【正文】 氣為氣化劑與赤熱的炭反應(yīng)，所生成的煤氣稱為半水煤氣，它是合成氨的原料氣，其成分中 CO2+H2一般在 68%左右。但其氣化工藝較之其它工藝更成熟。這對(duì)我國氨需求量大而技術(shù)又相對(duì)落后而且資金短缺 、煤資源豐富 這一基本國情是不相符的。 總之 與固定床氣化相比其它氣化方法 包括水煤氣加壓氣化法、移動(dòng)床氣化法、硫化床氣化法、氣 流床氣化法 的優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）氣化能力大；（ 2）氣化用煤廣；（ 3）生產(chǎn)靈活性強(qiáng)，開停車容易；（ 4）碳轉(zhuǎn)化率高；（ 5）環(huán)境污染小。 流化床氣化法技術(shù) 該技術(shù)有生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大，可直接使用小顆粒碎煤為原料、對(duì)煤種的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 生產(chǎn)方案的選擇及論證 水煤漿氣化法技術(shù) 該技術(shù)具有氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、煤種適應(yīng)較廣、水煤漿進(jìn)料以控制安全、單爐生產(chǎn)能力大環(huán)保性能好 、操作彈性大及氣化過程碳轉(zhuǎn)化率較高等特點(diǎn)。 （ 2）德士 古 氣化 法 它是一種濕法（水煤漿）進(jìn)料的加壓氣化工藝。 氣流床氣化 所謂氣流床氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含 H2的氣體作為氣化劑，生成富含 CH4的煤氣化方 法，其總反應(yīng)方程式可表示為：煤＋ H2→ CH4＋焦 （ 1） K— T法 此法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法，它采用干法進(jìn)料技術(shù)，因在常壓下操作，存在問題較多。煤氣經(jīng)廢熱鍋爐生產(chǎn)水蒸氣以回收余熱，然后經(jīng)水洗塔進(jìn)一步冷卻和除 （ 3）灰團(tuán)聚氣化法 它是在流化床中導(dǎo)入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態(tài)下在錐形床層中相互熔聚而粘結(jié)成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內(nèi)。粗煤氣由氣化爐上方逸出進(jìn)入第一旋風(fēng) 分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環(huán)返回氣化爐。白云石、石灰石或石灰經(jīng)給料機(jī)輸入爐內(nèi)。在爐底部通入空氣或氧氣作介質(zhì)，沒與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑發(fā)生反應(yīng)。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。所不同的是采用氧氣 水蒸汽或空氣 水蒸汽為氣化劑，在 和 900~1100℃ 的 溫 度條件下連續(xù)氣化方法。 （ 2）固定床加壓氣化 固定床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐。這是一種理想的完全氣化方式。 固定床氣化法 煤的固定床氣化是以塊煤為原料。 ，氣化過程的供熱方 式有（ 1）部分氣化方法；（ 2）間接供熱；（ 3）由平行進(jìn)行的反應(yīng)器直接供熱；（ 4）熱載體 供熱?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。 氫氣來源于水或含有烴類的各種燃料 ，它取決于用什么方法制取。 生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，要求烴原料中總硫含量為 (重量 )以下。雖然原料氣中硫化物含量不高，但對(duì)合成氨生產(chǎn)危害卻很大。操作壓力 300atm 時(shí)，一般進(jìn)塔氨含量控制在 ～ ％； 150atm 時(shí)，為 ～ ％。對(duì)于冷凍法分離氨，初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。 當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。但是，維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。 惰性氣體 (CH Ar)來源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化?？偟膩碚f煤炭在煤氣發(fā)生爐的反應(yīng)主要表現(xiàn)為煤炭與水蒸汽的反應(yīng)、煤炭與一氧化碳的反應(yīng)、煤炭與二氧化碳的反應(yīng)、煤炭與氫氣的反應(yīng)等幾個(gè)主要反應(yīng)。前者是氣化劑與煤炭或者煤焦的反應(yīng)，后者是氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物之間的相互作用或氣化劑的反應(yīng)。 mol1 ；一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高 CO 的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是減少 CO2的濃度；分離出二甲醚。 mol1 ③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)；Δ H ＝ － kJ 氣化過程主要化學(xué)反應(yīng) （ 1） C+H2O CO+H2 （ 2） Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS （ 3）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下： ① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)；Δ H＝－ kJ 為此，專家再次發(fā)出呼吁，煤炭深加工及煤炭氣化刻不容緩，它不僅是我國未來能源產(chǎn)業(yè)的重要出路，更是當(dāng)前減少大氣污染的重要途徑 第二章 合成氨煤炭氣化原理與生產(chǎn)方法的選擇及論證 煤炭氣化 原理 煤炭氣化 是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑（如蒸汽 /空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有 CO、 HCH4 等可燃?xì)怏w和 CO N2 等非可燃?xì)怏w的過程。