煤炭氣化產品

煤炭氣化是在適宜的條件下將煤炭轉化為氣體燃料的技術。旨在生產民用、工業用燃料氣和合成氣，並使煤中的硫分、灰分等在氣化過程中或之後得到脫除，使污染物排放得到控制。煤炭氣化產品主要為工業煤氣和民用煤氣。

基本介紹

• 中文名：煤炭氣化產品
• 外文名：coal gasification product
• 分類：工業煤氣和民用煤氣
• 學科：煤炭科學
• 技術指標：煤氣組成、熱值等
• 套用：工業、民用燃燒

煤氣化技術指標

衡量煤氣化過程的綜合性技術參數。用於對氣化過程的操作特性進行評估及作為工業煤氣化站設計的依據。根據煤氣化過程的熱力學分析，從熱平衡和物料平衡計算，確定氣化技術指標，包括煤氣組成、煤氣熱值、煤氣產率、空氣消耗、蒸汽消耗、冷煤氣效率、熱效率和氣化強度，還有焦油產率、輕油產率、酚水產率及灰渣含碳、蒸汽分解率等。

煤氣組成指煤氣中所含CO2、CO、H2、CH4、CmHn、N2、H2S等組分的體積百分數。

煤氣熱值在標準狀況下，1m煤氣的發熱量，以MJ/m表示。根據煤氣中各可燃組分的體積百分數計算而得。

煤氣產率1kg入爐煤所產煤氣的標準狀態下體積數，以m3/kg表示。

空氣消耗(或氧氣消耗)，1kg入爐煤氣化消耗的空氣(或氧氣)的體積數(標準狀況下)，以m3/kg表示。

蒸汽消耗1kg入爐煤所需的蒸汽量，kg/kg。

冷煤氣效率氣化1kg煤所產煤氣的熱值占該氣化用煤發熱量的百分數。若

氣化效率氣化產物的熱量(包括煤氣潛熱、顯熱及副產蒸汽的熱量之和)占氣化用煤的熱量的百分數。

氣化強度指每小時單位氣化爐截面積所氣化的煤量或所產煤氣量，分別以kg/(m·h)、m/(m·h) 表示。

在上述各項指標中，冷煤氣效率和氣化強度是兩項綜合性較強的技術指標。若氣化強度、冷煤氣效率的數值大，表明氣化過程好。各項氣化指標之間存在著密切的關係，把它們作為分析氣化過程的依據時，都有各自的意義，不可忽視。

工業煤氣

工業使用的燃料煤氣及供合成化工產品的合成煤氣。

燃料煤氣

用作加熱各種窯爐或直接加熱產品，也可用於聯合循環發電的可燃氣體。用作燃料煤氣的有低熱值煤氣，水煤氣(煤與水蒸氣反應生成的煤氣)等。

低熱值煤氣

煤或焦炭等固體燃料氣化所得的氣體產物或工業爐排出的可燃氣體。其組成為氫、一氧化碳等可燃組分及氮、二氧化碳等不可燃組分，熱值在3.73～7.45MJ/m3之間，易燃，有毒性。主要來源為發生爐煤氣、高爐煤氣。

發生爐煤氣

採用移動床煤氣發生爐，以空氣與蒸汽為氣化劑，經過煤的氣化過程而製得的煤氣。其組成列於表1。生產發生爐煤氣有熱煤氣站、冷煤氣站兩大類。熱煤氣站一般以煙煤為原料，生產出的煤氣經乾式除塵後以高溫狀態送到用戶，熱效率較高，但是煤氣出口壓力低，輸送距離不能太遠。冷煤氣發生站有回收焦油和無焦油兩種生產類型。無焦油冷煤氣站以焦炭、無煙煤為原料，在氣化過程中不產生或產生很少焦油，煤氣經冷卻、除塵、淨化、加壓後送給用戶。這種煤氣站的特點是系統簡單、操作方便，可以遠距離輸送。回收焦油煤氣站以煙煤為原料，在生產過程中產生一定數量的焦油和含酚廢水，需要增加焦油回收及廢水處理系統。除了上述移動床常壓發生爐氣化工藝以外，還可以使用溫克勒流化床氣化工藝生產低熱值煤氣。

表1 發生爐煤氣組分

煤氣; 名稱	氣化; 劑	煤氣組成(體積，%)
		H2	CO	CO2	N2		CH4	發熱值; (MJ/; m3); 4.6～; 6.3
發生爐; 煤氣	空氣、; 水蒸氣	10～; 18	24～; 31	3.8～; 5.0	47～; 55	1～3	<0.5

