煤的氣化是一個熱化學過程。按供熱情況的不同可將煤的氣化過程歸納為若干基本系統(tǒng)對若干主要氣化化學反應,根據(jù)計算和反應熱效應計算,在理論上可獲得合理和優(yōu)化的組合,結合氣化反應平衡的規(guī)律,判斷氣化過程進行的方向和限度。氣化反應不單取決于化學因素,還取決于物理因素,故應綜合上述兩方面來研究氣化反應動力學。這樣做有利于氣化反應機理的研究和數(shù)學模型的建立。雖然由于煤的性質的復雜和變化,現(xiàn)在還不能完全借助于數(shù)學模型使氣化過程模擬放大,但在工程開發(fā)過程中還是可以作為重要參考的。
2.1.1 氣化類型和基本化學反應
2.1.1.1 氣化類型
目前,通常采用的或處于研究發(fā)展中的氣化方法,可歸納為五種基本類型。圖5-2以簡化形式表示了自熱式煤的水蒸氣氣化原理。自熱式即氣化過程中沒有外界供熱,煤與水蒸氣進行吸熱反應所消耗的熱量,是由煤與氧進行的放熱反應所提供。根據(jù)氣化爐類型的不同,反應溫度在800~1800℃之間,壓力在0.1~4MPa之間,制得的煤氣中除了CO2及少量或微量CH4外,主要含CO和H2。該過程中,也可用空氣代替氧氣,這樣制得的煤氣含有相當數(shù)量的氮氣。
上述方法使用的工業(yè)氧的價格較貴,制得的煤氣中二氧化碳的含量較高,降低了氣化效率。如使煤僅與水蒸氣反應,從氣化爐外部供給熱量,則這種過程稱為外熱式煤的水蒸氣氣化,其原理見圖5-3。以這個原理為基礎的工藝結構形式,由于氣化爐的熱傳遞差,所以不經濟。新發(fā)展的流化床和氣流床氣化,采用較好的熱傳導方式,同時供給反應所需的熱量不一定由煤或焦炭的燃燒提供,從而節(jié)省煤炭
由煤可制成主要由CH4所組成的煤氣,該煤....