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气化的几个重要过程 具体的气化过程所采用的炉型不同，操作条件不同，所使用的气化剂及燃料组成不 同，但基本都包括几个主要的过程，即煤的干燥、干馏、热解、主要的化学反应。 1.煤的干燥 煤的干燥过程受干燥温度、气流速度等因素的影响。气流中水分含量的高峰期处于碳 床层温度为100℃左右，其水的产生速度和煤的颗粒大小无关。也就是说干燥过程主要是 与水分的蒸发温度有关。煤的干燥过程，实质上是水分从微孔中蒸发的过程，理论上应在 接近水的沸点下进行，但实际生产中，和具体的气化工艺过程及其操作条件又有很大的关 系，例如，对于移动床气化而言，由于煤不断向高温区缓慢移动，且水分蒸发需要一定的 时间，因此水分全部蒸发的温度稍大于lOO℃，当气化煤中水分含量较大时，干燥期间， 煤料温度在一定时间内处于不变的100℃左右。而在其他的一些气化工艺过程当中，例 如，气流床化时，由于粉煤是直接被喷人高温区内，几乎是在2000℃左右的高温条件 下被瞬间干燥。 一般地，增加气体流速，提高气体温度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥 温度高、气流速度大，则干燥时间短；反之，煤的干燥时间就长。 从能量消耗的角度来看，以机械形式和煤结合的外在水分，在蒸发时需要消耗的能量 相对较少；而以吸附方式存在于煤微孔内的内在水分，蒸发时消耗的能量相对较多。 煤干燥过程的主要产物是水蒸气，以及被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。 2．煤的热解 煤是复杂的有机物质，从煤的成因知道，煤是由高等植物(或低等植物)在一定的条 件下，经过相当长的物理、化学、物理化学、生物及地质作用而形成的。其主体是含碳、 氢、氧和硫等元素的极其复杂的化合物，并夹杂一部分无机化合物。当加热时，分子键的重排将使煤分解为挥发性的有机物和固定碳。挥发分实质上是由低分子量的氢气、甲烷和一氧化碳等化合物至高分子量的焦油和沥青的混合物构成。 就移动床来说，煤炭气化过程的热解从温度和工艺条件分析，基本接近于低温于馏 （500~600℃)。从还原层上来的气体基本不含氧气，而且温度较高，可以视为隔绝空气加 热即干馏。而对于沸腾床和气流床气化工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍 微复杂，尤其对于气流床来讲，煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。 煤的加热分解除了和煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压 力和周围气体介质有关系。 无烟煤中的氢和氧元素含量较低，加热分解仅放出少量的挥发分；烟煤加热时经历软 化为类原生质的过程。在煤颗粒中心达到软化温度以前，开始分解出挥发物，同时其本身 发生膨胀。 煤颗粒粒径小于50μm时，热解过程将为挥发形成的化学反应控制，热解与颗粒大小 基本没有关系。当颗粒粒径大于100μm后，热解速度取决于挥发分从固定碳中的扩散逸 出速度。 压力对热解有重要影响，随压力的升高，液体碳氢化合物相对减少，而气体碳氢化合 物相对增加。 一般来说，在200℃以前，并不发生热解作用，只是放出吸附的气体，如水等。在大 于200℃后，才开始发生煤的热分解，放出大量的水蒸气和二氧化碳，同时，有少量的硫 化氢和有机硫化物放出。继续升高温度，达到400℃左右时煤开始剧烈热解，放出大量的甲烷和同系物、烯烃等，此时煤转变为塑性状态。温度达到500℃时，开始产生大量的焦油蒸气和氢气，此时塑性状态的煤因分解作用的进行而变硬。 煤的热解结果生成三类分子：小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。 就单纯热解作用的气态而言，煤气热值随煤中挥发分的增加而增加，随煤的变质程度 的加深氢气含量增加而烃类和二氧化碳含量减少。煤中的氧含量增加时，煤气中二氧化碳 和水含量增加。煤气的平均分子量则随热解的温度升高而下降，即随温度的升高大分子变 小，煤气数量增加。 3．主要化学反应 煤炭气化过程中存在许多化学反应，既有煤和气化剂之间的反应，也有气化剂与生 成物之间的反应，但研究的重点一般集中在碳与氧气、二氧化碳、水蒸气之间进行的化学反应。可以用影响化学反应平衡和化学反应速度的一般规律来讨论这些重要的煤炭气化反应。 首先是煤的燃烧反应，通过燃烧一部分燃料来维持气化工艺过程中的热量平衡。煤的 燃烧是指在空气、富氧空气或氧气中，当煤的温度达到着火点时剧烈氧化，放出大量热量 的过程，完全燃烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时则生成一氧化碳。不论采用哪一种具 体的气化工艺，产生的热量基本上都消耗在如下几个方面：灰渣带出的热量、水蒸气和碳 的还原反应需要的热量、煤气带走的热量以及传给水夹套和周围环境的热量。 其次是还原反应，包括碳和二氧化碳的反应，以及水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应，主要生成一氧化碳和氢气。 由此可见，煤炭气化过程的两类主要反应即燃烧反应和还原反应是密切相关的是煤炭气化过程的基本反应。 |
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