氮肥厂五步造气法详解

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煤的化学性质：
1、水份 固体燃料的水份以三种形式存在即吸附水、游离水和化合水。 煤里的水份含量多少与煤化（即煤腐殖化）程度有关，煤化程度越低则煤 里的水份就越高，煤的质地就越致密，这种水份称之为物理吸附水或固有 水份；煤的外在水份（附着水份）是指地下水和雨水附着在煤上的水份。 煤的外在水份和分析取样水份之和称为煤的全水份。煤的化合水份（结合 水份）在煤中是以结晶水形式存在的，与煤化程度无关，即使加热到100℃ 化合水也不会析出。 2、挥发份 在一定温度下干馏（隔绝空气）析出的气体（碳氢化合物）， 在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。它与煤化程度有关 煤化程度越低挥发份越高，含量少的1~3%，多的达50%以上，一般来讲挥 发份高的煤粘结性较强，挥发份低的煤粘结性较差，挥发份较高的燃料其 机械强度、热稳定性一般都比较差。 3、灰份 固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰份主要的组分为二氧化 硅、三氧化二铝、四氧化三铁、氧化钙、氧化镁等物质，这些物质的含量 对灰熔点有决定性影响。固定层煤气炉一般要求燃料的灰份含量不超过 30%，灰份含量过高，相对地减少了有效碳使煤的发热值降低，而且在燃 烧或气化过程中会妨碍气化剂与碳的接触，影响气化剂的扩散，同时降低 了燃料的化学活性，灰份含量过高时不仅使气化条件复杂化，还加重了排 灰机械的负荷，使设备磨损加剧。
富 氧 空 气 与 蒸 汽 混 配 器
上吹制气阶段 流程：水 蒸汽和加氮空气—煤气 炉底部—燃料层—炉
26#循环污水 吹风气去集中回收 煤气去洗气塔
锅炉给水总管
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三、煤气炉制气工艺的理论基础：
1、煤气制造的方法很多，典型的有：固定层间歇气化法（分为常
压和加压两种）（加压连续气化的代表工艺是鲁奇炉）、固定层富 氧连续气化法、沸腾层（流化床）气化法（如恩德炉和灰熔聚工 艺）、气流层气化法（壳牌粉煤加压气化，德士古水煤浆加压气化） 等。 我厂目前采用前二种方法。 2、固定层间歇气化法：用水蒸汽和空气为气化剂，交替地通过固 定的燃料层，使燃料气化，制得半水煤气。通入空气的目的是让空 气中的氧与燃料中的碳燃烧，以便提高燃料层的温度，为蒸汽与碳 的吸热反应提供热量，并为合成氨提供氮气（吹风和吹净过程）。 然后向燃料层通入蒸汽（或者配入一定的加氮空气）与碳反应，生 成的水煤气和回收的吹风气混合得到半水煤气。 3、固定层富氧连续气化法：以富氧空气（或者氧气）与蒸汽的混 合气为气化剂，连续通过固定的燃料层进行气化。
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四、固体燃料在煤气炉内的分区情况： 固定层煤气炉制气过程燃料层内的分区： 由于在气化过程中，炉内固体燃料层的各区域发生着不同的
物理或化学变化，据此，将燃料层从上而下分为五个区域： a、干燥层 燃料层的最上部，刚投入的燃料受到下层温度较 高的燃料层的热辐射，以及由下而上通过的热气体的热交换 作用，区域温度达到200℃左右，使新加入的燃料中水分 （主要是游离水、吸附水）被蒸发干燥，因此这一区域叫干 燥区。该区厚度为150～250毫米。（实际厚度随燃料层的高 度不同而异）。 b、干馏层 由干燥区往下的燃料层的温度比较高（300～ 700℃），水分较少，使燃料发生热分解，挥发性物质如甲 烷、硫化氢、乙烯、氮氢、化合水等。因为这个作用与煤的 干馏相似，故称为干馏区。这个区域几乎不发生气化反应。 该区厚度为300～450毫米。
合成氨造气生产基础知识

三化第一造气车间王太平 2012.5.18
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一、合成氨概况： 1904年~1908年哈柏氏研究了氨的平衡反应，并得出反应平衡关

