精品课程 专业设置 教学活动 课程建设 实验室建设 教务系统 精品课程 【应用化工系】煤气化生产技术--习题 第一章 绪论 一、 选择题 1、下列属于化石能源的是（石油、天然气 、煤炭 ） 2、最大的煤生产和消费国是（中国 ） 3、下列能源属于二次能源的是（城市煤气） 4、民用燃气的热值一般为（4620kg/m3 ） 5、二次世界大战后，煤炭汽化工业发展缓慢的原因是（石油和天然气的发展） 6、下列属于新型煤化工特点的是（煤炭-能源-化工一体化 ） 7、下列属于碳一化学品的是（CO 、CO2 、 CH3OH 、HCHO ） 8、下列说法正确的是（煤气化产物不是煤化工的最终产品） 9、煤属于（混合物 ） 10、城市煤气要求CO低的原因是（CO有毒 ） 二、 复习思考题 1、何为煤化工？ 答：煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。 2、什么是煤气化？包含的内容有那些，有什么特点？ 答：煤的气化是煤或煤焦与气化剂在高温下发生化学反应将埭或煤焦中有机物转变为煤气的过程。 煤炭气化技术广泛应用于下列领域。 (1)作为工业燃气 (2)作为民用煤气 (3)作为化工合成和燃料油合成的原料气 (4)作为冶金用还原气 (5)作为联合循环发电的燃气 (6)作煤炭气化燃料电池 (7)煤炭气化制氢 (8)煤炭液化的气源 3、试述煤炭气化产品——煤气为原料，说明碳一化学的发展方向和趋势。 答：碳-化学是以含有一个碳原子的物质(如CO、CO2、CH3、CH3OH、HCHO)为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工生产过程。 碳-化学是一个很大的领域，其产品包括由合成气台成燃料、甲醇及系列产品，合成低碳醇、醋酸及系列产品，合成低碳烯烃、燃料添加剂等方面。 4、煤炭气化工艺课程的学习内容有那些？本课程与本专业主要专业基础课、专业课有何区别和联系。 答：具体内容可分为以下几部分。 ①气化原理。讨论气化方法、气化热力学、动力学过程对气化过程的影响。 ②煤炭性质对气化的影响。介绍了煤种及煤质对气化的影响a ③气化炉。讨论各类气化炉结构特点、工艺流程、工艺条件选择对气化的影响等。 ④气化炉的操作管理。介绍了气化过程中如何正常、安全、经济地操作、调控方法及参数选定等。 ⑤煤气的净化。讨论了气化产品——煤气的净化方法、流程及典型设备。 ⑥F- T合成原理。介绍F T合成生产原理和典型工艺流程。 ⑦碳一化学及其应用。根据新型煤化工发展趋势，以台成气合成化工原料、精细化工原料为重点，结合碳一化学发展及应用作了介绍。 第二章 试题 一、 选择题： 1、 煤气的有效成分是（CO ） 2、地面气化和地下气化的区别是（ 对环境的破坏不同） 3、关于内热式和外热式煤气化的说法对的是（ 目前煤气化主要采用前者） 4、下列煤气只是采用水蒸气做气化剂的是（半水煤气 ） 5、移动床汽化就是（固定床气化） 6、下列反应属于一次反应的是（C+O2=CO2 、C+H2O=CO+H2 ） 7、粗煤气组成与气化压力的关系是（气化压力上升，CH4含量上升 ） 二、简答题 1、什么是煤炭的汽化? 2、什么是固定床气化? 3、什么是流化床气化? 4、什么是气流床气化? 5、什么是熔浴床气化? 6、煤炭气化技术广泛应用于下列领域? 7、简述深层地下煤炭气化工艺. 8、煤的气化过程发生哪些主要的化学反应. 9、简述发展我国煤炭气化技术的战略. 10、煤和木炭、焦炭组成有什么不同？ 11、煤的结构? 12、什么叫煤的干馏？煤的干馏是物理变化还是化学变化？ 13、煤的干馏产物有哪些？ 14、煤制气与天然气成分、热值？ 15、煤气发生炉反应机理。 16、煤制气过程中产生的污染物是什么? 第二章 答案 二、简答题 1、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。 2、答案: 在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 3、答案: 是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。 4、答案: 它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100μm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 5、答案: 它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。 6、答案: 1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。 2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。 3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。 化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。 4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。 5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。 6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。 7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。 8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。 7.答案: 技术是一种深层地下煤炭气化工艺方法，其工艺方法步骤包括在待气化的煤层建设地下气化炉、在地下气化炉的一端钻设与地面连通的进气通道、在地下气化炉的另一端钻设与地面连通的出气通道，然后通过点火装置点燃气化炉内煤层，并对产生的煤气进行收集和处理，其中，气化炉外钻设有排水孔，排水孔一端伸出地面，另一端与地下气化炉的钻孔联通，以构成地下气化炉的排水系统，其中所述排水孔的孔底低于气化炉底10米以上，并作水封措施。藉此，可以明显提高地下气化炉排水效力，并节省大量能源，降低煤气生产成本。 