1、第三章第三章 煤炭性质对气化的影响煤炭性质对气化的影响掌握煤质、煤掌握煤质、煤种对气化的影种对气化的影响响熟悉气化用煤熟悉气化用煤的分类、煤的的分类、煤的性质性质了解我国煤炭了解我国煤炭分布情况及煤分布情况及煤质情况质情况知识目标知识目标能用一种能用一种我国的煤我国的煤炭来分析炭来分析气化过程气化过程会判断实会判断实际用煤作际用煤作为气化原为气化原料的优劣料的优劣会解释一些实际会解释一些实际操作故障的原因、操作故障的原因、会解释煤与石油会解释煤与石油的不同成因的不同成因能力目标能力目标泥炭化阶段泥炭化阶段：植物残骸分解成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥中含有大量的腐蚀酸。煤化煤化阶段阶段成煤过程成煤过程
2、成岩作用成岩作用变质作用变质作用：在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐殖酸含量减少，氧含量也减少。是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程，在这个过程中煤的性质发生变化。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐殖酸在烟煤中已经不存在了。陆地上的动植物由于地陆地上的动植物由于地壳的变化被其它东西覆壳的变化被其它东西覆盖了，被埋在地下的动盖了，被埋在地下的动植物慢慢地腐烂着植物慢慢地腐烂着由于受到的温度和压由于受到的温度和压力不同力不同,有的变成了有的变成了煤煤,有的变成了石油。有的变成了石油。关于石油
3、的形成关于石油的形成 过程，至过程，至 今还很难说清楚，因为在石油里还没今还很难说清楚，因为在石油里还没有发现像化石等能证明其成因的有力有发现像化石等能证明其成因的有力证据。有一种学说认为，石油是古代证据。有一种学说认为，石油是古代海里微小动物和植物的遗体沉陷于海海里微小动物和植物的遗体沉陷于海底，在隔绝空气的环境中，在热和高底，在隔绝空气的环境中，在热和高压条件下，经过微生物作用发生一系压条件下，经过微生物作用发生一系列复杂变化，而形成的粘稠状液体。列复杂变化，而形成的粘稠状液体。经过地壳运动，石油被挤压在无孔岩经过地壳运动，石油被挤压在无孔岩层间或多孔岩层内。层间或多孔岩层内。石油通常是黑
4、色或深棕色、有的还有石油通常是黑色或深棕色、有的还有绿或蓝色荧光并有特殊气味的粘稠状绿或蓝色荧光并有特殊气味的粘稠状液体。它不溶于水，密度比水稍小，液体。它不溶于水，密度比水稍小，没有固定的沸点和熔点。它主要含有没有固定的沸点和熔点。它主要含有由碳和氢两种元素组成的数百种有机由碳和氢两种元素组成的数百种有机化合物形成的混合物。化合物形成的混合物。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
5、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能够通过变化煤种来获得优质经济 的煤的煤气气（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，所生产的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，不饱和碳氢化合物极少，煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少
6、，但煤气热值较低。其中的无烟煤和贫煤都属于变质程但煤气热值较低。其中的无烟煤和贫煤都属于变质程度非常高的煤种加热时不产生胶质体。度非常高的煤种加热时不产生胶质体。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。无烟煤一号号(年老无烟煤年老无烟煤)产地主要有北京门头淘、福建龙岩和产地主要有北京门头淘、福建龙岩和广东梅县，无烟煤二号广东梅县，无烟煤二号(中等无烟煤中等无烟煤)主要产在山西晋主要产在山西晋城和河南焦作，无烟煤三号城和河南焦作，无烟煤三号(年轻无烟煤年轻无烟煤)主要产地在主要产地在山西阳泉和宁夏汝箕淘。山西阳泉和宁夏汝箕淘。烟烟 煤煤 这种煤炭气化时黏结，并
7、且产生焦油，煤气中的不饱这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。烟煤属于中等变质程度的煤种，在中国的煤热值较高。烟煤属于中等变质程度的煤种，在中国的煤炭分中，烟煤分为长焰煤、气煤、气肥煤、肥煤、炭分中，烟煤分为长焰煤、气煤、气肥煤、肥煤、13焦煤、焦煤、焦煤、焦煤、12中黏煤、弱黏煤、黏煤、瘦煤、贫瘦中黏煤、弱黏煤、黏煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤十二个类别，其中，贫煤无黏结性归第一类，煤和贫煤十二个类别，其中，贫煤无黏结性归第一类，长焰煤、不煤和弱黏煤在一定条件下可作为气化用煤。长焰煤、不
8、煤和弱黏煤在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，华北地区储量约占全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国总储量的60以上。以上。褐褐 煤煤 气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融。中国褐煤的储约占总储量的不熔融。中国褐煤的储约占总储量的10%，主要，主要的褐煤产地有内蒙的平庄、札赉诺尔和大雁、吉的褐煤产地有内蒙的平庄、札赉诺尔和大雁
9、、吉林的舒兰、南的小龙潭和广西的百色。林的舒兰、南的小龙潭和广西的百色。泥炭煤泥炭煤 泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近70%左右。左右。气化时不黏结，但产生焦和脂肪酸，所生产的煤气中含气化时不黏结，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合物。有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。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煤气在完全燃烧时所放出热量煤气在
10、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在称高发热值高发热值：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：如果水以气态形式存在称低发热值低发热值：如果水以气态形式存在称低发热值在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值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，组成也不同。不同，组成也不同。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，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，发热值比其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发分高、变质程度低，发热值比其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发分高、变质程度低，煤气中的干馏气比例大，而干馏
11、气中的甲烷含量高，同时年轻煤煤气中的干馏气比例大，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烷的生成的气化温度低也有利于甲烷的生成。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，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，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由煤气发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的提高，煤的挥发分逐渐降低于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低.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。的产率下降。此外，随
12、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 对消对消耗指耗指标的标的影响影响 为何有为何有消耗指消耗指标标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煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生成氢，这一反应需要吸收大量的热量，该热量成氢，这一反应需要吸收大量的热量，该热量是通过炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量来是通过炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量来维持。维持。不同煤种，其变质程度不同
