化工工艺学课件薛荣书、谭世语主编第9章煤的化学加工

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1、化工工艺学Chemicalengineeringtechnics化学工程与工艺专业第9章煤的化学加工Chemicalprocessofcoal9.1煤及其转化利用Coalanditsconversionandutilization9.1.1煤的组成、分类及我国煤炭资源9.1.1.1煤的组成和结构煤是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化学作用转变成的固体有机可燃矿物。煤化序列为：植物泥炭(腐泥)褐煤烟煤无烟煤。成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其中主要是纤维素和木质素。煤的主要元素和结

2、构煤的主要元素为C、H、O,含少量S、N。C含量随煤化程度增高而增大。褐煤含C量70％；无烟煤含C＞92％，氧含量则从20%左右降到2％左右，氢含量由8％左右降到4%左右。N、S含量与煤化度关系不大，分别约0.5~2%、0.5~3%。煤的基本结构单元为缩合芳烃及环烷烃及多种侧链，杂原子及官能团。侧链往往是联结各基本单元的桥键。年轻煤缩合芳烃少，侧链长，脂肪烃和含氧官能团多。煤大分子之间由交联键形成空间结构。在大分子空间结构中有许多内表面积大的微孔。大分子中分散着一些低分子化合物，尤其以年轻煤为多。H

3、图9.19.1.1.2煤的分类褐煤国际分类(ISO295—174—E)是采用水分含量作为区分的指标，按焦油产率(daf)分组，共有30个牌号。烟煤的国际分类是按1956年由ECE(ECONOMICCOMMISIONforEUROPE)完成的分类。此分类方案是欧美国家煤分类的产物，采用多指标，包括煤的挥发分、粘结性、结焦性以及发热量等。中国煤分类指标：基本指标－干燥无灰基挥发分Vdaf.烟煤中以粘结指数G作为中、强、弱粘结煤分类指标。无烟煤中以Vdaf和干燥无灰基氢含量作为指标。褐煤以投光率为指标划分

4、小类。9.1.2煤的转化利用煤的转化利用途径可分为气化、液化和焦化。气化是将其变成水煤气或发生炉煤气，然后作燃料或化工原料。液化是将其变成芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。焦化是炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液化和部分气化。煤的转化利用途径概况如图9.2.9.9.图9.29.2煤的气化Gasificationofcoal9.2.1概述煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦的气化等过程。煤气的主要组成为CO,CO2,H2,CH4,H2O.1.

5、煤气分类及用途根据煤气组成不同可分为：发生炉煤气和水煤气、合成气和还原气、城市煤气和焦炉煤气、富气和合成天然气。(1)水煤气和发生炉煤气交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤气。同时吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称发生炉煤气。典型组成%：CO2H2CON2CH4高热值MJ/m3水煤气5.050.040.05.0010.5~12.2发生炉煤气5.510.529.055.004.4~5.1(2)合成气与还原气合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的，主要用作不同化工产品的加工。如合成氨的合成气

6、对H2／N2要求很高，合成甲醇用气CO含量较高等等。还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体，要求其中水蒸气和二氧化碳含量较少，较多时应将其除去。(3)城市煤气城市煤气要求含氢气和甲烷较多，硫含量少，以提高热值和减少城市空气污染。2.原料煤的组成和性质对气化的影响水分：水分较高时只适宜用固定床气化法，因为这种方法床内温度高。灰分和灰熔点：灰分越低越好，固态排渣炉要求灰熔点高，气化温度不能超过灰熔点；而液态排渣则需要灰熔点低，气化温度必须超过灰熔点。挥发组分：容易挥发组分首先反应或者混入产生的煤气中，影响

7、煤气化过程和气化结果。总的来说，挥发组分多，固定C就低，煤的热值低。粘结性：粘结性煤在加热到350~450ºC时就形成胶质体，发生软化、熔融，有液相产物与煤粘在一起，析出挥发物固化后形成块状焦炭。这种煤气化时需要破粘措施。由于有粘结性，所以用它作焦化原料特别好，一般不用于气化。粒度煤的粒度可分为小于6mm的粉煤、小块和中块，机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎，粉煤量较大。流化床气化可用粒度小于6mm的煤；气流床用细粉煤；固定床用块煤。9.2.2煤气化的基本原理1.煤气化的化学平衡主要化学反应有：O

8、2+CCO2(1)CO2+C2CO(2)H2O+CCO+H2(3)2H2+CCH4(4)CO+3H2CH4+H2O(5)CO+H2OCO2+H2(6)反应(2)、(3)、(4)、(6)的化学平衡常数及反应热见表9.2。虽然以上几反应中主要为放热反应，理论上温度低对平衡有利。但要兼顾反应速度，所以必须有较高温度。由热力学平衡关系可以从理论上计算气化气体组成与平衡温度关系。反应(2)、(3)是吸热反应，温度高有利生成CO和H2。压力高对反应(4)、(5)有利，所以高压气化