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1、 年年产255万吨合合成氨造造气工艺艺的设计计The Dessignn off Syynthhesiis AAmmooniaa Gaasifficaatioon Proccesssof 2500kt/a目录摘要IAbsttracctIII引言1第一章综述述21.1合成氨氨造气的的意义和和目的221.2合成氨氨的优点点21.3合成氨氨的用途途21.4煤气化化发展史史31.5煤气化化技术发发展趋势势31.6 生产方方法的选选择及论论证31.6.1生产方方法的介介绍：441.6.2固定床床气化法法41.6.3流化床床气化441.6.4 气气流床气气化51.6.5熔浴床床气化5第二章 常压固固定床间间
2、歇气化化法72.1 半水煤煤气定义义72.2 生产半半水煤气气对原料料的选择择72.3 半水煤煤气制气气原理82.4 发生炉炉内燃料料分布情情况92.5 生产流流程的选选择及论论证92.6 间歇式式气化的的工作循循环102.7 间歇式式制半水水煤气工工艺流程程112.8 间歇式式制半水水煤气的的工艺条条件12第三章 工艺计计算1553.1 煤气发发生炉（含含燃烧室室）的物物料及热热量衡算算153.2 吹风阶阶段的物物料衡算算以及热热量衡算算173.2.1 吹吹风阶段段的物料料衡算173.2.2 吹吹风阶段段的热量量衡算：183.3制制气阶段段的计算算193.3.1制气气阶段物物料衡算算193.
3、3.2 制制气阶段段热量衡衡算2223.4 总过程程计算2243.4.1 燃燃料使用用分配2243.4.2 每每1000kg燃燃料的生生产指标标243.4.3 物物料衡算算243.4.4热量量衡算2263.5 配气计计算2773.6 消耗定定额2883.7 吹净时时间2883.8 废热锅锅炉的热热量衡算算28第四章 设备计计算3444.1 煤气炉炉指标计计算3444.2 煤气台台数的确确定3554.3 空气鼓鼓风机的的选型及及台数确确定355结论377致谢388参考文献献39附录400年产255万吨合合成氨造造气工艺艺的设计计摘要:合合成氨的的第一阶阶段为造造气阶段段，也就就相当于于合成氨氨的
4、龙头头，并且且大部分分的能耗耗和污染染都在造造气阶段段，所以以说它的的重要性性是不可可言喻的的。合成成氨造气气生产半半水煤气气，经过过比较本本设计采采用的是是常压固固定床间间歇制气气法，并并且对间间歇制气气流程生生产的选选择与工工作循环环都作了了阐述，此方法法比较简简单，使使用空气气和空气气-水蒸蒸汽作为为气化剂剂，制得得低热值值半水煤煤气。对于本设设计的工工艺计算算过程，可可以在煤煤气发生生炉（含含燃烧室室）、吹吹风阶段段、制气气阶段、以以及总过过程进行行的物料料衡算中中得出每每年255万吨合合成氨需需要的半半水煤气气为11145883.333kgg，块煤煤为2995199.100kg。通通
5、过计算算对合成成氨造气气工艺流流程中的的设备进进行选型型，在本本设计中中选择了了30000的UU.G.I半水煤煤气发生生炉。最后后通过计计算可得得在本设设计中对对半水煤煤气发生生炉需要要20台台，鼓风风机需要要12台台。关键词：合成氨氨；半水水煤气；造气工工艺 IIThe Dessignn off Syynthhesiis AAmmooniaa Gaasifficaatioon Proocesssoff 2550kt/aAbsttracct；Synntheeticc ammmonnia gassifiicattionn iss thhe ffirsst pphasse, alsse iis e
6、equiivallentt too thhe hhendd off the synntheesiss ammmonnia, annd mmostt off thhe eenerrgy connsummptiion andd poolluutioon iin tthe gassifiicattionn sttagee, sso tthe impporttancce iis iinefffabble of it. Syynthhetiic aammooniaa gaasifficaatioon pprodducttionn thhe ssemii-waaterr gaas, aftter eomm
