氮肥廠合成氨造氣方法（42頁）

1、1氮肥廠合成氨造氣方法2三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料一、合成氨概況：1904年1908年哈柏氏研究了氨的平衡反應(yīng)，并得出反應(yīng)平衡關(guān)系，同時由波士協(xié)助解決了機械問題開始了工業(yè)合成氨的生產(chǎn)，1913年4月在德國奧堡建立了世界第一個合成氨廠。合成氨是在高溫高壓下將空氣中的氮和用不同方法得來的氫化合制成氨。1、氨的合成反應(yīng) 3H2+N2=2NH3+Q2、碳銨反應(yīng) NH3+H2O+CO2=NH4HCO3+Q3、尿素反應(yīng) 2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Q4、甲醇反應(yīng) 2H2+CO=CH3OH+Q 3H2+CO2=CH3OH+H2O+Q氨的主要性質(zhì)：在常溫常壓下有刺激性臭味的無色氣體、有毒、比重0

2、.596.易溶于水并放出熱量，燃燒呈黃色火焰。 4NH3+3O2=2N2+6H2O在有水存在時，氨對銅及銅合金有較強的化學(xué)腐蝕作用。（氨用閥門、儀表不用含銅的）3三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料二、合成氨原料氣的生產(chǎn)-半水煤氣的制造：所謂造氣就是用氣化劑對固體或其他原料進行熱加工的過程，其生成物為可燃性氣體（煤氣）。固體燃料為各種煤和焦炭；氣化劑有空氣、富氧空氣、氧和水蒸汽、CO2。進行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。固體燃料氣化生成的煤氣可分為：1、空氣煤氣：以空氣為氣化劑制的煤氣。2、混合煤氣：以空氣和適量水蒸汽混合為氣化劑制的煤氣。3、水煤氣：以水蒸汽為氣化劑制的煤氣。4、半水煤氣：是以空氣（或富氧空

3、氣）和適量的水蒸汽為氣化劑制取的符合（H2+CO）/N23.13.2的煤氣。（混合煤氣的特例）造氣生產(chǎn)路線按原料不同可分為：1、氣體以天然氣為造氣原料。2、液體以重油為造氣原料。3、固體以塊煤（焦炭）或以粉煤為原料制成的型煤。我廠使用的是固體燃料制氣?？捎糜跉饣墓腆w燃料有：1、無煙煤 2、粘結(jié)性煙煤與不粘結(jié)性煙煤（包括貧煤、煉焦煤、氣煤、氣焰煤、肥煤、焰煤） 3、褐煤 4、木質(zhì)褐煤 5、泥煤 6、由粘結(jié)性煙煤或不同結(jié)焦性能的混合煤制得的焦炭和半焦，以及從褐煤制得的半焦 7、由粉煤制成的型煤 8、碳化煤球等我廠根據(jù)目前的現(xiàn)狀主要以使用型煤為主，無煙塊煤與焦丁為輔。造氣車間的任務(wù)就是生產(chǎn)合格的（

4、氫氮比符合合成氨要求的）半水煤氣。4三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料煤的化學(xué)性質(zhì)： 1、水份 固體燃料的水份以三種形式存在即吸附水、游離水和化合水。煤里的水份含量多少與煤化（即煤腐殖化）程度有關(guān)，煤化程度越低則煤里的水份就越高，煤的質(zhì)地就越致密，這種水份稱之為物理吸附水或固有水份；煤的外在水份（附著水份）是指地下水和雨水附著在煤上的水份。煤的外在水份和分析取樣水份之和稱為煤的全水份。煤的化合水份（結(jié)合水份）在煤中是以結(jié)晶水形式存在的，與煤化程度無關(guān)，即使加熱到100化合水也不會析出。2、揮發(fā)份 在一定溫度下干餾（隔絕空氣）析出的氣體（碳氫化合物），在氣化過程中能分解變成氫氣、甲烷以及焦油蒸汽等。它與煤

