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 量損失小;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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