煤气化习题1

二、名词解释

1、工业分析 在规定的条件下，将煤的组成划分为水分，灰分，挥发分和固定碳四种组分 2、元素分析 碳 氢 氧 氮 硫五个项目煤质分析的总称

3、低位发热量：指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生热量扣除煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后的值

4、灰熔点 固体燃料中的灰分，达到一定温度后，发生形变软化熔融时的温度

5、所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。 6、气化炉单台生产能力是指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量。 7、所谓的气化效率是指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比

8、煤气产率是指每千克燃料(煤或焦炭)在气化后转化为煤气的体积，它也是重要的技术经薪指标之一． 9、煤气单耗，定义为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，以kg／m3计。 10、水蒸气的消耗量是指气化1kg煤所消耗蒸汽的量． 11 比氧耗 每生产千立方有效气消耗的纯氧气量

12、料层高度：气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层的总高度即为料层高度。 14、汽氧比是指气化剂中水蒸气和氧气的组成比例。 15 HGI 哈氏可磨性指数

16煤的反应性：指在一定温度条件下，煤与不同的气体介质相互作用的反应能力 17粘温特性：指融渣的粘度与温度之间的关系

18 煤的结渣性;在气化或燃烧过程中煤灰受热转化熔融而结渣的性质 19 碳转化率：指在气化过程中消耗总碳量占原料煤中碳量的百分比 20比煤耗：每生产千立方有效气消耗干煤的量

三、简答题

1根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类

第一类，气化时不粘结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。 第二类，气化时粘结并产生焦油，代表性原料有弱粘结或不粘结烟煤。 第三类，气化时不粘结单产生焦油，代表性原料有褐煤。

第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不粘结，能产生大量的甲烷。 2 煤中水分主要存在方式有几种？不同炉型对气化用煤有何要求？ 煤中的水分包括外在水分(又称湿存水)、内在水分(又称吸附水)及化合水 3、硫分对气化的影响

煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在，在国内各地的煤中含量都比较低，大多在1％以下。煤

在气化时，有80-85％的硫以硫化氢和二硫化碳的形式进入煤气当中。用作燃料煤气时，硫含量要达到国家排放标准，否则燃烧后大量的二氧化硫会排入大气，污染环境。用作工业合成气，硫化物会使合成催化剂中毒，并且硫化物含量越高，脱硫工段的负担就越重。所以，气化用燃料煤中的硫含量应是越低越好。 4 煤中矿物主要分为几类？举例说明其主要矿物类型，及其对气化的影响 5、什么是煤炭的汽化?

答 煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 6、简述非均相气化反应机理

气固相非均相反应，其反应过程有五个过程组成：即

①气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程；② 气化剂被燃料颗粒的表面吸附；

③ 吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表面化学反应；④ 生成的产物分子从颗粒表面脱附下来； ⑤ 产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流主体。

7、试根据煤气组成与压力关系图，说明压力如何影响煤气组成和气化过程

压力对煤气组成的影响

根据化学反应平衡规律，提高气化炉的压力有助于分子数减小的反应,而不利于分子数增大或不变的反应。因此，高压对下列反应有利：

C+2H2→CH4 CO+3H2→CH4+H2O CO2+4H2→CH4+2H2O 2CO+2H2→CO2+CH4 提高气化压力不利于下列反应：

2H2O→2H2+O2 C+H2O→H2+CO C+2H2O→2H2+CO2

由以上反应可以知道，随气化压力的提高，煤气中的甲烷和二氧化碳含量增加，而氢气和一氧化碳

的含量减少，如图4—35所示。

从以上的分析来看，总体讲，加压对煤的气化是有利的，尤其用来生产燃烧气(如城市煤气)，因 为它的甲烷含量高?对于加压气化生产合成气来讲，甲烷的生成是不利的。为获得较多的氢气和一氧化碳气体，可采用挥发分低的原料

8、为了气化过程顺利进行，气化炉必须具备那三个基本条件？

9、根据图 试说明各种气体组成的变化趋势和原因

混合煤气的组成与料层高度有关，如图4-9所示。

该图是以是以焦炭为原料进行的实验结果，和制取空气煤 气不同的是，还原层分为第一还原层和第二还原层。 第一还原层主要进行以下反应： C+C02?2CO +173.3kJ／mol C+H2O?C0+H2 +135.0kJ／mol C+2H20?C02+2H2 ＋96.6kJ／mol

