粉煤加压气化炉是气流床反应器，也称之为自热式反应器，在加压无催化剂条件下，煤和氧气发生部分氧化反应，生成以CO和H2为有效组分的粗合成气，部分氧化反应一词是相对完全氧化而言的。整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。此反应的机理目前尚不能完全作以分析。我们只可以大致把它分为三步进行 。

第一步：裂解及挥发分燃烧。当粉煤和氧气喷入气化炉内后，迅速被加热到高温，粉煤发生干馏及热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分完全燃烧，同时放出大量热量。因此，煤气中不含有焦油、酚、高级烃等可凝聚物。

第二步：燃烧及气化。在这一步，煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO2和CO等气体，放出热量。另一方面，煤焦和水蒸气和CO2发生气化反应，生成H2和CO。在气相中，H2和CO又与残余的氧气发生燃烧反应，放出更多的热量。

第三步：气化。此时，反应物中几乎不含有O2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸气、CO2发生气化反应，生成H2和CO。

其总反应可写为：

CnHm (n/2)O2→nCO (m/2)H2 Q气化炉中发生的主要反应可分为：

①非均相水煤气反应C 2H2O→2H2 CO2-Q

②变换反应CO H2O→CO2 H2 Q

③甲烷化反应CO 3H2→H2O CO2 Q

④加氢反应C 2H2→CH4 Q

⑤部分氧化反应C 1/2O2→CO Q

⑥氧化反应C O2→CO2 Q

⑦CO2还原反应C CO2→2CO–Q

⑧热裂解反应CnHm→(n/4)CH4 [(4m-n)/4]C-Q

气化炉内的反应相当复杂，既有气相反应，又有气-固双相反应，对于复杂物系的平衡，我们引入独立反应数的概念，只要讨论独立反应即可。因为其他反应可通过独立反应的组合而替代。

所谓独立反应数，就是构成物系的物质数与构成物质的元素种数之差。假定煤气化反应在气化炉出口组成达到平衡，气体中含有CO2、CO、H2、O2、H2S、CH4、COS和C等八中物质，而这些物质是由C、H、O和S等四种元素构成，因此，气化反应只有四个独立反应，也就是说，在上述的反应中，我们只要讨论其中任意四个反应就够了。

另外，对于煤气化来说，S含量很低，基本上是一确定值（对于生成H2S、COS的比值），这样独立反应数就只有三个了。由于碳转化率在98%以上，于是独立反应数就只有两个了。所以，对于煤气化反应，只着重讨论变换反应和甲烷化反应两个反应。

煤气化反应的化学平衡：

①变换反应的化学平衡

CO H2O→CO2 H2 9838Kcal/Kmol平衡常数计算式如下：

KP=PCO2*PH2/PCO*PH2O式中：KP为该反应平衡常数。PCO2、PH2、PCO、PH2O分别表示CO2、H2、CO、H2O的平衡分压。LgKP=2182/T–0.0936LgT 0.000632T–1.0806×10-7T2-2.2967

式中：T为平衡温度。从平衡上讲，变换反应为放热反应，降低温度对平衡有利。但在高温条件下，CO变换反应接近平衡。

②甲烷化反应的化学平衡

CO 3H2→CH4 H2O 49.271Kcal/Kmol平衡常数计算式如下：

KP=PCH4*PH2O/PCO*P3H2式中：KP为该反应平衡常数。PCH4、PH2O、PCO、PH2分别表示CH4、H2O、CO、H2的平衡浓度。LgKp=9859.6/T-8.3636LgT 2.08×10-3T-1.8716×10-7T2 11.888式中：T为平衡温度。

该反应为放热反应。提高温度，甲烷浓度降低，反应有利于向生成CO和H2的方向进行。但增加压力，甲烷浓度也相应增加。因为，甲烷化反应是体积缩小的反应。

煤气化总的反应是体积增大的反应，从化学平衡来讲，提高压力对平衡不利，但压力的提高增加了反应物的浓度，对提高反应速度是有利的。