7、parrisoon tthe fixxed bedd innterrmitttennt ggasiificcatiion metthodd iss ussed in thee deesiggn aand thee chhoicce oof iinteermiitteent gassifiicattionn prroceess to prooducce aand thee woork cyccle aree deescrribeed, Thiis mmethhod is rellatiivelly ssimpple, thhe aair andd aiir-wwateer aas tthe ga
8、ssifiicattionn iss ussed, llow calloriificc off seemi-watter gass iss obbtaiinedd. TThe callcullatiion proocesss ffor thee deesiggn pproccesss, iin tthe matteriial ballancce ggas stoove of thee (iinclludiing commbusstioon cchammberr), bloowinng sstagge ggas-makkingg,annd tthe tottal proocesss iis dd
9、roww evveryy yeear 2500kt/a oof ssyntthessis ammmoniia nneedd seemi-watter gass iss 11145883.333kgg, llumpp cooal is 295519.10kkg. By callcullatiing thee syynthhesiis aammoonicctiooniaa gaas-mmakiing proocesss eequiipmeent sellecttionn inn thhis dessignn chhosee 30000U.G.II seemi-watter gass geenerr
10、atoor. Finnallly bby ccompputiing avaailaablee seemi-watter gass geenerratoor nneedd 200 seets, blloweer nneedd 122 seets in thee deesiggn.Key worrds: syynthhesiis aammooniaa;semmi-wwateer ggas;thee gaasifficaatioon pproccesssIII引言氨是一种种重要的的化工原原料，特特别是生生产化肥肥的原料料，它是是由氢和和氮合成成。合成成氨工业业是氮肥肥工业的的基础。为为了生产产氨，一
11、一般均以以各种燃燃料为原原料。首首先，制制成含HH2和COO等组分分的煤气气，然后后，采用用各种净净化方法法，除去去气体中中的灰尘尘、H22S、有有机硫化化物、CCO、CCO2等有害害杂质，以以获得符符合氨合合成要求求的洁净净的1：3的氮氮氢混合合气，最最后，氮氮氢混合合气经过过压缩至至15MMpa以以上，借借助催化化剂合成成氨。我国合成成氨工业业原料路路线是煤煤汽油并并举，以以煤为主主。合成成产量660%以以上是以以煤为原原料，全全国现有有10000多家家大中小小型以煤煤为原料料的合成成氨厂。煤的气化是煤转化技术中最主要的方面，并已获得广泛的应用。合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气
