6.2 煤的气化（课件）-《化学工艺学(第2版) 》同步教学（高教版）

第六章 煤化工反应单元工艺 6.1 煤的干馏 6.2 煤的气化 6.3 煤制油技术 6.4 煤基化工产品 6.5 煤炭多联产技术 6.2 煤的气化 煤的气化 煤的气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤 焦(半焦)为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、 水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高 温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分 转化为气体的过程。 气化时所得的气体称为煤气，其有效成分包括一 氧化碳、氢气和甲烷等。 在各种煤转化技术中，特别是开发洁净煤技术 中，煤的气化是最有应用前景的技术之一。 返回 （1）煤气化的过程 煤的气化过程是在煤气发生炉(又称气化炉)中进行的。发生炉是由炉体、加煤装置和排灰渣装置等三大部分构成的。 气化原料煤由上部加料装置装入炉膛，原料层及灰渣层由下部炉栅(又名炉箅)支撑，含有氧气与水蒸气的气化剂由下部送风口进入，经炉栅均匀分配入炉与原料层接触发生气化反应。 生成的煤气由原料层上方引出，气化反应后残存的炉渣由下部的灰盘排出。 发生炉用水夹套回收炉体散热。 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 发生炉与气化过程示意图 1.炉体；2.加料装置；3.炉栅；4.送风口； 5.灰盘料层：A.灰渣，B.氧化层，C.还原层；D.干馏层，E.干燥层 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 （2）煤气化的基本化学反应 煤是一种有复杂分子结构的物质，除碳之外还有氢、氧、硫、氮等元素，煤干馏后煤焦中主要成分是碳，故这里只考虑元素碳的气化反应。 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 气化过程由碳的基本反应 △H (298K,0.1MPa) kJ/mol kcal/mol① 非均相反应(气/固) R1部分燃烧 C+0.5O2===CO －123 －29.4 R2燃烧 C+ O 2===CO2 －406 －97.0 R3碳与水蒸气反应 C+H2O===CO+H2 ＋119 ＋28.3 R4 Boudouard反应 C+ CO 2===2CO ＋162 ＋38.4 R5加氢气化 C+2H2===CH4 －87 －20.9 气相燃烧反应 R6 H2+0.5O2=== H2O －242.00 －57.80 R7 CO+ 0.5O 2===CO2 －283.2 －67.64 均相反应(气/气) R8均相水煤气反应 CO+H2O=== H2+CO2 －42 －10.1 R9甲烷化 CO+3H2=== CH4+H2O －206 －49.2 热裂解反应 R10 CHxOy==(1－ｙ)C＋yCO＋x/2H2 ＋17.4② R11 CHxOy==(1-ｙ-x/8)C＋yCO＋x/4H2＋8CH4 8.1② 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 元素 反 应 S S+O2==SO2 SO2+3H2==H2S+2H2O SO2+2CO==S+2CO2 2H2S+SO2==3S+2H2O C+2S==CS2 CO+S==COS N N2+3H2==2NH3 N2+H2O+2CO==2HCN+1.5O2 N2+xO2==2NOx 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 （3）煤气化的分类方法 煤气化有好几种分类方法，按制取煤气的热值分类有： ①制取低热值煤气方法，煤气热值低于8374 kJ/m3； ②制取中热值煤气方法，煤气热值167 47～334 94 kJ/m3； ③制取高热值煤气方法，煤气热值高于33 494 kJ/m3。 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 按气化过程供热方法分类又可分为： ①部分氧化方法，又称自热式气化方法。通过燃烧部分气化用煤来供热，一般需消耗气化用煤潜热的15％～35％，这种直接供热方法是目前最普遍采用的； ②间接供热，即外热式气化方法； ③利用气化反应释放热供热，例如利用放热的加氢反应供热。 目前最通用的分类方法是按反应器类型分类：①移动床(固定床)；②流化床；③气流床；④熔融床(熔浴床)。 煤化工反应单元工艺 ——煤的气化 （4）煤性质对气化的影响