年产18万吨合成氨造气工段设计

摘要本项目对年产18万吨合成氨造气工段进行了工艺设计。通过比较几种合成氨的造气工艺，最后确定使用固定床间歇式气化技术，采用空气和水汽两种气体作气化剂在固定的燃料层中交替进行使燃料气化得到半水煤气，本设计对合成氨造气工段进行了工艺计算，还对主要设备进行了计算及选型，使用CAD绘制出带控制点的工艺流程图，主要设备图，车间布置图。然后进行厂址选择、经济核算并且给出了三废处理的方案，最后对项目安全环保进行评估。关键词：合成氨；造气工段；固定床间歇气化法；工艺设计；煤气发生炉；

AbstractInthisproject,theprocessdesignoftheammoniagasificationsectionwithanannualoutputof180,000tonswascarriedout.Bycomparingseveralgasificationprocessesofsyntheticammonia,thefixedbedintermittentgasificationtechnologyisfinallydetermined.Thetwogasesofairandwatervaporareusedasgasificationagentstogasifythefuelinafixedfuellayertoobtainsemi-watergas.Inthisdesign,theprocesscalculationoftheammoniagasificationsectioniscarriedout,andthemainequipmentiscalculatedandselected.Theprocessflowdiagramwithcontrolpoints,themainequipmentdiagramandtheworkshoplayoutdiagramaredrawnbyCAD.Thenthesiteselection,economicaccountingandthethreewastetreatmentschemearegiven.Finally,thesafetyandenvironmentalprotectionoftheprojectareevaluated.Keywords：Ammonia；Gasificationsection；Fixedbedintermittentgasificationmethod；Processdesign；Gasgenerator;目录第1章绪论 11.1氨的概述 11.1.1氨的物理性质 11.1.2化学性质 21.2煤气化发展史 21.3煤气化技术发展趋势 31.3.1提高煤气化技术与煤种的适应性 31.3.2优化气化废渣处置技术及资源化利用 31.4课题提出的背景和意义 41.5本项目设计的工作内容和安排 4第2章生产方法的选择及论证 52.1生产方法的介绍 52.1.1气流床气化技术 52.1.2固定床气化技术 52.1.3熔化床气化技术 52.1.4流化床气化技术 62.2生产方案的选择及论证 6第3章常压固定床间歇气化法 73.1固定床气化法的特点 73.2半水煤气制气原理 73.3发生炉内燃料分布情况 83.4间歇式气化的工作循环 83.5间歇式制半水煤气工艺流程 9第4章工艺计算 114.1煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算 114.2物料及热量衡算 134.2.1物料衡算 134.2.2热量衡算 144.2.3吹风效率 154.2.4热量平衡表 154.3制气阶段的计算 164.3.1物料衡算 164.3.2热量衡算 184.4总过程计算 204.4.1燃料使用分配 204.4.2每100kg燃料的生产指标 204.4.3物料衡算 204.4.4热量衡算 224.5配气计算 234.6吹净时间核算 234.7废热锅炉的热量衡算 244.7.1设已知条件 244.7.2热量衡算 264.7.3热量平衡和总固体平衡 28第5章设备计算 305.1煤气炉指标计算 305.2煤气台数的确定 315.3空气鼓风机的选型及台数确定 31第6章设备选型及一览表 336.1Φ3米U.G.I型煤气发生炉 336.2燃料室 336.3洗气箱 346.4索尔维式废热锅炉 356.5填料式洗涤塔 366.6煤气发生炉自动加煤机 376.710000m3螺旋式气柜 376.8集尘器 38第7章厂址选择及车间布置简述 397.1厂址选址 397.2车间布置 39第8章经济核算 418.1人员工资 418.2总投资计算 418.2.1固定资金 418.2.2建设期贷款利息 438.3成本计算 43第9章三废治理方案 449.1废水治理 449.2固体废物治理 449.3废气治理 44第10章环境评价及安全保护 4510.1环境评价 4510.2安全保护 45第11章结论 46参考文献 47致谢 48附录 49绪论氨是化工行业广泛使用的一种原料，在铵盐、纯碱、化肥和硝酸等生产中被广泛应用。其中的合成氨工业更是推动化工行业发展进步的核心产业之一。氨的具体应用范围很广，对于推动国民经济发展具有关键作用，尤其在农业生产领域的价值更为突出。在农业生产中，氨主要用于生产肥料，而液氨则可以直接应用于农业施肥，无需加工处理。