造氣生產(chǎn)工藝

1、1,合成氨造氣生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí),三化第一造氣車間王太平 2012.5.18,2,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,一、合成氨概況：1904年~1908年哈柏氏研究了氨的平衡反應(yīng)，并得出反應(yīng)平衡關(guān)系，同時(shí)由波士協(xié)助解決了機(jī)械問題開始了工業(yè)合成氨的生產(chǎn)，1913年4月在德國(guó)奧堡建立了世界第一個(gè)合成氨廠。合成氨是在高溫高壓下將空氣中的氮和用不同方法得來(lái)的氫化合制成氨。1、氨的合成反應(yīng) 3H2+N2=2NH3+Q2、碳銨反應(yīng) NH3+H2O+CO

2、2=NH4HCO3+Q3、尿素反應(yīng) 2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Q4、甲醇反應(yīng) 2H2+CO=CH3OH+Q 3H2+CO2=CH3OH+H2O+Q氨的主要性質(zhì)：在常溫常壓下有刺激性臭味的無(wú)色氣體、有毒、比重0.596.易溶于水并放出熱量，燃燒呈黃色火焰。 4NH3+3O2=2N2+6H2O在有水存在時(shí)，氨對(duì)銅及銅合金有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。

3、（氨用閥門、儀表不用含銅的）,3,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,二、合成氨原料氣的生產(chǎn)----半水煤氣的制造：所謂造氣就是用氣化劑對(duì)固體或其他原料進(jìn)行熱加工的過(guò)程，其生成物為可燃性氣體（煤氣）。固體燃料為各種煤和焦炭；氣化劑有空氣、富氧空氣、氧和水蒸汽、CO2。進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。固體燃料氣化生成的煤氣可分為：1、空氣煤氣：以空氣為氣化劑制的煤氣。2、混合煤氣：以空氣和適量水蒸汽混合為氣化劑制的煤氣。3、水煤氣：以水蒸汽

4、為氣化劑制的煤氣。4、半水煤氣：是以空氣（或富氧空氣）和適量的水蒸汽為氣化劑制取的符合（H2+CO）/N2＝3.1～3.2的煤氣。（混合煤氣的特例）造氣生產(chǎn)路線按原料不同可分為：1、氣體——以天然氣為造氣原料。2、液體——以重油為造氣原料。3、固體——以塊煤（焦炭）或以粉煤為原料制成的型煤。我廠使用的是固體燃料制氣?？捎糜跉饣墓腆w燃料有：1、無(wú)煙煤 2、粘結(jié)性煙煤與不粘結(jié)性煙煤（包括貧煤、煉焦煤、氣煤、氣焰煤、肥煤、焰煤

5、） 3、褐煤 4、木質(zhì)褐煤 5、泥煤 6、由粘結(jié)性煙煤或不同結(jié)焦性能的混合煤制得的焦炭和半焦，以及從褐煤制得的半焦 7、由粉煤制成的型煤 8、碳化煤球等我廠根據(jù)目前的現(xiàn)狀主要以使用型煤為主，無(wú)煙塊煤與焦丁為輔。造氣車間的任務(wù)就是生產(chǎn)合格的（氫氮比符合合成氨要求的）半水煤氣。,4,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,煤的化學(xué)性質(zhì)： 1、水份 固體燃料的水份以三種形式存在即吸附水、游離水和化合水。煤里的水份含量多少與煤化（即煤腐殖化）程度

6、有關(guān)，煤化程度越低則煤里的水份就越高，煤的質(zhì)地就越致密，這種水份稱之為物理吸附水或固有水份；煤的外在水份（附著水份）是指地下水和雨水附著在煤上的水份。煤的外在水份和分析取樣水份之和稱為煤的全水份。煤的化合水份（結(jié)合水份）在煤中是以結(jié)晶水形式存在的，與煤化程度無(wú)關(guān)，即使加熱到100℃化合水也不會(huì)析出。2、揮發(fā)份 在一定溫度下干餾（隔絕空氣）析出的氣體（碳?xì)浠衔铮?，在氣化過(guò)程中能分解變成氫氣、甲烷以及焦油蒸汽等。它與煤化程度有關(guān)煤化程

7、度越低揮發(fā)份越高，含量少的1~3%，多的達(dá)50%以上，一般來(lái)講揮發(fā)份高的煤粘結(jié)性較強(qiáng)，揮發(fā)份低的煤粘結(jié)性較差，揮發(fā)份較高的燃料其機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性一般都比較差。3、灰份 固體燃料完全燃燒后所剩余的殘留物，灰份主要的組分為二氧化硅、三氧化二鋁、四氧化三鐵、氧化鈣、氧化鎂等物質(zhì)，這些物質(zhì)的含量對(duì)灰熔點(diǎn)有決定性影響。固定層煤氣爐一般要求燃料的灰份含量不超過(guò)30%，灰份含量過(guò)高，相對(duì)地減少了有效碳使煤的發(fā)熱值降低，而且在燃燒或氣化過(guò)程中會(huì)妨

