洁净煤技术的研究型煤的加工与气化

引言氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料[1]。首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。我国能源结构中，煤炭资源占很大比重，随着煤炭资源的日益紧张，无烟块煤价格不断上涨，利用价格较低的无烟粉煤生产造气用型煤已成为一种必然趋势，用型煤造气可使入气化炉吨原料煤成本降低，以廉价的粉煤为原料制成型煤气化，煤炭利用率大大提高从而使企业获得效益，在竞争中取胜。当前城镇及大中型企业要求实现煤气化的迫切性越来越大，至今以合成气为原料的合成含氮、含氧化物、烃类及燃料的化学技术已经获得相当成功，并且这方面的开发活动至今仍方兴未衰。型煤的气化，是以粉煤加工的块煤原料，用氧气，水蒸汽或氢气等作为气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或焦碳中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤炭气化时所得的可燃气体称气化煤气。气化煤气可用于城市煤气、工业燃气和化工原料气及联合循环发电等中国发展洁净煤技术的目标：一是减少环境污染,如、、以及煤矸石、粉尘、煤泥水的影响等；二是提高煤炭利用效率,减少煤炭消费量；三是通过加大初级能源的转化，改善终端能源结构，将煤炭能源转换为洁净的气态与液态能源[2]。总之，洁净煤技术涉及多行业、多领域、多学科，是一项庞大的系统工程。洁净煤技术的研究可以减少环境污染，提高煤炭利用效率,减少煤炭消费量，是解决我国石油短缺的一条重要途径。通过气化使之转化成气体，对于缓解石油资源紧张的局面具有战略意义和现实意义[3]。第1章型煤能源是推动经济和社会发展的重要物质基础。随着我国经济的快速发展，能源问题和环境问题也日益突出，已经成为实现可持续发展的一个制约因素。我国“多煤炭、少石油、缺天然气”的能源资源特点决定了我国能源在较长时期内以煤为主的格局不会改变，确立我国的能源安全战略，必须从这一基本条件出发。但是，目前我国84％煤炭用于直接燃烧，这种相对落后的供能方式对环境造成诸多不利影响，如80％的SO2和烟尘为燃煤产生，诱发温室效应、酸雨等。另外，掠夺式开采方式已造成部分地区地面塌陷、地下水污染和流失等。为了解决目前所面临的矛盾和困境，出路就在发展洁净煤技术。综上所述，发展洁净煤技术不仅可以充分发挥我国丰富的煤炭资源优势，保证煤炭工业的可持续发展和满足未来不断增长的能源需求；而且能够有效地解决燃煤引起的环境污染问题，缓解目前石油工业所面临的困境。因此，开发利用洁净煤技术对减少环境污染和补偿石油资源的短缺都具有非常重要的意义，是我国实施可持续发展战略重要措施之一[3]。1.1型煤技术的发展历程1.1.1型煤技术的必要性近年来，随着煤炭资源的日益紧张，无烟块煤价格不断上涨，利用价格较低的无烟粉煤生产造气用型煤已成为一种必然趋势，用型煤造气可使入气化炉吨原料煤成本降低，以廉价的粉煤为原料制成型煤气化，从而使企业获得效益，在竞争中取胜。影响造气型煤质量的因素及其改善建议主要原因是型煤质量较差。因此，对影响型煤质量的因素进行深入分析，提出改善型煤质量的对策，从而使造气型煤技术在生产中得到稳步健康的发展很有必要。1.1.2我国的洁净煤技术洁净煤技术是煤炭能源利用的主导技术方面之一，是当前世界各国解决环境问题的重要领域。在科学发展观的指导下，随着国家宏观发展战略观念的转变，中国政府已经把洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施。我国政府和企业界、技术界围绕着提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作。1994年，我国成立了煤炭工业洁净煤工程技术研究中心，1995年成立了国家洁净煤技术推广应用领导小组，1997年国务院批准了《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展纲要》。在中国国民经济第十个五年计划和煤炭工业“十五”规划中，都非常强调加大洁净煤技术研究开发力度，扩大洁净煤领域的国际交流和合作，力求推进国内洁净煤集成技术的产业化。1.2洁净煤技术的意义目前，中国已成了世界上最大的洁净煤开发市场和商品经营市场。中国已将发展洁净煤技术列入《中国21世纪议程》。型煤技术是中国当前发展洁净煤技术产业化的7项技术之一，它投资少、建厂周期短、见效快、节能和环保效益显著，近30年来在中国合成氨行业得到了大力推广。由于原料成本占合成氨生产成本的60％左右，这一举措使中国煤炭合成氨企业的生产成本下降了约20％～30％，尤其在“富煤、少油、缺气”的中国能源结构背景下，使中国煤炭合成氨技术又焕发出青春，这确实是一项了不起的成就。由于目前型煤制气显现出的良好的经济效益和社会效益，并且随着今后造气上新技术、新设备的不断应用，造气炉设备的不断更新，工艺条件的不断优化和完善，型煤制气的技术也将不断地提高，如型煤富氧连续制气工艺等新技术的应用，终将克服目前存在的种种问题，在国内一定时期内仍将呈现出蓬勃发展的态势[3]。煤气化是将煤转化为工业用气体的过程，其中最主要的是将煤转化为CO和H2的混合物，它们又叫合成气，可以合成很多化学品，例如甲醇，醋酸，二甲醚，天然气等很多非常有用的化学品。①作为工业燃气一般热值为1100～1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。②作为民用煤气一般热值在3000～3500大卡，要求CO小于10%，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低[21]。③作为化工合成和燃料油合成原料气早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50%以上来自煤炭气化合成工艺。