氮肥厂五步造气法详解资料课件

1合成氨造气生产基础知识合成氨造气生产基础知识w 三化第一造气车间王太平 2012.5.182三化合成氨生产工培训资料w一、合成氨概况：一、合成氨概况：w1904年1908年哈柏氏研究了氨的平衡反应，并得出反应平衡关系，同时由波士协助解决了机械问题开始了工业合成氨的生产，1913年4月在德国奥堡建立了世界第一个合成氨厂。合成氨是在高温高压下将空气中的氮和用不同方法得来的氢化合制成氨。w1、氨的合成反应 3H2+N2=2NH3+Qw2、碳铵反应 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3+Qw3、尿素反应 2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Qw4、甲醇反应 2H2+CO=CH3OH+Qw 3H2+CO2=CH3OH+H2O+Qw氨的主要性质：在常温常压下有刺激性臭味的无色气体、有毒、比重0.596.易溶于水并放出热量，燃烧呈黄色火焰。w 4NH3+3O2=2N2+6H2Ow在有水存在时，氨对铜及铜合金有较强的化学腐蚀作用。（氨用阀门、仪表不用含铜的）3三化合成氨生产工培训资料w二、合成氨原料气的生产二、合成氨原料气的生产-半水煤气的制造：半水煤气的制造：w所谓造气就是用气化剂对固体或其他原料进行热加工的过程，其生成物为可燃性气体（煤气）。固体燃料为各种煤和焦炭；气化剂有空气、富氧空气、氧和水蒸汽、CO2。进行气化的设备称为煤气发生炉。w固体燃料气化生成的煤气可分为：w1、空气煤气：以空气为气化剂制的煤气。w2、混合煤气：以空气和适量水蒸汽混合为气化剂制的煤气。w3、水煤气：以水蒸汽为气化剂制的煤气。w4、半水煤气：是以空气（或富氧空气）和适量的水蒸汽为气化剂制取的符合（H2+CO）/N23.13.2的煤气。（混合煤气的特例）w造气生产路线按原料不同可分为：w1、气体以天然气为造气原料。w2、液体以重油为造气原料。w3、固体以块煤（焦炭）或以粉煤为原料制成的型煤。w我厂使用的是固体燃料制气。w可用于气化的固体燃料有：1、无烟煤 2、粘结性烟煤与不粘结性烟煤（包括贫煤、炼焦煤、气煤、气焰煤、肥煤、焰煤）3、褐煤 4、木质褐煤 5、泥煤 6、由粘结性烟煤或不同结焦性能的混合煤制得的焦炭和半焦，以及从褐煤制得的半焦 7、由粉煤制成的型煤 8、碳化煤球等w我厂根据目前的现状主要以使用型煤为主，无烟块煤与焦丁为辅。w造气车间的任务就是生产合格的（氢氮比符合合成氨要求的）半水煤气。4三化合成氨生产工培训资料w煤的化学性质：w 1、水份 固体燃料的水份以三种形式存在即吸附水、游离水和化合水。煤里的水份含量多少与煤化（即煤腐殖化）程度有关，煤化程度越低则煤里的水份就越高，煤的质地就越致密，这种水份称之为物理吸附水或固有水份；煤的外在水份（附着水份）是指地下水和雨水附着在煤上的水份。煤的外在水份和分析取样水份之和称为煤的全水份。煤的化合水份（结合水份）在煤中是以结晶水形式存在的，与煤化程度无关，即使加热到100化合水也不会析出。w2、挥发份 在一定温度下干馏（隔绝空气）析出的气体（碳氢化合物），在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。它与煤化程度有关煤化程度越低挥发份越高，含量少的13%，多的达50%以上，一般来讲挥发份高的煤粘结性较强，挥发份低的煤粘结性较差，挥发份较高的燃料其机械强度、热稳定性一般都比较差。