8、礙氣化劑與碳的接觸，影響氣化劑的擴(kuò)散，同時(shí)降低了燃料的化學(xué)活性，灰份含量過(guò)高時(shí)不僅使氣化條件復(fù)雜化，還加重了排灰機(jī)械的負(fù)荷，使設(shè)備磨損加劇。,5,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,4、硫份 煤中的硫份在氣化過(guò)程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅腐蝕設(shè)備管道，而且使催化劑中毒。5、固定碳 固體燃料中除去灰份、揮發(fā)份、水份和硫份以外，其余可燃性物質(zhì)稱為固定碳，它是固體燃料中的有效物質(zhì)。6、礦物質(zhì) 煤中除了在工業(yè)分析和元素分析中的成分外，還有微量的礦物

9、質(zhì)成分，這些礦物質(zhì)在氧化區(qū)內(nèi)完成高溫轉(zhuǎn)化，變成由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O等。有些物質(zhì)對(duì)于氣化反應(yīng)都是有害物質(zhì)，含量越少越好。煤經(jīng)過(guò)氣化后重量減輕為原來(lái)的1/4左右，若是排出的爐渣中只有灰無(wú)渣，則表明氣化爐失常。7、化學(xué)活性 煤的化學(xué)活性也稱為反應(yīng)能力，是指煤與氣化劑中氧、蒸汽或二氧化碳等相互作用的反應(yīng)（還原氣化劑的能力，氣化劑被還原的數(shù)量愈多表示其化學(xué)活性愈好，通常是以CO2在一定溫

10、度和一定時(shí)間下通過(guò)一定厚度的煤層后轉(zhuǎn)化為CO的百分率來(lái)表示）。煤的化學(xué)活性是隨著比重和粘結(jié)性的增大而提高；隨著氣孔率和表面積的增大而提高；隨著焦化程度的降低而提高；煤化程度越低活性越高；氣化溫度越高（T3以下）活性也越高。在氣化爐內(nèi)，煤的化學(xué)活性的增高不僅表現(xiàn)在CO2和蒸汽的還原系數(shù)的升高，而且表現(xiàn)在碳消耗量的增加，也就是煤氣的產(chǎn)量與質(zhì)量均會(huì)得到提高，隨著碳的燃燒，最初燃料的化學(xué)活性不斷提高達(dá)到最大值而迅速下降，這是因?yàn)榉磻?yīng)物表面灰化而

11、使氣化劑不易與燃料中的碳接觸的原因。此外還有燃料的成渣性能、發(fā)熱量等。,6,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,⑷煤的物理性質(zhì)1、熱穩(wěn)定性 又叫抗熱強(qiáng)度，可以理解為固體燃料在落入高溫區(qū)時(shí)保持其塊度的性質(zhì)，該性質(zhì)除了與煤形成年代有關(guān)外，主要與煤化程度有關(guān)。2、機(jī)械強(qiáng)度 指煤破碎的難易程度，一般來(lái)說(shuō)，煤的機(jī)械強(qiáng)度與煤的形成年代有關(guān)，年代愈久，強(qiáng)度愈大。機(jī)械強(qiáng)度差的煤其熱穩(wěn)定性必然也差。3、灰熔點(diǎn) 在氣化爐內(nèi)煤中所含的灰份達(dá)到一定的溫度時(shí)

12、就會(huì)出現(xiàn)變形、軟化和熔融狀態(tài)(t)，當(dāng)固體灰份變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)達(dá)到的溫度就叫灰熔點(diǎn)。煤的灰熔點(diǎn)是影響爐內(nèi)工況好壞和溫度高低的主要因素之一?；胰埸c(diǎn)低，氣化層溫度不能太高，否則會(huì)造成爐內(nèi)結(jié)大塊，使?fàn)t床阻力不均，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣化爐不能正常生產(chǎn)下去，因此煤的灰熔點(diǎn)越高越有利于提高氣化效率，有利于高產(chǎn)低耗。,7,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,4、粘結(jié)性 有些煤（煙煤）在加熱到一定溫度時(shí)，炭質(zhì)受熱分解而成塑性狀態(tài)，繼而出現(xiàn)軟化、熔融現(xiàn)象，產(chǎn)生熱分解后的液

13、態(tài)產(chǎn)物，在炭粒之間的接觸和膨脹壓力的作用下，使炭粉相互粘結(jié)在一起而變成多孔性硬塊，即所謂焦炭，這種煤稱為粘結(jié)性煤。無(wú)煙煤不發(fā)生或稍微發(fā)生熔融粘結(jié)現(xiàn)象，而在放出揮發(fā)份后其本身成為粉末狀的殘?jiān)?，這種煤稱為不粘結(jié)性煤。此外還有燃料粒度、（真假）比重、氣孔率等。⑸無(wú)煙煤的特性：組織密實(shí)、比重大、無(wú)粘結(jié)性、含水少、揮發(fā)份低、含碳量高、化學(xué)活性低、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性比焦炭差。,8,型煤制作,(一) 主要反應(yīng)機(jī)理：R--C00H+NaOH→C

14、00Na+H2O, 反應(yīng)釜溫度：95℃粘合劑：腐植酸鈉含量≥12％ PH＝12～13.5 粘度：＞25s（60℃） 密度：1.008～1.102g/ml（二）制作步驟：1、粘結(jié)劑制作2、粉煤---添加粘合劑---漚制---壓球---烘干,9,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,三、煤氣爐制氣工藝的理論基礎(chǔ)：1、煤氣制造的方法很多，典型的有：固定層間歇?dú)饣ǎǚ譃槌汉图訅簝煞N）（加壓連續(xù)氣化的代表工藝是魯奇爐）、固定層富氧連續(xù)氣化

