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煤气化

2023-03-10 21:23自然百科人已围观

[拼音]：meiqihua

[外文]：coal gasification

煤或焦炭、半焦等固体燃料，在高温常压或加压条件下，与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。气化剂主要是水蒸气、空气(或氧气)或它们的混合气，气化反应包括了一系列均相与非均相化学反应。所得气体产物视所用原料煤质、气化剂的种类和气化过程不同而具有不同的组成，可分为空气煤气、半水煤气、水煤气等。煤气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气和城市煤气，也用于制造合成气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料。是煤化工的重要过程之一。

气化过程

虽然不同的煤气化方法所采用的工艺各不相同，但它们的基本过程均包括煤料加工、气化反应和煤气净化处理几个部分。煤的气化反应比较复杂，在气化炉内先后或同时发生氧化燃烧、还原、转化、甲烷化等反应。基本反应方程式为：

式(5)、(6)、(7)为吸热反应，余为放热反应。式(6)是煤气化的主反应之一。式(7)是式(6)的副反应，温度高于1000℃时可以忽略，式(8)为一氧化碳变换反应，只有在催化剂存在下才以显著的速度进行。式（9）、(10)、(11)在加压气化下较为重要。

在气化过程中，一部分干馏气相产物，随着气化条件的不同，直接或经转化成二氧化碳、一氧化碳、氢、甲烷等而成为气化产物的组成部分。

在气化炉中所进行的反应，除部分为气相均相反应外，大多数属于气固相反应过程，所以气化反应过程速度同化学反应速度和扩散传质速度有关。

气化方法

原料煤的性质，包括煤中水分、灰分和挥发分的含量，粘结性，化学活性，灰熔点，成渣特性，机械强度和热稳定性，以及煤的粒度和粒度分布等，都对气化过程有不同程度的影响。因此，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的气化方法。

按煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床（移动床）气化法、流动床（沸腾床）气化法和气流床气化法。

固定床气化法

采用一定块径范围的块煤（半焦、焦）或成型煤为原料，与气化剂逆流接触，用反应残渣（灰渣）和生成气的显热，分别预热入炉的气化剂和煤，所以气化炉的热效率较高。多数固定床气化炉用转动炉栅把灰渣从炉底排出，少数固定床气化炉则排出液态渣。固定床气化炉需用块状原料，反应速度较慢，在生成气中含有相当量的焦油蒸气，并对煤质有一定的要求（如较高的灰熔点、较好的机械强度和热稳定性）。在使用粘结性煤时，炉内应设置专门的破粘装置。

流化床气化法

采用一定粒度范围的细粒煤为原料，进入炉内的气化剂使煤粒呈悬浮（流化）状态，流化床中混合、传热都很快，所以整个床层温度分布均匀。这类气化法不受固定床气化法需用块煤的限制，取消了容易发生故障的机械传动部分，生成气中基本上不含煤的挥发分。但流化床操作热效率不高；灰分和未反应碳容易混杂，甚至粘结在一起，使碳的转化率降低；热煤气夹带粉尘，其处理过程较复杂。另外，流化床气化法必须采用活性较高的煤种。

气流床气化法

采用粉煤为原料，同气化剂一起喷入气化炉内，反应温度很高，灰分呈熔融状排出。气流床气化法的优点是气化强度大，煤种适应性广，有的气流床气化炉(如德士古煤气化炉)碳转化率可达99％。但气流床气化是并流操作，炉内热效率不高，需有庞大的热回收系统。同时，高温熔渣对炉衬的腐蚀和侵蚀比较严重，必须慎重选用炉衬材料。（见彩图）