造氣生產(chǎn)工藝

合成氨造氣生產(chǎn)基礎(chǔ)知識

三化第一造氣車間王太平2012.5.181三化合成氨生產(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(jī)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+Q3H2+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0.596.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(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。（氨用閥門、儀表不用含銅的）2三化合成氨生產(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(jìn)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(jìn)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（或富氧空氣）和適量的水蒸汽為氣化劑制取的符合（H2+CO）/N2＝3.1～3.2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。可用于氣化的固體燃料有：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（氫氮比符合合成氨要求的）半水煤氣。3三化合成氨生產(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?xì)浠衔铮跉饣^程中能分解變成氫氣、甲烷以及焦油蒸汽等。它與煤化程度有關(guān)煤化程度越低揮發(fā)份越高，含量少的1~3%，多的達(dá)50%以上，一般來講揮發(fā)份高的煤粘結(jié)性較強(qiáng)，揮發(fā)份低的煤粘結(jié)性較差，揮發(fā)份較高的燃料其機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)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(kuò)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(jī)械的負(fù)荷，使設(shè)備磨損加劇。4三化合成氨生產(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(dá)到最大值而迅速下降，這是因?yàn)榉磻?yīng)物表面灰化而使氣化劑不易與燃料中的碳接觸的原因。此外還有燃料的成渣性能、發(fā)熱量等。5三化合成氨生產(chǎn)工培訓(xùn)資料⑷煤的物理性質(zhì)1、熱穩(wěn)定性又叫抗熱強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度指煤破碎的難易程度，一般來說，煤的機(jī)械強(qiáng)度與煤的形成年代有關(guān)，年代愈久，強(qiáng)度愈大。機(jī)械強(qiáng)度差的煤其熱穩(wěn)定性必然也差。3、灰熔點(diǎn)在氣化爐內(nèi)煤中所含的灰份達(dá)到一定的溫度時就會出現(xiàn)變形、軟化和熔融狀態(tài)(t)，當(dāng)固體灰份變?yōu)橐簯B(tài)時達(dá)到的溫度就叫灰熔點(diǎn)。煤的灰熔點(diǎn)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(diǎn)低，氣化層溫度不能太高，否則會造成爐內(nèi)結(jié)大塊，使?fàn)t床阻力不均，嚴(yán)重時會造成氣化爐不能正常生產(chǎn)下去，因此煤的灰熔點(diǎn)越高越有利于提高氣化效率，有利于高產(chǎn)低耗。6三化合成氨生產(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?jiān)?，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。⑸無煙煤的特性：組織密實(shí)、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(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性比焦炭差。