從氣化原料角度看,首先,煤具有煤巖特性,固體顆粒粒度分布是煤炭利用過程的重要指標(biāo)之一;其次,煤中含有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)和水分,具體含量和性質(zhì)又與煤化程度緊密相關(guān)。有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以由橋鍵連接的芳環(huán)為主,芳環(huán)則包括單環(huán)、雙環(huán)以及稠環(huán),環(huán)中還含雜原子,如S,N,O等,無機(jī)質(zhì)種類很多,已檢測出的礦物質(zhì)達(dá)125種以上;第三,煤氣化反應(yīng)過程復(fù)雜,熱解,燃燒和還原反應(yīng)可同時進(jìn)行,也可分步完成。
煤的熱解產(chǎn)物包括氣體、煤焦油和焦炭。在熱解的過程中,隨著溫度的升高,橋鍵按強(qiáng)弱順序依次斷裂。煤種不同,熱解過程和產(chǎn)物均有所不同,褐煤的起始熱解溫度再200攝氏度左右,煙煤約為350攝氏度,無煙煤則在400攝氏度左右。一般地,煤化程度低時煤焦油產(chǎn)率高;煤化程度高時煤焦油產(chǎn)率低、氣氛環(huán)境等。
熱解反應(yīng)需要熱能,移動床的熱解段由高溫?zé)釟夤?,流化床和氣流床的熱解氣體與煤焦油參與氣化反應(yīng),即時向熱解反應(yīng)供熱。氣化反應(yīng)主要發(fā)生在半焦或焦炭與氣化劑之間。
煤氣化動力學(xué)與反應(yīng)過程關(guān)系密切。塊煤氣化時,反應(yīng)溫度不高,煤塊表層附近的反應(yīng)速率受本征速率控制,接近煤塊中心時,灰層擴(kuò)散控制反應(yīng)速率;粉煤熔渣氣化時,煤粒尺寸微小,能瞬間升到很高的溫度,本征反應(yīng)速率很快,無機(jī)質(zhì)的相變使得煤粒表面發(fā)生快速更新,于是,宏觀反應(yīng)速率的控制步驟變?yōu)闅庀鄶U(kuò)散相關(guān)。因此,提高操作壓力、強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)流動有利于提高氣化強(qiáng)度。
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