煤炭氣化技術(shù)

前言

2008年，中國(guó)的煤炭產(chǎn)量高達(dá)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(lái)，在中國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)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(guó)的電力結(jié)構(gòu)中，燃煤發(fā)電一直占主導(dǎo)地位，比例約為77％；中國(guó)的化工原料結(jié)構(gòu)中，煤炭占一半以上。中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)到2010年全國(guó)煤炭需求量在30億噸以上，而中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院通過(guò)戰(zhàn)略研究預(yù)計(jì)，到2050年，煤在中國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例中仍將高居首位，占409／6以上，這一比例對(duì)應(yīng)的煤量為37.8億噸，比2010年的需求量多26％。由此可見(jiàn)，無(wú)論是比例還是數(shù)量，在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和化工原料結(jié)構(gòu)很難改變。事實(shí)上，根據(jù)2008年BP公司的報(bào)告，在化石能源中，無(wú)論是中國(guó)還是世界，煤的儲(chǔ)采比（中國(guó)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(fèi)結(jié)構(gòu)中僅占28％，低于石油的369／6，但“煤炭在未來(lái)50年將繼續(xù)是世界的主要能源之一”（英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席Mar’tinRees，路透社2008年6月10日）；“越來(lái)越多的化學(xué)制品公司正在將煤作為主要原料”（美國(guó)《化工新聞》高級(jí)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(shù)的落后，煤在作為主要能源和化工原料的同時(shí)也是環(huán)境的主要污染源。據(jù)中國(guó)工程院的資料，2006年，我國(guó)排放的S02和NO2的總量達(dá)4000萬(wàn)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(guò)程，除對(duì)大氣污染外，其廢水、廢渣對(duì)環(huán)境的影響也十分嚴(yán)重。據(jù)荷蘭環(huán)境署統(tǒng)計(jì)，2006年中國(guó)的CO2排放量為6.2Gt，而2007年又增加了8％。雖然我國(guó)的人均CO2排放量遠(yuǎn)低于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，但由于化石能源的碳強(qiáng)度系數(shù)高（據(jù)日本能源統(tǒng)計(jì)年鑒，按噸（煤）計(jì)算：煤排放2.66tCO2，石油排放2.02tC02，天然氣排放1.47tc02）和我國(guó)較長(zhǎng)時(shí)期仍以化石能源為主（中國(guó)科學(xué)院數(shù)據(jù)，到2050年，化石能源在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)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(duì)世界，特別是對(duì)中國(guó)，無(wú)疑是一種兩難選擇?？上驳氖?，“發(fā)展煤化工，開(kāi)發(fā)和推廣潔凈煤技術(shù)是解決兩難的現(xiàn)實(shí)選擇”已成為人們的共識(shí)并取得重要進(jìn)展。遺憾的是，在石油價(jià)格一度不斷飆升的情況下，由于缺乏政策引導(dǎo)、科學(xué)規(guī)劃，煤化工出現(xiàn)了不顧原料資源、市場(chǎng)需求、技術(shù)優(yōu)劣等客觀條件盲目發(fā)展的勢(shì)頭。

內(nèi)容概要

　　《煤炭氣化技術(shù)》是現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書(shū)之一?！睹禾繗饣夹g(shù)》立足于國(guó)內(nèi)外煤氣化的最新研究進(jìn)展，涉及煤氣化過(guò)程涉及的各項(xiàng)內(nèi)容，既有工藝分析，又有理論研究。全書(shū)共分為10章，分別是煤氣化過(guò)程分析、煤氣化過(guò)程的物理化學(xué)基礎(chǔ)、爐內(nèi)射流與湍流多相流動(dòng)、湍流混合及其對(duì)復(fù)雜氣化反應(yīng)的影響、煤的成漿特性及煤漿制備、煤氣化過(guò)程中的原料輸送、氣化爐內(nèi)熔渣流動(dòng)與沉積、氣流床氣化過(guò)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(shù)》適用于從事煤轉(zhuǎn)化和煤化工科研、設(shè)計(jì)生產(chǎn)的工程技術(shù)人員，也可供部分大專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生作為專(zhuān)業(yè)用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

作者：王輔臣，華東理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江學(xué)者，國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家。參與研制的“多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)”榮獲2007年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

