常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部反應(yīng)過程(2)
作者：1發(fā)布時間：2010-02-08
為了便于更合理地對常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們非常有必要對煤氣發(fā)生爐內(nèi)部氣化的一些物理與化學(xué)過程進(jìn)行深層次的了解，包括發(fā)生爐內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)、氣相內(nèi)的反應(yīng)、氣相與固相的運(yùn)動、固相各階段的反應(yīng)。本文從一定的層面上對常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部的氣相化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了簡要綜述。
以固相溫度沿床層的變化曲線為基礎(chǔ)，可以對氣相濃度沿床層的變化進(jìn)行一些簡單說明。Van Der Hoeven曾研究過煤氣反應(yīng)爐中氣體濃度變化的實(shí)驗(yàn)值。
在煤氣化反應(yīng)爐底部的灰分區(qū)，灰分和供入的氣化劑物流進(jìn)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(fā)生多相氧化反應(yīng)生成CO2和CO，另外，氣化劑中的H 2O也有可能同固體碳發(fā)生多相氣化反應(yīng)生成H2和CO，這時，由于氣相中有O2的存在，可能會發(fā)生如下的均相反應(yīng)：
2CO+ O2 = 2CO 2 (1-1)
2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O (1-2)
這樣反應(yīng)的總效果就是在氣相的氧未耗盡之前，不但不會產(chǎn)生H 2 O的消耗，而且因?yàn)榫喾磻?yīng)（1-1）的存在，氣相中的CO 2 濃度是逐漸增加的?？傊?，在燃燒區(qū)，盡管H 2 O和CO 2 也會同固體碳發(fā)生多相氣化反應(yīng)，但氣化反應(yīng)的產(chǎn)物H 2 和CO卻在氣相中又可能按照前述的兩個均相反應(yīng)均被均相氧化成H 2 O和CO 2 。
<p>在煤氣化反應(yīng)爐中的氣化區(qū)，存在著大量的均相氣相反應(yīng)。除了水煤氣變換反應(yīng)外，還有如下的均相甲烷化生成反應(yīng)：
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(yīng)均是體積減小的反應(yīng)，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(yīng)：
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(yīng)又均是體積增加的吸熱反應(yīng)，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(chǎn)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(shí)際上，由于氣相和固相的逆流性質(zhì)，由于氣相的快速流動，由于煤氣化反應(yīng)爐內(nèi)沿床層溫度的不斷變化，發(fā)生爐中生成的各種氣體很難達(dá)到完全平衡。在干燥區(qū)和脫揮發(fā)分的熱解區(qū)，由于溫度的進(jìn)一步降低，煤氣組成更加偏離平衡區(qū)。
