1煤炭气化基本知识（-) 煤炭气化基本知识（-) 第一讲 煤气 第一讲 煤气 这一讲，我想通过围绕着什么是煤气和发生炉煤气，发生炉煤气是怎么生成的；发生炉煤气有什么特点；发生炉煤气有哪些用途等方面的介绍，首先使大家对煤气有一个初步的印象。 一、什么是煤气和发生炉煤气 煤气，是从煤转化而来的一种可燃气体，由于制气方法的不同，所形成的煤气成分和热值有很大差别。 1、炼焦煤气：对煤在隔绝空气的条件下进行加热干馏，所制得的煤气被称为炼焦煤气，由于干馏温度不同，又分为低温干馏炼焦煤气、中温干馏炼焦煤气和高温干馏炼焦煤气，几种炼焦煤气的产气率、煤气成分、煤气热值、煤气密度，见表 1。 表 1 炼焦煤气的产气率、煤气成分、煤气热值、煤气密度 煤气产率 煤气成分 煤气热值 煤气密度 炼焦煤气 m3/kg CO2 CmHn O2 COH2 CH4N2 MJ/m3 (Kcal/Nm3) kg/m3 低温干馏 0.12 3 4 0.54 3155 2.526.47 (6320) 0.63 中温干馏 0.22 4 3.5 0.55 4538 4 21.63 (5160) 0.56 高温干馏 0.32 4 3 0.58 5225 7.517.75 (4240) 0.55 炼焦煤气中的 H2、 CH4和 CmHn都比发生炉煤气要多， 所以炼焦煤气的发热量高。 2、发生炉煤气：对煤在煤气发生炉内进行加热气化，所制得的煤气被称为发生炉煤气， 只通空气所产的煤气是空气煤气； 通入空气+蒸汽所产的煤气是混2合煤气；通入水蒸汽所产的煤气是水煤气。 发生炉煤气是由可燃气体组成的，不仅与所通入的气化剂种类有关，而且还与炉型、煤种有关，见表 2。 3表 2 各种发生炉煤气的可燃气体组分与热值 煤 气 成 分 % 项 目 气 化 燃 料 气化剂 种 类运行 方式CO2 CmHn O2 CO H2 CH4 N2 煤 气 热 值 MJ/Nm3(Kcal/Nm3) 空气煤气 焦炭 空气 连续0.6-1.0 0.3-0.530-330.5-0.90.5 64-664.02-4.45(960-1060) 烟煤 5-6 0.3-0.50.2-0.327-3013-15 2-3 52-485.65-6.28(1350-1500) 无烟煤 5-6 0-0.1 0.2-0.325-2713-16 0.5-1.256-494.81-5.44(1150-1300) 单段炉 焦炭 空气+ 水蒸汽连续5-7 0.2-0.430-335-8 1-1.2 58-504.60-5.02(1100-1200) 上段煤气 2-5 0.2-0.40.2-0.429-3117-19 4-5 44-467.12-7.54(1700-1800) 下段煤气 2-5 0.2 31-339-10 0.4-0.554-555.02-5.44(1200-1300) 混 合 煤 气 两 段 炉 上、下段 混合煤气 弱粘煤 与 不粘煤 空气+ 水蒸汽连续2-5 0.1-0.30.2- 31-3313-15 2-3 49-516.07-6.69(1450-1600) 21 4.0 0.6 0.2 26.612.8 2.7 53.1(1450) 23 7.0 0.6 0.2 30.816.4 2.5 42.5(1660) 30 10.0 0.6 0.2 31.222.2 2.8 32.8(1800) 40 12.4 0.6 0.2 30.230.0 3.0 23.8(2060) 富 氧 煤 气 富 氧 浓 度 % 50 弱粘煤 与 不粘煤 空气 +氧+ 水蒸汽连续12.0 0.6 0.2 36.631.4 2.4 17.4(2200) 单段炉 焦炭、 无烟煤 水蒸汽间歇3-7 0.4-0.635-3848-54 0.5-0.65-6 9.80-10.8(2340-2580) 上吹煤气 5.72 1.0 0.3 31.1553.8 2.53 5.11 下吹煤气 6.69 0.3 34.953.0 5.07 干馏煤气 13.34 13.0 10.412.6 41.4 8.55 焦油裂解 37.17 4.6818.5 36.25 3.39 两段炉煤气6.18 0.6 0.3 30.732.0 3.6 6.0211.79(2820) 水 煤 气 两 段 炉 两段炉煤气 (增热) 弱粘煤 与 不粘煤 水蒸汽间歇6.07 3.2 0.04 30.2951.61 8.08 4.3 13.48(4200) 4从表中可以看出： 1)通入不同的气化剂，所产生的煤气组成和热值不同 (1)只通入空气的空气煤气中的可燃组分，主要是 CO(30-33%)，而H2(0.5-0.9%)却很少，煤气热值也比较低(1000Kcal/Nm3左右)。 (2)通入空气+水蒸汽的混合煤气中的可燃成分，主要是由 CO(30%左右)和H2(15%左右)组成，煤气热值比空气煤气高(1200-1600Kcal/Nm3)。 (3)通入水蒸汽的水煤气中的可燃成分，主要是 CO 和 H2，但是所含的量要比混合煤气多， 尤其是 H2(多达 48-54%)， 煤气热值也较高(2300-2500Kcal/Nm3)。 (4)通入空气、水蒸汽和不同浓度的氧气时，随着气化剂中氧含量的增加，煤气中的 H2含量明显增加，煤气热值也即随之增加。 2)采用不同的燃料气化，所产生的煤气组成和热值也不同 (1)气化焦炭时，煤气中的 CO 含量为 30-33%，而 H2含较少，约为 5-8%，热值也较低(1100-1200Kcal/Nm3)。 (2)气化无烟煤时，煤气中的 CO 含量为 25-27%，H2含量为 13-15%，比气化焦炭要高，煤气热值也略高一些(1150-1200Kcal/Nm3)。 (3)气化烟煤时， 煤气中的 CO 含量为 27-30%， H2含量为 13-15%， CH4(2-3%)和CmHn(0.3-0.5%)，其中的 CH4和 CmHn含量比气化焦炭和无烟煤要高，煤气热值也相对要高(1350-1500Kcal/Nm3)。 3)采用不同的炉型，所产生的煤气组成和热值也不同，即两段炉比单段炉所产的煤气热值要高。 气化烟煤时，采用单段炉时，混合煤气的热值为 1350-1500Kcal/Nm3，而采用两段炉时，煤气热值为 1450-1600Kcal/Nm3。 气化烟煤时，采用单段炉的水煤气热值为 2300-2500Kcal/Nm3，而采用两段炉时，煤气热值为 2800Kcal/Nm3以上。 3、高炉煤气 钢铁厂的高炉煤气，其中，CO2：10.5%；CO：28.0%；H2：2.7%；CH4：0.3%；5N2：58.5%；煤气热值：3.94MJ/Nm3(940Kcal/Nm3)。 这里我把发生炉煤气中的可燃成分的热值介绍给大家，只要知道煤气成分，就可以计算出煤气热值。 CO：12.636MJ/Nm3(3018Kcal/Nm3) H2：10.785MJ/Nm3(2576Kcal/Nm3) CmHn：59.444MJ/Nm3(14197Kcal/Nm3) CH4：35.881MJ/Nm3(8570Kcal/Nm3) H2S：23.111MJ/Nm3(5520Kcal/Nm3) 1Kcal=4.187MJ 4、以发生炉煤气热值为 5.86MJ/Nm3(1400Kcal/Nm3)计算，与常见的一些燃料热值的比较： 标准煤：29.31MJ/kg(7000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的 5 倍 柴油：46.04MJ/kg(11000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的 7.88 倍 重油：39.78MJ/kg(9500Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的 6.79 倍 焦油：29.31MJ/kg(7000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的 5 倍 天然气：36.22MJ/Nm3(8650Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 6.12 倍 液化石油气(气态)：92.11MJ/Nm3(22000Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 