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1byq61@126.com13948117128煤化工白雅琴24.3.1.8煤气的净化气化煤气的净化处理脱硫除焦油除尘3•除尘•热煤气工艺采用旋风除尘器干式除尘.•冷煤气净化冷却工艺中冷却和除尘是同时进行的，常见的冷却洗涤塔既是冷却设备又是湿法除尘设备。•干式除尘设备是在不降低煤气温度的前提下，分离气化煤气中的粉尘颗粒.•它的意义在于不影响煤气热利用，而达到除尘的目的。4•干式除尘设备的原理:有的是依靠离心力的作用，将煤气中的粉尘分离；有的是用过滤的方法，达到分离的目的；有的是利用电场的电离作用，分离煤气中的颗粒杂质。5煤气的净化工艺及主要设备•气化煤气的除尘干法湿法6A干法---旋风除尘器结构：旋风除尘器为一圆筒形结构，由外筒和内筒组成，下部为一锥形底。原理：煤气由除尘器的切线方向进入，在旋风除尘器中作旋转运动。悬浮于煤气中的尘粒在离心力的作用下被抛向器壁。又在重力作用下落至分离器的锥形底部，由排尘管排出。净化煤气：经除尘分离后的煤气在内外圆筒之间作旋转运动至圆筒下部，然后沿内筒旋转上升而引出。7B、湿法冷却除尘设备气化煤气的湿法冷却有直接冷却和间接冷却.1.直接冷却：用水直接喷淋煤气不但有显著的冷却效果.而且可以冲刷煤气中的飞灰颗粒和焦油等杂质.副作用:用于喷淋煤气的循环水直接和粗煤气接触，有害杂质可能溶于水中，恶化水质。8直接冷却设备空塔空塔是一种直冷式煤气冷却净化设备。冷却循环水喷淋洗涤煤气，煤气增湿降温，同时净化除尘。冷却水：空塔的上部煤气出口管下方布置一个或若干个喷嘴，高压循环水从喷嘴喷出，呈细小水滴或雾化状.煤气：从空塔下部进入，与自上而下的喷淋水作逆向运动，发生传热、传质过程。9空塔•温度：一般发生炉煤气在空塔中的温度约降低300oC，甚至更高.•粉尘：粉尘、大颗粒焦油的去除量为50-60%.•灰泥：空塔底部有清灰门，用来清除空塔底部积沉的灰泥。10填料塔填料塔也是一种直冷式煤气冷却净化设备。和空塔相比，洗涤塔作为二级冷却净化设备。煤气一级处理后气流中的杂质细小，需要进一步的洗涤除尽，温度还要降低。为了实现这两个目的，这通过加设填料来实现。特点：煤气与水接触面积大；接触时间长；冷却效果好。112.间接冷却：采用冷却介质和煤气不直接接触的间接冷却法.优点：不会发生冷却介质循环水被污染的问题.缺点：当煤气中夹带大量的飞灰颗粒和焦油杂质时，冷却设备中煤气流一侧的换热壁上煤尘颗粒与焦油粘和。造成设备换热热阻上升，影响传热。严重时甚至会堵塞气流通道。12间冷器如果煤气中不含焦油、粉尘，也经过初级除尘的话，间接冷却作为二级冷却是理想的选择。因为煤气、冷却水直接接触多少会影响循环水水质，溶解在水中的酚极不利于环境的保护。水煤气净化工艺流程中，粗煤气经档板式集尘器、洗气箱初步分离粉尘后，较多采用此冷却方法。134.3.1.8目前国内煤气化技术发展中主要存在的问题如下。①普遍采用传统的常压固定床气化工艺，技术落后，气化效率低，污染严重。煤气生产规模小，终端产品单一，企业经济效益差。急需用现代技术对大部分煤气站进行技术改造。14②大型气化技术均靠引进。国家在加压固定床、加压流化床水煤浆气化等方面已有工业示范，煤气化成本已降低。但国产化大型气化技术远不能满足市场需求，有的技术只能达到跟踪国际发展趋势的水平，急需集中优势力量联合攻关，开发并形成具有自主知识产权，污染低、效率高的先进技术。15③先进的煤气化技术在提高煤炭利用率、减少环境污染方面的潜力很大，但技术开发时间长、风险大，建设投资高、周期长，工程建设投资大。