就产品而言，氨可用于制备多种化肥，包括硝酸铵、碳酸氢铵、钾肥、尿素以及磷酸铵等，应用范围广泛。除农业领域外，氨在工业生产中也发挥着重要作用。通常在工业中，使用得最多就是硝酸，硝酸是通过氨制得。生产硝酸的重要原料就是氨，所以氨在工业中占据了很大的一席之地，同时，硝酸也是一些炸药的主要化学前体，是安全系数很高的炸药。氨及相关产品在多个行业中都发挥着重要的作用，离开它们这些行业的生产将无法进行。在塑料及化学纤维工业中，氨被广泛应用于聚酰胺6、内酰胺、聚酯纤维等的生产过程中。在化肥生产过程中，尿素以及硝酸也需要用到氨。此外，在日常生活中，氨也是制冷系统中必不可少的制冷剂之一。氨的概述氨的物理性质氨的分子式为NH3，其物理性质如表1.1。表1.1氨的物性参数项目参数密度0.771沸点（℃）-33.34熔点（℃）-77.73闪点（℃）-54相对分子质量17相对密度0.5971溶解度（cal/cm3）49.567折光率1.325临界因子0.242临界压力（Mpa）11.2临界温度（K）405.65偶极矩1.46898化学性质氨是一种碱性物质。它可以与酸反应，形成盐和水。例如，氨和盐酸反应可以生成氯化铵。氨可以与许多金属形成盐，如氨合铜离子和氨合镍离子等。氨可以与许多有机化合物反应，如与酰氯反应可以生成酰胺。此外，氨还可以与羧酸反应，生成羧酸盐。氨可以被氧化成为氮气和水，这个反应通常需要高温和高压。例如，氨在催化剂存在下可以被氧化成为氮气和水，这个反应被称为氨氧化反应。氨可以发生加成反应，如与二氧化碳反应可以生成尿素。此外，氨还可以与卤代烃发生亲核取代反应。总之，氨具有多种化学性质，包括碱性、与酸反应、与金属反应、与有机化合物反应、氧化反应、加成反应以及形成氢键等。这些性质使得氨在许多领域都有着广泛的应用，例如制造肥料、合成化学品、制造塑料和纤维等。煤气化发展史随着钢铁工艺的发展，从18世纪开始，英国人开始致力于在各地去寻找煤炭资源。用煤炭来炼钢，但是炼制过程中出现了一系列的问题，煤中的硫和氮成分进入钢材中，会影响钢材的品质。煤气化是一种将煤转化为可燃气体的过程，它的发展历史可以追溯到19世纪末。煤气化的早期发展始于19世纪末，当时煤气被用作照明和加热的燃料。最初的煤气化厂是在英国建造的，这些厂使用煤来生产煤气，并将其输送到城市中心的煤气灯和煤气灶中使用。这种煤气化技术被称为城市煤气化，它是一种将煤转化为一种可燃气体的过程，这种气体主要由一氧化碳、氢气和甲烷组成。城市煤气化的发展在20世纪初达到了高峰，但是随着电力的普及，煤气的需求逐渐下降。在20世纪30年代，煤气化技术开始转向工业应用，这种技术被称为工业煤气化。工业煤气化的发展始于20世纪30年代，当时煤气被用作工业燃料和化学原料。20世纪40年代，煤气化厂的规模和生产能力得到了大幅提升。这种技术在二战期间得到了广泛应用，因为它可以生产出足够的燃料和化学原料来支持战争需求。在战后，工业煤气化技术继续得到发展，它被用于生产合成氨、合成甲醇、合成油和其他化学品。尽管煤气化技术在20世纪40年代和50年代得到了大幅发展，但是随着石油和天然气的普及，煤气化技术逐渐被淘汰。石油和天然气更加便宜、更加易于储存和运输，这使得煤气化技术的应用范围受到了限制。在20世纪70年代和80年代，煤气化技术的应用进一步受到了限制，因为这种技术产生的废气和废水对环境造成了极大的污染。随着环保意识的提高和能源安全的重视，煤气化技术在21世纪得到了复兴。现代煤气化技术可以将煤转化为高质量的燃料和化学品，同时减少废气和废水的排放，对环境的影响得到了极大的改善。现代煤气化技术包括直接煤气化和间接煤气化两种方式。直接煤气化是将煤直接转化为气体，而间接煤气化是先将煤转化为液体或固体燃料，再将其转化为气体。现代煤气化技术可以生产出高品质的燃料和化学品，如合成天然气、合成油、合成甲醇、合成氢等。煤气化技术的发展对能源产业产生了深远的影响。煤气化技术发展趋势提高煤气化技术与煤种的适应性当前，煤气化技术都有差别，对煤质的要求存在差异，因此不存在一种适用于所有煤种的气化技术。因此，在未来的发展过程中，应该根据不同的气化技术所对与不同煤质的要求，有目的性地去改进现有的煤气化技术或开发适用于相关煤种的煤气化技术。通过查阅织金矿区高阶无烟煤的地质勘探资料，我们发现织金矿区高阶无烟煤与粉煤加压气化技术更加匹配，这可以有效避免降低织金无烟煤的利用价值并且减少额外的经济投入。在未来煤气化发展过程中，应注重提升技术的适用性，而不应该盲目注重技术的先进性。同时，可以考虑将三高煤与优质煤进行配煤使用，以提升经济性。此外，还可以通过加入石灰石、石英砂等黏土助熔剂来改善煤灰黏温特性及灰熔融温度REF_Ref29983\w\h[1]，进而有利于液态排渣过程。优化气化废渣处置技术及资源化利用气化渣是指煤气化过程中产生的固体废弃物，它包含着大量的有机和无机物质。在过去，气化渣通常被视为废弃物，直接堆放或填埋，导致了严重的环境污染。但是随着环保意识的提高，人们开始研究气化渣的资源化利用。国际上对于气化渣资源化利用的相关研究主要集中在以下四个方面：煤气化渣的水泥化利用，煤气化渣的主要成分是二氧化硅、氧化铝和氧化钙等，这些物质可以与水泥原料中的石灰石和粘土等成分反应，形成水泥熟料。煤气化渣的水泥化利用可以减少对天然资源的依赖，同时减少废渣的堆放和填埋，对环境具有积极的影响。煤气化渣的土壤改良利用煤气化渣中含有大量的有机和无机物质，可以作为土壤改良剂使用。