煤炭氣化技術

前言

2008年，中國的煤炭產(chǎn)量高達27.93億噸，是1978年6.18億噸的4.52倍，占2008年世界煤產(chǎn)量的42％，而增量占世界的80％以上。多年來，在中國的能源消費結構中，煤約占70％，另外兩種化石能源石油和天然氣分別約占20％和3.5％；中國的電力結構中，燃煤發(fā)電一直占主導地位，比例約為77％；中國的化工原料結構中，煤炭占一半以上。中國煤炭工業(yè)協(xié)會預計到2010年全國煤炭需求量在30億噸以上，而中國科學院和中國工程院通過戰(zhàn)略研究預計，到2050年，煤在中國的能源消費結構比例中仍將高居首位，占409／6以上，這一比例對應的煤量為37.8億噸，比2010年的需求量多26％。由此可見，無論是比例還是數(shù)量，在較長的時期內(nèi)以煤為主的能源結構和化工原料結構很難改變。事實上，根據(jù)2008年BP公司的報告，在化石能源中，無論是中國還是世界，煤的儲采比（中國45，世界133）都是石油的2倍左右。因此，盡管煤在世界的能源消費結構中僅占28％，低于石油的369／6，但“煤炭在未來50年將繼續(xù)是世界的主要能源之一”（英國皇家學會主席Mar’tinRees，路透社2008年6月10日）；“越來越多的化學制品公司正在將煤作為主要原料”（美國《化工新聞》高級編輯八H.Tullo，2008年3月17日）。但是，由于煤的高碳性和目前利用技術的落后，煤在作為主要能源和化工原料的同時也是環(huán)境的主要污染源。據(jù)中國工程院的資料，2006年，我國排放的S02和NO2的總量達4000萬噸以上，源于燃煤的比例分別為85％和60％，燃煤排放的CO2和煙塵也分別占到總排放量的85％和70％。至于以煤為原料的焦炭、電石等傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)過程，除對大氣污染外，其廢水、廢渣對環(huán)境的影響也十分嚴重。據(jù)荷蘭環(huán)境署統(tǒng)計，2006年中國的CO2排放量為6.2Gt，而2007年又增加了8％。雖然我國的人均CO2排放量遠低于美國等發(fā)達國家，但由于化石能源的碳強度系數(shù)高（據(jù)日本能源統(tǒng)計年鑒，按噸（煤）計算：煤排放2.66tCO2，石油排放2.02tC02，天然氣排放1.47tc02）和我國較長時期仍以化石能源為主（中國科學院數(shù)據(jù)，到2050年，化石能源在中國能源結構中占70％，其中煤40％、石油20％、天然氣10％），和其他污染物一樣，CO2的排放與治理也必須高度重視并采取有效措施。煤炭的上述地位和影響，對世界，特別是對中國，無疑是一種兩難選擇。可喜的是，“發(fā)展煤化工，開發(fā)和推廣潔凈煤技術是解決兩難的現(xiàn)實選擇”已成為人們的共識并取得重要進展。遺憾的是，在石油價格一度不斷飆升的情況下，由于缺乏政策引導、科學規(guī)劃，煤化工出現(xiàn)了不顧原料資源、市場需求、技術優(yōu)劣等客觀條件盲目發(fā)展的勢頭。

內(nèi)容概要

　　《煤炭氣化技術》是現(xiàn)代煤化工技術叢書之一?！睹禾繗饣夹g》立足于國內(nèi)外煤氣化的最新研究進展，涉及煤氣化過程涉及的各項內(nèi)容，既有工藝分析，又有理論研究。全書共分為10章，分別是煤氣化過程分析、煤氣化過程的物理化學基礎、爐內(nèi)射流與湍流多相流動、湍流混合及其對復雜氣化反應的影響、煤的成漿特性及煤漿制備、煤氣化過程中的原料輸送、氣化爐內(nèi)熔渣流動與沉積、氣流床氣化過程放大與集成、煤與氣態(tài)烴和生物質(zhì)的共同氣化、氣化爐及氣化系統(tǒng)模擬?！　　睹禾繗饣夹g》適用于從事煤轉(zhuǎn)化和煤化工科研、設計生產(chǎn)的工程技術人員，也可供部分大專院校相關專業(yè)的師生作為專業(yè)用書。

作者簡介

作者：王輔臣，華東理工大學教授，博士生導師，教育部長江學者，國家973計劃項目首席科學家。參與研制的“多噴嘴對置式水煤漿氣化技術”榮獲2007年度國家科技進步二等獎。