15、法、沸騰層（流化床）氣化法（如恩德爐和灰熔聚工藝）、氣流層氣化法（殼牌粉煤加壓氣化，德士古水煤漿加壓氣化）等。我廠目前采用前二種方法。2、固定層間歇?dú)饣ǎ河盟羝涂諝鉃闅饣瘎?，交替地通過(guò)固定的燃料層，使燃料氣化，制得半水煤氣。通入空氣的目的是讓空氣中的氧與燃料中的碳燃燒，以便提高燃料層的溫度，為蒸汽與碳的吸熱反應(yīng)提供熱量，并為合成氨提供氮?dú)猓ù碉L(fēng)和吹凈過(guò)程）。然后向燃料層通入蒸汽（或者配入一定的加氮空氣）與碳反應(yīng)，生成的水煤氣和

16、回收的吹風(fēng)氣混合得到半水煤氣。3、固定層富氧連續(xù)氣化法：以富氧空氣（或者氧氣）與蒸汽的混合氣為氣化劑，連續(xù)通過(guò)固定的燃料層進(jìn)行氣化。,10,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,四、固體燃料在煤氣爐內(nèi)的分區(qū)情況：固定層煤氣爐制氣過(guò)程燃料層內(nèi)的分區(qū)：由于在氣化過(guò)程中，爐內(nèi)固體燃料層的各區(qū)域發(fā)生著不同的物理或化學(xué)變化，據(jù)此，將燃料層從上而下分為五個(gè)區(qū)域：a、干燥層 燃料層的最上部，剛投入的燃料受到下層溫度較高的燃料層的熱輻射，以及由下而上通過(guò)

17、的熱氣體的熱交換作用，區(qū)域溫度達(dá)到200℃左右，使新加入的燃料中水分（主要是游離水、吸附水）被蒸發(fā)干燥，因此這一區(qū)域叫干燥區(qū)。該區(qū)厚度為150～250毫米。（實(shí)際厚度隨燃料層的高度不同而異）。b、干餾層 由干燥區(qū)往下的燃料層的溫度比較高（300～700℃），水分較少，使燃料發(fā)生熱分解，揮發(fā)性物質(zhì)如甲烷、硫化氫、乙烯、氮?dú)洹⒒纤?。因?yàn)檫@個(gè)作用與煤的干餾相似，故稱為干餾區(qū)。這個(gè)區(qū)域幾乎不發(fā)生氣化反應(yīng)。該區(qū)厚度為300～450毫米。,

18、11,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,c、氣化層 由干餾區(qū)往下，燃料層的溫度很高（﹥700℃），可達(dá)1150～1250℃，是發(fā)生氣化反應(yīng)的主要區(qū)域，經(jīng)干餾焦碳化的燃料與氣化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，故該區(qū)域又統(tǒng)稱為氣化區(qū)。氣化區(qū)又分為氧化區(qū)（又稱燃燒區(qū)）與還原區(qū)：氧化區(qū)：碳與氧化劑（空氣或富氧空氣）中的氧反應(yīng)，氧化成CO2及CO。在氧化區(qū)內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)，均為放熱反應(yīng)，因此，氧化區(qū)比較?。ù蠹s為200～300毫米）。還原區(qū)：二氧化碳被還原為

19、一氧化碳，或水蒸汽分解成氫。在還原區(qū)所進(jìn)行的反應(yīng)，大部分是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需要的熱量是氧化層供給的。還原反應(yīng)比氧化反應(yīng)速度慢，還原區(qū)比氧化區(qū)厚的多，大約為450～650毫米。d、灰渣層 由于固體燃料中含有20%左右的灰分。固體燃料氣化后遺留下來(lái)的殘留物形成了灰渣區(qū)，灰渣區(qū)厚度為150～250毫米。在灰渣區(qū)不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，該區(qū)溫度﹤700℃，預(yù)熱從下而上的氣化劑后被冷卻，起到均布?xì)饣瘎?、保護(hù)爐蓖和灰盤的作用。 另外，干燥區(qū)

20、的上部是自由空間，起到聚集上行煤氣和均勻分布下吹蒸汽的作用。必須說(shuō)明，爐內(nèi)燃料層幾個(gè)區(qū)域的厚度并非一成不變。因?yàn)闋t體高度不同或隨燃料的種類、性質(zhì)的不同及所采用的制氣方法，使用氣化劑和氣化條件的不同而不一樣。而且各區(qū)間也沒有明顯的分界，往往是相互交錯(cuò)的。,12,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,五、固定層間歇?dú)饣ㄒ粋€(gè)制氣循環(huán)分為五個(gè)階段的目的及工藝流程： 三化公司第一造氣車間煤氣爐間歇法制氣工作循環(huán)目前采用120秒，一個(gè)制氣工作

21、循環(huán)分為五個(gè)階段，各個(gè)階段的流程和作用如下。,13,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,吹風(fēng)階段 流程：空氣—煤氣爐底部—燃料層—爐頂—上旋風(fēng)除塵器—廢熱鍋爐—煙囪放空或送吹風(fēng)氣系統(tǒng)回收空氣從爐底中心管送入煤氣爐，經(jīng)過(guò)爐篦均勻分布通過(guò)灰渣層預(yù)熱后，進(jìn)入氣化層，空氣中的氧和赤熱的燃料發(fā)生燃燒（氧化）反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，貯存在燃料層中，為制氣階段碳與水蒸汽進(jìn)行氣化（吸熱）反應(yīng)提供熱量。,14,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,上吹制氣階段 流程：水