5、化程度有關(guān)煤化程度越低揮發(fā)份越高，含量少的13%，多的達50%以上，一般來講揮發(fā)份高的煤粘結(jié)性較強，揮發(fā)份低的煤粘結(jié)性較差，揮發(fā)份較高的燃料其機械強度、熱穩(wěn)定性一般都比較差。3、灰份 固體燃料完全燃燒后所剩余的殘留物，灰份主要的組分為二氧化硅、三氧化二鋁、四氧化三鐵、氧化鈣、氧化鎂等物質(zhì)，這些物質(zhì)的含量對灰熔點有決定性影響。固定層煤氣爐一般要求燃料的灰份含量不超過30%，灰份含量過高，相對地減少了有效碳使煤的發(fā)熱值降低，而且在燃燒或氣化過程中會妨礙氣化劑與碳的接觸，影響氣化劑的擴散，同時降低了燃料的化學(xué)活性，灰份含量過高時不僅使氣化條件復(fù)雜化，還加重了排灰機械的負荷，使設(shè)備磨損加劇。5三化合成

6、氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料4、硫份 煤中的硫份在氣化過程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅腐蝕設(shè)備管道，而且使催化劑中毒。5、固定碳 固體燃料中除去灰份、揮發(fā)份、水份和硫份以外，其余可燃性物質(zhì)稱為固定碳，它是固體燃料中的有效物質(zhì)。6、礦物質(zhì) 煤中除了在工業(yè)分析和元素分析中的成分外，還有微量的礦物質(zhì)成分，這些礦物質(zhì)在氧化區(qū)內(nèi)完成高溫轉(zhuǎn)化，變成由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O等。有些物質(zhì)對于氣化反應(yīng)都是有害物質(zhì)，含量越少越好。煤經(jīng)過氣化后重量減輕為原來的1/4左右，若是排出的爐渣中只有灰無渣，則表明氣化爐失常。7、化學(xué)活性 煤的化學(xué)活性也稱為反應(yīng)能力，是指煤與氣化劑中氧、蒸汽

7、或二氧化碳等相互作用的反應(yīng)（還原氣化劑的能力，氣化劑被還原的數(shù)量愈多表示其化學(xué)活性愈好，通常是以CO2在一定溫度和一定時間下通過一定厚度的煤層后轉(zhuǎn)化為CO的百分率來表示）。煤的化學(xué)活性是隨著比重和粘結(jié)性的增大而提高；隨著氣孔率和表面積的增大而提高；隨著焦化程度的降低而提高；煤化程度越低活性越高；氣化溫度越高（T3以下）活性也越高。在氣化爐內(nèi)，煤的化學(xué)活性的增高不僅表現(xiàn)在CO2和蒸汽的還原系數(shù)的升高，而且表現(xiàn)在碳消耗量的增加，也就是煤氣的產(chǎn)量與質(zhì)量均會得到提高，隨著碳的燃燒，最初燃料的化學(xué)活性不斷提高達到最大值而迅速下降，這是因為反應(yīng)物表面灰化而使氣化劑不易與燃料中的碳接觸的原因。此外還有燃料的

8、成渣性能、發(fā)熱量等。6三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料煤的物理性質(zhì)1、熱穩(wěn)定性 又叫抗熱強度，可以理解為固體燃料在落入高溫區(qū)時保持其塊度的性質(zhì)，該性質(zhì)除了與煤形成年代有關(guān)外，主要與煤化程度有關(guān)。2、機械強度 指煤破碎的難易程度，一般來說，煤的機械強度與煤的形成年代有關(guān)，年代愈久，強度愈大。機械強度差的煤其熱穩(wěn)定性必然也差。3、灰熔點 在氣化爐內(nèi)煤中所含的灰份達到一定的溫度時就會出現(xiàn)變形、軟化和熔融狀態(tài)(t)，當固體灰份變?yōu)橐簯B(tài)時達到的溫度就叫灰熔點。煤的灰熔點是影響爐內(nèi)工況好壞和溫度高低的主要因素之一。灰熔點低，氣化層溫度不能太高，否則會造成爐內(nèi)結(jié)大塊，使爐床阻力不均，嚴重時會造成氣化爐不能正常生產(chǎn)下

