主講教師：姜麗艷煤炭氣化工藝與操作煤的性質(zhì)對(duì)氣化的影響zcontents目錄1煤種對(duì)氣化的影響2水分含量對(duì)氣化的影響3灰分含量對(duì)氣化的影響4揮發(fā)分對(duì)氣化的影響5硫分對(duì)氣化的影響6粒度對(duì)氣化的影響7煤的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響8煤的其他性質(zhì)對(duì)氣化的影響（一）碳與氧平衡組成的計(jì)算氣化用煤的種類對(duì)氣化過(guò)程有大的影響，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。在選擇氣化用煤種類時(shí)，結(jié)合氣化方式和氣化爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮。煤種對(duì)氣化的影響一煤種對(duì)氣化的影響一（一）碳與氧平衡組成的計(jì)算第一類:氣化時(shí)不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油，代表性原料有無(wú)煙煤，焦炭，半焦，貧煤。第二類:氣化時(shí)黏結(jié)并產(chǎn)生焦油，代表性原料有弱黏結(jié)和不黏結(jié)煙煤。第三類:氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油，代表性原料有褐煤。第四類:氣化時(shí)不黏結(jié)，能產(chǎn)生大量的甲烷，以泥炭為代表性原料。根據(jù)氣化用煤的主要特征，將氣化用煤大致分為以下四類：煤種對(duì)氣化的影響一（一）碳與氧平衡組成的計(jì)算煤的種類繁多，質(zhì)量也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用途。結(jié)焦性好或黏結(jié)性好的煤是優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤；熱穩(wěn)定性好的無(wú)煙塊煤是合成氨的主要原料；揮發(fā)分和發(fā)熱量都高的煤是較好的動(dòng)力用煤；一些低灰、低硫的年輕煤則是加壓氣化制造煤氣和加氫液化制取液體燃料的較好原料。煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響圖2-6 煤種與凈煤氣發(fā)熱值的關(guān)系1.對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響(1)發(fā)熱值與煤種關(guān)系P/(Mpa)Q/(kJ/Nm3)1-熱力學(xué)平衡態(tài)；2-褐煤；3-氣煤；4-無(wú)煙煤。煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響

圖2-7粗煤氣組成和氣化原料的關(guān)系(2)發(fā)熱值與煤種關(guān)系Vdaf/%%H2CO2COCH41.對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響1.對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響圖2-8煤中揮發(fā)分與煤氣產(chǎn)率、干餾煤氣量之間的關(guān)系Vdaf/%標(biāo)準(zhǔn)米3/千克煤(3)對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響1-粗煤氣產(chǎn)率；2-凈煤氣產(chǎn)率；3-干餾煤氣占凈煤氣體積百分比；4-

干餾煤氣占凈煤氣熱能百分比；5-

干餾煤氣占粗煤氣體積百分比；6-

干餾煤氣占粗煤氣熱能百分比。煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響2.對(duì)消耗指標(biāo)的影響煤氣化過(guò)程主要是煤中的碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，這一反應(yīng)需要吸收大量的熱量，該熱量是通過(guò)爐內(nèi)的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來(lái)維持。煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響2.對(duì)消耗指標(biāo)的影響從泥炭煤、褐煤、煙煤到無(wú)煙煤，煤中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從55%～62%增至88.98%，在氣化時(shí)消耗的水蒸氣、氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應(yīng)增大。不同煤種，其變質(zhì)程度不同。煤種對(duì)氣化的影響一（二）不同煤種對(duì)氣化的影響3.對(duì)焦油組成和產(chǎn)率的影響表2-6

