煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響課件

1、第三章煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響 3-1 煤種對(duì)氣化的影響氣化用煤的種類對(duì)氣化過程有很大的影響，煤種不僅影響氣化產(chǎn)品的產(chǎn)率與質(zhì)量，而且關(guān)系到氣化的生產(chǎn)操作條件。所以，在選擇氣化用原料的種類時(shí)，必須結(jié)合氣化方式和氣化爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮，也要充分利用資源，合理選用原料。煤炭氣化工藝 3-1 煤種對(duì)氣化的影響氣化用煤第一類 第二類 第三類 第四類 氣化時(shí)不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油 氣化時(shí)黏結(jié)并產(chǎn)生焦油 氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油 氣化時(shí)不黏結(jié)，能產(chǎn)生大量的甲烷 無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤 弱黏結(jié)或不黏結(jié)煙煤 褐煤 泥炭 一、氣化用煤的分類特性代表原料煤炭氣化工藝3-1 煤種對(duì)氣化的影響氣化用煤分類的好處對(duì)控制實(shí)際的生產(chǎn)過

2、程有利. 能夠通過變化煤種來(lái)獲得優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的煤氣 （我國(guó)氣化的裝置多是用運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的煤生產(chǎn)合成氣或燃料氣） 煤炭氣化工藝 無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤 這類原料氣化時(shí)不黏結(jié)，不會(huì)產(chǎn)生焦油，所生產(chǎn)的煤氣中只含有少量的甲烷，不飽和碳?xì)浠衔飿O少，但煤氣熱值較低。 無(wú)煙煤在中國(guó)的儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的18。無(wú)煙煤一號(hào)(年老無(wú)煙煤)產(chǎn)地主要有北京門頭淘、福建龍巖和廣東梅縣，無(wú)煙煤二號(hào)(中等無(wú)煙煤)主要產(chǎn)在山西晉城和河南焦作，無(wú)煙煤三號(hào)(年輕無(wú)煙煤)主要產(chǎn)地在山西陽(yáng)泉和寧夏汝箕溝。 煙 煤 褐 煤 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性煤炭氣化工藝 無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 這種煤炭氣化時(shí)黏結(jié)，并且產(chǎn)生焦油，煤氣中

3、的不飽和烴、碳?xì)浠衔镙^多，煤氣凈化系統(tǒng)較復(fù)雜，煤氣的熱值較高。煙煤中貧煤、長(zhǎng)焰煤、不粘和弱黏煤在一定條件下可作為氣化用煤。中國(guó)的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)儲(chǔ)量約占全國(guó)總儲(chǔ)量的60以上。 褐 煤 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性煤炭氣化工藝 無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 褐 煤 氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。褐煤是變質(zhì)程度較低的煤，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，含有高的內(nèi)在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)分高，加熱時(shí)不軟化，不熔融。中國(guó)褐煤的儲(chǔ)約占總儲(chǔ)量的10%，主要的褐煤產(chǎn)地有內(nèi)蒙的平莊、札賚諾爾和大雁、吉林的舒蘭、南的小龍?zhí)逗蛷V西的百色。 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性煤炭氣化工藝 無(wú)煙煤、焦炭、半焦

4、和貧煤 煙 煤 褐 煤 泥炭煤 泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)分產(chǎn)率近70%左右。氣化時(shí)不黏結(jié)，但產(chǎn)生焦和脂肪酸，所生產(chǎn)的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳?xì)浠衔铩６?、氣化用煤的主要特性煤炭氣化工藝?duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對(duì)發(fā)熱值和組成的影響 對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響煤氣的發(fā)熱值是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3煤氣在完全燃燒時(shí)所放出熱量高發(fā)熱值：如果燃燒產(chǎn)物中的水分以液態(tài)形式存在稱高發(fā)熱值低發(fā)熱值；如果水以氣態(tài)形式存在稱低發(fā)熱值。煤炭氣化工藝對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對(duì)發(fā)熱值和組成的影響 對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響在各種相同的操作條件下，不同的煤種所產(chǎn)煤氣的發(fā)熱值不同

