化工生产技术课件3.1

水煤浆气化法，是连续气化法的一种。
德士古煤气化炉为直立圆筒形结构，分上中下三部分，上 为反应室，中部为激冷室或废热锅炉，下部为灰渣锁斗。
氧 水煤浆
氧 水煤浆
蒸汽
急冷 水
工艺煤气
工艺煤气 水
灰渣至灰锁斗 图3.2.4 急冷德士古气化炉 1-气化炉；2-急冷室
灰渣至灰锁斗 图3.2.5 废热锅炉型德士古气化炉 1-气化炉；2-废热锅炉
第三章 合成氨
第一节 概述

氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其它 化工产品的主要原料。 氨用于制造化学肥料，生产硝酸、纯碱，无机盐等; 由氮气和氢气在高温、高压和催化剂下直接合成而得。

合成氨生产过程
1.原料气的制备 制含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。 2.原料气的净化 除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，包括原料气的 脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的 精炼等组成。 3.氨的合成 将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催 化剂与高温条件下合成为氨。

三、重油部分氧化法
重油是350℃以上馏程的石油炼制产品。其虚拟分子式可写 CmHnSr。 重油部分氧化是指部分重油和氧气进行燃烧，反应放出的热 量，使碳氢化合物发生热裂解及裂解产物的转化反应，最 终获得以H2和CO为主要组分，并含有少量CO2和CH4（CH4通 常在0.5％以下）的合成气。
重油部分氧化法工艺流程由四个部分组成：

工业上在间歇气化过程中，将自上一次开始送入空气 至下一次再送入空气时为止，称为一个工作循环（周 期），每个工作循环包括下列五个阶段。 ①吹风阶段。空气从炉底吹入，自下而上燃烧以提高 煤层温度，然后将吹风气经回收热量后放空。 ②蒸汽一次上吹。水蒸气自下而上送入煤层进行气化 反应，此时煤层下部温度下降，而上部温度升高，被 煤气带走的热量增加。
料气所需的加N2空气，以便转化气燃烧并升温 至1000℃以上，使CH4的残余含量降至约0.3%， 从而制得合格的原料气。
天然气的主要成分为CH4，蒸汽转化反应为： （1）一段转化反应
CH4 + H2O (g)

CO + 3H2
Δr Hm =206 kJ/mol
CO + H2O

CO2 + H2
Δr H m =-41.2 kJ/mol
该法可利用劣质煤，气化强度高，可直接获得低含量烃

（甲烷含量＜0.1％）的原料气，无需加入蒸汽，但是耗氧 量高。
二、烃类蒸气转化法
是将烃与水蒸汽的混合物通入管式炉管内催化 剂床层，管外加燃料供热，使管内大部分烃类 转化为H2、CO和CO2。然后将此高温（850--
860℃）气体送入二段炉。此处送入合成氨原
蒸气，经过一系列反应生成粗原料气的过程。 工业上固体燃料为原料制取合成氨原料气的方 法，根据操作方式不同，主要有固定床间歇气化 法、气流床连续气化法等。
几个概念
气化剂：在气化过程中所使用的空气、水蒸气或空气-水蒸气 混合气等称为气化剂。 煤气：煤或焦炭与气化剂反应，生成的混合气体 空气煤气：以空气作为气化剂所制得的煤气。 水煤气：以水蒸气作为气化剂所制得的煤气。 混合煤气：以空气和水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。 半水煤气：分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的 空气煤气和水煤气，两者按混合后气体中（CO+H2）与N2的摩 尔比为3.1-3.2的比例掺配，这种混合煤气称为半水煤气。
第二节
原料气的制备
原料：煤、焦炭、天然气、石脑油、重油。 生产方法：固体燃料气法化、烃类蒸气转化法、重油部 分氧化法。 由于合成氨原料气中的氮气容易制得，所以原料气的制 备主要是制取氢气，而CO在变换过程能产生同体积的氢 气，因此，把原料气中CO和H2看做是有效气成分。
一、固体燃料气化法
以煤或焦炭为原料，在高温条件下通入空气、水