w3、灰份 固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰份主要的组分为二氧化硅、三氧化二铝、四氧化三铁、氧化钙、氧化镁等物质，这些物质的含量对灰熔点有决定性影响。固定层煤气炉一般要求燃料的灰份含量不超过30%，灰份含量过高，相对地减少了有效碳使煤的发热值降低，而且在燃烧或气化过程中会妨碍气化剂与碳的接触，影响气化剂的扩散，同时降低了燃料的化学活性，灰份含量过高时不仅使气化条件复杂化，还加重了排灰机械的负荷，使设备磨损加剧。5三化合成氨生产工培训资料w4、硫份 煤中的硫份在气化过程中转化为含硫气体，不仅腐蚀设备管道，而且使催化剂中毒。w5、固定碳 固体燃料中除去灰份、挥发份、水份和硫份以外，其余可燃性物质称为固定碳，它是固体燃料中的有效物质。w6、矿物质 煤中除了在工业分析和元素分析中的成分外，还有微量的矿物质成分，这些矿物质在氧化区内完成高温转化，变成由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O等。有些物质对于气化反应都是有害物质，含量越少越好。煤经过气化后重量减轻为原来的1/4左右，若是排出的炉渣中只有灰无渣，则表明气化炉失常。w7、化学活性 煤的化学活性也称为反应能力，是指煤与气化剂中氧、蒸汽或二氧化碳等相互作用的反应（还原气化剂的能力，气化剂被还原的数量愈多表示其化学活性愈好，通常是以CO2在一定温度和一定时间下通过一定厚度的煤层后转化为CO的百分率来表示）。煤的化学活性是随着比重和粘结性的增大而提高；随着气孔率和表面积的增大而提高；随着焦化程度的降低而提高；煤化程度越低活性越高；气化温度越高（T3以下）活性也越高。在气化炉内，煤的化学活性的增高不仅表现在CO2和蒸汽的还原系数的升高，而且表现在碳消耗量的增加，也就是煤气的产量与质量均会得到提高，随着碳的燃烧，最初燃料的化学活性不断提高达到最大值而迅速下降，这是因为反应物表面灰化而使气化剂不易与燃料中的碳接触的原因。w此外还有燃料的成渣性能、发热量等。6三化合成氨生产工培训资料w煤的物理性质w1、热稳定性 又叫抗热强度，可以理解为固体燃料在落入高温区时保持其块度的性质，该性质除了与煤形成年代有关外，主要与煤化程度有关。w2、机械强度 指煤破碎的难易程度，一般来说，煤的机械强度与煤的形成年代有关，年代愈久，强度愈大。机械强度差的煤其热稳定性必然也差。w3、灰熔点 在气化炉内煤中所含的灰份达到一定的温度时就会出现变形、软化和熔融状态(t)，当固体灰份变为液态时达到的温度就叫灰熔点。w煤的灰熔点是影响炉内工况好坏和温度高低的主要因素之一。灰熔点低，气化层温度不能太高，否则会造成炉内结大块，使炉床阻力不均，严重时会造成气化炉不能正常生产下去，因此煤的灰熔点越高越有利于提高气化效率，有利于高产低耗。7三化合成氨生产工培训资料w4、粘结性 有些煤（烟煤）在加热到一定温度时，炭质受热分解而成塑性状态，继而出现软化、熔融现象，产生热分解后的液态产物，在炭粒之间的接触和膨胀压力的作用下，使炭粉相互粘结在一起而变成多孔性硬块，即所谓焦炭，这种煤称为粘结性煤。无烟煤不发生或稍微发生熔融粘结现象，而在放出挥发份后其本身成为粉末状的残渣，这种煤称为不粘结性煤。w此外还有燃料粒度、（真假）比重、气孔率等。w无烟煤的特性：w组织密实、比重大、无粘结性、含水少、挥发份低、含碳量高、化学活性低、机械强度和热稳定性比焦炭差。