7型煤制作(一)主要反應(yīng)機(jī)理：R--C00H+NaOH→C00Na+H2O,反應(yīng)釜溫度：95℃粘合劑：腐植酸鈉含量≥12％PH＝12～13.5粘度：＞25s（60℃）密度：1.008～1.102g/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8三化合成氨生產(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?dú)饣ǎǚ譃槌汉图訅簝煞N）（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?dú)饣ǎ河盟羝涂諝鉃闅饣瘎惶娴赝ㄟ^固定的燃料層，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?dú)猓ù碉L(fēng)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(fēng)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(jìn)行氣化。9三化合成氨生產(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，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(dá)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150～250毫米。（實(shí)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（300～700℃），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?dú)?、化合水等。因?yàn)檫@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300～450毫米。10三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料c、氣化層由由干餾區(qū)區(qū)往下，燃料料層的溫度很很高（﹥700℃），可可達(dá)1150～1250℃，是發(fā)生生氣化反應(yīng)的的主要區(qū)域，，經(jīng)干餾焦碳碳化的燃料與與氣化劑進(jìn)行行氧化反應(yīng)和和還原反應(yīng)，，故該區(qū)域又又統(tǒng)稱為氣化化區(qū)。氣化區(qū)區(qū)又分為氧化化區(qū)（又稱燃燃燒區(qū)）與還還原區(qū)：氧化區(qū)：碳與與氧化劑（空空氣或富氧空空氣）中的氧氧反應(yīng)，氧化化成CO2及及CO。在氧氧化區(qū)內(nèi)進(jìn)行行的反應(yīng)，均均為放熱反應(yīng)應(yīng)，因此，氧氧化區(qū)比較薄?。ù蠹s為200～300毫米）。。還原區(qū)：二氧氧化碳被還原原為一氧化碳碳，或水蒸汽汽分解成氫。。在還原區(qū)所所進(jìn)行的反應(yīng)應(yīng)，大部分是是吸熱反應(yīng)，，反應(yīng)所需要要的熱量是氧氧化層供給的的。還原反應(yīng)應(yīng)比氧化反應(yīng)應(yīng)速度慢，還還原區(qū)比氧化化區(qū)厚的多，，大約為450～650毫米。d、灰渣層由由于固體體燃料中含有有20%左右右的灰分。固固體燃料氣化化后遺留下來來的殘留物形形成了灰渣區(qū)區(qū)，灰渣區(qū)厚厚度為150～250毫毫米。在灰渣渣區(qū)不發(fā)生任任何化學(xué)反應(yīng)應(yīng)，該區(qū)溫度度﹤700℃℃，預(yù)熱從下下而上的氣化化劑后被冷卻卻，起到均布布?xì)饣瘎?、保保護(hù)爐蓖和灰灰盤的作用。。另外，干燥區(qū)區(qū)的上部是自自由空間，起起到聚集上行行煤氣和均勻勻分布下吹蒸蒸汽的作用。。必須說明，爐爐內(nèi)燃料層幾幾個區(qū)域的厚厚度并非一成成不變。因?yàn)闉闋t體高度不不同或隨燃料料的種類、性性質(zhì)的不同及及所采用的制制氣方法，使使用氣化劑和和氣化條件的的不同而不一一樣。而且各各區(qū)間也沒有有明顯的分界界，往往是相相互交錯的。。11三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料五、固定層間間歇?dú)饣ㄒ灰粋€制氣循環(huán)環(huán)分為五個階階段的目的及及工藝流程：：三化公司第一一造氣車間煤煤氣爐間歇法法制氣工作循循環(huán)目前采用用120秒，，一個制氣工工作循環(huán)分為為五個階段，，各個階段的的流程和作用用如下。