12、体原料，经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是有三个基本部分组成，即造气过程、净化过程以及氨合成过程。对于造气阶段来说它是合成氨的首要阶段，对于合成氨工艺的重要性是不言而喻的，并且在合成氨的过程中大部分的能耗和污染都在造气阶段，所以说对于合成氨造气工段的研究性是有很大意义的，对此我的设计课题为年产25万吨合成氨造气工艺的设计。第一章综述述1.1合成氨氨造气的的意义和和目的氨是重要要的无机机化工产产品之一一，在国国民经济济中占有有重要地地位。除除液氨可可直接作作为肥料料外，农农业上使使用的氮氮肥，例例如尿素素、硝酸酸铵、磷磷酸铵、氯氯化铵以以及各种种含氮复复
13、合肥，都都是以氨氨为原料料的。合合成氨工工业是氮氮肥工业业的基础础。为了生产产氨，一一般均以以各种燃燃料为原原料。首首先，制制成含HH2和COO等组分分的煤气气，然后后，采用用各种净净化方法法，除去去气体中中的灰尘尘、H22S、有有机硫化化物、CCO、CCO2等有害害杂质，以以获得符符合氨合合成要求求的洁净净的1：3的氮氮氢混合合气，最最后，氮氮氢混合合气经过过压缩至至15MMpa以以上，借借助催化化剂合成成氨。合合成氨是是大宗化化工产品品之一，世世界每年年合成氨氨产量已已达到11亿吨以以上，其其中约有有80%的氨用用来生产产化学肥肥料，220%作作为其它它化工产产品的原原料。合成氨造造气工序
14、序的研究究为一些些工业部部门提供供了重要要原料，工工艺用氨氨量已占占合成氨氨产量的的百分之之十以上上。基本本化学工工艺中的的硝酸、纯纯碱、各各种含氮氮无机盐盐，有机机化学中中的各种种含氮中中间体。制制药工业业中的磺磺胺类药药物和高高分子化化学工艺艺中的氨氨基塑料料、聚酰酰胺纤维维、丁腈腈橡胶等等，都需需要直接接或间接接以氨为为原料。食食品工业业中，氨氨广泛用用作冷冻冻剂，冶冶金工业业、石油油加工工工业、机机械工业业亦需要要使用氨氨或其加加工产品品，因此此合成氨氨造气工工序的研研究可以以推动基基本化学学工业、制制药工业业、食品品工业等等的发展展，降低低它们的的生产成成本，也也间接的的降低了了物价
15、，减减轻了消消费者的的经济压压力，增增加市场场的流通通速度，更更加有利利于经济济的平稳稳发展。1.2合成氨氨的优点点（1）农农业对化化肥的需需求是合合成氨工工业发展展的持久久推动力力。世界界人口不不断增长长给粮食食供应带带来压力力，而施施用化学学肥料是是农业增增产的有有效途径径。氨水水（即氨氨的水溶溶液）和和液氨体体本身就就是一种种氮肥；农业上上广泛采采用的尿尿素、硝硝酸铵、硫硫酸铵等等固体氮氮肥，和和磷酸铵铵、硝酸酸磷肥等等复合肥肥料，都都是以合合成氨加加工生产产为主。（2）与与能源工工业关系系密切。合合成氨生生产通常常以各种种燃料为为原料，同同时生产产过程还还需燃料料供给能能量,因因此,合
16、合成氨是是一种消消耗大量量能源的的化工产产品。（3）与与其他产产品联合合生产。合合成氨生生产中副副产大量量的二氧氧化碳，不不仅可用用于冷冻冻、饮料料、灭火火，也是是生产尿尿素、纯纯碱、碳碳酸氢铵铵的原料料。如果果在合成成氨原料料气脱除除二氧化化碳过程程中能联联合生产产这些产产品，则则可以简简化流程程、减少少能耗、降降低成本本。1.3合成氨氨的用途途氨主要用用于制造造氮肥和和复合肥肥料，使使农业生生产大大大提高。氨氨作为工工业原料料和氨化化饲料，用用量约占占世界产产量的112%。氨氨还是生生产炸药药、燃料料、医药药、合成成纤维、石石油化工工等的重重要原料料。1.4煤气化化发展史史煤炭气化化，是以
17、以煤或焦焦碳为原原料，用用氧气（空空气、富富氧或纯纯氧）水水蒸汽或或氢气等等作为气气化剂（或或称气化化介质），在在高温条条件下通通过化学学反应将将煤或焦焦碳中的的可燃部部分转化化为气体体燃料的的过程。煤煤炭气化化包括煤煤的热解解、气化化和燃烧烧3部分分。煤炭炭气化时时所得的的可燃气气体称气气化煤气气。气化化煤气可可用于城城市煤气气、工业业燃气和和化工原原料气及及联合循循环发电电等。煤炭气化化至今已已有1550多年年的历史史。199世纪550年代代第一台台阶梯式式炉篦的的西门子子煤气化化发生炉炉正式诞诞生，220世纪纪20年年代研制制成功沸沸腾床气气化炉（119266年温克克勒气化化炉），330
