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常压固定床煤气化发生炉内部反应过程(2)

作者:1发布时间:2010-02-08
       为了便于更合理地对常压固定床煤气化发生炉内部结构进行设计,我们非常有必要对煤气发生炉内部气化的一些物理与化学过程进行深层次的了解,包括发生炉内部的传热与传质、气相内的反应、气相与固相的运动、固相各阶段的反应。本文从一定的层面上对常压固定床煤气化发生炉内部的气相化学反应进行了简要综述。 
       以固相温度沿床层的变化曲线为基础,可以对气相浓度沿床层的变化进行一些简单说明。Van Der Hoeven曾研究过煤气反应炉中气体浓度变化的实验值。
       在煤气化反应炉底部的灰分区,灰分和供入的气化剂物流进行能量交换。随着温度的升高,气化剂中的氧气同固体中的碳发生多相氧化反应生成CO2和CO,另外,气化剂中的H 2O也有可能同固体碳发生多相气化反应生成H2和CO,这时,由于气相中有O2的存在,可能会发生如下的均相反应:
            2CO+ O2 = 2CO 2 (1-1) 
    2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O (1-2) 
   这样反应的总效果就是在气相的氧未耗尽之前,不但不会产生H 2 O的消耗,而且因为均相反应(1-1)的存在,气相中的CO 2 浓度是逐渐增加的。总之,在燃烧区,尽管H 2 O和CO 2 也会同固体碳发生多相气化反应,但气化反应的产物H 2 和CO却在气相中又可能按照前述的两个均相反应均被均相氧化成H 2 O和CO 2 。 
<p>在煤气化反应炉中的气化区,存在着大量的均相气相反应。除了水煤气变换反应外,还有如下的均相甲烷化生成反应: 
    CO+3H 2 =CH 4 +H 2 O-219.3kJ/mol (1-3) 
    CO 2 +4H 2 =CH 4 +2H 2 O-162.8kJ/mol (1-4) 
    2CO+2H 2 =CH 4 +CO 2 -247.3kJ/mol (1-5) 
   这些反应均是体积减小的反应,提高压力,降低温度有助于甲烷的生成。与此相反,CO和H 2 O的多相还原气化反应: 
    C+CO 2 =2CO-173.3kJ/mol (1-6) 
    C+H 2 O=H 2 +CO-135.0kJ/mol (1-7) 
   而这些反应又均是体积增加的吸热反应,降低压力、提高温度有利于碳的气化。显然,压力恒定时,温度越高CO的平衡浓度越高;温度一定时,压力越高,CO平衡浓度越低。这样可部分说明由加压气化工艺生产的煤气中的CO 2 的含量要高于常压气化,CO的浓度却要低于常压气化。 
    实际上,由于气相和固相的逆流性质,由于气相的快速流动,由于煤气化反应炉内沿床层温度的不断变化,发生炉中生成的各种气体很难达到完全平衡。在干燥区和脱挥发分的热解区,由于温度的进一步降低,煤气组成更加偏离平衡区。