合成氨工藝中的煤氣化.ppt
1,第一章 氨合成,一、概述 二、煤氣化原理 三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,第二節(jié)、固體燃料氣化,2,一、概述,煤氣化煤、焦碳等固體燃料在高溫常壓或加壓條件下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物和少量殘渣過程。,氣化劑能與灼熱碳層進行反應(yīng)的物質(zhì)，主要是水蒸氣、空氣或它們的混合物。,3,二、煤氣化原理,1、以空氣為氣化劑時，碳與氧之間的反應(yīng)為： C+O2= CO2； H298= - 393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； H298= - 110.59kJ/mol C+CO2=2CO； H298= 172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2； H298= - 283.183kJ/mol,（一）、化學(xué)反應(yīng),獨立反應(yīng)數(shù)：4-2= 2,平衡含量：CO含量隨溫度升高增加， CO2下降，T高于900 主要產(chǎn)物為CO， CO2很少。,平衡計算：,4,2、以水蒸汽作氣化劑時，碳與水蒸汽的反應(yīng)為：,C+H2O(g)=CO+H2 ， H298=131.390kJ/mol C+2H2O(g)=CO2+2H2 H298=90.196kJ/mol CO +H2O(g)= CO2+2H2 H298=-41.19kJ/mol C+2H2= CH4 H298=74.90kJ/mol,二、煤氣化原理,獨立反應(yīng)數(shù)：6-3= 3,平衡計算：,平衡含量：相同壓力下溫度高于900，水蒸汽與碳反應(yīng)的平衡產(chǎn)物中，含有等量的H2及CO ，其它組分含量接近于零。隨著溫度的降低H2O、 CO2及CH4等平衡含量逐漸增加。,二、煤氣化原理,6,（二）、反應(yīng)速率,1、碳和氧的反應(yīng)： 根據(jù)對碳與氧反應(yīng)的研究表明，當反應(yīng)溫度在775以下時，反應(yīng)屬于動力學(xué)控制。高于900時，反應(yīng)屬于擴散控制。在兩者之間，屬過渡階段。 2、碳和水蒸氣的反應(yīng) 碳和水蒸氣的反應(yīng)，在溫度為4001100的范圍內(nèi)，速度仍較慢，屬于動力學(xué)控制。當溫度超過1100時，反應(yīng)速度較快，開始為擴散控制。,二、煤氣化原理,7,（一）、半水煤氣生產(chǎn)的特點,1、（CO+H2）與N2的比例為3.13.2. 2、以前者反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需的熱，并能維持系統(tǒng)自熱平衡的話，得不到合格的半水煤氣。 生產(chǎn)方法： （1）間歇制氣法； （2）富氧空氣（或純氧）氣化法； （3）外熱法,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,8,（三）、間歇式制半水煤氣的工作循環(huán),五個階段：氣體流向 1、吹風階段：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風氣放空。 2、蒸汽一次上吹制氣階段：自下而上送入水蒸汽進行氣化反應(yīng)，燃料層下部溫度下降，上部升高。 3、蒸汽下吹制氣階段：水蒸汽自上而下進行反應(yīng)，使燃料層溫度趨下均衡。,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,間歇式氣化過程在固定床煤氣發(fā)生爐中進行的。,4、蒸汽二次上吹制氣階段：使底部下吹煤氣排凈，為吹入空氣做準備。 5、空氣吹凈階段：回收爐子上部及管道中的煤氣，此部分吹風氣加以回收，作為半水煤氣中氮的主要來源。,10,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,（1）溫度： 利：高溫，CO、H2含量高H2O等少，反應(yīng)速度快。 弊: 高溫，吹風氣溫度高， CO含量高，熱量損失增大；結(jié)疤。 灰熔點：t1變形溫度、t2軟化溫度、t3熔融溫度。 氣流床：Tt3,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,（2）吹風速度：許可條件下高風量,吹風速度直接決定放熱。 利：高風量，擴散控制，氧化層反應(yīng)加速，CO2在還原層停留 短，CO低，熱 量損失??；空氣吹凈小些。 弊：風量過高，易結(jié)疤；吹翻燃料層，爐況惡化，飛灰?guī)ё叩?燃料損失。 （3）蒸汽用量：下吹時間長于上吹。 上吹：時間過長，熱損失大，氣化區(qū)上移。 下吹：蒸汽事先預(yù)熱，制氣情況更好。,（4）循環(huán)時間及其分配：等于或略少于3min。 過長：氣化層溫度、煤氣質(zhì)量、產(chǎn)量波動大； 過短：閥門開關(guān)頻繁，占時間多，效率下降，閥門易損壞。,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,13,（五）、工藝流程和主要設(shè)備,間歇式制氣的工藝流程 是由煤氣發(fā)生爐、余熱回收裝置、煤氣的除塵、降溫和貯存等設(shè)備所組成。 工藝流程見（圖）,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,室,鏈接,鏈接,鏈接,水煤漿,K-T煤氣化爐,鏈接,實質(zhì)： 2C + O2 = 2CO -221.189KJ/mol C + H2O (g) = CO + H2 +131.390KJ/mol,存在問題：自熱平衡 原料平衡 CO + H2 / N2 = 3.1 3.2,