8、答案 C+O2→CO2 394.1kJ/mol C+H2O→H2＋CO -135.0kJ/mol C＋ O2→CO 110.4kJ/mol C+2H2O→2H2＋CO2 -96.6KJ/mol C＋2H2→CH4 84.3kJ/mol C+CO2 → 2C0 +173.3 kJ／mol 2CO+O2 → 2C02 -566.6kJ／ mol CO+H20 → H2+C02 -38.4kJ／mol CO+3H2 → CH4+H20 -219.3kJ／mol 3C+2H20 → CH4+2C0 +185.6 kI／mo1 2C+2H20 → CH4+C02 +12.2kJ／mo1 9、答案: 水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳、氢，燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、CO2和NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导:压缩比可达12.5。热效率提高20－40％、功率提高15％、燃耗降低30％。有毒，工业上用作燃料，又是化工原料。将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气（主要成分是CO和H2），化学方程式为C+H2O=CO+H2。煤气厂常在家用水煤气中特意掺入少量难闻气味的气体，目的是CO和H2为无色无味气体，当煤气泄漏时能闻到及时发现。 10、答案: 我国发展煤炭气化技术的总体目标是基于我国煤炭自身的特点，形成具有自主知识产权的产业化技术，为新型煤化工和能源转化提供满足不同需要的龙头技术。 常压固定床气化技术只能在现有基础上挖潜改造，应有条件地放弃进一步使用。加压固定床气化技术因受到煤种资源影响和煤气处理费用高而限制其用途。使用活性高的粉煤为原料的加压流化床技术，目前在开发和使用上有些问题尚未得到很好解决。相对而言，加压气流床气化工艺在大型煤炭气化工艺研究及开发中处于优势地位，也符合目前世界上煤炭气化技术的发展趋势。 我国煤炭气化的发展要顺应国际上煤炭气化技术的发展趋势，并要结合中国的国情，重点应放在大型、高效、对环境友好、易于工业化的气流床气化技术的开发和应用。加速开发和应用具有自主知识产权的加压气流床气化技术不仅迫在眉睫，而且时机成熟。 国内自主知识产权的新型煤气化示范装置已在建设之中，技术特点是：四喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。待示范成功，将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面，为发展我国的洁净煤技术奠定良好的基础。 11. 答案:煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分是炭单质，所以木炭、焦炭易燃烧，而煤不易燃烧。 12. 答案：煤的主要组成部分是有机物质，所以煤的分子结构具有有机化合物的特有结构。不同煤种、同种煤不同地区、同一地区不同煤层，它们结构都有很大差别。关于煤分子结构的认识，至今还有待于完善与发展。但通过各种分析、测定，证明煤的结构的基本单位是以缩合芳环为主体的周围联接有很多烃类的侧链、“-O-”键和各种官能团的高分子。缩合芳环类似石墨结构，碳原子都在一个平面上，形成平面网结构，侧链和“-O-”键又将碳网在空间以不同角度互相联接起来，构成了煤的复杂、不规则的空间结构。缩合芳环主要由C构成，O、S、N、H等元素主要在侧链上。随变质程度加深，煤的基本结构单位——六碳环平面网变大，排列逐步规则化，侧链逐渐减少，变短。煤的一种结构示意图如图4-12所示。 13.答案:将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏，也叫煤的焦化。属于化学变化。 14. 答案:焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭 15、答案:煤气因来源不同，有不同的名称：把煤干馏而得的气体叫焦炉煤气；把煤(或焦炭)在不完全条件下燃烧可得到发生炉煤气；若高温的炭与水蒸气作用，能得到水煤气；炼铁高炉排出的气体中还有相当多的可燃成分，叫高炉煤气。发生炉煤气和高炉煤气主要是一氧化碳；焦炉煤气则富含氢气、甲烷，还有一氧化碳；水煤气主要是一氧化碳和氢气。北京煤制管道气的热值是4000大卡/立方米。 天然气分为两种：一种是含甲烷多的称为干天然气(干气)，通常含甲烷80～99%(体积)，个别气田的甲烷含量可高达99.8%。另一种是除含甲烷以外，还含有较多的乙烷、丙烷、丁烷的气体，称为湿天然气(湿气)，或称多油天然气。天然气热值9227大卡/立方米。 16、煤气发生炉反应机理。 煤气发生炉的原料是低硫份、弱粘结性块煤，块煤主要成分有固定碳、挥发份、灰份和水份。 块煤在煤气发生炉中与水蒸气、空气在一定的温度下进行氧化还原反应，生成可燃气体：一氧化碳、氢气、甲烷和碳氢化合物，也生成CO2和大量未起反应的氮气。由于煤块质量好坏和操作条件的变化，产出的煤气组分也不同，每一标准立方米煤气热值一般在1200～1450kcal / Nm3。 块煤在煤气发生炉中分层进行着氧化还原反应： （一）、干燥层：煤与煤气接触，使煤中水分得到蒸发。 （二）、干馏层：燃料煤发生热分解，放出挥发分。 （三）、气化层分为氧化层与还原层，是煤气发生炉的主要反应区域，煤与气化剂发生剧烈的反应（以通空气作为气化剂） a、氧化层 2C+O2→2CO+热Q 2CO+O2→2CO2+热Q C+O2→CO2 由此可见，空气中氧浓度减低了，发生炉中的CO2浓度就增高，若O2的浓度最低，则CO2的浓度最高。 b、还原层 CO2+O2→2CO－热Q ， CO2浓度下降则O2浓度增加；反应热量从氧化层带入，若还原反应速度慢，则该层较厚； （三）、渣层 预热和均布氧化剂，保护炉篦和灰盘； （四）、以水蒸汽作气化时，气化层中无氧化层，可把气化层分为上下二层： 下层为主还原层 C+2H2O→CO2+2H2－Q C+H2O→CO+H2－Q 上层为次还原层 CO+H2O→CO2+H2+Q C+2H2 →CH4+Q 在不同温度下，C与H2O蒸气反应达到平衡，当温度到较高时，H2、CO含量达到等量，温度越高越有利于优质煤气的生成。 （五）、当空气与水蒸汽同时通入燃料层时C与O2反应，C将同时与空气、水蒸气起反应，我们目前安装的煤气发生炉就是同时通入空气和水蒸气的炉型。 煤气炉升到一定温度后，通入水蒸气与空气的混合气，与热煤层反应生成含有H2、CO、CH4等可燃气体，称发生炉煤气。同时也包括大量未起反应的氮气和生成CO2气，这种煤气虽然热值较低，但能广泛地应用于工业炉窑，作为加热的热源。 17、答案:煤制气分为焦炉煤气、高炉煤气和发生炉煤气（水煤气）三种。煤气制备过程中，会产生一氧化碳、硫化氢、酚类和氰化物等有毒有害气体。煤气冷却时产生的废水统称为“酚水”。酚水的主要污染物为酚和氰化物，浓度较高，有一定的毒性。制气过程中馏去的煤焦油是一种致癌物质，属危险废物。硫化氢、酚类和焦油的挥发成分带有强烈的臭味，产生恶臭。 第三章 试题 一、填空题 1、 叫做植物的成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段即 和 。 