化工工艺学教案Word格式文档下载.docx
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第四节、煤气化工艺流程及存在的问题
第五节、水煤浆加压气化制气技能
第六节灰熔聚流化床制气技能
第七节烃类蒸汽转化法
7
第三章硫化物的脱除
第一节脱硫概述
第二节湿式氧化法脱硫
第三节对苯二酚氨水液相催化法
第四节栲胶法脱硫
第五节脱硫主要设备
第六节干法脱硫
8
第四章一氧化碳变更
第一节一氧化碳变更的根本原理
第二节变更催化剂
第三节工艺流程
第四节主要设备
第五节多段变更炉温度曲线
第六节变更系统的热能接纳
9
3
第五章二氧化碳的脱碳
第一节 二氧化碳的脱除概述
第二节氨水中和法脱除二氧化碳
第三节热碳酸钾法脱除二氧化碳
第五节NHD脱碳
6
第六章原料气的精制
第—节铜氨液洗涤法
第二节第—节甲烷化法
第三节
第三节深冷疏散法
第七章：
氨合成
第—节氨合成原理及热力学底子
第二节氨合成催化剂
第三节氨合成工艺条件
第四节氨的疏散及氨合成流程
第五节主要设备
第八章：
尿素生产简介
第九章烧碱生产简介
河北科技大学教案用纸
上次课温习：
本次课题（或课本章节题目）：
第一章绪论
讲授要求：
了解氨的生产生长历程和氨的性质及用途，掌握气态烃蒸汽转化法制取合成氨原料气的原理、工艺条件的制定原则。
重点：
1、氨的性质，氨合成产业的生长：
单系列、大型化、生产范围、生产能力、劳动强度。
2、气态烃蒸汽转化法的原理、工艺条件、主要设备。
难点：
1、氨与空气或氧的混淆物在一定浓度范畴能够产生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨-空气混淆物的爆炸界限较窄。
2、气态烃蒸汽转化法的原理和工艺条件的制定。
讲授手段及教具：
讲授内容实时间分派：
学习本课程的意义及要求3分钟
一、氨的发明与制取4分钟
二、合成氨的原料2分钟
三、氨的生产工艺分类4分钟
四、合成氨生产的进展4分钟
五、我国氨合成产业生长4分钟
六、氨的性质和用途5分钟
七、康健危害和导致结果3分钟
课后作业
1对本课程的学习有哪些意见和发起？
参考资料
《合成氨》河北化工学校程桂花
《合成氨与甲醇》赵育祥
《合成氨工艺与节能》张成芳
《无机化工工艺学
（一）合成氨》陈五平
《合成氨工学第一第三卷》姜圣阶
《甲醇生产工艺与操纵》杨福升齐淑芳
《甲醇的生产》孟广铨黄裕培
《尿素生产工艺与操纵（中级本）》陈观平赵元凯
一、氨的发明与制取
氨是在1754年由普里斯特利（Priestey）发明的。
但直到本世纪初哈伯（Haber）等人才研究乐成了合成氨法，1913年在德国奥保（OPPau）建成世界上第一座合成氨厂。
1909年．哈伯用俄催化剂，在17.5-20.0MPa和500-600温度下得到6％的氨，纵然在高温高压条件下，氢氮混淆气每次通过反响器也只有小部门转化为氨，为了提高原料利用率，哈伯提出氨生产工艺为
（1）接纳循环要领；
（2）接纳制品液氨蒸发实现离开反响器气体中氨的冷凝疏散，（3）用离开反响器的热气体预热进入反响器的气体，以到达反响温度。
在机器工程师伯希（Bosch）的协助下，1910年建成了80g。
h-1的合成氨试验装置。
1911年，米塔希〔M心asch）研究乐成了以铁为活性组分的氨合成催化剂，这种催化剂比饿催化剂价廉、易得、活性高且耐用，至今，铁催化剂仍在产业生产中遍及应用。
1912年，在德国奥堡巴登苯胺纯碱公司建成一套日产30t的合成氨装置。
1917年，另一座日产90t的合成氨装置也在德国洛伊纳建成投产。
