合成氨工艺中的煤气化

水封
链接
K-T煤气化炉
实质： 实质： 2C + O2 = 2CO -221.189KJ/mol C + H2O (g) = CO + H2 +131.390KJ/mol
存在问题： 存在问题：自热平衡 原料平衡 CO + H2 / N2 = 3.1 ~ 3.2
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（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件 ）、间歇式制半水煤气的工艺条件
（2）吹风速度：许可条件下高风量,吹风速度直接决定放热。 吹风速度：许可条件下高风量,吹风速度直接决定放热。 利：高风量，扩散控制，氧化层反应加速，CO2在还原层停留 高风量，扩散控制，氧化层反应加速， 短，CO低，热 CO低 量损失小；空气吹净小些。 量损失小；空气吹净小些。
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4、蒸汽二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入 蒸汽二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净， 空气做准备。 空气做准备。 5、空气吹净阶段：回收炉子上部及管道中的煤气，此部分 空气吹净阶段：回收炉子上部及管道中的煤气， 吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。
三、制取半水煤气的工业方法
（五）、工艺流程和主要设备 ）、工艺流程和主要设备
是由煤气发生炉 余热回收装置、 煤气发生炉、 间歇式制气的工艺流程 是由煤气发生炉、余热回收装置、 煤气的除尘、降温和贮存等设备所组成。 煤气的除尘、降温和贮存等设备所组成。 所组成 工艺流程见 工艺流程见（图）
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焦炭或煤
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△Hθ298=74.90kJ/mol
二、煤气化原理
平衡含量：相同压力下温度高于900℃ ， 水蒸汽与碳反应的 平衡含量 ： 相同压力下温度高于 ℃ 其它组分含量接近于零。 平衡产物中，含有等量的H 平衡产物中，含有等量的 2及CO ，其它组分含量接近于零。 随着温度的降低H 、 等平衡含量逐渐增加。 随着温度的降低 2O、 CO2及CH4等平衡含量逐渐增加。
CO+1/2O2=CO2； △Hθ298= - 283.183kJ/mol 独立反应数： 独立反应数：4-2= 2 平衡计算： 平衡计算： 平衡含量： 含量随温度升高增加 含量随温度升高增加， 下降， 高于 高于900 ℃ 平衡含量：CO含量随温度升高增加， CO2下降，T高于 主要产物为CO， CO2很少。 很少。 主要产物为 ，
第一章 氨合成
第二节、 第二节、固体燃料气化 一、概述 二、煤气化原理 三、制取半水煤气的工业方法
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一、概述
煤气化—煤 煤气化 煤 、 焦碳等固体燃料在高温常压或加压条件 下，与气化剂反应转化为气体产物和少量残渣过程。 与气化剂反应转化为气体产物和少量残渣过程。 气化剂—能与灼热碳层进行反应的物质， 气化剂 能与灼热碳层进行反应的物质，主要是水蒸 能与灼热碳层进行反应的物质 气、空气或它们的混合物。 空气或它们的混合物。 气化剂 AIR 水蒸气 AIR、水蒸气 、 AIR+水蒸气 水蒸气 名称 空气煤气 水煤气 混合煤气 半水煤气
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三、制取半水煤气的工业方法 （一）、半水煤气生产的特点 ）、半水煤气生产的特点 的比例为3.1 3.1～ 1、（CO+H2）与N2的比例为3.1～3.2. 、（CO+H 2、以前者反应热为后者提供反应所需的热，并能维持系 以前者反应热为后者提供反应所需的热， 统自热平衡的话，得不到合格的半水煤气。 统自热平衡的话，得不到合格的半水煤气。 生产方法： 生产方法： （1）间歇制气法； 间歇制气法； （2）富氧空气（或纯氧）气化法； 富氧空气（或纯氧）气化法； （3）外热法
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主要成分 N2 、 CO 、CO2、 H2 H2、CO、CO2、 N2 、 H2、CO、CO2、 N2 、 H2、CO、N2、CO2 、
二、煤气化原理
（一）、化学反应 ）、化学反应 1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： 、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； C+1/2O2=CO； ； C+CO2=2CO； ； △Hθ298= - 393.77kJ/mol △Hθ298= - 110.59kJ/mol △Hθ298= 172.284kJ/mol
（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件 ）、间歇式制半水煤气的工艺条件