④作为冶金还原气煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。⑤作为联合循环发电燃气整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省加压流化床气化工艺，煤气热值2200～2500大卡左右。⑥作煤炭气化燃料电池燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。⑦煤炭气化制氢氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。⑧煤炭液化的气源不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。1.3型煤的特性与种类1.3.1何谓型煤型煤，是一种或数种煤与一定比例的粘结固硫剂等辅助物料经加工成一定形状尺寸和有一定替代性能的块状燃料[2]。当今型煤开发的另一个领域，是将粉煤及一定比例的煤泥等其它低热值燃料或废弃物加上粘结剂、添加剂加工成型煤。1.3.2型煤的分类目前国内外工业型煤种类繁多、工艺类型复杂粘合剂原料范围不断扩大，为了有层次的了解工业型煤状况，按成型分类：①工业型煤：冲压成型、挤压成型、滚压成型、圆盘造粒；②民用型煤：冲压成型、滚压成型。按形状分类:①工业型煤：球形、卵形、柱形、枕形、管形（见图1.1）；②民用型煤：蜂窝形、球形、卵形。枕型卵形圆球形图1.1型煤的形状与大小1.3.3工业型煤的要求和特点①对于不同炉排的锅炉、型煤的大小、冷强度的要求是不同的。往复炉排型煤的尺寸、粒度可大些，链条炉型煤的尺寸、粒度可小些，冷强度的要求可低些。②对于煤气发生炉型煤、型焦来说工业锅炉型煤技术指标要求可低些。③冷压强度：工业锅炉型煤与煤气发生炉型煤、型焦的冷压强度可以基本相同，但也可低些。一般20～30公斤/个。④热强度：工业锅炉型煤可以不要热强度，或很小的强度，但煤气发生炉型煤、型焦就必须有足够的热强度。一般不小于20公斤/个。⑤粒度的大小：工业锅炉型煤的粒度，固定炉排一般在50克/个、移动炉排一般在10～20克⑥其他如防水性、烘干、落下强度、转鼓强度，都相差不大。在商品化工业锅炉型煤情况下，同时要满足防水、无需烘干、粘合剂价廉、冷强度大比较容易达到，对于商品化煤气发生炉、型焦除上述条件外，还要满足热强度的要求。1.4型煤的加工1.4.1型煤成型机理型煤挤出机（见图1.2）利用螺旋挤压的原理，将调制好的粉煤压缩成具有一定强度的预定形状的煤棒成型设备。它是将燃料粉煤挤压成为有一定强度的圆形（或六棱形或方形）煤棒，进入造气炉中燃烧的新工艺来取代燃烧块煤和煤球造气的传统工艺[5]。1.4.2煤棒制作工艺过程将原煤经筛分、破碎，加入粘结剂，经搅拌、堆沤、挤压成型、烘干后形成干煤棒入炉，具体工艺流程如下：原料煤从煤斗中落入运输皮带，经振动筛筛出其中的杂物和大块物料后进入两次破碎系统。破碎后的原料粉煤经埋刮板输送机进入串联双轴搅拌机，同时在腐植酸钠制备桶内制备好的热粘结剂也加入第一级双轴搅拌机。经两级充分搅拌后用运输皮带运至堆沤仓进行沤制。沤制一定时间（一般超过24小时）后用装载运输车将其沤制煤进入煤斗再经运输皮带运至单轴搅拌机，经单轴搅拌微调水份后进煤棒机挤压成型。图1.2煤棒挤压机成型模具煤棒机出来的煤棒直接上皮带输送到立式烘干炉内烘干。从烘干炉出来的干煤棒用皮带输送到成品仓斗内待用于燃烧。1.5型煤的成型型煤的生产方法可分为粘结剂成型和无粘结剂成型两大类。粘结剂成型是研究时间最长、应用最广的成型方法。1.5.1型煤的有粘结剂成型①粘结剂成型基本流程 粘结剂成型实际上是将粘结剂与煤炭颗粒均匀搅拌，然后利用型煤机加压成型，再经过适当的后处理，最后获得符合要求的型煤。粘结剂成型的基本流程图如图1.3所示[3]。图1.3粘结剂成型的基本流程②筛分筛分的目的在于选取块煤另作他用。筛分的尺寸随各厂工艺的不同而不同。有些厂将块煤选出后，将小于20毫米的煤用破碎机破碎至0～3毫米或0～6毫米直接用于生产型煤。有些厂将大于3毫米或6毫米的块煤选出后，省略破碎工序，直接将小于3毫米或6毫米的粉煤用于型煤生产[7]。③干燥工序干燥的目的是将混合后的原煤水分保持在一定的水平。根据使用的粘结剂的不同，对混合后的原煤水分的要求也不同。例如，用沥青作粘结剂，原煤水分应保持在2%～4%；用纸浆废液或腐殖酸盐溶液作粘结剂，原煤水分应控制在10%～12%。破碎的目的是将原煤破碎到所需的粒度。为了避免铁器损坏破碎机，一般在破碎机前安装电磁除铁器。搅拌工序的目的在于将原煤和粘结剂均匀混合，使粘结剂均匀地分布在煤炭颗粒的表面。采用沥青作粘合剂时，还需通入蒸汽进行加热。④成型工序成型工序是型煤成型的关键，型煤成型机主要有对辊式成型机、冲压式成型机和环式成型机等。目前，在工业型煤中应用最广的是对辊式成型机。⑤后处理工序刚刚成型的型煤强度很低，需要经过后处理才能达到一定的强度。后处理工序的目的在于使粘结剂在适当的温度下产生物理化学反应，从而使型煤具有一定的强度。欧洲一些国家的型煤厂还在后处理工序中给型煤涂敷一层保护膜，从而使型煤具有防潮和耐磨的特性。⑥粘结剂[4]粘结剂—型煤技术的关键，型煤粘结剂大致可分为：有机粘结剂、无机粘结剂、工业废料和复合粘结剂。有机粘结剂可分为亲水型和疏水型两种。有机粘结剂的粘结性能好，固化后可使型煤具有较高的机械强度。在高温时，有机质易于分解，因此用有机粘结剂生产的型煤，其热机械强度和热稳定性都不太理想。无机粘结剂主要有石灰、粘土、石膏和硅酸钠等。无机粘结剂的共同特点是具有较强的粘结能力，固化后能起“骨架”的作用，使型煤具有较高的机械强度,用无机粘结剂生产的型煤的热机械强度和热稳定性都比较理想。无机粘结剂的主要缺点是防水性差并增加了型煤的灰分。工业废料主要指纸浆废液、酿酒废液、制革废液和制糖废液等。这些废液主要属于有机粘结剂。利用工业废料作为粘结剂既可使废物得到充分的利用，又可大大减少废料对环境的污染。复合粘结剂是指同时使用两种或两种以上不同物质作粘结剂。复合粘结剂可以利用不同物质的优点，互相补充，从而使型煤具有较高的机械强度。