5、，組成也不同。一般來(lái)說，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C(jī)物就越多，煤氣的產(chǎn)率下降。 此外，隨著煤中揮發(fā)分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產(chǎn)率下降得更快 煤炭氣化工藝對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對(duì)發(fā)熱值和組成的影響 對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響例如，以年輕的褐煤為氣化原料時(shí)，所制得的煤氣甲烷含量高，發(fā)熱值比其他煤種都高。這是由于褐煤的揮發(fā)分高、變質(zhì)程度低，煤氣中的干餾氣比例大，而干餾氣中的甲烷含量高，同時(shí)年輕煤的氣化溫度低也有利于甲烷的生成。 煤炭氣化工藝對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對(duì)發(fā)熱值和組成的影響 對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響壓力

6、增大，同一煤種制取的煤氣的發(fā)熱值越高，同一操作壓力下，煤氣發(fā)熱值由高到低的順序依次是褐煤、氣煤、無(wú)煙煤。這是由于隨著變質(zhì)程度的提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低. 煤炭氣化工藝對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對(duì)發(fā)熱值和組成的影響 對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響一般來(lái)說，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C(jī)物就越多，煤氣的產(chǎn)率下降。 此外，隨著煤中揮發(fā)分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產(chǎn)率下降得更快 煤炭氣化工藝三、不同 煤種對(duì)氣化的影響對(duì)消耗指標(biāo)的影響 不同煤種消耗指標(biāo)的規(guī)律煤炭氣化過程需要吸收大量的熱量，該熱量是通過爐內(nèi)的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來(lái)維持。不同煤種，

7、其變質(zhì)程度不同，隨著變質(zhì)程度的加深，從泥炭、褐煤、煙煤到無(wú)煙煤，煤中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5562增至88.98，在氣化時(shí)所消耗的水蒸氣，氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應(yīng)增大煤炭氣化工藝三、不同 煤種對(duì)氣化的影響對(duì)消耗指標(biāo)的影響 不同煤種消耗指標(biāo)的規(guī)律有此規(guī)律的原因1）固定碳含量低、揮發(fā)分低的煤種，氣化時(shí)進(jìn)去氣化段的碳量多，則氧和水蒸汽消耗多2）不同煤種的活性不同，高活性的煤有利于甲烷的生成，相應(yīng)消耗的氧氣少一些；3）煤中水分、灰分含量越高，氣化時(shí)消耗的熱量越多，則氧耗也高 煤炭氣化工藝焦油組成和產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對(duì)氣化的影響 焦油產(chǎn)率與煤種性質(zhì)有關(guān)：一般地說，變質(zhì)程度較深的氣煤和長(zhǎng)焰煤比變質(zhì)程度淺的

8、褐煤焦油產(chǎn)率大，而變質(zhì)程度更深的煙煤和無(wú)煙煤其焦油產(chǎn)率卻更低。 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 水分對(duì)氣化的影響 灰分對(duì)氣化的影響 揮發(fā)分對(duì)氣化的影響 硫分對(duì)氣化的影響 粒度對(duì)氣化的影響 灰熔點(diǎn)及結(jié)渣性對(duì)氣化的影響 其他性質(zhì)對(duì)氣化的影響煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響煤中水分存在形式 外在水分 內(nèi)在水分 結(jié)晶水 是在煤的開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和洗選過程中潤(rùn)濕在煤的外表面以及大毛細(xì)孔而形成的 吸附或凝聚在煤內(nèi)部較小的毛細(xì)孔中的水分，失去內(nèi)在水分的煤為絕對(duì)干燥煤。 以硫酸鈣、高嶺土等形式存在的，通常大于200以上才能析出。 一、水分含量對(duì)氣化的影響煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 一、水分

