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化学工艺学课程教案
课 型 理论课√ 争论课□
课次 6 课时 2 〔请打
√〕
试验课□习题课□其他□
授课题目〔教学章、节或主题〕：
第3章合成氨
3.2合成氨原料气的制备
教学目的、要求〔分把握、生疏、了解三个层次〕：
生疏合成氨原料气的生产方法
生疏固体层煤气发生炉内燃料层分区
把握固体燃料气化的原理
生疏固定床间歇气化法制半水煤气的工作循环的五个阶段
教学重点及难点：
重点：固体燃料气化的原理、固定床间歇气化法制半水煤气工艺条件难点：固体燃料气化的原理
教学基本内容
第3章合成氨
方法及手段
多媒体讲授
合成氨原料气的制备
固体燃料气化制备合成氨原料气
固体燃料气化是指用氧或含氧气化剂对固体燃料〔煤、焦炭或水煤浆〕进展加热，使碳转变为可燃性气体的过程，在合成氨厂简称造气。气化所得的可燃气体称为煤气，进展气化的设备称为煤气发生炉〔固体燃料气化器〕。
用来与固体燃料进展气化反响的气体统称为气化剂。
工业煤气分类依据气化剂的不同，可以生产出以下4种不同用途的工业煤气。
①空气煤气：碳与含氧空气[O2：21％、N2：79％]相互作用生成；
②水煤气：在1000℃赤热的碳层内碳与水蒸汽作用生成水煤气；
③发生炉煤气：与空气和适量蒸汽的混合气反响后生成混合煤气；
④半水煤气：用水蒸汽加适量空气或富氧空气作为气化剂，生成的气体成分为(CO十H2)／N2＝3.1～3.2(摩尔比)，即含N为21%～22%时，
称为半水煤气。半水煤气是合成氨的原料气。
工业煤气的组成如下表：煤气名称
气体组成，体积〔%〕
H CO CO N
2 2 2
CH O HS
4 2 2
空气煤气水煤气混合煤气半水煤气
0.9
50.0
11.0
37.0
33.4
37.3
27.5
33.3
0.6
6.5
6.0
6.6
64.4
5.5
55.0
22.4
0.5
0.3
0.3
0.3
-
0.2
0.2
0.2
-
0.2
-
0.2
合成氨原料气生产方法
目前，工业上以固体燃料为原料生产合成氨原料气的方法主要有以下几种：
①固定层间歇气化法：以固体燃料为原料，气化剂〔空气和水蒸汽〕交替地通过固体燃料层，使燃料气化，制备合成氨原料气的过程。
②固定层连续气化法：在高温下，以氧和水蒸气的混合物为气化剂，连续通过固体燃料层进展气化，制备合成氨原料气的过程。
③气流层气化法：在高温下，以氧和水蒸气混合物为气化剂，与粒度
小于0.1mm的粉煤并流气化，获得有效成分〔CO＋H2〕高达80～85%的煤气，灰渣呈熔融状态排解。
④水煤浆加压连续气化法：此法也程德士古水煤浆气化法，将固体原料煤和水按肯定比例加到磨煤机中磨成水煤浆，加压后和氧一起有喷嘴喷入气化炉内，进展气化反响，制得水煤气。
固体燃料固定层间歇气化法制半水煤气
固定层间歇气化法制取半水煤气是将固体煤从炉顶以间歇方式参加煤气发生炉中，空气(或富氧空气)从炉底参加，自下而上通过燃料层，在燃料层内进展气化反响生成半水煤气。气化后的灰渣从炉底徘出。固定层煤气发声炉内燃料层的分区〔层〕在稳定的气化条件下，燃料层大致划分为
枯燥区、干馏区、气化区和灰渣区。
①枯燥层：补充的燃料煤与热煤气接触将夹带的水分蒸发。
②干馏层：温度连续上升燃料煤受热分解，释放出低分子量的碳氢化合物，煤焦化变为炭。
③气化层：气化层具有很高的温度，是煤气发生炉中气化煤的最主要的区域。空气通过气化层时，在氧化层内碳与氧作用生成二氧化碳与一氧化碳。
④灰渣层：固体残渣在煤气发生炉的底部形成灰渣层，它一方面预热和均匀分布气化剂，另一方面起到对炉算的保护作用，以避开炉算过热发生大的变形。灰渣最终从炉底诽出。
(2)固体燃料气化的原理
固体燃料固定层间歇气化法生产半水煤气时，吹风和制气是交替进展的。首先使空气或富氧空气通过燃料层，碳与氧发生放热反响以提高炉温；然后蒸汽通过燃料层，碳与蒸汽发生吸热反响制得合成氨粗原料气。
①以空气或富氧空气为气化剂，碳与氧的反响在吹风阶段，当空气或
富氧空气通过高温燃料层时，碳与氧发生的反响：
C?O ?CO?393.7kJ/mol??????(3?9)
2 2
2C?O ?2CO?220.9kJ/mol??????(3?10)
2
2CO?O ?2CO?556.1kJ/mol??????(3?11)
2 2
CO?C?2CO?172.4kJ/mol??????(3?12)
2
上述四个反响，式〔3-9〕、式〔3-10〕、式〔3-11〕的平衡常数很大，反响主要向正向进展，可视为不行逆反响，反响结果是使燃料温度上升。而式〔3-1