复合粘结剂主要包括有机—有机、有机—无机、无机—无机三种形式。1.5.2型煤的无粘结剂成型型煤的无粘结剂成型是指在不加粘结剂的前提下用高压直接成型。即原料煤经过筛分后，送入干燥机进行干燥，干燥后的粉煤冷却到40～45℃后，再由成型机压制成型。这种成型方法广泛用于褐煤的加工，尽管没有外来的粘结剂，但它仍利用了煤炭本身含有的粘结性成分。1.6粉煤成型工艺中的影响因素①压力对粉煤成型的影响增加成型压力是提高型煤强度的关键。成型机的压力越高越有利于提高球的强度。目前国内生产的成型机，最高辊面线压力可达11t/cm，主要用于金属粉沫成球。制造煤球不需要那么高，过去低压成球的辊面线压力在10kN/cm以下，现在许多企业采用高中压成球机，效果很好。中压成球机的辊面线压力为10～50kN/cm，高压成球机的辊面线压力为50kN/cm以上。②粉煤的粒径对粉煤成型的影响粉煤的粒径及其分布对型煤的强度也有一定的影响。适宜的粒径可与粘结剂充分接触和粘结。过细的粉煤有利于成型强度，但是增加粘结剂用量，粉煤的粒度控制小于3mm，2～3mm占50％为宜[5]。③搅拌均匀对粉煤成型的影响粉煤与粘结剂需混合均匀，经过2～3次的搅拌，基本上可以达到料性均匀滑腻，这样才有利于提高型煤的强度。④型煤含水量对粉煤成型的影响型煤的水分大小直接关系到型煤的成型率、固化时间、初期强度、后期强度等。根据型煤机的压力和实际生产表明，成型水分应控制在12％～14％为宜。⑤粘结剂的型号对型煤质量的影响粘结剂的种类分为有机型、无机型和复合型三大类。采用有机型粘结剂，可提高型煤的冷强度，不降低固定碳、不增加灰分，但是不能保证型煤的热强度。采用无机型粘结剂，虽然粘结性差，型煤灰分增高，但可提高型煤的热强度和灰熔点。因此，目前开发的许多新型粘结剂均为复合型，其中有机和无机两种材料均有，利用它们之间各自的长处，弥补各自的不足，所制成的型煤，具有冷热强度高、灰熔点高、防水、防潮、固硫的优质型煤。由此可知，型煤的质量除了与粘结剂密切相关外，还与煤的粒径组成、搅拌条件、成型压力、成型总水分等因素有关。粘结剂与煤之间的结合力是机械结合和物理结合的综合结果。型煤的强度与粘结剂表面状态有关，对煤粒这种非极性材料，机械结合力起决定性作用，因此对型煤的固化工艺要有适宜的条件。第2章煤炭气化工艺流程的确定2.1煤炭气化的方法2.1.1CAGOS制气法①用途：将任何级别或含硫的煤转换成合成天然气。②产品：合成天然气、汽油重整原料级石脑油等。③简述：煤经过破碎、筛分并加压到345千帕送到多段沸腾床，并分段干燥和加热除去挥发物。剩余物或炭流到沸腾床气化炉与蒸汽反应生成合成气，合成气提供热解所需的热并与挥发物混合，该混合气和油——气物料送到油回收，经淬冷后把冷凝的油从富合成气中分离出来，冷凝油经加氢处理后生成石脑油、燃料油或合成原油[5]。原料合成气经压缩和净化，然后经过变换甲烷化，除去大部分二氧化碳，脱水和压缩成适于管道运输的气体（见图2.1）。图2.1COGSA法2.1.2埃克森催化煤气化法①用途：将煤转换成代用天然气。②原料：各种煤，包括褐煤、次烟煤、烟煤。③简述：原料煤破碎到8目，加入溶液状催化剂，经催化的煤缓慢氧化、干燥并通过煤斗送入流化床气化器。在压力3.45兆帕、温度722条件下，蒸汽和循环及混合成流化的气流，未反应的蒸汽从反应器的出口气中冷凝出来，然后采用普通酸性气处理（物理溶剂）法除去和。产品甲烷经深冷从循环和中分离出来。含有催化剂的炭、未反应的炭和煤被连续除去，约的催化剂被水洗回收然后再循环（见图2.2）。图2.2埃克森催化煤气法2.1.3GI二段煤气发生炉①用途：连续法或间歇法用煤生产低热值或中热值燃料气。②原料：筛选的低粘结煤、褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭。③简述：两段气化发生器的工艺原理都是煤缓慢蒸馏，只有焦炭才被气化。因此没有破裂和形成沥青及胶质组分的麻烦。气化炉可以连续或间断操作，连续操作时可以用或不用富氧，连续法的气体热值5443千焦至12560千焦，带化油器的间断法气体热值为12560～20934千焦。气化炉内径尺寸1.4～4米，产率根据使用的煤而不同。进煤量可达5吨/时。2.1.4泥煤气化法①用途：合成天然气。②原料：泥煤、水和空气。③简述：此过程系采用两段气化炉使泥煤转化成高热值煤气或其他合成燃料。在反应器内生成的甲烷高达82%。将含水份25～50%的泥煤粉碎到10网目，经过锁式贮斗进入反应器的顶部。除了两层气化层外，在反应器顶部还附有一个流化床，用于干燥进来时的泥煤。干燥后的泥煤进入一个立式管内，并进到短暂停留的氢化系统，在这里泥煤与从下面气化装置来的合成气发生反应在，在此处产生的甲烷为全过程的65%，气体从这里进入干燥层；而炭溢流落入炭气化装置，在压力6.9兆帕、温度889～944条件下与蒸汽、氧气在流化床上起反应，生成合成气。进来的炭约有95%气化。热灰排出后用循环水进行冷却，灰—水浆液经过滤后将水回收循环系统[6]（见图2.3）。图2.3泥炭煤气化法2.1.5S—O气化法①用途：生产富含CO和H2的气体，宜作低热值或中热值的燃料用②原料：所有灰分含量不超过40%的煤以及煤加氢装置的残渣。③简述：采用高温下流化床熔渣型气化炉，在压力下操作，气体产品不含油类和焦油。煤必须粉碎至3毫米以下，干燥到水分含量约为2～12%。用循环载气把干燥粉碎了的煤送至气化炉，原料和气化介质（氧/蒸汽、氧/空气）是通过喷嘴注入的，反应物离开喷嘴后已得到混合。气化炉内有一转动着的熔渣流化床，它的作用，保证安全点火，起着防护层的作用，由此可获得高的火焰温度气化反应在1650～2400，压力在常压至2.45兆帕之间进行，氧或氧/空气由废热锅炉来的饱和蒸汽预热，工艺蒸汽是过热的。2.1.6德士古煤气化法目前国内合成氨工业以块煤为原料的UGI间歇气化工艺占70％以上。详细介绍见2.3。2.1.7鲁奇熔渣气化法①用途：合成天然气，氨的合成气，羰基合成气，费—托法合成气，中热值气体，发电。②原料：多种类的煤，包括焦煤和软质煤。③产品：中热值的煤料气。