工艺条件优化
⑵ 吹风量和吹风强度优化 吹风时间，数量，强度都决定炉温、制取强度。 炉温由吹风阶段决定，高炉温带来吹风气温度提高，CO2 还原反应增多，使吹风气中CO含量增多，造成蓄热效果差。 但风速过大，会导致飞灰增加，燃料损失加大，甚至燃 料层出现风洞以致被吹翻，造成气化条件严重恶化，同时也增 大电耗。 在吹风量一定的条件下，强风短吹是缩短吹风时间、提 高制气强度、减少热能损失的有效方法。但要以吹出物量不超 过入炉燃料量的4％为限。
间歇造气工作循环
工作循环 ⑷ 二次上吹制气阶段： 水蒸气上吹将炉底下吹煤气排尽， 为吹入空气作准备。可充分利用剩余热 量制气，更为了防止吹风空气与下行煤 气在炉底相遇而引起爆炸 。安全考虑。 ⑸ 空气吹净阶段： 空气上吹。此部分吹风气含有二次 上吹时的残余煤气，需加以回收，并作 为半水煤气中氮的主要来源。此时不发 生爆炸是因为温度低，煤气含量小，不 到爆炸极限。能够回收入气柜也是由此 原因 。回收炉上部煤气。
间歇造气工作循环
燃料层结构 间歇式制气是在固定层 移动床煤气发生炉中进行的。 如图所示。强调：各区域是 交错的，界限并不明确，受 燃料和气化条件影响。 间歇式制气的特点： 由于燃料层温度随空气 的加入而逐渐升高，而随水 蒸气的加入而逐渐下降，呈 周期性变化，所以，生成煤 气的组成亦呈周期性变化。
间歇造气工作循环
小知识
锅炉中将 蒸汽从饱和 温度进一步 加热至过热 温度的部件， 又称蒸汽过 热器。
间歇法生产工艺流程
2、UGI流 程（中型合 成氨厂普遍 采用）
间歇法生产工艺流程
⑴吹风：空气 鼓风机 （自下而上）气化炉 加二次空气） 废锅 烟囱（放空）； ⑵蒸汽上吹：水蒸气 （自下而上）气化炉 废锅 洗气箱 洗涤塔 气柜； ⑶蒸汽下吹：水蒸气 洗涤塔 气柜； ⑷二次上吹：同于⑵； ⑸空气吹净：空气 于⑵。 鼓风机 （自下而上）气化炉 同 （自上而下）气化炉 燃烧室（ 燃烧室 洗气箱
流程特点：热量回收效率较低。
间歇煤气炉操作要点
目标：维持炉温，气化层、炭层高度和气体成分稳定。 （1）炉温的控制 主要指的是气化层的温度。 单从温度的角度来讲：煤气化的气化炉内温度越高则有 效气CO+H2的含量会越高，CO2和CH4的含量相应会降低。 但气化炉内的温度不可能很高，气流床气化炉的温度受 耐火材料所能承受温度的限制；流化床气化炉的温度则受原 料煤灰熔点及焦渣指数等特性的影响，温度过高会在炉内结 焦影响气化炉正常运行。 现在一般德士古气化装置在1350°左右，shell气化装置 在1650°左右。
小知识
废热锅炉也叫余热锅炉，就是利 用各种装置产生的高温废气来加 热水，产生蒸汽或产生热水（即 蒸汽余热锅炉、热水余热锅炉）， 再利用所产生的蒸汽或热水，达 到余热再利用的目的。
小知识
旋风除尘器是除尘装置 的一类。除尘机理是使 含尘气流作旋转运动， 借助于离心力降尘粒从 气流中分离并捕集于器 壁，再借助重力作用使 尘粒落入灰斗。
间歇法生产工艺流程
工艺流程 设计考虑：余热回收；除尘；间歇变连续（两套管路轮 流使用）；阀门自动控制。 常见典型工艺： ⑴ UGI流程（中型合成氨厂普遍采用） ⑵ 节能型流程（小型合成氨厂普遍采用）
间歇法生产工艺流程
1、节能型 流程（小 型合成氨 厂普遍采 用）
间歇法生产工艺流程
