《煤炭气化原理》课件

煤炭气化原理煤炭气化是一种通过热解和部分氧化反应将固体煤炭转化为可燃气体的化学过程这种过程可以提高煤炭的清洁利用效率,减少对环境的污染了解煤炭气化的基本原理对于推动中国能源转型具有重要意义课程大纲煤炭概述煤炭气化原理探讨煤炭的形成、分类和化学成分析煤炭气化的热力学和动力学分等基础知识过程,了解关键影响因素气化技术发展气化产品应用回顾煤气化技术的历史演变,比较讨论煤气化产品如合成燃料、化各类气化技术的特点工原料、氢能源等的应用前景煤炭简介煤炭是地球上最主要的化石能源之一，是一种复杂的含有碳、氢、氧、硫等元素的固体燃料煤炭形成于远古森林的沼泽化和腐烂过程，经历了漫长的地质演化煤炭种类繁多，分类主要基于煤的成熟度和性质的不同煤炭的形成与分类形成过程煤炭是由古老的植物在缺氧的环境中经过数百万年的自然分解和变化形成的该过程中植物遗留的各种有机物质逐步转化为煤炭地质年代煤炭主要形成于古生代石炭纪和二叠纪,这一时期气候温暖潮湿,植物生长茂盛,为煤炭形成提供了有利条件分类依据根据煤炭的成熟度和碳含量,煤炭可划分为褐煤、烟煤、焦煤和无烟煤等不同等级煤炭的化学成分煤炭的主要成分煤炭化学测试煤炭的微观结构煤炭主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素组通过化学分析可以准确测定煤炭的元素组煤炭是由动植物遗体经过漫长的地质作用形成其中碳含量最高,一般在50-95%之间成、热值、灰分和挥发分等指标,这些数据成的岩性燃料,其微观结构中包含大量的碳氢、氧、氮和硫含量较低,但对煤炭的性质对煤炭的利用和处理至关重要质组织和矿物质这些结构特征影响着煤炭和用途有重要影响的物理化学性质煤的结构与性质煤是由植物在地质年代中经过复杂的生化过程形成的一种固体化石燃料其结构复杂多样,包括无定形碳质基质、衍生芳环结构和各种杂原子煤的性质决定于其化学结构,如发热量、熔融性、反应性等,直接影响煤的利用方式煤炭气化的基本原理热解1在高温下,煤volatile物质分解为气态和液态产物部分氧化2气化剂和部分煤粒发生部分氧化反应,产生热量和一氧化碳水煤气反应3一氧化碳和水蒸气发生水煤气反应,生产氢气和二氧化碳煤炭气化的基本原理是利用高温、气化剂如氧气、蒸汽促进煤的热解、部分氧化和水煤气反应,生成合成气,即主要由氢气和一氧化碳组成的可燃气体这一过程不仅可以高效利用煤炭资源,还可以得到多种化工原料和燃料气化反应的热力学分析1100°C高温气化反应需要在高温环境下进行,一般在1100°C以上80%效率气化反应的热力学效率可达到80%左右700kJ/kg热值产生的煤气热值约为700kJ/kg煤炭气化过程是一系列复杂的化学反应,需要进行热力学分析才能更好地把握反应规律了解气化反应的热力学特性对优化气化工艺至关重要气化反应的动力学分析煤炭气化的动力学分析涉及气化反应速率与反应过程中的传质传热等复杂因素通过对气化反应的动力学机理和反应动力学参数进行深入研究,可以优化反应条件,提高气化效率这对于提升煤炭气化技术至关重要影响煤炭气化的主要因素温度压力反应温度是影响气化效率的关键因反应压力会影响气化反应的热力学平素适当的反应温度可以提高煤炭的衡和动力学过程适当的压力可以促反应活性和气化速度进气化反应的进行煤炭成分气体组成煤炭的元素组成、灰分含量、挥发分气体组成如氧气、蒸汽等会影响反应等都会影响气化反应的进程和产品特的热力学和动力学过程合理调控气性体比例可优化气化效果煤炭气化技术发展历程早期煤气化119世纪中期开始气化技术进步220世纪20年代至40年代新兴气化技术320世纪50年代至今煤炭气化技术的发展经历了从早期简单的气化装置到现代化大型工业煤气化装置的过程近年来新兴的流化床、熔融床等先进气化技术极大提高了煤气化效率和清洁性未来煤炭气化技术将朝着更加高效、清洁、智