18、年代代出现了了加压气气化技术术，500年代出出现了气气流夹带带床粉煤煤气化技技术。550年代代后期，由由于石油油、天然然气工业业的兴起起，煤制制气技术术的开发发研究工工作受到到冲击。770年代代初，世世界范围围内发生生了“石油危危机”，一些些工业发发达国家家又重新新重视煤煤炭转化化技术，各各种新型型的气化化方法和和气化炉炉型应运运而生。其其种类繁繁多，方方式各异异。现今，煤煤气化所所制得煤煤气，主主要用于于如下几几方面：（1）生生产燃料料煤气：（2）生生产合成成气：（33）生产产还原气气或氢：（4）联联合循环环发电。1.5煤气化化技术发发展趋势势当前国内内外煤完完全气化化技术发发展的趋趋势，概
19、概括地可可以归纳纳出如下下几点：（1）气气化向大大型化方方向发展展，因为为大型化化可以提提高单位位设备的的生产能能力：（2）使使用氧气气为气化化剂，提提高煤气气化炉的的操作温温度：（3）提提高煤气气化操作作压力，几几乎各种种类型的的新开发发的气化化炉都采采用加压压气化的的工艺；（4）扩扩大气化化煤种的的范围，随随着采煤煤机械化化和水力力采煤技技术的发发展，原原煤中的的碎煤产产率越来来越多，为为了适应应这种趋趋势，一一些新开开发的新新气化方方法都用用碎煤或或粉煤气气化；（5）开开发利用用无污染染的气化化方法，许许多开发发的气化化方法，都都考虑了了在工艺艺过程中消消除或减减少有害害物质的的产生。总
20、之，由由于各国国自然资资源和社社会条件件的不同同，具体体的能源源政策也也各不相相同，但但可以预预料在221世纪纪煤炭仍仍将成为为世界的的主要能能源之一一。对于于我国来来说，随随着国民民经济的的不断发发展及人人民生活活水平的的不断提提高，应应积极进进行煤气气化的研研究，掌掌握和运运用国内内外的先先进煤气气化及其其应用技技术，对对加快我我国实现现四个现现代化有有着重要要的意义义。1.6 生产方方法的选选择及论论证1.6.1生产方方法的介介绍：煤气气化化法按不不同的分分类有多多种，分分叙如下下：1.按制制取煤气气的热值值分类为为（1）制制取低热热值煤气气方法，煤煤气热值值低于883477kJ/m3；
21、（22）制取取中热值值煤气方方法，煤煤气热值值167747334494883477kJ/m3；（33）制取取高热值值煤气方方法，煤煤气热值值高于333499483347kkJ/mm3。2.按供供热方式式分类，气气化过程程的供热热方式有有（1）部部分气化化方法；（2）间间接供热热；（33）由平平行进行行的反应应器直接接供热；（4）热热载体 供热。3.按反反应器的的形式分分类，气气化方法法有（11）移动动床（固固定床）；（2）流流化床；（3）气气流床；（4）熔熔融床。本设计按按反应器器的分类类方法来来分别简简要介绍绍各种方方法。1.6.2固定床床气化法法 煤的固固定床气气化是以以块煤为为原料。煤煤
22、由气化化炉顶部部间歇加加入，气气化剂由由炉底送送入，气气化剂与与煤逆流流接触，气气化过程程进行得得很完全全，灰渣渣中残碳碳少，产产物气体体的显热热中的相相当部分分供给煤煤气化前前的干燥燥和干馏馏，煤气气出口温温度低，而而且灰渣渣的显热热又预热热了入炉炉的气化化剂，因因此气化化剂效率率高。这这是一种种理想的的完全气气化方式式。（1）固固定床常常压气化化此方法比比较简单单，但对对煤的类类型有一一定要求求，即要要求用块块煤，低低灰熔点点的煤难难以使用用常压方方法用空空气或空空气-水水蒸汽作作为气化化剂，制制得低热热值煤气气。（2）固固定床加加压气化化固定床加加压气化化最成熟熟的炉型型是鲁奇奇炉。它它
23、和常压压移动床床一样，也也是自热热式逆流流反应床床。所不不同的是是采用氧氧气-水水蒸汽或或空气-水蒸汽汽为气化化剂，在在2.00-3.0Mppa和990011000的湿度度条件下下连续气气化方法法。1.6.3流化床床气化 流化床床气化又又称沸腾腾床气化化，它是是以小颗颗粒煤为为原料，将将气化剂剂（蒸汽汽和富氧氧或氧气气）送入入炉内，是是煤颗粒粒的炉内内呈沸腾腾状态进进行气化化反应。它它是一种种介于逆逆流操作作和顺流流操作这这两种情情况之间间的操作作。（1）温温克勒法法温克勒法法是最早早开发的的流化方方法，在在常压下下，把煤煤粒度为为0-88mm的的褐煤、弱弱粘结性性烟煤或或焦碳经经给煤机机加入
