第二章煤炭气化的理论基础.pptVIP

二 平衡的移动及影响因素 1.温度的影响 温度是影响气化反应过程煤气产率和化学组成的决定性因素。温度对化学平衡的关系如下： 式中 R—气体常数，8.314kJ/（kmol.k）； T—绝对温度 ，K； △H—反应的热效应，放热为负，吸热为正； C—常数 从上式可以看出，若△H为负值，为放热反应，温度升高，kp值减少，对于这类反应，一般来说降低反应温度有利于反应的进行。反之，若△H为正值，即吸热反应，温度升高， kp值增大，此时升高温度有利于反应的进行。 二 平衡的移动及影响因素 2.压力的影响 平衡常数kx不仅是温度的函数，而且随压力的变化而变化。压力对于液相反应影响不大，而对于气相或气液相反应平衡的影响是比较显著的。根据化学平衡原理，升高压力平衡向气体体积减少的方向进行；反之，降低压力，平衡向气体体积增加的方向进行。在煤炭气化的一次反应中，所有反应均为体积增大的反应，故增加压力，不利于反应的进行。可由下列公式得出： kp= kx.P △n kp—用压力表示的平衡常数 kx— 用摩尔分数表示的平衡常数 △n—反应过程中气体物质分子数的增加（或体积的增加） 二 平衡的移动及影响因素 kp= kx.P △n 理论产率决定于kx，并随kx 的增加而增大，当反应体系的平衡压力P增加时， P △n 的值由△n 决定。 如果△n0 ，增大压力P后， P △n 减少。则由于kp 是不变的，如果kx 保持原来的值不变，就不能保持平衡，所以当压力增加时， kx 必然增加，因此加压有利。即加压使平衡向体积减少或分子数减少的方向移动。 如果△n0 ，则正好相反，加压将使平衡向反应物方向移动，因此，加压对反应不利，这类反应适宜在常压甚至减压下进行。 如果△n=0 ，反应前后体积或分子数无变化，则压力对理论产率无影响。 三 煤气组成的热力学计算 对煤气组成进行理论计算有下列两种情况： （1）假定燃料气化过程中的化学反应均朝着一个方向进行，忽略其逆反应的存在。根据总热平衡的原则，利用化学计量的反应方程式很容易计算出这种单向化学转化最大的产品组成。从这个观点出发，固体燃料中的碳同气化剂作用而获得的由可燃成分组成的煤气称为“理想煤气”。 （2）考虑逆反应的存在，也就是反应不可能进行到原始物质完全消失，但假定其反应可达到热力学平衡，即实现化学平衡和热平衡，总过程热效应为零。这种达到热力学平衡的煤气，称为“理论煤气”。 二 各反应控制区的动力学特征 表面过程包括吸附、表面化学反应和解吸附3个步骤，为使问题简化，可把每个步骤看成一个基元反应来处理。分析表面过程的动力学问题，要涉及每一步骤的动力学问题，也就是说要同时解几个动力学方程才能获得总的表面过程的动力学方程。 在各步骤的反应过程中，就各步骤的速度而言，有两种情况：一种是在连续反应中各基元反应彼此速率相差很大，最慢的一个基元反应的速率代表整个反应的速度，这类反应称为有控制步骤的反应；另一种是各基元反应彼此间的速率相差不大，此类反应叫无控制步骤反应。但从这类反应中每一个基元反应的速率都可以代表整个反应速率这个意义上讲，亦可称为全是控制步骤的反应。 三 主要气化反应的速度控制区 1 碳的燃烧反应 在一般移动床煤气发生炉内，当氧气层温度低于900℃时，燃烧的速率取决于碳的反应速率。此时温度的增加对反应速率影响很大。如在775℃ 时，温度每提高15℃，反应速率可增加一倍。 当氧化层温度大于900℃时，燃烧反应的速率主要取决于氧从气流主体扩散到碳表面的速率和由产物碳表面向气流主体扩散的速率。例如在900~1200 ℃范围内，电极碳的燃烧，空气的流速为8~170m/s，燃烧速度与空气流速的0.47次方成比例。 四 煤炭脱挥发分的机理 煤在隔绝空气的条件下加热时，其有机质随温度的提高将发生一系列的物理和化学变化，生成气态、液态和固态产物，这一过程称为煤炭脱挥发分。 在气化炉的干馏层中，煤炭脱挥发分所需的热量，主要来自向上流动的热煤气的显热，由不同的气化工艺所制得的煤气组成不尽相同，因而使煤脱挥发分的气氛条件也不相同。但是这种气氛均为含氢气体。当然由于氢分压的不同也会影响到挥发分的组成和析出速率。 四 煤炭脱挥发分的机理 在惰性气氛条件下，进行的煤炭脱挥发分过程可分为三个阶段