由炉顶间歇加入的固体煤自上而下逐一向下移动时，在高温下发生一系列的物理化学变化。
1．干燥层
新补充的燃料煤与热煤气接触将夹带的水分蒸发。
2．干馏层
由于温度继续升高燃料煤在此受热分解，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，以避免炉算过热发生过大的变形。灰渣最终从炉底诽出。
2.1.2对制气用煤的质量要求
1.煤的水分含量
在煤中存有三种状态的水：化合水，系煤中有机质经过热分解而产生的，不作为水分的影响因素；外在水分(又称湿存水)；内在水分(又称吸附水)，其量不仅直接影响到煤的热值和煤的实用价值，而且对气化操作也有一定影响。
工业生产中，采用水当量的概念，若以W燃表示：单位时间内使一定数量物料的温度升高1C所需要的热量，它相当于水的公斤数，则W燃即表示煤的水当量，用W燃表示气体的水当量。若W气／W燃＝1时，煤中所含水分为临界水分。为了保证正常的气化状态，要求煤中的水分含量应远远低于临界水分，否则气化指标将会受到严重影响。一般焦炭和无烟
煤正常水分含量均在临界水分以下。遇暴雨或表面吸附水特别高时，气化指标就会恶化，必须采取措施加速放热过程，如提高气化剂的氧含量等。
2.对挥发分的要求
煤中所含挥发分的多少与煤的碳化程度有关。用含高挥发分的煤制取的半水煤气中甲烷含量很高，它即消耗动力又浪费了原料，并且降低炉子的生产能力。一般，煤的挥发分含量不允许超过6％。
3.灰分
二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质是煤中灰分的主要成分。这些物质的含量对灰熔点起到决定性影响。灰分含量过高时，会降低燃料的反应活性，降低热效率，甚至因灰分过多而引起炉子不易排渣。一般要求煤中灰分含量不得超过15~20％。 4.硫分含量
在气化过程中煤中所含的硫有70~80％转化成含硫气体，其余30~20％转入灰渣中，进入灰渣的硫有降低灰渣溶点的作用。含硫化合物腐蚀金属，并且导致催化剂中毒。在合成氨生产中，根据流程的特点对含琉量有一定的要求。
以上四点是对煤化学组分的要求，除此以外，还要求有足够的机械强度、热稳定性、低的粘结性和一定的粒度等。
2.1.3间歇法制取半水煤气生产过程
1.工艺流程
在半水煤气生产过程中，中型生产厂一般采用直径2.74m、3m和3.6m的煤气发生炉。为了提高热效率；均采用回收吹风气热量和上吹煤气显热的流程。从上吹开始送入空气至下一次再送入空气时止包括五个阶段，即：(1)吹风阶段，(2)上吹制气阶段，(3)下吹制气阶段，(4)二次上吹制气阶段，(5)空气吹净阶段，称为一个工作循环。
半水煤气制取的工艺流程中，主要包括煤气发生炉，余热回收装置，煤气除尘装置，降温及储存设备，按装着两套管路系统轮流使用以分别进行吹风及制气作业，部分吹风气排空。一个工作循环的实施如图2—2所示，是通过自动控制机开启管路阀的程序进行的。可根据图2—2表中所列阀门的开与闭确定五个阶段作业时气体的流向。
煤气护制取半水煤气的工艺流程如图2—3所示。
燃料由煤气发生炉的顶部加入炉内，炉渣从炉底排出。 ①吹风操作
由风机送来压力为(18~25)kPa的空气；从炉底收入煤气炉中，空气中的氧与碳燃烧生成含氮和二氧化碳、少量一氧化碳的混合气体，放出热量提高了燃料层温度。为了回收一氧化碳的反应热，将吹风气送入燃烧室，同时在燃烧室内加入二次空气。吹入气中学一氧化碳与二次空气在燃烧室内燃烧释放出的热量由燃烧室蓄热砖吸收，吹风气中的部分细尘同时在燃烧室锥底沉降。吹风气经过废热锅炉回收显热后由烟囱排至大气层。
②一次上吹制气操作 ．
吹气后的燃烧层已具有很高的温度，蒸汽与来自鼓风机的加氮空气温合由炉底加入，经灰渣层预热后进入气化区与碳反应生成半水煤气。半水煤气自炉顶进入燃烧室(此时不加二次空气)和废热锅炉回收显热后，经洗气箱和洗气塔除尘降温后送入气柜。
制气阶段给蒸汽加入空气的目的主要是为了得到氮气，制取(H2十CO)／N2＝3.1~3.2的半水煤气，因此把由鼓风机送来的空气称之为加氮空气。
③下吹制气操作