2、不同煤种的组成和性质相差是非常太的，即使是同一煤种，由于成煤的条件不同，性质的差异也较大。 、 以及 之间的差异，会直接影响和决定煤炭气化过程工艺条件的选择，也会影响煤炭气化的结果。 3、无烟煤、焦炭、半焦和贫煤作为气化用煤的主要特性是 。 4、烟煤作为气化用煤的主要特性是 。 5、煤气的发热值是指 。 6、压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高，同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于 。 7、煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生成氢，这一反应 （填吸收或放出）大量的热量，该热量是通过 来维持。 8、煤中的水分存在形式有三种，包括 、 、 . 9、煤中的水分和 有关，随煤的变质程度加深而呈规律性变化；即从泥炭、褐煤、烟煤、年轻无烟煤，水分 ，而从年轻无烟煤到年老无烟煤，水分又增加。 10、所谓的气化效率是指 ， 气化效率能够反映总能量的有效利用程度。 11、一般地，从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在 左右，常压气化炉在 左右，对于液态排渣的气化炉，常在 以下。 12、煤中的硫以 和 的形式存在，中国各地煤田的煤中硫含量都比较 ，太多在 以下。 13、简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。即 、 、 温度，对煤炭气化而言，一般用 作为原料灰熔融性的主要指标。 14、燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指 。一般以 的还原系数来表示，如下式所示： 二、判断题 1、褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程叉叫做变质作用。（ ） 2、无烟煤这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。 （ ） 3、褐煤气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较高的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融. （ ） 4、一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。 （ ） 5、焦油产率与煤种性质有关：一般地说，变质程度较深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤．其焦油产率却更低。 （ ） 6、加压气化对炉温的要求比常压气化炉高，而炉身一般比常压气化炉低，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。 （ ） 7、低灰的煤种有利于煤的气化生产，能提高气化效率、生产出优质煤气，但低灰煤价格高，使煤气的综合成本上升。 （ ） 8、煤的挥发分产率与煤的变质程度有密切的关系。随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐升高。 （ ） 9、煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。 （ ） 10、煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率升高。 （ ） 三、简答题 1、气化用煤分为哪几类？各有什么特点? 2、什么是煤气的低发热值和高发热值? 3、煤气的发热值与煤种及气化压力有什么关系？ 4、一般地，在气化褐煤和无烟煤时，褐煤的氧耗比无烟煤的高，筒述其理由 5、煤中的水分有哪几种形态?煤中水分含量太高，对气化有何影响? 6、什么是煤的灰分？灰含量高对气化有什么影响? 7、什么是煤的挥发分产率？说明几种常用煤的挥发分的大致范围。 8、什么是煤的灰熔点，灰熔点的高低对气化有什么影响？ 9、什么是煤的反应性，煤的反应性对气化有什么影响? 四、综合题 1、煤的粒度对气化过程有什么影响? 2、煤种对煤气产率有何影响？ 第三章 试题库答案 一、填空题 1、 泥炭化阶段，煤化阶段。 2、煤结构、组成、变质程度 3、气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低 4、气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高 5、指标准状态下1m3煤气在完全燃烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 6、随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低 7、吸收，炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量 8、外在水分，内在水分，结晶水 9、变质程度，逐渐减少 10、制得的煤气的热值与所使用的燃料的热值之比 11、5％，15％，2％ 12、有机硫，无机硫，低，l％ 13、变形温度，软化温度，流动温度，软化温度 14、燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力，二氧化碳 二、判断题 1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、√ 8、× 9、√ 10、× 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，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。 第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。 第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。 第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。 2、煤气的发热值是指标准状态下1m3煤气在完全燃烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 3、煤气的发热值与煤种的关系如下：由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低，煤气发热值逐渐降低，即煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。 