12三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料吹風(fēng)階段流流程：空氣氣—煤氣爐底底部—燃料層層—爐頂—上上旋風(fēng)除塵器器—廢熱鍋爐爐—煙囪放空空或送吹風(fēng)氣氣系統(tǒng)回收空氣從爐底中中心管送入煤煤氣爐，經(jīng)過過爐篦均勻分分布通過灰渣渣層預(yù)熱后，，進(jìn)入氣化層層，空氣中的的氧和赤熱的的燃料發(fā)生燃燃燒（氧化））反應(yīng)，放出出大量的反應(yīng)應(yīng)熱，貯存在在燃料層中，，為制氣階段段碳與水蒸汽汽進(jìn)行氣化（（吸熱）反應(yīng)應(yīng)提供熱量。。13三化合合成氨氨生產(chǎn)產(chǎn)工培培訓(xùn)資資料上吹制制氣階階段流流程：：水蒸蒸汽和和加氮氮空氣氣—煤煤氣爐爐底部部—燃燃料層層—爐爐頂——上旋旋風(fēng)除除塵器器—廢廢熱鍋鍋爐——洗氣氣箱——洗氣氣塔——煤氣氣總管管—?dú)鈿夤翊碉L(fēng)階階段后后，燃燃料層層中的的氣化化區(qū)具具有很很高的的溫度度（700～1250℃℃）和和足夠夠多的的熱量量。水水蒸汽汽和適適量的的空氣氣（加加入量量以滿滿足氫氫氮比比要求求為主主）從從爐底底中心心管通通過爐爐篦及及灰渣渣層均均勻地地進(jìn)入入氣化化區(qū)，，與赤赤熱的的燃料料發(fā)生生氣化化反應(yīng)應(yīng)，生生成混混合煤煤氣。。經(jīng)過過自由由空間間匯聚聚后進(jìn)進(jìn)入上上氣道道送出出，加加氮空空氣也也有減減緩氣氣化區(qū)區(qū)溫度度下降降程度度的作作用。。14三化合合成氨氨生產(chǎn)產(chǎn)工培培訓(xùn)資資料下吹制制氣階階段流流程：：蒸汽汽（不不加空空氣））--爐頂頂—燃燃料層層—爐爐底——廢熱熱鍋爐爐—洗洗氣箱箱—洗洗氣塔塔—煤煤氣總總管——?dú)夤窆褚驗(yàn)樯仙洗抵浦茪怆A階段，，上吹吹蒸汽汽入爐爐后先先在氣氣化區(qū)區(qū)下部部與赤赤熱燃燃料進(jìn)進(jìn)行吸吸熱的的氣化化反應(yīng)應(yīng)，使使氣化化區(qū)底底部的的燃料料溫度度下降降，而而氣化化區(qū)上上方的的干餾餾區(qū)，，下部部的燃燃料不不斷地地被高高溫煤煤氣加加熱成成赤熱熱狀態(tài)態(tài)，使使氣化化層（（又稱稱為火火層））發(fā)生生上移移，煤煤氣爐爐上部部溫度度升高高，上上吹煤煤氣及及其帶帶出物物帶走走的顯顯熱損損失增增加。。為了了避免免火層層上移移現(xiàn)象象的發(fā)發(fā)生，，在上上吹制制氣階階段之之后，，必須須改變變氣流流方向向，將將蒸汽汽（不不加空空氣））自爐爐頂送送入，，生成成的水水煤氣氣由爐爐底引引出，，這一一過程程稱為為下吹吹制氣氣階段段。這這個階階段既既生產(chǎn)產(chǎn)出水水煤氣氣，還還使火火層（（即氣氣化層層）的的溫度度和位位置穩(wěn)穩(wěn)定在在一定定的范范圍內(nèi)內(nèi)，使使燃料料充分分氣化化，爐爐上的的熱量量得到到回收收。15三化合合成氨氨生產(chǎn)產(chǎn)工培培訓(xùn)資資料二次上上吹制制氣階階段流流程與與一次次上吹吹相同同下吹制制氣以以后，，爐內(nèi)內(nèi)氣化化層溫溫度大大幅度度下降降，需需要再再送入入空氣氣提高高爐溫溫（即即火層層溫度度）。。但下下吹制制氣剛剛結(jié)束束時，，爐下下部及及燃料料層內(nèi)內(nèi)殘留留著煤煤氣，，如果果立即即送風(fēng)風(fēng)，空空氣和和水煤煤氣在在爐底底部混混合，，遇到到火源源就會會發(fā)生生爆炸炸。因因此，，在下下吹制制氣階階段后后，蒸蒸汽和和加氮氮空氣氣再次次改變變方向向，自自下而而上通通過燃燃料層層，進(jìn)進(jìn)行第第二次次上吹吹，上上吹的的氣化化劑將將爐底底部殘殘留的的煤氣氣排凈凈并帶帶入爐爐內(nèi)，，為送送入空空氣創(chuàng)創(chuàng)造安安全條條件，，二次次上吹吹階段段主要要是防防止發(fā)發(fā)生爆爆炸，，但也也能生生產(chǎn)混混合煤煤氣。。16三化合合成氨氨生產(chǎn)產(chǎn)工培培訓(xùn)資資料空氣吹吹凈階階段流流程：：空氣氣—煤煤氣爐爐底部部—燃燃料層層—爐爐頂——上旋旋風(fēng)除除塵器器—廢廢熱鍋鍋爐——洗氣氣箱——洗氣氣塔——煤氣氣總管管—?dú)鈿夤穸紊仙洗岛蠛?，煤煤氣爐爐上部部空間間及管管道中中充滿滿著混混含煤煤氣，，如果果直接接吹風(fēng)風(fēng)放空空，不不僅損損失了了煤氣氣，而而且煤煤氣一一出煙煙囟閥閥就會會與煙煙囪底底部的的空氣氣混合合，遇遇到火火星也也可能能引起起爆炸炸。因因此，，在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入吹吹風(fēng)階階段之之前，，從爐爐底部部吹入入空氣氣，生生成的的空氣氣煤氣氣與殘殘留物物混合合煤氣氣一并并送入入氣柜柜，既既達(dá)到到回收收殘留留煤氣氣和保保證安安全的的目的的，又又為氣氣柜中中的煤煤氣補(bǔ)補(bǔ)充進(jìn)進(jìn)足量量的氮氮?dú)?。。