8型煤制作(一)主要反应机理：R-C00H+NaOHC00Na+H2O,反应釜温度：95粘合剂：腐植酸钠含量12 PH1213.5 粘度：25s（60）密度：1.0081.102g/ml（二）制作步骤：1、粘结剂制作2、粉煤-添加粘合剂-沤制-压球-烘干9三化合成氨生产工培训资料w三、煤气炉制气工艺的理论基础：三、煤气炉制气工艺的理论基础：w1、煤气制造的方法很多，典型的有：固定层间歇气化法（分为常压和加压两种）（加压连续气化的代表工艺是鲁奇炉）、固定层富氧连续气化法、沸腾层（流化床）气化法（如恩德炉和灰熔聚工艺）、气流层气化法（壳牌粉煤加压气化，德士古水煤浆加压气化）等。w我厂目前采用前二种方法。w2、固定层间歇气化法：用水蒸汽和空气为气化剂，交替地通过固定的燃料层，使燃料气化，制得半水煤气。通入空气的目的是让空气中的氧与燃料中的碳燃烧，以便提高燃料层的温度，为蒸汽与碳的吸热反应提供热量，并为合成氨提供氮气（吹风和吹净过程）。然后向燃料层通入蒸汽（或者配入一定的加氮空气）与碳反应，生成的水煤气和回收的吹风气混合得到半水煤气。w3、固定层富氧连续气化法：以富氧空气（或者氧气）与蒸汽的混合气为气化剂，连续通过固定的燃料层进行气化。10三化合成氨生产工培训资料w四、固体燃料在煤气炉内的分区情况：四、固体燃料在煤气炉内的分区情况：w固定层煤气炉制气过程燃料层内的分区：w由于在气化过程中，炉内固体燃料层的各区域发生着不同的物理或化学变化，据此，将燃料层从上而下分为五个区域：wa、干燥层 燃料层的最上部，刚投入的燃料受到下层温度较高的燃料层的热辐射，以及由下而上通过的热气体的热交换作用，区域温度达到200左右，使新加入的燃料中水分（主要是游离水、吸附水）被蒸发干燥，因此这一区域叫干燥区。该区厚度为150250毫米。（实际厚度随燃料层的高度不同而异）。wb、干馏层 由干燥区往下的燃料层的温度比较高（300700），水分较少，使燃料发生热分解，挥发性物质如甲烷、硫化氢、乙烯、氮氢、化合水等。因为这个作用与煤的干馏相似，故称为干馏区。这个区域几乎不发生气化反应。该区厚度为300450毫米。11三化合成氨生产工培训资料wc、气化层 由干馏区往下，燃料层的温度很高（700），可达11501250，是发生气化反应的主要区域，经干馏焦碳化的燃料与气化剂进行氧化反应和还原反应，故该区域又统称为气化区。气化区又分为氧化区（又称燃烧区）与还原区：氧化区：碳与氧化剂（空气或富氧空气）中的氧反应，氧化成CO2及CO。在氧化区内进行的反应，均为放热反应，因此，氧化区比较薄（大约为200300毫米）。还原区：二氧化碳被还原为一氧化碳，或水蒸汽分解成氢。在还原区所进行的反应，大部分是吸热反应，反应所需要的热量是氧化层供给的。还原反应比氧化反应速度慢，还原区比氧化区厚的多，大约为450650毫米。wd、灰渣层 由于固体燃料中含有20%左右的灰分。固体燃料气化后遗留下来的残留物形成了灰渣区，灰渣区厚度为150250毫米。在灰渣区不发生任何化学反应，该区温度700，预热从下而上的气化剂后被冷却，起到均布气化剂、保护炉蓖和灰盘的作用。w 另外，干燥区的上部是自由空间，起到聚集上行煤气和均匀分布下吹蒸汽的作用。w必须说明，炉内燃料层几个区域的厚度并非一成不变。因为炉体高度不同或随燃料的种类、性质的不同及所采用的制气方法，使用气化剂和气化条件的不同而不一样。而且各区间也没有明显的分界，往往是相互交错的。12三化合成氨生产工培训资料w五、固定层间歇气化法一个制气循环分为五个阶段的目的及工艺流程：五、固定层间歇气化法一个制气循环分为五个阶段的目的及工艺流程：w 三化公司第一造气车间煤气炉间歇法制气工作循环目前采用120秒，一个制气工作循环分为五个阶段，各个阶段的流程和作用如下。