能化的方向发展各类煤炭气化技术比较干馏法部分氧化法12通过加热煤炭在缺氧条件下分利用空气或氧气与煤炭反应生解产生合成气的传统气化技成合成气的技术热效率较术效率相对较低，适用于小高，适用于大型工厂规模工厂水煤浆法流化床法34将煤粉与水制成浆状进行气利用流化床原理进行气化，温化，产气量大、反应效率高度较低、灵活性强适用于中适用于煤质较差的原料低等级煤种干馏法煤气化技术干馏法煤气化技术是最早的煤气化技术之一它通过在一个缺氧的环境中加热煤炭，使煤炭分解产生合成气的过程这种技术简单可靠,可以生产出燃气、沥青等多种产品,广泛应用于工业生产干馏法的关键在于控制温度和气体组成,以达到最佳的气化效率和产物质量该技术在煤气清洁化、装置节能等方面也不断更新和改进,为煤炭资源的高效利用做出了重要贡献部分氧化法煤气化技术技术原理反应过程工艺特点部分氧化法是利用控制空气与煤的比例,使部分氧化法通过控制氧气供给,使煤在高温部分氧化法煤气化装置结构简单,投资及运煤在不完全燃烧条件下发生部分氧化反应,下发生不完全燃烧,生成一氧化碳和氢气的行成本较低,操作灵活同时还能够处理各生产合成气的一种煤气化技术通过精确调合成气这种方法能有效利用煤的化学能,种煤种,适用范围广是当前最主要的煤气节反应条件达到最佳气化效率提高气化效率化技术之一水煤浆法煤气化技术水煤浆法是一种先进的煤气化技术,通过将煤与水混合成浆状后进行气化该方法具有反应温度低、气化效率高、环境友好等优点煤粉与水充分混合后,经过高压加热、部分氧化反应,可以产生合成气水煤浆法可用于生产各类化工原料和燃料,如甲醇、氢气、柴油等,广泛应用于化工、电力、交通等领域同时也可以将生产的合成气进一步转化制备高值化产品,实现煤的高效利用移动床煤气化技术移动床煤气化是一种成熟的煤气化技术,通过在封闭反应器内连续给料和推进煤粒从上到下流动,实现持续稳定的气化过程其特点是反应时间长、煤层厚度大、能耗低、操作可靠性高广泛应用于大型化工与电力生产移动床煤气化反应器内部分区明确,包括干燥预热区、热解气化区、燃烧区和还原区通过精细控制各区参数,可确保煤炭彻底转化,提高气化效率流化床煤气化技术流化床气化装置反应过程温度控制流化床气化技术采用具有大空气量、低气速煤炭在流化床中经过干燥、热解、部分氧化流化床能够维持稳定的温度分布,确保气化特点的流化床作为反应器,能够有效提高气和最终气化等一系列复杂的热化学反应,生反应在最佳温度下进行,提高产品气的热值化反应的接触面积和效率产合成气和转化率熔融床煤气化技术熔融床煤气化技术是一种先进的煤气化技术,采用高温熔融的煤渣床层作为气化反应区它具有反应速度快、热效率高、环境污染小等优点,被认为是未来煤气化技术的重要发展方向之一该技术利用煤的高温熔融特性,在高温1300-1600℃条件下进行气化反应,生成优质合成气与传统气化技术相比,熔融床气化具有反应速度快、热效率高、环境污染小的特点此外,熔融床还能有效去除煤中的无机杂质,减少设备腐蚀和污染物排放煤炭气化装置结构及工艺流程装置结构1主要包括气化炉、压缩机、换热器等核心设备采用模块化设计,可根据不同需求灵活搭配预处理2将煤炭粉碎、干燥、破碎,并加入适量水制成煤浆,以便顺利进入气化炉气化反应3在高温和压力下,煤浆进入气化炉发生剧烈化学反应,产生煤气净化及利用4煤气经过冷却、洗涤等一系列净化处理,去除杂质后即可用于发电、合成燃料等煤气化炉的主要设备燃料供给系统气化反应器冷却系统气体净化系统负责将煤炭、煤浆或其他燃料气化反应的核心部件,形状多将高温气化产物冷却至适当温去除气化产物中的灰尘、焦油稳定持续地输送进气化炉内样,如固定床、流化床和熔融度,保护下游设备包括换热等杂质,提高气体纯度使用包括给料机、料斗、管路等设床等控制温度、压力和气氛器、冷却塔等并回收余热用旋风分离器、洗涤塔等装置备以实现高效气化于发电或供热煤气化过程中的环境问题废气排放废水处理固体废弃物生态保护煤气化过程中会产生大量含有煤气化过程会产生含有高浓度煤气化产生的渣滓、灰渣等固煤气化厂址选择、建设和运营CO、CO

