煤氣化的基本的化學(xué)反應

煤氣化時(shí)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)反應化合而成：

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

碳和氫消耗氧的反應在通常的氣化條件下能很快地進(jìn)行到底。相反，碳的氣化反應即C-H2O和C-CO2永遠達不到平衡，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(jiàn)圖3.14)時(shí)，CO2的含量可忽略不計。C-CO2反應通常比C-H20反應慢。

水煤氣變換反應原是個(gè)多相反應，這一反應發(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量的二氧化碳時(shí)，反應向相反的方向進(jìn)行。在溫度大于1090℃和實(shí)際上遇到的水蒸氣分解范圍內，在大多數情況下可以認為是熱力學(xué)平衡，已無(wú)大的誤差。

甲烷生成反應在溫度低于1090℃和高于常壓時(shí)的氣化過(guò)程中特別重要(見(jiàn)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(shí)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，一種活潑但不穩定的物質(zhì)與氫迅速反應生成額外的甲烷。因此，煤中的碳在有利條件下(50MPa,950℃，幾分之一秒)有可能完全轉化成甲烷。水蒸氣活化過(guò)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混合，從床層下部高水蒸氣分壓的區域把水蒸氣活化的顆粒帶到了床層上部氫分壓高的區域之故。

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