合成氨工艺中的煤气化.ppt

1,第一章 氨合成,一、概述 二、煤气化原理 三、制取半水煤气的工业方法,第二节、固体燃料气化,2,一、概述,煤气化煤、焦碳等固体燃料在高温常压或加压条件下，与气化剂反应转化为气体产物和少量残渣过程。,气化剂能与灼热碳层进行反应的物质，主要是水蒸气、空气或它们的混合物。,3,二、煤气化原理,1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； H298= - 393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； H298= - 110.59kJ/mol C+CO2=2CO； H298= 172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2； H298= - 283.183kJ/mol,（一）、化学反应,独立反应数：4-2= 2,平衡含量：CO含量随温度升高增加， CO2下降，T高于900 主要产物为CO， CO2很少。,平衡计算：,4,2、以水蒸汽作气化剂时，碳与水蒸汽的反应为：,C+H2O(g)=CO+H2 ， H298=131.390kJ/mol C+2H2O(g)=CO2+2H2 H298=90.196kJ/mol CO +H2O(g)= CO2+2H2 H298=-41.19kJ/mol C+2H2= CH4 H298=74.90kJ/mol,二、煤气化原理,独立反应数：6-3= 3,平衡计算：,平衡含量：相同压力下温度高于900，水蒸汽与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及CO ，其它组分含量接近于零。随着温度的降低H2O、 CO2及CH4等平衡含量逐渐增加。,二、煤气化原理,6,（二）、反应速率,1、碳和氧的反应： 根据对碳与氧反应的研究表明，当反应温度在775以下时，反应属于动力学控制。高于900时，反应属于扩散控制。在两者之间，属过渡阶段。 2、碳和水蒸气的反应 碳和水蒸气的反应，在温度为4001100的范围内，速度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过1100时，反应速度较快，开始为扩散控制。,二、煤气化原理,7,（一）、半水煤气生产的特点,1、（CO+H2）与N2的比例为3.13.2. 2、以前者反应热为后者提供反应所需的热，并能维持系统自热平衡的话，得不到合格的半水煤气。 生产方法： （1）间歇制气法； （2）富氧空气（或纯氧）气化法； （3）外热法,三、制取半水煤气的工业方法,8,（三）、间歇式制半水煤气的工作循环,五个阶段：气体流向 1、吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 2、蒸汽一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。 3、蒸汽下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。,三、制取半水煤气的工业方法,间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。,4、蒸汽二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。 5、空气吹净阶段：回收炉子上部及管道中的煤气，此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。,10,（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件,（1）温度： 利：高温，CO、H2含量高H2O等少，反应速度快。 弊: 高温，吹风气温度高， CO含量高，热量损失增大；结疤。 灰熔点：t1变形温度、t2软化温度、t3熔融温度。 气流床：Tt3,三、制取半水煤气的工业方法,（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件,（2）吹风速度：许可条件下高风量,吹风速度直接决定放热。 利：高风量，扩散控制，氧化层反应加速，CO2在还原层停留 短，CO低，热 量损失小；空气吹净小些。 弊：风量过高，易结疤；吹翻燃料层，炉况恶化，飞灰带走的 燃料损失。 （3）蒸汽用量：下吹时间长于上吹。 上吹：时间过长，热损失大，气化区上移。 下吹：蒸汽事先预热，制气情况更好。,（4）循环时间及其分配：等于或略少于3min。 过长：气化层温度、煤气质量、产量波动大； 过短：阀门开关频繁，占时间多，效率下降，阀门易损坏。,（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件,13,（五）、工艺流程和主要设备,间歇式制气的工艺流程 是由煤气发生炉、余热回收装置、煤气的除尘、降温和贮存等设备所组成。 工艺流程见（图）,三、制取半水煤气的工业方法,室,链接,链接,链接,水煤浆,K-T煤气化炉,链接,实质： 2C + O2 = 2CO -221.189KJ/mol C + H2O (g) = CO + H2 +131.390KJ/mol,存在问题：自热平衡 原料平衡 CO + H2 / N2 = 3.1 3.2,