不同煤種氣化所得油品組成煤種輕質(zhì)油%輕焦油%重焦油%褐煤10～1538～4245～50年輕煙煤15～2035～4042～48年老煙煤25～3030～3540～45水分含量對(duì)氣化的影響二煤中的水分外在水分內(nèi)在水分結(jié)晶水水分含量對(duì)氣化的影響二外在水分開(kāi)采運(yùn)輸洗選儲(chǔ)存含有外在水分的煤為應(yīng)用煤，失去外在水分的煤為風(fēng)干煤。內(nèi)在水分水分含量對(duì)氣化的影響二內(nèi)在水分是吸附或凝聚在煤內(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。水分含量對(duì)氣化的影響二氣化用煤中水分含量過(guò)高，煤料未經(jīng)充分干燥就進(jìn)入干餾層，影響了干餾的正常進(jìn)行，而沒(méi)有砌底干餾的煤進(jìn)入氣化段后，又會(huì)降低氣化段的溫度，使得甲烷的生成反應(yīng)和二氧化碳、水蒸氣的還原反應(yīng)速率顯著減小，降低了:煤氣的產(chǎn)率氣化效率水分含量對(duì)氣化的影響二加壓氣化對(duì)爐溫的要求比常壓氣化低，而爐身一般比常壓氣化爐高，能提供較高的干燥層，允許進(jìn)爐煤的水分含量高。水分↑揮發(fā)分↑在干餾階段，煤半焦形成時(shí)的氣孔率大，當(dāng)其進(jìn)入氣化層時(shí)，反應(yīng)氣體通過(guò)內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)入固體內(nèi)部使氣化容易進(jìn)行。氣化速率加快，生成的煤氣質(zhì)量也好。水分含量對(duì)氣化的影響二爐型不同對(duì)氣化用煤的水分含量要求也是不同的，對(duì)固定床來(lái)說(shuō)，氣化爐頂部溫度必須高于煤氣的露點(diǎn)溫度，避免液態(tài)水出現(xiàn)。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。煤氣中水含量增高，在后續(xù)工段的煤氣冷卻過(guò)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8%-10%。采用流化床和氣流床氣化時(shí)，固體顆粒粉碎的粒度很小，過(guò)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)于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％。水分含量對(duì)氣化的影響二灰分含量對(duì)氣化的影響三將一定量的煤樣在800℃完全燃燒，殘余物即灰分，灰分含量反映了煤中礦物含量的大小。常見(jiàn)的有：硅鋁鐵鎂鉀鈣硫磷碳酸鹽硅酸鹽硫化物硫酸鹽氣化時(shí)，由于少量碳的表面被礦物質(zhì)覆蓋，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率?；曳趾繉?duì)氣化的影響三灰分↑爐渣的排出量↑碳損耗量↑隨著煤中灰分的增加，氣化的各項(xiàng)消耗指標(biāo)均增加。氧氣的消耗指標(biāo)↑水蒸氣的消耗指標(biāo)↑煤的消耗指標(biāo)↑

揮發(fā)分是指煤在加熱時(shí)，有機(jī)質(zhì)部分裂解聚合縮聚低分子部分呈氣態(tài)逸出，水分也隨著蒸發(fā)，礦物質(zhì)中的碳酸鹽分解，逸出二氧化碳等。揮發(fā)分對(duì)氣化的影響四揮發(fā)分對(duì)氣化的影響四煤的揮發(fā)分作為煤利用價(jià)值和煤分類的重要指標(biāo)，也是煤轉(zhuǎn)化與燃燒可以利用的部分。變質(zhì)程度↑煤的揮發(fā)分↑年輕煤的揮發(fā)分產(chǎn)率高，年老的揮發(fā)分產(chǎn)率低。揮發(fā)分對(duì)氣化的影響四當(dāng)煤氣用作燃料時(shí)，要求甲烷含量高，熱值大，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)煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時(shí)，要求使用：低揮發(fā)分低硫的無(wú)煙煤半焦或焦炭，變質(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，增加了含氰廢水的處理量。揮發(fā)分對(duì)氣化的影響四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％。撫順煤中硫含量：0.32％~0.78％；本溪煤中硫含量：0.49％~0.99％；山西煙煤硫含量：1.39％左右；西南地區(qū)特別是貴州煤中硫含量也較高。煤中的硫以有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的形式存在，我國(guó)各地煤田的煤中硫含量都比較低，大多在1%以下。硫分對(duì)氣化的影響五硫分對(duì)氣化的影響五煤在氣化時(shí)，其中80％~85％的硫以H2S和CS2的形式進(jìn)入煤氣中。制得的煤氣用于燃料時(shí)，作城市民用煤氣，其硫含量要達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，燃燒后大量的SO2會(huì)排入大氣，污染環(huán)境。用作合成原料氣時(shí)，硫化物的存在會(huì)使合成催化劑中毒，煤氣中硫化物的含量越高，后面的工段脫硫的負(fù)擔(dān)會(huì)越重。煤中硫含量應(yīng)是越低越好。粒度對(duì)氣化的影響六（一）粒度大小與比表面間的關(guān)系表2-8

