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第23章 煤气化的理论基础 1

23.1 导言 1

23.2 气化的热力学 1

23.2.1 平衡的影响 1

23.2.2 热效应 6

23.3 气化系统的物理学 13

23.3.1 气体－流化床的特性 13

23.3.2 煤和煤半焦的孔结构特性 20

23.4 气化反应的动力学 34

23.4.1 煤初始气化阶段的动力学 34

23.4.2 煤半焦的气化动力学 55

参考文献 97

第24章 煤的气化方法 104

24.1 前言 104

24.1.1 气化方法的发展 104

24.1.2 气化要点 106

24.1.3 气化方法的分类 107

24.1.4 煤特性对气化方法的影响 109

24.2 固定床气化炉 112

24.2.1 引言 112

24.2.2 早期的气化炉 114

24.2.3 现代工业气化炉 114

24.2.4 新型固定床试验气化炉 125

24.2.5 对固定床气化炉的评价 137

24.3 流化床方法 138

24.3.1 引言 138

24.3.2 完全流化床法 139

24.3.3 混合流化床法 165

24.3.4 制取气体和油的流化床法 187

24.4 气流床气化炉 197

24.4.1 引言 197

24.4.2 制取不含氮产品气的方法 198

24.4.3 制取含氮产品气的方法 211

24.4.4 对气流床气化炉的评价 216

24.5 熔融床气化炉 217

24.5.1 引言 217

24.5.2 制取不含氮产品气的方法 217

24.5.3 制取含氮产品气的方法 223

24.6 其他方法 228

24.6.1 Total Energy法 229

24.6.2 哥伦比亚大学电弧法 229

24.7 结论 230

参考文献 231

第25章 气化产品的加工 240

25.1 煤气中的杂质 240

25.1.1 气流床气化法 240

25.1.2 固定床气化法 241

25.1.3 流化床气化法 241

25.1.4 产品气的规格 242

25.2 颗粒杂质的脱除 243

25.2.1 K－T法 243

25.2.2 Winkler法 245

25.2.3 Lurgi法 245

25.2.4 热气体内颗粒杂质的脱除 246

25.3 煤气化气体的净化 247

25.3.1 醇胺净化法 248

25.3.2 热碳酸钾法 249

25.3.3 物理溶剂法 252

25.3.4 Selexol法 252

25.3.5 Fluor溶剂法 254

25.3.6 Purisol法 254

25.3.7 Rectisol法 256

25.3.8 常温下固体吸附剂脱硫 258

25.3.9 气体的热净化 259

25.4 水煤气变换催化剂 264

25.4.1 变换反应 264

25.4.2 CO变换催化剂 265

25.4.3 变换催化剂的选择 268

25.5 催化甲烷化 268

25.5.1 化学过程和热力学 269

25.5.2 催化剂 270

25.5.3 催化剂毒物 270

25.5.4 反应器的类型 270

25.5.5 美国矿务局的试验 270

25.5.6 IGT的甲烷化法 273

25.5.7 流化床甲烷化反应器 275

25.5.8 多级反应器的甲烷化的过程 277

25.5.9 Lurgi－Sasol甲烷化反应器 279

25.5.10 液相甲烷化反应器 279

参考文献 282

第26章 煤的地下气化 286

26.1 前言 286

26.2 煤地下气化的化学原理 287

26.2.1 煤的热解 287

26.2.2 半焦气化的化学原理 287

26.2.3 后继过程的化学原理 290

26.3 现场操作结果 291

26.4 煤的塑性对煤地下气化的重要意义 294

26.5 煤地下气化系统的设计 295

26.5.1 遇到的问题 295

26.5.2 苏联系统的特征 295

26.6 提高煤的渗透性 298

26.6.1 定向钻孔 298

26.6.2 反向燃烧贯通 299

26.6.3 电力贯通 300

26.6.4 水力压裂 301

26.7 急倾斜煤层的煤地下气化设计 301

26.7.1 气流法 302

26.7.2 气流法的改进 302

26.8 水平煤层的煤地下气化设计 304

26.8.1 用于厚煤层时的改进 304

26.8.2 临界通道宽度 305

26.8.3 保持产品气组成恒定 306

26.8.4 系统效率 307

26.9 1960年以来现场试验和工业装置的情况 307

26.9.1 苏联 307

26.9.2 欧洲和日本 308

26.9.3 美国和加拿大 308

26.10 煤地下气化的反应器模型 313

26.11 煤地下气化的环境问题 317

26.12 煤就地转化为合成燃料的研究展望 321

参考文献 323

第27章 煤液化的基本原理 325

27.1 绪言 325

27.1.1 煤液化的定义 325

27.1.2 使用溶剂的一次煤液化 325

27.1.3 不用溶剂的一次煤液化 326

27.1.4 一次液体的二次转化 326

27.2 使用溶剂的一次煤液化 326

27.2.1 过程的总特征 326

27.2.2 用合成溶剂时的供氢体研究 327

27.2.3 煤的性质与供氢体液化的关系 330

27.2.4 煤的性质与加氢萃取液化的关系 334

27.2.5 溶剂性质与液化的关系 336