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1,第一章 氨合成,一、概述 二、煤氣化原理 三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,第二節(jié)、固體燃料氣化,2,一、概述,煤氣化煤、焦碳等固體燃料在高溫常壓或加壓條件下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物和少量殘渣過程。,氣化劑能與灼熱碳層進行反應(yīng)的物質(zhì)，主要是水蒸氣、空氣或它們的混合物。,3,二、煤氣化原理,1、以空氣為氣化劑時，碳與氧之間的反應(yīng)為： C+O2= CO2； H298= - 393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； H298= - 110.59kJ/mol C+CO2=2CO； H298= 172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2； H298= - 283.183kJ/mol,（一）、化學(xué)反應(yīng),獨立反應(yīng)數(shù)：4-2= 2,平衡含量：CO含量隨溫度升高增加， CO2下降，T高于900 主要產(chǎn)物為CO， CO2很少。,平衡計算：,4,2、以水蒸汽作氣化劑時，碳與水蒸汽的反應(yīng)為：,C+H2O(g)=CO+H2 ， H298=131.390kJ/mol C+2H2O(g)=CO2+2H2 H298=90.196kJ/mol CO +H2O(g)= CO2+2H2 H298=-41.19kJ/mol C+2H2= CH4 H298=74.90kJ/mol,二、煤氣化原理,獨立反應(yīng)數(shù)：6-3= 3,平衡計算：,平衡含量：相同壓力下溫度高于900，水蒸汽與碳反應(yīng)的平衡產(chǎn)物中，含有等量的H2及CO ，其它組分含量接近于零。隨著溫度的降低H2O、 CO2及CH4等平衡含量逐漸增加。,二、煤氣化原理,6,（二）、反應(yīng)速率,1、碳和氧的反應(yīng)： 根據(jù)對碳與氧反應(yīng)的研究表明，當反應(yīng)溫度在775以下時，反應(yīng)屬于動力學(xué)控制。高于900時，反應(yīng)屬于擴散控制。在兩者之間，屬過渡階段。 2、碳和水蒸氣的反應(yīng) 碳和水蒸氣的反應(yīng)，在溫度為4001100的范圍內(nèi)，速度仍較慢，屬于動力學(xué)控制。當溫度超過1100時，反應(yīng)速度較快，開始為擴散控制。,二、煤氣化原理,7,（一）、半水煤氣生產(chǎn)的特點,1、（CO+H2）與N2的比例為3.13.2. 2、以前者反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需的熱，并能維持系統(tǒng)自熱平衡的話，得不到合格的半水煤氣。 生產(chǎn)方法： （1）間歇制氣法； （2）富氧空氣（或純氧）氣化法； （3）外熱法,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,8,（三）、間歇式制半水煤氣的工作循環(huán),五個階段：氣體流向 1、吹風階段：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風氣放空。 2、蒸汽一次上吹制氣階段：自下而上送入水蒸汽進行氣化反應(yīng)，燃料層下部溫度下降，上部升高。 3、蒸汽下吹制氣階段：水蒸汽自上而下進行反應(yīng)，使燃料層溫度趨下均衡。,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,間歇式氣化過程在固定床煤氣發(fā)生爐中進行的。,4、蒸汽二次上吹制氣階段：使底部下吹煤氣排凈，為吹入空氣做準備。 5、空氣吹凈階段：回收爐子上部及管道中的煤氣，此部分吹風氣加以回收，作為半水煤氣中氮的主要來源。,10,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,（1）溫度： 利：高溫，CO、H2含量高H2O等少，反應(yīng)速度快。 弊: 高溫，吹風氣溫度高， CO含量高，熱量損失增大；結(jié)疤。 灰熔點：t1變形溫度、t2軟化溫度、t3熔融溫度。 氣流床：Tt3,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,（2）吹風速度：許可條件下高風量,吹風速度直接決定放熱。 利：高風量，擴散控制，氧化層反應(yīng)加速，CO2在還原層停留 短，CO低，熱 量損失?。豢諝獯祪粜⌒?。 弊：風量過高，易結(jié)疤；吹翻燃料層，爐況惡化，飛灰?guī)ё叩?燃料損失。 （3）蒸汽用量：下吹時間長于上吹。 上吹：時間過長，熱損失大，氣化區(qū)上移。 下吹：蒸汽事先預(yù)熱，制氣情況更好。,（4）循環(huán)時間及其分配：等于或略少于3min。 過長：氣化層溫度、煤氣質(zhì)量、產(chǎn)量波動大； 過短：閥門開關(guān)頻繁，占時間多，效率下降，閥門易損壞。,（四）、間歇式制半水煤氣的工藝條件,13,（五）、工藝流程和主要設(shè)備,間歇式制氣的工藝流程 是由煤氣發(fā)生爐、余熱回收裝置、煤氣的除塵、降溫和貯存等設(shè)備所組成。 工藝流程見（圖）,三、制取半水煤氣的工業(yè)方法,室,鏈接,鏈接,鏈接,水煤漿,K-T煤氣化爐,鏈接,實質(zhì)： 2C + O2 = 2CO -221.189KJ/mol C + H2O (g) = CO + H2 +131.390KJ/mol,存在問題：自熱平衡 原料平衡 CO + H2 / N2 = 3.1 3.2,
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