煤的比表面積燃料粒度/mm總表面積/cm2體積/cm3比表面積/（cm2/cm3）泥煤煤磚磚球234056.32164.1810.813.5褐煤1528.81.7616.4氣煤1213.50.90414.8粘結(jié)性煙煤107.50.52414.3碎焦61.480.11313.2無(wú)煙煤40.510.04212.1粒度對(duì)氣化的影響六（二）粒度大小與傳熱的關(guān)系煤和灰分都是熱的不良導(dǎo)體，熱導(dǎo)率小，傳熱速度慢，因此粒度的大小對(duì)傳熱過(guò)程的影響尤其顯著，進(jìn)而影響焦油的產(chǎn)率。粒度對(duì)氣化的影響六（三）粒度與生產(chǎn)能力間的關(guān)系氣化爐上部空間的氣流速度用下式計(jì)算：

球形固體顆粒沉降速度的計(jì)算公式：

粒度對(duì)氣化的影響六（四）粒度的大小對(duì)各項(xiàng)氣化指標(biāo)的影響項(xiàng)目單位1234煤粒度mm%28.43.0灰分%32.4128.8023.6221.46水蒸氣消耗kg/(Nm3粗煤氣）1.261.050.970.94氧氣消耗Nm3/(Nm3煤粗氣）0.1590.140.1360.128煤消耗kg/（Nm3粗煤氣）1.231.0220.970.93表2-9

煤的比表面積1.開(kāi)始變形，習(xí)慣上稱開(kāi)始變形溫度，用T1來(lái)表示；2.灰軟化，相應(yīng)的溫度稱軟化溫度，用T2表示；3.灰分開(kāi)始流動(dòng)，相應(yīng)的溫度稱流動(dòng)溫度，用T3表示?；胰埸c(diǎn)就是灰分熔融時(shí)的溫度，灰分在受熱情況下，一般經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程:煤的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響七煤氣化時(shí)一般用軟化溫度（T2）作為原料灰熔融性的主要指標(biāo)。煤的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響七一個(gè)是氣化爐正常操作時(shí)，不至于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(guò)的最低溫度。煤氣化時(shí)的灰熔點(diǎn)有兩個(gè)方面的含義灰分中SiO2和Al2O3的比例↑熔化溫度↑Fe2O3和MgO等堿性成分的比例↑

可以用（SiO2+Al2O3）/（Fe2O3+CaO+MgO）來(lái)表示。在氣化爐的氧化層，由于溫度較高，灰分可能熔融成黏稠性物質(zhì)并結(jié)成大塊，這就是通常講的結(jié)渣性。煤的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響七1.影響氣化劑的均勻分布，增加排灰的困難;2.為防止結(jié)渣采用較低的操作溫度而影響了煤氣的質(zhì)量和產(chǎn)量;3.氣化爐的內(nèi)壁由于結(jié)渣而縮短了壽命。其危害性有下面幾點(diǎn)煤的結(jié)渣性與灰熔點(diǎn)有一定的關(guān)系?；胰埸c(diǎn)低的煤在氣化時(shí)容易結(jié)渣，為防止結(jié)渣，就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，在較低的汽氣比下獲得較高的氣化強(qiáng)度。煤的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響七煤的其他性質(zhì)對(duì)氣化的影響八（一）煤的黏結(jié)