煤化工工艺学第二版课件 教学课件 ppt 作者 郭树才 主编5.1 煤气化基本原理.pptVIP

§ 5、煤的气化 § 5．1 煤气化的基本原理 § 5．1 煤气化的基本原理 1.煤气化： 以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。 2.气化条件： 气化炉、气化剂、供给能量 3.气化产品： 气化煤气：CO H2 CH4 5.气化的基本原理 ⑴煤气化的过程 （固定床为例）： ⑵气化类型 ①自热式煤的水蒸气气化原理： Ⅰ:气化剂：空气或02；H2O(气) Ⅱ：主要反应：C+O2→CO2?+Q? 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2?-Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CO、H2 Ⅳ：特点： 无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）； 所需工业氧价格较贵，煤气中CO2?含量高。 ②外热式煤的水蒸气气化原理 Ⅰ:气化剂：H2O(气) Ⅱ：主要反应： C+H2O→CO+H2?-Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CO、H2 Ⅳ：特点： 气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）； 气化炉传热差，不经济。 ③煤的加氢气化原理 Ⅰ:气化剂：H2 Ⅱ：主要反应： C+H2→CH4?+Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CH4 Ⅳ：特点： 煤气主要由CH4组成（代用天然气）； 产生残焦（含碳残渣）,煤与H2加压生成CH4的反应性比煤与水蒸汽的反应性小. ④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理 Ⅰ:气化剂： 02；H2O(气) Ⅱ：主要反应： 加氢阶段： C+H2→CH4?+Q 水蒸气气化阶段： C+O2→CO2?+Q? 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2?-Q Ⅲ：煤气主要可燃成分： CH4 Ⅳ：特点： 首先进行加氢气化， 产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。 ⑤煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理 Ⅰ:气化剂：02；H2O(气) Ⅱ：主要反应： 水蒸气气化阶段： C+O2→CO2?+Q? 2C+O2→2CO+Q C+H2O→CO+H2?-Q 甲烷化反应：CO+3H2 →CH4+H2O +Q Ⅲ：煤气主要可燃成分：CH4 Ⅳ：特点： 首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2?为主的合成气， 然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷。 ⑶基本化学反应 ①基本化学反应： 氧化反应： C+O2→CO2?+Q? 2C+O2→2CO? +Q H2+ O2 →H2O +Q CO+H2O→CO2+H2?+Q 水煤气反应:C+H2O→CO+H2? -Q 副水煤气反应：C+2H2O→CO2+2H2?-Q 气化反应：C+CO2→2CO? -Q 甲烷化反应：C+2H2→CH4?+Q CO+3H2 →CH4+H2O +Q 　煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，主要的硫化物是H2S、COS、CS2等，主要的含氮化合物是NH3，HCN、NO等。表6-2-02是这些化合物的生成反应。 　　表6-2-02 煤气化时发生的硫（S）和氮（N）的基本反应 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 ②反应特点 一次反应和二次反应 均相反应和非均相反应 吸热反应和放热反应 * * O2、H2O、H2、根据产热方式和煤气用途选择性供入（ H2 很少用） 4.发生炉构成（以固定床为例） 炉体、 加料装置、 排灰装置 水煤气主要成分为CO和H2 这些反应中: C+H2O→CO+H2? -Q即水蒸气和碳反应的意义最大，此反应为强吸热反应。 供热的：C+O2→CO2?+Q和2C+O2→2CO? +Q 与吸热的：C+H2O→CO+H2? -Q和C+CO2→2CO? -Q组合在一起，对自热式气化过程起重要的作用。