⑴吹风：空气 鼓风机 （自下而上）气化炉 旋风除尘 器 燃烧室（加二次空气） 蒸汽过热器 废锅 空 气预热器 软水加热器 引风机 烟囱； ⑵蒸汽上吹：软水 加热器 废热锅炉 蒸汽缓冲槽 （ 配适量空气） （自下而上）气化炉 旋风除尘器 安 全水封 废锅 洗涤塔 气柜； ⑶蒸汽下吹：蒸汽（配适量空气） （自上而下）气化炉 集尘器 安全水封 废锅 洗涤塔 气柜； ⑷二次上吹：同于⑵； ⑸空气吹净：同于⑵。 流程特点：热量回收合理，效率较高。
工作循环 一个工作循环为自上一 次开始送入空气至下一次再 送空气止，即交替进行吹风 和制气两个阶段。实际过程 由于考虑到热量的充分利用， 燃料层温度均衡和安全生产 等因素，每个工作循环包括 五个阶段。 量 回收后放空。
间歇造气工作循环
工作循环 ⑵ 一次上吹制气阶段： 自下而上送入水蒸气进 行气化反应，燃料层下部温 度下降，气化区上移。 ⑶ 下吹制气阶段： 水蒸气自上而下进行气 化反应，气化区下降。
工艺条件优化
工艺条件选择原则：安全、优质、高产、低耗、可行。 ⑴ 炉温的优化 氧化层温度最高，为气化炉操作温度，简称炉温。 炉温由吹风阶段决定，炉温高有利制气。炉温高，水蒸 气分解率也高，且反应速度快，制气效率高。 但炉温高，吹风阶段CO2和C的反应越多，且吹风气温度 高，热损失大，吹风效率降低。 为此，应对吹风气的显热及燃烧热充分回收，并根据C－ O反应特点加大风速，以降低吹风气中CO含量。在此前提下， 以低于燃料的灰熔点50℃左右，维持炉内不结疤为条件，尽 量在较高的温度下进行吹风反应，通常为1200℃左右。
工艺条件优化
⑸ 循环时间分配及其优化 循环时间受气化区温度和煤气的产量、质量限制。 循环时间短，气化区温度波动小，煤气质量、产量较稳定， 但阀门开关占用时间相对增加，影响煤气发生炉的气化强度， 阀门开关也易损坏。一般为2.5～3min。工作循环各阶段时 间分配直接影响气化炉的工况。
工艺条件优化
⑹ 煤气成分的调节 要求(CO+H2)/N2=3.1~3.2.通常由加氮空气量或空气吹 净时间控制。煤气中氧含量≤0.5％，否则下游工序操作困难、 或有爆炸危险。 ⑺ 不同燃料品种的工艺条件的优化 气化条件还受燃料性能影响。燃料的性能要求：⑴机械 强度要高；⑵热稳定性要好；⑶燃料粒度合适；⑷灰熔点要高； ⑸化学活性要好。 对于优质燃料煤可以使用高炉温、高风速、 高炭层、短循环的操作法。
无机化工生产技术与操作
煤气化
四川化工职业技术学院 化学工程系 谢翔
能力目标
要点：
1.了解合成氨的生产概况 2.掌握煤气化原理：化学平衡、反应速率 3.半水煤气的气体成分要求、独立反应数、气固相反应步 骤、控制步骤
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煤气化
煤气化（简称“造气”）： 用气化剂对煤或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转 变为可燃性气体的过程。 气化剂——水蒸气、空气（或O2）及其混合气 气化设备——煤气发生炉 可燃性气体——煤气
各种煤气简介
空气煤气（吹风气）：气化剂为空气，主要含N2和CO2 水煤气：气化剂为水蒸气，主要含H2和CO，约85% 混合煤气：气化剂为空气和适量水蒸气，常作燃料用气 半水煤气： 气体成分符合（CO+H2）/N2=3.1～3.2（摩尔比）的 混合煤气，即合成氨原料气。可由水煤气和空气煤气按一 定比例配制。
