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煤气发生炉内部结构复杂,包含多个功能区域:首先,最底层是灰层,上面是氧化层,接着是还原层,干馏层紧随其后,最后是干燥层。在这个过程中,气化剂的形成至关重要,它由空气与蒸汽混合后从炉底引入。在氧化——还原层,一系列化学反应得以进行:
碳(C)与氧气(O2)反应生成二氧化碳(CO2)并释放出热量,反应方程式为:C + O2 = CO2 + Q
接下来,碳与二氧化碳反应生成一氧化碳(CO)并吸收热量,即:C + CO2 = 2CO - Q
碳与水蒸气(H2O)反应生成一氧化碳和氢气,同时放出热量:C + H2O = CO + H2 - Q
进一步地,碳与两份水蒸气反应生成二氧化碳和两份氢气,同时也有热量产生:C + 2H2O = CO2 + 2H2 - Q
最后,一氧化碳和水蒸气结合生成二氧化碳和氢气,这一过程会吸收热量:CO + H2O = CO2 + H2 + Q
这些反应在煤气发生炉内有序进行,共同构成了单段式煤气制气的基本原理。通过这些步骤,煤气得以高效地生成并可用于各种工业和生活用途。