气化煤气
[拼音]:qihua meiqi
[外文]:coal gasification gas
煤在高温下与气化介质反应生成的可燃气体。它是城市燃气气源之一。
煤的气化过程
气化介质有氧(空气)、水蒸气等,它们与煤的反应是复杂的,有代表性的反应有:
(1)部分燃烧,;
(2)完全燃烧,C+O2=CO2;
(3)发生炉反应,C+CO2=2CO;
(4)水煤气反应,C+H2O=CO+H2;
(5)加氢反应,C+2H2=CH4。另外,下列两反应也是重要的:⑥变换反应,CO+H2O=H2+CO2;
(7)甲烷化,CO+3H2=CH4+H2O。
此类反应都必须在适当的高温下进行,因而要供给热量,以推动反应进行;对于反应⑤、⑥、⑦,则温度过高时不利于反应向右边进行,又必须控制温度。
供热方法可利用煤燃烧本身所放出的热,以及利用甲烷生成热和其他化学反应热。有些工艺利用热载体带入热量,这种载体可以是气体、固体或高温熔融液。另外,也可把燃烧热先积蓄在炭层内,然后再放出,供气化反应用,循环运行。后一种方法污染严重,热损失较大。
在气化过程中,必须使固体煤颗粒的内外表面与反应气体(气化介质)充分接触,因而煤粒的粒度和在介质气流中运行情况成为一个重要因素。多数烟煤在加热到400~500°C时软化,煤粒会聚集成较大颗粒。所以煤气化一般采用不粘结煤或把煤预先破除粘结性。
煤含有各种矿物质,在气化过程中按不同工艺条件以干灰或熔渣形式排出。近来,又开发了凝聚颗粒状排渣。不同排渣方法各有利弊,是选用不同工艺时应考虑的重要问题之一。
煤的气化方法
按煤粒在气流中的运行状况,主要可归纳为三种形式:
(1)固定床。煤粒基本不湍动,煤粒随自身的气化和炉底灰渣的排出而缓慢下移,也称移动床,工业上传统使用的发生炉和水煤气炉,都属于常压固定床气化,近代又发展了加压固定床气化。
(2)流化床。煤粒受高速气化介质湍动而发生翻滚,床层疏松膨胀,床层内产生密相和稀相气泡,状似液体沸腾,使煤粒在高温下迅速气化,也称沸腾床。
(3)气流床。粉状煤粒和气化介质以高速顺流喷进气化炉,煤粉随气流剧烈旋转,在高温下瞬间迅速气化,也称悬浮床。这三种气化形式见示意图。图中还介绍了另一种熔浴式气化。这种气化形式是在温度较高且高度稳定的熔浴内进行的,熔浴可以是熔渣、熔盐或熔铁。
常压气化的设备和操作一般比较简易,加压气化就复杂得多。然而加压气化具有很多优点:在其他条件相同的情况下,如果操作压力增加p倍,产气量就可增加�W倍;有利于甲烷的生成,从而提高煤气的发热量,并降低工艺的耗氧量;有利于煤气的后处理工艺和远距离输送。作为合成气,本来需要加压,从而节省合成气的电耗。新开发的气化工艺都在向加压发展。(见彩图)
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气化煤气的成分和特性
气化煤气的主要有效成分为氢、一氧化碳和甲烷,如果以空气为气化介质,则生成气中含有大量氮,发热量偏低;如以水蒸气和氧为气化介质,则一氧化碳和氢含量可达80%或更高,发热量为10~11兆焦/米3。在加压和温度较低的条件下气化所得的煤气,其甲烷含量明显提高,发热量就较高。低发热量气化煤气(如发生炉煤气)不宜向厂外输配,一般就地用作工厂燃料气,或用于焦炉和炭化炉的加热。半水煤气用于氮肥的合成。发生炉煤气、水煤气或增热水煤气又都是调节城市燃气质量的掺混气体。低中发热量气化煤气用于联合循环发电,可提高发电效率并解决直接燃煤发电的污染问题。氢和一氧化碳是许多化学合成的重要原料。中发热量煤气可直接供作城市燃气,或通过变换、脱二氧化碳和甲烷化等一系列工艺,制成发热量为37兆焦/米3的代用天然气。
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