24、到到气化炉炉内。在在炉底部部通入空空气或氧氧气作介介质，没没与经过过预热的的气化剂剂发生反反应。（2）高高温温克克勒法将含水分分8512%的褐煤煤输入到到充压至至0.998Mppa的密密闭料锁锁系统后后，经给给煤机加加入气化化炉内。白白云石、石石灰石或或石灰经经给料机机输入炉炉内。没没与白云云石类添添加物在在炉内与与经过预预热的气气化剂（氧氧气/蒸蒸汽或空空气/蒸蒸汽）发发生气化化反应。粗粗煤气由由气化炉炉上方逸逸出进入入第一旋旋风分离离器，在在此分离离出的较较粗颗粒粒、灰粒粒循环返返回气化化炉。粗粗煤气再再进入第第二旋风风分离器器，在此此分离出出的细颗颗粒通过过密闭的的灰锁系系统将灰灰渣排出
25、出，除去去煤尘。（3）灰灰团聚气气化法它是在流流化床中中导入氧氧化性高高速气流流，使煤煤灰在软软化而未未熔融的的状态下下在锥形形床层中中相互熔熔聚而粘粘结成含含碳量低低的球状状灰渣，有有选择性性地排出出炉内。它它与固态态排渣相相比，降降低了灰灰渣的碳碳损失。（4）加加氢气化化法所谓的流流化床气气化就是是煤气化化过程中中汽化剂剂（蒸汽汽和氧）将将煤或煤煤浆带入入气化炉炉进行气气的方1.6.4气流流床气化化 所谓加加氢气化化就是在在煤气化化过程中中直接用用氢或富富含H22的气体体作为气气化剂，生生成富含含CH44的煤气气化方法法，其总总反应方方程式可可表示为为：煤H2CH4焦（1）KKT法此法是最
26、最早工业业化的气气流床气气化方法法，它采采用干法法进料技技术，因因在常压压下操作作，存在在问题较较多。它它是19948年年德国海海因里希希-柯柏柏斯和托托切克博博士提出出的一种种气流床床气化粉粉煤的方方法。（2）德德士平古古法它是一种种湿法（水水煤浆）进进料的加加压气化化工艺。气气化炉是是由美国国德平古古石油公公司所属属德平古古开发公公司开发发的气流流床气化化炉。1.6.5熔浴床床气化 500年代熔熔浴床煤煤气气化化方法开开始得到到开发。熔熔浴床有有熔渣床床、熔盐盐床和熔熔铁床33类。下下面分别别介绍这这3类床床的某些些制气方方法。（1）罗罗米方法法此法为常常压粉煤煤熔渣浴浴气法，此此法有单单
27、简式和和双简式式两种炉炉型。此此方法的的特点是是：（11）适用用于各种种固体或或液体燃燃料；（22）气体体温度高高；（33）气体体强度高高。（2）觊觊洛格法法此法为加压熔熔浴气化化法。它它是在熔熔融的NNa2COO2盐浴内内进行，熔熔融的NNa2COO2对煤与与蒸汽的的反应具具有强烈烈的催化化作用，在在较低温温度下就就可获得得很快的的反应速速度。此此法目前前尚处于于开发研研究阶段段，实验验能否成成功，关关键在于于气化炉炉。（3）AATGAAS熔铁铁床气化化法ATGAAS法的的实质是是把煤粉粉与石灰灰石、蒸蒸汽氧（或或空气）一一起吹到到熔铁内内，使煤煤的挥发发份逸出出，残留留的碳溶溶解在熔熔铁中
28、被被气化。此此法效率率高，有有害物质质少，气气化反应应在常压压下进行行。煤种种适用范范围广，且且气化炉炉结构简简单。因因此，此此工艺被被认为有有可能放放大到工工业化生生产。与固定床床气化相相比其它它气化方方法的优优点是：（1）气气化能力力大；（22）气化化用煤广广；（33）生产产灵活性性强，开开停车容容易；（44）碳转转化率高高；（55）环境境污染小小。但是是如果采采用这些些方法不不但其主主体设备备及相关关必要设设备的投投资就将将大大增增加而且且能耗也也将大大大增大。这这对我国国氨需求求量大而而技术又又相对落落后而且且资金短短缺这一一基本国国情是不不相符的的。所以以，虽然然固定床床其工艺艺较其
29、它它气化工工艺有其其不足之之处且工工艺较为为落后。但但其气化化工艺较较之其它它工艺更更成熟。根根据我国国基本国国情及当当地情况况本设计计采用常常压固定定床间歇歇气化法法。 合合成氨的的生产方方式有很很多种，本本章进行行了详细细的阐述述，采用用了常压压固定间间歇气化化法。第二章常常压固定定床间歇歇气化法法2.1 半水煤煤气定义义半水煤气气是以水水蒸气为为主加入入适量的的空气为为气化剂剂与赤热热的炭反反应，所所生成的的煤气称称为半水水煤气，它它是合成成氨的原原料气，其其成分中中CO2+H2一般在在68%左右。用用于合成成氨的半半水煤气气要求氢氢氮比为为3：11。2.2 生产半半水煤气气对原料料的选
