气气的的条条件件下下，在在一一定定的的温温度度范范围围内内发发

5、生生热热解解，生生成成固固定定焦焦炭炭、液液体体焦焦油油和和少少量量煤煤气气的的过程。过程。而而气气化化不不仅仅是是高高温温热热解解过过程程，同同时时还还通通过过与与气气化化剂剂的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物的部分氧化过程将煤中碳转化为气体产物。从从转转化化的的角角度度看看，干干馏馏是是将将煤煤本本身身不不到到10%的的碳碳转转化为可燃气体混合物，而气化则可将碳完全转化。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气化的化学煤煤加热加热燃烧燃烧+O2+H2O或或H2+部分部分O2气化气化密闭密闭干馏干馏气化：气化：C+H2O=CO+H2Hr=

6、131kJ/mol吸热反应吸热反应燃烧：燃烧：C+O2=CO2Hr=-394kJ/mol放热反应放热反应C+O2=COHr=-111kJ/mol放热反应放热反应气化：气化：C+CO2=2COHr=173kJ/mol吸热反应吸热反应煤气化煤气化CO+H2工业、民用燃气工业、民用燃气合成气合成气氨氨甲醇甲醇油油二甲醚二甲醚烯烃烯烃H2-煤转化过程以煤气化为煤转化过程以煤气化为“龙头龙头”，-煤气化构成了煤化工工艺的主要成本煤气化构成了煤化工工艺的主要成本固体煤固体煤1.作为工业燃气作为工业燃气煤炭气化技术的应用煤炭气化技术的应用要求：热值为要求：热值为46205670kJm3气化技术：常压固定床气

7、化炉和流化床气化炉气化技术：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，或直接加热产品或品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。半成品。2.作为民用煤气作为民用煤气应用应用：城市煤气：城市煤气要求要求：热值在：热值在1260016800kJm3，要求，要求CO含量小于含量小于10，H2、CH4及其他烃类可燃气体含量应尽量高。及其他烃类可燃气体含量应尽量高。技术技术：鲁奇炉：鲁奇炉3.作为化工合成和燃料油合成的原料气作为化工合成和燃料油合成的原料气要求要求：化工合成气对热值要

8、求不高，主要对煤气中的：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求等成分有要求技术技术：德士古气化炉、：德士古气化炉、Shell气化炉气化炉应用应用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、：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。的路线已经成为现代煤化工的基础。4.作为冶金用还原气作为冶金用还原气原因原因原因原因：煤气中的：煤气中的：煤气中的：煤气中的COCO和和和和HH2具有很强的还原作用具

9、有很强的还原作用具有很强的还原作用具有很强的还原作用应用应用：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；）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）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气来冶炼。因此，冶金还原对煤气中的CO含量有要求。含量有要求。5.煤炭气化联合循环发电煤炭气化联合循环发电(IGCC)IntergratedCoalGasificationCombinedCycleIntergratedCoalGasificationCombinedCycle是煤在

10、加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气是煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气是煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气是煤在加压下气化，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。蒸汽轮机发电。蒸汽轮机发电。蒸汽轮机发电。用于用于用于用于IGCCIGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度的煤气，对热值要求不高，但对煤气净

11、化度的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度(如如如如粉尘及硫化物粉尘及硫化物粉尘及硫化物粉尘及硫化物)含量的要求很高。含量的要求很高。含量的要求很高。含量的要求很高。与与与与IGCCIGCC配套的煤炭气化一般采用配套的煤炭气化一般采用配套的煤炭气化一般采用配套的煤炭气化一般采用固定床加压气化固定床加压气化固定床加压气化固定床加压气化(鲁奇炉鲁奇炉鲁奇炉鲁奇炉)、气流床气化气流床气化气流床气化气流床气化(德士古德士古德士古德士古)、加压气流床气化、加压气流床气化、加压气流床气化、加压气流床气化(Shell(Shell气化炉气化炉气化炉气化炉)，加压，加压，加压，加压流化床气化工艺流化床气化工艺流

