第五講 煤的轉化技術

1、第五講第五講 煤的轉化技術煤的轉化技術第一部分第一部分 煤氣化技術煤氣化技術第一節(jié)第一節(jié) 煤炭轉化技術概述煤炭轉化技術概述一、前言： 1、能源消耗與能源儲量矛盾，發(fā)達國家所需能源的90%來自石油與天然氣，其儲量與煤的儲量相比是有限的； 2、我國煤炭儲量豐富，利用率較低，污染嚴重；石油和天然氣相對貧乏。以煤代油、以煤造油，是可持續(xù)的需求； 3、煤炭制取氣體或液體“清潔燃料”，提高煤炭資源的利用率，減少直接燒煤造成的污染； 4、煤炭轉化：煤的氣化（成熟、廣泛）和液化: 1）煤氣不易輸送和儲存，易燃、易爆； 2）液化產(chǎn)物易于輸送、儲存和凈化； 3）煤炭的液化費用要高于氣化費用； 4）煤液化產(chǎn)物的應用

2、比氣化產(chǎn)物更廣泛； 5）煤的液化：間接液化與直接液化。二、煤氣化的經(jīng)濟和環(huán)保方面的特點: 1、煤氣化過程中的熱量損失： 煤炭轉化需要消耗能量，煤化學能15%熱量損失于煤氣冷卻； 同等條件下，直接燃燒煤的熱效率要高。 2、煤氣利用過程中存在熱量補償?shù)男枨螅?采用不同的煤氣化工藝制備不同熱值的煤氣化產(chǎn)物，用于不同場合；就地燃燒中低熱值煤氣用于發(fā)電，達到經(jīng)濟補償;這類煤氣成本低、不利于運輸、燃燒溫度低、NOX排放低; 煤氣化的物理顯熱可用于加熱鍋爐給水 3、污染物排放減少： 煤直接燃燒污染物排放量大； 煤氣凈化過程中，可比較容易地脫除絕大部分粉塵、硫化物等； 也可實現(xiàn)煤中硫的有效回收。4、煤氣化技術

3、趨于成熟： 煤氣化的工藝、設備及運行技術已經(jīng)比較成熟和完善，先進的煤氣化技術碳轉化率可達99%，氣化率效率可達94%。三、煤氣化技術的應用領域1.高效、低污染的潔凈煤發(fā)電 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術（IGCC） 可用做燃料電池發(fā)電的燃料 2.重要的化工原料3.在冶金行業(yè)的應用4.煤氣作為民用燃料5.煤氣化技術的其他動態(tài)，如地下煤氣化視頻第二節(jié)第二節(jié) 煤的氣化原理煤的氣化原理一、煤氣化的概念：二、煤炭氣化特點復雜的物理化學過程，化學過程包括溫度、壓力、反應速度、化學平衡和移動等，物理過程包括傳熱、傳質、流體力學等煤氣成分包括可燃氣體：氫、一氧化碳、氣態(tài)烴類等，以及氮、二氧化碳等不可燃氣體氣化工藝

4、不同，成分不同、熱值不同煤氣化過程是煤的部分燃燒與氣化的組合：煤氣化爐內(nèi)的氣化熱源依靠部分煤燃燒，生成CO2并放出熱量，為氣化過程提供熱力條件。1. 煤氣化階段：干燥與部分燃燒階段+煤氣化階段三、煤發(fā)生氣化的基本條件 1、氣化原料（煤、焦炭）和氣化劑氣化劑:空氣、空氣蒸汽混合氣、富氧空氣蒸汽、氧氣蒸汽、蒸汽或CO2 2、發(fā)生氣化的反應容器，即煤氣化爐或煤氣發(fā)生爐 3、煤氣發(fā)生爐內(nèi)溫度： 高溫（11002000） 中溫（9501100） 低溫（900左右） 4、維持一定的爐內(nèi)壓力： 維持一定的爐內(nèi)壓力 常壓和加壓氣化爐 四、煤干燥和燃燒階段的氣體釋放四、煤干燥和燃燒階段的氣體釋放100200 放