在去年，其排放總量接近 1600 萬噸。這是指首先在氣化爐里用 1600℃ 到1800℃ 的高溫把煤炭氣化，使之推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；然后，再利用廢氣廢熱制造水蒸氣，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。而煤炭的綜合氣化裝置具有第二代氣化技術(shù)的特點(diǎn)，能確保發(fā)電廠機(jī)組發(fā)電能力達(dá)到100 兆瓦至 300 兆瓦，可與現(xiàn)有的商業(yè)性發(fā)電廠競(jìng)爭(zhēng)。 相關(guān)資料顯示，在國際上 ，煤炭地下氣化技術(shù)，俄羅斯、美國、德國和日本處于領(lǐng)跑者的地位。選擇 1～ 2 個(gè)有代表性的煤種（煙煤、無煙煤等）、煤層（厚度、傾角等）和用戶（民用燃料、發(fā)電、化工原料）作為試驗(yàn)基地，開展多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)與研究。 據(jù)調(diào)查， 煤炭地下氣化在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化前必須攻克五大難點(diǎn)，這就是氣化爐型與結(jié)構(gòu)、單爐產(chǎn)量服務(wù)年限與成本、提高煤氣質(zhì)量與數(shù)量、地下氣化爐密閉與安全、地下氣化爐氣化工藝測(cè)控。 煤炭地下氣化的目的在于應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。 從目前進(jìn)展看，我國地下氣化技術(shù)仍處于工業(yè)試驗(yàn)階段，不盡如人意。后者的原理與前者基本一致，區(qū)別僅在于是在未經(jīng)開采的煤層中進(jìn) 行。 一般說來，煤炭氣化分為地上與地下氣化兩種。從 2021 年起，山東新汶礦務(wù)局煤炭氣化步入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)中熱值煤氣，供民用及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。 我國煤炭氣化的正式起步始于上個(gè)世紀(jì) 80 年代。 一份數(shù)據(jù)表明，煤炭火力發(fā)電站的能源利用率一般為 48％至 50％，使用煤炭氣化發(fā)電技術(shù)可把能源利用率提高大約幾個(gè)百分點(diǎn)到十幾個(gè)百分點(diǎn)不等。據(jù)國家發(fā)改委副主任張國寶披露，截至去年，在國內(nèi)總裝機(jī)容量中，煤電占 ％，水電占 ％，核電占％。 發(fā)展史 作為占我國能源資源 70％的煤炭，能否加快推進(jìn)煤炭氣化產(chǎn)業(yè)，在減少環(huán)境污染的前提下釋放更大的能效出來，這無疑對(duì) 十一五 發(fā)展規(guī)劃的起步具有重要的戰(zhàn)略意義。當(dāng)今走老廠改造擴(kuò)建的道路 ,可使投資節(jié)省 1/2— 2/3。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù) ,自力更生 ,立足國內(nèi) ,走出一條具有中國特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。因 此 ,我國現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。所以 ,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。我國 1996 年合成氨產(chǎn)量已達(dá) ,專家預(yù)測(cè) 2021 年將達(dá) 36Mt,2020 年將增加至 45Mt。預(yù)計(jì) 2021 年產(chǎn)量將達(dá) 。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門 [4]。 合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動(dòng)了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等?，F(xiàn)代國防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。 氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機(jī)鹽等工業(yè)部門。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。化肥是農(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都 居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用 [3]。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。氨在高溫下 (800℃以上 )分解成氮和氫； 氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果 [2]。標(biāo)準(zhǔn)狀況下， 1米 3氣氨重 公斤； 1 米 3液氨重 公斤。 合成氨產(chǎn)品的性能、用途及市場(chǎng)需要 (1) 氨的產(chǎn)品 性能 合成氨的化學(xué)名稱為氨，氮含量為 %。到 2021 年底，合成氨單位能耗平均為 1700 千克標(biāo)煤／噸，噸氨平均水平與國際先進(jìn)水平相差 600～ 700千克標(biāo)煤。其中造氣爐、爐況監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)優(yōu)化、脫硫系統(tǒng)等技改始終是重點(diǎn)。到 2021 年，合成氨行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是：?jiǎn)挝荒芎挠赡壳暗?1700 千克標(biāo)煤／噸下降到 1570 千克標(biāo)煤／噸；能源利用效率由目前的 ％提高到 ％；實(shí)現(xiàn)節(jié)能 570 萬～ 585 萬噸標(biāo)煤，減少排放二氧化碳 1377 萬～ 1413 萬噸。 