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第一篇 以煤为原料固定床间歇气化工艺的基本知识 1.1 气化反应的基本原理及煤气炉内燃料层的分布状况 1.1.1 概述 以煤为原料的气化过程，分为吹风和制气两个阶段。作为氨合成的半水煤气是以氧气和蒸汽作为气化剂的制得的气体，同时要求气体中（CO+H2）和N2的比例为3：1-3：2，吹风是放热反应，它的目的是使炭层积蓄热量，为制气提供高温的反应条件；制气是吸热反应，它的目的是使蒸汽和赤热的炭反应，制成合成氨生产所需要的一氧化碳和氢。 1.1.2 固体燃料气化的基本原理 在固体煤气发生炉中，原料煤、氧气和水蒸汽发生气化反应，其主要反应如下： （1）以空气为主要气化剂的主要反应方程式 C+O2=CO2+402KJ ① 2C+O2=2CO+237KJ ② CO2+C=2CO-165KJ ③ 吹风时，空气中的氧气和炭燃烧，其反应式为①和②为主。放出大量的热量，贮蓄在炭层中，同时反应生成的CO2继续与炭发生还原反应生成CO，如反应式③，此反应为吸热反应，生成的CO随吹风气放空或送吹风气回收岗位，很显然这个反应是应该抑制的。工艺上采用提高吹风速度，减少C02和炭接触时间。 （2）以水蒸汽为气化剂的主要反应方程式为 C+2H2O=CO2+2H2-80KJ ④ C+H2O=CO+H2-123KJ ⑤ 水蒸汽和炭的反应过程叫制气，以反应式④和⑤表示，都是吸热反应，利用反应式①和②中的热量。 1.1.3 煤气发生炉内燃烧层的分布状况 在煤气发生炉中固体燃料气化过程，燃料与气化剂呈相反方向和顺时针方向运动，当气化剂经过燃料层时，进行气化反应，同时伴随着物理变化，燃料层大致可分如下图所示的5个区层。 干燥层 新加入的燃料由于下层的高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入的燃料的量有关。 干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中的水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便发生热分解，放出挥发分，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。 还原层 气化剂从下面进入炭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。 氧化层 在这一层中，从下面来的空气与炭反应，生成碳的氧化物，因为氧化速度较快，故其厚度比还原层薄，如用水蒸汽作气化层时，在该层中还进行炭与水蒸汽的氧化反应。一般将还原层和氧化层通称为气化区。 灰渣层 氧化层下面就是灰渣层，没有化学反应发生，其作用是分布预热空气和保护炉箅。 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。 表1 在固定层煤气发生炉内气化固体燃料层各个区域（由上而下）的特性 区域 区域名称用途即进行的过程 化学反应 Ⅰ 灰渣层 分配气化剂，防止炉箅受高温的影响。在本域中，借灰渣层显热来预热气化剂 Ⅱ 氧化区（燃烧区） 碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出热量 最终反应 C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2 Ⅲ 还原区 二氧化碳还原成一氧化碳，或水蒸气分解为氢，燃料依靠的气体而被预热 CO2+C=2CO H2O+C=CO+H2 2H2O+C=CO2+2H2 CO+H2O=CO2+H2 Ⅳ 干馏区 燃料依靠热气体换热进行热分解，并析出下列物质： （1）、水分 （2）、醋酸、甲醇、甲酸（干馏木材泥煤时）及苯酚 （3）、树脂 （4）、气体--一氧化碳和二氧化碳（依靠燃料中的氧及一部分碳），硫化氢、甲烷、乙烯、氨、氮和氢 Ⅴ 干燥区 依靠气体的显热、来蒸发燃料中的水分 Ⅵ 自由空间 起聚集煤气作用 有时，煤气中的一氧化碳和蒸汽进行反应： CO+H2O=CO2+H2 1.2 间歇法制半水煤气的工艺流程及气化过程概述 1.2.1 间歇法制半水煤气的的工艺流程 传统工艺流程和显热集中回收工艺流程图分别如图2-1、图2-2所示。其主要差别是：传统流程为半水煤气出洗气塔以前各炉自成系统。各炉出口气体相互不混合。而显热集中回收流程为几台炉共用同一台废热锅炉和洗气塔，在废热锅炉前各炉均增设了煤气总阀和检修水封，半水煤气出检修水封后，即各炉半水煤气混合。 传统工艺流程：该流程具有各炉自成系统，加炭、检修互不干扰的优点。但废热锅炉和洗气塔利用率较低。 显热集中回收工艺流程：该流程具有废热锅炉、洗气塔利用率高，热量损失较少，系统阻力小，节约冷却水的优点。但当煤气阀门内漏时，如操作不当，易发生加炭时炉口爆炸和着火。 1.2.2 气化过程概述 吹风阶段以空气为气化剂，反应生成的吹风气去吹风气回收系统或去烟囱放空，其他阶段生成的水煤气，半水煤气及回收的氮气，经除尘、回收热量、冷却降温后送气柜贮存。上述的生产过程是在油压微机控制