5、出水分及吸附的CO2；200300 放出CO2、CO和熱分解水；300400 放出焦油蒸汽、CO和氣態(tài)碳氫化合物400500 焦油蒸汽產(chǎn)生達到最多、CO逸出減少直至終止；500600 放出H2、CH4和碳氫化合物600以上 碳氫化合物分解為甲烷和氫煤干燥煤干燥:150 ，失去大部分水分煤的部分煤的部分燃燒燃燒:六、煤炭氣化工藝的原則流程 原料準備、煤氣的生產(chǎn)、凈化及脫硫、煤氣變換、煤氣精制、甲烷合成等6個主要單元五、煤炭氣化階段的基本反應 碳的氧化燃燒反應： C+O2CO2+394.55KJ/mol H2+1/2O2H2O+21.8KJ/mol 氣化反應： CO2+C2CO-173.1KJ/m

6、ol C+H2OCO+H2-131.0KJ/mol 甲烷生成反應： 2CO+2H2CH4+CO2+247.02KJ/mol排灰排灰水蒸汽水蒸汽CO2H2SCO2空氣或氧空氣或氧高熱值煤氣高熱值煤氣低熱值煤氣低熱值煤氣燃料氣或供燃料氣或供IGCC化工合成氣（氨、化工合成氣（氨、甲醇、汽油等油產(chǎn)甲醇、汽油等油產(chǎn)品）品）原煤原煤 煤炭氣化工藝的原則流程煤炭氣化工藝的原則流程原煤準備原煤準備煤 氣 發(fā) 生煤 氣 發(fā) 生爐爐冷卻冷卻、洗滌、洗滌酸 性 氣 體 脫酸 性 氣 體 脫除除變換變換精制精制甲烷化甲烷化第三節(jié)第三節(jié) 煤氣化產(chǎn)物分類與特點煤氣化產(chǎn)物分類與特點一、基于氣化劑和煤氣成分的分類1. 空氣

7、煤氣: 空氣氣化劑，成分：一氧化碳和氮氣，熱值很低2. 混合煤氣（發(fā)生爐煤氣）: 空氣及蒸汽氣化劑，成分：一氧化碳、氫、氮、二氧化碳，熱值高于空氣煤氣，可作為燃料氣3. 水煤氣: 水蒸汽和氧氣氣化劑，成分：氫和一氧化碳，制備成本較高4 . 半水煤氣: 蒸汽及空氣氣化劑，也可是空氣煤氣與水煤氣的混合氣5. 焦爐煤氣: 煤在煉焦爐中干餾所，成分：氫、甲烷和一氧化碳 6. 合成天然氣：氧氣、蒸汽、氫氣氣化劑，熱值最高二、基于煤氣熱值的分類1低熱值煤氣：38007600kJ/m32中熱值煤氣：1000020000kJ/m33. 高熱值煤氣：21000kJ/m3以上，中熱值煤氣經(jīng)甲烷化制得，成分：甲烷，

8、也稱合成天然氣 煤氣化精制低熱值煤氣蒸 汽空氣煤氣化精制壓縮中熱值煤氣蒸汽空氣空分制氧裝置煤氣化轉化反應蒸汽空氣空分制氧裝置精制甲烷化壓縮高 熱 值煤氣圖圖 煤氣化過程按煤氣熱值的分類煤氣化過程按煤氣熱值的分類煤氣的組成成分煤氣名稱煤氣名稱氣化劑氣化劑煤氣組成煤氣組成%低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量kJ/Nm3H2COCO2N2CH4O2空氣煤氣空氣煤氣空氣空氣2.61014.7720.50.237624598混合煤氣混合煤氣空氣、蒸汽空氣、蒸汽13.527.55.552.80.50.250165225水煤氣水煤氣蒸汽、氧氣蒸汽、氧氣48.438.566.40.50.21003211286半水煤氣半水煤