第1章 煤氣化過(guò)程分析1.1 煤氣化工藝過(guò)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(guò)程的共性1.1.5 氣化與燃燒的比較1.2 固定(移動(dòng))床氣化工藝1.2.1 固定(移動(dòng))床氣化過(guò)程的工藝特點(diǎn)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(guò)程的工藝特點(diǎn)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(yùn)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(guò)程的工藝特點(diǎn)1.4.2 氣流床氣化過(guò)程層次機(jī)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(jí)給氧氣化技術(shù)1.4.13新型多噴嘴對(duì)置氣化工藝1.5 氣化工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(yīng)性1.6.2 合成氣的處理1.6.3 原料消耗1.6.4 生產(chǎn)強(qiáng)度1.6.5 煤氣化技術(shù)選擇的基本原則1.7 煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.7.1 煤氣化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題1.7.2 大型化的技術(shù)途徑1.7.3 高溫煤氣顯熱回收的技術(shù)途徑1.7.4 提高煤種適應(yīng)性的技術(shù)途徑1.7.5 其他煤氣化技術(shù)參考文獻(xiàn)第2章 煤氣化過(guò)程的物理化學(xué)基礎(chǔ)2.1 煤的結(jié)構(gòu)特性及其對(duì)氣化過(guò)程的影響2.1.1 煤的結(jié)構(gòu)特性2.1.2 煤的結(jié)構(gòu)特性對(duì)氣化過(guò)程的影響2.2 煤氣化過(guò)程動(dòng)力學(xué)2.2.1 煤的熱解2.2.2 煤氣化過(guò)程中的燃燒反應(yīng)2.2.3 煤焦的氣化反應(yīng)2.3 煤氣化過(guò)程的熱力學(xué)平衡模型2.3.1 煤氣化過(guò)程的獨(dú)立反應(yīng)的確定2.3.2 氣化過(guò)程的熱力學(xué)平衡2.3.3 熱力學(xué)平衡模型的基本方程2.4 氣化過(guò)程的平衡計(jì)算與討論2.4.1 平衡計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值的比較2.4.2 平衡條件下工藝條件對(duì)水煤漿氣化過(guò)程的影響2.4.3 平衡條件下工藝條件對(duì)干煤粉氣化過(guò)程的影響2.4.4 氣化過(guò)程中工藝條件的選擇參考文獻(xiàn)第3章 爐內(nèi)射流與湍流多相流動(dòng)3.1 自由射流3.1.1 卷吸機(jī)理3.1.2 自由射流的發(fā)展3.1.3 湍流自由射流計(jì)算3.2 復(fù)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(dòng)力學(xué)特征3.3.3 多相湍流的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)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(dòng)數(shù)值模擬方法3.4.2 單噴嘴受限多相射流的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬3.4.3 多噴嘴對(duì)置式氣化爐流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬3.4.4 Shell氣化爐流場(chǎng)3.5 流化床氣化爐內(nèi)的流體流動(dòng)3.5.1 流化床的基本概念3.5.2 流化床簡(jiǎn)化模型3.5.3 流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)3.5.4 流化床中的傳質(zhì)傳熱參考文獻(xiàn)第4章 湍流混合及其對(duì)復(fù)雜氣化反應(yīng)的影響4.1 湍流與混合4.1.1 混合機(jī)理4.1.2 混合特性4.1.3 湍流、混合與化學(xué)反應(yīng)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(shí)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(guò)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(guò)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(duì)氣流床氣化過(guò)程的影響參考文獻(xiàn)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(shù)基礎(chǔ)5.1.3 水煤漿的應(yīng)用5.2 水煤漿的成漿性及其影響因素5.2.1 煤質(zhì)對(duì)成漿性的影響5.2.2 煤的成漿濃度經(jīng)驗(yàn)公式5.2.3 煤粉粒度分布對(duì)成漿性的影響5.2.4 添加劑對(duì)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(jī)理5.3.2 穩(wěn)定劑及其作用機(jī)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(lèi)及基本過(guò)程5.4.2 典型制漿工藝5.4.3 制漿主要設(shè)備參考文獻(xiàn)第6章 煤氣化過(guò)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(guò)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(duì)氣力輸送的影響6.2.6 粉煤流動(dòng)特性參數(shù)參考文獻(xiàn)第7章 氣化爐內(nèi)熔渣流動(dòng)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(duì)灰熔點(diǎn)的影響7.1.3 灰熔點(diǎn)的預(yù)測(cè)……第8章 氣流床氣化過(guò)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(guò)程的復(fù)雜性和工藝流程的多樣性，本節(jié)將從過(guò)程合成與分析的角度，對(duì)煤氣化工藝過(guò)程進(jìn)行分析。目的有二：①熟悉過(guò)程合成的方法論，從方法論的角度來(lái)駕馭煤氣化過(guò)程；②理解煤氣化過(guò)程的多樣性，工藝過(guò)程的合成沒(méi)有唯一解，而有多種解，諸多工藝方案都是問(wèn)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(guò)程或問(wèn)題分解成若干單元加以研究，合成是將各個(gè)單元組合成一個(gè)整體，從而產(chǎn)生一個(gè)過(guò)程，分析和合成是相互作用、相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)又相互制約的。如何從分析和合成的角度來(lái)認(rèn)識(shí)煤氣化過(guò)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(wèn)題的起點(diǎn)或解決問(wèn)題的要求，從原理上講它是合理的，是可以實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步就是來(lái)尋找實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的前提，對(duì)于煤氣化過(guò)程，這些前提無(wú)非是：氣化反應(yīng)器（氣化爐）、溫度、壓力、反應(yīng)狀態(tài)、組成、流量等。再把這些前提視為結(jié)果，繼續(xù)尋找實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果的前提，這些前提應(yīng)當(dāng)是：氣化爐的具體形式（固定床、流化床、氣流床等）、適宜的反應(yīng)條件（溫度、壓力、流動(dòng)形態(tài)）、原料的性質(zhì)（褐煤、煙煤、無(wú)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?gòu)暮铣傻慕嵌瓤?，我們把原料輸送、氣化、除渣、熱量回收、凈化等單元操作、設(shè)備與機(jī)械等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，輔以信息交換與控制，就會(huì)形成煤氣化工藝的概念設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)確定的目標(biāo)。

編輯推薦

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書(shū):煤炭氣化技術(shù)》為“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)。在工藝過(guò)程分析、氣化過(guò)程原理闡述的基礎(chǔ)上，比較各種氣化過(guò)程的優(yōu)劣，給出自主創(chuàng)新的煤炭氣化實(shí)例。

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