這一一過程程稱為為空氣氣吹凈凈階段段。然然后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入下下一個個制氣氣循環(huán)環(huán)的吹吹風(fēng)階階段，，重復(fù)復(fù)循環(huán)環(huán)。17三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料固定層富氧氧連續(xù)氣化化流程流程：水蒸蒸汽和富氧氧空氣—煤煤氣爐底部部—燃料層層—爐頂——上旋風(fēng)除除塵器—廢廢熱鍋爐——洗氣箱——洗氣塔——煤氣總管管—?dú)夤?8三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料六、固定燃燃料層制半半水煤氣的的基本原理理固定層制氣氣的反應(yīng)機(jī)機(jī)理：固定定層制氣的的反應(yīng)屬于于氣－固相相系統(tǒng)的多多相反應(yīng)，，它包括了了物理和化化學(xué)兩個過過程。主要要步驟如下下：①、氣氣流中的活活性物質(zhì)（（比如氧氣氣、水蒸氣氣）向碳的的表面擴(kuò)散散②、活性性物質(zhì)在碳碳的表面吸吸附（分子子之間的吸吸引力－范范德華力））③、活性性物質(zhì)和碳碳在氣固相相的界面反反應(yīng)生成中中間產(chǎn)物，，中間產(chǎn)物物分解為反反應(yīng)產(chǎn)物④④、反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物在碳的的表面解析析⑤、反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散散到氣流中中。物理過程主主要和氣體體的擴(kuò)散速速度和固相相的比表面面大小有關(guān)關(guān)，化學(xué)過過程主要和和燃料的化化學(xué)性能和和反應(yīng)溫度度有關(guān)，而而總的反應(yīng)應(yīng)過程是一一個串級反反應(yīng)，總的的反應(yīng)速度度由這其中中最慢的一一個過程決決定。這個個步驟叫控控制步驟。。燃料自上而而下移動時時，發(fā)生一一系列的物物理和化學(xué)學(xué)變化。19三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料1、碳與氧氧的反應(yīng)原原理以空氣為氣氣化劑時氧氧化層發(fā)生生的主反應(yīng)應(yīng)為：①C+O2=CO2＋94.1千卡②②2C+O2=2CO＋52.8千卡③2CO+O2=2CO2+135.3千卡④④CO2+C≒2CO-41.2千卡卡因?yàn)樘寂c氧氧在高溫條條件下所發(fā)發(fā)生的氧化化反應(yīng)速度度極快（屬屬于擴(kuò)散控控制），所所以氧化層層的厚度比比較薄，大大約只有110毫米米左右。燃燃燒所生成成的二氧化化碳，在高高溫下按④④進(jìn)行吸熱熱的還原反反應(yīng)，被碳碳還原為一一氧化碳，，由于反應(yīng)應(yīng)④，比反反應(yīng)①、②②慢許多，，所以氧化化層比還原原層薄許多多。間歇制氣中中，吹風(fēng)的的目的是提提高燃料層層的溫度（（因?yàn)闇囟榷仍礁邉t提提供反應(yīng)的的能量越多多）。并盡盡量減少碳碳的消耗和和損失。從從上式可以以看出，離離開燃料層層的氣體中中二氧化碳碳含量愈多多，一氧化化碳含量愈愈少，放出出的熱量就就愈多。20三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料1）、吹風(fēng)風(fēng)時反應(yīng)的的化學(xué)平衡衡和反應(yīng)速速度化學(xué)平衡：：在一定的溫溫度、壓力力、濃度條條件下，化化學(xué)反應(yīng)有有一個最大大限度（或或者可能）），達(dá)到這這個限度，，就稱為反反應(yīng)達(dá)到了了化學(xué)平衡衡?；瘜W(xué)反反應(yīng)達(dá)到平平衡時，參參加反應(yīng)的的物質(zhì)的量量不再減少少，反應(yīng)生生成物的量量也不再增增加。這時時正反應(yīng)速速度等于逆逆反應(yīng)速度度。當(dāng)反應(yīng)應(yīng)達(dá)到平衡衡時，幾乎乎全是生成成物的反應(yīng)應(yīng)可看成是是不可逆反反應(yīng)。反應(yīng)④為可可逆吸熱反反應(yīng)，所以以隨著反應(yīng)應(yīng)溫度的升升高，平衡衡向右移動動，使一氧氧化碳平衡衡含量增加加，二氧化化碳平衡含含量降低。。