1-1-1原料气的制取-固体燃料气化概述
2合成气(化学工艺学)解析
K P1
P CO
P3 H2
P P CH 4 H 2 O
K P2
P P CO 2 H 2 P CO P H 2 O
b.平衡组成的计算
已知条件： m原 料 气 中 的 水 碳 比 (m H2O)
CH4 P 系 统 压 力 ； T 转 化 温 度 假定：无炭黑析出
计算基准：1mol CH4 在甲烷转化反应达到平衡时，设x为按式(2-3)转化了
压力和水碳比确定后，按平衡甲烷的浓度来确定温度。一般要
求yCH4<0.005,出口温度应为1000℃ 左右。实际生产中，转
化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高， 这个差值叫平衡温距。
T ＝T－Te（实际温度－平衡温度） 平衡温距低，说明催化剂活性好。一、二段平衡温距通常分 别为 10~15 ℃ 和 15~30 ℃ 。
为代表来讨论气态烃类蒸汽转化 的主要反应及其控制条件。
➢ 烃类主要进行的反应 烷烃
烯烃 CnH2n n2H2O34nCH4 n4CO2 CnH2n nH2OnCO2nH2 CnH2n 2nH2OnCO2 3nH2
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
主要反应
高温、催化 剂
( 1 ) C 4 H H 2 O ＝ C 3 H O 2 2.4 0 km 6 J o ( 2 ) C H O 2 O ＝ C 2 H O 2 4 .2 k 1 /m J
水碳比 反应温度 反应压力
➢ 温度增加，甲烷平衡含量下降，反应温度每降 低10℃，甲烷平衡含量约增加1.0%-1.3%；
➢ 增加压力，甲烷平衡含量随之增大；
➢ 增加水碳比，对甲烷转化有力；
➢ 甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行 有利
合成氨工艺总结
合成氨发展的三个典型特点：1。
生产规模大型化2。
能量的合理利用. 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力,基本不用电能3。
高度自动化Chp2。
原料气的制取2.1 固体燃料气化法氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。
煤气化技术装置的分类：（1)固定床气化（2)流化床气化（3）气流床气化固定床气化:UGI炉，鲁奇（Lurgi）炉和液态排渣的鲁奇炉流化床气化:Winkler气化炉；Lurgi循环流化床气化炉；U—Gas灰团聚流化床气化炉气流床气化：常压气流床粉煤气化即Koppers-Totzek（柯柏斯—托切克,简称K-T)炉;水煤浆加压气化，即Texaco（德士古）炉和Destec（现E—Gas)炉；粉煤加压气化,即SCGP（Shell 煤气化工艺）。
固定床间歇制气：采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。
通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气;空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气.间歇式制半水煤气流程：a．空气吹风b．上吹制气c．下吹制气d．二次上吹e．空气吹净德士古气化装置包括煤浆制备、气化、灰水处理。
煤浆气化采用德士古水煤浆加压气化的激冷流程。
气化工段关键设备气化炉（参见p56图1-2-39）气化炉分上下两部分，上部为燃烧室，燃烧室内安装三层耐火砖用来防止炉壁烧坏；下部为激冷室.从燃烧室出来的工艺气通过下降管进入激冷室，激冷室上部有激冷环，下部下降管浸入水中，工艺气在水中冷激。
气化炉是德士古装置核心设备。
碳洗塔的作用是洗涤从气化炉来的粗煤气，除去粗煤气中的含杂的灰分以及可容水的反应副产物,保证干净、含灰分少的粗煤气送到下一工段进行使用.碳洗塔下部主要作用是洗涤，碳洗塔合成气入口管线伸入水下，粗煤气进入碳洗塔水下后，经过塔内灰水的洗涤再进入上部;碳洗塔上部有塔盘，采用筛板结构，用来对合成气进行可溶性气体以及灰分进行吸收.碳洗塔是德士古气化装置中，一个非常重要的中间过程装置。
无机化工工艺学
第二章、固体燃料气化1、最近十多年我国合成氨原料构成是以煤、焦炭为主。
2、煤化过程的第一阶段，首先是形成年轻的泥炭，继后逐次形成褐煤、次烟煤、烟煤、最终形成无烟煤和天然石墨。
3、煤气的分类：（1）空气煤气以空气作为气化剂所制得的煤气，可作为合成氨原料气中氮的来源。
（2）水煤气以水蒸气作气化剂所制得的煤气。
其中氢气和一氧化碳的含量在85%以上。
主要作为合成氨原料气中氢气的来源。
（3）混合煤气以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。
主要用作工业气体燃料。
