年产25万吨合成氨造气工艺的设计毕业论文(编辑修改稿)

年产25万吨合成氨造气工艺的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

剂的均匀分布，影响气体成分和制气产量。 所以要求煤的粘结性较低为宜。 （ 9）对燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先对煤种要求是无烟煤，其次对粒度则要求采用块煤和粉煤的成型，特别以 23~50mm 的粒度最好。 总之，对间歇式生产水煤气，若要使生产取得良好的气化指标，应采用热稳定性好、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，本设计采用无烟块煤。 半水煤气制气原理 固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。 在气化炉燃烧层中，炭与空气 及 水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式进 行： 2C＋ O2＋ =2CO2＋ C＋ H2O（汽） =CO＋ H2 这种煤气的组成由上列两反应的热平衡条件决定。 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（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（ CO＋H2）： N2=3 要求，但是在实际生产中要求半水煤气（ CO＋ H2）： N2≥。 9 灰渣层 氧化层 干馏层 干燥层 还原层 发生炉内燃料分布情况 图 燃料层分区示意图 在发生炉中原料层分 为干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。 （ 1）干燥层 干燥层的厚度与加入燃料的量有关。 （ 2）干馏层 干燥层的厚度小于干燥层，在干燥层与干馏层中进行原料的预热、干燥和干馏。 （ 3）还原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已含有各种气体成分，而在还原层里，主要进行 CO 的还原反应。 （ 4）氧化层 在这里层中，从下面来的空气与弹反应，生成碳的氧化物，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。 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： （ 1） 不回收废热的流程： 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。 （ 2） 只利用吹气特点持有热的流程： 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 10 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。 （ 3） 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。 此流程适用于炉径大于 2740mm。 （ 4） 完全利用吹风气所持有热及上、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。 （ 5） 增热水煤气流程 在水煤气生产中，用油裂解来提高煤气热值的方法称为增热，它的热值高达 到。 但 CO 含量高达 30%以上，故它不宜单独作为城市煤气，但可作为城市煤气的补充气源以备调峰之用。 综上所述，以（ 2）和（ 3）两种流程为最佳，流程（ 4）效率高于（ 3）、（ 4）中由于加了回收下行煤气显热，使得阀门和管道增多，操作变得复杂，投资增加，且由于煤气温度不高于 200℃ ，从经济效益上考虑，流程（ 3）比流程（ 4）更为实用，本设计采用流程（ 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。 11 （ 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 图 间歇制半水煤气各阶段气体流向图 表 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 12 图 间歇式制半水煤气工艺流程 图 如图所示，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。 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。 二次上吹时，气体流向与上吹相同 ，不加入氮空气。 空气吹净时， 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 ,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。 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）。 他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： 13 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，以没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： （ 1） 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℃。 （ 2） 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。 吹风速度以下不使炭层出 现风洞为限。 （ 3） 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。 （ 4） 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。 （ 5） 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。 14 （ 6） 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。 对半水煤气进行了一些阐述，并介绍了工艺流程。 接下来是工艺计算。 15 第三章 工艺计算 在本设计的工艺计算过程中，对 煤气发生炉（含燃烧室） 、吹风阶段、制气阶段、以及总过程进行了物料衡算和热量衡算。 煤气发生炉（含燃烧室）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 入炉煤组成，质量 % C H O N S A W 合计 100 燃烧热值 28476kJ/㎏ 其中 A为灰份 W为水份 1. 吹风气组成，体积 % 表 吹风气组成， 体积 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合计 H2S 100 2. 半水煤气真正 组成，体积 % 表 半水煤气组成， 体积 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合计 H2S 100 空气 25℃。 相对湿度 80%，空气含水汽量 （水汽） /kg（干汽）； 吹风气，上行煤气流 500℃ ；下吹煤气 200℃ ；灰渣 200℃ ； 上行蒸汽 120℃ ；饱和蒸汽的焓 2730kJ/kg； 下吹蒸汽 550℃ ；过热蒸汽的焓 3595kJ/kg； %，时间（ S） 16 表 生产循环时间 吹风 上吹 下吹 二次上吹 吹净 合计 26 26 37 8 3 100 180s ： 100kg入炉燃料 带出物数量： 2kg 绝对干料 带出物组分及各组分 质 量 带出物热值 30030kJ/㎏ . 表 带出物数量及其组分 元素 质 量 % 各组分 质 量， kg C 2= H 2= O 20. 0047= N 2= S 2= 灰分 2= 合计 100 2 质量 表 灰渣组成及其各组分 质量。