當(dāng)溫度低低于450℃時，幾幾乎全是CO2,當(dāng)當(dāng)溫度高于于900℃℃時，幾乎乎全是CO。這與吹吹風(fēng)過程為為了提高碳碳層的溫度度，為制氣氣提供熱量量是矛盾的的。在生產(chǎn)中解解決這一矛矛盾的辦法法是提高空空氣的流速速，減少氣氣體與碳層層的接觸時時間，使碳碳與氧的反反應(yīng)生成的的二氧化碳碳來不及進(jìn)進(jìn)行還原反反應(yīng)就離開開燃料層。。另外反應(yīng)②②④是體積積增大的反反應(yīng)，因此此適當(dāng)增大大入爐空氣氣的壓力，，使以上兩兩個反應(yīng)的的平衡向左左移動，從從而減少碳碳的消耗和和熱量損失失。21三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料反應(yīng)速度：化學(xué)反應(yīng)速速度表示化化學(xué)反應(yīng)的的快慢，通通常用單位位時間內(nèi)反反應(yīng)物濃度度的減少或或生產(chǎn)物濃濃度的增加加表示反應(yīng)應(yīng)速度。在在還原層里里，當(dāng)二氧氧化碳在1000℃℃與碳接觸觸43秒，，生成氣中中含有60％的CO，當(dāng)溫度度升到1100℃時時，只需6秒就到達(dá)達(dá)同樣的效效果。就是是說隨著溫溫度的提高高反應(yīng)速度度大幅增加。222）、碳與與蒸汽的反反應(yīng)碳與蒸汽的的反應(yīng)主要要是灼熱的的碳將氫從從水蒸汽中中還原出來來。在生產(chǎn)產(chǎn)中，通常常將這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為蒸蒸汽分解。。蒸汽通過高高溫燃料層層時，最先先通過的氣氣化層習(xí)慣慣上稱為主主還原層，，隨后通過過的氣化層層稱為次還還原層。在主還原層層里，發(fā)生生的主要反反應(yīng)如下：：⑤、C+2H2O(汽)≒≒CO2+2H2-21.5千卡⑥、C+H2O(汽汽)≒CO+H2-31.4千卡在主還原層層中生成的的二氧化碳碳，又在次次還原層中中被還原為為一氧化碳碳：⑦CO2+C≒2CO-41.2千卡當(dāng)溫度比較較低時，還還會發(fā)生生生成甲烷的的副反應(yīng)和和一氧化碳碳被蒸汽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為氫的的反應(yīng)：⑧C+2H2≒CH4+17.9千千卡⑨CO+H2O(汽汽)≒CO2+H2+9.8千卡在實(shí)際的制制氣階段系系統(tǒng)應(yīng)形成成有利于蒸蒸汽分解和和二氧化碳碳還原的條條件，得到到盡可能多多的氫和一一氧化碳。。23三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料反應(yīng)的化學(xué)學(xué)平衡：⑤、⑥、⑦⑦為吸熱反反應(yīng)，提高高溫度可使使反應(yīng)的平平衡向右移移動。⑧、、⑨為放熱熱反應(yīng)，提提高溫度可可使反應(yīng)的的平衡向左左移動。即即提高反應(yīng)應(yīng)溫度能提提高煤氣中中的一氧化化碳和氫的的含量，減減少二氧化化碳和甲烷烷的含量。。當(dāng)溫度達(dá)到到900℃℃以上時，，氣體中含含有等量的的一氧化碳碳和氫，其其他組分很很少。蒸汽汽的含量隨隨著溫度的的升高而降降低。因此此氣化爐的的溫度愈高高，愈利于于蒸汽的分分解，煤氣氣的質(zhì)量也也越好。另另外⑤、⑥⑥、⑦都是是體積增大大的反應(yīng)，，適當(dāng)降低低入爐蒸汽汽壓力有利利于反應(yīng)平平衡向右移移動，提高高煤氣質(zhì)量量。24三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料反應(yīng)速度：：碳與水蒸汽汽的反應(yīng)速速度，主要要取決于溫溫度和燃料料的化學(xué)活活性。燃料料的化學(xué)活活性愈高，，反應(yīng)速度度愈快。燃燃料的化學(xué)學(xué)活性一般般按無煙煤煤、焦炭、、褐煤、木木炭的順序序遞增。當(dāng)當(dāng)燃料的品品種確定后后，溫度就就是主要的的影響因素素，溫度升升高，能加加快速度，，此外，燃燃料層里的的氣化層厚厚度增加，，蒸汽與碳碳層的接觸觸時間和反反應(yīng)面積隨隨之增加，，蒸汽分解解率就提高高。但是起主要要作用的還還是反應(yīng)溫溫度。（受受生產(chǎn)條件件的限制，，接觸時間間不可能延延長多少）），所以提提高溫度既既能提高煤煤氣中CO含量，又又能加快反反應(yīng)速度（（主要是蒸蒸汽分解速速度和CO2還原速速度）。但但溫度受燃燃料的灰熔熔點(diǎn)限制，，不可能提提的很高。。