9、去，因此煤的灰熔點越高越有利于提高氣化效率，有利于高產(chǎn)低耗。7三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料4、粘結(jié)性 有些煤（煙煤）在加熱到一定溫度時，炭質(zhì)受熱分解而成塑性狀態(tài)，繼而出現(xiàn)軟化、熔融現(xiàn)象，產(chǎn)生熱分解后的液態(tài)產(chǎn)物，在炭粒之間的接觸和膨脹壓力的作用下，使炭粉相互粘結(jié)在一起而變成多孔性硬塊，即所謂焦炭，這種煤稱為粘結(jié)性煤。無煙煤不發(fā)生或稍微發(fā)生熔融粘結(jié)現(xiàn)象，而在放出揮發(fā)份后其本身成為粉末狀的殘渣，這種煤稱為不粘結(jié)性煤。此外還有燃料粒度、（真假）比重、氣孔率等。無煙煤的特性：組織密實、比重大、無粘結(jié)性、含水少、揮發(fā)份低、含碳量高、化學(xué)活性低、機械強度和熱穩(wěn)定性比焦炭差。8型煤制作(一) 主要反應(yīng)機理：R-C

10、00H+NaOHC00Na+H2O, 反應(yīng)釜溫度：95粘合劑：腐植酸鈉含量12 PH1213.5 粘度：25s（60） 密度：1.0081.102g/ml（二）制作步驟：1、粘結(jié)劑制作2、粉煤-添加粘合劑-漚制-壓球-烘干9三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料三、煤氣爐制氣工藝的理論基礎(chǔ)：1、煤氣制造的方法很多，典型的有：固定層間歇氣化法（分為常壓和加壓兩種）（加壓連續(xù)氣化的代表工藝是魯奇爐）、固定層富氧連續(xù)氣化法、沸騰層（流化床）氣化法（如恩德爐和灰熔聚工藝）、氣流層氣化法（殼牌粉煤加壓氣化，德士古水煤漿加壓氣化）等。我廠目前采用前二種方法。2、固定層間歇氣化法：用水蒸汽和空氣為氣化劑，交替地通過固定的

11、燃料層，使燃料氣化，制得半水煤氣。通入空氣的目的是讓空氣中的氧與燃料中的碳燃燒，以便提高燃料層的溫度，為蒸汽與碳的吸熱反應(yīng)提供熱量，并為合成氨提供氮氣（吹風和吹凈過程）。然后向燃料層通入蒸汽（或者配入一定的加氮空氣）與碳反應(yīng)，生成的水煤氣和回收的吹風氣混合得到半水煤氣。3、固定層富氧連續(xù)氣化法：以富氧空氣（或者氧氣）與蒸汽的混合氣為氣化劑，連續(xù)通過固定的燃料層進行氣化。10三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料四、固體燃料在煤氣爐內(nèi)的分區(qū)情況：固定層煤氣爐制氣過程燃料層內(nèi)的分區(qū)：由于在氣化過程中，爐內(nèi)固體燃料層的各區(qū)域發(fā)生著不同的物理或化學(xué)變化，據(jù)此，將燃料層從上而下分為五個區(qū)域：a、干燥層 燃料層的最上部

12、，剛投入的燃料受到下層溫度較高的燃料層的熱輻射，以及由下而上通過的熱氣體的熱交換作用，區(qū)域溫度達到200左右，使新加入的燃料中水分（主要是游離水、吸附水）被蒸發(fā)干燥，因此這一區(qū)域叫干燥區(qū)。該區(qū)厚度為150250毫米。（實際厚度隨燃料層的高度不同而異）。b、干餾層 由干燥區(qū)往下的燃料層的溫度比較高（300700），水分較少，使燃料發(fā)生熱分解，揮發(fā)性物質(zhì)如甲烷、硫化氫、乙烯、氮氫、化合水等。因為這個作用與煤的干餾相似，故稱為干餾區(qū)。這個區(qū)域幾乎不發(fā)生氣化反應(yīng)。該區(qū)厚度為300450毫米。11三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料c、氣化層 由干餾區(qū)往下，燃料層的溫度很高（700），可達11501250，是發(fā)生氣

13、化反應(yīng)的主要區(qū)域，經(jīng)干餾焦碳化的燃料與氣化劑進行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，故該區(qū)域又統(tǒng)稱為氣化區(qū)。氣化區(qū)又分為氧化區(qū)（又稱燃燒區(qū)）與還原區(qū)：氧化區(qū)：碳與氧化劑（空氣或富氧空氣）中的氧反應(yīng)，氧化成CO2及CO。在氧化區(qū)內(nèi)進行的反應(yīng)，均為放熱反應(yīng)，因此，氧化區(qū)比較?。ù蠹s為200300毫米）。還原區(qū)：二氧化碳被還原為一氧化碳，或水蒸汽分解成氫。在還原區(qū)所進行的反應(yīng)，大部分是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需要的熱量是氧化層供給的。還原反應(yīng)比氧化反應(yīng)速度慢，還原區(qū)比氧化區(qū)厚的多，大約為450650毫米。d、灰渣層 由于固體燃料中含有20%左右的灰分。固體燃料氣化后遺留下來的殘留物形成了灰渣區(qū)，灰渣區(qū)厚度為150250毫米