半水煤气分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气按混合后气体中（H2+CO）与N2的摩尔比为3.1-3.2的比例进行掺配。
4、5、煤在汽化炉中进行的气化过程包括：干燥、热解以及由热解生成的碳与气化剂反应阶段。
一）、煤的干燥：煤中水分包括三类：1、吸附在煤表面的外表水，叫游离水；2、吸附于煤结构体毛细孔中的吸附水3、煤中含氧基团-OH和-COOH相连的水，叫化学键态水。
其中1和2中的水在温度高于100℃，即可缓慢的释出（此过程为蒸发）。
3中的键态水在150-300℃时，开始分解，放出CO2和CO。
二）煤加热分解：三）、气化反应的化学平衡：1、以空气或富氧空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为：C+O2= CO2；C+1/2O2=CO；C+CO2=2CO；CO+1/2O2=CO26、O2全部与C反应生成CO2，CO2的平衡转化率为α，总压为P；空气中N2∕O2的摩尔比为79∕21=3.76计算基准取1molO2。
C + CO2 = 2CO平衡时：1-ɑ2ɑ气相总量=1-ɑ+2ɑ+3.76=4.76-ɑmol由此求得各组分分压将分别代入平衡常数式中整理得：7、以水蒸汽作气化剂时碳与水蒸汽的反应为：C+H2O(g)=CO+H2 ，C+2H2O(g)=CO2+2H2 CO +H2O(g)=CO2+2H2 C +2H2=CH48、制取半水煤气的工业方法，按其供热方式可分为：①蓄热法也称间歇式制气法。
合成氨原料气制取 第一节
• CH4 + H2O＝3H2 + CO ΔH0＝206.4KJ
• CH4 + 2H2O＝4H2 + CO2 ΔH0＝165.3KJ
• 把转化后的气体送入用耐火材料衬里的二段转化 炉，同时向二段转化炉送入3.5MPa、450℃的空气 (空气加入量根据合成氨所需氮量配加)与一段转 化气汇合，这时空气中的全部氧和转化气中的部 分氢发生燃烧放热反应：
4.1.2 烃类蒸汽转化法
• 以轻质烃(天然气、油田气、炼厂气、轻油等)为 原料生产合成氨原料气。
• 各种低碳烃类与水蒸气反应都需经过甲烷蒸汽转 化阶段。故可用甲烷蒸汽转化代表气态烃类蒸汽 转化。
• 烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法：
天然气(含氢0.25至0.5%)，在 3.6MPa下被烟道气 预热到380℃左右，在脱硫器中经脱硫 (总硫含量小 于0.5μg/g)。然后在3.8MPa下配入3.5倍体积的中压水 蒸气，进一步加热到500℃左右，进入α-Al2O3为载体 的镍催化剂反应管(由耐热合金制成)。管外炉膛内用 天然气或其它气体加热， 90％的CH4气体在反应管 内于650至800℃下发生转化反应。
间歇式制半水煤气的主要步骤：
a. 空气吹风 b. 上吹制气 c. 下吹制气 d. 二次上吹 e. 空气吹净
• a. 空气吹风
空气从造气炉底部吹入，主要目的是送风发 热，提高炉温，吹风后的气体去废热锅炉回收热 量后放空。
• b. 上吹制气
水蒸气从炉底吹入生产水煤气，主要目的是 制气，制得的水煤气通过废热锅炉回收热量，除 尘、洗涤后送入气柜。
重质烃部分氧化法涉及的析碳反应：
CH4 = C + 2H2 2CO = CO2 + C CO + H2 = H2O + C
固体燃料的气化过程及设备
固体燃料的气化过程及设备固体燃料是指那些不易挥发的固体物质，例如煤和生物质等。
而气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的过程。
在气化过程中，固体燃料被加热并与氧气或气体反应，从而产生可燃气体和灰燃残渣。
本文将介绍固体燃料的气化过程和常用设备。
气化过程干式气化干式气化是在没有用水的条件下进行气化。
在干式气化中，固体燃料通常被加热至200-800℃的温度范围内，然后经过一系列的热解和化学反应转化为可燃气体。
该过程中生成的气体是水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳、氢气等。
常用的设备包括固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉等。
湿式气化湿式气化是在加水条件下进行的气化。
在湿式气化过程中，固体燃料通常被加热至300-600℃的温度，然后通过蒸汽进行气化。
在湿式气化中，水蒸气是主要的反应物质，反应过程会产生大量的氢气。
湿式气化主要用于处理生物质。
常见的设备包括喷雾床气化炉和旋转床气化炉等。
气化设备固定床气化炉固定床气化炉是一种将固体燃料转化为可燃气体的设备。
它是将固体燃料放入反应器中，通入氧气和水蒸气，在高温高压下发生气化反应，产生可燃性气体。
该设备具有结构简单、操作简单、安全可靠等优点。
但是，它的气化效率较低，需要占用较大的空间和能源。