會(huì)議根據(jù) “ 十一五 ” 期間《合成氨能量?jī)?yōu)化節(jié)能工程實(shí)施方案》規(guī)劃，確定的這一重點(diǎn)節(jié)能工程的目標(biāo)是：大型合成氨裝置采用先進(jìn)節(jié)能工藝、新型催化劑和高效節(jié)能設(shè)備，提高轉(zhuǎn)化效率，加強(qiáng)余熱回收利用；以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術(shù)，并改造蒸汽系統(tǒng)；以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造；中小型合成 氨采用節(jié)能設(shè)備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。但合成氨一直是化工產(chǎn)業(yè)的耗能大戶?，F(xiàn)在已擁有以各種燃料為原料、不同流程的大型裝置 15座，中型裝置 57 座，小型裝置 1200 多座，年生產(chǎn)能力近 20Mt 氨。 70年代開始到 80 年代又建設(shè)了具有先進(jìn)技術(shù)，以天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤為原料的年產(chǎn) 300kt 氨的大型氨廠，分布在四川、江蘇、浙江、山西等地。此外，結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)，完成 “ 三觸媒 ” 流程（氧化鋅脫硫、低溫變換、甲烷化）氨廠年產(chǎn) 50kt 的通用設(shè)計(jì)，并在石家莊化肥廠采用。為了滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需要，除了恢復(fù)并擴(kuò)建舊廠外， 50 年代建成吉林、蘭州、太原、四川四個(gè)氨廠。 1949 年前，全國僅在南京、大連有兩家合成 氨廠，在上海有一個(gè)以水電解法制氫為原料的小型合成氨車間，年生產(chǎn)能力共為 46kt 氨。 當(dāng)事實(shí)真相大白于天下時(shí)，哈伯愛到了世界各國科學(xué)家的猛烈抨擊，尤其當(dāng)他獲得 1918 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，更激起世界人民的憤怒。到 1913 年的第一次 世界大戰(zhàn)時(shí)，哈伯已為德國建成了無數(shù)個(gè)大大小小的合成氨工廠，為侵略者制造了數(shù)百萬噸炸藥，因而導(dǎo)致并蔓延了這場(chǎng)殃禍全球的世界大戰(zhàn)。而惡魔需要正好迎合了哈伯想成百萬富翁的貪婪心理。 在合成氨研究屢屢受挫的情況下，哈伯 知難而進(jìn)，對(duì)合成氨進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)，終于在 1908 年 7月在實(shí)驗(yàn)室用 N2 和 H2在 600℃ 、 200個(gè)大氣壓下合成氨，產(chǎn)率僅有 2%，卻也是一項(xiàng)重大突破。因此人工合成氨的研究又慘遭厄運(yùn)。后來才查明實(shí)驗(yàn)失敗的原因，是他所用混合氣體中含有 O2，在實(shí)驗(yàn)過程中 H2 和 O2發(fā)生了爆炸的反應(yīng)。 1900 年，法國化學(xué)家勒夏特列在研究平衡移動(dòng)的基 礎(chǔ)上通過理論計(jì)算，認(rèn)為 N2 和 H2在高壓下可以直接化合生成氨，接著，他用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，但在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了爆炸。 合成氨的發(fā)展歷程 在探索合成氨崎嶇的道路上，它不僅使兩位杰出的化學(xué)家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位對(duì)人類社會(huì)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)，并因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的哈伯墮落成為助紂為虐與人民為敵的可恥下場(chǎng)。 (8）人力資源得到發(fā)揮。 (7）環(huán)境友好。 (6）經(jīng)濟(jì)效益最大化。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利 用，如高硫煤或高活性低變質(zhì)煤作化工原料煤，在一個(gè)工廠用不同的技術(shù)加工不同煤種并使各種技術(shù)得到集成和互補(bǔ)，使各種煤炭達(dá)到物盡其用，充分發(fā)揮煤種、煤質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量煤炭資源的合理、有效利用。每個(gè)產(chǎn)業(yè)基地包括若干不同的大型工廠，相近的幾個(gè)基地組成基地群，成為國內(nèi)新的重要能源產(chǎn)業(yè)。新型煤化工發(fā)展將以建設(shè)大型企業(yè)為主，包括采用大型反應(yīng)器和建設(shè)大型現(xiàn)代化單元工廠，如百萬噸級(jí)以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。同時(shí)，新型煤化工可以通過信息技術(shù)的廣泛利用，推動(dòng)現(xiàn)代煤化工技術(shù)在高起點(diǎn)上迅速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。 (3）高新技術(shù)及優(yōu)化集成。 (2）煤炭一能源化工一體化。 新型煤化工的特點(diǎn) ： (1）以清潔能源為主要產(chǎn)品。傳統(tǒng)煤化工涉及焦炭、電石、合成氨等領(lǐng)域。新型煤化工是煤炭工業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，走新型工業(yè)化道路的戰(zhàn)略方向。其中，主要集中在美國（ 億噸）、俄羅斯（ 億噸）、中國（ 1145 億噸）、澳大利亞（ 904 億噸）、印度（ 億噸）、德國（ 670 億噸）、南非（ 億噸）、烏克蘭（ 億噸）、哈薩克斯坦（ 340 億噸）、波蘭（ 億噸）、巴西（ 億噸）等國。 2021年底，世界煤炭總產(chǎn)量為 億噸， 消費(fèi)量 億噸，貿(mào)易量 億噸。 煤炭資源： 煤炭資源，能源礦產(chǎn)資源之一。 第一章 緒論 煤炭資源 煤炭的定義：煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。 本說明書是 在工藝和設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)上加以工藝論證及選擇而編制的。合成產(chǎn)量 60%以上是以煤為原料，全國現(xiàn)有