12、化床气化工艺流化床气化工艺等，煤气热值在等，煤气热值在等，煤气热值在等，煤气热值在9240924010500kJ10500kJmm3左右。左右。左右。左右。6.作煤炭气化燃料电池作煤炭气化燃料电池燃料电池是由燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料、天然气或煤气等燃料(化学能化学能)通过电化通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术学反应直接转化为电的化学发电技术燃料燃料燃料燃料电池电池电池电池磷酸盐型磷酸盐型(PAFC)熔融碳酸盐型熔融碳酸盐型(MCFC)固体氧化物型固体氧化物型(SOFC)质子交换膜型质子交换膜型(PEMFC)碱型碱型(AFC)高效高效煤炭煤炭气化气化技术技术发电技术发电技术IG

13、-MCFC和和IG-SOFC7.煤炭气化制氢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天、煤炭直接液化及氢能电池等领域目前世界上目前世界上96的氢气来源于石化燃料转化，同时煤炭气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化制氢也起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和和H2，然后通过变换反应将，然后通过变换反应将CO转换成转换成H2和和H2O，再将富氢气体，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。经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，

14、即可获得氢气。8.煤炭液化的气源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。不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气化工艺。不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气化工艺。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煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样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包括移动床加压鲁奇包括移动床加压鲁奇包括移动床加压鲁奇(Lurgi)(Lurgi)气化、加压流化床气化和加压气化、加压流化床气化和加压气

15、化、加压流化床气化和加压气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。气流床气化工艺。气流床气化工艺。气流床气化工艺。煤炭气化发展简史煤炭气化发展简史1818世纪世纪世纪世纪后半叶后半叶后半叶后半叶煤化工发展始于煤化工发展始于18世纪后半叶，用世纪后半叶，用煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤干馏方法，生产的干馏煤气用于城干馏方法，生产的干馏煤气用于城市街道照明；市街道照明；1840年由焦炭制发生年由焦炭制发生炉煤气来炼铁，炉煤气来炼铁，1875年使用增热水年使用增热水煤气作为城市煤气煤气作为城市煤气二次世二次世二次世二次世界大战界大战界大战界大战时期时期时期时期二次世界大

16、战时期，煤炭气化工业在二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。德国得到迅速发展。1932年采用一氧年采用一氧化碳与氢通过费化碳与氢通过费-托托(FlscherTropsch)合成法生产液体燃料获得成功，合成法生产液体燃料获得成功，1934年德国鲁尔化学公司应用此研究年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个成果创建了第一个F-T合成油厂，合成油厂，1936年投产。年投产。19351945年期间德国年期间德国共建立了共建立了9个合成油厂，总产量达个合成油厂，总产量达570kt。二次世二次世二次世二次世界大战界大战界大战界大战后后后后二次世界大战后，煤炭气化工二次世界大战后，煤炭气化工

17、业因石油、天然气的迅速发展业因石油、天然气的迅速发展减慢了步伐，进人低迷时期，减慢了步伐，进人低迷时期，煤气主要作为城市煤气等，直煤气主要作为城市煤气等，直到到20世纪世纪70年代成功开发由合年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。重新引起人们重视。7070年代年代年代年代后后后后1975年，美国年，美国Eastaman(依斯曼依斯曼)公司开始了合成醋酐的实验室研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，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以便在工业化生产时能达到

18、需要的条件下，减少副产物生成。他的条件下，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，并于料羰基合成制取醋酐，并于1977年中试成功。到年中试成功。到20世纪世纪80年代末，年代末，由煤炭气化制合成气，羰基合成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，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这是煤制化学品的一个非常重要的突破。的突破。现在现在现在现在现在，随着气化生产技术的进一步发现在，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，有广阔的市场前合成

19、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醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体而而且也是多种化工产品的重要原料。甲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，预计需求量将达替代燃料应用，预计需求量将达8001000万吨年，到万吨年，到2020年年t甲醇需求甲醇需求预计达预计达5000万吨年。万吨年。南非南非南非南非南非开发煤炭间接液化历史悠久，早南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在在1927年南