實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)中蒸汽分分解率一般般為40～～60%.25三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料七、固定層層煤氣爐制制氣操作工工藝條件的的控制：（一）溫度度：煤氣爐爐內(nèi)燃料層層各區(qū)域的的溫度是沿沿著燃料層層的高度而而變化，其其中氧化層層溫度最高高。操作溫溫度一般指指氣化層溫溫度，簡稱稱爐溫。爐爐溫高對制制氣過程有有利；蒸汽汽分解率高高，煤氣產(chǎn)產(chǎn)量高、質(zhì)質(zhì)量好，制制氣效率高高。因?yàn)闋t溫是是由生產(chǎn)過過程中送入入爐內(nèi)的空空氣（主要要是氧氣））總量決定定的。間歇歇法制氣的的吹風(fēng)階段段入爐空氣氣量（或富富氧連續(xù)法法制氣入爐爐的氧氣量量）越大則則爐溫就會會越高，若若爐溫過高高（1700℃左右右），吹風(fēng)風(fēng)階段的反反應(yīng)熱全部部被出爐吹吹風(fēng)氣帶走走，不能為為制氣階段段提供熱量量。而且爐爐溫高于投投爐燃料的的灰熔點(diǎn)時時，將造成成爐內(nèi)結(jié)大大塊。所以以，在正常常生產(chǎn)中，，爐溫應(yīng)比比燃料的灰灰熔點(diǎn)低50～100℃為宜宜。工業(yè)上上采用的爐爐溫范圍一一般為1000～1200℃℃，投用灰灰熔點(diǎn)較高高的優(yōu)質(zhì)塊塊煤時可以以高一些。。判斷爐溫的的方法：爐爐上部（上上氣道）氣氣體溫度、、爐條溫度度、灰倉溫溫度、下氣氣道溫度及及煤氣中二二氧化碳的的含量等，，綜合地間間接判斷爐爐溫的高低低和氣化層層所處的大大致位置。。上氣道溫溫度和爐條條溫度都應(yīng)應(yīng)控制在300℃以以下比較適適宜。煤氣氣中CO2含量低，，表示爐溫溫高；反之之，表示爐爐溫低。26三化合成氨氨生產(chǎn)工培培訓(xùn)資料（二）吹吹風(fēng)速度度：間歇歇法制氣氣的吹風(fēng)風(fēng)階段應(yīng)應(yīng)在盡量量短的時時間內(nèi)，，將爐溫溫升高到到接近爐爐內(nèi)燃料料灰熔點(diǎn)點(diǎn)的溫度度。由于于吹風(fēng)階階段在氧氧化層中中的碳的的燃燒反反應(yīng)速度度很快，，而在還還原層中中二氧化化碳的還還原反應(yīng)應(yīng)速度較較慢，所所以提高高吹風(fēng)速速度（即即增加吹吹風(fēng)量）），給氧氧化層提提供了更更多的氧氧，加速速了碳的的燃燒反反應(yīng)，使使?fàn)t溫迅迅速提高高；同時時縮短了了二氧化化碳在還還原層的的停留時時間，降降低了吹吹風(fēng)氣中中一氧化化碳的含含量，故故能減少少熱損失失。但吹吹風(fēng)量若若過大（（富氧連連續(xù)法制制氣一般般沒有這這種可能能），容容易將小小顆粒燃燃料（或或型煤的的帶粉））吹出爐爐外，增增大燃料料損耗，，并且使使燃料層層表面發(fā)發(fā)生吹翻翻甚至出出現(xiàn)風(fēng)洞洞，使氣氣化條件件嚴(yán)重惡惡化。所所以，對對于不同同的爐徑徑，爐體體高度，，投爐煤煤及爐內(nèi)內(nèi)燃料層層狀況，，應(yīng)選擇擇不同的的吹風(fēng)速速度。27三化合成成氨生產(chǎn)產(chǎn)工培訓(xùn)訓(xùn)資料（三）蒸蒸汽用量量：制氣氣階段向向爐內(nèi)送送蒸汽的的時間愈愈長和流流量愈大大，則煤煤氣產(chǎn)量量是愈多多。但是是，蒸汽汽用量若若過大，，會使?fàn)t爐溫迅速速下降，，蒸汽分分解率降降低，煤煤氣中未未分解的的水蒸汽汽和二氧氧化碳增增加既使使煤氣質(zhì)質(zhì)量降低低，又帶帶走燃料料層的熱熱量，熱熱損失增增大。蒸蒸汽用量量過小，，雖然增增加了蒸蒸汽與燃燃料層（（主要是是氣化層層）的接接觸時間間，能獲獲得優(yōu)質(zhì)質(zhì)的煤氣氣，但產(chǎn)產(chǎn)氣量減減少，降降低了煤煤氣爐的的生產(chǎn)能能力。如如果能及及時掌握握蒸汽分分解率數(shù)數(shù)據(jù)，則則間歇制制氣爐的的蒸汽分分解率在在40～～60%較適宜宜，富氧氧連續(xù)制制氣爐更更應(yīng)使蒸蒸汽分解解率達(dá)到到60～～70%為佳。。綜上所述述，當(dāng)爐爐溫較高高，煤氣氣中CO2含量量較低時時，可適適當(dāng)增加加蒸汽用用量；反反之應(yīng)適適當(dāng)減少少蒸汽用用量。當(dāng)當(dāng)煤氣爐爐內(nèi)發(fā)生生結(jié)大塊塊時，可可加大蒸蒸汽流量量或減少少吹風(fēng)量量，降低低爐溫，，將大塊塊渣吹松松，并防防止結(jié)大大塊現(xiàn)象象繼續(xù)發(fā)發(fā)展。