22、蒸汽和加氮空氣—煤氣爐底部—燃料層—爐頂—上旋風(fēng)除塵器—廢熱鍋爐—洗氣箱—洗氣塔—煤氣總管—?dú)夤翊碉L(fēng)階段后，燃料層中的氣化區(qū)具有很高的溫度（700～1250℃）和足夠多的熱量。水蒸汽和適量的空氣（加入量以滿足氫氮比要求為主）從爐底中心管通過(guò)爐篦及灰渣層均勻地進(jìn)入氣化區(qū)，與赤熱的燃料發(fā)生氣化反應(yīng)，生成混合煤氣。經(jīng)過(guò)自由空間匯聚后進(jìn)入上氣道送出，加氮空氣也有減緩氣化區(qū)溫度下降程度的作用。,15,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,下吹制氣階段 流

23、程：蒸汽（不加空氣）--爐頂—燃料層—爐底—廢熱鍋爐—洗氣箱—洗氣塔—煤氣總管—?dú)夤褚驗(yàn)樯洗抵茪怆A段，上吹蒸汽入爐后先在氣化區(qū)下部與赤熱燃料進(jìn)行吸熱的氣化反應(yīng)，使氣化區(qū)底部的燃料溫度下降，而氣化區(qū)上方的干餾區(qū)，下部的燃料不斷地被高溫煤氣加熱成赤熱狀態(tài)，使氣化層（又稱為火層）發(fā)生上移，煤氣爐上部溫度升高，上吹煤氣及其帶出物帶走的顯熱損失增加。為了避免火層上移現(xiàn)象的發(fā)生，在上吹制氣階段之后，必須改變氣流方向，將蒸汽（不加空氣）自爐頂送入，

24、生成的水煤氣由爐底引出，這一過(guò)程稱為下吹制氣階段。這個(gè)階段既生產(chǎn)出水煤氣，還使火層（即氣化層）的溫度和位置穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，使燃料充分氣化，爐上的熱量得到回收。,16,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,二次上吹制氣階段 流程與一次上吹相同下吹制氣以后，爐內(nèi)氣化層溫度大幅度下降，需要再送入空氣提高爐溫（即火層溫度）。但下吹制氣剛結(jié)束時(shí)，爐下部及燃料層內(nèi)殘留著煤氣，如果立即送風(fēng)，空氣和水煤氣在爐底部混合，遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在下吹制氣

25、階段后，蒸汽和加氮空氣再次改變方向，自下而上通過(guò)燃料層，進(jìn)行第二次上吹，上吹的氣化劑將爐底部殘留的煤氣排凈并帶入爐內(nèi)，為送入空氣創(chuàng)造安全條件，二次上吹階段主要是防止發(fā)生爆炸，但也能生產(chǎn)混合煤氣。,17,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,空氣吹凈階段 流程：空氣—煤氣爐底部—燃料層—爐頂—上旋風(fēng)除塵器—廢熱鍋爐—洗氣箱—洗氣塔—煤氣總管—?dú)夤穸紊洗岛螅簹鉅t上部空間及管道中充滿著混含煤氣，如果直接吹風(fēng)放空，不僅損失了煤氣，而且煤氣一出煙囟閥

26、就會(huì)與煙囪底部的空氣混合，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)階段之前，從爐底部吹入空氣，生成的空氣煤氣與殘留物混合煤氣一并送入氣柜，既達(dá)到回收殘留煤氣和保證安全的目的，又為氣柜中的煤氣補(bǔ)充進(jìn)足量的氮?dú)?。這一過(guò)程稱為空氣吹凈階段。然后轉(zhuǎn)入下一個(gè)制氣循環(huán)的吹風(fēng)階段，重復(fù)循環(huán)。,18,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,固定層富氧連續(xù)氣化流程流程：水蒸汽和富氧空氣—煤氣爐底部—燃料層—爐頂—上旋風(fēng)除塵器—廢熱鍋爐—洗氣箱—洗氣塔—煤氣總管—?dú)夤?/p>

27、,19,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,六、固定燃料層制半水煤氣的基本原理固定層制氣的反應(yīng)機(jī)理：固定層制氣的反應(yīng)屬于氣－固相系統(tǒng)的多相反應(yīng)，它包括了物理和化學(xué)兩個(gè)過(guò)程。主要步驟如下：①、氣流中的活性物質(zhì)（比如氧氣、水蒸氣）向碳的表面擴(kuò)散②、活性物質(zhì)在碳的表面吸附（分子之間的吸引力－范德華力）③、活性物質(zhì)和碳在氣固相的界面反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物分解為反應(yīng)產(chǎn)物④、反應(yīng)產(chǎn)物在碳的表面解析⑤、反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到氣流中。物理過(guò)程主要和氣體的擴(kuò)散速度