（4）循环时间及其分配：等于或略少于3min。 循环时间及其分配：等于或略少于3min。 3min 过长：气化层温度、煤气质量、产量波动大； 过长：气化层温度、煤气质量、产量波动大； 过短：阀门开关频繁，占时间多，效率下降，阀门易损坏。 过短：阀门开关频繁，占时间多，效率下降，阀门易损坏。
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三、制取半水煤气的工业方法
（三）、间歇式制半水煤气的工作循环 ）、间歇式制半水煤气的工作循环 间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。 间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。 五个阶段： 五个阶段：气体流向 1、吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 2、蒸汽一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应， 蒸汽一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应， 燃料层下部温度下降，上部升高。 燃料层下部温度下降，上部升高。 3、蒸汽下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温 蒸汽下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应， 度趋下均衡。 度趋下均衡。
二、煤气化原理
（二）、反应速率 ）、反应速率 1、碳和氧的反应： 碳和氧的反应： 根据对碳与氧反应的研究表明，当反应温度在775℃以下 根据对碳与氧反应的研究表明，当反应温度在775℃以下 775℃ 时，反应属于动力学控制。高于900℃时，反应属于扩散 反应属于动力学控制。高于900℃时 反应属于扩散 动力学控制 900℃ 控制。在两者之间， 过渡阶段。 控制。在两者之间，属过渡阶段。 2、碳和水蒸气的反应 碳和水蒸气的反应，在温度为400～1100℃的范围内， 碳和水蒸气的反应，在温度为400～1100℃的范围内，速 400 的范围内 度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过1100℃时 度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过1100℃时，反应 动力学控制 超过1100℃ 速度较快，开始为扩散控制。 速度较快，开始为扩散控制。 扩散控制
三、制取半水煤气的工Fra Baidu bibliotek方法
（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件 ）、间歇式制半水煤气的工艺条件 （1）温度： 温度： 利：高温，CO、H2含量高H2O等少，反应速度快。 高温，CO、 含量高H 等少，反应速度快。 高温，吹风气温度高， CO含量高 热量损失增大； 含量高， 弊: 高温，吹风气温度高， CO含量高，热量损失增大； 结疤。 结疤。 灰熔点： 变形温度、 软化温度、 熔融温度。 灰熔点：t1变形温度、t2软化温度、t3熔融温度。 气流床： 气流床：T<t1 防粘结 固态出渣： 固态出渣：T<t2防结疤 液体排渣： 液体排渣： T>t3
煤气 干燥区 干馏区 还原层 气化区 氧化层 灰渣区
空气、 空气、水蒸气
间歇式固定床煤气发生炉 燃料层分区示意图
燃料
放空 蒸汽 冷却水 氮空气 半水煤气 去气柜
空气来自 鼓风机
入 下 水 道
固定层煤气发生炉
型）制半水煤气工艺流程
室 煤气发生炉；2-燃烧恋；3-水封槽；4-废热锅炉；5-洗气塔；6-燃料贮仓；7-烟囱
弊：风量过高，易结疤；吹翻燃料层，炉况恶化，飞灰带走的 风量过高，易结疤；吹翻燃料层，炉况恶化， 燃料损失。 燃料损失。 （3）蒸汽用量：下吹时间长于上吹。 蒸汽用量：下吹时间长于上吹。 上吹：时间过长，热损失大，气化区上移。 上吹：时间过长，热损失大，气化区上移。 下吹：蒸汽事先预热，制气情况更好。 下吹：蒸汽事先预热，制气情况更好。
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二、煤气化原理
2、以水蒸汽作气化剂时，碳与水蒸汽的反应为： 、以水蒸汽作气化剂时，碳与水蒸汽的反应为： C+H2O(g)=CO+H2 ， C+2H2O(g)=CO2+2H2 △Hθ298=131.390kJ/mol △Hθ298=90.196kJ/mol
CO +H2O(g)= CO2+2H2 △Hθ298=-41.19kJ/mol C+2H2= CH4 独立反应数： 独立反应数：6-3= 3 平衡计算： 平衡计算：
煤
回炉碳 蒸汽
煤气
鲁 奇 炉 结 构 示 意 图
1-煤箱； 2-分布器； 3-水夹套； 4-灰箱； 5-洗涤器
， 蒸汽氧
链接
煤气
后气化 区
煤 沸腾层 氧气+蒸汽
灰渣
温克勒煤气化炉
链接
氧气 水煤浆 水煤气
反应室
蒸汽 煤气 灰渣锁斗 水
灰渣
链接
德士古煤气化炉
对流锅炉
辐射锅炉 下灰管 水激冷
氧气+蒸汽 氧气 蒸汽 煤 煤 熔渣