年产36万吨合成氨造气工艺设计方案样本.doc
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1、年产36万吨合成氨造气工艺设计The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/a目 录摘要Abstract引 言1第1章 造气方法概述21.1造气方法介绍21.1.1固定床气化法21.1.2流化床气化法21.1.3气流床气化法31.1.4熔浴床气化31.2造气方法选择4第2章 常压固定床间歇气化法52.1半水煤气定义52.2半水煤气制气原理52.3生产步骤选择及论证62.4间歇式制半水煤气工艺步骤62.5固定床气化法特点72.6原料选择72.7工艺条件92.8工作循环102.9
2、炉内燃料分布情况11第3章 工艺计算133.1煤气发生炉物料及热量衡算133.2物料及热量衡算153.2.1吹风阶段计算153.2.2热量衡算163.3制气阶段计算173.3.1物料衡算173.3.2热量衡算203.4总过程计算213.4.1燃料使用分配及生产指标213.4.2物料衡算223.4.3热量衡算233.5配气计算243.6消耗定额25第4章 设备计算和选型264.1煤气炉指标计算264.2煤气台数确实定274.3空气鼓风机选型及台数确定28第5章 能耗分析和节能路径305.l 提升燃料利用率305.1.1 提升吹风效率315.1.2 提升制气效率325.1.3 降低灰渣返炭率335
3、.1.4 降低吹风及制气带出物345.1.5 降低热量损失345.2 降低蒸汽消耗35结 论37致 谢38参考文件39年产36万吨合成氨造气工艺设计摘要:本设计简明介绍了多个常见气化工艺并对其特点做了对比。即使固定床工艺较其它气化工艺有其不足之处且工艺较为落后,但其气化工艺较之其它工艺更成熟。依据中国基础国情本设计采取常压固定床间歇气化法。本设计介绍了半水煤气定义及制气原理;常压固定床间歇气化生产步骤选择及论证;常压固定床间歇气化工艺步骤;常压固定床间歇气化特点和对原料选择;常压固定床间歇气化工艺条件;常压固定床间歇气化工作循环有五个阶段;煤气炉内燃料分布情况,从上而下依次为干燥层、干馏层、还
4、原层、氧化层、灰渣层。本设计对造气工段进行了工艺计算,在煤气炉物料衡算中,进项为100千克入炉燃料,出项包含灰分、干料、不可燃物累计99.99千克,;能量衡算中,进项包含燃料热值、空气中水汽焓、干空气显热、燃料显热累计2904868千焦,出项包含吹风气热值、带出物热值、吹风气中水汽焓、干吹风气显热等累计1575130千焦;在制气阶段,分别对碳、氢、氧、氮、硫元素进行了衡算;热量衡算中,进项包含燃料热值、燃料显热、蒸汽焓、氮空气中水汽焓、干氮空气显热累计3538661千焦,出项4413465.74千焦;设备计算中,选择3000mmUGI煤气炉,每台每小时产半水煤气7500 m3,由年产量计算需7
5、8台;空气鼓风机选择D70014型,经计算需22台。本设计最终从提升燃料有效利用率、降低蒸汽消耗方面叙述了合成氨生产造气工段降低能耗路径,提出了合成氨生产造气工段节能增效应对方法。关键词:合成氨 半水煤气 工艺 设计 节能The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/aAbstract:Several common gasification methods have been introduced in this design and their characteristics
6、 are compared. Although the fixed bed process has its shortcomings and the process is relatively backward, its gasification process technology is more mature than the others. According to the basic situation of our country, atmospheric fixed bed intermittent method is used in this design.The definit
7、ion of semi- water gas and gasification principle have been introduced in this design;atmospheric fixed bed gasification processs selection and demonstration;the characteristics of atmospheric fixed bed gasification; the selection of raw materials;the conditions of atmospheric fixed bed gasification
8、 process; the working cycle of atmospheric fixed bed gasification includes five stages; fuel distribution in gas furnace, in turn from top to bottom for drying layer, carbonization layer, reducing layer, oxide layer and ash layer. The gasification process of the design has been calculated, the mater