只进行上吹制气，由于气化剂温度较低且气化反应大量吸热，致使气化层底部温度显著下降，有造成熄火的可能。另一方面，气化层变薄后，燃料层上部温度不断被高温煤气加热，气化层上移，煤气炉上部温度升高，煤气带走的显热损失增加。因此，改变吹气方向即下吹制气是避免上述现象发生的有效方法。下吹制气操作是将混合的蒸汽与加氮空气送入燃气室内进行预热后，从煤气发生炉顶部送入燃料层至气化层。反应生成的半水煤气经过灰渣层，一部分热量被灰渣层吸收后从炉底排出，提高了热效率。半水煤气经洗气箱和洗涤塔除尘和降温后送入气柜。 ④二次上吹制气操作
二次上吹制气操作过程与上吹制气操作过程相同。 由于在下吹制气操作完成后，燃料温度下降幅度很大，需要进行吹风操作加以提高炉温。但由于刚刚结束的下吹制气操作，煤气炉下部及燃料层残存着大量的半水煤气，立即吹风有可能发生爆炸。因此，采取二次上吹制气操作是为了用空气置换炉底的半水煤气。 ⑤空气吹净操作
二次上吹后，煤气炉上部空间及管道充满半水煤气。在炉内通入空气吹净是为了回收产品和防止爆炸。吹净气经燃烧室(不加二次空气)、废热锅炉、洗气箱及洗气塔除尘降温后送入气柜。
2.工艺条件 ⑴操作温度
间歇法生产半水煤气工艺过程中，炉温范围一般为1150~1200℃为宜。
在煤气发生炉中，最高温度点是在氧化层处，燃料层温度沿炉轴向而变。炉温高时，有利于生成一氧化碳和氢气，反应速率增快，能生产质量高的半水煤气和具有较高的产气量。若炉温过高，以致达到灰熔点时，炉内结疤会影响正常操作，一般炉温控制点是比燃料的灰熔点低50~100℃。
⑵吹风速度
为了减少热量损失而最大限度地降低煤的消耗，要求吹风阶段应在最短的时间内将炉温升至气化过程所需的温度。加大吹风速度以供给氧化层足够的氧气会加速碳的燃烧反应，使炉温迅速提高缩短二氧化碳在还原层的停留时间，降低一氧化碳在吹风气中的含量以减少热损失。但吹风速度过大，会把小块燃料吹出炉外，燃料损失加大甚至吹成风洞使气化条件恶化。一般，对于直径2.74m的煤气炉，使用大块煤时吹风量控制在18000~32000Nm/h，使用小块煤时，吹风量整制在13000~32000 Nm3/h。
⑶蒸汽用量
制取高质量高产量的半水煤气，需要确定合适的蒸汽用量及上吹制气、下吹制气速度和吹气时间。一般，上映制气的吹气时间不宜过长，而下吹制气可比上吹制气时间长。内径2.74m的煤气发生炉蒸汽用量为5~7t/h。 ⑷燃料层高度
对于2.7m内径的煤气炉，从风帽算起燃料层高度为1.6~1.8m。 ⑸循环时间及分配
一般一个循环时间为2.5~3min。
工作循环时间取决于燃料的性质和各阶段的操作要求。不同燃料循环时间分配百分比例如表2-2所示。
表2-2 不同燃料循环时间分配百分比 燃料种类 吹风 无烟煤，粒度25~75mm 无烟煤，粒度15~25mm 焦 炭，粒度15~50mm 炭化煤球
⑹气体成分
用做合成氨原料的半水煤气要求(CO十H2)／N2＝3.1~3.2，(CO十H2)＞68％。可通过改变加氯空气用量，增加回收阶段时间，变化被回收的吹风气量来调节氮含量。此外，应尽量降低甲烷、二氧化碳和氧含量，不允许O2≥0.5％。
以煤为原料，间歇法气化过程生成半水煤气的组成，按体积百分比计应为：CO30.31％，CO28.35％，H238.73％，N221.58％，CH40.73％，O230％及H2S1.276g／Nm3
24.5~25.5 25.5~26.5 22.5~23.5 27.5~29.5 工作循环中各阶段时间分配，% 上吹 25~26 26~27 24~26 25~26 下吹 二次上吹 空气吹净 3~4 3~4 3~4 3~4 3
36.5~37.5 7~9 35.5~36.7 7~9 40.5~42.5 7~9 36.5~37.5 7~9 2.1.4煤气炉的类型及结构
固定层煤气炉是合成氨主要设备，把固体燃料加入炉内，当气化剂通入时，在一定的
工艺条件下便产生半水煤气。
煤气炉的总体结构：煤气炉由加料装置、炉体装置、炉底传动装置、出灰装置四个部
件组成。U．G．I型煤气炉的总体结构如图2—4所示。
2.2一氧化碳的变换[4]
一氧化碳是氨合成的有毒气体。在生产中，变换是净化气体中一氧化碳的过程，也是制取氢气的过程。所以一氧化碳的变换率对合成氨的正常生产起着非常重要的作用。变换反应可以用下式表示
CO+H2O（g）=CO2+H2 △HOR=-41.19kJ·mol-1
2.2.1影响一氧化碳变换率的因素主要有以下几个方面[5]
1、温度
变换反应系可逆放热反应，温度降低，平衡向正方向移动，平衡常数Kp 值增大。不。不同反应温度下的平衡常数可用下式计算：