气化：德士古煤气化的反应热力学

气化：煤气化的反应热力学德士古水煤浆加压气化属气流床，氧气和水煤浆通过德士古烧嘴混合后喷射雾化进入气化炉发生部分氧化反应，生成以CO和H₂为有效组分的粗合成气。气化炉在煤灰熔点以上温度发生反应，固体在气化炉内停留3～5秒钟，反应生成的粗合成气甲烷含量减少，一般仅为0.1%以下，碳转化率高达98%，由于反应温度高，不生成渣油、酚及高级烃等可凝聚的付产物。整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。我们只可以大致把它分为三步：1 裂解、挥发分燃烧：当煤浆与氧气混合喷入气化炉后，煤浆中的水分迅速变为水蒸汽，煤粉发生干馏及热裂解。煤粉变为煤焦，由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分迅速完全燃烧，同时放出大量热量。2 燃烧、气化：煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO₂和CO等气体，放出热量。另一方面，煤焦与水蒸气、CO₂发生气化反应，生成H₂和CO。在气相中，H₂和CO与残余的O₂发生燃烧反应，放出更多的热量。3 气化：反应物中几乎不含有O₂。主要是煤焦、甲烷等与水蒸汽、CO₂发生气化反应，生成H₂和CO。其总反应可写为：CnHm+(n/2)O₂→nCO+(m/2)H₂₊Q煤浆反应在反应系统中放热和吸热的平衡是自动调节的。且反应是在有氧参与下进行的，因此，自始至终反应是自动进行的。气化炉内的反应相当复杂，既有气相间反应，又有固、气双相间的反应。因此只需讨论两个独立反应即可：变换反应和甲烷化反应。（1）变换反应的化学平衡CO+H₂O＝CO₂+H₂+9838 Kcal/Kmol从平衡上讲，变换反应为放热反应，降低温度对平衡有利。但在高温条件下，CO变换反应易接近平衡。（2）甲烷化反应的化学平衡CO+3H₂＝CH₄+H₂O+49.271Kcal/Kmol该反应为放热反应。提高温度，甲烷浓度减少，反应有利于向生成CO和H₂的方向进行。但增加压力，甲烷浓度也相应增加。因为，甲烷化反应是体积缩小的反应。煤气化总的反应是体积增大的反应，从化学平衡来讲，提高压力对平衡不利。但压力的提高增加了反应物的浓度，可提高反应速度。