13三化合成氨生产工培训资料w吹风阶段 流程：空气煤气炉底部燃料层炉顶上旋风除尘器废热锅炉烟囱放空或送吹风气系统回收w空气从炉底中心管送入煤气炉，经过炉篦均匀分布通过灰渣层预热后，进入气化层，空气中的氧和赤热的燃料发生燃烧（氧化）反应，放出大量的反应热，贮存在燃料层中，为制气阶段碳与水蒸汽进行气化（吸热）反应提供热量。14三化合成氨生产工培训资料w上吹制气阶段 流程：水蒸汽和加氮空气煤气炉底部燃料层炉顶上旋风除尘器废热锅炉洗气箱洗气塔煤气总管气柜w吹风阶段后，燃料层中的气化区具有很高的温度（7001250）和足够多的热量。水蒸汽和适量的空气（加入量以满足氢氮比要求为主）从炉底中心管通过炉篦及灰渣层均匀地进入气化区，与赤热的燃料发生气化反应，生成混合煤气。经过自由空间汇聚后进入上气道送出，加氮空气也有减缓气化区温度下降程度的作用。15三化合成氨生产工培训资料w下吹制气阶段 流程：蒸汽（不加空气）-炉顶燃料层炉底废热锅炉洗气箱洗气塔煤气总管气柜w因为上吹制气阶段，上吹蒸汽入炉后先在气化区下部与赤热燃料进行吸热的气化反应，使气化区底部的燃料温度下降，而气化区上方的干馏区，下部的燃料不断地被高温煤气加热成赤热状态，使气化层（又称为火层）发生上移，煤气炉上部温度升高，上吹煤气及其带出物带走的显热损失增加。为了避免火层上移现象的发生，在上吹制气阶段之后，必须改变气流方向，将蒸汽（不加空气）自炉顶送入，生成的水煤气由炉底引出，这一过程称为下吹制气阶段。这个阶段既生产出水煤气，还使火层（即气化层）的温度和位置稳定在一定的范围内，使燃料充分气化，炉上的热量得到回收。16三化合成氨生产工培训资料w二次上吹制气阶段 流程与一次上吹相同w下吹制气以后，炉内气化层温度大幅度下降，需要再送入空气提高炉温（即火层温度）。但下吹制气刚结束时，炉下部及燃料层内残留着煤气，如果立即送风，空气和水煤气在炉底部混合，遇到火源就会发生爆炸。因此，在下吹制气阶段后，蒸汽和加氮空气再次改变方向，自下而上通过燃料层，进行第二次上吹，上吹的气化剂将炉底部残留的煤气排净并带入炉内，为送入空气创造安全条件，二次上吹阶段主要是防止发生爆炸，但也能生产混合煤气。17三化合成氨生产工培训资料w空气吹净阶段 流程：空气煤气炉底部燃料层炉顶上旋风除尘器废热锅炉洗气箱洗气塔煤气总管气柜w二次上吹后，煤气炉上部空间及管道中充满着混含煤气，如果直接吹风放空，不仅损失了煤气，而且煤气一出烟囟阀就会与烟囱底部的空气混合，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在转入吹风阶段之前，从炉底部吹入空气，生成的空气煤气与残留物混合煤气一并送入气柜，既达到回收残留煤气和保证安全的目的，又为气柜中的煤气补充进足量的氮气。这一过程称为空气吹净阶段。然后转入下一个制气循环的吹风阶段，重复循环。18三化合成氨生产工培训资料w固定层富氧连续固定层富氧连续气化流程气化流程w流程：水蒸汽和富氧空气煤气炉底部燃料层炉顶上旋风除尘器废热锅炉洗气箱洗气塔煤气总管气柜19三化合成氨生产工培训资料w六、固定燃料层制半水煤气的基本原理六、固定燃料层制半水煤气的基本原理w固定层制气的反应机理：固定层制气的反应属于气固相系统的多相反应，它包括了物理和化学两个过程。主要步骤如下：、气流中的活性物质（比如氧气、水蒸气）向碳的表面扩散、活性物质在碳的表面吸附（分子之间的吸引力范德华力）、活性物质和碳在气固相的界面反应生成中间产物，中间产物分解为反应产物、反应产物在碳的表面解析、反应产物扩散到气流中。