30、择择生产半水水煤气的的原料有有很多种种，如焦焦炭、无无烟煤、烟烟煤等。间歇法生生产半水水煤气对对原料的的要求：（1）对对水分的的要求燃料中水水分含量量过高，会会影响煤煤气发生生炉的气气化效率率，在气气化过程程中因水水分蒸发发吸热造造成炉温温下降使使燃料消消耗增加加，炉子子操作条条件恶化化，影响响水煤气气产量和和质量。因因此，要要求入炉炉煤的水水分含量量小于335%。（2）对对挥发份份的要求求燃料中如如果挥发发份含量量高，则则由于甲甲烷和焦焦油的含含水两增增加而不不仅会增增加动力力燃料消消耗，而而且降低低炉子的的制气能能力影响响氨的产产量。因因此，要要求燃料料中挥发发份较低低为宜。（3）对对灰份
31、的的要求煤中含灰灰分其主主要成份份为二氧氧化硅、氧氧化铁、氧氧化铝、氧氧化钙和和氧化镁镁等无机机物质。这这些物质质的含量量对灰份份有决定定性影响响。灰份份高的燃燃料，不不仅增加加运输费费用，而而且使气气化条件件变得复复杂，所所以要求求燃料中中灰份较较低为宜宜。（4）对对硫份的的要求煤中的硫硫份在气气化过程程中转化化为含硫硫气体，不不仅对设设备和系系统管道道有腐蚀蚀作用，而而且会使使催化剂剂中毒。在在合成氨氨生产系系统中，根根据流程程 特点点，对含含硫量有有一定的的要求，并并应在净净化过程程中将其其除去。（5）对对化学活活性的要要求化学活性性高的燃燃料，有有利于气气体物质质和气化化率的提提高。至
32、至于对气气化效率率的影响响，则因因所选用用的煤气气发生炉炉炉型不不同而有有所差异异。（6）对对机械强强度的要要求机械强度度高，以以免燃料料在炉内内或上料料过程中中受碰撞撞和挤压压而发生生碎裂，机机械强度度低会使使炉内阻阻力和气气体带出出物增加加，气化化能力下下降，消消耗增高高。（7）对对热稳定定性要求求热稳定性性是指燃燃料在受受高温后后粉碎的的程度。热热稳定性性差的燃燃料，不不仅增加加炭阻力力和气体体带出物物，而且且会堵塞塞炉膛和和系统管管道，增增加动力力消耗，影影响制气气产量。（8）对对粘结性性的要求求粘结性是是煤在高高温下干干馏粘结结的性能能，粘结结性较强强的原料料煤，气气化过程程中煤相相
33、互粘结结后生成成焦，破破坏燃料料的透气气性，妨妨碍气化化剂的均均匀分布布，影响响气体成成分和制制气产量量。所以以要求煤煤的粘结结性较低低为宜。（9）对对燃料粒粒度的要要求合成氨原原料煤首首先对煤煤种要求求是无烟烟煤，其其次对粒粒度则要要求采用用块煤和和粉煤的的成型，特特别以223550mmm的粒度度最好。总之，对对间歇式式生产水水煤气，若若要使生生产取得得良好的的气化指指标，应应采用热热稳定性性好、机机械强度度高、不不粘结、粒粒度均匀匀、水分分较少、灰灰分和挥挥发分不不高，灰灰分熔点点较高的的原料，本本设计采采用无烟烟块煤。2.3 半水煤煤气制气气原理固体燃料料的气化化过程实实际上主主要是碳碳
34、与氧的的反应和和碳与蒸蒸汽的反反应，这这两个反反应称为为固体燃燃料的气气化反应应。在气化炉炉燃烧层层中，炭炭与空气气及水蒸汽汽的混合合物相互互作用时时的产物物称为半半水煤气气，其化化学反应应按下列列方程式式进行：2COO23.76NN2=2CCO23.76NN2CH22O（汽汽）=CCOHH2这种煤气气的组成成由上列列两反应应的热平平衡条件件决定。由由于半水水煤气是是生产合合成氨的的原料气气，因此此，要求求入炉蒸蒸汽与空空气（习习惯上称称为氮空空气）比比例恰当当以满足足半水煤煤气中（CCOHH2）：NN2=3要要求，但但是在实实际生产产中要求求半水煤煤气（CCOHH2）：NN23.22。2.4