④简述：通过煤斗系统将原煤送进气化炉并维持气化炉装满燃料，煤的粒度最好为8～75毫米，但是也可以经过煤斗系统把相当数量粒度小于6毫米的煤粒与主料一起加入气化炉，通过喷嘴还可以把更细的煤吹入气化炉内，由喷嘴吹入蒸汽和氧气在压力2.43兆帕、温度427～527条件下使煤气化。气体中所含的焦油、油类及其他有机副产物可以分离并循环到处理系统。煤灰呈熔渣状，用水淬冷，使成玻璃球状颗粒。除此之外还有如下几种：接受体气化法、维尔曼格留沙法煤气化法、HYGAS制气法、柯柏斯—托切克制气法、维斯汀豪斯煤气化法、温克勒气化制气法等等。2.2煤炭气化的机理2.2.1以空气和水蒸汽为气化剂的燃料层气化过程气化剂在燃料层气化过程是一个极其复杂的过程，其气化过程不可能完全按照特征反应进行，而且工业生产的气化反应设备热损失较大，与理论计算差距较大，如蒸汽通过燃料层后，不可能得到完全分解，总有一部分未分解的蒸汽，一般在常压气化时，蒸汽通过燃料层的最高分解率为50～60%[8]。气化过程见图2.4。图2.4致密层气化过程示意图2.2.2气化反应的化学平衡在气化过程中，各个反应的平衡常数如表2.1所示。表2.1不同温度各反应的平衡常数的对数值反应41.04032.06350.017-8.977-6.790-4.603-2.31046.6433.31220.41820.67320.1630.2550.3350.4150.20020.003-0.98213.54516.81510.2753.2702.7552.2400.40011.305-2.35110.10614.8305.3824.7243.9543.1830.6206.923-2.918从表上知：①碳及CO的燃烧反应的平衡常数值很大，在煤气炉中可能存在的温度下，平衡组成中几乎全是生成物，这说明这些反应以极快的速度进行。即碳及CO的燃烧反应基本上可看成是不可逆的。②二氧化碳的还原反应，其平衡常数的对数值在正负值之间变动，即温度升高，气体混合物中一氧化碳含量增加，在1000时的反应中，一氧化碳的平衡组成可达99%，二氧化碳几乎全部转变为一氧化碳。③在气化层中，水蒸汽与碳的主要反应：（2-1）（2-2）上述反应与的还原反应一样，均为吸热反应，按平衡移动原理可知，温度升高，平衡向生成物方向转移。同时，温度升高，更有利于生成CO的反应，所以气化层温度较高，则煤气中CO含量也较高[14]。2.2.3气化过程的反应动力学气化反应属于气固相系统的多相反应。整个过程包括物理和化学两个过程。可分为下列步骤：①气流中的活性组分向炭的表面扩散（物理过程）；②活性组分被碳表面所吸附（物理过程）；③生成中间产物（化学过程）；④中间产物分解成反应产物（化学过程）；⑤反应产物脱附（物理过程）；⑥反应产物扩散入气流中（物理过程）。物理过程主要和气体的扩散有关，化学过程和化学反应速度有关，影响扩散速度的主要因素是气流速度，影响化学反应速度的主要因素是温度[19]。2.2.4半水煤气制造原理在气化炉燃料层内，炭与空气及蒸汽的混合物相互作用时的产物称为半水煤气。其化学反应按下列方程进行：（2-3）（2-4）这种煤气的组成由上列两反应的热效应平衡条件所决定。由于半水煤气是生产合成氨的原料气，因此要求入炉蒸汽与空气（习惯上成为氮煤气）比例恰当以满足半水煤气中要求，但是在实际生产中要求半水煤气中。2.2.5煤气炉内燃料层分部情况及特性以直径3米炉为例，自上而下为：干燥区高度为150～200毫米；干馏区高度为300～400毫米；还原区高度为350～450毫米；氧化区高度为200～300毫米；灰渣区高度为100～200各区层的高度，随炉型和燃料的种类、性质的差异以及采用气化剂品位不同而有所区别。需要说明的是，各区之间往往是相互交错，并没有明显的分界线。干燥区内一般不产生气化反应，此区内的燃料因刚加入炉内，故温度低。只是吹风时的吹风气、上吹时的煤气以及下垂式的过热蒸汽（经燃烧室预热）上下通过此区域时将此区燃料中的水分蒸发，起到预热干燥作用。干馏区内燃料受到热气体继续加热并分解放出低分子烃，在热分解时析出水分、醋酸、甲醇、甲醛、苯酚、树酯、一氧化碳、二氧化碳（依靠燃料中的氧及一氧化碳）、硫化氢、甲烷、乙烯、氨、氮和氢。气化剂通过此区域时，几乎不发生气化反应。还原区是气化层产生气化反应的主要区域之一，由氧化区来得二氧化碳还原成一氧化碳及水蒸汽分解为氢，燃料依靠与热的气体换热被再次预热。此区的化学反应是：（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）在煤气炉整个燃烧层中，氧化区的温度最高，煤气炉定时测量它的火层情况，就是间接的测量它的温度。在气化层里燃料中的碳与气化剂中的氧（空气的氧或富氧）发生化学反应，其气化反应是：（2-9）（2-10）氧化层加上述还原层总称为气化层。燃料层中的燃料经过气化后剩余物质被称为灰渣，灰渣在炉体最下部形成灰渣区。在生产中灰渣去起到了预热气化剂，分布气化剂，保护炉箅和承受燃料层骨架的作用[5]。2.3德士古（UGI）间歇式气化反应机理及工艺流程综合考虑先前成功工程事例，年生产能力、煤转化率、生产成本、原料煤煤质等因素，选用粉煤加工的型煤，利用德士古（UGI）间歇式气化工艺实现煤炭气化。2.3.1反应机理固体原料磨碎后在水或油中配制成浆，用泵打入气化炉，气化采用部分氧化法，无催化剂，气化炉在8.13兆帕、操作温度为1300～1600。煤浆和氧迅速反应，全部重烃类基本上转化为气体产品，其主要成分为CO和H2，停留时间仅几秒钟，灰浆水可使温度稳定。反应炉是一个具有耐火砖衬里的压力容器，高的操作温度产生熔渣，从水封型“锁灰斗”中去。熔渣颗粒是不透水的，为了便于处理它，要控制最小的熔渣力度。2.3.2工艺流程固体燃料由加料机从炉顶间歇加入炉内，吹风时，空气鼓风机自下而上通过燃料层，吹风气经燃烧室及废热量后由烟囱放空。燃烧室中加入二次空气，将吹风气中的可燃气体燃烧，使室内的格子蓄热砖温度升高。燃烧室盖子具有安全阀作用，当系统发生爆炸时可泄压，以减轻设备的破坏。蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再经洗涤塔进入气柜。