w物理过程主要和气体的扩散速度和固相的比表面大小有关，化学过程主要和燃料的化学性能和反应温度有关，而总的反应过程是一个串级反应，总的反应速度由这其中最慢的一个过程决定。这个步骤叫控制步骤。w燃料自上而下移动时，发生一系列的物理和化学变化。20三化合成氨生产工培训资料w1、碳与氧的反应原理w以空气为气化剂时氧化层发生的主反应为：wC+O2=CO294.1千卡 2C+O2=2CO52.8千卡w2CO+O2=2CO2+135.3千卡 CO2+C2CO-41.2千卡w因为碳与氧在高温条件下所发生的氧化反应速度极快（属于扩散控制），所以氧化层的厚度比较薄，大约只有110毫米左右。燃烧所生成的二氧化碳，在高温下按进行吸热的还原反应，被碳还原为一氧化碳，由于反应，比反应、慢许多，所以氧化层比还原层薄许多。w间歇制气中，吹风的目的是提高燃料层的温度（因为温度越高则提供反应的能量越多）。并尽量减少碳的消耗和损失。从上式可以看出，离开燃料层的气体中二氧化碳含量愈多，一氧化碳含量愈少，放出的热量就愈多。21三化合成氨生产工培训资料w1）、吹风时反应的化学平衡和反应速度w化学平衡：化学平衡：在一定的温度、压力、浓度条件下，化学反应有一个最大限度（或者可能），达到这个限度，就称为反应达到了化学平衡。化学反应达到平衡时，参加反应的物质的量不再减少，反应生成物的量也不再增加。这时正反应速度等于逆反应速度。当反应达到平衡时，几乎全是生成物的反应可看成是不可逆反应。w反应为可逆吸热反应，所以随着反应温度的升高，平衡向右移动，使一氧化碳平衡含量增加，二氧化碳平衡含量降低。当温度低于450时，几乎全是CO2,当温度高于900时，几乎全是CO。这与吹风过程为了提高碳层的温度，为制气提供热量是矛盾的。在生产中解决这一矛盾的办法是提高空气的流速，减少气体与碳层的接触时间，使碳与氧的反应生成的二氧化碳来不及进行还原反应就离开燃料层。w另外反应是体积增大的反应，因此适当增大入炉空气的压力，使以上两个反应的平衡向左移动，从而减少碳的消耗和热量损失。22三化合成氨生产工培训资料w反应速度反应速度：化学反应速度表示化学反应的快慢，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生产物浓度的增加表示反应速度。在还原层里，当二氧化碳在1000与碳接触43秒，生成气中含有60的CO，当温度升到1100时，只需6秒就到达同样的效果。就是说随着温度的提高反应速度大幅增加。232）、碳与蒸汽的反应 碳与蒸汽的反应主要是灼热的碳将氢从水蒸汽中还原出来。在生产中，通常将这种现象称为蒸汽分解。蒸汽通过高温燃料层时，最先通过的气化层习惯上称为主还原层，随后通过的气化层称为次还原层。在主还原层里，发生的主要反应如下：、C+2H2O(汽)CO2+2H2-21.5千卡、C+H2O(汽)CO+H2-31.4千卡在主还原层中生成的二氧化碳，又在次还原层中被还原为一氧化碳：CO2+C 2CO-41.2千卡 当温度比较低时，还会发生生成甲烷的副反应和一氧化碳被蒸汽转化为氢的反应：C+2H2 CH4+17.9千卡CO+H2O(汽)CO2+H2+9.8千卡 在实际的制气阶段系统应形成有利于蒸汽分解和二氧化碳还原的条件，得到尽可能多的氢和一氧化碳。24三化合成氨生产工培训资料w反应的化学平衡：反应的化学平衡：、为吸热反应，提高温度可使反应的平衡向右移动。、为放热反应，提高温度可使反应的平衡向左移动。