28、和固相的比表面大小有關(guān)，化學(xué)過(guò)程主要和燃料的化學(xué)性能和反應(yīng)溫度有關(guān)，而總的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)串級(jí)反應(yīng)，總的反應(yīng)速度由這其中最慢的一個(gè)過(guò)程決定。這個(gè)步驟叫控制步驟。燃料自上而下移動(dòng)時(shí)，發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化。,20,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,1、碳與氧的反應(yīng)原理以空氣為氣化劑時(shí)氧化層發(fā)生的主反應(yīng)為：①C+O2=CO2＋94.1千卡 ② 2C+O2=2CO＋52.8千卡③2CO+O2=2CO2+135.3千卡 ④ CO

29、2+C≒2CO-41.2千卡因?yàn)樘寂c氧在高溫條件下所發(fā)生的氧化反應(yīng)速度極快（屬于擴(kuò)散控制），所以氧化層的厚度比較薄，大約只有110毫米左右。燃燒所生成的二氧化碳，在高溫下按④進(jìn)行吸熱的還原反應(yīng)，被碳還原為一氧化碳，由于反應(yīng)④，比反應(yīng)①、②慢許多，所以氧化層比還原層薄許多。間歇制氣中，吹風(fēng)的目的是提高燃料層的溫度（因?yàn)闇囟仍礁邉t提供反應(yīng)的能量越多）。并盡量減少碳的消耗和損失。從上式可以看出，離開燃料層的氣體中二氧化碳含量愈多，一氧化碳

30、含量愈少，放出的熱量就愈多。,21,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,1）、吹風(fēng)時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速度化學(xué)平衡：在一定的溫度、壓力、濃度條件下，化學(xué)反應(yīng)有一個(gè)最大限度（或者可能），達(dá)到這個(gè)限度，就稱為反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡。化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，參加反應(yīng)的物質(zhì)的量不再減少，反應(yīng)生成物的量也不再增加。這時(shí)正反應(yīng)速度等于逆反應(yīng)速度。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，幾乎全是生成物的反應(yīng)可看成是不可逆反應(yīng)。反應(yīng)④為可逆吸熱反應(yīng)，所以隨著反應(yīng)溫度的升高，平衡向右移動(dòng)

31、，使一氧化碳平衡含量增加，二氧化碳平衡含量降低。當(dāng)溫度低于450℃時(shí)，幾乎全是CO2,當(dāng)溫度高于900℃時(shí)，幾乎全是CO。這與吹風(fēng)過(guò)程為了提高碳層的溫度，為制氣提供熱量是矛盾的。在生產(chǎn)中解決這一矛盾的辦法是提高空氣的流速，減少氣體與碳層的接觸時(shí)間，使碳與氧的反應(yīng)生成的二氧化碳來(lái)不及進(jìn)行還原反應(yīng)就離開燃料層。另外反應(yīng)②④是體積增大的反應(yīng)，因此適當(dāng)增大入爐空氣的壓力，使以上兩個(gè)反應(yīng)的平衡向左移動(dòng)，從而減少碳的消耗和熱量損失。,22,三化合

32、成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,反應(yīng)速度：化學(xué)反應(yīng)速度表示化學(xué)反應(yīng)的快慢，通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生產(chǎn)物濃度的增加表示反應(yīng)速度。在還原層里，當(dāng)二氧化碳在1000℃與碳接觸43秒，生成氣中含有60％的CO，當(dāng)溫度升到1100℃時(shí)，只需6秒就到達(dá)同樣的效果。就是說(shuō)隨著溫度的提高反應(yīng)速度大幅增加。,23,2）、碳與蒸汽的反應(yīng) 碳與蒸汽的反應(yīng)主要是灼熱的碳將氫從水蒸汽中還原出來(lái)。在生產(chǎn)中，通常將這種現(xiàn)象稱為蒸汽分解。 蒸汽通過(guò)高溫

33、燃料層時(shí)，最先通過(guò)的氣化層習(xí)慣上稱為主還原層，隨后通過(guò)的氣化層稱為次還原層。在主還原層里，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：⑤、C+2H2O(汽) ≒CO2+2H2-21.5千卡⑥、C+H2O(汽) ≒CO+H2-31.4千卡在主還原層中生成的二氧化碳，又在次還原層中被還原為一氧化碳：⑦CO2+C ≒2CO -41.2千卡 當(dāng)溫度比較低時(shí)，還會(huì)發(fā)生生成甲烷的副反應(yīng)和一氧化

34、碳被蒸汽轉(zhuǎn)化為氫的反應(yīng)：⑧C+2H2 ≒CH4+17.9千卡⑨CO+H2O(汽) ≒CO2+H2+9.8千卡 在實(shí)際的制氣階段系統(tǒng)應(yīng)形成有利于蒸汽分解和二氧化碳還原的條件，得到盡可能多的氫和一氧化碳。,24,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,反應(yīng)的化學(xué)平衡：⑤、⑥、⑦為吸熱反應(yīng)，提高溫度可使反應(yīng)的平衡向右移動(dòng)。⑧、⑨為放熱反應(yīng)，提高溫度可使反應(yīng)的平衡向左移動(dòng)。即提高反應(yīng)溫度能提高煤氣中的一氧化碳和氫的含量，減少二氧化碳和甲烷的含量。