書籍目錄

第1章 煤氣化過程分析1.1 煤氣化工藝過程分析1.1.1 推論分析與合成1.1.2 功能分析1.1.3 形態(tài)分析1.1.4 煤炭氣化過程的共性1.1.5 氣化與燃燒的比較1.2 固定(移動)床氣化工藝1.2.1 固定(移動)床氣化過程的工藝特點1.2.2 UGI氣化工藝1.2.3 Lurgi氣化工藝1.2.4 BGL氣化工藝1.3 流化床氣化工藝1.3.1 流化床氣化過程的工藝特點1.3.2 Winkler氣化工藝1.3.3 高溫Winkler(卜tTW)氣化工藝1.3.4 循環(huán)流化床(CFB)氣化工藝1.3.5 KBR輸運床氣化工藝1.3.6 灰熔聚氣化工藝1.4 氣流床氣化工藝1.4.1 氣流床氣化過程的工藝特點1.4.2 氣流床氣化過程層次機理模型1.4.3 K-T氣化工藝1.4.4 Texaco氣化工藝1.4.5 E-Gas氣化工藝1.4.6 GSP氣化工藝1.4.7 Shell氣化工藝1.4.8 Prenflo氣化工藝1.4.9 Eagle(日立)氣化爐^1.4.10 CCP空氣氣化爐1.4.11 TPRI兩段干煤粉氣化爐1.4.12兩段分級給氧氣化技術1.4.13新型多噴嘴對置氣化工藝1.5 氣化工藝的評價指標1.5.1 碳轉(zhuǎn)化率1.5.2 冷煤氣效率1.5.3 合成氣產(chǎn)出率1.6 各種煤氣化工藝的比較與選擇1.6.1 煤種適應性1.6.2 合成氣的處理1.6.3 原料消耗1.6.4 生產(chǎn)強度1.6.5 煤氣化技術選擇的基本原則1.7 煤氣化技術的發(fā)展趨勢1.7.1 煤氣化技術發(fā)展面臨的主要問題1.7.2 大型化的技術途徑1.7.3 高溫煤氣顯熱回收的技術途徑1.7.4 提高煤種適應性的技術途徑1.7.5 其他煤氣化技術參考文獻第2章 煤氣化過程的物理化學基礎2.1 煤的結構特性及其對氣化過程的影響2.1.1 煤的結構特性2.1.2 煤的結構特性對氣化過程的影響2.2 煤氣化過程動力學2.2.1 煤的熱解2.2.2 煤氣化過程中的燃燒反應2.2.3 煤焦的氣化反應2.3 煤氣化過程的熱力學平衡模型2.3.1 煤氣化過程的獨立反應的確定2.3.2 氣化過程的熱力學平衡2.3.3 熱力學平衡模型的基本方程2.4 氣化過程的平衡計算與討論2.4.1 平衡計算結果與實際值的比較2.4.2 平衡條件下工藝條件對水煤漿氣化過程的影響2.4.3 平衡條件下工藝條件對干煤粉氣化過程的影響2.4.4 氣化過程中工藝條件的選擇參考文獻第3章 爐內(nèi)射流與湍流多相流動3.1 自由射流3.1.1 卷吸機理3.1.2 自由射流的發(fā)展3.1.3 湍流自由射流計算3.2 復雜射流3.2.1 同軸射流3.2.2 受限射流3.2.3 撞擊流3.3 多相湍流3.3.1 多相流的基本概念3.3.2 多相湍流動力學特征3.3.3 多相湍流的實驗研究進展3.4 氣化爐內(nèi)多相湍流射流研究3.4.1 爐內(nèi)湍流流動數(shù)值模擬方法3.4.2 單噴嘴受限多相射流的實驗研究與數(shù)值模擬3.4.3 多噴嘴對置式氣化爐流場實驗研究和數(shù)值模擬3.4.4 Shell氣化爐流場3.5 流化床氣化爐內(nèi)的流體流動3.5.1 流化床的基本概念3.5.2 流化床簡化模型3.5.3 流化床反應器設計的重要參數(shù)3.5.4 流化床中的傳質(zhì)傳熱參考文獻第4章 湍流混合及其對復雜氣化反應的影響4.1 湍流與混合4.1.1 混合機理4.1.2 混合特性4.1.3 湍流、混合與化學反應4.2 宏觀混合與微觀混合4.2.1 宏觀混合與微觀混合的相互作用4.2.2 停留時間分布4.2.3 濃度分布4.3 高黏度液體的霧化4.3.1 液體霧化的概念4.3.2 霧化過程的破裂模型4.3.3 霧化性能的表征4.4 湍流彌散4.4.1 顆粒彌散基本方程4.4.2 顆粒彌散過程研究與模擬4.4.3 稠密氣固兩相同軸射流顆粒彌散特性4.4.4 混合對氣流床氣化過程的影響參考文獻第5章 煤的成漿特性及煤漿制備5.1 概況5.1.1 水煤漿的基本特性5.1.2 水煤漿制備的技術基礎5.1.3 水煤漿的應用5.2 水煤漿的成漿性及其影響因素5.2.1 煤質(zhì)對成漿性的影響5.2.2 煤的成漿濃度經(jīng)驗公式5.2.3 煤粉粒度分布對成漿性的影響5.2.4 添加劑對成漿性的影響5.3 水煤漿添加劑5.3.1 分散劑及其作用機理5.3.2 穩(wěn)定劑及其作用機理5.3.3 其他輔助劑5.4 水煤漿制備工藝5.4.1 制漿工藝的分類及基本過程5.4.2 典型制漿工藝5.4.3 制漿主要設備參考文獻第6章 煤氣化過程中的原料輸送6.1 煤漿的高壓輸送6.1.1 水煤漿的流變特性6.1.2 水煤漿輸送過程6.2 粉煤密相氣力輸送6.2.1 氣力輸送概述6.2.2 氣力輸送的流型與相圖6.2.3 粉煤氣力輸送的管道壓降6.2.4 粉煤氣力輸送裝置的操作特性6.2.5 粉煤濕含量對氣力輸送的影響6.2.6 粉煤流動特性參數(shù)參考文獻第7章 氣化爐內(nèi)熔渣流動與沉積7.1 灰渣的熔融特性及其影響因素7.1.1 灰渣熔融性7.1.2 灰渣成分對灰熔點的影響7.1.3 灰熔點的預測……第8章 氣流床氣化過程放大與集成第9章 煤與氣態(tài)烴和生物質(zhì)的共同氣化第10章 氣化爐及氣化系統(tǒng)模擬