煤气的发热值与气化压力的关系如下：压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高。 4、不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从55％～62％增至88.98％，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大. 固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多. 褐煤是变质程度较低的煤, 无烟煤是变质程度高的煤，所以在气化褐煤和无烟煤时，褐煤的氧耗比无烟煤的高 5、煤中的水分存在形式有三种，包括外在水分、内在水分和结晶水。 对常压气化来讲，气化用煤中水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入干馏层，影响了干馏的正常进行，而没有彻底干馏的煤进人气化段后，又会降低气化段的温度，使得甲烷的生成反应和二氧化碳、水蒸气的还原反应速度显著减小，降低了煤气的产率和气化效率。 加压气化对炉温的要求比常压气化炉低，而炉身一般比常压气化炉高，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。 对固定床来说，煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉堞气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。 采用流化床和气流床气化时，固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性．因而规定煤的含水量小于5％。尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法加料时，要求原料煤的水分含量应小于2％。 6、煤的灰分是指将一定量的煤样在800oC的条件下完全燃烧，残余物即灰分，表明了煤中矿物质含量的太小。 （1）煤中灰分高，增加了运输的费用， （2）煤中灰分高对气化过程有许多不利的影响。 a.气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率 b.同时灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。 c.此外，随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降。 7、煤的挥发分挥发分是指煤在加热时．有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率，挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。于馏煤气中含有氢、一氧化碳、二氧化碳和轻质烃类。 不同煤种的挥发分产率 煤 种 挥发分产率Vdaf／％ 煤 种 挥发分产率Vdaf／％ 泥炭 褐煤 接近 70 41.0～67.0 烟煤 焦煤 瘦煤 贫煤 26～18 18～12 17 烟煤 长焰煤 气煤 肥煤 42 44～35 35～26 无烟煤 10～2 8、简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。开始变形，习惯上称开始变形温度，用T1来表示；灰软化，相应的温度称软化温度，用T2表示；灰分开始流动，相应的温度称流动温度，用T3表示，对煤炭气化而言，一般用软化温度T2作为原料灰熔融性的主要指标。 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。 （1）一般用于固态排渣气化炉的煤，在气化时不能出现结渣，其灰熔点应大于1250°C，液态排渣却相反，灰熔点越低越好，但要保证有一定的流动性，其黏度应小于25Pa·s，黏度太大，液渣的流动性变差，还有可能出现结渣。 （2）采用液态排渣的气化炉，可以对入炉煤采用混配的方法，对一些高黏度灰渣的煤，可以混配一些低黏度灰渣的煤，达到液态排渣的要求。也可以通过添加一定的助溶剂提高液渣的流动性，炼铁高炉和空气煤气发生炉即属于这种情况。高炉生产过程使用的原料有矿石、焦炭和熔剂。矿石中的废石和焦炭中的灰分在高温下都熔融成液体，以液渣的形式排出炉外。采用碳酸钙作助熔剂，在碳酸钙高温分解成碱性氧化钙的作用下，矿石和灰分在1150～1250"C时就可以形成熔融的物质。 9、燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力。一般以二氧化碳的还原系数来表示，如下式所示： 反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低。主要煤起始温度分别为：褐煤，大约650C；焦炭，843C。 煤的起始反应温度低，气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。通常来讲，高反应性的褐煤比反应性差的烟煤氧耗量低约50%。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原煤时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。 四、综合题 1、 1）粒度大小与比表面间的关系 煤的粒度越小，其比表面积越大。气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。 2）粒度大小与传热的关系 煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。 3）粒度大小与生产能力间的关系 煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使其化炉的气化效率下降。 4）粒度大小对各项气化指标的影响 通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加，气化炉的生产能力下降。 2、 在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值不同，组成也不同。同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低. （2）对煤气产率的影响 一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。例如，在气化泥煤时煤中有20％的碳被消耗在生成焦油上；气化无烟煤时这种消耗却很少。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快， 返回