27.2.6 天然溶剂的组成、来源及其供氢体性质 339

27.2.7 供氢体和加氢萃取之间的关系 344

27.2.8 加氢萃取的可操作性范围 345

27.3 氢在一次液化中的作用 346

27.3.1 溶剂再加氢的热力学 346

27.3.2 氢的溶解度和汽—液平衡 351

27.3.3 利用气态氢的煤液化 354

27.4 一次液化动力学 355

27.4.1 机理问题 355

27.4.2 供氢体萃取的半经验速率模型 355

27.4.3 供氢体萃取与热解的动力学关系 359

27.4.4 供氢体萃取与加氢萃取的动力学关系 360

27.4.5 传质的作用 363

27.5 其他一次液化剂 365

27.5.1 一氧化碳和水在一次液化中的应用 365

27.5.2 合成气在一次液化中的作用 366

27.5.3 反应机理 368

27.5.4 其他供氢体 369

27.6 一次液化的产物 369

27.6.1 产率结构和产物鉴别 369

27.6.2 杂原子的脱除 372

27.7 煤中矿物质在一次液化中的作用 375

27.7.1 煤中矿物质的类型及其在产物中的分布 375

27.7.2 矿物质残留物 378

27.7.3 矿物质对催化剂的影响 378

27.8 液化过程中的催化反应 381

27.8.1 非催化系统 381

27.8.2 矿物质的催化作用 381

27.8.3 使用接触催化剂的系统 383

27.8.4 铁催化剂 384

27.8.5 煤的等级及其岩石学组成对催化的影响 385

27.8.6 熔盐催化 386

参考文献 388

第28章 液化的方法 394

28.1 总论 394

28.2 技术问题 395

28.3 方法概述 398

28.3.1 溶剂精炼法 398

28.3.2 催化法 408

28.3.3 供氢体溶剂法 419

28.3.4 其他方法 426

28.4 共同的问题和单元过程 432

28.4.1 催化剂寿命问题 432

28.4.2 煤液化过程中生成的固体的性质 438

28.4.3 固体分离的方法 445

28.4.4 液化装置残留物的气化 451

28.4.5 工艺工程问题 451

28.5 机械设备 452

28.5.1 减压阀 452

28.5.2 高压进料泵 453

28.5.3 预热器 453

28.5.4 矿物质残留物的干燥 454

28.5.5 产物的固化 454

参考文献 454

第29章 煤液化产物的加工 460

29.1 引言 460

29.1.1 范围和对象 460

29.1.2 定义 460

29.2 生产煤液体的方法 461

29.2.1 煤的性质 461

29.2.2 加工的方法 463

29.3 煤液体的性质 465

29.3.1 工艺过程液体 465

29.3.2 煤液体的比较 472

29.3.3 煤液体性质概述 477

29.4 煤液体的加工 481

29.4.1 加氢处理 482

29.4.2 加氢裂解 503

29.4.3 催化裂解 517

29.4.4 蒸汽裂解 518

29.4.5 重整 520

参考文献 522

第30章 从煤和煤气制取燃料、化学制品及其他产品 529

30.1 前言 529

30.2 煤和焦用于还原 531

30.2.1 铁矿的还原 531

30.2.2 煤和焦在冶金工业中的其他用途 543

30.2.3 从有色金属矿提炼金属氧化物或金属 544

30.2.4 非金属化合物的还原 546

30.3 煤和焦作为化学制品的原料 548

30.3.1 炼焦炉产物的利用 548

30.3.2 煤的加氢 549

30.3.3 合成气的生产和利用 551

30.3.4 碳化钙的生产和加工 566

30.3.5 煤直接转化而成乙炔 568

30.3.6 其他碳化物的生产 570

30.3.7 二氧化碳和碳酸盐的生产 571

30.4 煤及其有关产物作为碳素物质的应用 572

30.4.1 碳和石墨电极 573

30.4.2 碳砖 578

30.4.3 碳纤维 579

30.4.4 从煤制塑料 581

30.4.5 碳黑和填料 582

30.4.6 从煤制碳素吸附剂 583

30.5 煤燃烧过程的副产物 591

30.5.1 飞灰和渣 591

30.5.2 烟道气脱硫的副产物 594

参考文献 595

第31章 煤的利用对环境、卫生和安全的影响 606

31.1 前言 606

31.2 煤系统评述 608

31.2.1 概述 608

31.2.2 勘探 608

31.2.3 开采 608

31.2.4 富集 608

31.2.5 运输 608

31.2.6 利用 610

31.2.7 分销到用户 610

31.3 煤系统对环境、卫生和安全影响的控制因素 610

31.3.1 概述 610

31.3.2 煤系统因素 613

31.3.3 位置因素 619

31.3.4 控制工艺 620

31.4 排出物的特征 625

31.4.1 进入大气的排出物 625

31.4.2 液体排出物 626

31.4.3 固体废物和残留物 630

31.5 对环境的影响 631

31.5.1 概述 631

31.5.2 全球性影响 632

31.5.3 区域性影响 632

31.5.4 局部性影响 634

31.6 对卫生和安全的影响 638

31.6.1 概述 638

31.6.2 全球性影响 639

31.6.3 区域性影响 639

31.6.4 局部性影响 642

31.7 各种煤工艺造成的影响的比较 650

31.8 小结 652

参考文献 653