14、。在灰渣區(qū)不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，該區(qū)溫度700，預(yù)熱從下而上的氣化劑后被冷卻，起到均布氣化劑、保護爐蓖和灰盤的作用。 另外，干燥區(qū)的上部是自由空間，起到聚集上行煤氣和均勻分布下吹蒸汽的作用。必須說明，爐內(nèi)燃料層幾個區(qū)域的厚度并非一成不變。因為爐體高度不同或隨燃料的種類、性質(zhì)的不同及所采用的制氣方法，使用氣化劑和氣化條件的不同而不一樣。而且各區(qū)間也沒有明顯的分界，往往是相互交錯的。12三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料五、固定層間歇氣化法一個制氣循環(huán)分為五個階段的目的及工藝流程： 三化公司第一造氣車間煤氣爐間歇法制氣工作循環(huán)目前采用120秒，一個制氣工作循環(huán)分為五個階段，各個階段的流程和作用如下。13三化合

15、成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料吹風階段 流程：空氣煤氣爐底部燃料層爐頂上旋風除塵器廢熱鍋爐煙囪放空或送吹風氣系統(tǒng)回收空氣從爐底中心管送入煤氣爐，經(jīng)過爐篦均勻分布通過灰渣層預(yù)熱后，進入氣化層，空氣中的氧和赤熱的燃料發(fā)生燃燒（氧化）反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，貯存在燃料層中，為制氣階段碳與水蒸汽進行氣化（吸熱）反應(yīng)提供熱量。14三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料上吹制氣階段 流程：水蒸汽和加氮空氣煤氣爐底部燃料層爐頂上旋風除塵器廢熱鍋爐洗氣箱洗氣塔煤氣總管氣柜吹風階段后，燃料層中的氣化區(qū)具有很高的溫度（7001250）和足夠多的熱量。水蒸汽和適量的空氣（加入量以滿足氫氮比要求為主）從爐底中心管通過爐篦及灰渣層均勻地進入氣化

16、區(qū)，與赤熱的燃料發(fā)生氣化反應(yīng)，生成混合煤氣。經(jīng)過自由空間匯聚后進入上氣道送出，加氮空氣也有減緩氣化區(qū)溫度下降程度的作用。15三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料下吹制氣階段 流程：蒸汽（不加空氣）-爐頂燃料層爐底廢熱鍋爐洗氣箱洗氣塔煤氣總管氣柜因為上吹制氣階段，上吹蒸汽入爐后先在氣化區(qū)下部與赤熱燃料進行吸熱的氣化反應(yīng)，使氣化區(qū)底部的燃料溫度下降，而氣化區(qū)上方的干餾區(qū)，下部的燃料不斷地被高溫煤氣加熱成赤熱狀態(tài)，使氣化層（又稱為火層）發(fā)生上移，煤氣爐上部溫度升高，上吹煤氣及其帶出物帶走的顯熱損失增加。為了避免火層上移現(xiàn)象的發(fā)生，在上吹制氣階段之后，必須改變氣流方向，將蒸汽（不加空氣）自爐頂送入，生成的水煤氣由

17、爐底引出，這一過程稱為下吹制氣階段。這個階段既生產(chǎn)出水煤氣，還使火層（即氣化層）的溫度和位置穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，使燃料充分氣化，爐上的熱量得到回收。16三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料二次上吹制氣階段 流程與一次上吹相同下吹制氣以后，爐內(nèi)氣化層溫度大幅度下降，需要再送入空氣提高爐溫（即火層溫度）。但下吹制氣剛結(jié)束時，爐下部及燃料層內(nèi)殘留著煤氣，如果立即送風，空氣和水煤氣在爐底部混合，遇到火源就會發(fā)生爆炸。因此，在下吹制氣階段后，蒸汽和加氮空氣再次改變方向，自下而上通過燃料層，進行第二次上吹，上吹的氣化劑將爐底部殘留的煤氣排凈并帶入爐內(nèi)，為送入空氣創(chuàng)造安全條件，二次上吹階段主要是防止發(fā)生爆炸，但也能生產(chǎn)

