【正文】 8年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)老師：摘要 本設(shè)計(jì)時(shí)年產(chǎn)能力為10萬(wàn)噸合成氨造氣工段（合成氨所需原料氣半水煤氣）的初步工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇制氣法。此設(shè)計(jì)配有設(shè)計(jì)說明書一份，圖紙三張。關(guān)鍵詞：合成；氨；半水煤氣；工藝；設(shè)計(jì)The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 100000T/aChemical engineering and techniques Chen Chao Guide Teacher Liu Hexiu Abstract：This design is a primary design about the synthesis of ammonia 100000T/year techniques accidence contrive. The design owns the process of producing semiwater gas. The design pleted the calculation of material and heat quantity according to relevant date. During the design period an instruction and four serials of diagram have been worked out.The instruction includes: 1. The development history of producing coal gas and the developing trend.2. The production way of producing semiwater gas、demonstrating and the choosing ,factory chamber plan.3. The calculation of material and the calculation of heat quantity.4. The designing and technological calculation about the main equipments.5. Safety and saving energy.6. Economic estimate.Four serious of diagram includes:1. 100000T/Y ammonia process technique flow heat with controlled point.2. The factory chamber plan diagram.3. The factory spare picture.4. The main equipment installing picture.Key words: synthesis。氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占很大比重。煤氣化提供潔凈的可以管道輸送的氣體燃料。目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。我國(guó)合成氨工業(yè)原料路線是煤汽油并舉，以煤為主。隨著油價(jià)的不斷上漲，今后將停止以油為原料的新設(shè)備建設(shè)，并要求進(jìn)行以煤代油的技術(shù)改造。主要內(nèi)容包括：緒論、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、生產(chǎn)方案，生產(chǎn)流程的選擇及論證、制氣生產(chǎn)原理、工藝指標(biāo)、設(shè)備計(jì)算及選型、設(shè)備投資及成本估算。1 緒論 煤氣化發(fā)展史煤炭氣化，是以煤或焦碳為原料，用氧氣（空氣、富氧或純氧）水蒸汽或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或焦碳中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。煤炭氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w稱氣化煤氣。煤炭氣化至今已有150多年的歷史。50年代后期，由于石油、天然氣工業(yè)的興起，煤制氣技術(shù)的開發(fā)研究工作受到?jīng)_擊。其種類繁多，方式各異。 煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煤完全氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，概括地可以歸納出如下幾點(diǎn)：（1）氣化向大型化方向發(fā)展，因?yàn)榇笮突梢蕴岣邌挝辉O(shè)備的生產(chǎn)能力：（2）使用氧氣為氣化劑，提高煤氣化爐的操作溫度：（3）提高煤氣化操作壓力，幾乎各種類型的新開發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化的工藝；（4）擴(kuò)大氣化煤種的范圍，隨著采煤機(jī)械化和水力采煤技術(shù)的發(fā)展，原煤中的碎煤產(chǎn)率越來(lái)越多，為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，一些新開發(fā)的新氣化方法都用碎煤或粉煤氣化；（5）開發(fā)利用無(wú)污染的氣化方法，許多開發(fā)的氣化方法，都考慮了在工藝過程中消除或減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生。對(duì)于我國(guó)來(lái)說，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，掌握和運(yùn)用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，對(duì)加快我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化有著重要的意義。，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。本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方法來(lái)分別簡(jiǎn)要介紹各種方法。