2.1.3 制取半水煤气的工业方法(课件）-《化学工艺》同步教学（化学工业出版社）

第二章 合成气 （synthesis gas；syngas） 第一节 固体燃料气化 第二节 烃类蒸汽转化 第三节 重油部分氧化 第四节 合成气的净化与分离精制 第五节 合成气的化学加工 2.1.1 气化过程的化学反应 2.1.2 气化炉的基本形式 2.1.3 制取半水煤气的工业方法 2.1.4 氧－蒸汽连续气化方法 主要内容 2.1.3 制取半水煤气的工业方法 以混合气化剂：O2＋H2O来进行（O2来源于空气）     具体的实施方法是不是合在一起就去制气呢？ 1.半水煤气生产的特点 2.间歇式制半水煤气的工作循环 3.间歇式制半水煤气的工艺条件 4.间歇式气化制半水煤气的工艺流程 1. 半水煤气生产的特点（以合成氨为例） ①合成氨用的半水煤气要求： （H2＋CO）/N2≈3.1～3.2 ②从气化系统的热量平衡来说又希望： （C＋O2）放的热＝（C＋H2O(g)）吸的热 自热平衡 理想结果： ①、②同时满足。 实际上： 如满足了②，则①满足不了；（比值小于3） 如满足了①，则②不能满足。（吸热大于放热) 这是过程的特点之一（矛盾之一） 根据计算(参见书P35)：当热量达平衡时，即②满足时，产物中(H2＋CO)/N2=1.43（大大低于合成氨原料气的要求）。 合成氨的用气的特点： ①(H2＋CO)/N2可以调整 ②用气组成是后续工艺要求，不好改变的 当①满足时②无法满足，哪一个大？吸的大(为什么?) 所以，为了达到要求①，需要额外向系统提供热量。 这是过程的特点之二 如后面讲到的半水煤气，使空气与蒸气间歇交叉进入炉体进行反应，是较普遍的补充热量的方法。 △供热的几种方法 (1)外热法:固体难？ 由外部廉价高温热源进行供热，尚处于研究阶段。 (2)富氧空气气化法： 空气中的O2量高，可提高产热量。 或用纯O2，下游配N2。(因为氧多了，氮就少了） (3)蓄热法（间歇气化）：（吸放热过程作用时间不同） 先用空气提高床层温度，再用蒸气进行C的气化. （可由时间不同来控制温度） △固定床（移动床）煤气化炉燃料层的几个层段 下移，T↑ 煤受变热分解出挥发性气体 煤 空气或水蒸气 空气为气化剂：上部为还原层，co2 + c 反应（慢）co 下部为氧化层， o2 + c 反应（快）co2 H2O为气化剂： C+H2O反应 灰渣预热空气，保护炉底 燃料层温度：随空气的加入而升高， 随H2O(g)的加入而下降，周期性变化！ 热煤气与冷的煤进行热交换，水蒸发 2.1.3 制取半水煤气的工业方法 1.半水煤气生产的特点 2.间歇式制半水煤气的工作循环 3.间歇式制半水煤气的工艺条件 4.间歇式气化制半水煤气的工艺流程 （书上P37有关控制该过程的图及阀门开闭情况，图2-9，见下页ppt） 2.间歇式制半水煤气的工作循环 自上一次开始送入空气至下一次再送入空气之前为止，为一个工作循环。 含有五个阶段 间歇式制半水煤气各个阶段气体流向图 ②一次上吹制气阶段： 自下而上送入水蒸气进行气化反应，燃料层下部T降低，上部T升高。 ①吹风阶段： 吹入空气（自下而上），提高燃料层温度,吹风气放空。 →主要生成CO2，可以多产出热量。 各阶段的实现 ③下吹制气阶段： 自上而下进行H2O(g)气化反应，使燃料层T趋于平衡。 ④二次上吹制气阶段： 将炉底部的下吹煤气排净，为再次吹入空气做准备。 ⑤空气吹净阶段： 回收这部分吹风气（自下而上），作为半水煤气中氮的主要来源，减少损失，防爆。 ①与⑤有何不同呢？（T有无不同？组成呢？） 而这正是工艺及工程中重要的问题之所在。 为什么要这么多步呢？ (而不是仅仅用O2燃烧C后就转变为用H2O来气化呢？) ②步：进行半水煤气的生产 ④步：蒸气再上吹的原因是担心如直接吹风（O2），O2会与下部出口处的煤气相遇，易爆炸。（安全问题） ⑤步：是为了减少发生炉上部管道中残留的二次上吹制得的煤气直接外排空的损失。(质量损失问题) 综上这些考虑无非是： 热量损失、物料损失、安全问题 ①步：主要生成CO2，产出热量 ③步：是为了减少②中煤气较热而带走显热，也可平衡燃料层温度。 (热量损失问题) 各阶段的主要作用 2.1.3 制取半水煤气的工业方法 1.半水煤气生产的特点 2.间歇式制半水煤气的工作循环 3.间歇式制半水煤气的工艺条件 4.间歇式气化制半水煤气的工艺流程 △气化过程的评价：（引入几个概念） ①单炉气化量——气化强度 气化强度（Nm3煤气)(质量)/h•m2炉截面积(容积) 学生量 ②煤气化率 每单位质量煤气化所得煤气的体积量（Nm3