9、含量對(duì)氣化的影響 爐 型固定床：煤氣中水分含量太高，入爐煤需要進(jìn)行預(yù)干燥以降低煤氣的露點(diǎn)溫度。另一方面煤中水分含量太高而加熱的速度又太快時(shí)，煤中水分逸出太快，容易使煤塊碎裂而引起出爐煤氣的含塵量增高。同時(shí)由于煤氣中水含量增高時(shí)，在后續(xù)工段的煤氣冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，增加廢水處理量。一般生產(chǎn)中，煤中水分含量在8l0左右。煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 一、水分含量對(duì)氣化的影響 爐 型流化床和氣流床：固體顆粒粉碎的粒度很小，過高的含水量會(huì)降低顆粒的流動(dòng)性，因而規(guī)定煤的含水量小于5。尤其對(duì)煙煤的氣流床氣化法，采用干法加料時(shí)，要求原料煤的水分含量應(yīng)小于2。煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影

10、響 二、灰分含量對(duì)氣化的影響灰分含量對(duì)氣化的影響煤中灰分高，不僅增加了運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，而且對(duì)氣化過程有許多不利的影響 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 二、灰分含量對(duì)氣化的影響灰分含量對(duì)氣化的影響氣化時(shí)由于少量碳的表面被灰分覆蓋，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 二、灰分含量對(duì)氣化的影響灰分含量對(duì)氣化的影響灰分的大量增加，不可避免地增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加。煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 二、灰分含量對(duì)氣化的影響灰分含量對(duì)氣化的影響隨著煤中灰分的增加，氣化的各項(xiàng)消耗指標(biāo)均增加，如氧氣的消耗指標(biāo)、水蒸氣的消耗指標(biāo)和煤

11、的消耗指標(biāo)都有所上升，而凈煤氣的產(chǎn)率下降 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 二、灰分含量對(duì)氣化的影響加壓氣化煤種灰分的要求： 氣化爐渣碳含量 加壓氣化用煤灰分可高達(dá)55左右而不至于影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。原因：1）加壓操作時(shí)，氣化劑的濃度高，擴(kuò)散能力強(qiáng)，能夠透過煤灰表面與碳進(jìn)行較為完全的反應(yīng)。2）進(jìn)入爐中的氣化劑的速度也比常壓氣化小，在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，有較長(zhǎng)的時(shí)間和煤反應(yīng)。 從加壓氣化爐排出的灰渣中碳含量在5左右，常壓氣化爐在15左右，對(duì)于液態(tài)排渣的氣化爐，常在2以下 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 三、揮發(fā)分對(duì)氣化的影響確定氣化用煤中揮發(fā)分含量的大小要根據(jù)氣化爐型及煤氣的用途來(lái)確定。例

12、如，當(dāng)采用固定床氣化工藝時(shí)，如果煤氣用作燃料時(shí)，要求甲烷含量高、熱值大，則可以選用揮發(fā)分較高的煤作原料，在所得的煤氣中甲烷的含量較大。當(dāng)制取得煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時(shí)，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無(wú)煙煤、半焦或焦炭，因?yàn)樽冑|(zhì)程度淺（年輕）的煤種，生產(chǎn)的煤氣中焦油產(chǎn)率高，焦油容易堵塞管道和閥門，給焦油分離帶來(lái)一定的困難，同時(shí)也增加了含氰廢水的處理量。更重要的是，對(duì)合成氣來(lái)講，甲烷可能成為一種有害的氣體。例如，合成氨用的半水煤氣，要求氫氣含量高，而這時(shí)甲烷卻變成了一種雜質(zhì)，含量不能太大，要求揮發(fā)分小于10%。煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 四、硫分對(duì)氣化的影響硫分對(duì)氣化的影響1、煤在氣化時(shí)

13、，其中8085的硫以H2S和CS2的形式進(jìn)入煤氣當(dāng)中。 2、如果制得的煤氣用于燃料時(shí)，比如用做城市民用煤氣，其疏含量要達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，否則燃燒后大量的S02會(huì)排人大氣，污染環(huán)境。3、用做合成原料氣時(shí)，硫化物的存在會(huì)使得合成催化劑中毒，煤氣中硫化物的含量越高，后面工段脫硫的負(fù)擔(dān)會(huì)超重。結(jié)論：氣化用燃料中硫含量應(yīng)是越低越好 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 五、粒度對(duì)氣化的影響 氣化爐內(nèi)某一粒徑的顆粒被帶出氣化爐的條件是：氣化爐內(nèi)上部空間氣體的實(shí)際氣流速度大于顆粒的沉降速度。氣化爐上部空間的氣流速度用下式計(jì)算： 為了控制煤的帶出量，氣化爐實(shí)際生產(chǎn)能力有一個(gè)上限，對(duì)移動(dòng)床加壓氣化而言，粉煤帶出量不