第二还原层除了进行二氧化碳的还原反应外，还进行下列反应：

C0+H20?H2+C02 －38.4kJ／mol

从图中可以看出，灰分区上面200～225mm处氧气基本全部被消耗掉，同时生成最

大量的二氧化碳气体，并开始生成一氧化碳气体，在气体到达空层之前的整个煤层内，一氧化碳气体含量一直在增大，这就说明一氧化碳的生成发生在整个煤层内。

? 水蒸气也几乎是在氧气消耗完后开始分解，气体中的氢含量在250～500mm的位置迅速增加，

此后增长较缓慢。在空层内也存在化学反应，气体中一氧化碳和水蒸气在减少，而二氧化碳和氢气的含量在增加。

10、煤的气化指标有哪些？影响气化指标的因素是什么？

反映煤炭气化过程主要评价指标有煤气质量、气化强度、单炉生产能力、气化效率、冷煤气效率、消耗量

影响气化指标因素：主要取决于三个方面，气化原料的理化性质，气化过程的操作条件和气化发生炉的构造

11、提高水煤气制气效率和制气强度的有效措施有哪些？

在维持煤气炉温度、料层高度和气体成分的前提下，采用高炉温、高风量、高炭层、短循环(称

三高一短)的操作方法，有利于气化效率和气化强度的提高。

(1)高炉温：在燃料灰熔点允许的情况下，提高炉温，炭层中积蓄的热量多．炭层温 度高，对蒸汽的分解反应有利，可以提高蒸汽的分解率，相应半水煤气的产量和质量 提高。

(2)高风速：在保证炭层不被吹翻的条件下，提高煤气炉的鼓风速度，碳与氧气的反应速度加快，吹风时间缩短；同时高风速还使二氧化碳在炉内的停留时间缩短，二氧化碳还原为一氧化碳的量相应减少，提高了吹风效率。但风速也不能太高，否则，燃料随煤气的带出损失增加，严重时有可能在料层中出现风洞。 (3)高炭层：炭层高度的稳定是稳定煤炭气化操作过程的一个十分重要的因素，加煤、出灰速度的变化会引起炭层高度的渡动，进而影响炉内工况，煤气组成发生变化。在稳定炭层高度的前提下，适当增加炭层高度，有利于煤气炉内燃料各层高度的相对稳定，燃料层储存的热量多，炉面和炉底的温度不会太高，相应出炉煤气的显热损失减小；高炭层也有利于维持较高的气化层，增加水蒸气和炭层的接触时间提高气体的分解率和出炉煤气的产量与质量；采用高炭层也是采用高风速的有利条件。但炭层太高，会增加气化炉的阻力，气化剂通过炭层的能量损耗增大，相应的动力消耗增加，因而要综合考虑高炭层带来的利弊。 (4)短循环：循环时间的长短，主要取决于燃料的化学活性，总的来讲，燃料活性 好，循环时间短；燃料活性差，则循环时间长。 12、水煤气生产的六个工作循环及各循环气体走向

在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共同构成一个工作循环，如图4-17所示。

? 第一阶段为吹风阶段：吹人空气，提高燃料层的温度，空气由阀门1进人发生炉，燃烧后的吹

风气由阀门4、5后经过烟囱排出，或去余热回收系统。

第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1关闭，阀门2打开，水蒸气由发生炉下部进入，

将残余吹风气经阀门4、5排至烟囱，以免吹风气混入水煤气系统，此阶段时间很短。如 不需要得到纯水煤气时，例如制取台成氨原料气．该阶段也可取消。

第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门2进入发生炉底部，在炉内进行气化

反应，此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制得的水煤气经阀门4、6(阀门5关 闭)后，进入水煤气的净化和冷却系统，然后进入气体储罐。

第四阶段为下吹制气阶段：关闭阀门2、4，打开阔门3、7，水蒸气由阀门3进入气

化炉后，由上而下经过煤层进行制气，制得的水煤气经过阀门7后由阀门6去净化冷却系 统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。

第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路线同第三阶段。主要作用是将炉底 部的煤气吹净，为吹入空气做准备。

第六阶段为空气吹净阶段：切断阀门7，停止向炉内通入水蒸气。打开阀门1，通入 空气将残存在炉内和管道中的水煤气吹人煤气净制系统。

完成上述六个阶段即为一个工作循环，不断重复上述循环，就可以实现水煤气的间歇 生产过程。

?

13、影响水煤气生产制气效率和总效率的因素有哪些 料层温度 原料的反应性 蒸汽用量和吹风速度 14、强化发生炉煤气化过程的途径有哪些

提高气化剂中氧气的浓度 提高气化温度 提高气化压力 提高鼓风速度 15、简述移动床气化炉的燃料分层情况，并说明各层的主要作用。

答：炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。

灰渣层

灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用： ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。 ②煤灰的温度比刚人炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。

③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。 氧化层

也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应．产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。 还原层

在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化台的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，还原层也因此而得名。 ? 干馏层

干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入干馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解．产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷，因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值，但也产生硫化氢和焦油等杂质。 ? 干燥层

干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚人炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。 空层

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