【应用化工系】煤气化生产技术--习题 第一章 绪论 一、 选择题 1、下列属于化石能源的是（石油、天然气 、煤炭 ） 2、最大的煤生产和消费国是（中国 ） 3、下列能源属于二次能源的是（城市煤气） 4、民用燃气的热值一般为（4620kg/m3 ） 5、二次世界大战后，煤炭汽化工业发展缓慢的原因是（石油和天然气的发展） 6、下列属于新型煤化工特点的是（煤炭-能源-化工一体化 ） 7、下列属于碳一化学品的是（CO 、CO2 、 CH3OH 、HCHO ） 8、下列说法正确的是（煤气化产物不是煤化工的最终产品） 9、煤属于（混合物 ） 10、城市煤气要求CO低的原因是（CO有毒 ） 二、 复习思考题 1、何为煤化工？ 答：煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。 2、什么是煤气化？包含的内容有那些，有什么特点？ 答：煤的气化是煤或煤焦与气化剂在高温下发生化学反应将埭或煤焦中有机物转变为煤气的过程。 煤炭气化技术广泛应用于下列领域。 (1)作为工业燃气 (2)作为民用煤气 (3)作为化工合成和燃料油合成的原料气 (4)作为冶金用还原气 (5)作为联合循环发电的燃气 (6)作煤炭气化燃料电池 (7)煤炭气化制氢 (8)煤炭液化的气源 3、试述煤炭气化产品——煤气为原料，说明碳一化学的发展方向和趋势。 答：碳-化学是以含有一个碳原子的物质(如CO、CO2、CH3、CH3OH、HCHO)为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工生产过程。 碳-化学是一个很大的领域，其产品包括由合成气台成燃料、甲醇及系列产品，合成低碳醇、醋酸及系列产品，合成低碳烯烃、燃料添加剂等方面。 4、煤炭气化工艺课程的学习内容有那些？本课程与本专业主要专业基础课、专业课有何区别和联系。 答：具体内容可分为以下几部分。 ①气化原理。讨论气化方法、气化热力学、动力学过程对气化过程的影响。 ②煤炭性质对气化的影响。介绍了煤种及煤质对气化的影响a ③气化炉。讨论各类气化炉结构特点、工艺流程、工艺条件选择对气化的影响等。 ④气化炉的操作管理。介绍了气化过程中如何正常、安全、经济地操作、调控方法及参数选定等。 ⑤煤气的净化。讨论了气化产品——煤气的净化方法、流程及典型设备。 ⑥F- T合成原理。介绍F T合成生产原理和典型工艺流程。 ⑦碳一化学及其应用。根据新型煤化工发展趋势，以台成气合成化工原料、精细化工原料为重点，结合碳一化学发展及应用作了介绍。 第二章 试题 一、 选择题： 1、 煤气的有效成分是（CO ） 2、地面气化和地下气化的区别是（ 对环境的破坏不同） 3、关于内热式和外热式煤气化的说法对的是（ 目前煤气化主要采用前者） 4、下列煤气只是采用水蒸气做气化剂的是（半水煤气 ） 5、移动床汽化就是（固定床气化） 6、下列反应属于一次反应的是（C+O2=CO2 、C+H2O=CO+H2 ） 7、粗煤气组成与气化压力的关系是（气化压力上升，CH4含量上升 ） 二、简答题 1、什么是煤炭的汽化? 2、什么是固定床气化? 3、什么是流化床气化? 4、什么是气流床气化? 5、什么是熔浴床气化? 6、煤炭气化技术广泛应用于下列领域? 7、简述深层地下煤炭气化工艺. 8、煤的气化过程发生哪些主要的化学反应. 9、简述发展我国煤炭气化技术的战略. 10、煤和木炭、焦炭组成有什么不同？ 11、煤的结构? 12、什么叫煤的干馏？煤的干馏是物理变化还是化学变化？ 13、煤的干馏产物有哪些？ 14、煤制气与天然气成分、热值？ 15、煤气发生炉反应机理。 16、煤制气过程中产生的污染物是什么? 第二章 答案 二、简答题 1、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。 2、答案: 在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 3、答案: 是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。 4、答案: 它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100μm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 5、答案: 它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。 6、答案: 1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。 2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。 3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。 化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。 4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。 5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。 6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。 7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。 8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。 7.答案: 技术是一种深层地下煤炭气化工艺方法，其工艺方法步骤包括在待气化的煤层建设地下气化炉、在地下气化炉的一端钻设与地面连通的进气通道、在地下气化炉的另一端钻设与地面连通的出气通道，然后通过点火装置点燃气化炉内煤层，并对产生的煤气进行收集和处理，其中，气化炉外钻设有排水孔，排水孔一端伸出地面，另一端与地下气化炉的钻孔联通，以构成地下气化炉的排水系统，其中所述排水孔的孔底低于气化炉底10米以上，并作水封措施。藉此，可以明显提高地下气化炉排水效力，并节省大量能源，降低煤气生产成本。 