14、應(yīng)超過入爐煤總量的1%，為限制2mm的煤粒不被帶出，爐內(nèi)上部空間煤氣的實(shí)際速度最大為0.90.95ms。煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響五、粒度對(duì)氣化的影響 從公式可以看出，當(dāng)氣化爐的生產(chǎn)能力低(即V小)、氣化壓力高(即p大)時(shí),煤氣的實(shí)際流速小。隨煤氣流速的減小被帶出氣化爐的顆粒粒度小，顆?？値С隽繙p小顆粒沉降速度的計(jì)算公式:煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 不同的氣化方式對(duì)原料煤的粒度要求不同：移動(dòng)床：10 100mm的且較均勻的塊煤流化床：0 8mm的細(xì)粒煤氣流床：0. 1 mm的粉煤移動(dòng)床：原料煤粒度的均勻性離析阻力分布分級(jí)過篩，不混雜，大、小塊粒徑比最好為2。 流化床：粒度分

15、布過寬，則氣流帶出小顆粒較多 煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響移動(dòng)床氣化對(duì)塊度大小的要求塊度小較大的比面積，有利于氣化，但阻力較大。塊度大阻力較小，比面積也較小。具體塊度大小的選擇：根據(jù)原料煤活性和機(jī)械強(qiáng)度活性高的煤塊度可大些，機(jī)械強(qiáng)度低的煤，塊度大些 煤炭氣化工藝 六、燃料的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 煤中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰恼辰Y(jié)物或熔融物質(zhì)爐渣的能力稱為結(jié)渣性。 影響煤的結(jié)渣性的因素：灰熔點(diǎn)灰分含量溫度壓力停留時(shí)間外部介質(zhì)性質(zhì)等在生產(chǎn)中，往往以灰熔點(diǎn)作為判斷結(jié)渣性的主要指標(biāo)。煤炭氣化工藝 六、燃料的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響 煤炭

16、氣化時(shí)的灰熔點(diǎn)涉及兩方面的意義，一是氣化爐正常操作時(shí)，不致使灰熔融而影響正常生產(chǎn)的最高溫度，另一個(gè)是采用液態(tài)排渣的氣化爐所必須超過的最低溫度。 對(duì)氣化操作的影響：移動(dòng)床流化床3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響對(duì)于灰熔點(diǎn)低的煤在氣化時(shí)容易結(jié)渣，要加大水蒸氣的用量，使氧化層的溫度維持在灰熔點(diǎn)以下對(duì)于灰熔點(diǎn)高的煤種，可采用較高的操作溫度。煤炭氣化工藝 六、燃料的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響灰熔點(diǎn)與組成的關(guān)系 若灰中Si02和Al203的比例越大，其熔化溫度范圍越高，而Fe203和MgO等堿性成分比例越高，則熔化溫度越低，可以用公式(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)來(lái)表示，該值越大，則灰熔點(diǎn)越高，灰分越難結(jié)渣，相反，則灰熔點(diǎn)越低，灰分越易結(jié)渣。3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響 七、煤炭其他性質(zhì)對(duì)氣化的影晌煤的黏結(jié)性 黏結(jié)性煤在氣化時(shí)，干餾層能形成膠質(zhì)體，使料層的透氣性變差，阻礙氣體流動(dòng)，出現(xiàn)爐內(nèi)崩料或架橋現(xiàn)象，使煤料不易往下移動(dòng)，導(dǎo)致操作惡化。處理方法：（1）在煤氣發(fā)生爐上部設(shè)置機(jī)械攪拌裝置；（2）對(duì)原料進(jìn)行瘦化處理，在入爐煤內(nèi)混配一些無(wú)黏結(jié)性的煤或灰渣，以降低煤料的黏結(jié)性。煤炭