气化反应原理.pdf

水煤浆气化反应的原理 单喷嘴水煤浆加压气化炉是一个两相并流气化的炉型， 氧气和煤浆通过三流 式工艺烧嘴混合后喷入气化炉内，中心管走氧约占总氧量 15—20%、内环隙走水 煤浆、外环隙走氧气约占 80— 85%，在气化炉内水煤浆和氧气发生部分氧化反应 产生粗水煤气，为了达到较高的转化率，采用部分氧化释放能量，维持气化炉在 煤的灰熔点温度以上反应以满足液态排渣的需要， 这个反应温度根据煤种不同一 般在 1320 -1350 ℃。气化炉的操作压力在 4.0-8.5MPa 。气化炉内的反应的速度 进行得非常迅速 , 水煤浆细颗粒在炉内停留时间仅 5— 6 秒钟 , 反应生成的合成气 中甲烷含量较少 , 一般仅为 0.1 ％以下 , 碳的转化率较高。由于反应温度较高 , 不 生成焦油、酚及高级烃等易凝聚的副产物，所以对环境的污染较小。 多元料浆加压煤气化炉属于气流式反应器， 也称自热式反应器， 在加压没有 催化剂的条件下，水煤浆和氧气发生部分氧化反应，生成以 CO和 H2 为有效成份 的粗合成气：总体反应如下： 2 2 2 2 原料 +氧化剂 +温度缓和剂—→主要产品 （CO、H 、CO、HO）+次要成分 （HS、 N、CH，含量小于 2%）+微量组份 （NH、COS、HCN、细灰或渣，含量小于 200ppm）。 2 4 3 整个部分氧化反应是一复杂的多种化学反应过程，反应大致可分三步进行： 第一步、裂解及挥发份的燃烧： 当料浆和氧气喷入煤气化炉后， 迅速的被加 热到高温， 水煤浆中的水分急速变为水蒸气， 煤粉发生干馏及热裂解， 释放出焦 油，酚，甲醇，树脂， 甲烷等挥发份， 粉煤变为煤焦， 由于这一区域氧气浓度高， 在高温下挥发份迅速完全燃烧， 同时放出大量热量， 因此，粗煤气中不含有焦油， 酚，高级烃等有机物。 第二步、燃烧及气化： 煤焦在与氧气发生反应生成一氧化碳和二氧化碳放出 大量热量的同时， 又与水蒸气和二氧化碳发生反应生成氢气和一氧化碳， 在气相 中，氢气和一氧化碳又与残余的氧气发生燃烧反应，同时放出大量的热能。 第三步、气化反应。在反应物中几乎不含有氧气的情况下，煤、甲烷与水蒸 气、二氧化碳发生气化反应，生成氢气和一氧化碳。其总体的反应式可写为： 2 2 CnHm +(n/2)O —→ nCO+(m/2)H+Q 各步分反应为： （1）非均相水煤气反应 C+2H 2O—→2H2+CO2+Q （2 ）变换反应 CO+H 2O—→ CO2+H2 －Q （3 ）甲烷化反应 CO+3H 2—→ CH4 +H2O－Q （4 ）加氢气化反应 C+2H 2—→ CH4 －Q （5 ）部分氧化反应 C+1/2O 2—→ CO+Q （6 ）氧化反应 C+O 2—→ CO2 －Q （7 ）CO2 还原反应 C+CO 2—→2CO－Q （8 ）热裂解反应 CmHn —→ (n/4)CH 4+[(4m-n) /4]C －Q