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发生炉煤气气化过程及其煤气性质

2016/5/26 14:02:37点击:
发生炉煤气气化过程及其煤气性质
    目前,国内工业企业与民用广泛使用的煤气主要有4种:以氧气作气化介质的鲁奇炉煤气、以蒸汽
作气化介质的水煤气、炼焦厂的副产品焦化煤气和以空气作气化介质的发生炉煤气.前3种煤气热值
较高,质量较好,但由于成本高,一次性投资大,一般工业企业很少采用,而用空气作气化介质的发生炉
煤气,由于成本低,设备投资少,而且能满足一般工业加热设备对燃料特性的要求.因此,发生炉煤气广
泛地应用于工业生产的各个领域.
    常用的煤气化技术主要是常压气化,如煤的干馏制气、焦炉制气、直立炭化炉制气及发生炉制气
等,气化总效率一般小于85 0 0}3}.发生炉煤气主要产于气化层,气化层分为氧化层和还原层.空气、水
蒸气从炉底进入灰层被预热后,首先进入氧化层,在氧化层中,氧与炽热的炭发生氧化反应即燃烧生成
大量的COZ,同时产生大量的热量.随后,大量的CO:和水蒸气继续上升进入还原层,在还原层中
CO:和水蒸气与另一部分炽热的炭发生还原反应,同时吸收热量产生煤气.煤炭在发生炉的气化过程

中主要进行的反应为

其中,反应式(1)为强放热反应,此反应速度快且不可逆,处于扩散控制状态.其反应速度受气流速度的
控制,气流速度越快,反应速度就越快,放出的热量Qi和产生的CO:就越多.反应式(3)和式(C4)为吸
热反应,其反应吸收热为Q3+ Q4.这些反应速度较慢且可逆,处于化学反应动力区,Q1越大,反应式
(3)和式(C4)正反应速度就越快,产生的CO和H:就越多,煤气热值也就越高.由于反应式(3)和式(C4)为

可逆反应,在整个气化过程中存在一个理想的气化温度To.当反应温度低于To时,氧化反应式(1)进
行得较慢,其反应放出的热量满足不了反应吸收热的需要,此时煤气产量、煤气品质和过程热效率都比
较低;当反应温度等于To时,反应式(1)进行得较快,其反应放出的热量Qi能充分满足反应吸收热
的需要,此时煤气产量和煤气品质较高,过程热效率达到最大值;当反应温度高于To时,反应式(1)进
行得过快,其反应放出的热量Qi过多.反应式(C3和式(C4)处于反应动力区,反应速度较慢,过量的Qi
来不及被吸收就被气流带走,所以,过程热效率反而下降,此时煤气产量较高,但煤气品质下降.这是由
于反应式(C1)产生的CO:过量,来不及与C反应,产生CO就被气流带走,增加了煤气中CO:含量,使煤
气品质下降.因此,反应温度为To是理想的煤炭气化状态,此时煤炭气化过程热效率最高,煤气品质最
为理想.
    在理想气化条件下,煤炭中碳全部转化为CO,而且C和O:生成CO:的反应所放出的热量将全部
用于水蒸气、C的反应,气化系统可视为绝热.碳的化学热将无损失地全部转入煤气中,使冷煤气气化
效率达10000.理想条件下煤炭气化时的煤气低热值为7. 5 MJ/m3,煤气中可燃成分CO为41.6000,
H:为20.8000,煤气产率为4.48 m3/kg.
    在实际状况下,煤炭气化过程存在各种副反应和各种热损失,实际气化指标与理想气化指标存在
较大差距,煤气热值低于理想条件下的热值.另外,在煤炭气化过程中,煤气品质受很多因素的制约,不
仅与气化反应温度有关,还受煤质、炉型、操作条件、气候环境及后道工序等因素影响.