即提高反应温度能提高煤气中的一氧化碳和氢的含量，减少二氧化碳和甲烷的含量。w当温度达到900以上时，气体中含有等量的一氧化碳和氢，其他组分很少。蒸汽的含量随着温度的升高而降低。因此气化炉的温度愈高，愈利于蒸汽的分解，煤气的质量也越好。另外、都是体积增大的反应，适当降低入炉蒸汽压力有利于反应平衡向右移动，提高煤气质量。25三化合成氨生产工培训资料w反应速度：反应速度：碳与水蒸汽的反应速度，主要取决于温度和燃料的化学活性。燃料的化学活性愈高，反应速度愈快。燃料的化学活性一般按无烟煤、焦炭、褐煤、木炭的顺序递增。当燃料的品种确定后，温度就是主要的影响因素，温度升高，能加快速度，此外，燃料层里的气化层厚度增加，蒸汽与碳层的接触时间和反应面积随之增加，蒸汽分解率就提高。w但是起主要作用的还是反应温度。（受生产条件的限制，接触时间不可能延长多少），所以提高温度既能提高煤气中CO含量，又能加快反应速度（主要是蒸汽分解速度和CO2还原速度）。但温度受燃料的灰熔点限制，不可能提的很高。实际生产中蒸汽分解率一般为4060%.26三化合成氨生产工培训资料w七、固定层煤气炉制气操作工艺条件的控制：七、固定层煤气炉制气操作工艺条件的控制：w（一）温度：煤气炉内燃料层各区域的温度是沿着燃料层的高度而变化，其中氧化层温度最高。操作温度一般指气化层温度，简称炉温。炉温高对制气过程有利；蒸汽分解率高，煤气产量高、质量好，制气效率高。w 因为炉温是由生产过程中送入炉内的空气（主要是氧气）总量决定的。间歇法制气的吹风阶段入炉空气量（或富氧连续法制气入炉的氧气量）越大则炉温就会越高，若炉温过高（1700左右），吹风阶段的反应热全部被出炉吹风气带走，不能为制气阶段提供热量。而且炉温高于投炉燃料的灰熔点时，将造成炉内结大块。所以，在正常生产中，炉温应比燃料的灰熔点低50100为宜。工业上采用的炉温范围一般为10001200，投用灰熔点较高的优质块煤时可以高一些。w判断炉温的方法：炉上部（上气道）气体温度、炉条温度、灰仓温度、下气道温度及煤气中二氧化碳的含量等，综合地间接判断炉温的高低和气化层所处的大致位置。上气道温度和炉条温度都应控制在300以下比较适宜。煤气中CO2含量低，表示炉温高；反之，表示炉温低。27三化合成氨生产工培训资料w（二）吹风速度：间歇法制气的吹风阶段应在尽量短的时间内，将炉温升高到接近炉内燃料灰熔点的温度。由于吹风阶段在氧化层中的碳的燃烧反应速度很快，而在还原层中二氧化碳的还原反应速度较慢，所以提高吹风速度（即增加吹风量），给氧化层提供了更多的氧，加速了碳的燃烧反应，使炉温迅速提高；同时缩短了二氧化碳在还原层的停留时间，降低了吹风气中一氧化碳的含量，故能减少热损失。但吹风量若过大（富氧连续法制气一般没有这种可能），容易将小颗粒燃料（或型煤的带粉）吹出炉外，增大燃料损耗，并且使燃料层表面发生吹翻甚至出现风洞，使气化条件严重恶化。所以，对于不同的炉径，炉体高度，投炉煤及炉内燃料层状况，应选择不同的吹风速度。28三化合成氨生产工培训资料w（三）蒸汽用量：制气阶段向炉内送蒸汽的时间愈长和流量愈大，则煤气产量是愈多。但是，蒸汽用量若过大，会使炉温迅速下降，蒸汽分解率降低，煤气中未分解的水蒸汽和二氧化碳增加既使煤气质量降低，又带走燃料层的热量，热损失增大。蒸汽用量过小，虽然增加了蒸汽与燃料层（主要是气化层）的接触时间，能获得优质的煤气，但产气量减少，降低了煤气炉的生产能力。如果能及时掌握蒸汽分解率数据，则间歇制气炉的蒸汽分解率在4060%较适宜，富氧连续制气炉更应使蒸汽分解率达到6070%为佳。