温 度
℃
二、固定床间歇法制水煤气的原理
50
气 体 组 成 体 积
)
40 30 20 10 0
H2 O CO 2
H2 CO
图1-2 2.03×106Pa(20atm)下，碳-水蒸气反应的平衡组成
%
(
CH4
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 温度 ℃
二、固定床间歇法制水煤气的原理
一、对固体燃料性能的要求
1.水分 2.挥发分 3.灰分 4.硫含量 5.固定碳
一、对固体燃料性能的要求
6.灰熔点 7.粒度 8.机械强度 9.热稳定性 10.化学活性
二、固定床间歇法制水煤气的原理
固定床间歇法制水煤气是指，以无烟煤、焦碳或各种煤
球为原料，在常压煤气发生炉内，高温条件下，与空气
（富氧空气）和水蒸气交替发生一系列化学反应，维持 热量平衡，生成可燃气体，回收水煤气，并排出残渣的 生产过程。 1.化学平衡 ①以空气为气化剂时，碳和氧之间的独立化学反应方程 式有两个：
二、固定床间歇法制水煤气的原理
表1-2 反应式（1-4）和式（1-5）的平衡常数
温度/K 298 600 700 800 900 1000 1100 1200 1400 1500 C+O2=CO2 KP4=pco2/po2 1.233×1069 2.516×1034 3.182×1029 6.708×1025 9.257×1022 4.751×1020 6.345×1018 1.737×1017 6.048×1014 1.290×1013 C+CO2=2CO KP5=p2CO/pco2 1.101×10-21 1.867×10-6 2.673×10-4 1.489×10-2 1.925×10-1 1.898 1.22×10 5.696×10 6.285×102 1.622×103
二、合理控制二氧化碳与一氧化碳比例
甲醇合成原料气中应保持一定量的二氧化碳，一定量二 氧化碳的存在，能促进锌-铬催化剂与铜基催化剂上甲醇 合成反应速率的加快，适量二氧化碳可使催化剂呈现高
活性，此外，在二氧化碳存在下，甲醇合成的热效应比
无二氧化碳时仅由一氧化碳与氢合成甲醇的热效应要小， 催化床层温度易于控制，这对防止生产过程中催化剂超 温及延长催化剂寿命是有利的。
CO 16.9 31.9 34.1 34.4
N2 72.3 66.5 65.5 65.4
X=CO/(CO+CO2)
61.0 95.2 98.8 99.4
二、固定床间歇法制水煤气的原理
②以水蒸气为气化剂时，碳与水蒸气反应的独立化学反 应方程式有三个：
二、固定床间歇法制水煤气的原理
表1-4
温度/K
反应式（1-7）、（1-8）及（1-9）的平衡常数
甲醇生产技术
第二章 甲醇原料气的制取
第二章 甲醇原料气的制取
1 甲醇原料气的要求 2 以固体燃料为原料制甲醇原料气
3 烃类造气
4 静电除尘
第一节 甲醇原料气的要求
1 2 3 4
合理调配氢碳比例
合理控制二氧化碳和一氧化碳比例
原料气对氮气含量的要求 原料气对毒物与杂质的要求
第一节 甲醇原料气的要求
两个过程的总效率为所得水煤气热量与两个过程中原料
提供的全部热量之比。
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
③气流速度。
吹空气过程在水煤气制造过程中是非生产过程。 ④气化原料的选择。 间歇法生产水煤气时，气化原料必须具有低的挥发分产率。
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
5.流程叙述及工艺流程图
甲醇由一氧化碳、二氧化碳与氢气在一定温度、压力和 催化剂条件下反应生成，反应式如下：
一、合理调配氢碳比例
氢与一氧化碳合成甲醇的化学当量比为2，与二氧化碳合 成甲醇的化学当量比为3，当一氧化碳与二氧化碳都存在 时，对原料气中氢碳比（M值）用下式表达。
一、合理调配氢碳比例
表1-1 各种原料合成甲醇总反应式
量平衡，维持炉温稳定，既回收热能，副产过热蒸汽送
造气或其他工段使用，又达到处理废气环保的目的。
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
（二）工艺原理
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
（三）流程简述
来自外界的软水
造气来的吹风气
1 8
2
3
4
5
6
7
9
1 、 旋风分离器
2
燃烧炉 3 、 蒸汽过热器
1.水煤气生产的特点
表1 —5 煤气的组成 制气各阶段中水煤气组成的变化 一次上吹 制气阶段 6.97 0.43 0.20 38.38 49.31 0.64 4.07 11.5 10.5 下吹 制气阶段 5.77 0.43 0.20 39.31 50.39 0.54 3.36 11.7 10.7 二次上吹 制气阶段 8.84 0.43 0.20 34.33 56.31 0.70 4.99 11.2 10.3