章節(jié)摘錄

插圖：鑒于煤氣化過程的復雜性和工藝流程的多樣性，本節(jié)將從過程合成與分析的角度，對煤氣化工藝過程進行分析。目的有二：①熟悉過程合成的方法論，從方法論的角度來駕馭煤氣化過程；②理解煤氣化過程的多樣性，工藝過程的合成沒有唯一解，而有多種解，諸多工藝方案都是問題的解，但它們之間有好壞優(yōu)劣之分。1.1.1推論分析與合成分析與合成[1]是一種方法論，分析是將已有的過程或問題分解成若干單元加以研究，合成是將各個單元組合成一個整體，從而產(chǎn)生一個過程，分析和合成是相互作用、相互補充、相互促進又相互制約的。如何從分析和合成的角度來認識煤氣化過程呢？先從分析的角度看，煤氣化的目的是生產(chǎn)清潔合成氣或燃料氣，我們可以把這一目的視為問題的起點或解決問題的要求，從原理上講它是合理的，是可以實現(xiàn)的。進一步就是來尋找實現(xiàn)該結果的前提，對于煤氣化過程，這些前提無非是：氣化反應器（氣化爐）、溫度、壓力、反應狀態(tài)、組成、流量等。再把這些前提視為結果，繼續(xù)尋找實現(xiàn)這些結果的前提，這些前提應當是：氣化爐的具體形式（固定床、流化床、氣流床等）、適宜的反應條件（溫度、壓力、流動形態(tài)）、原料的性質(zhì)（褐煤、煙煤、無煙煤等）、原料的輸送形態(tài)（固體、粉體、漿料等）、灰渣的分離、合成氣的凈化、熱量回收等。再從合成的角度看，我們把原料輸送、氣化、除渣、熱量回收、凈化等單元操作、設備與機械等有機地結合起來，輔以信息交換與控制，就會形成煤氣化工藝的概念設計，實現(xiàn)確定的目標。

編輯推薦

《現(xiàn)代煤化工技術叢書:煤炭氣化技術》為“十一五”國家重點圖書。在工藝過程分析、氣化過程原理闡述的基礎上，比較各種氣化過程的優(yōu)劣，給出自主創(chuàng)新的煤炭氣化實例。

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