w综上所述，当炉温较高，煤气中CO2含量较低时，可适当增加蒸汽用量；反之应适当减少蒸汽用量。当煤气炉内发生结大块时，可加大蒸汽流量或减少吹风量，降低炉温，将大块渣吹松，并防止结大块现象继续发展。29三化合成氨生产工培训资料w（四）燃料层高度：煤气炉燃料层（即炭层）高度控制是否合理，对煤气的产质量均有较大的影响，一般是炭层高，气化层相应也厚，对制气有利，富氧连续法制气尤其如此。间歇法制气炉，在制气阶段，炭层较高，蒸汽与燃料接触时间较长，不但蒸汽分解率高，制出的煤气质量好；在吹风阶段，炭层较高，空气与燃料接触时间长，氧化层中生成的CO2更容易在还原层中被还原成CO，热损失大；同时因炭层高阻力大，气化剂不易通过，使煤气炉的负荷加不上。若炭层太低气化层较薄，吹风时容易出现风洞，并且对制气过程不利。w 实际决定气化效果的主要不是炭层高度，而是炭层中的气化层厚度。实际操作中，要根据投用燃料的特性，风机能力的大小以及炉子负荷的轻重等因素综合考虑，还要充分考虑投炉燃料的粒度和煤气炉的高径比，通常燃料层的高度应维持在能适应吹风阶段较高风速的要求为宜。30三化合成氨生产工培训资料w（五）循环时间及其分配：间歇法制气的一个工作循环所需的时间，称为循环时间，国内中、小氮企业采用的循环时间各不相同，一般有90秒、120秒、150秒、180秒和210秒等。三化第一造气车间综合考虑有利于稳定气化层温度、煤气产量、煤气质量，以及较合理的自动工艺阀门启闭频次等因素，循环时间采用120秒。w一个工作循环中各阶段的时间分配，随燃料的特性和粒度、炉膛内径和高径比及工艺操作的具体要求不同而异。各阶段的时间分配原则为：w1、吹风时间的长短，以使燃料层具有较高温度和煤气炉有较大生产能力为原则。w2、上、下吹制气时间的确定，以稳定气化层位置，有利于炉顶炉底温度的控制和保证煤气质量为原则。w3、二次上吹和空气吹净的时间，以能够达到排净煤气炉下部空间和上部空间残留煤气为原则，一般很少改变，只在需要大幅度调节煤气的氢氮比时，才会根据需要适当调整空气吹净的时间长短。31三化合成氨生产工培训资料w（六）煤气成分：气体成分主要是要求半水煤气中（CO+H2）/N2=3.13.2，本厂采用联醇生产工艺，则要求煤气成分符合（CO+H2）72%。调节煤气中氮含量的方法是改变间歇法制气上吹制气阶段的“加氮空气”量，上吹加氮量应服从于原料气的氢氮比的要求，还应根据燃料的性质和燃料层的温度来确定。大幅度调节煤气氢氮比不但可以通过增减空气吹净时间，还可以通过增减吹风气“回收阶段”的时间来达到要求。w此外，应尽量降低煤气中甲烷、二氧化碳和氧的含量，特别是要求O20.5%。若氧含量太高，不仅会与氢、一氧化碳等气体混合成爆炸气，而且还会使变换催化剂被氧化，影响催化剂的活性及使用寿命。32三化合成氨生产工培训资料w 八、煤气炉系统的主要设备及技术参数w我厂生产煤气的主要设备是煤气发生炉（J-28型），共有14台。煤气炉系统的主要设备：包括煤气发生炉，燃烧室，废热锅炉，洗气箱，洗气塔，烟囱，气柜等。辅助设备有DCL控制系统、动力油压系统、空气鼓风机、加压水泵、自动加焦机和烟囱除尘器等。w各煤气炉的主要结构数据（见下表）单位（mm）炉号#14#58#9#10#11#12#13#14炉膛直径33003200330033003000330030003000炉体高度5445约6250约611054455445约6110约60505450高径比1.651.951.851.651.821.852.021.82炉篦型号CHIV型（类 均布型）33三化合成氨生产工培训资料w一、煤气发生炉：w煤气发生炉简称煤气炉，其主要作用是固体燃料在炉内与空气和水蒸汽反应，生成半水煤气。