煤气化的发展
50年代以前，合成氨以煤和焦炭为主要原料，为此开发出 了第一代煤气化炉：固定床的UGI煤气化炉、鲁奇煤气化炉； 流化床的温克勒煤气化炉；气流床的柯柏—托切克煤气化炉。 后来，合成氨原料大部分转移到天然气、石脑油和重油。 到了70年代，由于天然气、石油的价格上涨，又开始注意到以 煤为原料合成氨，从而继续加快开发煤气化炉。推出了第二代 煤气化炉（如德士古水煤浆加压气化炉）和第三代煤气化炉 （如道煤气化炉），其共同特点是：以O2为气化剂，采用较高 温度、较高压力操作，对环境污染减少。
研究多反应体系的化学平衡，即确定反应体系在一定温 度、压力下的组成，通常由每个反应的Kp = f（T）联立 求解。 由于独立反应数的存在，可用最少的反应方程式反映 整个反应体系中各物质的数量关系，其它反应方程式可由 这几个独立反应式推导。（类似于同解方程组） 确定方法：独立反应数等于反应体系中所有的物质数 减去构成这些物质的元素数。
半水煤气的要求为(H2+CO)/N2为3.1～3.2；C与空气 的反应是放热；C与水蒸气的反应为吸热。 思考：可否使气化反应既满足半水煤气的要求，又满 足系统自热平衡？ 结论：不行。 半水煤气生产的特点：当空气和水蒸气同时通入气化 装置，如果满足自热平衡，还需要采取其他措施，才能得 到合格的半水煤气。
煤气化基本原理
pCO yCO 4α 2 K p3 = = p× = p× pCO2 yCO2 4.76 +α 1 - α
2 2
(
) ) (
将不同温度下的Kp3值及总压p代入可解出α，从而 求出系统的平衡组成。 根据图1-5和1-6平衡分析：
温度升高，CO平衡含量增加，CO2平衡含量下降 压力提高，CO平衡含量降低，CO2平衡含量增加 要制备H2和CO含量高的水煤气，应高温低压 要制得CH4含量高的高热值煤气，应低温高压
半水煤气生产原理
解决方法二：富氧空气连续气化法 ⑴ 原理：调节氮氧比（提高氧含量），满足自热平衡和半水煤 气成分要求。 自热平衡时的气化总反应式为： 3.68C＋O2 +1.68H2O + xN2=3.68CO+ 1.68H2 + xN2 满足气体成分要求，则氧氮比x＝1.68，富氧空气的最低氧 含量为37.31％。 实际生产中，由于热损失，氧含量应50％左右。 也可用纯氧，但下游需补加纯氮。 ⑵ 特点：不需要外热，制气连续，操作简单。适用于大型厂， 但需要空分装置。
半水煤气生产原理
解决方法一：间歇气化法（蓄热法） ⑴ 原理：空气和水蒸气分别送入燃料层。 吹风蓄热，吹风气大部分或全部放空；制气吸热，水煤气 配入部分吹风气即得半水煤气。根据回收吹风气的量的不同， 该法又分为： ①部分回收吹风气法 部分回收吹风气补充N2，其余热量回收后放空。 ② 加氮空气法 将吹风气全部送到热量回收系统后放空，而在吹蒸气时配 入适量空气来提供半水煤气所需N2。正是如此，称之为“加氮” 空气。 特点：间歇循环，操作复杂，但应用最多。
工艺条件优化
⑶ 蒸气自调优化和调节炉况 随着温度下降，制气反应的速率和蒸汽转化率都会下降。 如果这时还继续保持蒸汽吹入量一定的话，将导致蒸汽分解率 显著下降。因此提倡通过调节蒸汽加入量而不是调节吹风量， 来调节炉况。