35、 发生炉炉内燃料料分布情情况灰渣层氧化层干馏层干燥层还原层 图2.1 燃燃料层分分区示意意图在发生炉炉中原料料层分为为干燥层层、干馏馏层、还还原层、氧氧化层、灰灰渣层。（1）干干燥层 干干燥层的的厚度与与加入燃燃料的量量有关。（2）干干馏层 干干燥层的的厚度小小于干燥燥层，在在干燥层层与干馏馏层中进进行原料料的预热热、干燥燥和干馏馏。（3）还还原层 气化化剂从下下面进入入碳层氧氧化区中中已含有有各种气气体成分分，而在在还原层层里，主主要进行行CO的的还原反反应。（4）氧氧化层 在这这里层中中，从下下面来的的空气与与弹反应应，生成成碳的氧氧化物，因因为氧化化速度较较快，故故其厚度度比还原原层薄如
36、如用水蒸蒸汽作气气化剂时时，在该该层中还还进行碳碳与水蒸蒸汽的氧氧化反应应。一般般将还原原层和氧氧化层通通称之为为气化区区。（5）灰灰渣层 氧化化层下面面就是灰灰渣层，没没有化学学反应发发生，起起作用是是能分布布热空气气和保护护炉。必须指出出，各层层之间并并没有严严格的界界限，即即没有明明显的分分层，各各层高度度随燃料料的种类类性质和和气化条条件不同同而异。2.5 生产流流程的选选择及论论证根据水煤煤气生产产工艺流流程中废废热利用用的程度度，可分分为五类类：（1）不不回收废废热的流流程：吹风直接接放空，上上下行煤煤气直接接进入冷冷却净化化系统，故故其热效效率差。一一般为小小型水煤煤气站采采用。
37、（2）只只利用吹吹气特点点持有热热的流程程：该流程在在吹风阶阶段，将将吹风气气通过燃燃烧室，同同时向燃燃烧室内内送入二二次空气气，合使使吹风气气中的在在燃烧室室中燃烧烧，蓄热热，高温温燃烧后后废热锅锅炉的收收热量后后放空。上上行、下下行煤气气直接进进入冷却却净化系系统，不不进行热热量回收收。（3）利利用吹气气持有热热和上行行煤气显显热的流流程这是我国国目前广广泛使用用的一类类流程，它它可使大大部分的的废热得得以回收收利用。此此流程适适用于炉炉径大于于27440mmm。（4）完完全利用用吹风气气所持有有热及上上、下行行煤气显显热的流流程该流程与与流程（33）的差差别仅在在于下行行煤气的的显热亦亦
38、于回收收，废热热的回收收利用程程度最高高，废热热锅炉的的温度波波动较小小，蒸发发量也较较稳定。（5）增增热水煤煤气流程程在水煤气气生产中中，用油油裂解来来提高煤煤气热值值的方法法称为增增热，它它的热值值高达116.77到188.8MMJ/mm3。但CCO含量量高达330%以以上，故故它不宜宜单独作作为城市市煤气，但但可作为为城市煤煤气的补补充气源源以备调调峰之用用。综上所述述，以（22）和（33）两种种流程为为最佳，流流程（44）效率率高于（33）、（44）中由由于加了了回收下下行煤气气显热，使使得阀门门和管道道增多，操操作变得得复杂，投投资增加加，且由由于煤气气温度不不高于2200，从经经济
39、效益益上考虑虑，流程程（3）比比流程（44）更为为实用，本本设计采采用流程程（3）。2.6 间歇式式气化的的工作循循环常压固定定床法制制半水煤煤气其工工艺流程程气化过过程按55个阶段段分别叙叙述如下下：（1）吹吹风阶段段 来自自鼓风机机的加压压空气送送入煤气气发生炉炉底部，经经与燃料料层燃烧烧放出大大量的热热量储存存于炭层层内，生生成吹风风气由炉炉顶出，经经旋风除除尘 器器除去灰灰尘后，进进入废热热锅炉的的管间的的水换热热，水受受热蒸汽汽产生的的低压蒸蒸汽经气气包蒸汽汽管道可可供本炉炉制气用用。吹风风气被冷冷却降温温后出废废热锅炉炉，由烟烟囱放空空。（2）上上吹制气气阶段 蒸蒸汽与加加氮空气气
40、一起自自炉底送送入，经经与灼热热的燃烧烧层反应应后，气气体层上上移，炉炉温下降降，生成成半水煤煤气由炉炉顶引出出除去带带出灰尘尘。进入入废热锅锅炉回收收气体中中的显热热后进入入洗气箱箱至洗气气塔洗净净和冷却却至常温温由洗气气塔上部部引出送送出气柜柜。（3）下下吹制气气阶段 蒸蒸汽自炉炉顶送入入，经灼灼热的气气化层反反应，气气化层下下移，炉炉温继续续下降，生生成的水水煤气由由炉底引引出，因因下行煤煤气通过过灰渣层层降低温温度，不不再进入入废热锅锅炉直接接进入洗洗气箱、洗洗气塔洗洗净降温温，由塔塔顶引出出至气柜柜。（4）二二次吹气气阶段 基本本同一次次上吹制制气阶段段，但不不加入氮氮空气，其其目的