18、混合煤氣。17三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料空氣吹凈階段 流程：空氣煤氣爐底部燃料層爐頂上旋風除塵器廢熱鍋爐洗氣箱洗氣塔煤氣總管氣柜二次上吹后，煤氣爐上部空間及管道中充滿著混含煤氣，如果直接吹風放空，不僅損失了煤氣，而且煤氣一出煙囟閥就會與煙囪底部的空氣混合，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風階段之前，從爐底部吹入空氣，生成的空氣煤氣與殘留物混合煤氣一并送入氣柜，既達到回收殘留煤氣和保證安全的目的，又為氣柜中的煤氣補充進足量的氮氣。這一過程稱為空氣吹凈階段。然后轉(zhuǎn)入下一個制氣循環(huán)的吹風階段，重復(fù)循環(huán)。18三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料固定層富氧連續(xù)氣化流程流程：水蒸汽和富氧空氣煤氣爐底部燃料層爐頂上

19、旋風除塵器廢熱鍋爐洗氣箱洗氣塔煤氣總管氣柜19三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料六、固定燃料層制半水煤氣的基本原理固定層制氣的反應(yīng)機理：固定層制氣的反應(yīng)屬于氣固相系統(tǒng)的多相反應(yīng)，它包括了物理和化學(xué)兩個過程。主要步驟如下：、氣流中的活性物質(zhì)（比如氧氣、水蒸氣）向碳的表面擴散、活性物質(zhì)在碳的表面吸附（分子之間的吸引力范德華力）、活性物質(zhì)和碳在氣固相的界面反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物分解為反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)產(chǎn)物在碳的表面解析、反應(yīng)產(chǎn)物擴散到氣流中。物理過程主要和氣體的擴散速度和固相的比表面大小有關(guān)，化學(xué)過程主要和燃料的化學(xué)性能和反應(yīng)溫度有關(guān)，而總的反應(yīng)過程是一個串級反應(yīng)，總的反應(yīng)速度由這其中最慢的一個過程決定。這個

20、步驟叫控制步驟。燃料自上而下移動時，發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化。20三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料1、碳與氧的反應(yīng)原理以空氣為氣化劑時氧化層發(fā)生的主反應(yīng)為：C+O2=CO294.1千卡 2C+O2=2CO52.8千卡2CO+O2=2CO2+135.3千卡 CO2+C2CO-41.2千卡因為碳與氧在高溫條件下所發(fā)生的氧化反應(yīng)速度極快（屬于擴散控制），所以氧化層的厚度比較薄，大約只有110毫米左右。燃燒所生成的二氧化碳，在高溫下按進行吸熱的還原反應(yīng)，被碳還原為一氧化碳，由于反應(yīng)，比反應(yīng)、慢許多，所以氧化層比還原層薄許多。間歇制氣中，吹風的目的是提高燃料層的溫度（因為溫度越高則提供反應(yīng)的能量越多）。并盡量

21、減少碳的消耗和損失。從上式可以看出，離開燃料層的氣體中二氧化碳含量愈多，一氧化碳含量愈少，放出的熱量就愈多。21三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料1）、吹風時反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速度化學(xué)平衡：在一定的溫度、壓力、濃度條件下，化學(xué)反應(yīng)有一個最大限度（或者可能），達到這個限度，就稱為反應(yīng)達到了化學(xué)平衡?；瘜W(xué)反應(yīng)達到平衡時，參加反應(yīng)的物質(zhì)的量不再減少，反應(yīng)生成物的量也不再增加。這時正反應(yīng)速度等于逆反應(yīng)速度。當反應(yīng)達到平衡時，幾乎全是生成物的反應(yīng)可看成是不可逆反應(yīng)。反應(yīng)為可逆吸熱反應(yīng)，所以隨著反應(yīng)溫度的升高，平衡向右移動，使一氧化碳平衡含量增加，二氧化碳平衡含量降低。當溫度低于450時，幾乎全是CO2,當溫度高