下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入，经预热后自上而下流经燃料层。由于煤气温度较低，可直接由洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向与上吹相同。空气吹净时，气体经燃烧室、旋风除尘器、废热锅炉和洗涤塔进入气柜，此时燃烧室不必加入二次空气，在上、下吹制气时，如配入加氮空气，则其送入时间应稍迟于水蒸汽的送入，并在蒸汽停送之前切断，以避免空气与煤气相遇而发生爆炸。燃料气化后，灰渣经旋转炉蓖由刮刀刮入灰箱，定期排出炉外[15]。工艺流程图如图2.5所示。图2.5煤气炉工艺流程图2.3.3间歇式气化的工作循环常压固定床法制半水煤气其工艺流程气化过程按5个阶段分别叙述如下：①吹风阶段来自鼓风机的加压空气送入煤气发生炉底部，经与燃料层燃烧放出大量的热量储存于炭层内，生成吹风气由炉顶出，经旋风除尘器除去灰尘后，进入废热锅炉的管间的水换热，水受热蒸汽产生的低压蒸汽经气包蒸汽管道可供本炉制气用。吹风气被冷却降温后出废热锅炉，由烟囱放空。②上吹制气阶段蒸汽与加氮空气一起自炉底送入，经与灼热的燃烧层反应后，气体层上移，炉温下降，生成半水煤气由炉顶引出除去带出灰尘。进入废热锅炉回收气体中的显热后进入洗涤塔洗净和冷却至常温由洗涤塔上部引出送出气柜。③下吹制气阶段蒸汽自炉顶送入，经灼热的气化层反应，气化层下移，炉温继续下降，生成的水煤气由炉底引出，因下行煤气通过灰渣层降低温度，不再进入废热锅炉直接进入洗涤塔洗净降温，由塔顶引出至气柜。④二次吹气阶段基本同一次上吹制气阶段，但不加入氮空气，其目的在于置换下部及管道中残存的煤气，防止爆炸现象。⑤吹净阶段其工艺流程同上吹制气阶段，但不用蒸汽而改用空气，以回收系统中的煤气至气柜。以上5个阶段的工作循环，由液压或气压两种形式自动机控制，目前正在发展成微型程序制代替自动机控制[17]。间歇式制气工作循环各阶段气体的流向（见图2.6）。阀门开闭情况（见表2.2）图2.6间歇制半水煤气各阶段气体流向图表2.2各阶段阀门开启情况阀门开闭情况阶段1234567吹风OXXOOXX一次上吹XOXOXOX下吹XXOXXOO二次上吹XOXOXOX空气吹净OXXOXOX注：O阀门开启X阀门关闭2.3.4间歇式制半水煤气的工艺条件选择生产工艺条件时，要求气化效率高，炉子生产强度大，煤气质量好，气化效率是指制得半水煤气所具有的热值与制气投入的热量之比。投入的热量包括气化所消耗的燃料热值和气化剂带入的热量（后者主要指蒸汽的潜热）。它是用来表示气化过程中的热能利用率。气化效率高，燃料利用率高，生产成本低。气化效率用X表示：X=Q半/(Q燃＋Q蒸)×100%（2-11）式中：Q半半水煤气的热值Q燃消耗燃料的热值Q蒸消耗蒸汽的热值生产强度是指每平方米炉膛截面在每小时生产的煤气量，以煤标准状态下的立方米表示。煤气质量则根据生产要求以热值或以指定成分要求来衡量。为了保存以上的要求，气化过程的工艺条件有：温度反应温度沿着燃料层高度而变化，其中氧化层温度最高。操作温度一般主要是指氧化层的温度，简称炉温。炉温高，反应速度快，蒸汽分解率高，煤气产量高，质量好。但炉温高，吹风气中一氧化碳含量高，燃烧发热少，热损失大。此外，炉温还受燃料及灰渣熔点的限制，高温熔融将造成炉内结疤。故炉温通常应比灰熔点低50℃左右，工业上采用炉温范围1000～1200℃。吹风速度提高炉温的主要手段是增加吹风速度和延长吹风时间。后者使制气时间缩短，不利于提高产量，而前者对制气时间无影响，通过提高吹风速度，迅速提高炉温，缩短二氧化碳在还原层的停留时间。以降低吹风气中的一氧化碳含量，减少热损失[21]。蒸汽用量蒸汽用量是改善煤气产量与质量的重要手段之一。蒸汽流量越大，制气时间愈长，则煤气产量愈大。但要受到燃料活性、炉温和热平衡的限制。当燃料活性好。炉温高时，加大蒸汽流量可加快气化反应，煤气产率和质量也得到提高。但同时因燃料层温下降快而应缩短吹入蒸汽的时间。但燃料活性较低时，宜采用较小的蒸汽流量和较长的送入时间。燃料层高度在制气阶段，较高的燃料层将使水蒸汽停留时间加长，而且燃料层温度较为稳定，有利于提高蒸汽分解率，但在吹风阶段，由于空气与燃料接触时间家长，吹风气中CO含量增加，更重要的是，过高的燃料层由于阻力增加，使输送空气的动力消耗增加。根据实践经验，对粒度较大、热稳定性较好的燃料，可采用较高的燃料层，但对颗粒小或热稳定性差的燃料，则燃料层不宜过高。循环时间制气过程一个循环时间包括五个阶段时间，各阶段的时间分配要根据燃料性质，气化剂配分比和煤气组成的要求而定，一个循环时间短时，炉温的波动小，煤气产量和质量也较稳定，故循环时间不宜长，但气化活化较低的燃料时，因反应速度慢，应采用较长的循环时间。气体成分主要调节半水煤气中（H2+CO）与N2比值。方法是改变加氮气，或改变空气吹净时间。在生产中还应经常注意保持半水煤气中低的氧含量（≤0.5%），否则将引起后序工段的困难，氧含量过高还有爆炸的危险。第3章工艺计算3.1煤气发生炉的物料及热量衡算方法：实际数据计算法实际计算法是以实测煤气组成为依据的计算法，采用此法计算时，首先将气化煤进行试烧，以得到准确的煤气组成分析数据。已知条件的确定：表3.1入炉煤组成（重量%）CHONSAW合计78.131.320.430.770.5113.245.6100燃烧热值28476kJ/㎏①吹风气组成表3.2吹风气组成（体积%）CO2O2COH2CH4N2合计H2S16.540.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3②半水煤气真正组成表3.3半水煤气组成（体积%）CO2O2COH2CH4N2合计H2S7.50.2032.10430.5416.661001.45g/Nm3③各物料进出炉的温度空气25℃;相对湿度80%，空气含水汽量0.0213kg（水汽）/kg吹风气，上行煤气流600℃；下吹煤气200℃；灰渣上行蒸汽120℃；饱和蒸汽的焓2730kJ/kg；下吹蒸汽550℃；过热蒸汽的焓④生产循环时间表3.4生产循环时间（时间%）吹风上吹下吹二次上吹吹净合计2626368410046.8s46.8s64.8s14.4s7.2s180s⑤计算基准：年生产力：1000000t/a煤燃料；年开工时数：8000h；以为基准进行计算。