煤化工課程设计.doc

第1章 前 言 概述 固定床煤气化技术是最先实现运用的工业化技术，在此基础上发展起来的合成氨工业为粮食增产和军工业的发展奠定了重要的基础。国之大事无非足粮足兵，粮食充足则天下大定，诸项事业皆可繁荣；兵坚器锐则国自安，外敌无隙可乘。德国作为后起的帝国主义国家，外无广大的殖民地可供掠夺并提供原料，国内资源缺乏。但是德国通过发展合成氨工业，既解决了粮食问题，又解决了军事工业发展必须的硝铵供应，遂有能力起而与日不落帝国争夺生存空间，历数年而不败，最后因石油供应短缺和美国参战而被迫投降。处理战后国际格局安排的巴黎和会，其中重要但已为人忘却的决议之一就是要求德国向全世界公开合成氨工业的技术。合成氨工业的极端重要性由此可见。巴黎和会后，全世界均以煤为原料，采用固定床煤气化技术发展合成氨工业。民国时期，国民政府最重大的工业建设之一即为南京永利宁钮厂年产6万吨合成氨装置，1937年毁于抗日战争。 上世纪四五十年代是全球煤化工发展的黄金时间时期，但随着石油的大量发现，中东廉价石油的开发，石油化工兴起，煤化工逐步退出。至上世纪六七十年代，全世界除中国和南非外煤化工时代已经完全结束，煤气化技术的发展完全停止。上世纪七十年代石油危机爆发后，煤气化技术再度受到重视，相继开发了德士古水煤浆气化、壳牌煤粉气化等技术，并建立示范工程用于联合循环发电。但是仅有美国帝斯曼公司采用德士古水煤浆气化技术建设的甲醇、醋酸装置进入商业化运行，其余项目均止于示范工程阶段。上世纪九十年代以后，国外的煤气化技术进入中国，用于合成氨甲醇的新建项目以及油头合成氨装置的技术改造。 中国由于特殊的历史条件和资源条件，上世纪五十年代开始大规模地采用固定床煤气化技术进行合成氨生产，用以解决国家面临的极为严重的粮食短缺问题。当时由国务院副总理陈云亲自抓这项工作。以当时化工部副部长侯德榜发明的碳铵为产品路线，在全国每个县均建立小合成氨厂，甚至于有的县建立了数个合成氨厂。这些小合成氨厂大部分在上世纪七十年代建成，并逐步稳定运行。同时在上世纪七十年代初期，随着中国与西方关系的缓和，我国用石油换取的宝贵外汇先后引进了前十三套和后十三套合计26套的年产30万吨合成氨52万吨尿素装置，大约在七十年代末、八十年代初相继建成投产，使我国化肥产量在七十年代末、八十年代初显现爆炸性的增长。此时，杂交水稻良种的培育也已成功，并进入大规模推广阶段。这是我国在八十年代初期粮食巨幅增长、并一举解决千百年来未能解决温饱问题的重要物质基础和技术原因。 八十年代后期，我国的粮食和化肥均出现短时期的过剩。合成氨工业的发展从量的扩增进到质的提高阶段。大量竞争力差的小合成氨厂逐步退出生产，剩下的小合成氨厂通过不断的技术改造，其生产规模和技术水平迅速提高，同时在国家政策的支持下改产尿素，实现产品路线的调整，竞争力明显增强。目前我国合成氨工业竞争力最强、发展最快的企业集团，其企业核心均为原先的小合成氨厂，如湖北宜化集团、山东华鲁恒升、联盟化工、鲁西化工、心连心集团、河南骏马集团等，而采用国外石油路线或引进国外先进煤气化技术的企业，无论在发展速度，还是企业效益情况均不能与之相比。 1.2 煤炭气化的定义和气化反应 1.2.1 煤炭气化的定义 煤炭的气化是指在气化炉内，煤在高温下与气化剂反应，生成煤气的全过程。煤炭气化过程的基本条件是：气化炉，气化原料和气化剂。气化炉是煤炭气化的核心设备；气化剂为氧气或空气以及水蒸气和二氧化碳等。 1.2.2 煤炭气化的主要反应 a碳的氧化反应 b碳的部分氧化反应 c二氧化碳的还原反应 d水蒸气的分解反应 e水蒸气分解反应 f一氧化碳变换反应 g碳的加氢反应 h甲烷化反应 煤炭气化的目的产品是燃料气或化工原料气，煤气的有效成分是CO.和,因此上述反应应根据煤气用途的不同加以控制。 1.3 移动床气化 1.3.1 混合发生炉煤气 混合发生炉是移动床常压气化技术最成熟的气化方法之一，原料煤在煤气发生炉内与空气和水蒸气组成的混合气化剂发生反应，生成混合发生炉煤气。混合发生炉煤气属于低热值煤气，一般在4.6～7.5MJ/之间，主要用作工业燃料气，不能单独作煤气使用。 (1) 气化过程 气化炉为圆筒形，外壳由钢板制造。气化炉由炉体。炉体装置，炉蓖，气化剂入口和煤气出口等部分组成。 煤气发生炉内燃料层由下至上大致可分为五层。 a灰渣层：在灰渣层中，气化剂不发生化学反应，只与灰渣进行热交换，气化剂吸收灰渣的热量而升温预热，灰渣则被冷却。 b氧化层:主要进行碳的燃烧反应：,放出大量的热量，在氧化层末端，气化剂中的被全部耗尽。 c还原层：主要进行二氧化碳的还原反应和水的分解反应： 反应所需要的热量主要由碳的燃烧反应放热提供，同时，变换反应可以补充剖分热量。 d干馏干燥层；由还原层出来的气体（包括其中大