第三章-煤炭性质对气化的影响课件.ppt

1、气化用煤的种类对气化过程有很大的影气化用煤的种类对气化过程有很大的影响，煤种不仅影响气化产品的产率与质响，煤种不仅影响气化产品的产率与质量，而且关系到气化的生产操作条件。量，而且关系到气化的生产操作条件。所以，在选择气化用原料的种类时，必所以，在选择气化用原料的种类时，必须结合气化方式和气化炉的结构进行考须结合气化方式和气化炉的结构进行考虑，也要充分利用资源，合理选用原料。虑，也要充分利用资源，合理选用原料。第一类第一类 第二类第二类 第三类第三类 第四类第四类 气化时不黏结也不气化时不黏结也不产生焦油产生焦油 气化时黏结并产生气化时黏结并产生焦油焦油 气化时不黏结但产气化时不黏结但产生焦油生

2、焦油 气化时不黏结，能气化时不黏结，能产生大量的甲烷产生大量的甲烷 无烟煤、焦炭、无烟煤、焦炭、半焦和贫煤半焦和贫煤 弱黏结或不弱黏结或不黏结烟煤黏结烟煤 褐煤褐煤 泥炭泥炭 特性特性代表原料代表原料对控制实际的生产过程有利对控制实际的生产过程有利.能够通过变化煤种来获得优质经济的煤能够通过变化煤种来获得优质经济的煤气气（我国气化的装置多是用运输到现场的（我国气化的装置多是用运输到现场的煤生产合成气或燃料气）煤生产合成气或燃料气）无烟煤、无烟煤、焦炭、半焦炭、半焦和贫煤焦和贫煤 这类原料气化时不黏结，不会产生焦油，这类原料气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱所生产的

3、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。和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。无烟煤在中国的储量约占总储量的无烟煤在中国的储量约占总储量的18。无烟煤一号。无烟煤一号(年老无烟煤年老无烟煤)产地主要有产地主要有北京门头淘、福建龙岩和广东梅县，无烟北京门头淘、福建龙岩和广东梅县，无烟煤二号煤二号(中等无烟煤中等无烟煤)主要产在山西晋城和主要产在山西晋城和河南焦作，无烟煤三号河南焦作，无烟煤三号(年轻无烟煤年轻无烟煤)主要主要产地在山西阳泉和宁夏汝箕沟。产地在山西阳泉和宁夏汝箕沟。烟烟 煤煤 褐褐 煤煤 泥炭煤泥炭煤 二、气化用煤的主要特性二、气化用煤的主要特性无烟煤、无烟煤、焦

4、炭、半焦炭、半焦和贫煤焦和贫煤 烟烟 煤煤 这种煤炭气化时黏结，并且产这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。烟煤中复杂，煤气的热值较高。烟煤中贫煤、长焰煤、不粘和弱黏煤在贫煤、长焰煤、不粘和弱黏煤在一定条件下可作为气化用煤。一定条件下可作为气化用煤。中国的烟煤主要分布在北方各省，中国的烟煤主要分布在北方各省，华北地区储量约占全国总储量的华北地区储量约占全国总储量的60以上。以上。褐褐 煤煤 泥炭煤泥炭煤 二、气化用煤的主要特性二、气化用煤的主要特性无烟煤、无烟煤、焦炭、半焦

5、炭、半焦和贫煤焦和贫煤 烟烟 煤煤 褐褐 煤煤 气化时不黏结但产生焦油。褐煤是气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低的煤，加热时不产生变质程度较低的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融。不软化，不熔融。中国褐煤的储约占总储量的中国褐煤的储约占总储量的10%，主要的褐煤产地有内蒙的平庄、札主要的褐煤产地有内蒙的平庄、札赉诺尔和大雁、吉林的舒兰、南的赉诺尔和大雁、吉林的舒兰、南的小龙潭和广西的百色。小龙潭和广西的百色。泥炭煤泥炭煤 二、气化用煤的主要特性二、气化用煤的主要特性无烟煤

6、、无烟煤、焦炭、半焦炭、半焦和贫煤焦和贫煤 烟烟 煤煤 褐褐 煤煤 泥炭煤泥炭煤 泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近分产率近70%左右。气化时不黏结，左右。气化时不黏结，但产生焦和脂肪酸，所生产的煤气但产生焦和脂肪酸，所生产的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。合物。二、气化用煤的主要特性二、气化用煤的主要特性对煤对煤气的气的组分组分和产和产率的率的影响影响 对发对发热值热值和组和组成的成的影响影响 对煤对煤气产气产率的率的影响影响 煤气的发热值是指标准状态下煤气的发热值是指标准状态下1m3煤煤气在完全燃烧时所放出热量高发热值