⑥带出物数量及其组分带出物数量：2kg绝对干料带出物组分及各组分重量表3.5带出物数量及其组分元素组成（重量%）各组分重量（kg）C82.502×0.8250=1.65H1.662×0.0166=0.03O0.472×0.0047=0.01N0.802×0.008=0.02S0.572×0.0057=0.01灰分14.002×0.14=0.28合计100.002.00带出物热值30030kJ/㎏[24]。⑦灰渣组成及其各组分重量表3.6灰渣组成（重量%）CS灰分合计14.500.3085.20100.00灰渣重量（按灰分平衡计算）灰渣各组分重量C S灰分合计：15.21⑧燃料气化后转入煤气中的元素量CHONS合计：计算误差3.2吹风制气阶段的物料及热量衡算吹风阶段的计算：（物料衡算）①每1Nm3吹风气中含有的元素量CHONS②由碳平衡计算吹风气量：③由氮平衡计算空气用量：空气带入水汽量：（1.293为空气密度）④氢平衡进项：燃料带入氢量：空气中水蒸汽带入氢量：合计：出项：吹风气中含氢量：吹风气中水汽含量：合计：吹风气中水汽含量：每标准m3吹风气中水汽含量：⑤氧平衡进项：燃料带入氧量：空气中含氧量：空气中水汽含氧量：合计：出项：吹风气中氧量：吹风气中水汽含氧量：合计：误差：⑥硫平衡进项：燃料带入硫量：出项：吹风气中含硫量：误差：热量衡算：进项:燃料热值：燃料显热：（1.05为燃料的比热）[26]。干空气显热：（1.30为空气的比热）空气中水汽的焓：合计：出项:吹风气热值：1m3吹风气热值为：干吹风气显热：吹风气中水汽的焓：（32599为600℃时过热蒸汽的焓）带出物热值：带出物显热：（1.05为燃料的比热）[24]。灰渣中可燃物热值：（34020，10500分别为碳和硫的发热值）灰渣显热：（0.94为灰渣的比热）热损失（取燃料发热量的8%）:合计：积蓄在煤层中的热量：吹风效率：热量平衡表：表3.7热量平衡表（kJ）进项出项燃料热值2847600吹风气热值684852燃料显热2625干吹风气显热489984干空气显热17225吹风气中水汽的焓32599空气中水汽的焓37418带出物热值60060带出物显热1260灰渣中可燃物热值75709灰渣显热2858热损失227808积蓄在煤层中的热量1329738合计2904868合计2904868制气阶段的计算（以100kg入炉燃料为基准）物料衡算①每Nm3半水煤气中含有的元素量CHONS②由碳平衡计算半水煤气产量：③由氮平衡计算氮空气用量：氮空气中含水汽量：④氢平衡已知和假设数据上行半水煤气产量为上行半水煤气中含水蒸汽量为上、下吹蒸汽用量相等各为下行半水煤气产量为下行半水煤气中含水蒸汽量为为方便计算，假设上、下吹气体成分相同，上、下吹氮空气作为均匀加入计。上行制气阶段氢平衡（以千克计）进项：燃料带入氢量：水蒸汽带入氢量：氮空气中水蒸汽含氢量：合计：出项：半水煤气中氢量：0.03944X半水煤气中水汽含氢量：合计：0.0672X平衡：（3-1）下行制气阶段氢平衡进项：燃料带入氢量蒸汽带入氢量氮空气中水汽含氢量：合计：出项：半水煤气中氢量:半水煤气中水汽含氢量:合计：平衡：（3-2）解方程（3-1）和（3-2）得：由此得：上行半水煤气产量：上行半水煤气产量占总产量的百分数：下行半水煤气产量：下行半水煤气产量占总产量的百分数：上行半水煤气中水蒸汽量：下行半水煤气中水蒸汽汽量：合计：蒸汽总耗量：上吹蒸汽分解率：下吹蒸汽分解率：平均蒸汽分解率：⑤氧平衡进项：燃料中带入氧量：蒸汽带入氧量：氮空气中氧含量：氮空气中水汽含氧量：合计：出项：半水煤气中氧量：半水煤气中水汽含氧量：合计:误差：⑥硫平衡进项：燃料带入硫量：合计：出项：半水煤气中含硫量：热量衡算进项：燃料热值：燃料显热：蒸汽的焓：（2730、3595分别为上行蒸汽和下行蒸汽的焓）[9]。干氮空气显热：（1.30为空气的比热）氮空气中水汽的焓：（2564为水蒸汽的焓）合计：出项：半水煤气热值：1标准m3半水煤气热值为：干半水煤气的显热：上行半水煤气比热：下行半水煤气比热：半水煤气中水汽的焓：（3696、2890分别为600℃和200℃蒸汽的焓）[26带出物热值：带出物显热：（1.05为带出物的比热）灰渣中可燃物热值：（34020、10500分别为碳和硫的热值）[26]。灰渣显热：（0.97为灰渣的比热）[24]。热损失（取燃料发热值的8%）合计：需从煤层中吸取的热量：制气效率：表3.8热量平衡表（kJ）进项出项燃料热值2847600半水煤气热值3379544燃料显热2625干半水煤气显热204107蒸汽的焓681012半水煤气中水汽的焓361927干氮空气显热2340带出物热值60060氮空气中水汽的焓5084带出物显热1260从煤层中吸取热量874804.74灰渣中可燃物热值75709灰渣显热2950.74热损失227808合计4413465.74合计4413465.743.3总过程计算①燃料使用分配设100kg燃料用于制半水煤气为Xkg根据热量平衡得：每100kg燃料用于制半水煤气为60.32%，用于制吹风气未39.68%②每100kg燃料的生产指标吹风气产量：半水煤气产量：氮空气消耗量：蒸汽消耗量：吹风时空气消耗量：总过程效率：③物料衡算碳平衡进项：燃料中碳含量：合计：出项：半水煤气中碳含量：吹风气中碳含量：合计：误差：氢平衡进项：燃料中氢含量：空气中水汽含氢量：氮空气中水汽含氢量：蒸汽含氢量：合计：出项：半水煤气中氢含量：半水煤气中水气含氢量：吹风气中含氢量：吹风气中水汽含氢量：合计：误差：氧平衡进项：燃料中氧含量空气中氧含量：蒸汽中含氧量：空气中水汽含氧量：氮空气中水汽含氧量：氮空气中氧量：合计：出项：半水煤气中氧含量：半水煤气中水汽含氧量：吹风气中氧含量：吹风气中水汽含氧量：合计：误差：氮平衡进项：燃