煤气化渣可以改善土壤的结构和质量，增加土壤的肥力和保水性，促进植物的生长和发育。煤气化渣的土壤改良利用可以提高土地的利用价值，同时减少废渣的堆放和填埋，对环境具有积极的影响。煤气化渣的建材利用煤气化渣可以作为建筑材料使用，如砖块、混凝土等。煤气化渣可以与其他材料混合使用，形成高强度、高耐久性的建筑材料。煤气化渣的建材利用可以减少对天然资源的依赖，同时减少废渣的堆放和填埋，对环境具有积极的影响。煤气化渣的能源利用煤气化渣中含有大量的有机物质，可以作为生物质能源的原料。综上所述，国际上对于气化渣资源化利用的研究主要集中在煤气化渣的水泥化利用、土壤改良利用、建材利用和能源利用等四个方面。这些研究不仅可以减少废渣的堆放和填埋，对环境具有积极的影响，同时也可以提高资源利用率，促进可持续发展。课题提出的背景和意义随着石油，天然气的价格上涨，数量减少，又因为煤储量大分布广泛且便宜廉价那么使用煤来制气的方法是必要的，近几年湖南省岳阳市的合成氨厂已经广泛运用煤来制气，所以研究煤气化技术是极其有意义的。本项目设计的工作内容和安排1、2022年12月进行毕业综合训练的选题，接受毕业综合训练的任务书；2、2023年1月查阅有关文献资料，论证工艺方案，确定工艺流程；3、2023年2月进行物料衡算和热量衡算；4、2023年3月进行典型标准设备的选型和设计，非标设备的选型、设计和计算，其他重要设备或辅助设备的设计及选型；5、2023年4月绘制带控制点的工艺流程图、典型设备图、车间平面布置图和车间立面布置图；6、2023年5月进行厂址选择、经济核算、三废处理、安全生产技术、社会效益及环境评价，撰写设计说明书，准备答辩。

生产方法的选择及论证生产方法的介绍煤气化技术可分为许多种，具体分为以下两种：1.按照供暖方式：热载体加热；直接加热（通过一个并行的反应器实现）；间接加热；局部气化。2.按照反应器的种类：气流床，熔化床，固定床，流化床REF_Ref12468\w\h[8]。以下是对这几种煤气化方法简单的介绍。气流床气化技术气流床气化技术具有高效能、低排放、适用范围广等优点，因此在能源利用、废弃物处理和环境保护等领域得到了广泛应用。气流床气化技术的原理是利用高速气流对固体燃料进行加热和气化。气流床气化设备主要由气化器、气体分离器、灰渣分离器等组成。在气化过程中，固体燃料被加入气化器中，同时高速气流被喷入气化器，通过燃烧反应加热固体燃料，使其发生气化反应，生成可燃气体。随后，气体分离器对气体进行分离和净化，去除其中的灰尘和有害物质，最终得到高品质的可燃气体。气流床气化技术具有以下优点：气流床气化技术具有高效能的特点，由于气化器中的固体燃料与高速气流充分混合，因此气化反应速度快，能够在较短时间内将固体燃料转化为可燃气体。其次，气流床气化技术的排放物少，对环境污染小。在气化过程中，气体分离器可以有效地去除气体中的灰尘和有害物质，使得气体排放量大大减少。固定床气化技术固定床煤气化技术是一种将煤转化为合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）的化学过程。固定床煤气化技术是指将煤在高温和高压的条件下，通过气化反应转化为一氧化碳、一些杂质气体和残留炭等物质的混合气体REF_Ref13226\w\h[4]。气化反应在固定床反应器中进行，煤经过预处理后，被送入反应器中，同时加入水蒸气和氧气，通过高温和高压的气化反应，将煤转化为合成气。反应器中填充有催化剂，可以提高反应速率和气化效率。固定床煤气化技术的工艺流程主要包括煤的预处理、气化反应、气体净化和气体利用等步骤。熔化床气化技术熔化床气化技术通过在高温和高压条件下将固体燃料熔化，使其转化为可燃气体，如合成气和水蒸气。熔化床气化技术的原理是将固体燃料加入熔化床中，通过加热和压力作用使其熔化，随后加入氧气或水蒸气等气体，使其与熔融的固体燃料发生气化反应，生成可燃气体。熔化床气化技术的设备主要由熔化床、气体分离器、灰渣分离器等组成。在气化过程中，气体分离器对气体进行分离和净化，去除其中的灰尘和有害物质，最终得到高品质的可燃气体。 流化床气化技术流化床技术在能源利用、废弃物处理和环境保护等领域得到了广泛应用。在流化床气化过程中，固体燃料与气体流充分混合，固体燃料表面积大，传热传质效率高，因此气化反应速度快，能够在较短时间内将固体燃料转化为可燃气体。其次，流化床气化技术的排放物少，对环境污染小。在流化床气化过程中，气体中的灰尘和有害物质可以通过床层内的循环颗粒物质进行吸附和捕集，使得气体排放量大大减少。适用范围广，可以对各种类型的固体燃料进行气化，如木材、秸秆、煤炭、废弃物等。因此，流化床气化技术可以应用于能源利用、废弃物处理和环境保护等领域。生产方案的选择及论证若采用上述技术，需要大量的投入和能源消耗。常压固定床气化技术需要使用的无烟块煤或焦炭价格较高，对原料煤的要求高，而且资源利用率较低。固定床煤气化技术相对于其他气化技术来说的确有一些缺陷和技术方面的落后。但是，由于其技术相对成熟，因此在我国的基本国情和实际情况下，提出了一种间歇式煤气化工艺方案。这种煤气化工艺采用固定床气化炉，以低温气化为主，利用间歇式进料和排渣的方式，提高了工艺的稳定性和效率。

