娄冰 年产20万吨合成氨造气炉设计

目录

一、绪论 (1)

1.1 合成氨概述 (1)

1.2 煤气化技术发展 (1)

二、生产方法的选择及论证 (2)

2.1 生产方法的介绍 (2)

2.2 生产方案的选择及论证 (3)

三、常压固定床间歇气化法 (3)

3.1 固定床气化法的特点 (3)

3.2 半水煤气制气原理 (3)

3.3 发生炉内燃料分布情况 (4)

3.4间歇式制半水煤气工艺流程 (5)

四、工艺计算 (5)

4.1工艺计算方法及已知条件确定 (5)

4.2理想气化过程原料煤消耗量 (6)

4.3煤气发生炉的物料及热量衡算 (7)

4.4 吹风阶段的物料及热量衡算 (8)

4.4.1物料衡算 (8)

4.4.2热量衡算 (10)

4.5 制气阶段的物料及热量衡算 (11)

4.5.1 物料衡算 (11)

4.5.2 热量衡算 (14)

五、设计的体会和收获 (16)

六、参考文献 (17)

一、绪论

1.1 合成氨概述

氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业的基础。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。首先，制成含H

2

和CO等

组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H

2S、有机硫化物、CO、CO

2

等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

我国能源结构中，煤炭资源占很大比重。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。煤气化提供洁净的可以管道输送的气体燃料。当前城镇及大中型企业要求实现煤气化的迫切性越来越大，至今以合成气为原料的合成含氮、含氧化物、烃类及燃料的C化学技术已经获得相当成功，并且这方面的开发活动至今仍方兴未衰。目前还在建设采用各种煤气化技术的工业化装置。煤气化在各方面的应用都依赖于煤气化技术的发展，这主要因为煤气化环节往往在总投资及生产成本中占相当大的比重。

我国合成氨工业原料路线是煤汽油并举，以煤为主。合成产量60%以上是以煤为原料，全国现有1000多家大中小型以煤为原料的合成氨厂。随着油价的不断上涨，今后将停止以油为原料的新设备建设，并要求进行以煤代油的技术改造。

1.2 煤气化技术发展

煤炭气化，是以煤或焦碳为原料，用氧气（空气、富氧或纯氧）水蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或焦碳中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤炭气化包括煤的热解、气化和燃烧3部分。煤炭气化时所得的可燃气体称气化煤气。当前国内外煤完全气化技术发展的趋势，概括地可以归纳出如下几点：（1）气化向大型化方向发展，因为大型化可以提高单位设备的生产能力：

（2）使用氧气为气化剂，提高煤气化炉的操作温度：

（3）提高煤气化操作压力，几乎各种类型的新开发的气化炉都采用加压气化的工艺；

（4）扩大气化煤种的范围，随着采煤机械化和水力采煤技术的发展，原煤中的碎煤产率越来越多，为了适应这种趋势，一些新开发的新气化方法都用碎煤或粉煤气化；

（5）开发利用无污染的气化方法，许多开发的气化方法，都考虑了在工艺过程中消

除或减少有害物质的产生。

总之，由于各国自然资源和社会条件的不同，具体的能源政策也各不相同，但可以预料在21世纪煤炭仍将成为世界的主要能源之一。对于我国来说，随着国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，应积极进行煤气化的研究，掌握和运用国内外的先进煤气化及其应用技术，对加快我国实现四个现代化有着重要的意义。

二、生产方法的选择及论证

2.1 生产方法的介绍

煤气化方法按不同的分类有多种，分叙如下：

按制取煤气的热值分类为（1）制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kJ/m3；（2）制取中热值煤气方法，煤气热值16747~334948347kJ/m3；（3）制取高热值煤气方法，煤气热值高于334948347kJ/m3。

按供热方式分类，气化过程的供热方式有（1）部分气化方法；（2）间接供热；（3）由平行进行的反应器直接供热；（4）热载体供热。

按反应器的形式分类，气化方法有（1）移动床（固定床）；（2）流化床；（3）气流床；（4）熔融床。

本设计按反应器的分类方法来分别简要介绍各种方法：

固定床气化法：煤的固定床气化是以块煤为原料。煤由气化炉顶部间歇加入，气化剂由炉底送入，气化剂与煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体的显热中的相当部分供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣的显热又预热了入炉的气化剂，因此气化剂效率高。这是一种理想的完全气化方式。它分固定床常压气化和固定床加压气化。

流化床气化：流化床气化又称沸腾床气化，它是以小颗粒煤为原料，将气化剂（蒸汽和富氧或氧气）送入炉内，是煤颗粒的炉内呈沸腾状态进行气化反应。它是一种介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间的操作。

气流床气化：所谓加氢气化就是，在煤气化过程中直接用氢或富含H

2

的气体作为气

化剂，生成富含CH

4的煤气化方法，其总反应方程式可表示为：煤＋H

2

→CH

4

＋焦

熔浴床气化：50年代熔浴床煤气气化方法开始得到开发。熔浴床有熔渣床、熔盐床

和熔铁床3类。

2.2 生产方案的选择及论证

与固定床气化相比其它气化方法的优点是：（1）气化能力大；（2）气化用煤广；（3）生产灵活性强，开停车容易；（4）碳转化率高；（5）环境污染小。但是如果采用其它气化方法的话，不但其主体设备及相关必要设备的投资就将大大的增加，而且能耗也将大大的增大。这对我国氨需求量大、技术又相对有些落后而且资金短缺这一基本国情是不太相符的。所以，虽然固定床气化法其工艺较其它气化工艺有其不足之处且工艺较为落后。但其气化工艺较之其它工艺更为成熟。根据我国基本国情，本设计采用常压固定床间歇气化法。

三、常压固定床间歇气化法

3.1 固定床气化法的特点

固定床气化法其煤气发生炉的排渣和加料不是连续的，而是间断的排渣和加料，其致密的煤层在气化过程中是静止不动的，随着气化反应的进行，以温度化分的各区域将逐渐上移，必须经过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到原来的位置。

3.2 半水煤气制气原理

固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。

表1 以空气为气化剂主要反应方程