系，同时由波士协助解决了机械问题开始了工业合成氨的生产， 1913年4月在德国奥堡建立了世界第一个合成氨厂。合成氨是在 高温高压下将空气中的氮和用不同方法得来的氢化合制成氨。 1、氨的合成反应 3H2+N2=2NH3+Q 2、碳铵反应 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3+Q 3、尿素反应 2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Q 4、甲醇反应 2H2+CO=CH3OH+Q 3H2+CO2=CH3OH+H2O+Q 氨的主要性质：在常温常压下有刺激性臭味的无色气体、有毒、 比重0.596.易溶于水并放出热量，燃烧呈黄色火焰。 4NH3+3O2=2N2+6H2O 在有水存在时，氨对铜及铜合金有较强的化学腐蚀作用。（氨用 阀门、仪表不用含铜的）
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二、合成氨原料气的生产----半水煤气的制造： 所谓造气就是用气化剂对固体或其他原料进行热加工的过程，其生成物为可燃性气 体（煤气）。固体燃料为各种煤和焦炭；气化剂有空气、富氧空气、氧和水蒸汽、 CO2。进行气化的设备称为煤气发生炉。 固体燃料气化生成的煤气可分为： 1、空气煤气：以空气为气化剂制的煤气。 2、混合煤气：以空气和适量水蒸汽混合为气化剂制的煤气。 3、水煤气：以水蒸汽为气化剂制的煤气。 4、半水煤气：是以空气（或富氧空气）和适量的水蒸汽为气化剂制取的符合 （H2+CO）/N2＝3.1～3.2的煤气。（混合煤气的特例） 造气生产路线按原料不同可分为： 1、气体——以天然气为造气原料。 2、液体——以重油为造气原料。 3、固体——以块煤（焦炭）或以粉煤为原料制成的型煤。 我厂使用的是固体燃料制气。 可用于气化的固体燃料有：1、无烟煤 2、粘结性烟煤与不粘结性烟煤（包括贫煤、 炼焦煤、气煤、气焰煤、肥煤、焰煤） 3、褐煤 4、木质褐煤 5、泥煤 6、由粘结 性烟煤或不同结焦性能的混合煤制得的焦炭和半焦，以及从褐煤制得的半焦 7、由 粉煤制成的型煤 8、碳化煤球等 我厂根据目前的现状主要以使用型煤为主，无烟块煤与焦丁为辅。 造气车间的任务就是生产合格的（氢氮比符合合成氨要求的）半水煤气。
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4、粘结性 有些煤（烟煤）在加热到一定温度时，炭质受热分解而成
塑性状态，继而出现软化、熔融现象，产生热分解后的液态产物，在 炭粒之间的接触和膨胀压力的作用下，使炭粉相互粘结在一起而变成 多孔性硬块，即所谓焦炭，这种煤称为粘结性煤。无烟煤不发生或稍 微发生熔融粘结现象，而在放出挥发份后其本身成为粉末状的残渣， 这种煤称为不粘结性煤。
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五、固定层间歇气化法一个制气循环分为五个阶段的目的及工艺流程：

三化公司第一造气车间煤气炉间歇法制气工作循环目前采用120秒，一个制气
工作循环分为五个阶段，各个阶段的流程和作用如下。
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富氧空气总管 加氮空气总管 空气总管 0.08-0.098Mpa低压蒸汽总管 0.5Mpa废锅蒸汽总管
富 氧 空 气 与 蒸 汽 混 配 器
26#循环污水
吹风阶段 流程：空 气—煤气炉底部— 燃料层—炉顶—上 旋风除尘器—废热 锅炉—烟囱放空或 送吹风气系统回收 空气从炉底中心管
锅炉给水总管
吹风气去集中回收 煤气去洗气塔
上吹蒸汽阀
富氧空气阀
下吹蒸汽阀 上行煤气阀 上吹旋风除尘器 废热锅炉 煤气发生炉 水冷壁夹套锅炉 洗汽箱 下行煤气阀 烟囱
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⑷煤的物理性质 1、热稳定性 又叫抗热强度，可以理解为固体燃料在落入高温区
时保持其块度的性质，该性质除了与煤形成年代有关外，主要与 煤化程度有关。 2、机械强度 指煤破碎的难易程度，一般来说，煤的机械强度与 煤的形成年代有关，年代愈久，强度愈大。机械强度差的煤其热 稳定性必然也差。 3、灰熔点 在气化炉内煤中所含的灰份达到一定的温度时就会出 现变形、软化和熔融状态(t)，当固体灰份变为液态时达到的温度 就叫灰熔点。 煤的灰熔点是影响炉内工况好坏和温度高低的主要因素之一。灰 熔点低，气化层温度不能太高，否则会造成炉内结大块，使炉床 阻力不均，严重时会造成气化炉不能正常生产下去，因此煤的灰 熔点越高越有利于提高气化效率，有利于高产低耗。