常压固定床间歇气化法固定床气化法的特点固定床煤气化炉的特点是造气炉内气体流速比较缓慢，在使用煤作为原料时，要求其具有高活性、高灰熔点和高热稳定性等特点。在固定床气化炉中，煤层会逐渐升温，直到达到最高温度。在间歇排渣和加炭后，各部位都会回复到原有状态REF_Ref12367\w\h[6]。煤层中心的温度最高，而外围的温度较低。整个气化过程中，温度的均匀性和稳定性对于煤的气化效率和煤气质量有着重要的影响。半水煤气制气原理表3.1以空气为气化剂主要反应方程序号反应方程式1C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）2C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）3C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2）42C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2表3.2以水蒸汽为气化剂主要反应方程式序号反应方程式1C＋H2O（汽）=CO＋H22C＋2H2O（汽）=CO2＋2H23CO＋2H2O（汽）=CO2＋H242H2＋O2=2H2O（汽）5C＋H2=CH46CO＋3H2=CH4＋H2O7CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）汽化炉燃烧层的化学反应：半水煤气的成分取决于反应热平衡。需要达到的比率，但在实际生产中，需要采用半水气体。发生炉内燃料分布情况灰渣层氧化层干馏层干燥层还原层灰渣层氧化层干馏层干燥层还原层图3.1燃料层分区示意图燃料层可以分为5个区域。（1）干燥层干燥层用来去除煤棒中的部分水分是它的主要作用，去除煤表面的外表水以及吸附在煤结构体毛细孔中的吸附水分REF_Ref30058\w\h[2]（2）干馏层干馏层主要用于进行煤的低温干馏，从而馏出部分干馏煤气、焦油和小分子烃。（3）还原层还原层的作用是进行碳的还原反应，从下到上，含多种气体的还原层气化剂REF_Ref30619\w\h[3]。（4）氧化层氧化层的主要作用是进行碳的氧化反应同时氧化层还能够蓄积热量（5）灰渣层灰渣层位于炉箅上方，具有保护炉箅和预热气化剂的作用间歇式气化的工作循环采用间歇气化的5个步骤：（1）吹风阶段：通过向气化炉中注入氧气或空气，促进气化反应的进行，使固体燃料中的碳和水分转化为可燃气体（2）上吹制气阶段：在此阶段，气化反应已经达到高峰，通过向气化炉中注入气化剂（如空气或氧气），促进气化反应的进行，使固体燃料中的碳和水分转化为更多的可燃气体。此外，上吹制气阶段还可以控制气化反应的温度和速率，以确保产生的可燃气体的质量和数量。（3）下吹气阶段：蒸汽通过加热的气化层REF_Ref12798\w\h[10]，使气化层向下运动，所产生的水蒸气从炉渣中流出，使其降温。（4）二次吹气阶段：将剩余的气体继续排出去REF_Ref12742\w\h[9]，用来避免炉底爆炸。（5）净化阶段：与吹气阶段大致相同，不使用蒸汽图3.2间歇制半水煤气各阶段气体流向表3.3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间歇式制半水煤气工艺流程间歇式制半水煤气的煤气发生炉是该工艺的关键设备之一，其作用是将煤炭和气体反应生成半水煤气。煤气发生炉是一种高温反应设备，通常由炉体、炉膛、炉喉、炉顶、进料装置和出料装置等组成。其工作原理是将煤炭和气体在高温下进行热解反应，生成一系列气体，同时也会产生煤焦油和废水等副产物。煤气发生炉的炉膛通常采用倒置式结构，即炉膛下部较宽，上部较窄，以保证煤炭和气体充分混合和反应。炉喉和炉顶则用于控制反应的压力和温度。煤气发生炉的操作条件对于半水煤气的产量和质量具有重要影响。在反应过程中，需要加入适量的水蒸气来调节反应产物的比例，以产生更高的氢气含量。此外，煤气发生炉的设计和结构也会影响反应效果，例如炉体的材料、炉膛的尺寸和形状、炉喉和炉顶的结构等。为了提高半水煤气的产量和质量，煤气发生炉的运行还需要进行一系列的控制和调节。例如，需要控制煤炭的进料速度和粒度，以及气体的流量和成分。同时，还需要对反应温度、压力、水蒸气的加入量和炉内气体的混合程度等进行实时监测和调节，以确保反应的稳定性和高效性，煤气发生炉的设计和制造技术也在不断发展和改进REF_Ref12367\w\h[6]。以下是间歇生产半水煤气的流程：图3.3间歇式制半水煤气的工艺流程1.鼓风机；2.煤气发生炉；3.废热锅炉；4.烟囱；5.洗气箱；6.洗涤塔；7.气柜从图3.3可以得出这个流程，炉顶有加煤装置，制气时将无烟煤装入炉内，在吹风过程中，空气从炉底吹入，至下而上来提高煤层温度。然后将吹风气放空，然后切断空气，送入蒸汽进行制气反应，通过一次上吹REF_Ref12230\w\h[5]和下吹过程能让煤层温度趋于均匀，制得半水煤气。二次上吹以及空气吹净则是为了将管道中残余的煤气吹走，以防爆炸为下一步吹风创造条件。在蒸汽吹制气体的过程中，废热锅炉利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽，由于煤气温度较低因此可以通过洗气箱和洗涤塔将其直接送至气柜。