合成氨要领的研究乐成，不但为获取化合态氮开辟了辽阔的门路，并且也促进了许多科技领域（例如高压技能、低温技能、催化、特殊金属质料、固体燃料气化、烃类燃料的公道利用等）的生长。
二、合成氨的原料
空气：
氮气的来源
水：
氢气的来源。
燃料：
天然气、煤、焦炭、石油炼厂气、焦炉气、石脑油等是氢气来源的原料。
三、合成氨的主要生产历程和生产工艺分类
合成氨的生产历程包罗三个主要步调。
第一步是原料气的制备。
制备含氢和氮的原料气可同时制得氮、氢混淆气。
氮气主要来源于空气。
用空气制氮气，多用以下两种要领：
1、化学法：
在高温下，以固体燃料煤、焦炭）液体烃和睦体烃与空气作用，以燃烧撤除空气中的氧，剩下的氮即可作为氮氢混淆气中的氮。
2、物理法：
将空气冷却至低温（一170一一190C）使之液化，再利用氮气和氧气沸点的差别进行疏散，可得到纯度较高的氢气和氧气。
氢气来源于水和含有碳氢化合物的种种燃料。
产业上普通接纳焦炭、煤、天然气、轻油、重油等燃料，在高温下与水蒸汽反响的要领制氢。
电解水可直接得到氢气，但耗电量大，本钱高，很少用。
焦炉气和石油加工废气中含有大量的氢，用深度冷冻的要领撤除其他组分，亦可得到氢气。
（一）以煤为原料的合成氨流程
我国以煤为原料的中型合成氨厂多数接纳60年代开发的三催化剂净化流程，即接纳脱琉、低温变更和甲烷化三种催化剂来净化气体。
而以煤为原料的小型合成氨厂则接纳碳化工艺流程。
用浓氨水脱除二氧化碳，生成的碳孩氢铵经结晶、疏散后即为产物。
（二）以天然气为原料的合成氨流程
天然气、炼厂气等气体原料制氨的工艺流程。
使用了七、八种催化剂，需要有高净化度的气体净化技能配合。
例如，使用钴钼加氢催化剂和氧化锌脱硫剂，可以把天然气中的硫的含量体积分数脱除到ppm以下，不但掩护了转化催化剂，并且也为使用耐硫性能较差的低变催化剂创造了条件。
再通过高净化度的脱碳要领，可使气体中一氧化碳和二氧化碳的体积分数总和小于o．7％。
这样就能接纳甲烷化法将气体中残余的一氧化碳和二氧化碳体积分数之和降到（5—10）×
10-6。
（三）以重油为原料制氨流程
以重油为原料制氨时，接纳部门氧化法造气。
从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经一氧化碳耐硫变更、低温甲醇洗和液氮洗，再压缩、合成得到氨。
该流程中需设置空分装置．提供氧气供油气化，氮气用于液氮洗涤脱除残余一氧化碳等组分．
20世纪50年代，由于天然气、石油资源大量开采，为台成氨提供了富厚的原料．促进了世界合成氨产业的迅速生长。
以廉价的天然气、石脑油和重油来取代固体原料生产合成氨，从工程投资、能量消耗和生产成原来看具有显著的优越性。
起初，各国将天然气作为原料。
随着石脑油蒸汽转化催化剂的试制乐成，缺乏天然气的国度开发了以石脑油为原料的生产要领。
20世记60年代以后，开发了多种活性好的新型催化剂．能量的接纳与利用更趋公道。
大型化工程技能等方面的进展，促进了合成氨产业的高速度生长，引起f合成氨装置的重大厘革，其主要内容包罗以下几个方面
（一）单系列大型化
由于受高压设备制做的约束，30世纪50年代以前，氨合成塔单塔最大生产能力为200t。
d-1，60年代初期也仅为400t．d-1。
因此，对付范围大的氨厂，就需要若干个平行的系列装置。
若能提高单系列装置的生产能力，就可以淘汰平行的系列数，有利于提高经济效益。
1966年，美国凯洛格（Kell088）公司建成1000t．d-1单系列合成氨装置，实现了合成氨产业的一次重大突破。