20、非当局注意到依赖进口液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煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径，料的新途径，1939年首先购买了德国年首先购买了德国FT合成技术在南非的使用权，在合成技术在南非的使用权，在20世纪世纪50年代初，成立了年代初，成立了SASOL公司，公司，1955年建立了年建立了SASOL-I厂，厂，1980年和年和1982年叉相继建成了年叉相继建成了SASOL-厂和厂和SASOL-厂。厂。煤炭气化发展方向煤炭气化发展方向气化压气化压气化压气化压力向高力向高力向高力向高压发展压发展压发展压

21、发展气化压力由常压、低压（气化压力由常压、低压（1.0MPa）向高压）向高压（2.08.5MPa）气化发展，从而提高气）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。如醇低压合成），降低生产成本。如Texaco气化压力可达气化压力可达6.58.5MPa，Shell气化压气化压力为力为24MPa。气化炉气化炉气化炉气化炉能力向能力向能力向能力向大型化大型化大型化大型化发展发展发展发

22、展TexacoTexaco和和和和ShellShell单台气化炉气化煤量已单台气化炉气化煤量已单台气化炉气化煤量已单台气化炉气化煤量已达达达达2000t/d2000t/d以上。以上。以上。以上。PrenfloPrenflo气化炉单炉气气化炉单炉气气化炉单炉气气化炉单炉气化煤量已达化煤量已达化煤量已达化煤量已达2600t/d2600t/d。大型化便于实现。大型化便于实现。大型化便于实现。大型化便于实现自动控制和优化操作，降低能耗和操自动控制和优化操作，降低能耗和操自动控制和优化操作，降低能耗和操自动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。作费用。作费用。作费用。气化温气化温气化温气化温度向高度向高度

23、向高度向高温发展温发展温发展温发展Texaco气化温度气化温度14001500，Shell气化气化温度高达温度高达14001700，流化床气化温度，流化床气化温度为为10001200。气化温度高，煤中有机。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。尘降到煤种适应性广。尘降到12mg/m3(标标)以以下。下。技术不技术不技术不技术不断进步断进步断进步断进步不断开发新的气化技术和新型气化炉，提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。高碳转化率和煤气质量，降低建设投资。目前碳转化率高达目前碳转化率高达98

24、%99%，煤气中含，煤气中含CO+H2达到达到80%90%。现代煤气现代煤气现代煤气现代煤气化技术与化技术与化技术与化技术与其他先进其他先进其他先进其他先进技术联合技术联合技术联合技术联合应用应用应用应用如与燃气轮机发电组合的如与燃气轮机发电组合的如与燃气轮机发电组合的如与燃气轮机发电组合的IGCCIGCC发电技术；发电技术；发电技术；发电技术；高压气化（高压气化（高压气化（高压气化（615MPa615MPa）与低压合成甲醇、二）与低压合成甲醇、二）与低压合成甲醇、二）与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气

25、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。压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。环保环保环保环保效果效果效果效果更好更好更好更好煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相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。如结合，实现环境友好，减少污染。如结合，实现环境友好，减少污染。如结合，实现环境友好，减少污染。如在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），在气化炉内加入脱硫剂

26、（石灰石），脱硫效率可达脱硫效率可达脱硫效率可达脱硫效率可达80%80%90%90%；采用高效；采用高效；采用高效；采用高效除尘器使煤气中含尘降到除尘器使煤气中含尘降到除尘器使煤气中含尘降到除尘器使煤气中含尘降到12mg/m12mg/m3 3左左左左右右右右煤气化技术的发展所追求的目标是：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，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，并要避免环境污染气，并要避免环境污染4.2煤气化原理煤气化原理4.2.1发生炉构成发生炉构成炉体、炉体、加料装置、

