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1第一章氨合成一、概述二、煤氣化原理三、制取半水煤氣的工業(yè)方法第二節(jié)、固體燃料氣化2一、概述煤氣化—煤、焦碳等固體燃料在高溫常壓或加壓條件下,與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物和少量殘?jiān)^(guò)程。氣化劑—能與灼熱碳層進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì),主要是水蒸氣、空氣或它們的混合物。氣化劑名稱主要成分AIR空氣煤氣N2、CO、CO2、H2水蒸氣水煤氣H2、CO、CO2、
N2
AIR、水蒸氣混合煤氣H2、CO、CO2、
N2AIR+水蒸氣半水煤氣H2、CO、N2、CO23二、煤氣化原理1、以空氣為氣化劑時(shí),碳與氧之間的反應(yīng)為:
C+O2=CO2;△Hθ298=-393.77kJ/mol
C+1/2O2=CO;
△Hθ298=-110.59kJ/mol
C+CO2=2CO;△Hθ298=172.284kJ/mol
CO+1/2O2=CO2;
△Hθ298=-283.183kJ/mol(一)、化學(xué)反應(yīng)獨(dú)立反應(yīng)數(shù):4-2=2平衡含量:CO含量隨溫度升高增加,CO2下降,T高于900℃主要產(chǎn)物為CO,CO2很少。平衡計(jì)算:42、以水蒸汽作氣化劑時(shí),碳與水蒸汽的反應(yīng)為:C+H2O(g)=CO+H2,△Hθ298=131.390kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2△Hθ298=90.196kJ/molCO+H2O(g)=CO2+2H2△Hθ298=-41.19kJ/mol
C+2H2=
CH4
△Hθ298=74.90kJ/mol二、煤氣化原理獨(dú)立反應(yīng)數(shù):6-3=3平衡計(jì)算:平衡含量:相同壓力下溫度高于900℃,水蒸汽與碳反應(yīng)的平衡產(chǎn)物中,含有等量的H2及CO
,其它組分含量接近于零。隨著溫度的降低H2O、CO2及CH4等平衡含量逐漸增加。二、煤氣化原理6(二)、反應(yīng)速率1、碳和氧的反應(yīng):根據(jù)對(duì)碳與氧反應(yīng)的研究表明,當(dāng)反應(yīng)溫度在775℃以下時(shí),反應(yīng)屬于動(dòng)力學(xué)控制。高于900℃時(shí),反應(yīng)屬于擴(kuò)散控制。在兩者之間,屬過(guò)渡階段。2、碳和水蒸氣的反應(yīng)碳和水蒸氣的反應(yīng),在溫度為400~1100℃的范圍內(nèi),速度仍較慢,屬于動(dòng)力學(xué)控制。當(dāng)溫度超過(guò)1100℃時(shí),反應(yīng)速度較快,開始為擴(kuò)散控制。二、煤氣化原理7(一)、半水煤氣生產(chǎn)的特點(diǎn)1、(CO+H2)與N2的比例為3.1~3.2.2、以前者反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需的熱,并能維持系統(tǒng)自熱平衡的話,得不到合格的半水煤氣。生產(chǎn)方法:
(1)間歇制氣法;(2)富氧空氣(或純氧)氣化法;(3)外熱法三、制取半水煤氣的工業(yè)方法8(三)、間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)五個(gè)階段:氣體流向1、吹風(fēng)階段:吹入空氣,提高燃料層溫度,吹風(fēng)氣放空。2、蒸汽一次上吹制氣階段:自下而上送入水蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng),燃料層下部溫度下降,上部升高。3、蒸汽下吹制氣階段:水蒸汽自上而下進(jìn)行反應(yīng),使燃料層溫度趨下均衡。三、制取半水煤氣的工業(yè)方法間歇式氣化過(guò)程在固定床煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行的。4、蒸汽二次上吹制氣階段:使底部下吹煤氣排凈,為吹入空氣做準(zhǔn)備。5、空氣吹凈階段:回收爐子上部及管道中的煤氣,此部分吹風(fēng)氣加以回收,作為半水煤氣中氮的主要來(lái)源。10(四)、間歇式制半水煤氣的工藝條件(1)溫度:
利:高溫,CO、H2含量高H2O等少,反應(yīng)速度快。
弊:高溫,吹風(fēng)氣溫度高,CO含量高,熱量損失增大;結(jié)疤?;胰埸c(diǎn):t1變形溫度、t2軟化溫度、t3熔融溫度。
氣流床:T<t1防粘結(jié)
固態(tài)出渣:T<t2防結(jié)疤
液體排渣:T>t3三、制取半水煤氣的工業(yè)方法(四)、間歇式制半水煤氣的工藝條件(2)吹風(fēng)速度:許可條件下高風(fēng)量,吹風(fēng)速度直接決定放熱。利:高風(fēng)量,擴(kuò)散控制,氧化層反應(yīng)加速,CO2在還原層停留短,CO低,熱量損失??;空氣吹凈小些。弊:風(fēng)量過(guò)高,易結(jié)疤;吹翻燃料層,爐況惡化,飛灰?guī)ё叩娜剂蠐p失。(3)蒸汽用量:下吹時(shí)間長(zhǎng)于上吹。上吹:時(shí)間過(guò)長(zhǎng),熱損失大,氣化區(qū)上移。下吹:蒸汽事先預(yù)熱,制氣情況更好。(4)循環(huán)時(shí)間及其分配:等于或略少于3min。過(guò)長(zhǎng):氣化層溫度、煤氣質(zhì)量、產(chǎn)量波動(dòng)大;過(guò)短:閥門開關(guān)頻繁,占時(shí)間多,效率下降,閥門易損壞。
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