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1、固体燃料造气,固体燃料造气是用气化剂对固体燃料在高温下进行热加工，使其转变为可燃性气体的过程。气化剂：空气、水蒸汽及其混合物 固体燃料：煤、焦炭 可燃性气体成份：CO、CO2、H2、N2、CH4等 半水煤气：（CO H2）/N23.13.2（体积比），是合成氨的重要原料。半水煤气是合成氨的原料气。,一、固体燃料气化过程概述,二、气化反应原理,1、以空气为气化剂的气化反应原理（1）化学平衡 以空气或富氧空气为气化剂时，在燃料层主要进行下列反应：2C O2 2CO H0 2CO O2 2CO2 H0 C O2 2CO2 H0 CO2 C 2CO H0,反应特点：前三个反应为不可逆的放热反应，最后一
2、个反应为可逆的吸热反应。反应平衡常数各生成物平衡浓度的乘积各反应物平衡浓度的乘积各生成物平衡分压的乘积各反应物平衡分压的乘积 在该式中不计纯固体和纯液体（溶液除外）的浓度，并将化学反应系数转化为计算式中的指数。,平衡常数与温度的关系：H0，t，KP；H0，t，KP。讨论：气体平衡组成与温度的关系？（2）反应速率 气化剂与固体燃料在煤气发生炉中的反应属于气固相反应。随着反应的进行，固体燃料的粒度逐渐减小，不断生成气体产物。反应过程由五个步骤组成：扩散表面吸附表面反应脱附反扩散。,气化速率取绝于气体扩散速率和化学反应速率。若气体扩散速率小于化学反应速率，此时为扩散控制，反之为反应动力学控制。对碳和
3、氧反应的研究表明，t775时为反应动力学控制，t900时为扩散控制，t775900处于过渡区。,2、以水蒸汽为气化剂的气化反应原理（1）碳与水蒸汽的化学反应平衡 高温下碳与水蒸汽反应，可生成含H2、CO、CO2等的混合气体。反应式：C 2H2O（g）CO2 2H2 H0 C H2O（g）CO H2 H0 CO2 C 2CO H0 CO H2O（g）CO2 H2 H0 C 2H2 CH4 H0,反应特点：前三个反应为吸热可逆反应，后两个反应为放热可逆反应。讨论：a、化学反应平衡常数如何求取？b、化学反应平衡常数与温度的关系？强调：温度升高，CO、H2的平衡含量增加，H2O（g）、CO2、CH4的
4、平衡含量下降；0.1MPa、900时，CO与H2的平衡含量相等，其它组分的平衡含量接近于0。,为什么提高反应温度能提高煤气中CO与H2的含量、降低CO2和CH4的含量？分析：综合前三个吸热可逆反应，有：C H2O（g）CO H2 H0 吸热反应综合后两个放热可逆反应，有：C H2O（g）CO H2 CO2 CH4 H0 吸热反应由以上两个综合反应式可看出：t，（CO H2），（CO2 CH4）。,（2）碳与水蒸汽的反应速率：碳与水蒸汽的反应速率，取决于反应温度和燃料的活性。采用活性较高的燃料（如木炭）时，900时已进入扩散控制区，而对于活性较差的燃料（如焦炭），1100以上才进入扩散控制区。碳
5、与水蒸汽的反应程度可用水蒸汽分解率表示。水蒸汽分解率（水蒸汽分解量/入炉水蒸汽量）100,三、半水煤气的生产方法,1、半水煤气生产的特点半水煤气：气体中n（CO H2）/n（N2）3.13.2,用作合成氨的原料气。特点：空气和水蒸汽同时通入气化装置，如满足系统自热平衡，则气体成份不能满足要求；反之，若气体成分满足要求，则不能满足系统自热平衡。生产方法：外热法、富氧空气氧化法、蓄热法。,（1）外热法 须采用高温热源（如原子能反应堆余热），以熔融盐、熔融铁作加热介质。由于固体导热性差，需优质耐火砖，故未推广。（2）富氧空气氧化法 用富氧空气替代空气，可满足系统热量平衡及半水煤气成份的双重要求，实现
6、连续制气。在实际生产中，由于存在热损失，富氧空气中的O2含量控制在50左右。,（3）蓄热法 该法又称为间歇气化法。所用设备为煤气发生炉，内装固体燃料。往炉内先送入空气以提高燃料层温度，生成的气体（吹风气）大部分放空；然后送入水蒸汽进行气化反应，此时燃料层温度下降。如此间歇地往炉内送入空气和水蒸汽重复进行，所得水煤气配入部分吹风气即成半水煤气。该法是我国多数中小型合成氨厂采用的气化方法。,煤气发生炉见教材。块状燃料由顶部间歇加入，气化剂通过燃料层进行气化反应，灰渣落入灰箱排出炉外。燃料层分区：干燥区：位于燃料层顶部，燃料与上升的温度较高的煤气接触，被高温煤气加热，燃料中的水份蒸发。,干馏区：燃料下移继续受热，释放出低分子烃类，燃料本身逐渐焦炭化。气化区：是气化反应的发生场所。以空气为气化剂时气化区的下部主要进行碳的燃烧反应，称为氧化层；上部主要进行碳与CO2的反应，称为还原层。以水蒸汽为气化剂时气化区进行碳与水蒸汽的反应，不再区分氧化层和还原层。,灰渣区：位于燃料层底部，可预热由炉底部进入的气化剂，同时灰渣被冷却可保护炉箅不致过热变形。,