工艺计算煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算已知条件的确定:表4.1入炉煤组成，重量%CHONSAW合计78.131.320.430.770.5113.245.610082.51.660.470.800.5714.000100燃烧热值28476KJ/kg（1）吹风气的组成表4.2组成体积%CO2O2COH2CH4N2合计H2S16.550.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3（2）半水煤气实际的组成，体积%表4.3半水煤气组成体积%CO2O2COH2CH4N2合计H2S7.50.2032.10440.5416.661001.45g/Nm3（3）各物料进出炉的温度表4.4各物料参数物料参数空气25℃相对湿度70%空气含水汽量0.0135kg（水汽）/kg（干汽）上行煤气600℃下吹煤气200℃灰渣200℃上行蒸汽120℃饱和蒸汽焓2730kJ/kg下吹蒸汽550℃（4）生产循环时间%，时间（s）表4.5生产循环时间吹风上吹下吹二次上吹吹净合计2626368410046.846.864.814.47.2180（5）计算基准：100kg入炉燃料（6）带出物数量及其组分（来源于百度范文中心Φ3600mm煤气发生炉系统工艺设计）带出物数量：5kg绝对干料带出物组分及各组分重量如表4.6。表4.6带出物数量及其组分元素组成，重量%各组分重量，kgC82.55×0.8250=4.125H1.665×0.0166=0.083O0.475×0.0047=0.0235N0.805×0.008=0.04S0.575×0.0057=0.0285灰分14.005×0.14=0.7合计1005带出物热值（7）灰渣组成及其各组分重量表4.7灰渣组成，重量%元素CSA（灰分）合计重量%1100灰渣重量,灰渣各组分重量，C=S=A灰分=合计=16.78（8）燃料中各组分损失带出物与灰渣中的总质量;C=H=O=N=S=A=（9）燃料气化后转入煤气中的元素量，kgC=H=O=N=合计：77.765计算误差：物料及热量衡算吹风阶段的计算：（以100kg入炉燃料为基准）物料衡算（1）每吹风气中含有的元素量，C=H=O=N=S=（2）由碳平衡计算吹风气量：（3）由氮平衡计算空气用量：注：0.79为在空气中所占的比例空气带入水汽量：（4）氢平衡（以kg计）进项：a燃料带入氢量：b空气中水蒸汽带入氢量：合计：出项：a吹风气中含氢量：b吹风气中水汽含量：合计：吹风气中水汽含量：每标准吹风气中水汽含量：（5）氧平衡（以kg计）进项：a燃料带入氧量：b空气中含氧量：c空气中水汽含氧量：合计：出项：a吹风气中氧量：b吹风气中水汽含氧量：合计：误差：（6）硫平衡（以kg计）进项：燃料带入硫量：出项：吹风气中含硫量：误差：热量衡算a.进项（以kJ计）（1）燃料热值：（2）燃料显热：（3）干空气显热：（4）空气中水汽的焓：合计：b.出项（以kJ计）（1）吹风气热值：其中吹风气热值为：（2）干吹风气显热：其中干吹风气显热为（3）吹风气中水汽的焓：（）（4）带出物热值：（5）带出物显热：（）（6）灰渣中可燃物热值：（7）灰渣显热：（8）热损失：（1）~（8）合计：（9）积蓄在煤层中的热量：吹风效率（积蓄在煤层中的热量/原料热值）×100%=热量平衡表表4.8热量平衡表（kJ）进项出项燃料热值2847600吹风气热值690905燃料显热2625干吹风气显热465696干空气显热16412吹风气中水汽的焓13638空气中水汽的焓22297带出物热值150150带出物显热3150灰渣中可燃物热值14475灰渣显热3190热损失227808积蓄在煤层中的热量1259582合计1858901合计2888934制气阶段的计算物料衡算（1）每半水煤气中含有的元素量，（2）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气的水蒸气含量为为了便于计算，假设上下吹气的组分相同，采用上下吹氮气体作为均匀的混合气体。上行制气期的氢平衡（单位进项：a燃料带入氢量：b水蒸汽带入氢量：c氮空气中水蒸汽含氢量：合计：出项：a半水煤气中氢量：b半水煤气中水汽含氢量：合计：平衡：式（1）下行制气阶段氢平衡（以进项：a燃料带入氢量b蒸汽带入氢量W×2/18=W/9c氮空气中水汽含氢量：合计：出项：a半水煤气中氢量b半水煤气中水汽含氢量合计：平衡：式（2）解方程（1和（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量：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：（进项：a燃料中带入氧量：b蒸汽带入氧量：c氮空气中氧含量：d氮空气中水汽含氧量：合计：出项：a半水煤气中氧量：b半水煤气中水汽含氧量：合计误差：（6）硫平衡（以kg计）进项：燃料带入硫量：合计出项：半水煤气中含硫量：热量衡算（1）进项（以计）：a燃料热值：b燃料显热：c蒸汽的焓：d干氮空气显热：e氮空气中水汽的焓：合计：（2）出项（以a半水煤气热值：半水煤气热值为：b干半水煤气的显热：c半水煤气中水汽的焓：d带出物热值：e带出物显热：f灰渣中可燃物热值：g灰渣显热：h热损失：合计：（3）需从煤层中吸取的热量（4）制气效率：（5）热量平衡表表4.9热量平衡表（kJ）进项出项燃料热值2847600半水煤气热值3213016燃料显热2625干半水煤气显热174713蒸汽的焓771