27、加料装置、排灰装置排灰装置干燥层干燥层脱气、脱水脱气、脱水室温室温-150干馏层干馏层低温干馏低温干馏150700还原层还原层获得可燃气获得可燃气体体8001100CO2+H2O=CO+H2氧化层氧化层(燃烧层燃烧层)燃烧提供反燃烧提供反应热应热1200左右左右C+O2=CO2灰渣层灰渣层 预热气化剂，预热气化剂，保护炉栅保护炉栅预测达预测达3004504.2煤气化原理煤气化原理4.2.2煤气化过程煤气化过程气化剂气化剂H2、O2、H2O煤气煤气H2、CO、CH4煤煤灰渣灰渣4.2.3气化类型气化类型五种基本类型：五种基本类型：自热式煤的水蒸气气化自热式煤的水蒸气气化外热式煤的水蒸气气化外热式

28、煤的水蒸气气化煤的加氢气化煤的加氢气化煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气4.2煤气化原理煤气化原理4.2.3气化类型气化类型一一、自热式煤的水蒸气、自热式煤的水蒸气气化原理气化原理p气化剂：气化剂：空气或空气或O2；H2O(气气)p主要反应主要反应：C+O2CO2+Q2C+O22CO+QC+H2OCO+H2-Q4.2.3气化类型气化类型一一、自热式煤的水蒸气气化原理、自热式煤的水蒸气气化原理p煤气主要可燃成分煤气主要可燃成分：CO、H2p特点：特点：无外界供

29、热无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；所需工业氧价格较贵，煤气中所需工业氧价格较贵，煤气中CO2含量高。含量高。二、外热式煤的水蒸气气化二、外热式煤的水蒸气气化原理原理气化剂：气化剂：H2O(气气)主要反应：主要反应：C+H2OCO+H2-Q煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CO、H2特点：特点：气化炉外部供热（煤仅气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）；与水蒸气反应）；气化炉传热差，不经济。气化炉传热差，不经济。4.2.3气化类型气化类型三、煤的加氢气化原理三、煤的加氢气化原

30、理气化剂：气化剂：H2主要反应：主要反应：C+H2CH4+Q煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4特点：特点：煤气主要由煤气主要由CH4组成（代组成（代用天然气）；用天然气）；产生残焦（含碳残渣）产生残焦（含碳残渣）,煤煤与与H2加压生成加压生成CH4的反应的反应性比煤与水蒸汽的反应性性比煤与水蒸汽的反应性小小.4.2.3气化类型气化类型四、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理四、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理4.2.3气化类型气化类型气化剂：气化剂：O2；H2O(气气)主要反应：主要反应：加氢阶段：加氢阶段：C+H2CH4+Q水蒸气气化阶段：水蒸气气化阶段：

31、C+O2CO2+Q2C+O22CO+QC+H2OCO+H2-Q煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4特点：特点：首先进行加氢气化，首先进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。4.2.3气化类型气化类型五、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理五、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理4.2.3气化类型气化类型气化剂：气化剂：O2；H2O(气气)主要反应：主要反应：水蒸气气化阶段：水蒸气气化阶段：C+O2CO2+Q2C+O22CO+QC+H2OCO+H2-Q甲烷化反应甲烷化反应：CO+3H2CH4+H2O+Q煤气主

32、要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4特点：特点：首先由煤的水蒸气气化反应产生以首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和和H2为主的合成气，为主的合成气，然后合成气在催化剂的作用下然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化甲烷化”生成甲烷。生成甲烷。4.2.3气化类型气化类型基本化学反应基本化学反应氧化反应氧化反应：C+O2CO2+Q2C+O22CO+QH2+O2H2O+QCO+H2OCO2+H2+Q水煤气反应水煤气反应:C+H2OCO+H2-Q副水煤气反应：副水煤气反应：C+2H2OCO2+2H2-Q气化反应：气化反应：C+CO22CO-Q甲烷化反应：甲烷化反应：C+2H2CH4+QCO+3H2CH4+H

33、2O+Q水煤气主水煤气主要成分为要成分为CO和和H2这些反应中这些反应中:C+H2OCO+H2-Q即即水蒸气和碳反应的意义水蒸气和碳反应的意义最大，此反应为强吸热最大，此反应为强吸热反应。反应。供热的：供热的：C+O2CO2+Q和和2C+O22CO+Q与吸热的：与吸热的：C+H2OCO+H2-Q和和C+CO22CO-Q组合在一起，对自热式组合在一起，对自热式气化过程起重要的作用。气化过程起重要的作用。4.2.4基本化学反应基本化学反应煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，主要的硫化物是主要的硫化物是H2S、COS、C

