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      煤氣化技術(shù)

      2009年11月02日 8:50 6075次瀏覽 來源:   分類: 新技術(shù)

        煤炭氣化是指煤在特定的設(shè)備內(nèi),在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過程。煤炭氣化時(shí),必須具備三個(gè)條件,即氣化爐、氣化劑、供給熱量,三者缺一不可。
        氣化過程發(fā)生的反應(yīng)包括煤的熱解、氣化和燃燒反應(yīng)。煤的熱解是指煤從固相變?yōu)闅?、固、液三相產(chǎn)物的過程。煤的氣化和燃燒反應(yīng)則包括兩種反應(yīng)類型,即非均相氣-固反應(yīng)和均相的氣相反應(yīng)。
        不同的氣化工藝對(duì)原料的性質(zhì)要求不同,因此在選擇煤氣化工藝時(shí),考慮氣化用煤的特性及其影響極為重要。氣化用煤的性質(zhì)主要包括煤的反應(yīng)性、粘結(jié)性、結(jié)渣性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、粒度組成以及水分、灰分和硫分含量等。


        煤炭氣化工藝可按壓力、氣化劑、氣化過程供熱方式等分類,常用的是按氣化爐內(nèi)煤料與氣化劑的接觸方式區(qū)分,主要有:
        1) 固定床氣化:在氣化過程中,煤由氣化爐頂部加入,氣化劑由氣化爐底部加入,煤料與氣化劑逆流接觸,相對(duì)于氣體的上升速度而言,煤料下降速度很慢,甚至可視為固定不動(dòng),因此稱之為固定床氣化;而實(shí)際上,煤料在氣化過程中是以很慢的速度向下移動(dòng)的,比較準(zhǔn)確的稱其為移動(dòng)床氣化。
        2) 流化床氣化:它是以粒度為0-10mm的小顆粒煤為氣化原料,在氣化爐內(nèi)使其懸浮分散在垂直上升的氣流中,煤粒在沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng),從而使得煤料層內(nèi)溫度均一,易于控制,提高氣化效率。
        3) 氣流床氣化。它是一種并流氣化,用氣化劑將粒度為100um以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi),也可將煤粉先制成水煤漿,然后用泵打入氣化爐內(nèi)。煤料在高于其灰熔點(diǎn)的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng),灰渣以液態(tài)形式排出氣化爐。
        4) 熔浴床氣化。它是將粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入一溫度較高且高度穩(wěn)定的熔池內(nèi),把一部分動(dòng)能傳給熔渣,使池內(nèi)熔融物做螺旋狀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并氣化。目前此氣化工藝已不再發(fā)展。
        以上均為地面氣化,還有地下氣化工藝。


        煤炭氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于下列領(lǐng)域:
        1)作為工業(yè)燃?xì)?一般熱值為1100-1350大卡熱的煤氣,采用常壓固定床氣化爐、流化床氣化爐均可制得。主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門,用以加熱各種爐、窯,或直接加熱產(chǎn)品或半成品。
        2)作為民用煤氣 一般熱值在3000-3500大卡,要求CO小于10%,除焦?fàn)t煤氣外,用直接氣化也可得到,采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比,民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染,而且能夠極大地方便人民生活,具有良好的社會(huì)效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等因素的考慮,要求民用煤氣中的H2、CH4、及其它烴類可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高,以提高煤氣的熱值;而CO有毒其含量應(yīng)盡量低。
        3)作為化工合成和燃料油合成原料氣 早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí),德國(guó)等就采用費(fèi)托工藝(Fischer-Tropsch)合成航空燃料油。隨著合成氣化工和碳-化學(xué)技術(shù)的發(fā)展,以煤氣化制取合成氣,進(jìn)而直接合成各種化學(xué)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ),主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等。
        化工合成氣對(duì)熱值要求不高,主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求,一般德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。目前我國(guó)合成氨的甲醇產(chǎn)量的50%以上來自煤炭氣化合成工藝。
        4)作為冶金還原氣 煤氣中的CO和H2具有很強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中,利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海棉鐵;在有色金屬工業(yè)中,鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來冶煉。因此,冶金還原氣對(duì)煤氣中的CO含量有要求。
        5)作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)?整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(簡(jiǎn)稱IGCC)是指煤在加壓下氣化,產(chǎn)生的煤氣經(jīng)凈化后燃燒,高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電,再利用煙氣余熱產(chǎn)生高壓過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。用于IGCC的煤氣,對(duì)熱值要求不高,但對(duì)煤氣凈化度-如粉塵及硫化物含量的要求很高。與IGCC配套的煤氣化一般采用固定床加壓氣化(魯奇爐)、氣流床氣化(德士古)、加壓氣流(Shell氣化爐)廣東省加壓流化床氣化工藝,煤氣熱值2200-2500大卡左右。
        6)作煤炭氣化燃料電池 燃料電池是由H2、天然氣或煤氣等燃料(化學(xué)能)通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電的化學(xué)發(fā)電技術(shù)。目前主要由磷酸鹽型(PAFC)、熔融碳酸鹽型(MCFC)、固體氧化物型(SOFC)等。它們與高效煤氣化結(jié)合的發(fā)電技術(shù)就是IG-MCFC和IG-SOFC,其發(fā)電效率可達(dá)53%。
        7)煤炭氣化制氫 氫氣廣泛的用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氫能電池等領(lǐng)域,目前世界上96%的氫氣來源于化石燃料轉(zhuǎn)化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用,一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成CO和H2,然后通過變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換成H2和H2O,將富氫氣體經(jīng)過低溫分離或變壓吸附及膜分離技術(shù),即可獲得氫氣。
        8)煤炭液化的氣源 不論煤炭直接液化和間接氧化,都離不開煤炭氣化。煤炭液化需要煤炭氣化制氫,而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加壓Lurgi氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝。

      責(zé)任編輯:靜觀世界

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