合成氨工艺中的煤气化

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1、1第一章氨合成一、概述二、煤气化原理三、制取半水煤气的工业方法第二节、固体燃料气化2一、概述煤气化—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。气化剂—能与灼热碳层进行反应的物质，主要是水蒸气、空气或它们的混合物。气化剂名称主要成分AIR空气煤气N2、CO、CO2、H2水蒸气水煤气H2、CO、CO2、N2AIR、水蒸气混合煤气H2、CO、CO2、N2AIR+水蒸气半水煤气H2、CO、N2、CO23二、煤气化原理1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为：C+O2=CO2；△Hθ298=-393.77kJ/molC+1/

2、2O2=CO；△Hθ298=-110.59kJ/molC+CO2=2CO；△Hθ298=172.284kJ/molCO+1/2O2=CO2；△Hθ298=-283.183kJ/mol（一）、化学反应独立反应数：4-2=2平衡含量：CO含量随温度升高增加，CO2下降，T高于900℃主要产物为CO，CO2很少。平衡计算：42、以水蒸汽作气化剂时，碳与水蒸汽的反应为：C+H2O(g)=CO+H2，△Hθ298=131.390kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2△Hθ298=90.196kJ/molCO+H2O(g)=CO2+2H2△Hθ298=-41.

3、19kJ/molC+2H2=CH4△Hθ298=74.90kJ/mol二、煤气化原理独立反应数：6-3=3平衡计算：平衡含量：相同压力下温度高于900℃，水蒸汽与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及CO，其它组分含量接近于零。随着温度的降低H2O、CO2及CH4等平衡含量逐渐增加。二、煤气化原理6（二）、反应速率1、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℃以下时，反应属于动力学控制。高于900℃时，反应属于扩散控制。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，速度仍较慢，属于动力学

4、控制。当温度超过1100℃时，反应速度较快，开始为扩散控制。二、煤气化原理7（一）、半水煤气生产的特点1、（CO+H2）与N2的比例为3.1～3.2.2、以前者反应热为后者提供反应所需的热，并能维持系统自热平衡的话，得不到合格的半水煤气。生产方法：（1）间歇制气法；（2）富氧空气（或纯氧）气化法；（3）外热法三、制取半水煤气的工业方法8（三）、间歇式制半水煤气的工作循环五个阶段：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。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，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

5、而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。三、制取半水煤气的工业方法间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。4、蒸汽二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。5、空气吹净阶段：回收炉子上部及管道中的煤气，此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。10（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件（1）温度：利：高温，CO、H2含量高H2O等少，反应速度快。弊:高温，吹风气温度高，CO含量高，热量损失增大；结疤。灰熔点：t1变形温度、t2软化温度、t3熔融温度。气流床：Tt3三、制取半水煤气的工业方法（

6、四）、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。利：高风量，扩散控制，氧化层反应加速，CO2在还原层停留短，CO低，热量损失小；空气吹净小些。弊：风量过高，易结疤；吹翻燃料层，炉况恶化，飞灰带走的燃料损失。（3）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。下吹：蒸汽事先预热，制气情况更好。（4）循环时间及其分配：等于或略少于3min。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。（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件13（五）、工艺流程和主要设备间歇式制

7、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。工艺流程见（图）三、制取半水煤气的工业方法煤气干燥区干馏区还原层氧化层灰渣区气化区焦炭或煤空气、水蒸气间歇式固定床煤气发生炉燃料层分区示意图室煤回炉碳蒸汽煤气蒸汽，氧鲁奇炉结构示意图1-煤箱；2-分布器；3-水夹套；4-灰箱；5-洗涤器链接链接链接水煤浆K-T煤气化炉链接实质：2C+O2=2CO-221.189KJ/molC+H2O(g)=CO+H2+131.390KJ/mol存在问题：自热平衡原料平衡CO+H2/N2=3.1~3.2