22、于900時，幾乎全是CO。這與吹風過程為了提高碳層的溫度，為制氣提供熱量是矛盾的。在生產(chǎn)中解決這一矛盾的辦法是提高空氣的流速，減少氣體與碳層的接觸時間，使碳與氧的反應(yīng)生成的二氧化碳來不及進行還原反應(yīng)就離開燃料層。另外反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，因此適當增大入爐空氣的壓力，使以上兩個反應(yīng)的平衡向左移動，從而減少碳的消耗和熱量損失。22三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料反應(yīng)速度：化學(xué)反應(yīng)速度表示化學(xué)反應(yīng)的快慢，通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生產(chǎn)物濃度的增加表示反應(yīng)速度。在還原層里，當二氧化碳在1000與碳接觸43秒，生成氣中含有60的CO，當溫度升到1100時，只需6秒就到達同樣的效果。就是說隨著溫度的提高反

23、應(yīng)速度大幅增加。232）、碳與蒸汽的反應(yīng) 碳與蒸汽的反應(yīng)主要是灼熱的碳將氫從水蒸汽中還原出來。在生產(chǎn)中，通常將這種現(xiàn)象稱為蒸汽分解。 蒸汽通過高溫燃料層時，最先通過的氣化層習慣上稱為主還原層，隨后通過的氣化層稱為次還原層。在主還原層里，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：、C+2H2O(汽) CO2+2H2-21.5千卡、C+H2O(汽) CO+H2-31.4千卡在主還原層中生成的二氧化碳，又在次還原層中被還原為一氧化碳：CO2+C 2CO -41.2千卡 當溫度比較低時，還會發(fā)生生成甲烷的副反應(yīng)和一氧化碳被蒸汽轉(zhuǎn)化為氫的反應(yīng)：C+2H2 CH4+17.9千卡CO+H2O(汽) CO2+H2+9.8千卡 在實

24、際的制氣階段系統(tǒng)應(yīng)形成有利于蒸汽分解和二氧化碳還原的條件，得到盡可能多的氫和一氧化碳。24三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料反應(yīng)的化學(xué)平衡：、為吸熱反應(yīng)，提高溫度可使反應(yīng)的平衡向右移動。、為放熱反應(yīng)，提高溫度可使反應(yīng)的平衡向左移動。即提高反應(yīng)溫度能提高煤氣中的一氧化碳和氫的含量，減少二氧化碳和甲烷的含量。 當溫度達到900以上時，氣體中含有等量的一氧化碳和氫，其他組分很少。蒸汽的含量隨著溫度的升高而降低。因此氣化爐的溫度愈高，愈利于蒸汽的分解，煤氣的質(zhì)量也越好。另外、都是體積增大的反應(yīng)，適當降低入爐蒸汽壓力有利于反應(yīng)平衡向右移動，提高煤氣質(zhì)量。25三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料反應(yīng)速度：碳與水蒸汽的反應(yīng)速度，

25、主要取決于溫度和燃料的化學(xué)活性。燃料的化學(xué)活性愈高，反應(yīng)速度愈快。燃料的化學(xué)活性一般按無煙煤、焦炭、褐煤、木炭的順序遞增。當燃料的品種確定后，溫度就是主要的影響因素，溫度升高，能加快速度，此外，燃料層里的氣化層厚度增加，蒸汽與碳層的接觸時間和反應(yīng)面積隨之增加，蒸汽分解率就提高。但是起主要作用的還是反應(yīng)溫度。（受生產(chǎn)條件的限制，接觸時間不可能延長多少），所以提高溫度既能提高煤氣中CO含量，又能加快反應(yīng)速度（主要是蒸汽分解速度和CO2還原速度）。但溫度受燃料的灰熔點限制，不可能提的很高。實際生產(chǎn)中蒸汽分解率一般為4060%.26三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料七、固定層煤氣爐制氣操作工藝條件的控制：（一）

26、溫度：煤氣爐內(nèi)燃料層各區(qū)域的溫度是沿著燃料層的高度而變化，其中氧化層溫度最高。操作溫度一般指氣化層溫度，簡稱爐溫。爐溫高對制氣過程有利；蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高、質(zhì)量好，制氣效率高。 因為爐溫是由生產(chǎn)過程中送入爐內(nèi)的空氣（主要是氧氣）總量決定的。間歇法制氣的吹風階段入爐空氣量（或富氧連續(xù)法制氣入爐的氧氣量）越大則爐溫就會越高，若爐溫過高（1700左右），吹風階段的反應(yīng)熱全部被出爐吹風氣帶走，不能為制氣階段提供熱量。而且爐溫高于投爐燃料的灰熔點時，將造成爐內(nèi)結(jié)大塊。所以，在正常生產(chǎn)中，爐溫應(yīng)比燃料的灰熔點低50100為宜。工業(yè)上采用的爐溫范圍一般為10001200，投用灰熔點較高的優(yōu)質(zhì)塊煤時可以