9、ial balance proceeds into the furnace of 100 kg fuel out, including ash, dry materials, nonflammable total of 99.99 kg; energy balance proceeds including the fuel calorific value, enthalpy of water vapor, dry air sensible heat, fuel sensible heat total of 2,904,868 kJ out, items including blown calo
10、rific value with a calorific value objects, blowing the enthalpy of water vapor, dry blown sensible heata total of 1,575,130 kJ; in the gas phase, accounting for carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur; heat balance, the proceeds including the enthalpy of the fuel calorific value, fuel heat, stea
11、m and nitrogen in the airthe enthalpy of water vapor, dry nitrogen air sensible heat total of 3,538,661 kJ, heat total of 4,413,465.74 kJ out; the equipment calculations the selection 3000mmUGI gas stove, capacity of 7500 m3/h by the annual production of calculation , needs 78 units,air blower choos
12、e D70014 type,the calculation needs 22 sets.The paths to reduce the energy consumption in gasification section have been described in the design, from aspects of increasing the effective usage rate of fuel and reducing the steam consumption; the replacing measures for energy saving and effect increa
13、sing in gasification section of ammonia synthesis production have been proposed.Key words:Ammonia Synthesis;Semi-water Gas;Technology;Design;Energy Saving引 言氨是一个关键化工原料,尤其是生产化肥原料,它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业基础。为了生产氨,通常均以多种燃料为原料。首先,制成含H2和CO等组分煤气,然后,采取多种净化方法,除去气体中灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质,以取得符合氨合成要求洁净1:3氮氢混合气,最终
14、,氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上,借助催化剂合成氨。中国能源结构中,煤炭资源占很大比重。煤气化是煤转化技术中最关键方面,并已取得广泛应用。煤气化提供洁净能够管道输送气体燃料。目前城镇及大中型企业要求实现煤气化迫切性越来越大,至今以合成气为原料合成含氮、含氧化物、烃类及燃料碳化学技术已经取得相当成功,而且这方面开发活动至今仍方兴未衰。合成氨造气,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),在高温条件下经过化学反应将煤或焦碳中可燃部分转化为气体燃料过程。煤炭气化包含煤热解、气化和燃烧三部分。煤炭气化时所得可燃气体称气化煤气。气化煤气可用于城市煤气、工
15、业燃气和化工原料气及联合循环发电等。目前中国外煤完全气化技术发展趋势,概括地能够归纳出以下几点1:气化向大型化方向发展,因为大型化能够提升单位设备生产能力使用氧气为气化剂,提升煤气化炉操作温度提升煤气化操作压力,几乎多种类型新开发气化炉全部采取加压气化工艺扩大气化煤种范围,伴随采煤机械化和水力采煤技术发展,原煤中碎煤产率越来越多,为了适应这种趋势,部分新开发新气化方法全部用碎煤或粉煤气化开发利用无污染气化方法,很多开发气化方法,全部考虑了在工艺过程中消除或降低有害物质产生总而言之,因为各国自然资源和社会条件不一样,具体能源政策也各不相同,但能够预料在二十一世纪煤炭仍将成为世界关键能源之一。对于