8、答案 C+O2→CO2 394.1kJ/mol C+H2O→H2＋CO -135.0kJ/mol C＋ O2→CO 110.4kJ/mol C+2H2O→2H2＋CO2 -96.6KJ/mol C＋2H2→CH4 84.3kJ/mol C+CO2 → 2C0 +173.3 kJ／mol 2CO+O2 → 2C02 -566.6kJ／ mol CO+H20 → H2+C02 -38.4kJ／mol CO+3H2 → CH4+H20 -219.3kJ／mol 3C+2H20 → CH4+2C0 +185.6 kI／mo1 2C+2H20 → CH4+C02 +12.2kJ／mo1 9、答案: 水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳、氢，燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、CO2和NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导:压缩比可达12.5。热效率提高20－40％、功率提高15％、燃耗降低30％。有毒，工业上用作燃料，又是化工原料。将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气（主要成分是CO和H2），化学方程式为C+H2O=CO+H2。煤气厂常在家用水煤气中特意掺入少量难闻气味的气体，目的是CO和H2为无色无味气体，当煤气泄漏时能闻到及时发现。 10、答案: 我国发展煤炭气化技术的总体目标是基于我国煤炭自身的特点，形成具有自主知识产权的产业化技术，为新型煤化工和能源转化提供满足不同需要的龙头技术。 常压固定床气化技术只能在现有基础上挖潜改造，应有条件地放弃进一步使用。加压固定床气化技术因受到煤种资源影响和煤气处理费用高而限制其用途。使用活性高的粉煤为原料的加压流化床技术，目前在开发和使用上有些问题尚未得到很好解决。相对而言，加压气流床气化工艺在大型煤炭气化工艺研究及开发中处于优势地位，也符合目前世界上煤炭气化技术的发展趋势。 我国煤炭气化的发展要顺应国际上煤炭气化技术的发展趋势，并要结合中国的国情，重点应放在大型、高效、对环境友好、易于工业化的气流床气化技术的开发和应用。加速开发和应用具有自主知识产权的加压气流床气化技术不仅迫在眉睫，而且时机成熟。 国内自主知识产权的新型煤气化示范装置已在建设之中，技术特点是：四喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。待示范成功，将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面，为发展我国的洁净煤技术奠定良好的基础。 11. 答案:煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分是炭单质，所以木炭、焦炭易燃烧，而煤不易燃烧。 12. 答案：煤的主要组成部分是有机物质，所以煤的分子结构具有有机化合物的特有结构。不同煤种、同种煤不同地区、同一地区不同煤层，它们结构都有很大差别。关于煤分子结构的认识，至今还有待于完善与发展。但通过各种分析、测定，证明煤的结构的基本单位是以缩合芳环为主体的周围联接有很多烃类的侧链、“-O-”键和各种官能团的高分子。缩合芳环类似石墨结构，碳原子都在一个平面上，形成平面网结构，侧链和“-O-”键又将碳网在空间以不同角度互相联接起来，构成了煤的复杂、不规则的空间结构。缩合芳环主要由C构成，O、S、N、H等元素主要在侧链上。随变质程度加深，煤的基本结构单位——六碳环平面网变大，排列逐步规则化，侧链逐渐减少，变短。煤的一种结构示意图如图4-12所示。 13.答案:将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏，也叫煤的焦化。属于化学变化。 14. 答案:焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭 15、答案:煤气因来源不同，有不同的名称：把煤干馏而得的气体叫焦炉煤气；把煤(或焦炭)在不完全条件下燃烧可得到发生炉煤气；若高温的炭与水蒸气作用，能得到水煤气；炼铁高炉排出的气体中还有相当多的可燃成分，叫高炉煤气。发生炉煤气和高炉煤气主要是一氧化碳；焦炉煤气则富含氢气、甲烷，还有一氧化碳；水煤气主要是一氧化碳和氢气。北京煤制管道气的热值是4000大卡/立方米。 天然气分为两种：一种是含甲烷多的称为干天然气(干气)，通常含甲烷80～99%(体积)，个别气田的甲烷含量可高达99.8%。另一种是除含甲烷以外，还含有较多的乙烷、丙烷、丁烷的气体，称为湿天然气(湿气)，或称多油天然气。天然气热值9227大卡/立方米。 16、煤气发生炉反应机理。 煤气发生炉的原料是低硫份、弱粘结性块煤，块煤主要成分有固定碳、挥发份、灰份和水份。 块煤在煤气发生炉中与水蒸气、空气在一定的温度下进行氧化还原反应，生成可燃气体：一氧化碳、氢气、甲烷和碳氢化合物，也生成CO2和大量未起反应的氮气。由于煤块质量好坏和操作条件的变化，产出的煤气组分也不同，每一标准立方米煤气热值一般在1200～1450kcal / Nm3。 块煤在煤气发生炉中分层进行着氧化还原反应： （一）、干燥层：煤与煤气接触，使煤中水分得到蒸发。 （二）、干馏层：燃料煤发生热分解，放出挥发分。 （三）、气化层分为氧化层与还原层，是煤气发生炉的主要反应区域，煤与气化剂发生剧烈的反应（以通空气作为气化剂） a、氧化层 2C+O2→2CO+热Q 2CO+O2→2CO2+热Q C+O2→CO2 由此可见，空气中氧浓度减低了，发生炉中的CO2浓度就增高，若O2的浓度最低，则CO2的浓度最高。 b、还原层 CO2+O2→2CO－热Q ， CO2浓度下降则O2浓度增加；反应热量从氧化层带入，若还原反应速度慢，则该层较厚； （三）、渣层 预热和均布氧化剂，保护炉篦和灰盘； （四）、以水蒸汽作气化时，气化层中无氧化层，可把气化层分为上下二层： 下层为主还原层 C+2H2O→CO2+2H2－Q C+H2O→CO+H2－Q 上层为次还原层 CO+H2O→CO2+H2+Q C+2H2 →CH4+Q 在不同温度下，C与H2O蒸气反应达到平衡，当温度到较高时，H2、CO含量达到等量，温度越高越有利于优质煤气的生成。 （五）、当空气与水蒸汽同时通入燃料层时C与O2反应，C将同时与空气、水蒸气起反应，我们目前安装的煤气发生炉就是同时通入空气和水蒸气的炉型。 煤气炉升到一定温度后，通入水蒸气与空气的混合气，与热煤层反应生成含有H2、CO、CH4等可燃气体，称发生炉煤气。同时也包括大量未起反应的氮气和生成CO2气，这种煤气虽然热值较低，但能广泛地应用于工业炉窑，作为加热的热源。 17、答案:煤制气分为焦炉煤气、高炉煤气和发生炉煤气（水煤气）三种。煤气制备过程中，会产生一氧化碳、硫化氢、酚类和氰化物等有毒有害气体。煤气冷却时产生的废水统称为“酚水”。酚水的主要污染物为酚和氰化物，浓度较高，有一定的毒性。制气过程中馏去的煤焦油是一种致癌物质，属危险废物。硫化氢、酚类和焦油的挥发成分带有强烈的臭味，产生恶臭。 第三章 试题 一、填空题 1、 叫做植物的成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段即 和 。 