650半水煤气中水汽的焓466319干氮空气显热2210带出物热值150150氮空气中水汽的焓3047带出物显热3150从煤层中吸取热量725945灰渣中可燃物热值145286灰渣显热3292热损失227808合计4353074合计4322414总过程计算燃料使用分配设100kg燃料用于制半水煤气为按照热量平衡得：每燃料制半水煤气为63.44%，制吹风气未36.56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：物料衡算（1）碳平衡（kg）进项：燃料中碳含量：合计：出项：a半水煤气中碳含量：b吹风气中碳含量：合计：误差：（2）氢平衡进项：a燃料中氢含量：1.88b空气中水汽含氢量：c氮空气中水汽含氢量：d蒸汽含氢量：合计：出项：a半水煤气中氢含量：b半水煤气中水气含氢量：c吹风气中含氢量：d吹风气中水汽含氢量：合计：误差：（3）氧平衡进项：a燃料中氧含量b空气中氧含量：c蒸汽中含氧量：d空气中水汽含氧量：e氮空气中水汽含氧量：f氮空气中氧量：合计：出项：a半水煤气中氧含量：b半水煤气中水汽含氧量：c吹风气中氧含量：d吹风气中水汽含氧量：合计：误差：（4）氮平衡进项：a燃料中氮含量：b空气中氮含量：c氮空气中氮含量：合计：出项：a半水煤气中氮含量：b吹风气中氮含量：合计：误差：（5）硫平衡进项：燃料中硫含量：出项：a吹风气中硫含量：b半水煤气中硫含量：合计：误差：热量衡算进项a燃料热值：b燃料显热：c干空气显热：d空气中水汽的焓：e干氮空气显热：f氮空气中水汽的焓：g蒸汽的焓：合计：出a吹风气热值：b干吹风气显热：c吹风气中水汽的焓：d半水煤气热值：e干半水煤气显热：f半水煤气中水汽的焓：g带出物热值：h带出物显热：i灰渣中可燃物热值：j灰渣显热：k热损取燃料发热的6%合计：误差：配气计算配气量计算：半水煤气中吹风气中半水煤气中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需配入吹风气量为：100公斤的燃料，可以得到半水气成分的真实含量百分比吹净时间核算配入半水煤气中的吃风气量：在空气中加入半水气的比例是吹气总量的百分比：吹净时的空气流量是吹风时的70%按周期计算，吹净空气量占整个吹出空气总量的百分比这两种情况相近，也就是说，在每个周期内，每个周期内的空气回收量就是空气中的空气质量，因此，确定的循环时间百分比是合理的。选用无烟煤，采用Φ3000U.表4.10已知数据循环时间及百分比程序吹风上吹下吹二次上吹吹净合计%26263684100秒46.846.864.814.47.2180按物料、热量衡算，每100千克无烟煤的产量指标生产量：加氮水煤气：半水煤气：吹风气：消耗量：吹风空气（包括吹净）蒸汽量平均每周期的半水气产量：吹风气流（吹气时的风量是吹风时的80%）:加氮空气流量：蒸汽流量：上吹蒸汽流量（包括二次上吹）：下吹蒸汽流量：吹风气流量：上行蒸汽流量：下行蒸汽流量：废热锅炉的热量衡算设已知条件（1）计算目标：利用热力平衡方法计算出所产蒸气量（2）计算依据（已知条件）（3）作为参考温度0℃的100公斤无烟块煤的计算基础（4）100公斤无烟块煤可生产231Nm3的半水气（5）上吹蒸汽分解率为：46.64%表4.11半水煤气组名称CO2COH2CH4H2SN2O2组分8.3829.5839.10.560.0222.150.21吹风气量16.556.563.340.760.05672.450.35表4.12自动机循环百分比阶段吹风上吹下吹二次上吹吹净百分比26263684（6）上吹和吹风所产生的气体在整个半水气体中所占的比例是：，Z−−上吹、二次上吹、吹净百分数和%−上、下、二次上吹、净百分数和%（7）未分解蒸气的上吹未分解蒸气的比例为：Z−未分解蒸气中的上吹未分解蒸气的比例，—上吹和二次上吹百分数，%−上、下、二次上吹百分数之和，%（8）进废锅的煤气温度：600℃，出废锅的煤气温度为200℃（9）半水煤气千克分子数：（10）100kg煤气化时需要蒸汽量：（11）水的分子量：18（12）水蒸汽在0℃时的热焓：（13）100kg煤气化时需消耗空气：（14）废锅进水温度：，产生蒸汽压力为，温度为，蒸汽焓为（15）设锅炉的用水量为，产蒸汽量为，软水进口总固体，排污水；（16）煤气与未分解蒸汽混合比热：（17）100kg煤气化时所得吹风气产量为热量衡算（1）进热：a上吹及空气吹净产生的气体显热计算：CO2=H2=CO=CH4=H2S=N2=O2=总计：已知上吹和吹风所产生的气体在总的一半水煤气中所占的百分比是：51.4因此，上吹风和吹风时，其显热值为：b上吹未分解水蒸气的显热计Q—上吹未分解蒸汽显热，W—蒸汽用量，kg—蒸汽分解率，%G—半水煤气千克分子数T—进废热锅炉煤气的温度，℃c上吹未分解蒸汽潜热计算Q−−−上吹未分解蒸汽潜热。