34、S2等，主要的含氮化合物是等，主要的含氮化合物是NH3，HCN、NO等。等。煤气化时发生的硫（煤气化时发生的硫（S）和氮（）和氮（N）的基本反应）的基本反应元素反应元素反应4.2.4基本化学反应基本化学反应S：S+O2SO2SO2+3H2H2S+2H2OSO2+2COS+2CO22H2S+SO23S+2H2OC+2SCS2CO+SCOSN：N2+3H22NH3N2+H2O+2CO2HCN+1.5O2N2+xO22NOx煤炭气化过程可用下式表示：煤炭气化过程可用下式表示：4.2.4基本化学反应基本化学反应反应特点反应特点一次反应和二次反应一次反应和二次反应均相反应和非均相反应均相反应和非均相反应

35、吸热反应和放热反应吸热反应和放热反应4.2.4基本化学反应基本化学反应反应特点反应特点-气化反应动力学气化反应动力学非均相反应，以下几个阶段：非均相反应，以下几个阶段：气体反应物向固体表面转移或扩散；气体反应物向固体表面转移或扩散；气体反应物被吸附在固体表面上；气体反应物被吸附在固体表面上；被吸附的气体反应物在固体表面起反应而形成中间配合物；被吸附的气体反应物在固体表面起反应而形成中间配合物；中间配合物的分解或与气相中到达固体表面的气体分子发生中间配合物的分解或与气相中到达固体表面的气体分子发生反应；反应；反应产物从固体表面解吸并扩散到气体空间反应产物从固体表面解吸并扩散到气体空间4.2.4基

36、本化学反应基本化学反应反应特点反应特点-气化反应机理气化反应机理碳的氧化反应机理碳的氧化反应机理碳与二氧化碳反应的机理碳与二氧化碳反应的机理碳与水蒸气反应的机理碳与水蒸气反应的机理碳与氢气反应的机理碳与氢气反应的机理气化反应的化学平衡气化反应的化学平衡4.2.4基本化学反应基本化学反应煤气分类煤气分类水煤气水煤气水煤气水煤气煤煤煤煤气气气气空气煤气空气煤气空气煤气空气煤气混合煤气混合煤气混合煤气混合煤气半水煤气半水煤气半水煤气半水煤气定义定义定义定义:是以空气为气化剂生成的煤气。是以空气为气化剂生成的煤气。是以空气为气化剂生成的煤气。是以空气为气化剂生成的煤气。成分成分成分成分:含有含有含有含

37、有60%60%的的的的N N2和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢气气气气特点特点特点特点:热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。定义定义定义定义:以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤气以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤气以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤气以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所

38、生成的煤气 成分成分成分成分:含有含有含有含有N N2 2，COCO，COCO2 2，HH2 2。特点特点特点特点:这种煤气在工业上一般用作燃料。这种煤气在工业上一般用作燃料。这种煤气在工业上一般用作燃料。这种煤气在工业上一般用作燃料。定义定义定义定义:是以水蒸气作为气化剂生成的煤气是以水蒸气作为气化剂生成的煤气是以水蒸气作为气化剂生成的煤气是以水蒸气作为气化剂生成的煤气.成分成分成分成分:其中氢气和一氧化碳的含量共达其中氢气和一氧化碳的含量共达其中氢气和一氧化碳的含量共达其中氢气和一氧化碳的含量共达85%(85%(体积分数体积分数体积分数体积分数)以上，以上，以上，以上，用作化工原料。用作化工原料。用作化工原料。用作化工原料。是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂制得的煤气。制得的煤气。制得的煤气。制得的煤气。合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量是氮气质量的是氮气质量的是氮气质量的是氮气质量的3 3倍。倍。倍。倍。