2、不同煤种的组成和性质相差是非常太的，即使是同一煤种，由于成煤的条件不同，性质的差异也较大。 、 以及 之间的差异，会直接影响和决定煤炭气化过程工艺条件的选择，也会影响煤炭气化的结果。 3、无烟煤、焦炭、半焦和贫煤作为气化用煤的主要特性是 。 4、烟煤作为气化用煤的主要特性是 。 5、煤气的发热值是指 。 6、压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高，同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于 。 7、煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生成氢，这一反应 （填吸收或放出）大量的热量，该热量是通过 来维持。 8、煤中的水分存在形式有三种，包括 、 、 . 9、煤中的水分和 有关，随煤的变质程度加深而呈规律性变化；即从泥炭、褐煤、烟煤、年轻无烟煤，水分 ，而从年轻无烟煤到年老无烟煤，水分又增加。 10、所谓的气化效率是指 ， 气化效率能够反映总能量的有效利用程度。 11、一般地，从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在 左右，常压气化炉在 左右，对于液态排渣的气化炉，常在 以下。 12、煤中的硫以 和 的形式存在，中国各地煤田的煤中硫含量都比较 ，太多在 以下。 13、简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。即 、 、 温度，对煤炭气化而言，一般用 作为原料灰熔融性的主要指标。 14、燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指 。一般以 的还原系数来表示，如下式所示： 二、判断题 1、褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程叉叫做变质作用。（ ） 2、无烟煤这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。 （ ） 3、褐煤气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较高的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融. （ ） 4、一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。 （ ） 5、焦油产率与煤种性质有关：一般地说，变质程度较深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤．其焦油产率却更低。 （ ） 6、加压气化对炉温的要求比常压气化炉高，而炉身一般比常压气化炉低，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。 （ ） 7、低灰的煤种有利于煤的气化生产，能提高气化效率、生产出优质煤气，但低灰煤价格高，使煤气的综合成本上升。 （ ） 8、煤的挥发分产率与煤的变质程度有密切的关系。随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐升高。 （ ） 9、煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。 （ ） 10、煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率升高。 （ ） 三、简答题 1、气化用煤分为哪几类？各有什么特点? 2、什么是煤气的低发热值和高发热值? 3、煤气的发热值与煤种及气化压力有什么关系？ 4、一般地，在气化褐煤和无烟煤时，褐煤的氧耗比无烟煤的高，筒述其理由 5、煤中的水分有哪几种形态?煤中水分含量太高，对气化有何影响? 6、什么是煤的灰分？灰含量高对气化有什么影响? 7、什么是煤的挥发分产率？说明几种常用煤的挥发分的大致范围。 8、什么是煤的灰熔点，灰熔点的高低对气化有什么影响？ 9、什么是煤的反应性，煤的反应性对气化有什么影响? 四、综合题 1、煤的粒度对气化过程有什么影响? 2、煤种对煤气产率有何影响？ 第三章 试题库答案 一、填空题 1、 泥炭化阶段，煤化阶段。 2、煤结构、组成、变质程度 3、气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低 4、气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高 5、指标准状态下1m3煤气在完全燃烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 6、随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低 7、吸收，炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量 8、外在水分，内在水分，结晶水 9、变质程度，逐渐减少 10、制得的煤气的热值与所使用的燃料的热值之比 11、5％，15％，2％ 12、有机硫，无机硫，低，l％ 13、变形温度，软化温度，流动温度，软化温度 14、燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力，二氧化碳 二、判断题 1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、√ 8、× 9、√ 10、× 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，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。 第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。 第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。 第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。 2、煤气的发热值是指标准状态下1m3煤气在完全燃烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 3、煤气的发热值与煤种的关系如下：由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低，煤气发热值逐渐降低，即煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。 