系统含有C，O2，CO，CO2 4种物质，由C,O 2个元素构成，故系统独立反应式为两个。一般选 式（5－1）、（5－3）计算平衡组成。
表5－1 总压0.1MPa时空气煤气的平衡组成
温度℃ CO2
650
10.8
CO
N2 α=CO/(CO+CO2)
16.9 72.3
61.0
800
1.6
31.9 66.5
特点Mark V型，直径5m，每台产气量可达106m3/h
图5－3 鲁奇炉结构示意图 1.煤箱 2.分布器 3.水夹套 4.灰箱 5.洗涤器
3.流化床气化法：
特点
煤：粒度<10mm 流化状态 气体组成和温度均匀
温克勒炉(Winkler) 煤气组成(体积％） H2: 35～ 46 CO: 30～ 40 CO2: 13～ 25 CH4: 1～ 2
各国替代能源发展政策 – 美国 – 加拿大 – 欧洲 – 中国
我国GDP下降0.7~0.8%
Hydrogen in energy systems, 1850-2150
氢气的利用是最佳的选择
稳定的能源 – 可再生性 – 来源稳定，不受地缘界定影响 – 价格稳定
绿色能源 – 温室气体 – 空气质量 – 可持续性
石油、天然气
5.1.3 关键问题
1.实现新工艺，降低成本，解决污染问题
2.合成气生产烯烃、含氧化合物技术中 金属催化剂的替代。
高压、高温、贵
5.2由煤制合成气 5.2.1煤气化的基本原理 1.化学平衡 （1）以空气为气化剂时
独立反应数的确定 一般说来，独立反应数等于反应系统中所有的物质数减去形成这些物质的元素数。 复杂系统达到平衡时，应根据独立反应的概念来决定平衡组成。
95.2
900
0.4
34.1 65.5
98.8
1000
0.2
34.4 65.4
99.4
结论：T ，CO ,CO2 T>900℃ ，CO2含量很少，主要是CO
(2）以水蒸气作气化剂时
计算平衡组成（5个参数） ① 3个平衡常数表达式
② 分压与总压的关系
③ 根据水中氢与氧的物料平衡
图5－1 0.1MPa下碳－蒸汽反应的平衡组成
T>900℃ ，含有等量的H2和CO，其它组分含量接近于零。 T↓ ，H2O、CO2、CH4含量逐渐增加。 故高温下H2和CO含量高。
图5－2 2MPa下碳-蒸汽反应的平衡组成
相同T ，P↑， H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量减小。 故制得H2和CO含量高的水煤气，在低压、高温下进行。
a 气速↑ b 颗粒直径 ↓ 775℃ < T < 900℃ ，过渡区
（2）C与CO2的还原反应在2000℃ 以下，属于动力学控制，反应速率 大致为CO2的一级反应。
（3）C与H2O反应生成CO和H2
400℃ < T < 1100℃，动力学控制 T > 1100℃，扩散控制
5.2.2水煤气的生产方法

2.固定床连续气化法 气化剂：水蒸汽和氧气的混合物 燃料层分层：与间歇法大致相同
碳与氧的燃烧放热反应与碳与水蒸汽的吸热反应同时进行 气化反应至少在600～ 800℃进行：调节水蒸汽与氧的比例，可控制炉中各层温度，并使温 度稳定。
固定床连续气化法 常压法 加压法－鲁奇法(Lurgi)
使反应速度加快，生产能力大，压力一般为2－3MPa，从热力学角度，压力高有 利于甲烷和CO2的生成。
2.反应速率 气固反应 不仅与化学反应速率，还与气化剂向碳 表面的扩散速率有关 与煤的种类有关 反应活性：无烟煤<焦炭<褐煤
(1)对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后CO2再与碳反应生成CO.
O2的一级反应
T < 775℃，动力学控制 T > 900℃ ，扩散控制 增加扩散反应速率措施：
4.气流床气化法：
特点：粉煤为原料
反应温度很高
灰分呈熔融状态
对煤种的通用性强
科柏斯－托切克煤气化炉（K-T炉）
德士古水煤浆气化炉（Texco炉)
煤气组成(体积％）
Texco炉
K-T炉
H2:
35～ 36
31
CO:
44～ 51
58
CO2:
13～ 18
CH4:
0.1
10 0.1
图5－4 科柏斯－托切克煤气化炉示意图
更多 ….
氢 获 取 途 径
应用 合成气
合成气
NH3 乙烯、丙烯
合成气 改进的费托合成催化剂 醋酸
甲醇
锌、铬系催化剂
铑络合物－HI催化剂
汽
油、烯烃、芳烃高压、380℃
3MPa，175℃
乙烯
铜、锌系催化剂
甲醇
中低合压成、气230－＋270丙℃烯醇
1,4－丁二醇 同系化
乙二醇 乙醇
5.1.2发展背景 煤
.
5
三 类 气 化 炉 的 炉 内 温 度 分 布 比 较
天然气
优质、相对稳定、价廉、清洁、环境友好的能源。CH4含量>90%. 21世纪中期将是以天然气为主要能源的时代。 目前，世界上约有80％的合成氨及尿素、80％的甲醇及甲醇化学品、40％的乙烯（丙烯）及衍生 品、60%的乙炔及炔属化学品等都是以天然气为原料生产的。 我国天然气资源量为38万亿m3,可开采资源量为10.5万亿m3。
第五章 合成气的生产工艺与设备
5.1 合成气的应用及发展前景 5.1.1 应用
合成气（synthesis gas or syngas) CO和H2的混合物
原料： 煤 油 天然气 油页岩、石油砂 农林废料、城市垃圾
氢能利用背景
化石类能源使用 过渡开采化石类能源的逐渐枯竭 石油价格不断攀升
分析：1100～ 1200℃高温反应 大量吸热
要求：大量供热
采取措施: 通过燃烧一部分C的反应热 维持整个系统的热平衡
操1
.
作固
方定
式 ： 间 歇 法 和 连 续 法
床 间 歇 法 （ 蓄 完成工作循环：
吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，
吹风气放空，1200 ℃结束。
蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风
气，以保证水煤气质量。
一次上吹制气：燃料层下部温度下降，
上部升高。
下吹制气：使燃料层温度均衡
二次上吹制气：
将炉底部下吹煤气排
净，为吸入空气做准备。
空气吹净：此部分吹风气可以回收。
工艺生产条件： 温度 吹风速度 蒸汽用量 燃料层高度 循环时间 间歇气化法优缺点： 制气时不用氧气，不需空分装置 生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量要求高。