13、，随着变质程度的不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从的质量分数从5562增至增至88.98，在气，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大相应增大1）固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时）固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多2）不同煤种的活性不同，高活性的煤有利于）不同煤种的活性不同，高活性的煤有利于甲烷的生成，相应消耗的氧气步一些；甲烷的生成，相应消耗的氧气步一些；3）煤
14、中水分、灰分含量越高，气化时消耗的）煤中水分、灰分含量越高，气化时消耗的热量越多，则氧耗也高热量越多，则氧耗也高 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
15、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。常压气化常压气化气化效率：气化效率：是指制得的煤气的热值与所使用的燃料的热值之比。煤中的水分含量煤中的水分含量加压气化：加压气化：能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。炉炉 型型固定床：固定床：煤气中水分含量太高，入炉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高而加热
16、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堞气的含尘量增高。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8l0左右。流化床和气流床：流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，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5。尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法加料时，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，不仅增加了运输的费用，而且对气化过煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有许多不利的影响程有许多不利的影响 气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳
17、表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积减少，降低了气化效率面的接触面积减少，降低了气化效率灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降指标都有所上升，而净煤气的产率下降 加压气化煤种灰分的要求：加压气化煤种灰分的要求：气化炉对灰分的要求气化炉对灰分的要
18、求 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。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5左右，常压气化炉在15左右，对于液态排渣的气化炉，常在2以下 挥发分产率挥发分产率 挥发分是指煤在加热时有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率挥发分的组成挥发分的组成 挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。干馏煤气中含有氢、一氧化碳、二
19、氧化碳和轻质烃类 挥发分产率挥发分产率与煤的变质与煤的变质关系关系 作作 用用 随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低 煤的挥发分作为煤利用价值和煤分类的重要指标，也是煤转化与燃烧可以利用的部分，它与煤的性质存在一定的关系。一般地，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。硫分对气化硫分对气化的影响的影响1、煤在气化时，其中8085的硫以H2S和CS2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S02会排人大气，污染环境3、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越高，后面工段脱硫的负担会超重。结论：气化
20、用燃料中硫含量应是越低越好结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好 粒度与比表面间的关系：粒度与比表面间的关系：煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。见表3-3 表3-3几种煤的比表面积 燃料 粒度mm 总表面积cm2 体积cm3 比表面积(cm2cm3)泥煤 煤砖砖球120603020234056.32164.1810.813.5褐煤1528.81.7816.4气煤1213.50.90414.8黏结性煤107.50.52414.3碎焦61.480.11313.2无烟煤40.510.04212.1粒度的大小对各项气化指标的影响粒度的大小对各项气化指标的影响 煤粒
21、度的大小以及粒度的分布对煤炭气化过程的各项指标有重要的影响如表3-4。表表3-4褐煤不同粒径的气化实验结果褐煤不同粒径的气化实验结果 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上限，对加压加压气化而言，粉煤带出量不应超过入炉煤总量的气化而言，粉煤带出量不应超过入炉煤总量的1%，为限制2mm的煤粒不被带出，炉内上部空间煤气的实际速度最大为炉内上部空间煤气的实际速度最大为O.90.95ms。15.27310013.136005TpAVu 从上面的公式可以看出，当气
22、化炉的生产能力低从上面的公式可以看出，当气化炉的生产能力低(即即V小小)、气化压、气化压力高力高(即即p大大)时时,煤气的实际流速小。随煤气流速的减小被带出气化炉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。颗粒粒度小，颗粒总带出量减小。入炉煤颗粒的直径除考虑颗粒的带出速度外还与气化用炉型及使入炉煤颗粒的直径除考虑颗粒的带出速度外还与气化用炉型及使用的具体煤种有关。用的具体煤种有关。颗粒沉降速度的计算公式颗粒沉降速度的计算公式:niiipDggsptdxdCgdu113)(4燃料灰熔点的概念燃料灰熔点的概念 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常煤炭
23、气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，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须超过的最低温度。是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。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的比例越大，其熔化温度范围越高，而的比例越大，其熔化温度范围越高，而Fe203和和MgO等碱性成分比例越高，则熔化温度越低，可以用等碱性成分比例越高，则熔化温度越低，可以用公式公式(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)来表示，该值越大，来表示，该值越大，则灰熔点越高，灰分越难
24、结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越则灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣易结渣在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是通常讲的结渣性。是通常讲的结渣性。概念概念防止措施防止措施对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，为防止结渣为防止结渣,就要加大水蒸气的用量，使就要加大水蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下。氧化层的温度维持在灰熔点以下。对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操作温度，在较低的作温度，在较低的
25、VH20(g)v(O2)汽汽气比下获得较高的气化强度。气比下获得较高的气化强度。煤的黏结性煤的黏结性 黏结性煤在气化时，干馏层能形成一种黏性胶状流动物，黏结性煤在气化时，干馏层能形成一种黏性胶状流动物，称胶质体，这种物质有黏结煤粒的能力，使料层的透气性变差，称胶质体，这种物质有黏结煤粒的能力，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。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
26、无黏结性的煤或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。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。