高爐煤氣

由高爐冶煉過程中排出的可燃氣體。在高爐中，焦炭與鼓入的空氣作用轉化成一氧化碳，一氧化碳除部分用於還原礦石外，其餘的與其他氣體組分一起從高爐排出，形成高爐煤氣，其典型組分列於表2。高爐煤氣多用作焦爐及冶煉加熱爐的燃料氣。

表2 高爐煤氣組成

煤氣組成(體積，%)
CO	H2	CH4	CO2	N2	發熱值(MJ/m3)
28	2.7	0.3	11.0	58	3.8

由煤制出的民用煤氣也可作工業燃料氣，但其成本較高，一般適於有特殊要求的熱加工。

合成原料氣

由煤或焦炭與蒸汽(或蒸汽與氧)在高溫下通過氣化反應而製得的煤氣。其組分以氫、一氧化碳為主，還含有二氧化碳等，可廣泛用於合成氨、甲醇、合成汽油及其他有機物。以煤、焦為原料生產合成原料氣的氣化工藝有間歇式水煤氣氣化、溫克勒流化床氣化、K-T氣化和德士古氣化等工藝。

間歇式水煤氣氣化工藝採用移動床乾式排渣的水煤氣氣化爐。中國自行設計和製造的內徑為1600、2260、3000、3600mm的一系列UGI水煤氣爐，已在合成氨廠長期使用。該氣化爐由美國聯合煤氣改進公司開發，採用常壓移動床生產水煤氣的氣化裝置，以無煙塊煤、無煙煤型煤或焦炭為原料，制出的水煤氣主要成分是一氧化碳和氫(見表3)。當製造合成氨原料氣時，在鼓入水蒸氣的同時，加入一定量的空氣，或通過向水煤氣摻入少量的鼓風煤氣，以制出含有一定量氮氣的半水煤氣，其典型組成列於表3。間歇式水煤氣製造工藝為在常壓下操作，不需制氧設備，投資較省，但其氣化強度較低，氣化效率不高，而且需要塊狀燃料，使其套用範圍受到一定限制。

表3 水煤氣、半水煤氣組分

煤氣類型	煤氣組成 (體積，%)						發熱值; (MJ/m3)
	H2	CO	CH4	N2	CO2	O2
水煤氣	52.0	34.4	1.2	4.0	8.2	0.2	10.0
半水煤氣	40.0	30.7	0.5	14.6	8.0	0.2	9.2

民用煤氣

又稱煤制人工煤氣或城市煤氣。以煤為原料，通過乾餾或氣化過程生產的供居民生活用的可燃氣體。其成分是含有氫、一氧化碳、甲烷等可燃組分的氣體，隨著加工工藝的不同，其性質與組成也有差異。

乾餾煤氣

煤在隔絕空氣的情況下加熱，分解產出的煤氣。其特點是甲烷和氫的含量高，一氧化碳含量低，發熱值較高。乾餾制氣的爐型主要有焦爐、連續式直立炭化爐(簡稱直立爐)和立箱爐。其煤氣組成列於表4。

氣化煤氣

煤在高溫下與氣化劑(氧氣、空氣、水蒸氣)發生化學反應而獲得的氣體燃料。與乾餾煤氣相比，其產氣量大，而且可以用褐煤、非粘結性煙煤、無煙煤等非煉焦用煤作原料。煤的氣化方法較多，根據氣化原料、氣化劑、氣化爐結構和操作條件的不同，可以製得氫，一氧化碳、甲烷等可燃組分含量不同的煤氣。套用較多的生產民用煤氣的技術是魯奇加壓氣化及水煤氣兩段爐氣化，其煤氣組成見表4。

表4 幾種制氣工藝的煤氣組分

產氣; 類別	制氣工藝	煤 氣 組 分 (體積，%)							低位發熱值; (MJ/m3)
		CH4	CmHn	H2	CO	CO2	N2	O2
乾; 餾; 煤; 氣	焦爐	23～28	2.0～3.0	54.0～59.0	5.5～7.0	1.5～2.5	3.0～5.0	-0.3～0.7	17.5～18.4
	連續式直立爐	16～20	1.7～3.5	50.0～54.0	12～15	4.5～6.0	2.0～4.5	0.3～1.6	15.0～18.0
	立箱爐	20～26	—	53.5～54.5	7～11	4.0～6.0	2.0～4.0	0.3～0.7	16.7～17.6
氣化; 煤氣	魯奇加壓氣化	17.8	1.1	55.4	20.7	2.5	2.1	0.3	16.6
	水煤氣兩段氣化	3.3～5.4	—	45.0～50.0	28～33	7.0～9.0	6.2～7.9	<0.5	10.9～11.7

