煤氣化的基本的化學(xué)反應(yīng)

煤氣化時與氧、水蒸氣和氫生成的主要氣體是CO, H2, CO2,未分解的水蒸氣，少量至中等數(shù)量的甲烷以及微量的氣態(tài)硫化物(如使用空氣還有氮)。這些產(chǎn)物由以下的化學(xué)反應(yīng)化合而成：

上述反應(yīng)在大于700～1370℃和常壓下的平衡常數(shù)可參見文獻(xiàn)。碳-水蒸氣系統(tǒng)、碳-氧-水蒸氣系統(tǒng)的氣體組成已分別示于圖3.14和圖3.15。對這些反應(yīng)下面作簡要的討論。

碳和氫消耗氧的反應(yīng)在通常的氣化條件下能很快地進(jìn)行到底。相反，碳的氣化反應(yīng)即C-H2O和C-CO2永遠(yuǎn)達(dá)不到平衡，因為平衡需要水燕氣100%分解和在溫度大于1090℃,壓力為。0.1～0.2MPa(見圖3.14)時，CO2的含量可忽略不計。C-CO2反應(yīng)通常比C-H20反應(yīng)慢。

水煤氣變換反應(yīng)原是個多相反應(yīng)，這一反應(yīng)發(fā)生在固體表面而不是在氣相中。在足夠高的水蒸氣分解率和存在中等數(shù)量的二氧化碳時，反應(yīng)向相反的方向進(jìn)行。在溫度大于1090℃和實際上遇到的水蒸氣分解范圍內(nèi)，在大多數(shù)情況下可以認(rèn)為是熱力學(xué)平衡，已無大的誤差。

甲烷生成反應(yīng)在溫度低于1090℃和高于常壓時的氣化過程中特別重要(見圖3.14和圖3.15)。氫和/或水蒸氣的存在及快
速加熱有利于甲烷生成。甲烷的產(chǎn)率隨氫分壓的增加而增加。在氫存在時煤的快速加熱(加熱速率2.5X10的4次～5X10的4次方℃/s)產(chǎn)生了額外的氣體熱解產(chǎn)物，一種活潑但不穩(wěn)定的物質(zhì)與氫迅速反應(yīng)生成額外的甲烷。因此，煤中的碳在有利條件下(50MPa,950℃，幾分之一秒)有可能完全轉(zhuǎn)化成甲烷。水蒸氣活化過的表面有助于“活潑碳”氫化成甲烷。低煤化程度煤生成的焦，其活性大于高煤化程度的焦。在連續(xù)進(jìn)料的沸騰床中，甲烷的產(chǎn)率高于固定床氣化的產(chǎn)率，這可能是由于沸騰床中連續(xù)混合，從床層下部高水蒸氣分壓的區(qū)域把水蒸氣活化的顆粒帶到了床層上部氫分壓高的區(qū)域之故。

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