年产15万吨合成氨造气工序工艺(编辑修改稿)

年产15万吨合成氨造气工序工艺(编辑修改稿)内容摘要：

新加入的燃料由于下层高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入燃料的量有关。 （ 2） 干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中的水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便发生分解，放出挥发分，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 12 因为氧化速度较快，故其厚度比还原层薄如用水蒸汽作气化剂时，在该层中还进行碳与水蒸汽的氧化 反应。 一般将还原层和氧化层通称之为气化区。 （ 5）灰渣层 氧化层下面就是灰渣层，没有化学反应发生，起作用是能分布热空气和保护炉。 必须指出，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。 见表 3 各主要设备的作用 煤气发生炉 在间歇法工艺中，用于生产半水煤气的发生炉主要为UGI 水煤气炉。 一般生产的有Φ 1500，Φ 2260，Φ 3000，Φ 3600 等一系列半水煤气炉，它们的结构与 UGI 半水煤气炉基本相同。 水煤气发生炉的结构大致分为五个部分，起各部 分的作用分叙如下： （ 1）炉体 炉壳由钢板焊制，上部衬有耐火砖和保温砖硅藻砖，使炉壳免受高温的损害。 外面包有石棉制品隔热保温衬铸刚护圈，内部衬有耐火砖和隔热层。 （ 2）夹套锅炉 夹套锅炉传热面积约为 19m2。 外壁包有石棉制品隔热保温层，防止热量损失，夹套锅炉的作用主要是降低氧化层温度，以防止熔渣粘壁并副产蒸汽，夹套锅炉两侧设有探火孔，用于测量火层，了解火层分布和温度情况上部装有液位计，水位自动调节器和安全阀等附件。 （ 3）底盘 底盘和炉壳通过大法兰连成一体，用紫铜薄板包石棉布填料密封。 底盘底部有气体中心管与 吹风和下吹管线呈倒 Y 型连接，中心管下部装有通风阀和清理门。 底盘两侧有灰斗，底盘上没有溢流排污管和水封桶，可以排泄冷凝水和油污，并防止气体外透，起安全作用。 （ 4）机械除灰装置 包括能够转动的灰盘和炉条及固定不动的会犁。 灰犁固定在出灰口上，利用在灰盘旋转过程中将灰渣刮入灰斗，再定期排出。 （ 5）传动装置 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 13 机械除灰装置的旋转是由电机提供动力。 通过减速箱蜗杆、蜗轮来完成的。 传动装置附有注油器，向各加油点输送润滑油。 表 3 发生炉内情况 燃烧室 燃烧室的上部都呈锥形，中部为柱体，内衬有耐火砖及蓄热用的格子砖。 燃烧室的作用： 区域 区域名称用途及进行的过程 化学反应 Ⅰ 灰渣层 分配气化剂，防止炉蓖 受高温的影响，在本区域中，借灰渣预热气化剂。 Ⅱ 氧化层（燃烧层） 碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出热量。 最终反应： C＋ O2＋ =CO2＋ 2C＋ O2＋ =2CO＋ Ⅲ 还原区 二氧化碳还原成一氧化碳或水蒸气分解为氢，燃料依靠热的气体而被预热。 CO2＋ C=2CO H2O＋ C=CO＋ H2 2H2O＋ C=CO2＋ 2H2 Ⅳ 干馏区 燃料依靠热气体换热进行分解，并析出下列物质： 1水分； 2 醋酸、甲醇、甲醛及苯酚； 3树脂； 4气体（ CO、 CO H2S、 CH C2H氨氮和氢）。 Ⅴ 干燥区 依靠气体的显热来蒸发燃料中的水分 Ⅵ 自由空间 起聚积煤气的作用。 有时，煤气中部分一氧化碳与蒸汽进行反应： H2O＋ CO=CO2＋ H2 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 14 （ 1）向吹风气添加二次空气，使其中的 CO 等可燃物在其中燃烧，所生成的热量被积蓄在格子砖内。 （ 2）利用所蓄积的热量，预热下吹蒸汽和加氮空气，提高 气体的入炉温度，提高分解率。 （ 3）除去煤气中的细灰，以减少 对废热锅炉的损害。 气体从下部入口切线方向进室，避免直接冲撞室壁，以减少对耐火砖的磨损，并使气体在室内分布均匀。 燃烧室的顶盖起着泄压作用，当系统发生爆炸时，爆炸压力超过盖子弹簧的作用力，盖子张开，降低压力，避免设备损坏。 废热锅炉 废热锅炉主要用于回收吹风气和上行半水煤气的显热，生产 的蒸汽，为制气和其它用途提供一部分蒸汽来源。 煤气生产中常用火管立式废热锅炉，炉体为一直立的圆筒，用钢板焊接，两头装有钢板封头，内部装有若干根无缝钢管。 高温气从上而下与管间的水进行逆流热交换 ，汽水混合物从上循环管进入气包产生蒸汽。 分离下来的水及向气泡补充的新鲜水（软水）由下循环流入废热锅炉下部管间。 进炉气体一般为 500700℃出炉后可降至 200℃左右。 由于废热锅炉上部装有气泡，为保持炉体重心达到平衡，避免基础受力不均而下陷，故安装时，锅炉炉体倾斜 7176。 ，用以促进对流，使热交换效率提高。 洗气箱 洗气箱的作用是防止水封以后的煤气倒回煤气炉和空气发生爆炸，并兼冷却除尘的作用。 洗气箱的外行是一个具有圆筒形容器。 半水煤气进口管浸入水面以下75125mm，水至箱顶加入，不断地从锥体部 分的溢流管溢出。 以保持一定的水面，起到安全水封的作用。 它是煤气炉系统确保安全生产不可缺少的设备。 进洗气箱的煤气温度约 200℃，出气温度为 70℃左右，洗气箱的冷却水用量大，其冷却作用主要靠水的蒸发，煤气主要因失去显热而降温。 出洗气箱的煤气已被饱和。 洗涤塔 洗涤塔的作用是冷却（降温），冷凝（蒸汽）和除尘，它可采用喷塔，也可采用填料塔，其外形一般为柱形。 煤气由下部入塔，由上部出塔。 由于进塔煤气被水汽饱和。 所以，如想继续降温，必须使煤气中的水汽冷凝，由 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 15 于冷凝热大，故必须用大量的水喷淋，使煤气继续冷却。 烟囱 烟囱也是煤气生产中不可缺少的设备，其主要作用是排放废气，另还兼有封尘和除尘的作用。 自动机 自动机的作用在于通过自动机的程序控制，使水煤气的生产操作基本实现自动化。 自动机把高压水按时送到煤气炉各系统各个自动液压阀门，是阀门按照工艺循环的要求准时准备启动，准确控制和调节，保证生产稳定和安全。 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% 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 10001200℃。 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 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 16 氧化碳含量，减少热损失。 吹风速度以下不使炭层出现风洞为限。 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（≤ %），否则将引起后序工段的困难，氧含量过高还有爆炸的危险。 生产流程的选择及论证 根据水煤气生产工艺流程中废热利用的程度，可分为五类： ： 吹风直接放空，上下行煤气直接进入冷却净化系统，故其热效率差。 一般为小型水煤气站采用。 用吹气特点显热的流程： 该流程在吹风阶段，将吹风气通过燃烧室，同时向燃烧室内送入二次空气，合使吹风气中的在燃烧室中燃烧，蓄热，高温燃烧后废热锅炉的收热量后放空。 上行、下行煤气直接进入冷却净化系统，不进行热量回收。 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 17 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。 此流程适用于炉径大于 2740mm。 、下行煤气显热的流程 该流程与流程（ 3）的差别仅在于下行煤气的显热亦于回收，废热的回收利用程度最高，废热锅炉的温度波动较小，蒸发量 也较稳定。 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气箱至洗气塔洗净和冷却至常温由洗气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气箱、洗气塔洗净降温，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。 间歇式制气工作循环各阶段气体的流向如图所示。 阀门开闭情况见表 4 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 18 图 2 间歇制半水煤气各阶段气体流向图 表 4 各阶段阀门开启情况 阶段 阀门开闭情况 1 2 3 4 5 6 7 吹风 O X X O O X X 一次上吹 X O X O X O X 下吹 X X O X X O O 二次上吹 X O X O X O X 空气吹净 O X X O X O X 注： O阀门开启： X阀门关闭 间歇式制半水煤气工艺流程 → 煤气发生炉 → 集尘器 → 燃烧室 → 废热锅炉 → 洗气箱 → 洗气塔 如附图 1 所示，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 年产 15 万吨合成氨造气工序工艺设计 19 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 洗气箱及洗涤塔进入气柜。 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，可直接由洗气箱经洗涤塔进入气柜。 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、废热锅炉、洗气箱和洗涤塔进入气柜，此时燃烧室不必加入二。