氣化煤氣

氣化煤氣所屬現代詞,指的是將煤與氧氣、水蒸汽等介質在一定溫度和壓力下反應生成的可燃氣體。

基本介紹

  • 中文名:氣化煤氣
  • 原理:氣化介質有氧(空氣)、水蒸氣
  • 分類:可燃氣體
  • 領域:發電
製備,原理,分類,特點,

製備

煤在高溫下與氣化介質反應生成的可燃氣體。它是城市燃氣氣源之一。
供熱方法可利用煤燃燒本身所放出的熱,以及利用甲烷生成熱和其他化學反應熱。有些工藝利用熱載體帶入熱量,這種載體可以是氣體、固體或高溫熔融液。另外,也可把燃燒熱先積蓄在炭層內,然後再放出,供氣化反套用,循環運行。後一種方法污染嚴重,熱損失較大。
在氣化過程中,必須使固體煤顆粒的內外表面與反應氣體(氣化介質)充分接觸,因而煤粒的粒度和在介質氣流中運行情況成為一個重要因素。多數煙煤在加熱到400~500°C時軟化,煤粒會聚集成較大顆粒。所以煤氣化一般採用不粘結煤或把煤預先破除粘結性。
煤含有各種礦物質,在氣化過程中按不同工藝條件以乾灰或熔渣形式排出,又開發了凝聚顆粒狀排渣。不同排渣方法各有利弊,是選用不同工藝時應考慮的重要問題之一。
氣化煤氣

原理

煤的氣化過程  氣化介質有氧(空氣)、水蒸氣等,它們與煤的反應是複雜的,有代表性的反應有:
氣化煤氣
①部分燃燒;②完全燃燒,C+O2=CO2;③發生爐反應,C+CO2=2CO;④水煤氣反應,C+H2O=CO+H2;⑤加氫反應,C+2H2=CH4。另外,下列兩反應也是重要的:⑥變換反應,CO+H2O=H2+CO2;⑦甲烷化,CO+3H2=CH4+H2O。
此類反應都必須在適當的高溫下進行,因而要供給熱量,以推動反應進行;對於反應⑤、⑥、⑦,則溫度過高時不利於反應向右邊進行,又必須控制溫度。

分類

煤的氣化方法按煤粒在氣流中的運行狀況,主要可歸納為三種形式:
氣化煤氣
①固定床。煤粒基本不湍動,煤粒隨自身的氣化和爐底灰渣的排出而緩慢下移,也稱移動床,工業上傳統使用的發生爐和水煤氣爐,都屬於常壓固定床氣化,近代又發展了加壓固定床氣化。
②流化床。煤粒受高速氣化介質湍動而發生翻滾,床層疏鬆膨脹,床層內產生密相和稀相氣泡,狀似液體沸騰,使煤粒在高溫下迅速氣化,也稱沸騰床。
③氣流床。粉狀煤粒和氣化介質以高速順流噴進氣化爐,煤粉隨氣流劇烈旋轉,在高溫下瞬間迅速氣化,也稱懸浮床。這三種氣化形式見示意圖。圖中還介紹了另一種熔浴式氣化。這種氣化形式是在溫度較高且高度穩定的熔浴內進行的,熔浴可以是熔渣、熔鹽或熔鐵。
常壓氣化的設備和操作一般比較簡易,加壓氣化就複雜得多。然而加壓氣化具有很多優點:在其他條件相同的情況下,如果操作壓力增加p倍,產氣量就可增加圵倍;有利於甲烷的生成,從而提高煤氣的發熱量,並降低工藝的耗氧量;有利於煤氣的後處理工藝和遠距離輸送。作為合成氣,本來需要加壓,從而節省合成氣的電耗。新開發的氣化工藝都在向加壓發展。(見彩圖)、
氣化煤氣

特點

氣化煤氣的成分和特性  
氣化煤氣
氣化煤氣的主要有效成分為氫、一氧化碳和甲烷,如果以空氣為氣化介質,則生成氣中含有大量氮,發熱量偏低;如以水蒸氣和氧為氣化介質,則一氧化碳和氫含量可達80%或更高,發熱量為10~11兆焦/米3。在加壓和溫度較低的條件下氣化所得的煤氣,其甲烷含量明顯提高,發熱量就較高。低發熱量氣化煤氣(如發生爐煤氣)不宜向廠外輸配,一般就地用作工廠燃料氣,或用於焦爐和炭化爐的加熱。半水煤氣用於氮肥的合成。發生爐煤氣、水煤氣或增熱水煤氣又都是調節城市燃氣質量的摻混氣體。低中發熱量氣化煤氣用於聯合循環發電,可提高發電效率並解決直接燃煤發電的污染問題。氫和一氧化碳是許多化學合成的重要原料。中發熱量煤氣可直接供作城市燃氣,或通過變換、脫二氧化碳和甲烷化等一系列工藝,製成發熱量為37兆焦/米3的代用天然氣。

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