煤的固定层气化合成氨工艺.doc

煤的固定层气化合成氨工艺摘要：本文通过以煤为原料生产合成氨工艺流程的总结，重点探讨造气工艺流程，以及造气工艺条件的选择及依据。了解如何在合成氨工艺中得到最高的效益，达到节能减排的目的。关键词： 合成氨，煤，造气煤气是一种可燃性气体，其主要成分有CO、H2、N2、CO2等。由煤和空气作用可制得空气煤气，由煤与空气和蒸汽作用制得混合煤气，混合煤气热值高于前者。煤气的产生方式有很多种，如焦炉煤气、发生炉煤气、水煤气、油煤气、高炉煤气、裂化煤气等很多种。发生炉煤气的产生方法是将煤在发生炉中燃烧后，将炉底的空气加以限制，使煤不能完全燃烧，产生大量的CO，使炉中排出的气体主要是N2、CO2和CO。水煤气的制造方法是将煤在炉中点燃后，在炉底吹入充足空气，使煤炽热燃烧，然后停掉风机，依次从炉底和炉顶喷入水蒸气，与炽热的煤反应后产生大量的H2和CO，再与空气中的氮气和剩余的水蒸气混合，就形成了水煤气。焦炉煤气的产生方法是原煤经过粉碎，洗煤后，按不同的煤种比例混合装入焦炉内，隔绝空气进行加热，高温使煤进行分解，产生煤气和煤焦油。中小合成氨厂多采用固体燃料气化法制造原料气，即采用氧或者含氧气化剂对固体燃料如焦炭、块煤或型煤等进行热加工，使其转化为可燃性气体的过程。合成氨生产中将这一过程简称为“造气”，气化所得到的可燃性气体称为煤气，进行气化反应的设备称为煤气发生炉，简称“造气炉”。煤气的成分取决于燃料和气化剂的种类及气化条件。对同一种固体燃料，采用不同的气化剂，可制造出不同组成的煤气；即使采用相同的气化剂，在不同的气化条件下所得到的煤气组成也不相同。1.1 煤气化工艺分类1煤炭气化技术已有悠久历史，尤其自20世纪70年代石油危机的出现，世界各国广泛开展了煤炭气化技术的研究。目前正在应用和开发的煤气发生炉有很多类型。所有这些气化炉都有一个共同的特征，煤在气化发生炉中，高温条件下与气化剂反应，使固体燃料转化成气体燃料，只剩下含灰的残渣。通常气化剂用水蒸气、氧（空气）和CO2。粗煤气中的产物是H2、 CO和CH4，伴生气体是CO2、H2O等。此外还有硫化物、烃类产物和其他微量成分。各种煤气组成取决于煤的种类、气化工艺、气化剂的组成，影响气化反应的热力学和动力学条件。气化方法的分类有很多种方法，分述如下。1.1.1 按制取煤气的热值分类以下按照制取煤气在标准状态下的热值把煤气化工艺分成3类。i. 制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347KJ/m3。ii. 制取中热值煤气方法，煤气热值1674733494 KJ/m3。iii. 制取高热值煤气方法，煤气热值高于33494KJ/m3。1.1.2 按供热方式分类煤气化工程的整个热平衡表明，总的反应是吸热的，因此必须供给热量。各种过程需要的热量各不相同，这主要由过程的设计和煤的性质决定，一般需要消耗气化用煤发热量的15%35%,顺流式气化取上限，逆流气化取下限，其供热方式有几种途径。i. 自热式气化法ii. 间接供热气化法iii. 煤的水蒸气气化和加氢气化相结合法iv. 热载体供热1.1.3 按气化剂分类煤的气化是有控制的将氧或含氧化合物通入高温煤炭发生有机物的部分氧化反应，从而获得含有H2、CO等可燃气体的过程。这些气体可作为气体燃料，也可作为化工原料。工业煤气按气化剂不同可分成以下四种：i. 空气煤气ii. 水煤气iii. 混合煤气iv. 半水煤气上述四种工业煤气的组成如表1-1所示表1-1 四种工业煤气组成（体积）2名称气化剂组成/%热值/(KJ/mol)主要用途H2COCO2N2CH4O2空气煤气空气0.933.40.664.60.5-38004600燃料混合气体空气、水蒸气11.027.56.055.00.30.250005200燃料水煤气水蒸气50.037.36.55.50.30.21000011300燃料半水煤气水蒸气、空气37.033.36.622.40.30.288009600合成氨原料气表1-1中，空气煤气中含氮量过高，而水煤气中氮含量又过低将空气煤气和水煤气按一定比例混合，则可使成分达到合成氨原料气的要求，工业上称这样的煤气为半水煤气，其组成要求为（CO+H2）/N2=3.13.2(摩尔比)，这是因为CO在后续变换的工序中不能完全转化为H2，因此原料气中的（CO+H2）/N2比理论值稍大。1.2 合成氨原料气的方法2目前，工业上以固体燃料为原料，制取合成氨原料气的方法主要有以下几种。1) 固定层间歇气化 用水蒸气和空气为气化剂，交替地通过固定的燃料层，使燃料气化，使燃料气化，制得半水煤气。2) 固定层连续气化法 以富氧空气（或氧气）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。3) 气流层气化法 在高温下，以氧和蒸汽混合气为气化剂，与粒度小于0.1mm的粉煤并流气化