第二節(jié)煤炭氣化原理

其次節(jié)煤炭氣化原理煤的氣化是指利用煤或半焦與氣化劑進(jìn)展多相反響產(chǎn)生碳的氧化物、氫、甲城市煤氣和化工原料氣的過程。一、氣化過程主要化學(xué)反響使用不同的氣化劑可制取不同種類的煤氣，主要反響都一樣。煤炭氣化過程生成煤氣的組成取決于這些反響的綜合過程。由于煤構(gòu)造很簡單，其中含有碳、次反響。主要反響如下。一次反響：=394.1kJ/mol=－135.0kJ/mol=110.4kJ/mol 〔2-4〕=96.6kJ/mol 〔2-5〕=84.3kJ/mol 〔2-6〕=245.3kJ/mol (2-7)二次反響：=－173.3kJ/mol=566.6kJ/mol (2-8)=38.4kJ/mol (2-9)=219.3kJ/mol (2-10)=185.6kJ/mol (2-11)=12.2kJ/mol (2-12)依據(jù)以下反響產(chǎn)物，煤炭氣化過程可用下式表示：在氣化過程中，假設(shè)溫度、壓力不同，則煤氣產(chǎn)物中碳的氧化物即一氧化碳協(xié)作物和。即：由于煤中有雜質(zhì)硫存在，氣化過程中還可能同時(shí)發(fā)生以下反響：在以上反響生成物中生成很多硫及硫的化合物，它們的存在可能造成對(duì)設(shè)備凈化方法。2-1種類空氣煤氣種類空氣煤氣氣半水煤氣氣體組成φ(H2)/φ(CO)/φ(CO2)/φ(N2)/φ(CH4)/φ(O2)/φ(H2S)/％％％％％％％0.933.40.664.60.550.037.36.55.50.30.20.211.027.56.055.00.30.237.033.36.622.40.30.20.2二、氣化過程的物理化學(xué)根底煤的反響性是指煤的化學(xué)活性，是煤與氣化劑中的氧、水蒸氣、二氧化碳等的反響力量。煤的反響性是打算氣化方法的一個(gè)重要因素。影響反響性的岡素很類及含量等。煤炭氣化的總過程有兩種類型的反響，即非均相反響和均相反響。前者是氣或與氣化劑的反響。煤的氣化過程是一個(gè)熱化學(xué)過程，影響其化學(xué)過程的因素很多，除了氣化介工藝條件，現(xiàn)首先分析煤炭氣化過程中的化學(xué)平衡及反響速度。(一)氣化反響的化學(xué)平衡在煤炭氣化過程中，有相當(dāng)多的反響是可逆過程。特別是在煤的二次氣化反響到達(dá)化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡時(shí)：(2-13)式中——化學(xué)反響平衡常數(shù)；(iA、B、C、D)，kPa；、——分別為正、逆反響速度常數(shù)。溫度的影響衡的關(guān)系如下：(2-14)式中 R——?dú)怏w常數(shù)，8.314kJ/(kmol·K)；T——確定溫度，K；C——常數(shù)。從上式可以看出·假設(shè)為負(fù)值時(shí)，為放熱反響，溫度上升，為正值時(shí)，即吸熱反響，溫度上升，值增大，此時(shí)上升溫度有利于反響的進(jìn)展。例如氣化反響式(2-2)、式(2-3)，其反響如下：=－135.0kJ/mol (2-2)=－173.3kJ/mol (2-3)(2-14)分析得知，在這兩個(gè)反響進(jìn)展過程中，上升溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即上升溫度對(duì)主反響有利。反響生成，反響如式(2-3)所示，反響在不同溫度下與的平衡組成如表2-2所示。表2-2 在不同溫度下的反響中與的平衡組成溫度/℃4506507007508008509009501000φ(CO2)/％97.860.241.324.112.45.92.91.20.9φ(CO)/％2.239.858.775.987.694.197.198.899.11000℃時(shí)，的平衡組成為99.1％。(2-8)、式(2-10)。=566.6kJ/mol (2-8)=219.3kJ/mol (2-10)在式(2-10)中，如有1％的轉(zhuǎn)化為甲烷，則氣體的絕熱溫升為60~70℃。在合成氣中肯定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)展，以確保不發(fā)生由于溫度過高而引起催化劑燒結(jié)的現(xiàn)象發(fā)生。平衡常數(shù)不僅是溫度函數(shù)，而且隨壓力變化而變化。壓力對(duì)于液相反響影響不大，而對(duì)于氣氣化的一次反響中，全部反響均為增大體積的反響，故增加壓力，不利于反響進(jìn)行。可由以下公式得出：(2-15)式中——用壓力表示的平衡常數(shù)；——用物質(zhì)的量表示的平衡常數(shù)；——反響過程中氣體物質(zhì)分子數(shù)的增加(或體積的增加)。理論產(chǎn)率打算于，并隨增加時(shí)的值由假設(shè)后，減小。則由于保持原來的值不變，就不能維持平衡，所以當(dāng)壓力增高時(shí)必定增加，因此加壓有利。即加壓使平衡向體積削減或分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。假設(shè)反響適宜在常壓甚至減壓下進(jìn)展。假設(shè)例如，在以下反響中：=－173.3kJ/mol=2－ll，此時(shí)>0，即反響后氣體體積或分子數(shù)增加，如增大壓力，則使在減壓下進(jìn)展。2-4降低。圖2-4 粗煤氣組成與氣化壓力的關(guān)系爐煤氣主要用作化工原料