常壓固定床煤氣化發生爐內部反應過程(2)
作者：1發布時間：2010-02-08
為了便于更合理地對常壓固定床煤氣化發生爐內部結構進行設計，我們非常有必要對煤氣發生爐內部氣化的一些物理與化學過程進行深層次的了解，包括發生爐內部的傳熱與傳質、氣相內的反應、氣相與固相的運動、固相各階段的反應。本文從一定的層面上對常壓固定床煤氣化發生爐內部的氣相化學反應進行了簡要綜述。
以固相溫度沿床層的變化曲線為基礎，可以對氣相濃度沿床層的變化進行一些簡單說明。Van Der Hoeven曾研究過煤氣反應爐中氣體濃度變化的實驗值。
在煤氣化反應爐底部的灰分區，灰分和供入的氣化劑物流進行能量交換。隨著溫度的升高，氣化劑中的氧氣同固體中的碳發生多相氧化反應生成CO2和CO，另外，氣化劑中的H 2O也有可能同固體碳發生多相氣化反應生成H2和CO，這時，由于氣相中有O2的存在，可能會發生如下的均相反應：
2CO+ O2 = 2CO 2 (1-1)
2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O (1-2)
這樣反應的總效果就是在氣相的氧未耗盡之前，不但不會產生H 2 O的消耗，而且因為均相反應（1-1）的存在，氣相中的CO 2 濃度是逐漸增加的。總之，在燃燒區，盡管H 2 O和CO 2 也會同固體碳發生多相氣化反應，但氣化反應的產物H 2 和CO卻在氣相中又可能按照前述的兩個均相反應均被均相氧化成H 2 O和CO 2 。
<p>在煤氣化反應爐中的氣化區，存在著大量的均相氣相反應。除了水煤氣變換反應外，還有如下的均相甲烷化生成反應：
CO+3H 2 =CH 4 +H 2 O-219.3kJ/mol (1-3)
CO 2 +4H 2 =CH 4 +2H 2 O-162.8kJ/mol (1-4)
2CO+2H 2 =CH 4 +CO 2 -247.3kJ/mol (1-5)
這些反應均是體積減小的反應，提高壓力，降低溫度有助于甲烷的生成。與此相反，CO和H 2 O的多相還原氣化反應：
C+CO 2 =2CO-173.3kJ/mol (1-6)
C+H 2 O=H 2 +CO-135.0kJ/mol (1-7)
而這些反應又均是體積增加的吸熱反應，降低壓力、提高溫度有利于碳的氣化。顯然，壓力恒定時，溫度越高CO的平衡濃度越高；溫度一定時，壓力越高，CO平衡濃度越低。這樣可部分說明由加壓氣化工藝生產的煤氣中的CO 2 的含量要高于常壓氣化，CO的濃度卻要低于常壓氣化。
實際上，由于氣相和固相的逆流性質，由于氣相的快速流動，由于煤氣化反應爐內沿床層溫度的不斷變化，發生爐中生成的各種氣體很難達到完全平衡。在干燥區和脫揮發分的熱解區，由于溫度的進一步降低，煤氣組成更加偏離平衡區。