35、 當(dāng)溫度達(dá)到900℃以上時(shí)，氣體中含有等量的一氧化碳和氫，其他組分很少。蒸汽的含量隨著溫度的升高而降低。因此氣化爐的溫度愈高，愈利于蒸汽的分解，煤氣的質(zhì)量也越好。另外⑤、⑥、⑦都是體積增大的反應(yīng)，適當(dāng)降低入爐蒸汽壓力有利于反應(yīng)平衡向右移動(dòng)，提高煤氣質(zhì)量。,25,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,反應(yīng)速度：碳與水蒸汽的反應(yīng)速度，主要取決于溫度和燃料的化學(xué)活性。燃料的化學(xué)活性愈高，反應(yīng)速度愈快。燃料的化學(xué)活性一般按無(wú)煙煤、焦炭、褐煤、木炭的順序遞

36、增。當(dāng)燃料的品種確定后，溫度就是主要的影響因素，溫度升高，能加快速度，此外，燃料層里的氣化層厚度增加，蒸汽與碳層的接觸時(shí)間和反應(yīng)面積隨之增加，蒸汽分解率就提高。但是起主要作用的還是反應(yīng)溫度。（受生產(chǎn)條件的限制，接觸時(shí)間不可能延長(zhǎng)多少），所以提高溫度既能提高煤氣中CO含量，又能加快反應(yīng)速度（主要是蒸汽分解速度和CO2還原速度）。但溫度受燃料的灰熔點(diǎn)限制，不可能提的很高。實(shí)際生產(chǎn)中蒸汽分解率一般為40～60%.,26,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)

37、資料,七、固定層煤氣爐制氣操作工藝條件的控制：（一）溫度：煤氣爐內(nèi)燃料層各區(qū)域的溫度是沿著燃料層的高度而變化，其中氧化層溫度最高。操作溫度一般指氣化層溫度，簡(jiǎn)稱爐溫。爐溫高對(duì)制氣過(guò)程有利；蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高、質(zhì)量好，制氣效率高。 因?yàn)闋t溫是由生產(chǎn)過(guò)程中送入爐內(nèi)的空氣（主要是氧氣）總量決定的。間歇法制氣的吹風(fēng)階段入爐空氣量（或富氧連續(xù)法制氣入爐的氧氣量）越大則爐溫就會(huì)越高，若爐溫過(guò)高（1700℃左右），吹風(fēng)階段的反應(yīng)熱全部被出

38、爐吹風(fēng)氣帶走，不能為制氣階段提供熱量。而且爐溫高于投爐燃料的灰熔點(diǎn)時(shí)，將造成爐內(nèi)結(jié)大塊。所以，在正常生產(chǎn)中，爐溫應(yīng)比燃料的灰熔點(diǎn)低50～100℃為宜。工業(yè)上采用的爐溫范圍一般為1000～1200℃，投用灰熔點(diǎn)較高的優(yōu)質(zhì)塊煤時(shí)可以高一些。判斷爐溫的方法：爐上部（上氣道）氣體溫度、爐條溫度、灰倉(cāng)溫度、下氣道溫度及煤氣中二氧化碳的含量等，綜合地間接判斷爐溫的高低和氣化層所處的大致位置。上氣道溫度和爐條溫度都應(yīng)控制在300℃以下比較適宜。煤氣

39、中CO2含量低，表示爐溫高；反之，表示爐溫低。,27,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,（二）吹風(fēng)速度：間歇法制氣的吹風(fēng)階段應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)，將爐溫升高到接近爐內(nèi)燃料灰熔點(diǎn)的溫度。由于吹風(fēng)階段在氧化層中的碳的燃燒反應(yīng)速度很快，而在還原層中二氧化碳的還原反應(yīng)速度較慢，所以提高吹風(fēng)速度（即增加吹風(fēng)量），給氧化層提供了更多的氧，加速了碳的燃燒反應(yīng)，使?fàn)t溫迅速提高；同時(shí)縮短了二氧化碳在還原層的停留時(shí)間，降低了吹風(fēng)氣中一氧化碳的含量，故能減少熱損失。但

40、吹風(fēng)量若過(guò)大（富氧連續(xù)法制氣一般沒有這種可能），容易將小顆粒燃料（或型煤的帶粉）吹出爐外，增大燃料損耗，并且使燃料層表面發(fā)生吹翻甚至出現(xiàn)風(fēng)洞，使氣化條件嚴(yán)重惡化。所以，對(duì)于不同的爐徑，爐體高度，投爐煤及爐內(nèi)燃料層狀況，應(yīng)選擇不同的吹風(fēng)速度。,28,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,（三）蒸汽用量：制氣階段向爐內(nèi)送蒸汽的時(shí)間愈長(zhǎng)和流量愈大，則煤氣產(chǎn)量是愈多。但是，蒸汽用量若過(guò)大，會(huì)使?fàn)t溫迅速下降，蒸汽分解率降低，煤氣中未分解的水蒸汽和二氧化碳增加

41、既使煤氣質(zhì)量降低，又帶走燃料層的熱量，熱損失增大。蒸汽用量過(guò)小，雖然增加了蒸汽與燃料層（主要是氣化層）的接觸時(shí)間，能獲得優(yōu)質(zhì)的煤氣，但產(chǎn)氣量減少，降低了煤氣爐的生產(chǎn)能力。如果能及時(shí)掌握蒸汽分解率數(shù)據(jù)，則間歇制氣爐的蒸汽分解率在40～60%較適宜，富氧連續(xù)制氣爐更應(yīng)使蒸汽分解率達(dá)到60～70%為佳。綜上所述，當(dāng)爐溫較高，煤氣中CO2含量較低時(shí)，可適當(dāng)增加蒸汽用量；反之應(yīng)適當(dāng)減少蒸汽用量。當(dāng)煤氣爐內(nèi)發(fā)生結(jié)大塊時(shí)，可加大蒸汽流量或減少吹風(fēng)量