目前国家对技术研发的资金投入不够，尤其缺乏对大型示范工程的资金支持；对于工程项目缺乏贷款利息、税收等经济激励政策方面的必要优惠和扶持。16再见174.3.1.10煤炭地下气化煤炭地下气化是通过在地下煤层中直接构筑“气化炉”，通过气化剂，有控制地使煤炭在地下进行气化反应，使煤炭在原地自然状态下转化为可燃气体并输送到地面的过程。煤炭地下气化的设想，最早由俄国著名化学家门捷列夫于１８８８年提出。他认为，“采煤的目的应当说是提取煤中含能的成分，而不是采煤本身”。18（1）煤炭地下气化的实质把传统的物理开采方法变化为化学开采方法。挖煤（物理方法）--地下气化（化学方法）19（2）煤炭地下气化的原理•煤+气化剂------气体气化剂为氧气、水蒸气等。（3）煤炭地下气化的化学反应C+O2CO－110.4kJ/mol21C+O2CO2－394.1kJ/molC+O2CO2－394.1kJ/molC+H2OH2+CO+135.0kJ/molC+CO22CO+173.3kJ/mol20（4）煤炭地下气化的过程打孔贯通气化区域：氧化层还原层干馏层干燥层灰渣层气化剂煤气氧化层，还原层，干馏层，干燥层，灰渣层盘区地表气化剂煤气氧化层，还原层，干馏层，干燥层灰渣层盘区地表21（5）煤炭地下气化适合的煤种及煤层煤层---厚度：1.3——3.5米倾向度：35℃地下水：煤种---褐煤22（6）煤炭地下气化的特点从根本上消除了煤炭地下作业。将传统的物理开采转化为化学采煤方法，集矿井、采煤、气化为一体。投资少。其投资为地面气化的1/2—1/3。有利于环境保护，把废液、废渣留在地下。23(7)国外煤炭地下气化技术1888年著名化学家门捷列夫在世界上首次提出了煤炭地下气化的设想，1908年英国曾于进行地下气化试验。20世纪30年代开始，前苏联从在莫斯科近郊建设试验区，1941年莫斯科近郊煤田从技术上第一次解决了无井式地下气化问题。24美国地下气化试验始于1946年，1987年在洛杉矶进行了扩展贯通井孔（ELW）和注入点控制后退（CRIP）两种模式水蒸气/氧气鼓风试验，获得了中热值煤气，但产气成本远高于天然气。英国、法国、西班牙和东欧国家也十分重视煤炭地下气化，进行了实验室研究及建模工作，其主要目标放在井下难以开采的千米以下的深部煤层气化的研究上。251997年，澳大利亚在庆奇拉建成地下气化炉，生产热值为5.0MJ/Nm3的空气煤气，最大产量约8万m3/h，试验运行了28个月。26(8)国内煤炭地下气化技术中国从20世纪50年代开始进行地下气化研究与试验。从80年代中期开始，中国矿业大学地下气化中心和煤炭加工利用公司分别提出了地下气化新工艺，并进行工业试验。1987年首先在江苏徐州马庄矿进行了无井式空气连续地下气化现场试验。1994年3月在江苏徐州新河二号井煤炭地下气化半工业性气化试验点火成功，正常运行连续产气295天，完成了预订的试验目标。27黑龙江依兰矿区气化矿井技术试验，于1998年1月通过技术鉴定。1998年8月，河南义马利用该技术对高灰分（大于40%）、低热值（小于11.29MJ/kg，折合2700kcal/kg）煤生产出煤气。在1998年9月完成的鹤壁一矿矿井气化工业试验中，目前正进一步示范和推广。282007年1月，新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司,与中国矿业大学共同开展“无井式煤炭地下气化试验项目”研究。2007年10月24日，我国首套日产15万方煤气的无井式煤炭地下气化试验系统和生产系统一次点火成功。到目前为止，项目实现了低热值煤气示范性发电，至今500kW发电机一直稳定运行，每月发电量约11万度。