7、：气在完全燃烧时所放出热量高发热值：如果燃烧产物中的水分以液态形式存如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值低发热值；如果水以气在称高发热值低发热值；如果水以气态形式存在称低发热值。态形式存在称低发热值。对煤对煤气的气的组分组分和产和产率的率的影响影响 对发对发热值热值和组和组成的成的影响影响 对煤对煤气产气产率的率的影响影响 在各种相同的操作条件下，不同的煤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，组成也不种所产煤气的发热值不同，组成也不同。同。一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。的产率

8、下降。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快 对煤对煤气的气的组分组分和产和产率的率的影响影响 对发对发热值热值和组和组成的成的影响影响 对煤对煤气产气产率的率的影响影响 例如，以年轻的褐煤为气化原料时，例如，以年轻的褐煤为气化原料时，所制得的煤气甲烷含量高，发热值比所制得的煤气甲烷含量高，发热值比其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发分高、变质程度低，煤气中的干馏气分高、变质程度低，煤气中的干馏气比例大，而干馏

9、气中的甲烷含量高，比例大，而干馏气中的甲烷含量高，同时年轻煤的气化温度低也有利于甲同时年轻煤的气化温度低也有利于甲烷的生成烷的生成。对煤对煤气的气的组分组分和产和产率的率的影响影响 对发对发热值热值和组和组成的成的影响影响 对煤对煤气产气产率的率的影响影响 压力增大，同一煤种制取的煤气的发压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高，同一操作压力下，煤气发热值越高，同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于随着变质程度煤、无烟煤。这是由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低的提高，煤的挥发分逐渐降低.对煤对煤气的气的组分组分和产和产

10、率的率的影响影响 对发对发热值热值和组和组成的成的影响影响 对煤对煤气产气产率的率的影响影响 一般来说，煤中挥发分越高，转变为一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。降。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快快 对消对消耗指耗指标的标的影响影响 不同煤不同煤种消耗种消耗指标的指标的规律规律煤炭气化过程需要吸收大量的热量，煤炭气化过程需要吸收大量的热量，该热量是通过炉内的碳和氧气燃烧

11、该热量是通过炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量来维持。不同煤种，以后放出的热量来维持。不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从煤，煤中碳的质量分数从5562增至增至88.98，在气化时所消耗，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大相应增大对消对消耗指耗指标的标的影响影响 不同煤不同煤种消耗种消耗指标的指标的规律规律有此规有此规律的原律的原因因1）固定碳含量低、挥发分低的）固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量煤种，气化时进去气化

12、段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多多，则氧和水蒸汽消耗多2）不同煤种的活性不同，高活）不同煤种的活性不同，高活性的煤有利于甲烷的生成，相应性的煤有利于甲烷的生成，相应消耗的氧气少一些；消耗的氧气少一些；3）煤中水分、灰分含量越高，）煤中水分、灰分含量越高，气化时消耗的热量越多，则氧耗气化时消耗的热量越多，则氧耗也高也高 焦油组成和产率的影响焦油组成和产率的影响 焦油产率与煤种性质有关：一般焦油产率与煤种性质有关：一般地说，变质程度较深的气煤和长焰煤地说，变质程度较深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦变质程度更深的烟煤和无烟煤

13、其焦油产率却更低。油产率却更低。煤中水煤中水分存在分存在形式形式 外在水分外在水分 内在水分内在水分 结晶水结晶水 是在煤的开采、运输、储存和洗选是在煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大毛过程中润湿在煤的外表面以及大毛细孔而形成的细孔而形成的 吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。以硫酸钙、高岭土等形式存在的，以硫酸钙、高岭土等形式存在的，通常大于通常大于200以上才能析出。以上才能析出。炉炉 型型固定床：煤气中水分含量太高，入炉煤需要进行预干固定床：煤气中水分含量太高，入炉

14、煤需要进行预干燥以降低煤气的露点温度。另一方面煤中水分含量太燥以降低煤气的露点温度。另一方面煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉煤气的含尘量增高。同时由于煤气煤块碎裂而引起出炉煤气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中会产中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中会产生大量的废液，增加废水处理量。一般生产中，煤中水生大量的废液，增加废水处理量。一般生产中，煤中水分含量在分含量在8l0左右。左右。炉炉 型型流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的流化床和气流床：固体颗粒