kJW−−−蒸汽用量，kg—蒸汽分解率，%i−−水蒸气在此0℃时热焓，kJ/kgd上吹未分解蒸汽的显热和潜热（kJ）：已知上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽总量的百分比为48.6%所以为分解蒸汽的显热和潜热为（kg）：e吹风气的显热：CO=H2=CO2=H2S=N2=O2=CH4=总计：e求锅炉进水显热：Q−−−锅炉的进水显热，KJX−−−锅炉用水量，kgT−−−锅炉进水温度，℃4.234—进水的比热，总计：（2）出热a上吹及空气吹净气体经废热锅炉后的显热：CO=H2=CO2=H2S=N2=O2=CH4=总计：19786.5b上吹未分解蒸汽经废热锅炉后显热及潜热，按进热公式计算如下：c吹风气经锅炉后显热：CO=H2=CO2=H2S=N2=O2=CH4=总计：d蒸汽带出热量为e排污水热焓为：f热损失总计：热量平衡和总固体平衡（1）热量平衡式（3）（2）总固体平衡式（4）解方程得：，所以每100千克燃料产蒸汽量为65kg，耗软水量为70kg排污水表4.13废热锅炉热量平衡表项目进热出热kJ%kJ%上吹及空气吹净气体显热33317.510.15上吹未分解蒸汽潜热及显热10594632.31吹风气显热158611.5448.35锅炉进水热量30227.19.2上吹及空气吹净气体经锅炉显热10170.53.1上吹未分解蒸汽经锅炉后的显热及潜热102199.2431.14吹风气经锅炉后显热46889.2714.29蒸汽带出热量15697547.83排污水热焓2102.50.64热损失9842.753总计328102.44100328179.26100设备计算U.G.I煤气化炉，由美国联合气体改进公司（UnitedGasImprovementCompany)制造，是一种常压固定床煤气化设备。气化剂可以从底部或顶部进入炉内，生成的煤气相应地从顶部或底部引出。可以采用不同的操作方式和气化剂，制取空气煤气、半水煤气。UGI煤气化炉的优点是设备结构简单，易于操作，一般不需用氧气作气化剂，热效率较高。本设计采用3000的U.G.I煤气化炉。煤气炉指标计算Φ3000U.G.I煤气发生炉每台每小时产水煤气。（1）循环周期及各阶段时间分配表5.1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46.846.864.814.47.2180（2）根据计算所得：生产量：吹风气产量：201.54Nm3半水煤气产量：231Nm3消耗量：空气消耗：184.62Nm3蒸汽量：154.79kg（3）每个循环平均产气量：a吹风空气流量（吹净时风量为吹风量的80%左右）b水蒸汽流量：上吹包括二次上吹下吹：c吹风气d上行煤气流量e下行煤气流量煤气台数的确定已知情况：半水气/小时（每年合成氨工厂180000吨，氨气3300）由于设备检修等原因，全年生产时间不可能为365天，取300天。台数的确定（1）炉堂面积（2）生产强度（3）煤气炉炉数的确定在生产过程中，实际生产时间取为22个小时，此外，其富余系数为0.95，则：按照实际情况，2个备用，因此在此设计中共15个煤气发生炉。空气鼓风机的选型及台数确定（1）干空气用量（吹风空气）（2）二次风量（二次风量按实际需要约15%的一次风量）（3）空气含水蒸汽量（4）湿空气用量实际情况下空气用量空气损失取（5）鼓风机的台数设备选型及一览表Φ3米U.G.I型煤气发生炉表6.1煤气发生炉工艺指标参数生产能力6500~7500m3/时燃料消耗量3.1~4.5炉体内径Φ3000毫米夹套锅炉受热面积19米2炉篦形式宝塔式灰盘转速0~1410转/分钟炉灰盘传动电动机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）7225×4486×10700毫米炉膛高度4970毫米有效容积20m3煤气出口内径Φ1050毫米燃料室表6.2燃烧室工艺指标参数工作压力19.62千帕工作温度+500~800℃介质水煤气和半水煤气设备等级级外高 10192毫米外径Φ3358毫米内径Φ2753毫米表6.2燃烧室续表工艺指标参数砖拱半径1295毫米上部九层格子砖间隙63.5毫米下部降层格子砖间隙76毫米耐火砖体积6.85m3燃烧空间19.8m3火砖格子高2057毫米拱顶到底距离4520毫米底部气道口宽（进气）600.6毫米底部气道口高（进气）1317.2毫米上部气道口外径（出气） 1370毫米上部气道口内径（出气）1066毫米顶部放空口内径750毫米下吹蒸汽、氮空气进气口内径300毫米底部排灰口305毫米总重（金属）8689.41千克洗气箱表6.3洗气箱工艺指标参数工作压力700毫米水柱工作温度80℃设备等级级外物料名称水煤气和水全容积15m3直径3000毫米高（下包括锥体）1950毫米总高3100毫米表6.3洗气箱续表工艺指标参数洗气箱总面积7.065m2分布器总面积0.859m2分布器有效面积0.560m2分布器插入封高度75~100毫米分布器总高1288毫米分布器插入箱内高度1040毫米分布器内径Φ996毫米分布器外径Φ1046毫米分布器进口内径Φ750毫米侧室水封高度1330毫米索尔维式废热锅炉表6.4废热锅炉工艺指标参数额定蒸发量（在间歇操作条件下）2~4吨/小时工作压力1.18兆帕实验压力1.047兆帕给水温度102℃受热面积480m2加热介质煤气、废气火管长度7340毫米上火箱高1860毫米下火箱高1340毫米总高10668毫米内径2285毫米×15毫米上下循环管数共16根上下循环管内径99毫米×4.5毫米表6.4废热锅炉续表工艺指标参数上火箱内径2400毫米×12毫米下火箱内径2340毫米×12毫米汽包长度4010毫米汽包内径1400毫米×14毫米拉撑管数96根拉撑管直径76毫米×7毫米加热管数220根加热管直径76毫米×7毫米炉体倾度7°总重量（金属）