移动床气化炉移动床气化炉是固定床气化炉的改进型。
它的反应器是一个可以移动的炉具，可以周期性地取出灰渣和添加燃料。
该设备具有气化效率高、能源利用率高、节能环保等优点。
但是，它的结构比较复杂，需要较为精密的控制系统。
旋转床气化炉旋转床气化炉是一种可以连续气化固体燃料的设备。
固体燃料通过发射器和旋转床进入反应器中，然后与氧气和水蒸气发生反应，生成可燃气体。
该设备具有气化效率高、反应均匀、空间占用小等优点。
但是，它的设备成本较高。
结论固体燃料的气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的重要技术。
干式气化和湿式气化是常用的气化过程。
在气化设备方面，固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉是常用的设备。
无机化工产品典型生产工艺
受限制
特
征
对粘结性煤
受限制 需搅拌装置
0～5
好 受限制
90% 70% <200目 ﹤200 目
不受限制
不受限制
典型煤种
无烟煤 褐煤
褐煤
任何煤种
续表
气化压力，MPa
气化区最高温度， ℃
气化炉出口温度，
操
℃
作
特
耗氧量
征
耗蒸汽
常压 2～3 〈灰软化温度
约100 无低 高高
常压 1.0
常压 3～6.5
850～900 约1100 1350～1600
温度一定、压力升高时， H2及CO含量降低； CO2 CH4等增加
煤气化生产方法及主要设备
⑴生产方法分类
煤气化过程需要吸热和高温，工业上采用燃烧 煤来实现。气化过程按操作方式分为：间歇式 和连续式，前者的工艺较后者落后，现正在被 淘汰。现一般按采用的反应器类型分为：固定 床（移动床）、流化床、气流床和熔融床。前 三种以被工业生产采用，而熔融床处于中试阶 段。
间歇操作是通过控制阀门的开启顺序和开启时 间达到制气的目的-气体组成及热量的利用。
⑶固定床连续式化制水煤气
固定床连续式气化制水煤气法由德国鲁奇公司 开发。燃料块状煤或焦炭由炉顶定时加入，气 化剂为水蒸气和纯氧混合气，在汽化炉中同时 进行碳与氧的燃烧放热反应和碳与蒸汽的气化 吸热反应，调节H2O/O2比例，就可连续制气， 生产强度较高，且煤气质量稳定。但因煤气中 CH4和CO2含量高，CO含量低，一般作城市煤气
34～36 30～40 13～15
31
35
58
45
10
18
N2 %（体积）
约20 0.5
粗原料气的制取—固体燃料气化法(合成氨生产)
CONTENTS
气化过程的工艺条件，往往随着燃料的性能，例如燃料反应活性、粒 度、灰熔点、机械强度、热稳定性而有很大的差异。加之，间歇式制气过 程中燃料层温度与气体组成呈周期性变化，影响工艺过程因素过多。衡量 气化过程的好坏，通常主要依据：
01 半水煤气 的质量
主要指标是有效气体组成 （H2+CO)，以及（H2+CO)/N2 和微量氧等
(5)气体成分
主要是要求半水煤气中(H2+CO)／N2=3.1～3.2。通常是采用调节空气 吹净及回收时间的方法来控制，改变加氮空气量也是方法之一。由于加氮 空气量的多少对燃料层温度影响较大，加氮空气量一经确定，就不宜改变。 此外还应尽量降低半水煤气中甲烷、二氧化碳和氧气的含量，特别要求氧 气含量小于0.5%。若氧气含量过高，不仅有爆炸的危险，而且还会给变换 催化剂带来严重的危害。
煤在气化炉中干燥， 热解生成C
C + 气化剂
CO、H2、CH4
CO2、N2、H2O
焦油、COS、 H2S、NH3
可燃气体 不可燃物质
有害物质
CONTENTS
煤系由多种聚合高分子和矿物晶体组成的物质。煤中水分包括三类：游离水、吸附态水、化学键态水。
游离 水
吸附 态水
煤
系
化学 键态 水
游离水
1
附着于煤表面的外表水
03
空气吹净时
气体依次经发生炉、 燃烧室、 废 热锅炉、 洗气箱、 洗涤塔而入气 柜, 此时燃烧室无须加二次空气。
Hale Waihona Puke 04蒸汽上吹和下吹制气时,
如欲配人加氮空气, 为确保安全 起见, 加氮空气应在水蒸气通人 稍后加人,并应先于水蒸气停送以 前切断。 灰渣最后落于旋转炉篦,由刮刀刮 人灰箱,定期排出炉外
化工工艺学
《化学工艺学》教学大纲课程名称：化学工艺学英文名称：Chemical engineering process课程编号：课程类型: 专业选修课学时/学分：51学时/3学分；理论学时：51学时开设学期：五开设单位：化学化工学院适用专业：应用化学说明一、课程性质与说明1．课程性质专业必修课2．课程说明化学工艺学是研究将各种原料加工成为更有价值的消费品或生产资料的过程，是应用化学专业的一门重要的专业主干课。
它的作用和任务是培养学生在化工工艺过程的理论与实践方面建立较为系统的基础，能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决实际问题，初步掌握化工工艺过程开发的基本思路和技巧，为学生将来从事化工行业打下基础。