15、粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性，因而规定煤的含水量小于含水量会降低颗粒的流动性，因而规定煤的含水量小于5。尤其对烟煤的气流床气化法，采用干法加料时，。尤其对烟煤的气流床气化法，采用干法加料时，要求原料煤的水分含量应小于要求原料煤的水分含量应小于2。灰分含量灰分含量对气化的对气化的影响影响煤中灰分高，不仅增加了运输的煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有许多不费用，而且对气化过程有许多不利的影响利的影响 灰分含量灰分含量对气化的对气化的影响影响气化时由于少量碳的表面被灰分气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了

16、气化效率积减少，降低了气化效率灰分含量灰分含量对气化的对气化的影响影响灰分的大量增加，不可避免地增灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。的碳损耗量也必然增加。灰分含量灰分含量对气化的对气化的影响影响随着煤中灰分的增加，气化的各随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降气的产率下降 加压气化煤种灰分的要求：加压气化煤种灰分的要求：气化炉渣碳含量气化炉渣碳含量 加压气

17、化用煤灰分可高达加压气化用煤灰分可高达55左右而不至于影响生产的正常进行。左右而不至于影响生产的正常进行。原因：原因：1）加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表）加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面与碳进行较为完全的反应。面与碳进行较为完全的反应。2）进入炉中的气化剂的速度也比常压气化）进入炉中的气化剂的速度也比常压气化小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在5左右，常压气化炉在左右，常压气化炉在15左左右，对于液态排渣的气化炉，常在右，对于液态排

18、渣的气化炉，常在2以下以下 确定气化用煤中挥发分含量的大小要根据气化炉型确定气化用煤中挥发分含量的大小要根据气化炉型及煤气的用途来确定。及煤气的用途来确定。例如，当采用固定床气化工艺时，如果煤气用作燃例如，当采用固定床气化工艺时，如果煤气用作燃料时，要求甲烷含量高、热值大，则可以选用挥发料时，要求甲烷含量高、热值大，则可以选用挥发分较高的煤作原料，在所得的煤气中甲烷的含量较分较高的煤作原料，在所得的煤气中甲烷的含量较大。大。当制取得煤气用作工业生产的合成气时，一般要求使当制取得煤气用作工业生产的合成气时，一般要求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭，因为变质用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦

19、炭，因为变质程度浅（年轻）的煤种，生产的煤气中焦油产率高，程度浅（年轻）的煤种，生产的煤气中焦油产率高，焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加了含氰废水的处理量。更重要的是，难，同时也增加了含氰废水的处理量。更重要的是，对合成气来讲，甲烷可能成为一种有害的气体。例如，对合成气来讲，甲烷可能成为一种有害的气体。例如，合成氨用的半水煤气，要求氢气含量高，而这时甲烷合成氨用的半水煤气，要求氢气含量高，而这时甲烷却变成了一种杂质，含量不能太大，要求挥发分小于却变成了一种杂质，含量不能太大，要求挥发分小于1010%。硫分对气化硫分对气化

20、的影响的影响1、煤在气化时，其中、煤在气化时，其中8085的硫的硫以以H2S和和CS2的形式进入煤气当中。的形式进入煤气当中。2、如果制得的煤气用于燃料时，比如用做、如果制得的煤气用于燃料时，比如用做城市民用煤气，其疏含量要达到国家标准，城市民用煤气，其疏含量要达到国家标准，否则燃烧后大量的否则燃烧后大量的S02会排人大气，污染环会排人大气，污染环境境。3、用做合成原料气时，硫化物的存在会使、用做合成原料气时，硫化物的存在会使得合成催化剂中毒，煤气中硫化物的含量得合成催化剂中毒，煤气中硫化物的含量越高，后面工段脱硫的负担会超重越高，后面工段脱硫的负担会超重。结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好

21、结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好 气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是：气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是：气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。气化炉上部空间的气流速度用下式计算：沉降速度。气化炉上部空间的气流速度用下式计算：为了控制煤的带出量，气化炉实际生产能力有一个为了控制煤的带出量，气化炉实际生产能力有一个上限，对移动床加压气化而言，粉煤带出量不应超过入上限，对移动床加压气化而言，粉煤带出量不应超过入炉煤总量的炉煤总量的1%，为限制，为限制2mm的煤粒不被带出，炉内上的煤粒不被带出，炉内上部空间煤气的实际速度