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c、气化层 由干馏区往下，燃料层的温度很高（﹥700℃），可达1150～
1250℃，是发生气化反应的主要区域，经干馏焦碳化的燃料与气化剂进行氧 化反应和还原反应，故该区域又统称为气化区。气化区又分为氧化区（又称 燃烧区）与还原区： 氧化区：碳与氧化剂（空气或富氧空气）中的氧反应，氧化成CO2及CO。 在氧化区内进行的反应，均为放热反应，因此，氧化区比较薄（大约为 200～300毫米）。 还原区：二氧化碳被还原为一氧化碳，或水蒸汽分解成氢。在还原区所 进行的反应，大部分是吸热反应，反应所需要的热量是氧化层供给的。 还原反应比氧化反应速度慢，还原区比氧化区厚的多，大约为450～650 毫米。 d、灰渣层 由于固体燃料中含有20%左右的灰分。固体燃料气化后遗留下来 的残留物形成了灰渣区，灰渣区厚度为150～250毫米。在灰渣区不发生任何 化学反应，该区温度﹤700℃，预热从下而上的气化剂后被冷却，起到均布 气化剂、保护炉蓖和灰盘的作用。 另外，干燥区的上部是自由空间，起到聚集上行煤气和均匀分布下吹蒸汽 的作用。 必须说明，炉内燃料层几个区域的厚度并非一成不变。因为炉体高度不同或 随燃料的种类、性质的不同及所采用的制气方法，使用气化剂和气化条件的 不同而不一样。而且各区间也没有明显的分界，往往是相互交错的。
送入煤气炉，经过 炉篦均匀分布通过 灰渣层预热后，进 入气化层，空气中 的氧和赤热的燃料 发生燃烧（氧化） 反应，放出大量的 反应热，贮存在燃 料层中，为制气阶 段碳与水蒸汽进行 气化（吸热）反应 提供热量。
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富氧空气总管 加氮空气总管 空气总管 0.08-0.098Mpa低压蒸汽总管 0.5Mpa废锅蒸汽总管
此外还有燃料粒度、（真假）比重、气孔率等。
⑸无烟煤的特性：
组织密实、比重大、无粘结性、含水少、挥发份低、含碳量高、化学
活性低、机械强度和热稳定性比焦炭差。
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型煤制作
(一) 主要反应机理： R--C00H+NaOH→C00Na+H2O, 反应釜温度：95℃ 粘合剂：腐植酸钠含量≥12％ PH＝12～13.5 粘度：＞25s（60℃） 密度：1.008～1.102g/ml （二）制作步骤： 1、粘结剂制作 2、粉煤---添加粘合剂---沤制---压球---烘干
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4、硫份 煤中的硫份在气化过程中转化为含硫气体，不仅腐蚀设备管道，而且使催 化剂中毒。
5、固定碳 固体燃料中除去灰份、挥发份、水份和硫份以外，其余可燃性物质称为 固定碳，它是固体燃料中的有效物质。 6、矿物质 煤中除了在工业分析和元素分析中的成分外，还有微量的矿物质成分， 这些矿物质在氧化区内完成高温转化，变成由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、 MgO、Na2O、K2O等。有些物质对于气化反应都是有害物质，含量越少越好。煤经 过气化后重量减轻为原来的1/4左右，若是排出的炉渣中只有灰无渣，则表明气化炉 失常。 7、化学活性 煤的化学活性也称为反应能力，是指煤与气化剂中氧、蒸汽或二氧化 碳等相互作用的反应（还原气化剂的能力，气化剂被还原的数量愈多表示其化学活 性愈好，通常是以CO2在一定温度和一定时间下通过一定厚度的煤层后转化为CO的 百分率来表示）。煤的化学活性是随着比重和粘结性的增大而提高；随着气孔率和 表面积的增大而提高；随着焦化程度的降低而提高；煤化程度越低活性越高；气化 温度越高（T3以下）活性也越高。在气化炉内，煤的化学活性的增高不仅表现在 CO2和蒸汽的还原系数的升高，而且表现在碳消耗量的增加，也就是煤气的产量与 质量均会得到提高，随着碳的燃烧，最初燃料的化学活性不断提高达到最大值而迅 速下降，这是因为反应物表面灰化而使气化剂不易与燃料中的碳接触的原因。 此外还有燃料的成渣性能、发热量等。