合成氨生产原料确定张杰

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1、合成氨生产原料的确定小组成员：骆骁张杰华包二刘灿刘江霞一、合成氨生产条件的比较目前，合成氨的生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭的气化），烃类蒸汽转化法（天然气，石脑油），重油部分氧化法。由于合成氨原料气中的氮气容易取得，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，因此把原料气中的CO和H2看作有效气体成分。氨的合成需要H2：N2为3:1的原料气，要求造气制得的煤气中有效气成分与氮气比例为（3.1—3.2）：1，这就是通常所说的半水煤气。（一）固体燃料气化法工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将碳转换为可燃性气体的过程，称为固体燃料的气化。气化所得的可燃性气体通

2、称为煤气⑴空气煤气：以空气为汽化剂制得的煤气。主要成分为N2+CO(CO2)⑵水煤气：以水为气化剂,主要成分为H2+CO⑶混合煤气：以空气和水为汽化剂所得煤气。⑷半水煤气：以适量空气（或富氧空气）和水蒸汽作为气化剂，所得气体的组成符合（CO+H2)/N2=3.1～3.2(摩尔比)以能满足生产合成氨对氢氧比的要求.1.固体燃料气化的基本原理molkJHCOOCO/2.28321022-=D=+由反应原理可知：碳与水蒸气的反应为吸热反应，而碳与空气的反应为放热反应，如果控制空气和水蒸气的比例，使碳与空气反应放出的热量等于碳与水蒸气反应所需的热量，则制气过程可以维持自热运行，但生产的气体组成难

3、以满足要求。2.固体燃料气化法的条件分析固体燃料中的碳和汽化剂在煤气发生炉中所进行的反应属于气固相系统的多相反应。其反应速度的大小不仅与碳和汽化剂的化学反应速度有关，同时还受汽化剂向碳的表面扩散速度的影响。①碳和氧的反应实践证明：Ⅰ、在温度高于1000℃时，燃烧产物主要是CO、在500℃以下时主要是CO２，Ⅱ、温度低于775℃，属动力学控制；Ⅲ、温度高于900℃，扩散控制加剧。②碳和水蒸气的反应实践证明：Ⅰ、t＝400℃～1100℃，属动力学控制；Ⅱ、t大于1100℃，属扩散控制。由图可知：压力一定、温度升高时，H2及CO含量增加；CO2及CH4等减小。由上述热力学和动力学分析可知，温度

4、必须在900℃以上才有满意的气化速度，且H2、CO含量较高，一般操作温度在1100℃以上。近年来新工艺采用1500~1600℃进行气化，使生产强度大大提高。（1）温度（2）压力温度一定、压力升高时，H2及CO含量增加；CO2CH4等减小；降低压力有利于提高CO和H2的平衡浓度，但加压有利于提高反应速率并减小反应体积，目前气化一般采用2.5~3.2MPa，其CH4含量较常压高些。（3）水蒸气和氧气的比氧的作用是与煤燃烧放热供给水蒸气与煤的气化反应，H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，其比值要依据采用煤气化生产方法而定。（4）吹风速度提高炉温的主要手段是提高入炉空气量。入炉空气量是由吹风

5、速度和吹风时间来决定的。在氧化层中，碳的燃烧速度很快，属于扩散控制。所以提高吹风速度，有利于碳的燃烧反应，还可缩短二氧化碳与灼热碳层的接触时间，以减少一氧化碳的生成量，从而减少了热损失，增加了炉内的蓄热量。在入炉空气量一定的情况下，提高吹风速度，还可以延长制气时间，有利于提高煤气发生炉的生产能力。但吹风速度过大，将导致吹出物量增加，燃料损失加大，严重时，出现风洞甚至吹翻，造成气化条件恶化。3.固体燃料气化法的生产方法及主要设备⑴生产方法分类煤气化过程需要吸热和高温，工业上采用燃烧煤来实现。气化过程按操作方式分为：间歇式和连续式，前者的工艺较后者落后，现正在被淘汰。现一般按采用的反应器类型

6、分为：固定床（移动床）、流化床、气流床和熔融床。前三种以被工业生产采用，而熔融床处于中试阶段。⑵间歇式制取半水煤气的工作循环及设备固定床间歇式气化制半水煤气的操作方式为燃烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。炉中填满块状煤或焦炭，首先吹入空气使煤完全燃烧生成CO2并放出大量的热,使煤层升温，烟道气放空；待煤层温度达1200℃左右，停止吹风，转吹水蒸气，与高温煤层反应，生成CO、H2等气体，制成水煤气，送入气柜。气化吸热使煤层温度下降，当降至950℃时，停止送蒸汽，重新进行燃烧阶段。如此交替操作，完成制气。吹风→蒸汽吹净→一次上吹制气→下吹制气（空气↑）（蒸汽↑）（蒸汽↓）→二次上吹制

7、气→空气吹净（蒸汽↑）（空气↑）煤气发生炉内，燃料层自上而下分为：干燥区、干馏区还原区和氧化区、灰渣区。间歇操作是通过控制阀门的开启顺序和开启时间达到制气的目的-气体组成及热量的利用。间歇法制气非制气时间较多，生产强度低，而且阀门开关频繁，阀件易损坏，故工艺落后。优点是不用纯氧只用空气，生产成本和投资费用低。⑶固定床连续式气化制水煤气固定床连续式气化制水煤气法由德国鲁奇公司开发。燃料块状煤或焦炭由炉顶定时加入，气化剂为水蒸气和纯氧混