原料重油和气化剂（氧和蒸汽）的预热； 重油的热裂解及裂解产物的转化反应； 出口高温合成气的热能回收； 炭黑清除与回收。
氧气
合成气
蒸汽
重油 水和碳黑 德士古急冷工艺流程
图3.2.8
蒸汽预热器；2-重油预热器；3-气化炉；4-水洗塔
高压蒸汽
粗原料气
水 重油 氧 图3.2.9 锅炉给水 碳黑水
谢尔废热锅炉工艺流程
重油预热器；2-氧预热器；3-气化炉；4-废热锅炉； 炭黑捕集器； 冷凝洗涤塔；7-水冷却器
工艺流程

原料重油经泵提压、预热后与预热后的氧气和高压过热蒸 汽混合进入喷嘴，进入气化炉后在高温下进行气化反应， 生成含（CO+H2）90--92％的合成气。 从气化炉出来的高温气体进入废热锅炉回收热量后，通过 炭黑捕集器、洗涤塔将大部分炭黑洗涤和回收后离开气化 工序脱硫装置。废热锅炉产出10.5MPa蒸汽。


吹风 气 水 蒸 气 煤气
空气 图3.2.1 间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图

③蒸汽下吹。水蒸气自上而下吹入煤层进行气化反应， 煤层温度趋于均匀。制得煤气从炉底引出系统。

④蒸汽二次上吹。蒸汽下吹制气后煤层温度已显著下 降，且炉内尚有煤气，如立即吹入空气势必引起爆炸。 为此，先以蒸汽进行二次上吹，将炉子底部煤气排净， 为下一步吹风创造条件。
⑤空气吹净。目的是回收存在炉子上部及管道中残余 的煤气，此部分吹风气应加以回收，作为半水煤气中 N2来源。

缺点：固定床间歇式气化煤气制取工艺对煤种要求苛刻， 仅适用优质无烟煤和冶金焦，而且产气量低、总能耗高； 目前我国中、小型合成氨厂广泛采用的气化方法。
2.气流床连续气化法
美国德士古公司开发的德士古气化法造气技术，也称为

以高浓度水煤浆（煤浓度达70％）进料，用泵送入气化炉， 纯氧以由炉顶喷嘴喷出，使料浆雾化于1300～1500℃下进行 气化反应，水煤浆在炉中的停留时间为5～7s。

生成的高温煤气经气化炉中部的激冷室激冷或废热锅炉冷 却回收热量后，煤气送往CO变换工序。

熔渣冷却固化后进入破渣机破碎后进入锁斗，定期排入渣 池，由捞渣机捞出装车外运。

C+1/2O2→CO △H=-110.6KJ/mol

固定床间歇气化过程是先将空气送入煤气发生炉 燃烧燃料，放出热量，提高燃料层温度，生成的
吹风气经回收热量后大部分放空。然后将水蒸汽
送入炉与碳层进行气化反应，生成水煤气。

由于气化反应是吸热反应，使燃料层温度下降， 故需重新通入空气以提高炉温，如此重复交替进 行，制得半水煤气。
1. 固定床间歇气化法

Hale Waihona Puke 煤或焦炭中主要是碳元素，气化过程中主要反应有：


C+H2O→CO+H2
C+2H2O→CO2+2H2
△H=131KJ/mol
△H=131KJ/mol
此过程为强吸热过程，需要提供能量，一般是用空气与 碳作用来提供能量。其反应如下
C+O2→CO2 △H=-393.8KJ/mol
（2）二段转化反应
催化剂床层顶部空间燃烧反应：
2 H2 + O2 2 H2O
Δr Hm = 484 kJ/mol
Δr Hm = 566 kJ/mol


CO + O2
CO2
催化剂床层中进行甲烷转化和变换反应（同一段） 烃类蒸气转化法是生产合成氨最经济的方法。具有 不用氧气、投资省和能耗低的优点。目前大型合成 氨厂多数采用此法。