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项目二 半水煤气的生产 项目二主要内容 一、什么叫半水煤气？ 以焦炭或煤为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸汽混合气，经过一系列反应生成含有CO、CO2、H2、N2及CH4等混合气体。 气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸汽混合气等称为气化剂。气化过程所得到的混合气体，称为煤气。 用于实现煤气化过程的主要设备称为煤气发生炉。 煤气的成分取决于燃料和气化剂的种类及气化工艺条件。 各种煤气的基本情况 ⑴空气煤气：以空气为气化剂进行不完全燃烧所生成的煤气，其主要成分为N2、CO、CO2，及少量H2，其发热值较低，主要与其它气体混合使用。 ⑵水煤气：以蒸汽为气化剂制得的煤气，其主要成分为CO和H2，二者含量之和高于85%，N2含量低，主要用于合成甲醇等化工合成气，以及工业上大规模制取氢气。 ⑶混合煤气：以空气和适量水蒸气的混合物为气化剂生成的煤气，也称发生炉煤气，其发热值比空气煤气高，工业上作为燃烧气，主要用作气体燃料。 ⑷半水煤气：介于水煤气和混合煤气之间的煤气，可以直接用这两种煤气按一定的比例混合而成，也可以用水蒸气加适量空气或富氧空气作为气化剂制得。其基本特征是（CO+H2）/N2=3.1~3.2，用于合成氨生产。 ⑸低氮半水煤气：其生产原理与半水煤气完全相同，不同的是其中氮气含量较低，（CO+H2）/N2=3.5~4.5，用于联醇工艺。 ⑹中热值煤气：以富氧空气和水蒸气作为气化剂制得的煤气，因其发热值高，且CO含量相对较低，故用于城市煤气。 二、煤气化的原理 ⑴吹风反应 以一定量的空气或富氧空气为气化剂，碳和氧之间发生剧烈放热反应，为制气反应提供能量，也称吹风反应。其主要反应如下： C + O2 == CO2 + 393.777 kJ/mol （主反应）（2-1） C + CO2 == 2CO - 172.28 kJ/mol （2-2） 2C + O2 == 2CO + 221.189 kJ/mol （2-3） ⑵制气反应 炽热的碳将氢从水蒸气中还原出来，在煤气生产中称之为蒸汽分解，主要还原反应： C + H2O(g) == CO + H2 -131.390 kJ/mol （主反应） C + 2H2O(g) == CO2 + H2 -90.196 kJ/mol 2C + 2H2 == CH4 + 74.90 kJ/mol 该反应是吸热反应，产物是水煤气，是半水煤气的有效成分。 ⑶其它副反应 在燃料气化过程中，副反应，产生少量或微量的H2S和有机硫化物、氰化物、氨等杂质组分。 三、煤气化反应速率 煤气化反应属于气固相非催化反应，包括碳与氧的反应，碳与水蒸气的反应，碳与CO2的反应。 反应速率不仅化学反应活性关，而且也与气体扩散速度有关。究竟是扩散控制、化学反应控制？还是过渡控制？ ①吹风反应温度变化范围约为800~1200℃，属于过渡控制和扩散控制。 ②制气反应温度一般控制在1200~800℃之内，自始至终都属于化学反应控制状态。 ③碳与CO2反应生成CO的过程。在造气工业条件下，该反应始终都处于化学反应控制状态。 四、半水煤气生产的特点 半水煤气的特征：（CO+H2）/N2=3.1~3.2； 从气化系统的热平衡来看，吹风反应是放热反应，制气反应是吸热反应，如果外界不提供热源，而是通过前者的反应热为后者提供反应所需要的热量，并维持系统的自热平衡的话，理论上，1mol氧气的吹风反应热仅可供1.68mol碳和水蒸气进行制气反应，其（CO+H2）/N2 =1.43＜3.1~3.2。 反之，若欲获得组成合格的半水煤气，该系统就不能维持自热平衡。 如何化解供热与制气之间存在矛盾 ？ ⑴间歇制气法 在间歇式固定床煤气发生炉中，吹风反应和制气反应是交替进行的。 首先进行吹风反应，将燃料层温度（即炉温）提到必要的温度（如1100℃~1200℃），所得吹风气大部分放空。 吹风反应停止后，送入蒸汽进行制气反应，吸热反应，料层的温度、反应速度和水煤气质量（煤气中CO+H2含量）都将下降。 水煤气+部分吹风气=半水煤气。如此交替进行吹风和制气反应，故称间歇制气法。在我国目前中小型氮肥企业、联醇企业得到广泛应用。 ⑵富氧空气或纯氧连续气化法 空气中氧气气含量过低是以空气和水蒸汽为气化剂时不能实现连续制取合格半水煤气的根本原因。 如果采用富氧空气或纯氧来代替空气作为气化剂，以上问题将迎刃而解，并且可以实现连续制气。 富氧空气中氧气的浓度需要多少呢？？？ 若（CO+H2）/N2=3.1，则富氧空气中氧气理论含量为：1/(1+1.68) = 36.6%。 实际生产中连续气化法所需富氧空气中氧气含量约50%，此即为