本课程根据化学工业的结构特点，以典型化工产品生产工艺为主线，介绍每个典型产品所涉及的化工过程。
共分9章，每一章均根据其特点侧重介绍了有关基础理论和生产方法，如分析和讨论生产工艺中工艺路线、反应原理、影响因素、工艺条件的确定、流程的组织、主要设备的结构特点等内容。
同时，对技术经济指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理也有一定的介绍和论述。
二、教学目标1．将已学的专业理论知识和专业基础知识与实际生产相结合，以处理实际生产过程问题；2．使学生了解化学工业的特点、原料资源和主要产品；理解化学工艺的共性知识中化工过程的主要效率指标，催化剂的性能及使用；3．掌握化学反应过程中的物料衡算和能量衡算；4．理解工艺流程的设计，最适宜的操作条件，生产过程所需的各种机械设备的规格、结构，产品的质量控制等内容。
三、学时分配表四、教学教法建议通过课堂讨论、师生交流、习题评讲、答疑、等环节，达到教学大纲规定的要求，较好完成教学任务。
课堂教学应力求学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容，引导学生学会分析问题和解决问题的能力。
教学方法上通过实物、挂图、多媒体及课外实验等各种途径加深学生印象，提高教学效果。
五、课程考核及要求1．考核方式：考试（√）2．成绩评定：计分制：百分制（√）成绩构成：总成绩= 平时考核10% + 中期考核30% + 期末考核60%六、参考书目[1] 刘晓勤，吕效平编.《化工工艺学》. 南京：河海大学出版社，2010．[2] 崔英德编.《实用化工工艺学》.北京：化学工业出版社，2002.[3] 廖巧丽，米镇涛编.《化学工艺学》.北京：化学工业出版社，2001.[4] 米镇涛编.《化学工艺学》.北京：化学工业出版社，2001.[5] 陈五平编.《无机化工工艺学》. 北京：化学工业出版社，1996.本文第一章绪论教学目标：1．了解化学工艺学的研究内容，化学工业的概况。
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学科
合成氨工艺
第一章固体燃料气化
合成氨生产概述
审批签字
授课时数
2
授课方法
讲授
授课工具
多媒体
成氨生产的主要步骤及流程
教学重点
和难点
重点：合成氨生产的主要步骤及流程、增强爱国教育
复习提问
1．化学工业有何特征？
2．典型的无机化学工业有哪些？
教学内容、方法和过程
附记
【引课】
合成氨生产过程的三个主要步骤：
【原料气的制取】：制备含有氢气、二氧化碳、氮气的粗原料气。
氢气来源于水蒸气和含有碳氢化合物的各种燃料。
氮气来源于空气，可以在低温下将空气液化分离而得，也可以在制取氢气的过程中加入空气，将空气中的氧气与可燃物质反应而除去，剩下的氮气和氢气混合，获得氢氮混合气。
【原料气的净化】：除去原料气中氢气、氮气以外的杂质。
一般由原料气脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳的脱除、原料气的精制等。
【原料气压缩与合成】：将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的，在催化剂与一定温度条件下合成为氨。
合成氨生产常用的原料包括：焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。
二、制取半水煤气的工业方法
目前主要有以下几种：固定层间歇气化法、固定层连续气化法、沸腾层气化层、加压气化法、粉煤气化法。
合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氮来自空气，氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。世界大多数合成氨厂以气体燃料为主要原料。
我国能源结构特点：“富煤、少油、缺气”。
教学内容、方法和过程
附记
我国的合成氨生产原料已经形成了以煤为主、油气并存的中国特色。
我国合成氨厂原料组成大致为：气∶油∶煤=14∶19∶67。
【反思】
1．间歇式制气方法2．富氧空气（或纯氧）连续气化法
[提问]富氧空气中氧气的浓度需要多少呢？
若（CO+H2）/N2=3.1，则富氧空气中氧气理论含量为：1/(1+1.68) = 36.6%。
实际生产中连续气化法所需富氧空气中氧气含量约50%，此即为富氧空气-蒸汽连续气化法。
【小结】
【作业】P4 1、2
空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来供给生长所需主要养分。固氮是化学化工研究中既古老又前沿的课题。
目前已投入工业生产的主要固氮方法：电弧法、氰氨法、合成氨法。目前最重要最经济的方法是合成氨法。
【新课】
氨是利用一定比例的氢和氮混合气在高温高压并有催化剂条件下直接合成。