28三化合成成氨生產(chǎn)產(chǎn)工培訓(xùn)訓(xùn)資料（四）燃燃料層高高度：煤煤氣爐燃燃料層（（即炭層層）高度度控制是是否合理理，對煤煤氣的產(chǎn)產(chǎn)質(zhì)量均均有較大大的影響響，一般般是炭層層高，氣氣化層相相應(yīng)也厚厚，對制制氣有利利，富氧氧連續(xù)法法制氣尤尤其如此此。間歇歇法制氣氣爐，在在制氣階階段，炭炭層較高高，蒸汽汽與燃料料接觸時時間較長長，不但但蒸汽分分解率高高，制出出的煤氣氣質(zhì)量好好；在吹吹風(fēng)階段段，炭層層較高，，空氣與與燃料接接觸時間間長，氧氧化層中中生成的的CO2更容易易在還原原層中被被還原成成CO，，熱損失失大；同同時因炭炭層高阻阻力大，，氣化劑劑不易通通過，使使煤氣爐爐的負(fù)荷荷加不上上。若炭炭層太低低氣化層層較薄，，吹風(fēng)時時容易出出現(xiàn)風(fēng)洞洞，并且且對制氣氣過程不不利。實(shí)際決定氣化化效果的主要要不是炭層高高度，而是炭炭層中的氣化化層厚度。實(shí)實(shí)際操作中，，要根據(jù)投用用燃料的特性性，風(fēng)機(jī)能力力的大小以及及爐子負(fù)荷的的輕重等因素素綜合考慮，，還要充分考考慮投爐燃料料的粒度和煤煤氣爐的高徑徑比，通常燃燃料層的高度度應(yīng)維持在能能適應(yīng)吹風(fēng)階階段較高風(fēng)速速的要求為宜宜。29三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料（五）循環(huán)時時間及其分配配：間歇法制制氣的一個工工作循環(huán)所需需的時間，稱稱為循環(huán)時間間，國內(nèi)中、、小氮企業(yè)采采用的循環(huán)時時間各不相同同，一般有90秒、120秒、150秒、180秒和210秒等。三三化第一造氣氣車間綜合考考慮有利于穩(wěn)穩(wěn)定氣化層溫溫度、煤氣產(chǎn)產(chǎn)量、煤氣質(zhì)質(zhì)量，以及較較合理的自動動工藝閥門啟啟閉頻次等因因素，循環(huán)時時間采用120秒。一個工作循環(huán)環(huán)中各階段的的時間分配，，隨燃料的特特性和粒度、、爐膛內(nèi)徑和和高徑比及工工藝操作的具具體要求不同同而異。各階階段的時間分分配原則為：：1、吹風(fēng)時間間的長短，以以使燃料層具具有較高溫度度和煤氣爐有有較大生產(chǎn)能能力為原則。。2、上、下吹吹制氣時間的的確定，以穩(wěn)穩(wěn)定氣化層位位置，有利于于爐頂爐底溫溫度的控制和和保證煤氣質(zhì)質(zhì)量為原則。。3、二次上吹吹和空氣吹凈凈的時間，以以能夠達(dá)到排排凈煤氣爐下下部空間和上上部空間殘留留煤氣為原則則，一般很少少改變，只在在需要大幅度度調(diào)節(jié)煤氣的的氫氮比時，，才會根據(jù)需需要適當(dāng)調(diào)整整空氣吹凈的的時間長短。。30三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料（六）煤氣成成分：氣體成成分主要是要要求半水煤氣氣中（CO+H2）/N2=3.1～3.2，，本廠采用聯(lián)聯(lián)醇生產(chǎn)工藝藝，則要求煤煤氣成分符合合（CO+H2）≥72%。調(diào)節(jié)煤煤氣中氮含量量的方法是改改變間歇法制制氣上吹制氣氣階段的“加加氮空氣”量量，上吹加氮氮量應(yīng)服從于于原料氣的氫氫氮比的要求求，還應(yīng)根據(jù)據(jù)燃料的性質(zhì)質(zhì)和燃料層的的溫度來確定定。大幅度調(diào)調(diào)節(jié)煤氣氫氮氮比不但可以以通過增減空空氣吹凈時間間，還可以通通過增減吹風(fēng)風(fēng)氣“回收階階段”的時間間來達(dá)到要求求。此外，應(yīng)盡量量降低煤氣中中甲烷、二氧氧化碳和氧的的含量，特別別是要求O2≤0.5%。若氧含量量太高，不僅僅會與氫、一一氧化碳等氣氣體混合成爆爆炸氣，而且且還會使變換換催化劑被氧氧化，影響催催化劑的活性性及使用壽命命。31三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料八、煤氣爐系系統(tǒng)的主要設(shè)設(shè)備及技術(shù)參參數(shù)我廠生產(chǎn)煤氣氣的主要設(shè)備備是煤氣發(fā)生生爐（J-28型），共共有14臺。。煤氣爐系統(tǒng)統(tǒng)的主要設(shè)備備：包括煤氣氣發(fā)生爐，燃燃燒室，廢熱熱鍋爐，洗氣氣箱，洗氣塔塔，煙囪，氣氣柜等。輔助助設(shè)備有DCL控制系統(tǒng)統(tǒng)、動力油壓壓系統(tǒng)、空氣氣鼓風(fēng)機(jī)、加加壓水泵、自自動加焦機(jī)和和煙囪除塵器器等。