42、，降低爐溫，將大塊渣吹松，并防止結(jié)大塊現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展。,29,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,（四）燃料層高度：煤氣爐燃料層（即炭層）高度控制是否合理，對(duì)煤氣的產(chǎn)質(zhì)量均有較大的影響，一般是炭層高，氣化層相應(yīng)也厚，對(duì)制氣有利，富氧連續(xù)法制氣尤其如此。間歇法制氣爐，在制氣階段，炭層較高，蒸汽與燃料接觸時(shí)間較長(zhǎng)，不但蒸汽分解率高，制出的煤氣質(zhì)量好；在吹風(fēng)階段，炭層較高，空氣與燃料接觸時(shí)間長(zhǎng)，氧化層中生成的CO2更容易在還原層中被還原成CO，熱損失大；

43、同時(shí)因炭層高阻力大，氣化劑不易通過(guò)，使煤氣爐的負(fù)荷加不上。若炭層太低氣化層較薄，吹風(fēng)時(shí)容易出現(xiàn)風(fēng)洞，并且對(duì)制氣過(guò)程不利。 實(shí)際決定氣化效果的主要不是炭層高度，而是炭層中的氣化層厚度。實(shí)際操作中，要根據(jù)投用燃料的特性，風(fēng)機(jī)能力的大小以及爐子負(fù)荷的輕重等因素綜合考慮，還要充分考慮投爐燃料的粒度和煤氣爐的高徑比，通常燃料層的高度應(yīng)維持在能適應(yīng)吹風(fēng)階段較高風(fēng)速的要求為宜。,30,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,（五）循環(huán)時(shí)間及其分配：間歇法制

44、氣的一個(gè)工作循環(huán)所需的時(shí)間，稱為循環(huán)時(shí)間，國(guó)內(nèi)中、小氮企業(yè)采用的循環(huán)時(shí)間各不相同，一般有90秒、120秒、150秒、180秒和210秒等。三化第一造氣車間綜合考慮有利于穩(wěn)定氣化層溫度、煤氣產(chǎn)量、煤氣質(zhì)量，以及較合理的自動(dòng)工藝閥門啟閉頻次等因素，循環(huán)時(shí)間采用120秒。一個(gè)工作循環(huán)中各階段的時(shí)間分配，隨燃料的特性和粒度、爐膛內(nèi)徑和高徑比及工藝操作的具體要求不同而異。各階段的時(shí)間分配原則為：1、吹風(fēng)時(shí)間的長(zhǎng)短，以使燃料層具有較高溫度和煤氣

45、爐有較大生產(chǎn)能力為原則。2、上、下吹制氣時(shí)間的確定，以穩(wěn)定氣化層位置，有利于爐頂爐底溫度的控制和保證煤氣質(zhì)量為原則。3、二次上吹和空氣吹凈的時(shí)間，以能夠達(dá)到排凈煤氣爐下部空間和上部空間殘留煤氣為原則，一般很少改變，只在需要大幅度調(diào)節(jié)煤氣的氫氮比時(shí)，才會(huì)根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整空氣吹凈的時(shí)間長(zhǎng)短。,31,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,（六）煤氣成分：氣體成分主要是要求半水煤氣中（CO+H2）/N2=3.1～3.2，本廠采用聯(lián)醇生產(chǎn)工藝，則要求煤氣

46、成分符合（CO+H2）≥72%。調(diào)節(jié)煤氣中氮含量的方法是改變間歇法制氣上吹制氣階段的“加氮空氣”量，上吹加氮量應(yīng)服從于原料氣的氫氮比的要求，還應(yīng)根據(jù)燃料的性質(zhì)和燃料層的溫度來(lái)確定。大幅度調(diào)節(jié)煤氣氫氮比不但可以通過(guò)增減空氣吹凈時(shí)間，還可以通過(guò)增減吹風(fēng)氣“回收階段”的時(shí)間來(lái)達(dá)到要求。此外，應(yīng)盡量降低煤氣中甲烷、二氧化碳和氧的含量，特別是要求O2≤0.5%。若氧含量太高，不僅會(huì)與氫、一氧化碳等氣體混合成爆炸氣，而且還會(huì)使變換催化劑被氧化，影

47、響催化劑的活性及使用壽命。,32,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,八、煤氣爐系統(tǒng)的主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)我廠生產(chǎn)煤氣的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐（J-28型），共有14臺(tái)。煤氣爐系統(tǒng)的主要設(shè)備：包括煤氣發(fā)生爐，燃燒室，廢熱鍋爐，洗氣箱，洗氣塔，煙囪，氣柜等。輔助設(shè)備有DCL控制系統(tǒng)、動(dòng)力油壓系統(tǒng)、空氣鼓風(fēng)機(jī)、加壓水泵、自動(dòng)加焦機(jī)和煙囪除塵器等。各煤氣爐的主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（見下表）單位（mm）,33,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,,一、煤氣發(fā)生爐：煤氣發(fā)生