9、氣蒸汽、空氣蒸汽、空氣4030.7814.60.50.287789614合成天然合成天然氣氣氧、蒸汽、氧、蒸汽、氫氫11.50.021196970.23344037620第四節(jié)第四節(jié) 煤的氣化工藝及其設備煤的氣化工藝及其設備 三種主要工藝：（a）固定床8001000塊煤（330mm或650mm）蒸汽+O2灰渣煤氣（b）流化床8001000碎粉煤（15mm）煤氣灰渣蒸汽+O2煤（c）噴流床15002000煤粉（小于0.1mm）煤煤氣煤蒸汽+O2渣三種典型氣化工藝過程煤固定床氣化工藝流化床氣化工藝噴流床氣化工藝固定床氣化爐特點：（1）氣化劑與煤反向送入氣化爐 （2）煤為塊狀 （3）固態(tài)干灰排渣，或

10、液態(tài)（4）碳轉化率高，耗氧量低（5）煤氣出口溫度低（6）一般容量較小常壓加壓加壓特點： （1）可采用灰熔融較低和粒度較小的煤 （2）可氣化水分高、灰分高、黏結性煤 （3）耗氧量低于常壓 （4）氣流速度低，粉塵帶出量小 （5）甲烷含量高，可做城市煤氣 （6）氣化能力大于常壓4-8倍 （7）出爐壓力高，可遠距離輸送 （8）氣化過程連續(xù)，利于實現(xiàn)自動化流化床氣化爐U-Gas是一種灰熔聚加壓流化床氣化工藝（1）煤的破黏脫揮發(fā)分（2）煤的氣化（3）灰熔聚（4）灰的分離優(yōu)點：（1）煤種范圍較寬 （2）碳轉化率高氣流床氣化爐氣流床氣化爐氧氣-過熱蒸汽作為氣化介質煤在懸浮狀態(tài)下進行第五節(jié)第五節(jié) 煤氣的凈化處理

11、煤氣的凈化處理氣化爐導出的粗煤氣，含有粉塵，霧狀焦油、硫化物和含硫的有機物、氮化物、堿金屬及水蒸汽,極少量的重金屬煤氣雜質對煤氣加壓、輸送和燃燒設備存在有害影響煤氣化的產(chǎn)物必須經(jīng)過凈化處理煤氣凈化工藝為先除塵、后脫硫煤氣除塵技術1、煤氣常溫除塵凈化:250-370,水洗滌或陶瓷過濾2、煤氣高溫除塵凈化:500-600,旋風分離器或陶瓷 過濾煤氣脫硫技術成分：H2S、COS煤氣脫硫技術分類：（1）濕法煤氣常溫脫硫（2）干法高溫脫硫（3）與煤氣化過程同時進行的高溫脫硫N-甲基二乙醇胺法（MDEA）： 2RNH3+H2S(RNH3)2S (RNH3)2+H2S2(RNH3)HS煤氣化過程中如何脫氮呢

12、？第二部分第二部分 煤液化技術煤液化技術煤變油煤變油 在國際上，煤變油技術成拯救能源短缺最有效可在國際上，煤變油技術成拯救能源短缺最有效可行的途徑，是能源戰(zhàn)略儲備方式。擁有煤制油技術的行的途徑，是能源戰(zhàn)略儲備方式。擁有煤制油技術的國家有美國、德國、南非、日本，實施商業(yè)化運行的國家有美國、德國、南非、日本，實施商業(yè)化運行的國家只有南非。國家只有南非。 視頻1視頻2視頻3間接液化間接液化F-TF-T合成：用煤氣中的合成：用煤氣中的COCO和和H H2 2，通過催化，合成，通過催化，合成 液體燃料；液體燃料；產(chǎn)物：汽油、柴油、甲烷、氫氣、乙醇、丙酮、產(chǎn)物：汽油、柴油、甲烷、氫氣、乙醇、丙酮、 乙烯、丙烯石蠟等，可達上百種；乙烯、丙烯石蠟等，可達上百種；直接液化直接液化煤在隔