煤化工-煤气化.doc

煤气化 本篇就造气理论及其应用、净化、合成、制冷何空分、机组及催化剂和吸附剂知识六章进行专题介绍。 第一章 造气理论及其应用 根据不同的原料，习惯上将制取原料气的方法分气头、油头和煤头三种。 第一节 煤气化知识 本节就煤气化过程的基本原理，动力学结论，气化反应速度及煤质对气化反应的影响等知识进行叙述。 一、煤汽化的定义 用煤或煤的加工产物与气化剂进行一系列的化学反应，产生以H2,CO2,CO,和CH4为基本组成的各种煤气的过程叫煤气化。煤气的成分取决于煤种、气化剂种类和气化过程的条件。煤气可用作燃料和化工合成的原料气。 二、煤气化的原理 1、煤气化过程的主要化学反应 在气化炉中，煤受热分解，馏出低分子碳氢化合物甲烷，焦油等，煤转变成煤半焦，煤半焦同气化剂中的氧气，蒸汽以及反应产物中的CO2、H2等发生一系列化学反应，生成煤气。其主要化学反应为： a、燃烧反应（又焦氧化反应） C+O2→CO2+94.052kcal/kmol 2C+O2→2CO+52.832 kcal/kmol 2CO+O2→2CO2+135.272 kcal/kmol b、发生炉煤气反应（又叫CO2还原反应） C+ CO2 2CO-41.220 kcal/kmol C、蒸汽分解反应（又叫水煤气反应） C+H2O H2+CO-31.38 kcal/kmol 水煤气反应是气化的主反应。 C+2H2O CO2+2H2-90.161 kcal/kmol d、变换反应 CO+H2O CO2+H2+9.839 kcal/kmol e、甲烷生成反映 C+2H2 CH4+17.889 kcal/kmol CO+3H2 CH4+H2O+49.271 kcal/kmol 气体反应很复杂，现我们来确定独立反应数目。我们知道，独立反应数目等于物质数目减去形成其的原子数目。气化过程可能存在的物质数目有：C、O2、H2O、CO、CO2、CH4和H2七种，形成其的原子数有：C、H、O三种。故独立反应数目为7－3＝4，即取四个反应便可描述反应情况。 2、煤气化的热力学讨论。 我们取： C+O2→CO2＋Q C+2H2→CH4＋Q C+ CO2→2CO－Q C+2H2O→H2+CO－Q 四个反应来表示煤气化过程。由于氧化反应C+O2→CO2＋Q 速度极快，在煤气成分中基本不含氧气，这样可以取另三个反应来进行研究。 a、温度的影响 温度升高，利于吸热反应的进行。故CO成分升高，H2成分升高；而CH4和CO2的成分随温度的提高先增至一最大值后，然后开始下降。 b、压力的影响 压力升高，利于体积缩小反应进行。故CO和H2减少，CO2和CH4含量升高 c、氢氧比的影响 氢氧比反映了气化剂的情况：H:O＜2时，说明气化剂为蒸汽加氧气；H:O≥2时，说明气化剂是蒸汽或蒸汽加氢气。 当氢氧比增加时，CH4和H2含量增加而CO和CO2含量减少。 我们将温度、压力和氢氧比变化对煤气成分的影响结果列表如下，见表2－1－1 C-H-O体系的平衡趋向 温度↑ 压力↑ H:O↑ y co ↑ ↓ ↓ y co2 ↘ ↑ ↓ y H2 ↑ ↓ ↑ y H2O ↓ ↑ ↘ y CH4 ↘ ↑ ↑ y CH4:（y co＋y co2＋y CH4） ↘a ↓b ↑ ↑ *1、a H:O＜2 b H:O≥2 2、符号“↑”增加，“↓”减少，“↘”先增后减 3、煤气化反应动力学 在气化炉中，煤气化反应属气—故相体系的多相反应。煤气化反应的机理为： 1）气化剂（或一次反应产物）向煤表面扩散。 2）煤表面吸附气化剂（或一次反应产物）。 3）被吸附的气化剂（或一次反应产物）在煤表面进行化学反应，生成中间络合物（或反应产物） 4）中间络合物分解成反应产物。 5）反应产物从煤表面脱附。 6）反应产物扩散进入气相。 从反应机理可以看出，在多相气化反应中，总的反应速度同化学反应速度合扩散速度有关。 a、关于化学反应速度 化学反应速度方程为： V化＝kCmA·CnB …… 式中：V化—频率因子 K—反应速度常数 CA、CB—反应剂浓度 m、n—反应级数 对于反应速度常数k，符合 k＝k0exp（－E/RT） 式中：k0—频率因子 E—活化能 T—温度 R—气体常数 由反应速度常数式子可以看出： ⅰ：当温度升高时，k值增大，从而V化增大。 ⅱ：当活化能降低时，k值增大，从而V化怎大。 对于不同的发应，其活化能同煤质有关。当煤质不同，提高温度的幅度相同时，反应速度增加的幅度是不同的，具体讲