由于大型氨厂具有投资省、本钱低、能量利用效率高、占地少、劳动生产串高的特点，从20世纪60年代中期开始，世界上新建的以气态和液态烃类为原料的大型氨厂，多数接纳单系列的大型装置。
的装置，目前世界上最大的合成氨装置能力为1800t．d-1。
（二）热能综合利用
合成氨为高能耗历程，20世纪60年代以前，以天然气为原料的合成氨厂，每吨氨耗电1000kw．h左右。
随着装置的大型化和蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制乐成，在工艺设计中把生产产物和生产动力结合起来，利用系统余热生产高压蒸汽，经汽轮机驱动离心式压缩机泵，乏汽作为工艺蒸汽相加热介质，使能耗大大下降，每吨氛耗电仅6kw．h左右。
（三）高度自动化
大型合成氨厂为单系列装置，设备都是单台，尺寸较大。
20世纪60年代，将全流程控制点的二次仪表全部会合于主控室显示并监督控制。
进入70年代后，盘算机技能应用于合成氨生产历程，操纵控制上产生了奔腾。
大型合成氨厂根本都接纳集散控制系统（简称Dcs）。
五、我国氨合成产业的生长：
4分钟
我国合成氨产业的生长是从建立中型氨厂开始的。
50年代初，在规复、扩建老厂的同时，从前苏联引进三套以煤为原料的年产50kt的合成氨装置，后又试制乐成了高压往复式压缩机和氨合成塔．我国具有生产和生长合成氨的能力。
70年代后，小氮肥厂经历了原料、扩大生产能力、节能降耗、以节能为中心的设备定型化、技能上台阶等五个阶段的改革，部门企业到达吨氨能耗4L87GJ的水平。
现在，全国有八百多家小氮肥厂，1995年氨产量l619Mt，占全国总产量的58．64％。
目前，对小氮肥企业的改革重点是抓好范围、品种、技能、财产等方面的结构调解。
主要内容为：
不停向经济范围生长；
逐步增加高浓度氮肥及复混肥的比重；
通过新技能开发、节能降耗提高技能水平；
将小氮肥企业建成农化办事中心，成为生产化肥和专用复混肥的基地、生长精细化工及其他化工产物为主的小化工基地、城镇煤气和热力供给基地。
我国大型合成氨厂是在70年代中期开始建立的。
随着农业生产对化肥需求量的日益增长和我国石油、天然气资源的大范围开发，1973年开始，从美国、荷兰、日本、法国引进了L3套年产300kt合成氨的成套装置。
艾巾以天然气为原料的10套，以石脑油为原料的3套。
1978年又引进了3套以重油为原料、1套以煤为原料的年产300kI合成氛的装置。
这些引进大型合成员装置的建成投产，不但较快地增加了我国合成员的产量．并且提高了合成员产业的技能水平和治理水平，也缩小了与世界先进水平的差距。
除已建成的二十多套大型合成员装置外，考虑到我国事农业大国，化肥需求量逐年增长，在“九五”期间将充实利用我国的天然气和煤炭资源，再建成一批大型合成氨装置，并在一些资源富厚的地域形成合成氨生产基地。
新建的大、中型合成氨装置要到达经济范围，最小范围为；
以天然气为原料合成氨年产量为200一300kt，以煤为原料合成氨年产量为80kt。
新建装置原则上海内自行设计制造，立足于国产化。
六、氨的性质和用途
（一）物理性质
在常温常压下，氨是有强烈刺激性臭味的无色气体。
能灼伤皮肤、眼睛、呼吸道粘膜。
氨有强烈的毒性，若空气中含有o．5％（体积）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死。
在尺度状态下，相对密度为o．5971．（空气＝1．0），临界温度为132。
4℃，临界压力为11．22MPa，沸点为一33．35℃，冰点为一77．7℃。
