0 前 言
造氣工段是合成氨生產(chǎn)能耗最高的工序，生產(chǎn)一噸合成氨理論能耗為22.78 MJ，但從目前的現(xiàn)實(shí)情況看，即使一些較為先進(jìn)的企業(yè)，實(shí)際生產(chǎn)的能耗水平也遠(yuǎn)大于此值。為此，就造氣的一些基本理論和控制要點(diǎn)和大家進(jìn)行探討，以更好地實(shí)施“節(jié)能減排”工作。
1 造氣的基本原理
固體燃料用氣化劑進(jìn)行熱加工，得到可燃性氣體的過(guò)程稱為固體燃料的氣化，又稱造氣，所得的氣體統(tǒng)稱為氣化煤氣，用來(lái)與燃料進(jìn)行氣化反應(yīng)的氣體稱為氣化劑。常壓固定床煤氣發(fā)生爐，一般以塊狀無(wú)煙煤或煙煤等為原料，用蒸汽或蒸汽與空氣的混合氣體作氣化劑，生產(chǎn)以一氧化碳和氫氣為主要可燃成分的氣化煤氣。
1.1 固體燃料氣化反應(yīng)的基本原理
固定床煤氣發(fā)生爐制煤氣，首先得使空氣通過(guò)燃料層，炭與氧發(fā)生放熱反應(yīng)以提高溫度。隨后使蒸汽和空氣混合通過(guò)燃料層，炭與蒸汽和氧氣發(fā)生吸熱和放熱的混合反應(yīng)，生成煤氣。
1.1.1 以空氣作為氣化劑的氣化反應(yīng)
空氣從爐底經(jīng)過(guò)，經(jīng)灰渣層預(yù)熱后到達(dá)氧化層，此時(shí)氣體中的氧與熾熱的炭接觸，發(fā)生如下反應(yīng)：
2C＋O2＝2CO＋221.2 kJ
2CO＋O2＝2CO2＋566.0 kJ
C＋O2＝CO2＋393.8 kJ
氣體往上升，到還原層，氣體中的CO2與炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
CO2＋C＝2CO－172.6 kJ
1.1.2 蒸汽為氣化劑的氣化反應(yīng)
水蒸氣與炭的氣化反應(yīng)，主要是灼熱的炭將氫從其氧化物水中還原出來(lái)，在煤氣生產(chǎn)中，通常叫作蒸汽分解。蒸汽通過(guò)高溫燃料層時(shí)，最先通過(guò)的氣化層稱為主還原層，隨后通過(guò)的氣化層稱為次還原層。
在還原層里，主要發(fā)生如下反應(yīng)：
C＋2H2O＝CO2＋2H2－90.2 kJ
C＋H2O＝CO＋H2－131.4 kJ
在主還原層生成的二氧化碳，在次還原層被還原成一氧化碳：
C＋CO2＝2CO－172.6 kJ
從造氣階段的化學(xué)反應(yīng)原理來(lái)看，希望形成有利于蒸汽分解和二氧化碳還原反應(yīng)的條件，所以可以認(rèn)為提高氣化層的厚度和溫度是有利的，適當(dāng)?shù)亟档驼羝牧魉僖彩呛苡欣摹Ｔ谔颗c蒸汽的化學(xué)反應(yīng)中，增加氣化層厚度、降低氣流速度等，可使反應(yīng)速度加快，又能使一氧化碳的含量增加，提高蒸汽分解率。
1.2 煤氣爐內(nèi)燃料層的分區(qū)
在爐內(nèi)自下而上大致形成以下幾個(gè)區(qū)段。
（1）灰渣層——處于爐箅上方，經(jīng)燃燒反應(yīng)所形成的灰渣層，通過(guò)與鼓進(jìn)的氣化劑進(jìn)行熱交換之后，溫度有所下降，既能保護(hù)爐箅使其不被燒壞，又對(duì)氣化劑起到一定的預(yù)熱作用。
（2）氧化層——爐內(nèi)氣化反應(yīng)過(guò)程的主要區(qū)段之一。經(jīng)灰渣層預(yù)熱過(guò)的氣化劑，自下而上穿行，與灼熱的焦炭接觸反應(yīng)，并放出大量的熱：
C＋O2→CO2＋393.8 kJ
爐內(nèi)氧化層的溫度最高，通�？蛇_(dá)到1100～1200 ℃。在氧化層內(nèi)，氣化劑中的氧迅速被消耗殆盡并生成CO2，在氧化層上端截面上，CO2的生成量達(dá)到最大值。
（3）還原層。還原層是造氣爐內(nèi)炭被氣化的重要場(chǎng)所。在該層下部，由新生成的CO2與水蒸氣和N2混合而成的氣流，以3～6 m/s的速度向上流動(dòng)，與以10～40 cm/s的速度向下移動(dòng)的灼熱炭料接觸反應(yīng)。此時(shí)CO2被....