27、高一些。判斷爐溫的方法：爐上部（上氣道）氣體溫度、爐條溫度、灰倉溫度、下氣道溫度及煤氣中二氧化碳的含量等，綜合地間接判斷爐溫的高低和氣化層所處的大致位置。上氣道溫度和爐條溫度都應(yīng)控制在300以下比較適宜。煤氣中CO2含量低，表示爐溫高；反之，表示爐溫低。27三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料（二）吹風速度：間歇法制氣的吹風階段應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)，將爐溫升高到接近爐內(nèi)燃料灰熔點的溫度。由于吹風階段在氧化層中的碳的燃燒反應(yīng)速度很快，而在還原層中二氧化碳的還原反應(yīng)速度較慢，所以提高吹風速度（即增加吹風量），給氧化層提供了更多的氧，加速了碳的燃燒反應(yīng)，使爐溫迅速提高；同時縮短了二氧化碳在還原層的停留時間，降低了

28、吹風氣中一氧化碳的含量，故能減少熱損失。但吹風量若過大（富氧連續(xù)法制氣一般沒有這種可能），容易將小顆粒燃料（或型煤的帶粉）吹出爐外，增大燃料損耗，并且使燃料層表面發(fā)生吹翻甚至出現(xiàn)風洞，使氣化條件嚴重惡化。所以，對于不同的爐徑，爐體高度，投爐煤及爐內(nèi)燃料層狀況，應(yīng)選擇不同的吹風速度。28三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料（三）蒸汽用量：制氣階段向爐內(nèi)送蒸汽的時間愈長和流量愈大，則煤氣產(chǎn)量是愈多。但是，蒸汽用量若過大，會使爐溫迅速下降，蒸汽分解率降低，煤氣中未分解的水蒸汽和二氧化碳增加既使煤氣質(zhì)量降低，又帶走燃料層的熱量，熱損失增大。蒸汽用量過小，雖然增加了蒸汽與燃料層（主要是氣化層）的接觸時間，能獲得優(yōu)質(zhì)

29、的煤氣，但產(chǎn)氣量減少，降低了煤氣爐的生產(chǎn)能力。如果能及時掌握蒸汽分解率數(shù)據(jù)，則間歇制氣爐的蒸汽分解率在4060%較適宜，富氧連續(xù)制氣爐更應(yīng)使蒸汽分解率達到6070%為佳。綜上所述，當爐溫較高，煤氣中CO2含量較低時，可適當增加蒸汽用量；反之應(yīng)適當減少蒸汽用量。當煤氣爐內(nèi)發(fā)生結(jié)大塊時，可加大蒸汽流量或減少吹風量，降低爐溫，將大塊渣吹松，并防止結(jié)大塊現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展。29三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料（四）燃料層高度：煤氣爐燃料層（即炭層）高度控制是否合理，對煤氣的產(chǎn)質(zhì)量均有較大的影響，一般是炭層高，氣化層相應(yīng)也厚，對制氣有利，富氧連續(xù)法制氣尤其如此。間歇法制氣爐，在制氣階段，炭層較高，蒸汽與燃料接觸時間較

30、長，不但蒸汽分解率高，制出的煤氣質(zhì)量好；在吹風階段，炭層較高，空氣與燃料接觸時間長，氧化層中生成的CO2更容易在還原層中被還原成CO，熱損失大；同時因炭層高阻力大，氣化劑不易通過，使煤氣爐的負荷加不上。若炭層太低氣化層較薄，吹風時容易出現(xiàn)風洞，并且對制氣過程不利。 實際決定氣化效果的主要不是炭層高度，而是炭層中的氣化層厚度。實際操作中，要根據(jù)投用燃料的特性，風機能力的大小以及爐子負荷的輕重等因素綜合考慮，還要充分考慮投爐燃料的粒度和煤氣爐的高徑比，通常燃料層的高度應(yīng)維持在能適應(yīng)吹風階段較高風速的要求為宜。30三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料（五）循環(huán)時間及其分配：間歇法制氣的一個工作循環(huán)所需的時間，稱