煤气的发热值与气化压力的关系如下：压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高。 4、不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从55％～62％增至88.98％，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大. 固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多. 褐煤是变质程度较低的煤, 无烟煤是变质程度高的煤，所以在气化褐煤和无烟煤时，褐煤的氧耗比无烟煤的高 5、煤中的水分存在形式有三种，包括外在水分、内在水分和结晶水。 对常压气化来讲，气化用煤中水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入干馏层，影响了干馏的正常进行，而没有彻底干馏的煤进人气化段后，又会降低气化段的温度，使得甲烷的生成反应和二氧化碳、水蒸气的还原反应速度显著减小，降低了煤气的产率和气化效率。 加压气化对炉温的要求比常压气化炉低，而炉身一般比常压气化炉高，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。 对固定床来说，煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉堞气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。 采用流化床和气流床气化时，固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性．因而规定煤的含水量小于5％。尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法加料时，要求原料煤的水分含量应小于2％。 6、煤的灰分是指将一定量的煤样在800oC的条件下完全燃烧，残余物即灰分，表明了煤中矿物质含量的太小。 （1）煤中灰分高，增加了运输的费用， （2）煤中灰分高对气化过程有许多不利的影响。 a.气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率 b.同时灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。 c.此外，随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降。 7、煤的挥发分挥发分是指煤在加热时．有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率，挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。于馏煤气中含有氢、一氧化碳、二氧化碳和轻质烃类。 不同煤种的挥发分产率 煤 种 挥发分产率Vdaf／％ 煤 种 挥发分产率Vdaf／％ 泥炭 褐煤 接近 70 41.0～67.0 烟煤 焦煤 瘦煤 贫煤 26～18 18～12 17 烟煤 长焰煤 气煤 肥煤 42 44～35 35～26 无烟煤 10～2 8、简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。开始变形，习惯上称开始变形温度，用T1来表示；灰软化，相应的温度称软化温度，用T2表示；灰分开始流动，相应的温度称流动温度，用T3表示，对煤炭气化而言，一般用软化温度T2作为原料灰熔融性的主要指标。 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。 （1）一般用于固态排渣气化炉的煤，在气化时不能出现结渣，其灰熔点应大于1250°C，液态排渣却相反，灰熔点越低越好，但要保证有一定的流动性，其黏度应小于25Pa·s，黏度太大，液渣的流动性变差，还有可能出现结渣。 （2）采用液态排渣的气化炉，可以对入炉煤采用混配的方法，对一些高黏度灰渣的煤，可以混配一些低黏度灰渣的煤，达到液态排渣的要求。也可以通过添加一定的助溶剂提高液渣的流动性，炼铁高炉和空气煤气发生炉即属于这种情况。高炉生产过程使用的原料有矿石、焦炭和熔剂。矿石中的废石和焦炭中的灰分在高温下都熔融成液体，以液渣的形式排出炉外。采用碳酸钙作助熔剂，在碳酸钙高温分解成碱性氧化钙的作用下，矿石和灰分在1150～1250"C时就可以形成熔融的物质。 9、燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力。一般以二氧化碳的还原系数来表示，如下式所示： 反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低。主要煤起始温度分别为：褐煤，大约650C；焦炭，843C。 煤的起始反应温度低，气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。通常来讲，高反应性的褐煤比反应性差的烟煤氧耗量低约50%。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原煤时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。 四、综合题 1、 1）粒度大小与比表面间的关系 煤的粒度越小，其比表面积越大。气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。 2）粒度大小与传热的关系 煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。 3）粒度大小与生产能力间的关系 煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使其化炉的气化效率下降。 4）粒度大小对各项气化指标的影响 通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加，气化炉的生产能力下降。 2、 在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值不同，组成也不同。同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低. （2）对煤气产率的影响 一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。例如，在气化泥煤时煤中有20％的碳被消耗在生成焦油上；气化无烟煤时这种消耗却很少。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快，