一定的炉内压力 – 常压和加压气化炉
四、煤干燥和燃烧阶段的气体释放 · 煤干燥:<150 ℃，失去大部分水分
· 煤的部分燃烧:
1. 100～200℃ 放出水分及吸附的CO2； 2. 200～300℃ 放出CO2、CO和热分解水； 3. 300～ 400℃ 放出焦油蒸汽、 CO和气态碳 氢化合物 4. 400～500℃ 焦油蒸汽产生达到最多、CO 逸出减少直至终止； 5. 500～600℃ 放出H2、CH4和碳氢化合物 6. 600℃以上 碳氢化合物分解为甲烷和氢
48.4 40 1~1. 5
27.5
38.5 30.7 0.02
5.5
6 8 1
52.8
6.4 14.6 1
0.5
0.5 0.5 96~97
0.2
0.2 0.2 0.2
5016~5225
10032~1128 6 8778~9614 33440~3762 0
第四节 煤的气化工艺及其设备
1. 固定床气化工艺 三 种 主 要 工 艺 ： 2. 流化床气化工艺 3. 喷流床气化工艺
煤 煤气 煤 煤气 煤 煤气 煤
蒸汽+O2 灰渣 （a）固定床 800~1000℃ 块煤（3~30mm或6~50mm）
蒸汽+O2 蒸汽+O2 渣 灰 渣 （c）喷流床 1500~2000℃ 煤粉（小于0.1mm）
（b）流化床 800~1000℃ 碎粉煤（1~5mm）
三种典型气化工艺过程
固定床气化炉
二、基于煤气热值的分类
1．低热值煤气：3800～7600kJ/m3 2．中热值煤气：10000～20000kJ/m3 3. 高热值煤气：21000kJ/m3以上，中热值煤气经甲烷化制 得，成分：甲烷，也称合成天然气
煤 蒸 汽 空气 煤 蒸汽 空气 煤 蒸汽 空气 空分制氧装置 精制 甲烷化 空分制氧装置 气化 转化反应 压缩 高 热 值 煤气 气化 精制 压缩 气化 精制 低热值 煤气
煤炭气化工艺的原则流程
第三节 煤气化产物分类与特点
一、基于气化剂和煤气成分的分类
1. 空气煤气: 空气气化剂，成分：一氧化碳和氮气，热值很低 2. 混合煤气（发生炉煤气）: 空气及蒸汽气化剂，成分：一氧化碳、氢、氮、二氧 化碳，热值高于空气煤气，可作为燃料气 3. 水煤气: 水蒸汽和氧气气化剂，成分：氢和一氧化碳，制备成 本较高 4 . 半水煤气: 蒸汽及空气气化剂，也可是空气煤气与水煤气的混合 气 5. 焦炉煤气: 煤在炼焦炉中干馏所，成分：氢、甲烷和一氧化碳 6. 合成天然气：氧气、蒸汽、氢气气化剂，热值最高
·产物：汽油、柴油、甲烷、氢气、乙醇、丙酮、 乙烯、丙烯石蜡等，可达上百种；
直接液化
·煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度；
·化学结构中键能最弱的部位开始断裂，生成许多 自由基碎片；
·加氢液化。碎片与氢结合后变得稳定；
·煤中的硫、氮也会断裂，加氢后，生成H2S和NH3。
直接液化 工艺流程
三、煤发生气化的基本条件 1、气化原料（煤、焦炭）和气化剂 气化剂:空气、空气—蒸汽混合气、富氧空气— 蒸汽、氧气—蒸汽、蒸汽或CO2 2、发生气化的反应容器，即煤气化炉或煤 气发生炉 3、煤气发生炉内温度：
– 高温（1100℃～2000℃） – 中温（950℃～1100℃） – 低温（900℃左右）
六、煤炭气化工艺的原则流程
原料准备、煤气的生产、净化及脱硫、煤气变换、 煤气精制、甲烷合成等6个主要单元
燃料气或供IGCC 原煤 低热值煤气 冷却、洗涤 酸性气体脱 除 变 换
化工合成气（氨、 甲醇、汽油等油产 品）
原煤准备 空气或氧
煤气发生 炉
精 制
甲 烷 化
高热值煤气
排灰 水蒸汽
CO2
H2S
CO2
1）煤气不易输送和储存，易燃、易爆； 2）液化产物易于输送、储存和净化； 3）煤炭的液化费用要高于气化费用； 4）煤液化产物的应用比气化产物更广泛； 5）煤的液化：间接液化与直接液化。
二、煤气化的经济和环保方面的特点: 1、煤气化过程中的热量损失：
· 煤炭转化需要消耗能量，煤化学能15%热量损失于煤气 冷却； · 同等条件下，直接燃烧煤的热效率要高。
4、煤气化技术趋于成熟：
煤气化的工艺、设备及运行技术已经比较 成熟和完善，先进的煤气化技术碳转化率可达 99%，气化率效率可达94%。
三、煤气化技术的应用领域