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程進(jìn)行得很完全，灰渣中殘?zhí)忌?，產(chǎn)物氣體的顯熱中的相當(dāng)部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預(yù)熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。（1）固定床常壓氣化 此方法比較簡(jiǎn)單，但對(duì)煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點(diǎn)的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。它和常壓移動(dòng)床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)床。 流化床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。（1）溫克勒法溫克勒法是最早開發(fā)的流化方法，在常壓下，把煤粒度為08mm的褐煤、弱粘結(jié)性煙煤或焦碳經(jīng)給煤機(jī)加入到氣化爐內(nèi)。（2）高溫溫克勒法將含水分85~12%，經(jīng)給煤機(jī)加入氣化爐內(nèi)。沒與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發(fā)生氣化反應(yīng)。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器，在此分離出的細(xì)顆粒通過密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵。它與固態(tài)排渣相比，降低了灰渣的碳損失。它是1948年德國(guó)海因里希柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。氣化爐是由美國(guó)德平古石油公司所屬德平古開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。（1）羅米方法此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡(jiǎn)式和雙簡(jiǎn)式兩種爐型。（2）覬洛格法此法為—加壓熔浴氣化法。此法目前尚處于開發(fā)研究階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，關(guān)鍵在于氣化爐。此法效率高，有害物質(zhì)少，氣化反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。因此，此工藝被認(rèn)為有可能放大到工業(yè)化生產(chǎn)。但是如果采用這些方法不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大。所以，雖然固定床其工藝較其它氣化工藝有其不足之處且工藝較為落后。根據(jù)我國(guó)基本國(guó)慶及當(dāng)?shù)厍闆r本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣āＳ糜诤铣砂钡陌胨簹庖髿涞葹?：1。 生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇間歇法生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的要求：（1）對(duì)水分的要求燃料中水分含量過高，會(huì)影響煤氣發(fā)生爐的氣化效率，在氣化過程中因水分蒸發(fā)吸熱造成爐溫下降使燃料消耗增加，爐子操作條件惡化，影響水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。（2）對(duì)揮發(fā)份的要求燃料中如果揮發(fā)份含量高，則由于甲烷和焦油的含水兩增加而不僅會(huì)增加動(dòng)力燃料消耗，而且降低爐子的制氣能力影響氨的產(chǎn)量。（3）對(duì)灰份的要求煤中含灰分其主要成份為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂等無(wú)機(jī)物質(zhì)。灰份高的燃料，不僅增加運(yùn)輸費(fèi)用，而且使氣化條件變得復(fù)雜，所以要求燃料中灰份較低為宜。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程 特點(diǎn)，對(duì)含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去。至于對(duì)氣化效率的影響，則因所選用的煤氣發(fā)生爐爐型不同而有所差異。（7）對(duì)熱穩(wěn)定性要求熱穩(wěn)定性是指燃料在受高溫后粉碎的程度。（8）對(duì)粘結(jié)性的要求粘結(jié)性是煤在高溫下干餾粘結(jié)的性能，粘結(jié)性較強(qiáng)的原料煤，氣化過程中煤相互粘結(jié)后生成焦，破壞燃料的透氣性，妨礙氣化劑的均勻分布，影響氣體成分和制氣產(chǎn)量。（9）對(duì)燃料粒度的要求合成氨原料煤首先對(duì)煤種要求是無(wú)煙煤，其次對(duì)粒度則要求采用塊煤和粉煤的成型，特別以23~50mm的粒度最好。 半水煤氣制氣原理固體燃料的氣化過程實(shí)際上主要是碳與氧的反應(yīng)和碳與蒸汽的反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)稱為固體燃料的氣化反應(yīng)。由于半水煤氣是生產(chǎn)合成氨的原料氣，因此，要求入爐蒸汽與空氣（習(xí)慣上稱為氮空氣）比例恰當(dāng)以滿足半水煤氣中（CO＋H2）：N2=3要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中要求半水煤氣（CO＋H2）：N2≧。（2） 干餾層 干燥層下面溫度較高，燃料中的水分蒸發(fā)至差不多后，在高溫條件下，燃料便發(fā)生分解，放出揮發(fā)分，燃料本身也逐漸碳化，干餾層厚度小于干燥層。（4）氧化層 在這里層中，從下面來(lái)的空氣與彈反應(yīng)，生成碳的氧化物，因?yàn)檠趸俣容^快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時(shí)，在該層中還進(jìn)行碳與水蒸汽的氧化反應(yīng)。