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
7、常见事故及处理
1）水煤气中氧含量高的原因
2）判断煤气发生炉内结疤、原因及处理
3）判断煤气发生炉内出现空洞、原因及处理
4）炉口爆炸的原因、预防和处理
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
5）炉底爆炸的原因
6）煤气发生炉炉箅烧坏的原因及预防
7）停炉时炉口大量喷火的原因及处理
三、原料气对氮气含量的要求 （单醇流程）
氮气是固体原料低压间歇气化过程中的必然产物，因为 我们在生产中用的气化剂是空气。氮气含量的高低是甲 醇原料气和氨合成原料气要求的最大不同之处。合成氨
时氮气是参与化学反应的，要求原料气中：H2/N2≈3.0；
而合成甲醇时氮气和甲烷都是惰性气体，它对生产过程 的影响与甲烷相同，因为氮气和甲烷不参与甲醇合成过 程的化学反应，在系统中循环积累，含量越来越多，只 得被迫放空，以维持正常有效气体含量。
6）严把入炉煤质量关，加强煤场管理。
7）严格控制半水煤气中的氧含量，既减少变换系统的蒸
汽消耗和温度骤升，保护催化剂，又使生产安全。
8）制定严格的管理、考核办法，并坚决实施。
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
9、环保节能设施——吹风气余热回收装置 （一）任务： 利用燃烧炉内高温格子砖，使造气工段的吹风气进行二 次燃烧，热量不足时，补充后工段送来的废气来保持热
二、固定床间歇法制水煤气的原理
由空气中N2/O2=3.76(摩尔比、体积比)，而O2平衡含量
很低（忽略），可简 化仅用第二个反应来计算碳和氧反
应的平衡组成：
二、固定床间歇法制水煤气的原理
表1—3 总压1.01×105Pa时空气煤气的平衡组成,%(体积)
温度/℃ 650 800 900 1000
CO2 10.8 1.6 0.4 0.2
速率 ℃/h
5--6
时间h 24
介质 驰放气
备注
2 3 4 5 6 7
恒温 升温 恒温 升温 恒温 升温
0 8--10 0 15-16 0 20
48 20 24 17 12 11
驰放气 驰放气 驰放气 驰放气 驰放气 驰放气
开始煮炉
800℃送吹风气
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
烘炉曲线图 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 24 72 92 116 时间/h 133 145 156
2.反应速率
①气化剂与碳在煤气发生炉中进行的反应，属于气固相
系统的多相反应。 研究表明，碳和氧按式（1-4）反应，反应速率rc大致可 表示为：rc=k·yo2 如果在高温下进行反应，k值相当大，此时反应属扩散控 制，总的反应速率取决于传质速度。 rc =（D/Z）·F（y0-ys）=kg·F·Δ y （1-15）
298 600 700 800 900 1000 1100 1200 1400 1500
7.916×108 1.00×102 8.972 1.413 3.25×10-1 9.829×10-2 3.677×10-2 1.608×10-2 4.327×10-3 2.557×10-3
二、固定床间歇法制水煤气的原理
CO+H2O=CO2+H2 C+2H2=CH4 KP8=PCO2·PH2/PH2O·PC KP9=PCH4/P2H2 9.926×104 27.08 9.017 4.038 2.204 1.374 0.944 0.697 0.441 0.3704
O
C+H2O=CO+H2 KP7=PCO·PH2/PH2O 1.001×10-16 5.05×10-5 2.407×10-3 4.398×10-2 4.248×10-1 2.619 1.157 3.994 2.7951×02 6.48×102
四、原料气对毒物与杂质的要求
①原料气中硫化物可使催化剂中毒。 ②原料气中硫化物含量长期高，会造成管道、设备发生 羰基化反应而出现腐蚀。
第二节 以固体燃料为原料制甲醇原料气
1 2 3 4 5
对固体燃料性能的要求 固体床间歇法制水煤气的原理 固定床间歇法（常压）制水煤气的方法
氧气－水蒸气连续气化法 各种煤气发生炉的比较
底盘总成
风箱
图1-3
固定床煤气发生炉简图
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
（2）煤气炉内燃料层的分区
煤 煤气
干燥区 干馏区 气化区
灰渣区
图1-4
煤气炉内燃料层分区
三、固定床间歇法（常压） 制水煤气的方法
3.水煤气生产的工作循环
①吹风阶段 ②蒸汽吹净阶段 ③一次上吹制气阶段 ④下吹制气阶段
⑤二次上吹制气阶段
计算系统平衡组成时，用以下五个平衡关系式来求解：