16、中国来说,伴随国民经济不停发展及人民生活水平不停提升,应主动进行煤气化研究,掌握和利用中国外优异煤气化及其应用技术,对加紧中国实现四个现代化有着关键意义。第1章 造气方法概述1.1造气方法介绍合成氨造气,是以煤或焦炭为原料,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),在高温条件下经过化学反应将煤或焦炭中可燃部分转化为气体燃料过程。它有以下多个分类:按制取煤气热值分类,有低热值煤气法(煤气热值低于8347kJ/m3)、中热值煤气法(煤气热值16747-33494kJ/m3)、高热值煤气法(煤气热值高于33494 kJ/m3)按供热方法分类,有间接供热和直接供热按反应器形
17、式分类,有固定床、流化床、气流床、熔融床本设计按反应器分类方法来分别简明介绍多种方法2。1.1.1固定床气化法 固定床气化以块煤为原料,煤由气化炉顶部间歇加入,气化剂由炉底送入,气化剂和煤逆流接触,气化过程进行得很完全,灰渣中残碳少,产物气体显热中相当部分供给煤气化前干燥和干馏,煤气出口温度低,而且灰渣显热又预热了入炉气化剂,所以气化剂效率高。它有以下两种方法:固定床常压气化 此方法比较简单,但对煤类型有一定要求,即要求用块煤,低灰熔点煤难以使用。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。固定床加压气化固定床加压气化最成熟炉型是鲁奇炉。它和常压移动床一样,也是自热式逆流反应床,所
18、不一样是采取氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂,在2.0-3.0Mpa和900-1100温度条件下连续气化。1.1.2流化床气化法 它是以粒度为0-10mm小颗粒煤为气化原料,在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升气流中,煤粒在沸腾状态进行气化反应,从而使得煤料层内温度均一,易于控制,提升气化效率。它有以下四种方法:温克勒法温克勒法是最早开发流化方法,在常压下,把煤粒度为0-8mm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,煤和经过预热气化剂发生反应。高温温克勒法将含水分5%-12%褐煤输入到充压至0.98Mpa密闭料锁系统后,经给煤机加入气化炉内。白云石、石灰石或
19、石灰经给料机输入炉内。煤和白云石类添加物在炉内和经过预热气化剂(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,在此分离出细颗粒经过密闭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,然后经水洗塔深入冷却和除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状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量低球状灰渣,有选择性地排出炉内。它和固态排渣相比,降低了灰渣碳损失。加氢气化法它是在煤气化过程中直接用氢或富含H2气体作为气化剂,生成富CH4煤气方法,其总反应方程式可
20、表示为:煤H2CH4焦1.1.3气流床气化法 它是一个并流气化,用气化剂将粒度为100um以下煤粉带入气化炉内,也可将煤粉先制成水煤浆,然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点温度下和气化剂发生燃烧反应和气化反应,灰渣以液态形式排出气化炉。它有以下两种方法:KT法此法是最早工业化气流床气化方法,它采取干法进料技术,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一个气流床气化粉煤方法。德士古法它是一个湿法(水煤浆)进料加压气化工艺。气化炉是由美国德士古石油企业所属德士古开发企业开发气流床气化炉。1.1.4熔浴床气化20世纪50年代熔浴床煤气化方法开始得到开发,有
21、熔渣床、熔盐床和熔铁床三类。下面分别介绍这三类方法。罗米方法此法为常压粉煤熔渣浴气法,有单筒式和双筒式两种炉型,适适用于多种固体或液体燃料,气体温度高、强度高。觊洛格法此法为加压熔浴气化法。它是在熔融Na2CO3盐浴内进行,熔融Na2CO3对煤和蒸汽反应含有强烈催化作用,在较低温度下就可取得很快反应速度。此法现在尚处于研究阶段,试验能否成功,关键在于气化炉。ATGAS熔铁床气化法ATGAS法实质是把煤粉和石灰石、蒸汽氧(或空气)一起吹到熔铁内,使煤挥发分逸出,残留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。所以,该工艺有可能放大到工业化
22、生产。1.2造气方法选择和固定床气化相比,其它气化方法优点是:气化能力大;气化用煤广;生产灵活性强,开停车轻易;碳转化率高;环境污染小。不过假如采取这些方法,不仅其主体设备及相关必需设备投资将大大增加,而且能耗也将大大增大,这和中国氨需求量大而技术又相对落后且资金短缺这一基础国情是不相符。所以,即使固定床气化工艺较其它气化工艺有不足之处且较为落后,但其工艺更成熟,依据中国基础国情采取常压固定床间歇气化法。第2章 常压固定床间歇气化法2.1半水煤气定义半水煤气是以水蒸气为主加入适量空气为气化剂和赤热炭反应,所生成煤气称为半水煤气,它是合成氨原料气,其成份中CO+H2通常在68%左右。用于合成氨半
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