31、為循環(huán)時間，國內(nèi)中、小氮企業(yè)采用的循環(huán)時間各不相同，一般有90秒、120秒、150秒、180秒和210秒等。三化第一造氣車間綜合考慮有利于穩(wěn)定氣化層溫度、煤氣產(chǎn)量、煤氣質(zhì)量，以及較合理的自動工藝閥門啟閉頻次等因素，循環(huán)時間采用120秒。一個工作循環(huán)中各階段的時間分配，隨燃料的特性和粒度、爐膛內(nèi)徑和高徑比及工藝操作的具體要求不同而異。各階段的時間分配原則為：1、吹風時間的長短，以使燃料層具有較高溫度和煤氣爐有較大生產(chǎn)能力為原則。2、上、下吹制氣時間的確定，以穩(wěn)定氣化層位置，有利于爐頂爐底溫度的控制和保證煤氣質(zhì)量為原則。3、二次上吹和空氣吹凈的時間，以能夠達到排凈煤氣爐下部空間和上部空間殘留煤氣為

32、原則，一般很少改變，只在需要大幅度調(diào)節(jié)煤氣的氫氮比時，才會根據(jù)需要適當調(diào)整空氣吹凈的時間長短。31三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料（六）煤氣成分：氣體成分主要是要求半水煤氣中（CO+H2）/N2=3.13.2，本廠采用聯(lián)醇生產(chǎn)工藝，則要求煤氣成分符合（CO+H2）72%。調(diào)節(jié)煤氣中氮含量的方法是改變間歇法制氣上吹制氣階段的“加氮空氣”量，上吹加氮量應(yīng)服從于原料氣的氫氮比的要求，還應(yīng)根據(jù)燃料的性質(zhì)和燃料層的溫度來確定。大幅度調(diào)節(jié)煤氣氫氮比不但可以通過增減空氣吹凈時間，還可以通過增減吹風氣“回收階段”的時間來達到要求。此外，應(yīng)盡量降低煤氣中甲烷、二氧化碳和氧的含量，特別是要求O20.5%。若氧含量太高，不

33、僅會與氫、一氧化碳等氣體混合成爆炸氣，而且還會使變換催化劑被氧化，影響催化劑的活性及使用壽命。32三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料 八、煤氣爐系統(tǒng)的主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)我廠生產(chǎn)煤氣的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐（J-28型），共有14臺。煤氣爐系統(tǒng)的主要設(shè)備：包括煤氣發(fā)生爐，燃燒室，廢熱鍋爐，洗氣箱，洗氣塔，煙囪，氣柜等。輔助設(shè)備有DCL控制系統(tǒng)、動力油壓系統(tǒng)、空氣鼓風機、加壓水泵、自動加焦機和煙囪除塵器等。各煤氣爐的主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（見下表）單位（mm）爐號#14#58#9#10#11#12#13#14爐膛直徑33003200330033003000330030003000爐體高度5445約6250約611054

34、455445約6110約60505450高徑比1.651.951.851.651.821.852.021.82爐篦型號CHIV型（類 均布型）33三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料一、煤氣發(fā)生爐：煤氣發(fā)生爐簡稱煤氣爐，其主要作用是固體燃料在爐內(nèi)與空氣和水蒸汽反應(yīng)，生成半水煤氣。 （一）型號：J一28型。（二）爐膛直徑：現(xiàn)有3.0m爐、3.2m爐及3.3m爐三種。（三）爐膛高度：5445mm、6100mm。（四）產(chǎn)氣量：3.0m煤氣爐設(shè)計生產(chǎn)能力為7500m3/h；3.3m煤氣爐產(chǎn)氣量約為950010000，3.2m煤氣爐介于兩種之間。（五）主要結(jié)構(gòu)：目前本車間全部采用連續(xù)機械排渣的固定層煤氣爐。如圖61所示，其結(jié)構(gòu)可分為五個部分；爐體，夾套鍋爐，底盤，機械除灰裝置，傳動裝置等。 34三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料二、燃燒室（旋風除塵器）：本車間燃燒室的主要作用是作為吹風氣中一氧化碳與二次空氣的燃燒空間，回收一氧化碳