各煤氣爐的主主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)據(jù)（見下表））單位（mm）爐號#1～4#5～8#9#10#11#12#13#14爐膛直徑Ф3300Ф3200Ф3300Ф3300Ф3000Ф3300Ф3000Ф3000爐體高度5445約6250約611054455445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）32三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料一、煤氣發(fā)生生爐：煤氣發(fā)生爐簡簡稱煤氣爐，，其主要作用用是固體燃料料在爐內(nèi)與空空氣和水蒸汽汽反應(yīng)，生成成半水煤氣。。（一）型號：：J一28型型。（二）爐膛直直徑：現(xiàn)有φφ3.0m爐爐、φ3.2m爐及φ3.3m爐三三種。（三）爐膛高高度：5445mm、6100mm。（四）產(chǎn)氣量量：φ3.0m煤煤氣爐設(shè)計(jì)生生產(chǎn)能力為7500m3/h；φ3.3m煤氣氣爐產(chǎn)氣量約約為9500~10000，φ3.2m煤氣爐爐介于兩種之之間。（五）主要結(jié)結(jié)構(gòu)：目前本車間全全部采用連續(xù)續(xù)機(jī)械排渣的的固定層煤氣氣爐。如圖6—1所示示，其結(jié)構(gòu)可可分為五個部部分；爐體，，夾套鍋爐，，底盤，機(jī)械除灰裝置置，傳動裝置置等。33三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料二、燃燒室（（旋風(fēng)除塵器器）：本車間燃燒室室的主要作用用是作為吹風(fēng)風(fēng)氣中一氧化化碳與二次空空氣的燃燒空空間，回收一一氧化碳等可可燃性氣體的的燃燒熱，并并回收吹風(fēng)氣氣及上吹煤氣氣的顯熱，積積蓄在室內(nèi)的的蓄熱磚中，，用以預(yù)熱下下吹蒸汽和加加氮空氣。另另外，燃燒室室也可除去煤煤氣中夾帶的的部分細(xì)菌粉粉塵。當(dāng)煤氣氣爐系統(tǒng)內(nèi)發(fā)發(fā)生爆炸時，，若爆炸力超超過液壓頂蓋蓋壓力時，蓋蓋子能自動打打開，迅速降降低室內(nèi)壓力力，起到防爆爆炸用。此外外，當(dāng)煙囪閥閥出現(xiàn)故障不不能開啟時，，或煤氣爐較較長時間停車車時，可打開開頂蓋用以代代替煙囪的作作用。燃燒室的結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖6--2所示。34三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料三、廢熱鍋爐爐：(一)主要技技術(shù)參數(shù)：1、型號：LH480——13—2。。2、設(shè)計(jì)壓力力：1.3MPa。3、蒸汽溫度度：194℃℃左右。4、額定蒸發(fā)發(fā)量：2~4t/h。5、受熱面積積：480m2。(二)主要作作用：廢熱鍋爐的作作用是回收吹吹風(fēng)氣和上吹吹煤氣中的熱熱量，副產(chǎn)0.5～1.2MPa壓壓力的蒸汽。。進(jìn)口氣體（（經(jīng)過前氣道道時）的溫度度約450～～700℃，，經(jīng)冷卻后(經(jīng)過后氣道道時)的溫度度降到210℃左右。為了促進(jìn)廢熱熱鍋爐內(nèi)水汽汽的對流，提提高熱交換效效率，并使?fàn)t爐身和汽包的的重量達(dá)到平平衡，避免基基礎(chǔ)受力不均均而下陷，因因此廢熱鍋爐爐的爐身應(yīng)傾傾斜7°。廢熱鍋爐的結(jié)結(jié)構(gòu)如圖6--3所示35三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料四、洗氣箱：：洗氣箱又稱水水封槽其作用用是防止在停停止制氣時，，水封槽以后后的煤氣倒回回煤氣爐系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生爆炸，，并使煤氣得得到初步冷卻卻和冼滌。洗氣箱的結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖6—4所示。36三化合成氨生生產(chǎn)工培訓(xùn)資資料五、、洗洗氣氣塔塔：：本車車間間是是2～～3臺臺煤煤氣氣爐爐共共用用一一座座洗洗氣氣塔塔，，共共有有6座座洗洗氣氣塔塔。。洗洗氣氣塔塔的的作作用用是是洗洗滌滌煤煤氣氣中中的的灰灰塵塵和和一一部部分分可可溶溶性性氣氣體體，，如如硫硫化化氫氫、、二二氧氧化化碳碳等等，，以以減減少少煤煤氣氣對對設(shè)設(shè)備備的的腐腐蝕蝕和和灰灰塵塵堵堵塞塞設(shè)設(shè)備備。。同同時時，，將將煤煤氣氣冷冷卻卻到到接接近近