29再见30国际气流床气化技术31Texaco（德士古）气化炉•煤气成分CO+H2占80%•碳转化率95%或更高，冷煤气效率70.5%•水煤浆进料dp=0.1mm煤浓度70%•煤灰熔点，要求低于1350℃，CH4含量低•出口水冷激降温•生产规模大，2000t/d.台（煤基）32Shell（谢尔）气化炉•结构是气固上行并流，干粉煤进料•温度：火焰中心2000℃•出炉温度1350~1600℃•煤气组成CO60%，H230%•出口循环冷煤气冷激至900℃/1100℃，再废热锅炉冷至300℃回收热量，冷煤气效率最高~90%。•操作压力3.0~4.0MPa•碳转化率98%以上•处理能力2000t/d•台（煤基）。3334GSP气化炉•结构为气固下行并流干粉煤进料•T=1300℃~1500℃•压力Pmax=8Mp•煤种适应能力大。•碳转化率99.5%冷煤气效率80~82%35GSP气化工艺363738再见391煤气甲烷化的基本原理4.3.1.11煤气的甲烷化CO+3H2CH4+H2OΔH=－219.3kJ/molCO+H2OH2+CO2CO2+4H2CH4+2H2O（1）基本反应：（2）副反应：ΔH=－38.4kJ/molΔH=－162.8kJ/mol2COCO2+CΔH=－173.3kJ/molC+2H2CH4ΔH=－84.3kJ/mol40（3）合成气组成对甲烷化反应的影响：随着CO2含量的增加，使达到平衡时CH4含量的降低，CO含量升高；随着反应温度的升高，平衡时CH4含量的降低，CO、CO2含量升高；提高压力，使达到平衡时CH4含量增加。2催化剂元素周期表中第Ⅷ族的所有金属元素对CO加氢生成甲烷具有不同程度的催化作用；研究表明镍是良好的金属催化剂；甲烷化催化剂常用的反应温度280～500℃，压力至少为2～2.5MPa，有足够大而温度的比表面。413工艺流程（1）选择反应条件时考虑的因素：在200℃以上，甲烷生成的催化反应能达到足够高的反应速度；当压力不变而反应温度升高时，甲烷含量将下降，为达到CO完全加氢，反应宜分步进行；在450℃以上，CO分解会产生碳在催化剂上的沉积；选择避免消耗能量的工艺步骤。在原料气中加入蒸气使气体的温升减小；当原料气的H2/CO比值较小时，也需引入蒸气。42原料气的H2/CO比值为3/1；反应前脱除原料气中的CO2；催化剂床层内没有内部冷却装置。液相甲烷化反应工艺流程催化剂在浸没在轻油中；甲烷化是进行强放热的反应；具有较高的选择性和较大的灵活性。（2）工艺流程举例：固定床催化剂多段绝热反应器的甲烷化反应流程43煤的气化与煤的干馏过程和产物是有显著区别的：煤的干馏过程是煤炭在隔绝空气的条件下，在一定的温度下进行的热加工的过程，干馏的目的在于得到焦炭、焦油和其他若干化学产品，同时也得到一定数量的煤气（焦炉煤气）。煤的气化过程是利用气化剂与高温煤层或煤粒接触并相互作用，使煤中的有机化合物在氧气不足的条件下进行不完全气氧化，尽可能完全地转化成含氢、甲烷和CO等可燃性气体。44二、煤炭气化工艺的原则流程煤炭气化工艺的原则流程:包括原料准备、煤气的生产、净化及脱硫、煤气变换、煤气精制以及甲烷合成等6个主要单元。煤炭气化工艺的原则流程45（9）煤炭地下气化主要存在的问题如下：煤气组成、热值及产气量不稳定，给后续利用（如化工利用、发电等）带来一些问题。单台地下气化炉的产气量小，一般小于2000m3/h。相当于一台Φ2.4m水煤气炉的气化量。46基础理论还不够完整和系统。地下气化影响因素比地面气化要多得多，气化面又是移动的，检测和控制难度很大。目前还缺乏地下气化对环境和地质等影响的评价。