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1、目录,概述原料气的制取五段式造气方法与工艺流程五段式造气存在问题造气工艺的发展趋势,概述,空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来供给生长所需主要养分。固氮是化学化工研究中既古老又前沿的课题。目前已投入工业生产的主要固氮方法有：1.电弧法 2.氰氨法 3.合成氨法 目前最重要最经济的方法是合成氨法。首例合成氨厂是1912年在德国建立的日产30砘合成氨的工厂。目前先进合成氨厂的规模已达10001500t/日。,(1)造气 用煤或原油、天然气作原料，制备含氮、氢气 的原料气。(2)净化 将原料气中的杂质：CO、CO2、S等脱除 到ppm级。(
2、3)合成 合成氨需要高温、高压，净化后的合成气原料 气必须经过压缩到1530MPa、450左右，在 催化剂的作用下才能顺利地在合成塔内反应生 成氨。,目前合成氨的主要生产过程：,图1 合成氨的基本过程,造气,除尘,脱硫,CO变换,脱CO2,压缩,脱除少量CO和CO2,合成,空气、煤(或天然气)、蒸汽,氨,其主要过程如图1。,图2 以煤为原料的合成氨厂工艺流程,原料气的制取,合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用，但随着能源格局的变化，现在煤制氨又被重视起来，外国
3、主要是粉煤气化技术发展很快，国内则转向型煤制气技术已非常成熟,我们主要介绍煤制气转化过程。,(1)以空气为气化剂的气化反应 2C+O2=2CO+237KJ/mol C+O2=CO2+402KJ/mol 2CO+O2=2CO2+567KJ/mol C+CO2=2CO-165KJ/mol前3个反应为放热反应，有极大平衡常数，反应不可逆，第四个反应是可逆吸热反应，平衡常数较小，故高温有利地于CO生成。,煤气化法气化反应,(2)以蒸汽为气化剂的气化反应 C+2H2O=CO2+H2-80kJ/mol C+H2O=CO+H2-123kJ/mol CO+H2O=CO2+H2+42kJ/mol CO2+C=2
4、CO-165kJ/mol副反应：C+2H2=CH4+83kJ/mol不同温度、压力下的计算结果如下两图所示，由图可知欲制得CO与H2含量高的水煤气，从平衡角度，应在低压、高温下进行，而生产CH4含量高的高热值煤气，则应在高压、低温下进行。,图3 1atm下碳蒸汽反应的平衡组成,图4 2atm下碳蒸汽反应的平衡组成,以煤、焦为原料的造气反应：2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+248.7 kJ/mol 5C+5H2O=5CO+5H2-657.0kJ/mol 两式合并：O2+7C+3.76N2+5H2O=7CO+5H2+3.76N2-408.3kJ/mol,造气反应是在1000温度下进
5、行的，由于反应是吸热的，温度将逐步降低。当温度降至750时，停止制气改用大风速空气使碳完全燃烧来产生热量，这就是送风发热。,0.835C+0.835 O2+3.10N2=0.835CO2+3.10N2+341.8kJ/mol,为了维持炉温，造气和送风发热是交替进行的。,五段式造气方法与工艺流程,五阶段造气循环过程,(1)空气吹风 本阶段的目的是送风发热，从而提高炉温。(2)上吹制气 本阶段的目的是制气。水蒸气和空气从炉底 吹入，生产半水煤气。(3)下吹制气 上吹制气后，炉底温度降低，不宜继续制 气，但炉顶温度尚高，可以通过下吹制气予 以利用。这时先从炉顶向下水蒸气，煤气由 塔底引出。(4)二次
6、上吹 先从炉底吹几秒钟水蒸气将炉底残留的半水 煤气吹净，为吹入空气作准备。(5)空气吹净 空气从炉底吹入，目的是把炉内残存的半水 煤气吹出并加以收集。,用这种方法生产的半水煤气含 H2 3842%、CO 2731%、N2 1922%、CO2 69%。除此以外还含少量CH4、O2、H2S、COS等，它们的含量取决于燃料的品种从0.2%到2%不等。,图5 煤造气工段图,图6 固定床煤气发生炉（UGI）制半水煤气的工艺流程,五段式造气存在问题,设备利用率和生产能力低，燃料耗能高。间歇法的循环和控阀、程控机和工艺流程复杂，设备和阀门的事故率高，维修管理难度大，操作困难，气体成分不容易调节。间歇法造气，
7、炭层温度上下变化大，气体流向周期变化，因此，对燃料粒度、热稳定性、灰熔点等要求较高。由于机械化采煤技术产生的碎煤多、块煤少，使得块煤价格越来越高，这就导致间歇法造气的成本增高。间歇法的吹风阶段，燃烧部分燃料给造气提供热量，燃烧产生的气体排放到大气，燃料中40的硫化物和大量的二氧化碳及部分一氧化碳、灰尘直接排进大气，对环境造成严重污染。其他的废气，如合成放空气、弛放气、精炼再生气；废水，如造气污水、工艺冷却水，造气炉渣。这些排放物对土壤及地下水都会造成不同程度的污染。,造气工艺的发展趋势,目前变压吸附制氧技术的问世，降低了制氧设备造价，使纯氧、富氧成本降低，这给中小型氮肥厂采用连续富氧气纯技术提供了可能性。连续氧气化技术就是蒸汽和富氧空气连续进入炉中，焦炭和富氧空气进行不完全燃烧产生大量的热量，温度升高，供蒸汽在炽热的炭中分解，制得半水煤气。连续富氧气化不同于间歇氧化，燃烧和制气是同时进行的，有效制气时间长于间歇气化，在操作难度、气化指标、吨氨成本等方面也优于间歇气化。,两种气化工艺指标的比较,