w（一）型号：J一28型。w（二）炉膛直径：现有3.0m炉、3.2m炉及3.3m炉三种。w（三）炉膛高度：5445mm、6100mm。w（四）产气量：w3.0m煤气炉设计生产能力为7500m3/h；3.3m煤气炉产气量约为950010000，3.2m煤气炉介于两种之间。w（五）主要结构：w目前本车间全部采用连续机械排渣的固定层煤气炉。如w图61所示，其结构可分为五个部分；炉体，夹套锅炉，底盘，w机械除灰装置，传动装置等。34三化合成氨生产工培训资料w二、燃烧室（旋风除尘器）：w本车间燃烧室的主要作用是作为吹风气中一氧化碳与二次空气的燃烧空间，回收一氧化碳等可燃性气体的燃烧热，并回收吹风气及上吹煤气的显热，积蓄在室内的蓄热砖中，用以预热下吹蒸汽和加氮空气。另外，燃烧室也可除去煤气中夹带的部分细菌粉尘。当煤气炉系统内发生爆炸时，若爆炸力超过液压顶盖压力时，盖子能自动打开，迅速降低室内压力，起到防爆炸用。此外，当烟囱阀出现故障不能开启时，或煤气炉较长时间停车时，可打开顶盖用以代替烟囱的作用。w燃烧室的结构如图6-2所示。35三化合成氨生产工培训资料w三、废热锅炉：w(一)主要技术参数：w1、型号：LH480132。w2、设计压力：1.3MPa。w3、蒸汽温度：194左右。w4、额定蒸发量：24t/h。w5、受热面积：480m2。w(二)主要作用：w废热锅炉的作用是回收吹风气和上吹煤气中的热量，副产0.51.2MPa压力的蒸汽。进口气体（经过前气道时）的温度约450700，经冷却后(经过后气道时)的温度降到210左右。w为了促进废热锅炉内水汽的对流，提高热交换效率，并使炉身和汽包的重量达到平衡，避免基础受力不均而下陷，因此废热锅炉的炉身应倾斜7。w废热锅炉的结构如图6-3所示36三化合成氨生产工培训资料w四、洗气箱：w洗气箱又称水封槽其作用是防止在停止制气时，水封槽以后的煤气倒回煤气炉系统发生爆炸，并使煤气得到初步冷却和冼涤。w洗气箱的结构如图64所示。37三化合成氨生产工培训资料w五、洗气塔：w本车间是23台煤气炉共用一座洗气塔，共有6座洗气塔。洗气塔的作用是洗涤煤气中的灰尘和一部分可溶性气体，如硫化氢、二氧化碳等，以减少煤气对设备的腐蚀和灰尘堵塞设备。同时，将煤气冷却到接近常温以缩小其体积，然后送往气柜贮存。w洗气塔的结构如图65所示，是用钢板焊制而成的立式圆筒形设备，内装三段瓷质规整填料。38三化合成氨生产工培训资料w六、气柜：w气柜的作用是贮存一定数量的煤气，使之混合均匀，并保证原料气净化、压缩及合成等工序的连续式生产，对均衡系统负荷能起到一定缓冲作用，避免后工序的连续式生产受煤气工段的间歇式生产的影响。w合成氨厂现有三座螺旋升降型双罩式湿式气柜，每座气柜额定容气量为7000m3。其结构如图66所示。39三化合成氨生产工培训资料w七、自动加料机：w自动加料机用以自动地、周期性地将燃料加入煤气炉内，代替煤气生产过程中的间歇式人工加料，实现了煤气炉加料自动化。既降低了操作人员劳动强度，又提高了煤气炉的产气量。w本车间用经过改造的间歇式型自动加料机，其结构如图67所示。40三化合成氨生产工培训资料w除尘式烟囱：w本车间采用旋风式水膜除尘烟囱（简称除尘式烟囱）。作用是除去从烟囱放空的气体中的大部分粉尘，并能部分吸收放空气体中的可溶性成份，如二氧化碳、硫化氢等。可显著降低放空气体对大气的污染程度，能产生较好的社会效益。w除尘式烟囱的结构图68所示。