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煤气化的基本化学反应 煤气化过程中的基本化学反应 气/固非均相反应 kJ/mol kcal/mol① R1 部分燃烧 C+0.5O2=CO -123 -29.4 R2 燃烧 C+O2=CO2 -406 -97.0 R3 碳与水蒸气反应 C+H2O=CO+ H2 119 28.3 R4 Boudouard反应 C+ CO2= 2CO 162 38.4 R5 加氢气化 C+2H2=CH4 -87 20.9 气相燃烧反应 R6 H2+0.5O2= H2O -242.00 -57.80 R7 CO+0.5O2=CO2 -283.20 -67.64 气/气均相反应 R8 均相水煤气反应 CO+H2O=CO2+ H2 17.4② -10.1 R9 甲烷化 CO+3H2=CH4+ H2O 8.1② -49.2 热裂解反应 R10 CHXOY=(1-y)C+yCO+x/2H2 R11 CHXOY=(1-y-x/8)C+ x/4H2+x/8CH4 注：①1cal=4.1868J ②气焰煤x=0.847,y=0.0794 煤气化过程中硫和氮的基本化学反应 元素 反应 S S+O2=SO2 SO2+3H2=H2S+2H2O SO2+2CO=S+2CO2 2 H2S +SO2= 3S+2H2O C+2S=CS2 CO+S=COS N N2+H2=2NH3 N2+H2O+2CO=2HCN+1.5 O2 N2+ xO2=2NOx 煤汽化过程中气固相反应速率相差很大，煤热裂解反应速率相当快，在受热条件下接近瞬时完成；煤热解固体产物煤焦（或称半焦）的气化反应速率要慢得多。图是各种煤焦气化反应在常压和加压下气化反应速率的比较图。 在常压和高压下煤焦气化反应速率的比较 移动床煤气化 前已述及，煤的移动床气化是以块煤为原料，煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入。气化剂与煤逆流接触，气化反应进行得比较完全，灰渣中残破少。产物气体的显热中的相当部分供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低，灰渣的显热又预热了入炉的气化剂，因此气化效率高。这是一种理想的完全气化方式。 移动床气化方法又分常压及加压两种。常压方法比较简单，但对煤的类型有一定要求，要用块煤，低灰熔点的煤难以使用。常压方法单炉生产能力低，常用空气－水蒸气为气化剂，制得低热值煤气，煤气中含大量的N2，不定量的H2，CO，CO2，O2和少量的气体烃。加压方法是常压方法的改进和提高。加压方法常用氧气与水蒸气为气化剂，对煤种适用性大大扩大。为了进一步提高过程热效率又开发了液态排渣的移动床加压气化炉，它又是加压移动床的一种改进型式。 混合发生炉煤气 采用水蒸气与空气的混合物为气化剂，制成的煤气称为混合发生炉煤气。目前这种煤气在国内应用相当广泛。 （1）理想发生炉煤气 理论上，制取混合发生炉煤气是按下列两个反应进行的： C+0.5O2+1.88N2＝CO＋1.88N22 ΔH0=-110kJ.mol-1 C＋H2O＝CO＋H2 ΔH0= 135.0kJ.mol-1 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应相等的条件。为了达到这个条件，第一式乘上一个系数加上第二式，使ΔH0=0 2.2C+0.6O2+H2O+2.3N2 = 2.2CO+H2+2.3N2 ΔH0 =0 根据上式，2.2 mol（碳）与水蒸气－空气混合物相互作用，在理论上，产生的煤气量 2.2＋1＋2.3＝5.5 mol 煤气组成为： φ（CO）＝2.2／5.5＝40％ φ（H2）＝1 /5.5＝18.2％ φ（N2）＝2.3／5.5＝41.8％ 在标准状态下煤气的产率： 煤汽化炉内各处的气体组成 2）炉内状况分析与工艺条件控制 经实测气化炉内各层的气体组成，得到图。这是以焦炭为原料及气化强度为50～350kg／m2·h的条件下进行测定的。由图可见： 气化剂中的氧，经过灰渣层的预热，进入燃料层7～10 cm（氧化层）后，就几乎全部消耗，CO2达最大值，并开始出现CO； 在氧消失后水蒸气才开始分解，这大约在氧化层以上30～40cm区间内进行，同时发生CO2的还原反应R4，气体中H2和CO增加很快，这一层是在还原层的下部，可称为第一还原层； 第一还原层上方约40cm为第二还原层，这里除了进行CO2的还原反应R4外，还进行均相反应R8；