年产10万吨合成氨造气工段工艺设计.docx

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年产10万吨合成氨造气工段工艺设计

年产10万吨合成氨造气工段工艺设计

化学工程与工艺指导老师：

摘要本设计时年产能力为10万吨合成氨造气工段（合成氨所需原料气---半水煤气）的初步工艺设计。

本设计采用常压固定床间歇制气法。

根据株化集团合成氨厂现场实习及有关文献资料，完成物料、热量的计算。

此设计配有设计说明书一份，图纸三张。

说明书内容：

1.煤造气的发展及发展趋势；2.造气工段的生产原理，流程选择及生产方法的论证与选择；3.物料衡算、热量衡算；4.主要设备的计算及选型；5.安全技术及节能；6.技术经济.

三张图纸：

1.带控制点的物料流程图；2.设备平面布置图；3.发生炉工艺装配图。

关键词：

合成；氨；半水煤气；工艺；设计

TheDesignofProducingCoalGasabout

ManufacturingSynthesisofAmmonia100000T/a

ChemicalengineeringandtechniquesChenChaoGuideTeacherLiuHexiu

Abstract：

Thisdesignisaprimarydesignaboutthesynthesisofammonia100000T/yeartechniquesaccidencecontrive.Thedesignownstheprocessofproducingsemi-watergas.Thedesigncompletedthecalculationofmaterialandheatquantityaccordingtorelevantdate.Duringthedesignperiodaninstructionandfourserialsofdiagramhavebeenworkedout.

Theinstructionincludes:

1.Thedevelopmenthistoryofproducingcoalgasandthedevelopingtrend.

2.Theproductionwayofproducingsemi-watergas、demonstratingandthechoosing,factorychamberplan.

3.Thecalculationofmaterialandthecalculationofheatquantity.

4.Thedesigningandtechnologicalcalculationaboutthemainequipments.

5.Safetyandsavingenergy.

6.Economicestimate.

Fourseriousofdiagramincludes:

1.100000T/Yammoniaprocesstechniqueflowheatwithcontrolledpoint.

2.Thefactorychamberplandiagram.

3.Thefactorysparepicture.

4.Themainequipmentinstallingpicture.

Keywords:

synthesis;ammonia、semi-watergas、technologydesign.

前言

本设计说明书是年产10万吨合成氨厂造气工段的初步设计。

氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。

合成氨工业是氮肥工业的基础。

为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。

首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：

3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

我国能源结构中，煤炭资源占很大比重。

煤的气化是煤转化技术中最主要的方面，并已获得广泛的应用。

煤气化提供洁净的可以管道输送的气体燃料。

当前城镇及大中型企业要求实现煤气化的迫切性越来越大，至今以合成气为原料的合成含氮、含氧化物、烃类及燃料的C化学技术已经获得相当成功，并且这方面的开发活动至今仍方兴未衰。

目前还在建设采用各种煤气化技术的工业化装置。

煤气化在各方面的应用都依赖于煤气化技术的发展，这主要因为煤气化环节往往在总投资及生产成本中占相当大的比重。

我国合成氨工业原料路线是煤汽油并举，以煤为主。

合成产量60%以上是以煤为原料，全国现有1000多家大中小型以煤为原料的合成氨厂。

随着油价的不断上涨，今后将停止以油为原料的新设备建设，并要求进行以煤代油的技术改造。

本说明书是在工艺和设备计算的基础上加以工艺论证及选择而编制的。

主要内容包括：

绪论、设计任务及要求、生产方案，生产流程的选择及论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算及选型、设备投资及成本估算。

此外，随书附有煤气发生炉装配图、造气工段带控制点工艺流程图、造气工段平面及立面布置图。

1绪论

1.1煤气化发展史

煤炭气化，是以煤或焦碳为原料，用氧气（空气、富氧或纯氧）水蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或焦碳中的可燃部分转化为气体燃料的过程。

煤炭气化包括煤的热解、气化和燃烧3部分。

煤炭气化时所得的可燃气体称气化煤气。

气化煤气可用于城市煤气、工业燃气和化工原料气及联合循环发电等。

煤炭气化至今已有150多年的历史。

19世纪50年代第一台阶梯式炉篦的西门子煤气化发生炉正式诞生，20世纪20年代研制成功沸腾床气化炉（1926年温克勒气化炉），30年代出现了加压气化技术，50年代出现了气流夹带床粉煤气化技术。

50年代后期，由于石油、天然气工业的兴起，煤制气技术的开发研究工作受到冲击。

70年代初，世界范围内发生了“石油危机”，一些工业发达国家又重新重视煤炭转化技术，各种新型的气化方法和气化炉型应运而生。

其种类繁多，方式各异。

现今，煤气化所制得煤气，主要用于如下几方面：

（1）生产燃料煤气：

（2）生产合成气：

（3）生产还原气或氢：

（4）联合循环发电。

1.2煤气化技术发展趋势

当前国内外煤完全气化技术发展的趋势，概括地可以归纳出如下几点：

（1）气化向大型化方向发展，因为大型化可以提高单位设备的生产能力：

（2）使用氧气为气化剂，提高煤气化炉的操作温度：

（3）提高煤气化操作压力，几乎各种类型的新开发的气化炉都采用加压气化的工艺；

（4）扩大气化煤种的范围，随着采煤机械化和水力采煤技术的发展，原煤中的碎煤产率越来越多，为了适应这种趋势，一些新开发的新气化方法都用碎煤或粉煤气化；

（5）开发利用无污染的气化方法，许多开发的气化方法，都考虑了在工艺过程中消除或减少有害物质的产生。

总之，由于各国自然资源和社会条件的不同，具体的能源政策也各不相同，但可以预料在21世纪煤炭仍将成为世界的主要能源之一。

对于我国来说，随着国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，应积极进行煤气化的研究，掌握和运用国内外的先进煤气化及其应用技术，对加快我国实现四个现代化有着重要的意义。