48、爐簡(jiǎn)稱煤氣爐，其主要作用是固體燃料在爐內(nèi)與空氣和水蒸汽反應(yīng)，生成半水煤氣。 （一）型號(hào)：J一28型。（二）爐膛直徑：現(xiàn)有φ3.0m爐、φ3.2m爐及φ3.3m爐三種。（三）爐膛高度：5445mm、6100mm。（四）產(chǎn)氣量：φ3.0m煤氣爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為7500m3/h；φ3.3m煤氣爐產(chǎn)氣量約為9500~10000，φ3.2m煤氣爐介于兩種之間。（五）主要結(jié)構(gòu)：目前本車間全部采用連續(xù)機(jī)械排渣的固定層煤氣爐。如圖6

49、—1所示，其結(jié)構(gòu)可分為五個(gè)部分；爐體，夾套鍋爐，底盤，機(jī)械除灰裝置，傳動(dòng)裝置等。,34,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,,二、燃燒室（旋風(fēng)除塵器）：本車間燃燒室的主要作用是作為吹風(fēng)氣中一氧化碳與二次空氣的燃燒空間，回收一氧化碳等可燃性氣體的燃燒熱，并回收吹風(fēng)氣及上吹煤氣的顯熱，積蓄在室內(nèi)的蓄熱磚中，用以預(yù)熱下吹蒸汽和加氮空氣。另外，燃燒室也可除去煤氣中夾帶的部分細(xì)菌粉塵。當(dāng)煤氣爐系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，若爆炸力超過(guò)液壓頂蓋壓力時(shí)，蓋子能自動(dòng)打開

50、，迅速降低室內(nèi)壓力，起到防爆炸用。此外，當(dāng)煙囪閥出現(xiàn)故障不能開啟時(shí)，或煤氣爐較長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí)，可打開頂蓋用以代替煙囪的作用。燃燒室的結(jié)構(gòu)如圖6--2所示。,35,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,三、廢熱鍋爐：(一)主要技術(shù)參數(shù)：1、型號(hào)：LH480—13—2。2、設(shè)計(jì)壓力：1.3MPa。3、蒸汽溫度：194℃左右。4、額定蒸發(fā)量：2~4t/h。5、受熱面積：480m2。(二)主要作用：廢熱鍋爐的作用是回收吹風(fēng)氣和上吹煤氣中的熱

51、量，副產(chǎn)0.5～1.2MPa壓力的蒸汽。進(jìn)口氣體（經(jīng)過(guò)前氣道時(shí)）的溫度約450～700℃，經(jīng)冷卻后(經(jīng)過(guò)后氣道時(shí))的溫度降到210℃左右。為了促進(jìn)廢熱鍋爐內(nèi)水汽的對(duì)流，提高熱交換效率，并使?fàn)t身和汽包的重量達(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，因此廢熱鍋爐的爐身應(yīng)傾斜7°。 廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖6--3所示,36,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,四、洗氣箱： 洗氣箱又稱水封槽其作用是防止在停止制氣時(shí)，水封槽以后的煤氣倒回煤氣

52、爐系統(tǒng)發(fā)生爆炸，并使煤氣得到初步冷卻和冼滌。 洗氣箱的結(jié)構(gòu)如圖6—4所示。,37,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,,五、洗氣塔： 本車間是2～3臺(tái)煤氣爐共用一座洗氣塔，共有6座洗氣塔。洗氣塔的作用是洗滌煤氣中的灰塵和一部分可溶性氣體，如硫化氫、二氧化碳等，以減少煤氣對(duì)設(shè)備的腐蝕和灰塵堵塞設(shè)備。同時(shí)，將煤氣冷卻到接近常溫以縮小其體積，然后送往氣柜貯存。洗氣塔的結(jié)構(gòu)如圖6—5所示，是用鋼板焊制而成的立式圓筒形設(shè)備，內(nèi)裝三段瓷質(zhì)規(guī)整填料。

53、,38,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,六、氣柜：氣柜的作用是貯存一定數(shù)量的煤氣，使之混合均勻，并保證原料氣凈化、壓縮及合成等工序的連續(xù)式生產(chǎn)，對(duì)均衡系統(tǒng)負(fù)荷能起到一定緩沖作用，避免后工序的連續(xù)式生產(chǎn)受煤氣工段的間歇式生產(chǎn)的影響。 合成氨廠現(xiàn)有三座螺旋升降型雙罩式濕式氣柜，每座氣柜額定容氣量為7000m3。其結(jié)構(gòu)如圖6—6所示。,39,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,七、自動(dòng)加料機(jī)：自動(dòng)加料機(jī)用以自動(dòng)地、周期性地將燃料加入煤氣爐內(nèi)，代替煤氣

54、生產(chǎn)過(guò)程中的間歇式人工加料，實(shí)現(xiàn)了煤氣爐加料自動(dòng)化。既降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，又提高了煤氣爐的產(chǎn)氣量。本車間用經(jīng)過(guò)改造的間歇式Ⅱ型自動(dòng)加料機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖6—7所示。,40,三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料,,除塵式煙囪：本車間采用旋風(fēng)式水膜除塵煙囪（簡(jiǎn)稱除塵式煙囪）。作用是除去從煙囪放空的氣體中的大部分粉塵，并能部分吸收放空氣體中的可溶性成份，如二氧化碳、硫化氫等?？娠@著降低放空氣體對(duì)大氣的污染程度，能產(chǎn)生較好的社會(huì)效益。除塵式煙囪的結(jié)構(gòu)