1.高效、低污染的洁净煤发电 ·整体煤气化联合循环发电技术（IGCC） ·可用做燃料电池发电的燃料 2.重要的化工原料 3.在冶金行业的应用 4.煤气作为民用燃料 5.煤气化技术的其他动态，如地下煤气化视频
五、煤炭气化阶段的基本反应
碳的氧化燃烧反应： C+O2→CO2+394.55KJ/mol H2+1/2O2→H2O+21.8KJ/mol 气化反应： CO2+C→2CO-173.1KJ/mol C+H2O→CO+H2-131.0KJ/mol 甲烷生成反应： 2CO+2H2→CH4+CO2+247.02KJ/mol
2、煤气利用过程中存在热量补偿的需求：
· 采用不同的煤气化工艺制备不同热值的煤气化产物， 用于不同场合；就地燃烧中低热值煤气用于发电，达 到经济补偿;这类煤气成本低、不利于运输、燃烧温度 低、NOX排放低; · 煤气化的物理显热可用于加热锅炉给水
3、污染物排放减少：
· 煤直接燃烧污染物排放量大； · 煤气净化过程中，可比较容易地脱除绝大部分粉尘、 硫化物等； · 也可实现煤中硫的有效回收。
第二节 煤的气化原理
一、煤气化的概念： 二、煤炭气化特点 1. 复杂的物理化学过程，化学过程包括温度、压 力、反应速度、化学平衡和移动等，物理过程 包括传热、传质、流体力学等 2. 煤气成分包括可燃气体：氢、一氧化碳、气态 烃类等，以及氮、二氧化碳等不可燃气体 3. 气化工艺不同，成分不同、热值不同 4. 煤气化过程是煤的部分燃烧与气化的组合：煤 气化炉内的气化热源依靠部分煤燃烧，生成CO2 并放出热量，为气化过程提供热力条件。 5. 煤气化阶段：干燥与部分燃烧阶段+煤气化阶段
煤气化过程中如何脱氮呢？
第二部分 煤液化技术
煤变油
视频1
视频2
视频3
在国际上，煤变油技术成拯救能源短缺最有效可 行的途径，是能源战略储备方式。拥有煤制油技术的 国家有美国、德国、南非、日本，实施商业化运行的 国家只有南非。
间接液化
·F-T合成：用煤气中的CO和H2，通过催化，合成 液体燃料；
中热值 煤气
图 煤气化过程按煤气热值的分类
煤气的组成成分
煤气组成% 煤气名称 气化剂
H2
空气煤气 空气 2.6
CO
10
CO
2
N2
72
CH4
0.5
O2
0.2
低位发热量 kJ/Nm3 3762~4598
14.7
混合煤气
水煤气 半水煤气 合成天然 气
空气、蒸汽
蒸汽、氧气 蒸汽、空气 氧、蒸汽、 氢
13.5
特点：（1）气化剂与煤反向送入气化炉 （2）煤为块状 （3）固态干灰排渣，或液态 （4）碳转化率高，耗氧量低 （5）煤气出口温度低 （6）一般容量较小
常压 加压
加压特点： （1）可采用灰熔融较低和粒度较小的煤 （2）可气化水分高、灰分高、黏结性煤 （3）耗氧量低于常压 （4）气流速度低，粉尘带出量小 （5）甲烷含量高，可做城市煤气 （6）气化能力大于常压4-8倍 （7）出炉压力高，可远距离输送 （8）气化过程连续，利于实现自动化
流化床气化炉
U-Gas是一种灰熔聚加压流化 床气化工艺
（1）煤的破黏脱挥发分
（2）煤的气化
（3）灰熔聚 （4）灰的分离
优点：（1）煤种范围较宽
（2）碳转化率高
气流床气化炉
氧气-过热蒸汽作为气化介质
煤在悬浮状态下进行
第五节 煤气的净化处理
1. 气化炉导出的粗煤气，含有粉尘，雾状焦油、硫化物 和含硫的有机物、氮化物、碱金属及水蒸汽,极少量 的重金属 2. 煤气杂质对煤气加压、输送和燃烧设备存在有害影响 3. 煤气化的产物必须经过净化处理 4. 煤气净化工艺为先除尘、后脱硫
第五讲 煤的转化技术
第一部分 煤气化技术
第一节 煤炭转化技术概述 一、前言： 1、能源消耗与能源储量矛盾，发达国家所需能源的90%来 自石油与天然气，其储量与煤的储量相比是有限的； 2、我国煤炭储量丰富，利用率较低，污染严重；石油和 天然气相对贫乏。以煤代油、以煤造油，是可持续的需求； 3、煤炭制取气体或液体“清洁燃料”，提高煤炭资源的 利用率，减少直接烧煤造成的污染； 4、煤炭转化：煤的气化（成熟、广泛）和液化:
煤气除尘技术 1、煤气常温除尘净化:250℃-370℃,水洗涤或陶瓷过滤 2、煤气高温除尘净化:500℃-600℃,旋风分离器或陶瓷 过滤
煤气脱硫技术 成分：H2S、COS 煤气脱硫技术分类： （1）湿法煤气常温脱硫 （2）干法高温脱硫
（3）与煤气化过程同时进行的高温脱硫
N-甲基二乙醇胺法（MDEA）： 2RNH3+H2S→(RNH3)2S (RNH3)2+H2S→2(RNH3)HS