中國制定的城市煤氣質量標準對人工煤氣質量的指標有明確規定：人工煤氣(含煤制氣)的熱值不低於14.7MJ/m; 硫化氫含量小於20mg/m; 氨含量小於50mg/m;一氧化碳含量(體積百分數)小於10%。煤氣應具有可以察覺的臭味，無臭或臭味不足的煤氣應加臭。對氣化煤氣或摻有氣化煤氣的人工煤氣，其一氧化碳含量 (體積百分數) 應小於20%。

經乾餾或氣化過程制出的粗煤氣應進行淨化加工，符合人工煤氣質量的指標要求後方可作為產品氣供民用。煤氣淨化指脫除煤氣中飛灰、焦油、萘、氨、硫化氫等雜質的過程。

乾餾及氣化的幾種制氣產品如下：

(1)焦爐煤氣。煤在焦爐中經高溫乾餾而製得的煤氣。生產冶金焦的焦爐，為了保證冶金用焦的質量，一般採用粘結性較好的煤為主體的多種煤配煤煉焦。而專為生產民用煤氣的焦爐，在保證焦炭有一定質量的前提下，應儘可能多摻用一些高揮發分煤，以增加煤氣產量。對於復熱式焦爐可以用低熱值煤氣作燃料，頂替出焦爐煤氣來加熱焦爐，以增加煤氣供應量。在缺乏煉焦用煤供應條件的地區，不宜採用焦爐來發展民用煤氣。

(2)直立爐煤氣。煤在連續式直立炭化爐內進行乾餾所產生的煤氣，主要可燃成分為甲烷和氫。直立爐乾餾室是垂直的，上部連續裝煤，下部連續排出焦炭，中部進行煤的乾餾。直立爐的理想原料是氣煤或氣肥煤，這兩種煤的產氣率都較高，每噸煤可產標準氣360～380m。為了使乾餾過程在爐內順利進行，原料煤中應有一定粒度的塊煤。弱粘結或不粘結的高揮發分煤的塊煤，如果其熱穩定性較好，也可以作為直立爐原料生產民用煤氣。直立爐採用發生爐煤氣加熱，因而外供煤氣量較多。直立爐以生產民用煤氣為主，所生產的焦炭稱為氣焦或半焦，由於強度低，不能用於高爐冶煉，但可用於鐵合金生產或作為發生爐制氣原料。

(3) 立箱爐煤氣。立箱爐是一種間歇生產的直立爐，其工藝特點及煤氣組分與焦爐煤氣廠相近，只是規模較小，適於小型煤氣生產，其技術經濟性不如焦爐、直立炭化爐。

魯奇加壓氣化

煤在壓力下進行完全氣化的工藝。其制出的煤氣甲烷含量高，經過淨化處理後適於作民用煤氣。其淨化過程是由魯奇加壓氣化爐出來的粗煤氣，經噴淋冷卻器、列管式冷卻器冷凝分離出焦油酚(氨)水後，進入脫硫、脫二氧化碳工段。該工段廣泛採用低溫甲醇洗工藝，用甲醇作溶劑在低溫下選擇性地脫硫、脫二氧化碳、脫油，其淨化度很高，出口煤氣硫含量小於百萬分之一，而且煤氣中原含有的水分被脫除，不必再設煤氣乾燥脫水裝置，簡化了流程。經過淨化後的煤氣，其CO含量在某種情況下(如以褐煤或高揮發分煙煤為原料，粗煤氣中的CO₂只作部分脫除)能低於20%的氣化煤氣質量標準，可以外輸供氣，但這畢竟帶來不安全因素，正規的煤氣生產還應當使CO達到不超過10%的人工煤氣質量標準。有兩種技術途徑可以選擇： 一種是增加一氧化碳變換過程，使淨化後的煤氣有一部分經過變換，降低CO含量後，再與未變換的煤氣混合，製成CO低於10%的產品氣外供;另一條技術途徑是增加甲烷化工段，將淨化後煤氣進行部分甲烷化，使煤氣中一部分CO或CO₂與H₂經催化反應轉化為甲烷，這樣既可使CO含量降至10%以下，又提高了煤氣熱值，使其完全符合人工煤氣的質量標準。

魯奇加壓氣化工藝的特點：煤種適應性廣;氣化強度高，產氣量大，適於大型化的生產;氣化爐壓力高，可利用余壓將煤氣輸往二百公里外的城市，節省輸氣費用;需要制氧設備，基建投資較多;含酚廢水排出量大，需要嚴格處理。

水煤氣兩段爐氣化制出的煤氣屬於水煤氣與氣化爐內乾餾煤氣的混合氣，其熱值比水煤氣高，但CO含量約30%，需要進行甲烷化才能符合人工煤氣的質量標準。該氣化工藝用常壓操作，不用氧氣，設備簡單，投資省，適於在中、小城鎮和礦區發展民用煤氣。