2、SO2等污染物的废有机物、重金属等的废水,需体废弃物需要进行合理处理和全过程都需要重视生态环境保气,需要通过脱硫、脱硝等技要采用生化、物化等多种技术综合利用,减少对环境的危护,尽量减少对当地生态系统术进行有效处理,减少对环境进行深度处理,确保达标排害的破坏的影响放煤气化过程中的安全问题爆炸风险有毒气体泄漏12煤气化过程中会产生易燃易爆煤气化过程中会产生一氧化的气体,必须采取严格的防爆措碳、硫化氢等有害气体,需要加施强密闭性和吸收净化高温高压风险环境污染问题34煤气化反应在高温高压下进行,煤气化过程中产生的废水、废设备腐蚀和材料失效都可能导气和固废都需要妥善处理,减少致安全隐患对环境的影响煤气化技术发展趋势技术优化不断提高煤气化效率和产品质量,降低操作成本利用新型催化剂和反应器设计提高反应速率和选择性环保节能采用洁净高效的碳捕集和储存技术,最大限度减少温室气体排放开发利用低品位煤种和煤渣的技术多联产除了生产合成气,还可同步生产甲醇、氢气、电力等,提高化工原料和能源的综合利用率智能控制利用大数据、人工智能等技术实现煤气化过程的实时监测和优化控制,提高工艺稳定性和安全性煤气化技术的应用前景清洁能源生产化工原料生产氢能源生产煤气化技术可以将煤炭转化为环境友好的天煤气化过程可生产合成氨、甲醇等化工原煤气化技术可用于生产清洁高效的氢气,为然气、合成气等清洁燃料料,应用前景广泛氢能源应用提供支撑煤炭气化产品及其应用煤气合成液体燃料煤气发电及化工原料通过气化和合成工艺,可生产高品质的柴油、汽油等液体燃料,为交通从气化产物中分离出的合成气可用于发电或作为化工原料,推动工业运输提供清洁燃料发展氢能源及燃料电池焦炭及其他副产品气化过程中产出的氢气可用于燃料电池发电,开拓清洁能源新篇章煤炭气化还可得到焦炭、酚类等化工原料,实现资源的全面利用煤气合成液体燃料合成柴油合成汽油氢燃料其他产品通过煤气化技术将煤炭转化为甲醇-汽油体系是一种重要的煤气化技术还可以用于生产高煤气化过程还可生产液化石油合成气,再利用费托合成反应煤气合成液体燃料技术通过纯度氢气,为燃料电池汽车提气、烯烃等化工原料,为化工将其转化为高质量的合成柴煤气化得到的合成气先制取甲供清洁的氢能源,推动氢能经行业提供重要的基础材料油这种柴油具有更高的能量醇,然后再通过甲醇制汽油工济的发展密度和较低的污染排放艺生产出优质的合成汽油煤气发电及化工原料煤气发电煤气可用于燃气轮机、蒸汽轮机发电高热值的煤气可直接用作燃料,也可经过净化后用于发电化工原料煤气经过深加工可生产甲醇、氢气、一氧化碳等化工原料,广泛应用于化工、医药、燃料电池等行业炼铁冶金除此之外,煤气还可用于炼铁、炼焦等冶金工艺,作为还原剂和燃料氢能源及燃料电池清洁能源未来燃料电池发电12氢能是一种清洁、高效的可再氢能可用于燃料电池发电,这种生能源,在未来能源结构中将发技术效率高、排放无污染,是理挥重要作用想的能源解决方案交通运输应用储能技术支持34氢燃料电池汽车已在全球范围氢能可作为储能手段,为可再生内推广,成为清洁交通的未来发能源的大规模应用提供支撑展趋势焦炭及其他副产品焦炭氨水煤焦油煤炭气化过程中产生的重要副产品是焦此外,煤气化过程中还会生产氨水、煤焦煤焦油是煤气化过程中产生的复杂有机炭焦炭是高碳、低灰分、低挥发分的油等化工原料,这些都是煤炭气化的重要混合物,可进一步提取芳烃、萘、酚类等固体燃料,可用于冶金、化工等行业副产品化工原料本课程小结与思考经过对煤炭气化原理的全面介绍和分析,我们对煤炭气化的基本原理、热力学、动力学、影响因素以及发展历程和技术有了全面的认识下一步,我们需要深入思考煤炭气化技术的应用前景和挑战。