20607.64千克填料式洗涤塔表6.5洗涤塔工艺指标参数工作介质煤气及冷却水操作压力9.81千帕操作温度30~100℃煤气入口：100℃，出口：35℃冷却水入口：32.5℃，出口：62℃内径3000毫米×10毫米总高15125毫米碳素刚重16420.6千克进气口管直径Φ920毫米×9毫米出气口管直径Φ820毫米×9毫米水喷头外管直径Φ89毫米×4毫米内管直径Φ45毫米×3.5毫米人孔直径Φ529毫米×9毫米表6.5洗涤塔续表工艺指标参数冷却水出口管Φ325毫米×8毫米冷却水进口总水管Φ273毫米×8毫米煤气量约25000米3/小时煤气发生炉自动加煤机表6.6自动加煤机工艺指标参数焦斗最大工作容积0.6m3盘形阀水压缸活塞行程445毫米容焦桶顶部水压缸活塞行程1070毫米盘行阀门开启角度95°加焦开始时盘形法门开启角度35°工作介质焦（煤）、水煤气、空气、蒸汽外形尺寸（长×宽×高）2680×1850×3524毫米总重（下包括磅称）4000千克10000m3螺旋式气柜表6.7气柜工艺指标参数设计容积10000m3有效容积9360m3工作压力3.924千帕钟罩升起后压力2.364千帕中节Ⅰ升起后压力3.188千帕中节Ⅱ升起后压力3.924千帕工作温度常温钟罩内径22300毫米表6.7气柜续表工艺指标参数中节Ⅰ内径32250毫米中节Ⅱ内径24200毫米水槽内径24860毫米水槽容水量约3807吨水槽静水液面高7850毫米总高30472.5毫米钟罩高9100毫米中节Ⅰ高7600毫米中节Ⅱ高7600毫米水槽高7898毫米进出气管直径1220毫米安全放空管高34400毫米进出口水槽高1800毫米进出口水槽中间隔板高1240毫米进出口水槽水封高450毫米地下槽高650毫米地下槽溢流口高515毫米地下槽隔板高520毫米集尘器 表6.8集尘器工艺指标参数外径Φ1230毫米高度按炉口标高9.43毫米材料钢板重量（不包括耐火砖）4061千克

厂址选择及车间布置简述厂址选址湖南岳阳绿色化工产业园地理位置：本项目位于湖南省岳阳市云溪区湖南岳阳绿色化工产业园，作为岳阳石化的一座新建分厂，它的地理位置是十分优越的。交通运输：湖南岳阳绿色化工产业园位于长江中游地区，交通便利，有铁路、公路、水路等多种交通方式，方便原材料和产品的运输。资源丰富：岳阳市周边地区有丰富的石油和天然气资源，可以提供充足的原材料供应，同时该地区还有大量的化工企业，可以形成产业链，提高生产效率和降低成本。政策支持：湖南省政府一直积极推动石化产业的发展，为企业提供了一系列的政策支持和优惠政策，包括税收优惠、土地使用优惠等，这些政策可以吸引更多的企业来到湖南岳阳绿色化工产业园投资兴业。市场需求：合成气是一种重要的化工原料，广泛应用于石化、化肥、冶金、建材等行业，湖南岳阳绿色化工产业园区周边地区有大量的化工企业，这些企业对合成气的需求量很大，因此在该地区建设合成气厂可以满足市场需求，提高产业的竞争力和盈利能力。环保要求：合成气的生产过程中会产生一些有害气体和废水废气，湖南岳阳绿色化工产业园有完善的环保设施和管理体系，可以保证生产过程中的环境安全和健康。综上所述，将合成气的厂址布置在湖南岳阳绿色化工产业园区，是基于地理位置优越、资源丰富、政策支持、市场需求和环保要求等多方面考虑的综合决策。车间布置煤气化炉的布置：煤气化炉是煤气化车间的核心设备，其布置应该考虑到炉体大小、炉排布置、进出料口位置等因素。通常煤气化炉采用多排并列布置，炉排之间应该有足够的间隙，方便操作和维护。煤气化车间应该与其他车间之间有较好的连通性，便于原料气体和产物气体的输送和转化。煤气化车间的设备应该布置合理，便于操作和维护，同时应该考虑到安全和环保问题。煤气化车间和蒸汽重整车间通常需要安装气化炉、加热炉、冷却器、净化器等设备，因此需要较大的空间。经济核算人员工资由于该方案仅包括了制造气体工段的人员，而技术人员和行政人员被列入了车间（工厂）的管理范围内，因此仅对其进行了投资和费用的估算REF_Ref12037\w\h[7]，其工作人员及工资如下：表9.1人员编制人员人数（人）工段长1值班工长1×13=13自动机控制室2×13=26控制室操作工2×13=26炉操作工2×13=26下灰工2×13=26分析工1×13=13风机工1×13=13人员合计143工资合计893（万元）总投资计算固定资金（1）设备费，见表，单位：万元（2）安装费按设备费的20%计：万元（3）设备折旧费按设备费和安装费的5%计：万元（4）土建费以每套设备50万元计：万元表9.2设备费项目数量（台）单价（万元）金额（万元）煤气发生炉1545675废热锅炉1518270燃烧室1525375湍球塔1517235洗气箱153.552.5烟囱及除尘器15460自动控制机151.624风机112.527.5水泵140.79.1管道阀门40仪表20合计1788.1（5）征地费用：共征地8亩，每亩7万元，则共56万元（6）设计费按固定投资的2%计：万元（7）不可见费按设备费的3%计：万元（8）维修费按设备的4%计：万元（9）管理费（10）折旧费按40年计:总折旧费：固定资金设备费＋安装费＋土建费＋征地费＋设计费＋不可见费建设期贷款利息50万元成本计算年产气量：年产气量表9.3成本计算成本项目年成本（万元）每KNm3成本（元）一、材料1.煤3249.898.482.电40012.123.软水41.21.254.循环水15