41、在在于置换换下部及及管道中中残存的的煤气，防防止爆炸炸现象。（5）吹吹净阶段段 其工艺艺流程同同上吹制制气阶段段，但不不用蒸汽汽而改用用空气，以以回收系系统中的的煤气至至气柜。以上5个个阶段的的工作循循环，由由液压或或气压两两种形式式自动机机控制，目目前正在在发展成成微型程程序制代代替自动动机控制制。间歇式制制气工作作循环各各阶段气气体的流流向如图图所示。阀阀门开闭闭情况见见表4 图22.2 间歇制制半水煤煤气各阶阶段气体体流向图图表2.11 各阶阶段阀门门开启情情况阶段阀门开闭闭情况1234567吹风OXXOOXX一次上吹吹XOXOXOX下吹XXOXXOO二次上吹吹XOXOXOX空气吹净净O
42、XXOXOX注：O-阀阀门开启启：X-阀阀门关闭闭2.7 间歇式式制半水水煤气工工艺流程程 图2.3 间歇式式制半水水煤气工工艺流程程图如图所示示，固体体燃料由由加料机机从炉顶顶间歇加加入炉内内，吹风风时，空空气鼓风风机自下下而上通通过燃料料层，吹吹风气经经燃烧室室及废热热量后放放空。燃燃烧室中中加入二二次空气气，将吹吹风气中中的可燃燃气体燃燃烧，使使室内的的格子蓄蓄热砖温温度升高高。燃烧烧室盖子子具有安安全阀作作用，当当系统发发生爆炸炸时可泄泄压，以以减轻设设备的破破坏。蒸蒸汽上吹吹制气时时，煤气气经燃烧烧室及废废热锅炉炉回收余余热后。下下吹制气气时，蒸蒸汽从燃燃烧室顶顶部进入入，经预预热后
43、自自上而下下流经燃燃料层。二二次上吹吹时，气气体流向向与上吹吹相同，不不加入氮氮空气。空空气吹净净时， 其工艺艺流程同同上吹制制气阶段段，但不不用蒸汽汽而改用用空气，以以回收系系统中的的煤气至至气柜,此时燃燃烧室不不必加入入二次空空气，在在上、下下吹制气气时，如如配入加加氮空气气，则其其送入时时间应稍稍迟于水水蒸汽的的送入，并并在蒸汽汽停送之之前切断断，以避避免空气气与煤气气相遇而而发生爆爆炸。2.8 间歇式式制半水水煤气的的工艺条条件选择生产产工艺条条件时，要要求气化化效率高高，炉子子生产强强度大，煤煤气质量量好，气气化效率率指制得得半水煤煤气所具具有的热热值与制制气投入入的热量量之比。投投
44、入的热热量包括括气化所所消耗的的燃料热热值和气气化剂带带入的热热量（后后者主要要指蒸汽汽的潜热热）。他他是用来来表示气气化过程程中的热热能利用用率。气气化效率率高，燃燃料利用用率高，生生产成本本低。气气化效率率用X表表示：X=Q半半/(QQ燃Q蒸)1100%式中：QQ半-半水水煤气的的热值 QQ燃-消消耗燃料料的热值值 QQ蒸-消消耗蒸汽汽的热值值生产强度度是指每每平方米米炉膛截截面在每每小时生生产的煤煤气量，以以没标准准状态下下的立方方米表示示。煤气气质量则则根据生生产要求求以热值值或以指指定成分分要求来来衡量。为为了保存存以上的的要求，气气化过程程的工艺艺条件有有：（1） 温度反反应温度度
45、沿着燃燃料层高高度而变变化，其其中氧化化层温度度最高。操操作温度度一般主主要是指指氧化层层的温度度，简称称炉温。炉炉温高，反反应速度度快，蒸蒸汽分解解率高，煤煤气产量量高，质质量好。但但炉温高高，吹风风气中一一氧化碳碳含量高高，燃烧烧发热少少，热损损失大。此此外，炉炉温还受受燃料及及灰渣熔熔点的限限制，高高温熔融融将造成成炉内结结疤。故故炉温通通常应比比灰熔点点低500左右，工工业上采采用炉温温范围11000012000。（2） 吹风速速度提高高炉温的的主要手手段是增增加吹风风速度和和延长吹吹风时间间。后者者使制气气时间缩缩短，不不利于提提高产量量，而前前者对制制气时间间无影响响，通过过提高吹
46、吹风速度度，迅速速提高炉炉温，缩缩短二氧氧化碳在在还原层层的停留留时间。以以降低吹吹风气中中的一氧氧化碳含含量，减减少热损损失。吹吹风速度度以下不不使炭层层出现风风洞为限限。（3）蒸蒸汽用量量蒸汽用用量是改改善煤气气产量与与质量的的重要手手段之一一。蒸汽汽流量越越大，制制气时间间愈长，则则煤气产产量愈大大。但要要受到燃燃料活性性、炉温温和热平平衡的限限制。当当燃料活活性好。炉炉温高时时，加大大蒸汽流流量可加加快气化化反应，煤煤气产率率和质量量也得到到提高。但但同时因因燃料层层温下降降快而应应缩短吹吹入蒸汽汽的时间间。但燃燃料活性性较低时时，宜采采用较小小的蒸汽汽流量和和较长的的送入时时间。（4）燃燃料层高高度在制制气阶段段，较高高的燃料料层将