1.1.2　煤气化技术基本原理

煤炭气化是以煤炭或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧空气或工业纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂，在高温条件下在气化炉中通过化学反应将煤炭或煤焦中可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程，旨在生产民用、工业用燃料气和合成气，并使煤中的硫、灰分等在气化过程中或之后得到脱除，使污染物排放得到控制。

气化炉中的化学反应较为复杂。气化反应按反应物的相态不同而划分为两类反应，即非均相反应和均相反应。前者是气化剂或气态反应物与固体煤或焦煤的反应；后者是气态反应物之间相互反应或与气化剂的反应。在气化装置中，由于气化剂的不同而发生不同的气化反应，也存在平行反应和串联反应。习惯上将气化反应分为三种类型：碳-氧间的反应、碳与水蒸气的分解反应、甲烷生成反应。

（1）碳-氧间的反应

以空气为气化剂时，碳与氧气之间的化学反应如下：

C＋O2CO2　　(1-1)

2C＋O22CO　　(1-2)

C＋CO22CO　　(1-3)

2CO＋O22CO2　　(1-4)

（2）碳与水蒸气的分解反应

在一定温度下，碳与水蒸气之间发生下列反应：

C＋H2OCO＋H2　　(1-5)

C＋2H2OCO2＋2H2　　(1-6)

这是制造水煤气的主要反应，也称水蒸气水解反应，两反应均为吸热反应。反应生成的一氧化碳可进一步和水蒸气发生如下反应：

CO＋H2OCO2＋H2　　 (1-7)

该反应称为一氧化碳变换反应，也称为均相水煤气反应或水煤气平衡反应，是放热反应。

（3）甲烷生成反应

煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢气反应以及气体产物之间反应的结果。

C＋2H2CH4 　　(1-8)

CO＋3H2CH4＋H2O 　　(1-9)

2CO＋2H2CH4＋CO2 　　(1-10)

CO2＋4H2CH4＋2H2O 　　(1-11)

以上生成甲烷的反应，均为放热反应。

（4）煤中其他元素与气化剂的反应

煤中还含有少量元素氮（N）和硫（S）。它们与气化剂O2、H2O、H2以及反应中生成的气态产物之间可能进行的反应如下：

S＋O2SO2 　　(1-12)

SO2＋3H2H2S＋2H2O 　　(1-13)

SO2＋2COS＋2CO2　　(1-14)

2H2S＋SO23S＋2H2O 　　(1-15)

C＋2SCS2　　(1-16)

CO＋SCOS 　　(1-17)

N2＋3H22NH3　　(1-18)

N2＋H2O＋2CO2HCN＋1.5O2 　　(1-19)

N2＋xO22NOx　　(1-20)

以上反应产生了煤气中的含硫和含氮产物。含硫化合物中，主要产物是H2S、COS、CS2等，其他含硫化合物仅占次要地位。在含氮化合物中，氨是主要产物，NOx（主要是NO以及微量的NO2）和HCN为次要产物。

式（1-1）～式（1-20）为煤炭气化的基本化学反应，只指出了反应的初始和最终状态。不同的气化过程的化学反应即由这些或其中部分反应以串联或平行的方式组合而成。