15.7 倍 液化石油气(液态)：48.15MJ/kg(11500Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的 8.2 倍 焦炉煤气：18.85MJ/Nm3(4500Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 3.2 倍 水煤气：10.87MJ/Nm3(2600Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 1.86 倍 沼气：18.85MJ/Nm3(4500Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 3.2 倍 高炉煤气：3.94MJ/Nm3(940Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的 0.67 倍 电能：3.6MJ/度(860Kcal/度) ，是混合发生炉煤气热值的 0.61 倍 6二、混合发生炉煤气是怎么生成的 1、单段式煤气炉制气 单段式煤气发生炉的示意图，见图 1。 图 1 单段式煤气发生炉炉内各层分布示意图 煤块入炉后在固定床内主要的化学反应是以下三方面： 1)煤中的碳与气化剂中的氧和水蒸汽之间的反应； 2)气化剂中的氧、水蒸汽、各种生成气体之间的反应； 3)煤的热裂解反应。 按照煤气发生炉内气化反应过程所进行的程序， 将炉内分为六层： 1)空层；2)干燥层；3)干馏层；4)还原层；5)氧化层(火层)；6)灰渣层。 1)空层 空层是在料层之上，它是经过气化过程后生成的产物流通的空间，其主要作用是汇集所生成的煤气。在正常气化过程中，空层中的煤气温度一般在 5007左右，此时生成煤气中的各个组份 CO、CO2、H2和未分解的水蒸汽之间的相互作用较少。但在不正常气化过程中，如料层出现风洞，或局部的冷运行时，由于气化剂中的氧不能在氧化层中耗用完，逸至炉面与生成的煤气中 CO、H2、CH4等在空层处氧化燃烧反应。 所以空层在气化中是一个基本上不起作用的层次，由于燃料层的高层一般是凭藉空层的高度来判断的（料层高度与空层之和为炉膛的总高度，若空层小了，即料层厚了，反之亦然） ，因此，量测空层高度是司炉操作的重要指标之一。 2)干燥层 常用的固定床煤气发生炉都是正火型，进入炉内的常温煤块处于料层的最上部，在此煤块接受上升载热煤气的对流传热与辐射传热，而料层内部的煤块与上升的载热煤气进行传导和辐射，即而使进入料层的煤，温度逐步上升，在100-150这一区域时为干燥阶段， 在此阶段中煤的大部分水分 （外在水分和内在水分）都被汽化成水蒸汽逸出，并混入上升的热煤气中，在逐渐逸出水蒸汽的过程中，煤就呈无水或只含少量结合水状态。 煤的干燥是吸热过程，所以要求入炉煤的水分不能过高，以免由于过度吸热蒸发水分，而造成反应层温度下降。 3)干馏层 在还原层的上方，被干燥的煤与来自还原层的上升热气流相接触进行热传递，气流温度下降，煤料温度上升，在 150-700的温度区间内，煤中的挥发分产生裂解，生成少量的甲烷、烯烃和重质焦油。 4)还原层 还原层在氧化层的上方，由于灼热的炭具有很强的夺取氧化物中的氧的能力，因而，CO2和水蒸汽会被还原成 CO 和 H2，成为低热值发生炉煤气中可燃气体部分的主体，属吸热反应，其主要反应如下： C+CO2 2CO-162.4MJ(38790kcal)/mo/ C+H2O H2+CO-118.8MJ(28380kcal) /mo/ 8C+2H2O CO2+2H2-75.2MJ(17960kcal) /mo/ 以上反应均为吸热反应，还原层温度在 800-1000之间，还原层的厚度为750-850mm，还原层在煤气炉内是生成可燃气体的主要区段。 5)氧化层 氧化层也称火层，是煤在炉内气化反应的主要区段之一，在此层炭与氧发生剧烈的燃烧反应生成 CO2，并放出大量的热，属放热反应，其主要反应如下： C+O2 CO2+408.8MJ（97636kcal）/mo/ 2C+O2 2CO+246.4MJ(