料中氮含量：空气中氮含量：氮空气中氮含量：合计：出项：半水煤气中氮含量：吹风气中氮含量：合计：误差：硫平衡进项：燃料中硫含量：出项：吹风气中硫含量：半水煤气中硫含量：合计：误差：④热量衡算进项：燃料热值：燃料显热：干空气显热：空气中水汽的焓：（2564水蒸气的焓）干氮空气显热：氮空气中水汽的焓：蒸汽的焓：合计：出项：吹风气热值：干吹风气显热：吹风气中水汽的焓：半水煤气热值：干半水煤气显热：半水煤气中焓:带出物热值：带出物显热：灰渣中可燃物热值：灰渣显热：热损:（取燃料发热的8%）合计：误差：⑤配气计算配气量计算：半水煤气中（CO＋H2）：N2取3.1：1吹风气中CO＋H2：N2：半水煤气中CO＋H2：N2：设每标准水煤气中配入吹风气量为100千克燃料制气时半水煤气产量为208.10Nm3需配入吹风气量为：100千克燃料实际可制得半水煤气量为：实际半水煤气组成体积%:CO2O2COH2CH4N2⑥消耗定额（按每吨氨计算）每吨氨耗半水煤气燃料：折合含碳85%的燃料为：蒸汽：3.4设备计算与选型煤气化技术是世界上第一个大型工业化洁净煤技术工程，该工程的投产将对世界能源格局发展产生巨大影响。煤气化化，是将适合于液化工艺的煤制成煤浆，在煤气化发生炉中反应制成气体，再经过加压、变换、脱硫、脱碳等工艺的组合将粗煤气加工成合格的原料气[21]。煤气化发生炉则是整个煤炭气化厂的核心设备。3.4.1设计参数根据工艺要求(按照UGI煤气发生炉的工艺设计)，Φ3000mmU.G.I型煤气发生炉的工艺指标（见表3.9）。表3.9Φ3000mmU.G.I型煤气发生炉的工艺指标工艺参数生产能力6500～7500m3/h燃料消耗量3.1～4.5t/h炉体内径Φ3000mm夹套锅炉受热面积19m2炉篦形式宝塔式灰盘转速0～1410r/min炉灰盘传动电动机J02-41-4.4千瓦炉灰盘传动减速机PM350-IV-2g夹套锅炉蒸汽压力40～60千帕（表压）设备外形尺寸（长×宽×高）7235×4497×10700mm炉膛高度4970mm有效容积20m3煤气出口内径Φ1050mm高径比2:1空气与蒸汽比1:23.4.2设计选材临氢操作的压力容器按AIPRP941中的纳尔逊曲线来选择合适的材料。它表示了钢材在临氢条件下的使用界限,是目前设计和使用单位为加氢设备选择材料的基础。根据温度和氢分压确定:壳体用钢锻件，根据腐蚀要求壳体内壁堆焊TP309L材料，表层堆焊TP347L材料，内件材料用347型不锈钢。设计规范BJ4372《钢制压力容器分析设计标准》[20]。由于壳体所用材料钢锻件，而此材料尚未列入我国压力容器标准，因此在初步设计计算中主要参照了ASME锅炉及压力容器标准ASME第1卷A、C、D分篇[15]。设备图如图3.1所示。图3.1UGI煤气发生炉3.4.3制造技术要求的确定制造技术要求是制造的文件依据.也是判定最终制造结果是否合格的依据。在制造工艺要求的基础上，依据ASME锅炉及压力容器标准中的有关规定，同时参考美国石油协会标准API934的相关规定，编制了严格的工程技术条件，对材料、焊接、制造方法及无损检测等提出了明确要求，确保设备的质量要求，特别是在国内首次大量采用TOFD多通道自动检测技术，促进了这一先进技术在国内的推广。3.4.4施工设计与总体制造方案完善的施工设计是制造的良好基础，由于设备的规格过大，在设计中对很多结构尺寸进行详细的力学分析计算来确定，同时在结构设计中完成制造工艺方案的确定，保证设计的工程可行性和经济合理性[17]。在密封结构选择上，首次在大型反应器上采用了GRAY—LOCK法兰连接形式，该结构在高温高压的条件下密封性能更可靠，同时与常规的环连接面密封形式相比，具有结构紧凑，重量轻，螺栓数量少，螺栓力低，拆装方便等特点，给实际操作及检修工作带来更大的便利。3.4.5煤气炉指标计算Φ3000mmUGI煤气发生炉每台每小时产水煤气7500Nm3。已知条件：①循环周期及各阶段时间分配 表3.10循环周期及各阶段时间分配程序吹风上吹下吹二次上吹吹净合计%26263684100秒46.846.864.814.47.2180②根据计算所得：生产量：吹风气产量：半水煤气产量：加氮水煤气：消耗量：空气消耗：蒸汽量：③每个循环平均产气量：吹风空气流量（吹净时风量为吹风量的70%左右）：水蒸汽流量：上吹（包括二次上吹）：下吹：吹风气流量:上行煤气流量:下行煤气流量:关于上面计算有以下几点说明：①以上流量未考虑滤、漏损失。②煤气产量在加煤后各循环中并不相同，以上指标是平均值。3.4.6煤本设计采用Φ3000mm的UGI已知条件：每小时产半水煤气量（年产100万吨合成氨厂，每吨氨需3300m3的半水煤气。由于设备检修等原因，全年生产时间不可能为365天，取300天计。台数的确定:①炉堂面积②生产强度③台数的确定煤气炉在生产中加入煤和除灰要停车，一天的生产时间没有24小时，实际生产时间取22小时，另外，由于气化炉不能长期达到最大产气量，取富裕系数为0.95，则：取76根据需要备用煤气炉2台，所以本设计共有煤气发生炉78台。结论煤气化是“能源战略技术”。我国煤炭资源丰富，煤种齐全，煤炭液化技术，对发挥资源优势，优化终端能源结构，补充国内石油供需缺口有着现实和长远的意义。德士古（UGI）常压固定床间歇气化工艺的特点在于其排渣和加料是间断的，煤层在气化过程中是静止不动的，随着气化反应的进行，以温度划分的各区域将逐渐上移，必须经过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到原来的位置。采用热稳定性好、机械强度高、不粘结、粒度均匀、水分较少、灰分和挥发分不高、灰分熔点较高的原料，本设计采用粉煤加工的型煤。半水煤气是生产合成氨的原料气，在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≥3.2。煤气炉内燃料各层之间并没有严格的界限，即没有明显的分层，各层高度随燃料的种类性质和气化条件不同而异；该工艺要求炉温范围1000～1200℃、吹风速度以不使炭层出现风洞为限、合适的燃料层高度以及适宜的蒸汽用量。