气化：气化反应条件的选择

一、水煤浆浓度随着煤浆进入气化炉的水，一部分参与化学反应，一部分蒸发，所需要的热量由氧化燃烧热提供，水煤比对合成气组分和冷煤气效率起着决定性作用。提高水煤浆浓度，冷煤气效率上升，这是由于减少了过量的水份带入气化炉，使氧、煤燃烧作用于气化反应的比例增加，故气化效率和有效气（CO+H₂）也相应提高。但煤浆浓度的提高又引起了其粘度升高，不利于贮运，且多耗电。虽然向水煤浆中添加活化剂可降低煤浆粘度改善其流动性。但会使生产成本上升。综合各方面要求，一般水煤浆浓度控制在60%～65%，添加剂为萘磺酸盐或木质素类。二、氧煤比所谓氧煤比就是指进入气化炉的氧气和煤的比例，更确切地说应是氧碳原子比。氧煤比对碳转化率、冷煤气效率、煤气中CO₂含量，产气率均有影响。

  从上图可以看出,氧煤比对碳转化率影响很明显,氧煤比增加,碳转化率显著上升,这是因为燃烧反应所产生的热量成为吸热气化反应所必须的热量,当氧煤比增加到一定值后曲线趋于平缓.

 从上图可以看出，产所率随着氧煤比增加而增加，到一定值开始下降，那是因为此时煤气中H₂被燃烧成水的缘故。

 冷煤气效率是指煤气化后，煤气中可燃烧的含碳气体中的碳与煤气中总碳量之比。从上图可以看出：氧煤比增加、冷煤气效率增加，但当高到一定值时，冷煤气效率反而下降，那是因为氧煤比过高，一部分碳完全氧化生成CO₂使煤气有效成份降低而降低了气化效率。  

从图可见：氧煤比提高，气化温度相应提高，是因为氧化剧烈放出热量多，使气化温度升高。

  从上图看，煤气中CO₂含量随氧煤比增加而降低，到一定值开始上升，原因和冷煤气效率一致。

  从图可以看出，比氧耗和比煤耗都有一格最佳点，先降后升，这是因为氧煤比越大，产生有效气就越多，但到一定值后，反而将有效气氧化成无用的组分，因此需要用来生成有效气的氧气和原料煤就越多，于是比氧耗和比煤耗增加。实验和实践证明，氧碳比对各气化指标的影响各有不同，其最佳值也处于不同位置。对提高碳转化率，氧碳比最佳值为0.96~0.97对提高冷煤气效率,氧碳比最佳值为0.94~0.96对提高有效气产量,氧碳比最佳值为0.91~0.93对降低CO₂量,氧碳比最佳值为0.90对降低比煤耗,氧碳比最佳值为0.93~0.95对提高产气率,氧碳比最佳值为0.94~0.96综合以上因素,最佳氧碳比为0.96由于实际生产中还存在着其它反应的相互影响及热量损失等原因，氧碳比应高于理论值，一般控制在0.96～1.02为宜。三、煤粉粒度煤粉粒度对碳的转化率有很大影响，因为煤粒在反应区停留时间和固—气反应的接触面积与煤粒尺寸关系密切相关。对大颗粒的煤粒，离开喷嘴所具有较大的动能，在气化炉停留时间比小颗粒短，另一方面比表面积也小，必然导致小颗粒煤转化率大于大颗粒，细颗粒（＜200目）含量多对气化有利。但细颗粒多将使水煤浆的表观粘度增大，不利于制备及贮运高浓度的水煤浆，所以一般控制在细颗粒含量为50%左右。四、气化压力水煤浆气化反应是体积增大的反应，提高压力对化学反应的平衡不利，但是，目前工业上普遍采用加压操作，其原因是：1、提高压力可以增加反应物浓度，加快反应速度，同时会增加反应物在气化炉内的停留时间，碳转化率提高，对气化有利。2、采用加压气化，喷嘴雾化效果好，不利于降低气体中甲烷的含量和提高碳的转化率，提高有效气产率。3、加压气化气体体积缩小，气化炉容积不变时，气化炉生产强度高，也减少了热损失。4、加压气化生产出的煤气压力高，大大减小压缩煤气时动力消耗。5、对碳与水蒸汽、碳与CO₂、甲烷水蒸汽转化等体积增大的反应化学平衡不利，但对气化影响最大的逆变换反应则无影响。但气化压力提高，对设备的材料及制造要求更严格，因此选择气化压力需从系统的技术经济效果来考虑。目前，世界上气化压力有四个等级，鲁南化肥厂2.7MPa，日本宇都、上海焦化厂4.0MPa，渭河化肥厂6.5MPa，最高是8.5Mpa。五、气化温度气化温度是水煤浆部分氧化过程十分重要的控制指标。水煤浆与氧的反应，其化学反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，为增加反应推动力，必须提高反应温度。而且为了保证灰渣呈熔融状态，便于液态排渣，气化温度必须在灰熔点T₄以上，但温度太高会：1、产品气中有效成分降低，CO₂含量上升。2、比氧耗增加，反应温度降低100℃，氧耗可降低10%。3、熔渣粘度过低，对耐火砖冲刷侵蚀将加剧，使其寿命缩短，当气化温度超过1400℃时，耐火砖会出现裂纹、剥落甚至爆炸。综上所述，一般气化炉操作温度控制在1350℃～1400℃。