煤氣化的本質(zhì)和分類

煤的氣化總的講是指煤與空氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣或這些氣體的混合氣進(jìn)行反應(yīng)得到各種煤氣的過(guò)程。所得的煤氣可用作燃料或化學(xué)合成氣、合成液體燃料及其他氣體的原料。煤在氫氣中的氣化叫作加氫氣化。

煤由芳香和氫化芳香結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，結(jié)構(gòu)單元間有交聯(lián)鍵，其周?chē)嘘P(guān)能團(tuán).氣化時(shí)，首先脫揮發(fā)物，外圍官能團(tuán)以揮發(fā)物形式脫除，部分交聯(lián)鍵斷裂，氫化芳香物斷裂揮發(fā)或轉(zhuǎn)變成新的芳香結(jié)構(gòu)，而芳香疊層轉(zhuǎn)變成小的碳微晶體，微晶體聚集形成焦炭。脫揮發(fā)物時(shí)也生成了活潑的和不穩(wěn)定的碳，這些活潑碳既可以直接與周?chē)臍怏w反應(yīng)也可以失去活性成為焦炭。接著焦炭和揮發(fā)分與氧、水蒸氣、氫反應(yīng)生成CO、H2和CH4。因此，氣化和干餾的差別在于氣化時(shí)，揮發(fā)分和焦進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成氣態(tài)產(chǎn)物。由于揮發(fā)分比焦更活潑，所以煤的氣化效率決定于焦的活性。焦的活性很大程度上又決定于原煤的性質(zhì)和干餾條件，如加熱速度和制備煤焦時(shí)的高溫度。例如，焦的微晶大小決定于原煤的疊層的大小。交聯(lián)鍵的斷裂可改善疊層的排列.生成焦粒的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)比原煤多還是少取決于因脫揮發(fā)分使孔容積增加及因疊層的平行排列使孔容積減少之間的平衡。其他因素如煤灰的催化活性也影響焦的活性。

事實(shí)上，氣化是一種不完全燃燒，它生成CO和H2。在完全燃燒時(shí)則生成CO2和H2O。氣化時(shí)涉及的基本化學(xué)反應(yīng)與燃燒類似。文獻(xiàn)對(duì)這些反應(yīng)進(jìn)行了詳盡的討論。本節(jié)將簡(jiǎn)單地討論這些化學(xué)反應(yīng)，它們的反應(yīng)速度，氣化時(shí)基本的物理現(xiàn)象以及氣化過(guò)程的原理。討論的目的是鑒別影響煤氣化的重要的煤的特性，這些特性放在本節(jié)后部分?jǐn)⑹觥?

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