2生产方法的选择及论证

2.1生产方法的介绍：

煤气化犯法按不同的分类有多种，分叙如下：

1.按制取煤气的热值分类为

（1）制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kJ/m3；

（2）制取中热值煤气方法，煤气热值16747~7kJ/m3；（3）制取高热值煤气方法，煤气热值高于7kJ/m3。

2.按供热方式分类，气化过程的供热方式有

（1）部分气化方法；

（2）间接供热；（3）由平行进行的反应器直接供热；（4）热载体供热。

3.按反应器的形式分类，气化方法有

（1）移动床（固定床）；

（2）流化床；（3）气流床；（4）熔融床。

本设计按反应器的分类方法来分别简要介绍各种方法。

2.1.1固定床气化法煤的固定床气化是以块煤为原料。

煤由气化炉顶部间歇加入，气化剂由炉底送入，气化剂与煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体的显热中的相当部分供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣的显热又预热了入炉的气化剂，因此气化剂效率高。

这是一种理想的完全气化方式。

（1）固定床常压气化

此方法比较简单，但对煤的类型有一定要求，即要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用常压方法用空气或空气-水蒸汽作为气化剂，制得低热值煤气。

（2）固定床加压气化

固定床加压气化最成熟的炉型是鲁奇炉。

它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应床。

所不同的是采用氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃的湿度条件下连续气化方法。

2.1.2流化床气化流化床气化又称沸腾床气化，它是以小颗粒煤为原料，将气化剂（蒸汽和富氧或氧气）送入炉内，是煤颗粒的炉内呈沸腾状态进行气化反应。

它是一种介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间的操作。

（1）温克勒法

温克勒法是最早开发的流化方法，在常压下，把煤粒度为0-8mm的褐煤、弱粘结性烟煤或焦碳经给煤机加入到气化炉内。

在炉底部通入空气或氧气作介质，没与经过预热的气化剂发生反应。

（2）高温温克勒法

将含水分85~12%的褐煤输入到充压至0.98Mpa的密闭料锁系统后，经给煤机加入气化炉内。

白云石、石灰石或石灰经给料机输入炉内。

没与白云石类添加物在炉内与经过预热的气化剂（氧气/蒸汽或空气/蒸汽）发生气化反应。

粗煤气由气化炉上方逸出进入第一旋风分离器，在此分离出的较粗颗粒、灰粒循环返回气化炉。

粗煤气再进入第二旋风分离器，在此分离出的细颗粒通过密闭的灰锁系统将灰渣排出，除去煤尘。

煤气经废热锅炉生产水蒸气以回收余热，然后经水洗塔进一步冷却和除

（3）灰团聚气化法

它是在流化床中导入氧化性高速气流，使煤灰在软化而未熔融的状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量低的球状灰渣，有选择性地排出炉内。

它与固态排渣相比，降低了灰渣的碳损失。

（4）加氢气化法

所谓的流化床气化就是煤气化过程中汽化剂（蒸汽和氧）将煤或煤浆带入气化炉进行气的方

2.1.3气流床气化所谓加氢气化就是在煤气化过程中直接用氢或富含H2的气体作为气化剂，生成富含CH4的煤气化方法，其总反应方程式可表示为：

煤＋H2→CH4＋焦

（1）K—T法

此法是最早工业化的气流床气化方法，它采用干法进料技术，因在常压下操作，存在问题较多。

它是1948年德国海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一种气流床气化粉煤的方法。

（2）德士平古法

它是一种湿法（水煤浆）进料的加压气化工艺。

气化炉是由美国德平古石油公司所属德平古开发公司开发的气流床气化炉。

2.1.4熔浴床气化50年代熔浴床煤气气化方法开始得到开发。

熔浴床有熔渣床、熔盐床和熔铁床3类。

下面分别介绍这3类床的某些制气方法。

（1）罗米方法

此法为常压粉煤熔渣浴气法，此法有单简式和双简式两种炉型。

此方法的特点是：

（1）适用于各种固体或液体燃料；

（2）气体温度高；（3）气体强度高。

（2）觊洛格法

此法为—加压熔浴气化法。

它是在熔融的Na2CO2盐浴内进行，熔融的Na2CO2对煤与蒸汽的反应具有强烈的催化作用，在较低温度下就可获得很快的反应速度。

此法目前尚处于开发研究阶段，实验能否成功，关键在于气化炉。

（3）ATGAS熔铁床气化法

ATGAS法的实质是把煤粉与石灰石、蒸汽氧（或空气）一起吹到熔铁内，使煤的挥发份逸出，残留的碳溶解在熔铁中被气化。

此法效率高，有害物质少，气化反应在常压下进行。

煤种适用范围广，且气化炉结构简单。

因此，此工艺被认为有可能放大到工业化生产。

2.2生产方案的选择及论证

与固定床气化相