燃料气化，就是用气化剂对固体或其他原料进行热加工的过程，其生成物为可燃性气体（煤气）。固体燃料为各种煤和焦炭；气化剂有空气、富氧空气、氧和水蒸汽、二氧化碳。进行气化的设备称为煤气发生炉。

1、固体燃料气化的基本原理

（1）以氧气为气化剂气化反应方程式主要有：

C+O2=CO2+Q、C+0.5O2 =CO+Q、CO+0.5O2= CO2+Q、C+ CO2=2CO-Q（可逆）

氧化反应速度极快，不可逆，空气中的O2迅速消耗，生成物中CO2的浓度急速上升，并放热量。这过程在氧化层里进行。所以氧化层的厚度比较薄。

CO2的还原反应可逆，吸热，在还原层进行。在还原层CO2的浓度逐渐下降，而CO的浓度逐渐增加。由于CO2的还原反应速度比碳的氧化反应速度慢得多，所以还原层就比氧化层要厚得多。

氧化层里碳与氧的燃烧反应非常迅速。因此，加大吹风速度，增加氧的加入量，对氧化层内的燃烧反应是有利的。还原层里CO2还原成CO的反应速度较慢。提高反应温度，能加快二氧化碳的还原速度。温度越高，二氧化碳的还原速度愈快。燃料的化学活性愈高，灰分含量愈低，二氧化碳被还原为一氧化碳的反应速度愈快。

（2）以水蒸气为气化剂的反应方程式主要有：

C+H2O(g)=CO+H2-Q、C+2H2O(g)=CO2+2H2-Q、CO +H2O(g)= CO2+H2+Q、C+2H2=CH4+Q四反应均为可逆反应。

①随着温度的升高，CO 和H2的含量增加，CO2、CH4和H2O的平衡含量下降，0.1MPa下温度高于900e 时， 产物中，含有等量的CO和H2，其他组成含量接近于零。

②随着压力的提高，气体中CO2、CH4和H2O的平衡含量增加，而CO 和H2的含量减少。

③所以，欲制得CO和H2的含量高的水煤气，应在低压、高温下进行，而生产CH4含量高的高热值煤气，应在高压、低温下进行。碳与水蒸汽的反应速度，主要取决于温度和燃料的化学活性。 燃料的化学活性愈高，反应速度愈快。燃料的化学活性一般按无烟煤、焦碳、褐煤、木炭的顺序递增。 温度升高，能加快反应速度。但温度受燃料灰熔点的限制，不可能提得很高，因此实际生产中水蒸气的分解率一般为40%～60%。

适合用作气化的燃料主要包括无烟煤、粘结性烟煤与不粘结性烟煤（包括贫煤、炼焦煤、气煤、气焰煤、肥煤、焰煤）、褐煤、木质褐煤、泥煤、由粘结性烟煤或不同结焦性能的混合煤制得的焦炭和半焦，以及从褐煤制得的半焦、由粉煤制成的型煤、碳化煤球等。

燃料气化生成的煤气共有以下几种：

1、空气煤气：以空气为气化剂制的煤气；

2、混合煤气：以空气和适量水蒸汽混合为气化剂制的煤气；

3、水煤气：以水蒸汽为气化剂制的煤气；

4、半水煤气：是以空气（或富氧空气）和适量的水蒸汽。

1、水分

固体燃料的水份以三种形式存在即吸附水、游离水和化合水。水份含量多少与煤化（即煤腐殖化）程度有关，煤化程度越低则煤里的水份就越高，煤的质地就越致密，这种水份称之为物理吸附水或固有水份；煤的外在水份（附着水份）是指地下水和雨水附着在煤上的水份。煤的外在水份和分析取样水份之和称为煤的全水份。煤的化合水份（结合水份）在煤中是以结晶水形式存在的，与煤化程度无关，即使加热到100℃化合水也不会析出。

水分高，有效成分少，气体产率低。气化过程水蒸气带出增加，煤的消耗定额增加

2、挥发份

在一定温度下干馏（隔绝空气）析出的气体（碳氢化合物），在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。它与煤化程度有关，煤化程度越低挥发份越高，含量少的1~3%，多的达50%以上，一般来讲挥发份高的煤粘结性较强，挥发份低的煤粘结性较差，挥发份较高的燃料其机械强度、热稳定性一般都比较差。

3、灰份

固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰份主要的组分为二氧化硅、三氧化二铝、四氧化三铁、氧化钙、氧化镁等物质，这些物质的含量对灰熔点有决定性影响。固定层煤气炉一般要求燃料的灰份含量不超过30%，灰份含量过高，相对地减少了有效碳使煤的发热值降低，而且在燃烧或气化过程中会妨碍气化剂与碳的接触，影响气化剂的扩散，同时降低了燃料的化学活性，灰份含量过高时不仅使气化条件复杂化，还加重了排灰机械的负荷，使设备磨损加剧。

4、硫份

煤中的硫份在气化过程中转化为含硫气体，不仅腐蚀设备管道，而且使催化剂中毒。

5、固定碳

固体燃料中除去灰份、挥发份、水份和硫份以外，其余可燃性物质称为固定碳，它是固体燃料中的有效物质。

1、化学活性

煤的化学活性也称为反应能力，是指煤与气化剂反应的活性。

2、热稳定性

又叫抗热强度，可以理解为固体燃料在落入高温区时保持其块度的性质，该性质除了与煤形成年代有关外，主要与煤化程度有关

3、机械强度

指煤破碎的难易程度，一般来说，煤的机械强度与煤的形成年代有关，年代愈久，强度愈大。机械强度差的煤其热稳定性必然也差。

4、粘结性

有些煤（烟煤）在加热到一定温度时，炭质受热分解而成塑性状态，继而出现软化、熔融现象，产生热分解后的液态产物，在炭粒之间的接触和膨胀压力的作用下，使炭粉相互粘结在一起而变成多孔性硬块，即所谓焦炭，这种煤称为粘结性煤。无烟煤不发生或稍微发生熔融粘结现象，而在放出挥发份后其本身成为粉末状的残渣，这种煤称为不粘结性煤。

煤的粘结性会破坏气化层中气体的分布，使气化操作无法进行。

工业上以固体燃料为原料，制取合成氨原料气的方法：

1、固定层间歇气化法

用水蒸汽和空气为气化剂，交替地通过固定的燃料层，使燃料气化，制得半水煤气。

2、固定层连续气化法

以富氧空气（或氧气）与蒸汽的混合气为气化剂，连续通过固定的燃料层进行气化。

3、气流层气化法

在高温下，以氧和水蒸气混合气为气化剂，与粒度小于0.1mm的粉煤并流气化，生产有效成分（H2+CO）高达80%～85%的煤气 。

4、水煤浆加压气化法 （德士古水煤浆气化法）

将原料煤和水按一定比例，加到磨煤机中磨成水煤浆，经加压后和氧气一起由喷嘴喷入气化炉内，进行气化反应，制得水煤气。