工艺流程选择利用吹气持有热和上行煤气显热的流程，这是我国目前广泛使用的一类流程，它可使大部分的废热得以回收利用，适用于炉径大于2740mm。在煤气炉的物料衡算中，进项为100千克入炉燃料，出项包括灰分、干料、不可燃物共计99.99千克，误差为0.01%；能量衡算中，进项包括燃料热值、空气中水汽的焓、干空气显热、燃料显热共计2904868千焦，出项包括吹风气热值、带出物热值、吹风气中水汽的焓、干吹风气显热等共计1575130千焦，其差值1329738千焦为积蓄在煤层中的热量；在制气阶段，分别对碳、氢、氧、氮、硫元素进行了衡算；热量衡算中，进项包括燃料热值、燃料显热、蒸汽的焓、氮空气中水汽的焓、干氮空气显热共计3538661千焦，出项4413465.74千焦,其差值874804.74千焦为从煤层中吸取的热量，进而得制气效率为80.18%；在配气计算中，100千克燃料实际可制得半水煤气量为230.82m3，半水煤气的实际组成为CO28.39%、O20.21%、CO29.59%、H239.10%、CH40.56%、N222.16%。设备计算中，选用Φ3000mmUG最终还是由于我们所掌握的有关煤化工方面的文献资料不够全面，加之自身知识水平有限，缺乏一定的实际工作经验，论文中不免存在问题，敬请读者指正。参考文献[1]王燕芳.化肥造气型煤技术发展现状[J].洁净煤技术，1998，4（2）：12-14.[2]张建生，崔智勇.关于型煤产业发展现状的几点看法[J].煤炭工程，2004，10（5）：59-60.[3]王学先，田青，侯立刚，程国强.气化型煤新技术的应用与开发[J].化肥工业，2004，31（6）：41-43.[4]张红雨.气化型煤粘结剂[J].应用科技，2001，28（1）：43.[5]李永恒.造气动技术问答[M].天津科学技术出版社，1999.[6]张成芳.合成氨厂工艺技术与节能[M].华东化工学院出版社出版，1990，4.[7]张德祥.气化型煤研制与其粘结剂筛选[J].煤化工，2000，4（3）：9-11.[8]沙兴中，杨南星.煤的气化与应用[M].华东理工大学出版社出版.[9]梅安华.小合成氨厂工艺技术与设计手册（上册）[M].化学工业出版社出版.[10]李耀刚.煤气发生炉的热量衡算与工艺操作优化[J].化肥工业，2000，27（4）：2-28.[11]高俊，韩锦德，徐桂芹.气化型煤的技术经济分析[J].洁净煤技术，1999，5（4）：16-18.[12]王利斌，陈明波，贺茂臣.化肥造气用热压型煤的研究[J].煤炭科学技术，2003，31（6）：28-30.[13]曹华岳.固定床间歇式煤气发生炉系统的增产节能[J].化肥工业，1998，25（4）：6-28.[14]周建军.Φ3000mm造气炉运行总结[J].化肥设计，2005，43（4）：43-45.[15]刘洪峰.固定层间歇式Φ3000mm煤气炉系统改造总结[J].小氮肥，2006，24（6）：24-26.[16]刘绍斌.Φ3000mm锥形造气炉改造运行总结[J].氮肥技术，2007，28（4）：45-48.[17]叶亚成，肖志强，陈惠周.Φ3000mm造气炉改造小结[J].福建化工，2005，27（4）：31-34.[18]林大钧，于传浩，杨静.化工制图[M].北京：高等教育出版社，2007，8.[19]许志伟，王素荣.煤气发生炉操作工艺的优化[J].石油和化工节能，2007，26（1）：16-19.[20]刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础[M].大连理工大学出版社出版.[21]朱咏梅.煤气发生炉的使用要点和节能方法[J].陶瓷，2006，15（3）：27-29.[22]厉玉鸣.化工仪表及其自动化[M].北京：化学工业出版社，2006，5.[23]柴诚敬.化工原理（上、下册）[M].北京：高等教育出版社，2005，6.[24]钟蕴英，关梦嫔，崔开仁，王惠中.煤化学[M].中国矿业大学出版社出版，1988，7.[25]李永恒.浅谈固定层煤气发生炉系统的增产节能[J].化肥工业，1990，14（4）：17-23.[26]郭树才.煤化工工艺学[M].化学工业出版社出版，1991，3.[27]陈德祥，陈秀.煤化工工艺学[M].煤炭工业出版社出版，1998，2.[28]黄璐，王保国.化工设计[M].北京：化学工业出版社，2001，2.目录第一章总论11、项目名称及承办单位12、编制依据43、编制原则54、项目概况65、结论6第二章项目提出的背景及必要性81、项目提出的背景82、项目建设的必要性9第三章项目性质及建设规模131、项目性质132、建设规模13第四章项目建设地点及建设条件171、项目建设地点172、项目建设条件17第五章项目建设方案251、建设原则252、建设内容253、工程项目实施33第六章节水与节能措施371、节水措施372、节能措施38第七章环境影响评价391、项目所在地环境现状392、项目建设和生产对环境的影响分析393、环境保护措施……404、环境影响评价结论……………..……………42第八章劳动安全保护与消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防设施…………...45第九章组织机构与人力资源配置461、组织机构462、组织机构图46第十章项目实施进度481、建设工期482、项目实施进度安排483、项目实施进度表48第十一章投资估算及资金筹措491、投资估算依据492、建设投资估算49目录TOC\o"1-2"\p""\h\z\u第一章总论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 31.3主要技术经济指标 41.4研究结论及建议 4第二章项目建设的背景和必要性 62.1项目建设的背景 62.2项目建设的必要性 8第三章项目服务需求分析 11第四章项目选址与建设条件 134.1选址原则 134.2项目选址 134.3建设条件 144.4项目建设优势条件分析 PAGEREF_To