22、最大为部空间煤气的实际速度最大为0.90.95ms。15.27310013.136005TpAVu 从公式可以看出，当气化炉的生产能力低从公式可以看出，当气化炉的生产能力低(即即V小小)、气、气化压力高化压力高(即即p大大)时时,煤气的实际流速小。随煤气流速的煤气的实际流速小。随煤气流速的减小被带出气化炉的颗粒粒度小，颗粒总带出量减小减小被带出气化炉的颗粒粒度小，颗粒总带出量减小颗粒沉降颗粒沉降速度的计速度的计算公式算公式:niiipDggsptdxdCgdu113)(4 不同的气化方式对原料煤的粒度要求不同不同的气化方式对原料煤的粒度要求不同：移动床移动床：10 100mm的且较均匀的块煤的

23、且较均匀的块煤流化床流化床：0 8mm的细粒煤的细粒煤气流床气流床：0.1 mm的粉煤的粉煤移动床移动床：原料煤粒度的均匀性原料煤粒度的均匀性离析阻力分布离析阻力分布分级过筛，不混杂，大、小块粒径比最好为分级过筛，不混杂，大、小块粒径比最好为2。流化床流化床：粒度分布过宽，则气流带出小颗粒较多粒度分布过宽，则气流带出小颗粒较多 移动床气化对块度大小的要求移动床气化对块度大小的要求块度小块度小较大的比面积，有利于气化，但阻力较大。较大的比面积，有利于气化，但阻力较大。块度大块度大阻力较小，比面积也较小阻力较小，比面积也较小。具体块度大小的选择具体块度大小的选择：根据原料煤活性和机械强度根据原料煤

24、活性和机械强度活性高的煤块度可大些，机械强度低的煤，块度大些活性高的煤块度可大些，机械强度低的煤，块度大些 煤中的矿物质，在高温和活性气体介质的作用煤中的矿物质，在高温和活性气体介质的作用下，转变为牢固的粘结物或熔融物质炉渣的能下，转变为牢固的粘结物或熔融物质炉渣的能力称为力称为结渣性结渣性。影响煤的结渣性的因素：灰熔点灰分含量影响煤的结渣性的因素：灰熔点灰分含量温度压力停留时间外部介质性质等温度压力停留时间外部介质性质等在生产中，往往以灰熔点作为判断结渣性的在生产中，往往以灰熔点作为判断结渣性的主要指标。主要指标。煤炭气化时的灰熔点涉及两方面的意义，一是煤炭气化时的灰熔点涉及两方面的意义，一

25、是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。须超过的最低温度。对气化操作的影响：移动床流化床对气化操作的影响：移动床流化床对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，要加大水对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，要加大水蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操作温度。对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操作温度。灰熔点与组成的关系灰熔点与组成的关系 若灰中若灰中Si02和和Al203的

26、比例越大，其熔化温度范的比例越大，其熔化温度范围越高，而围越高，而Fe203和和MgO等碱性成分比例越高，则等碱性成分比例越高，则熔化温度越低，可以用公式熔化温度越低，可以用公式(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)来表示，该值越大，则灰熔点来表示，该值越大，则灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。越易结渣。煤的黏结性煤的黏结性 黏结性煤在气化时，干馏层能形成胶质体，使料黏结性煤在气化时，干馏层能形成胶质体，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使

27、煤料不易往下移动，导致操作恶化。桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。处理方法：处理方法：（1）在煤气发生炉上部设置机械搅拌装置；）在煤气发生炉上部设置机械搅拌装置；（2）对原料进行瘦化处理，在入炉煤内混配一些）对原料进行瘦化处理，在入炉煤内混配一些无黏结性的煤或灰渣，以降低煤料的黏结性。无黏结性的煤或灰渣，以降低煤料的黏结性。燃料的燃料的机械强度机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。机械的综合体现。机械强度差强度差的煤在运输过程中，会产的煤在运输过程中，会产生许多粉状颗粒，造成生许多粉状颗粒，造成燃料损失燃料损失，在进入气化炉后，在进入气化炉后，粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成炉内气流分布粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成炉内气流分布不均，严重影响气化效率。不均，严重影响气化效率。机械强度机械强度热稳定性热稳定性:煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。裂的性质。热稳定性差的煤热稳定性差的煤在气化时，伴随气化在气化时，伴随气化温度的升高，煤温度的升高，煤易碎裂成煤末和细粒易碎裂成煤末和细粒，对移动床，对移动床内的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。内的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。