（5）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護(hù)爐。見表3 各主要設(shè)備的作用 煤氣發(fā)生爐 在間歇法工藝中，用于生產(chǎn)半水煤氣的發(fā)生爐主要為UGI水煤氣爐。等一系列半水煤氣爐，他們的結(jié)構(gòu)與UGI半水煤氣爐基本相同。外面包有石棉制品隔熱保溫襯鑄剛護(hù)圈，內(nèi)部襯有耐火磚和隔熱層。外壁包有石棉制品隔熱保溫層，防止熱量損失，夾套鍋爐的作用主要是降低氧化層溫度，以防止熔渣粘壁并副產(chǎn)蒸汽，夾套鍋爐兩側(cè)設(shè)有探火孔，用于測(cè)量火層，了解火層分布和溫度情況上部裝有液位計(jì)，水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器和安全閥等附件。底盤底部有氣體中心管與吹風(fēng)和下吹管線呈倒Y型連接，中心管下部裝有通風(fēng)閥和清理門。（4）機(jī)械除灰裝置包括能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的灰盤和爐條及固定不動(dòng)的會(huì)犁。（5）傳動(dòng)裝置機(jī)械除灰裝置的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)提供動(dòng)力。傳動(dòng)裝置附有注油器，以減弱機(jī)械磨損。最終反應(yīng)：C＋O2＋=CO2＋2C＋O2＋=2CO＋Ⅱ氧化層（燃燒層）碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出熱量。Ⅳ干餾區(qū)燃料依靠熱氣體換熱進(jìn)行分解，并析出下列物質(zhì)：1水分；2醋酸、甲醇、甲醛及苯酚；3樹脂；4氣體（CO、COH2S、CHC2H氨氮和氫）。有時(shí)，煤氣中部分一氧化碳與蒸汽進(jìn)行反應(yīng)：H2O＋CO=CO2＋H2 燃燒室 燃燒室的上部都呈錐行，中部為柱體，內(nèi)襯有耐火磚及蓄熱用的格子磚。（2）利用所蓄積的熱量，預(yù)熱下吹蒸汽和加氮空氣，提高 氣體的入爐溫度，提高分解率。氣體從下部入口切線方向進(jìn)室，避免直接沖撞室壁，以減少對(duì)耐火磚的磨損，并使氣體在室內(nèi)分布均勻。 廢熱鍋爐 廢熱鍋爐主要用于回收吹風(fēng)氣和上行半水煤氣的顯熱。煤氣生產(chǎn)中常用火管立式廢熱鍋爐，爐體為一直立的圓筒，用鋼板焊接，兩頭裝有鋼板封頭，內(nèi)部裝有若干根無(wú)縫鋼管。分離下來(lái)的 水及向氣泡補(bǔ)充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時(shí)，鍋爐爐體傾斜7176。 洗氣箱 洗氣箱的作用是防止水封以后的煤氣倒回煤氣爐和空氣發(fā)生爆炸，并兼冷卻除塵的作用。半水煤氣進(jìn)口管浸入水面以下75~125mm，水至箱頂加入，不斷地從錐體部分的溢流管溢出。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。出洗氣箱的煤氣已被飽和。煤氣由下部入塔，由上部出塔。所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。 自動(dòng)機(jī) 自動(dòng)機(jī)的作用在于通過自動(dòng)機(jī)的程序控制，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 間歇式制半水煤氣的工藝條件選擇生產(chǎn)工藝條件時(shí)，要求氣化效率高，爐子生產(chǎn)強(qiáng)度大，煤氣質(zhì)量好，氣化效率指制得半水煤氣所具有的熱值與制氣投入的熱量之比。他是用來(lái)表示氣化過程中的熱能利用率。氣化效率用X表示：X=Q半/(Q燃＋Q蒸)100%式中：Q半半水煤氣的熱值 Q燃消耗燃料的熱值 Q蒸消耗蒸汽的熱值生產(chǎn)強(qiáng)度是指每平方米爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以煤標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。為了保存以上的要求，氣化過程的工藝條件有： 溫度 反應(yīng)溫度沿著燃料層高度而變化，其中氧化層溫度最高。爐溫高，反應(yīng)速度快，蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。此外，爐溫還受燃料及灰渣熔點(diǎn)的限制，高溫熔融將造成爐內(nèi)結(jié)疤。 吹風(fēng)速度 提高爐溫的主要手段是增加吹風(fēng)速度和延長(zhǎng)吹風(fēng)時(shí)間。以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤氣產(chǎn)量與質(zhì)量的重要手段之一。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。爐溫高時(shí)，加大蒸汽流量可加快氣化反應(yīng)，煤氣產(chǎn)率和質(zhì)量也得到提高。但燃料活性較低時(shí)，宜采用較小的蒸汽流量和較長(zhǎng)的送入時(shí)間。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粒度較大、熱穩(wěn)定性較好的燃料，可采用較高的燃料層，但對(duì)顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。 氣體成分 主要調(diào)節(jié)半水煤氣中（H2+CO）與N2比值。在生產(chǎn)中還應(yīng)經(jīng)常注意保持半水煤氣中低的氧含量（≤%），否則將引起后序工段的困難，氧含量過高還有爆炸的危險(xiǎn)。一般為小型水煤氣站采：該流程在吹風(fēng)階段，將吹風(fēng)氣通過燃燒室，同時(shí)向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風(fēng)氣中的在燃燒室中燃燒，蓄熱，高溫燃燒后廢熱鍋爐的收熱量后放空。這是我國(guó)目前廣泛使用的一類流程，它可使大部分的廢熱得以回收利用。、下行煤氣顯熱的流程該流程與流程（3）的差別僅在于下行煤氣的顯熱亦于回收，廢熱的回收利用程度最高，廢熱鍋爐的溫度波動(dòng)較小，蒸發(fā)量也較穩(wěn)定。但CO含量高達(dá)30%以上，故它