氨是一种可燃性气体，自燃点为630℃，故一般较难点燃。
氨与空气或氧的混淆物在一定浓度范畴能够产生爆炸，爆炸下限15.7％，上限27.4％。
有饱和水蒸气存在时，氨-空气混淆物的爆炸界限较窄。
氨易被液化，在常压下将氨冷却到一334℃，或在常温下将其加压到o．7一o．8MPa，氨就凝结成无色的液体，同时放出大量的热。
液氨相对密度为o．667（20℃）。
如果人体与液氨打仗，则会被严重冻伤。
液氨很易气化，低落压力就急剧蒸发，并吸收大量的热，故常用作制冷剂。
氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可生产含氨15—30％（质量）的商品氨水。
（二）化学性质
氨与酸或酸酐可以直接作用，生成种种铵盐。
如
氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸胺，脱水成尿素，
用途：
⏹用于制造化学肥料如尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。
⏹作为生产其他化工产物的原料如硝酸、硝酸盐、铵盐、氰化物等无机物。
⏹用来制造胺、磺胺、腈等有机物。
⏹用于高科技原料如生产甘油等。
⏹用于制冷剂。
氨对上呼吸道有刺激和腐化作用，高浓度时可危及中枢神经系统，还可通三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停博和呼吸停止。
人对氨的嗅觉阈为0.5~1mg/m3，浓度50mg/m3以上鼻咽部有刺激感和眼部灼痛感，500mg/m3以上短时内即出现强烈刺激症状，1500mg/m3以上可危及生命，3500mg/m3以上可即时死亡。
国度卫生尺度为30mg/m3。
对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死,也可引起反射性呼吸停止。
急性中毒者出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽等，眼结膜、鼻粘膜、咽部充血、水肿，胸部x线征象切合支气管炎或支气管炎。
中度中毒，出现呼吸困难；
严重者可产生中毒性肺水肿，或有呼吸窘迫综合症，猛烈咳嗽、咯大量血、休克等。
液氨或高浓度氨可致眼灼伤；
液氨可致皮肤灼伤。
抢救处置惩罚原则：
迅速将患者移至空气新鲜处，公道吸氧，解除支气管痉挛，维持呼吸、循环功效，立即用2%硼酸液或清水彻底冲洗污染的眼或皮肤；
为防治肺水肿应卧床休息，保持平静，凭据病情赶早、足量、短期应用糖皮质激素，在病程中应严密视察以防病情重复，注意窒息或气胸产生，预防继发熏染，有严重喉头水肿及窒息预兆者宜赶早施行气管切开，对危重病员应进行血气监护。
注意眼、皮肤灼伤的治疗。
河北科技大学教案用纸
第二章章原料气的制取
掌握气态烃（甲烷）蒸汽转化法制取合成氨原料气的原理。
熟悉：
熟悉流程的根本组成；
工艺条件的阐发；
主要设备。
了解：
两段转化的工艺目的。
1、烃类（甲烷）蒸汽转化制气要领。
2、气态烃蒸汽转化法的原理、平衡组成、工艺条件、主要设备。
气态烃蒸汽转化：
一、烃类蒸汽转化的原料
二、合成氨对原料气的要求
三、化学反响及化学平衡
四、影响甲烷蒸汽转化反响平衡组成的因素
五、反响机理（反响的微观步调）
六、六、催化剂
七、工艺条件
八、工艺流程
九、主要设备
1简述氨的性质和用途?
2以气态烃为原料制取合成氨原料气的要领有哪几种?
每种要领的原理和特点是什么?
3镍催化剂在使用之前为什么要进行还原?
已还原的镍催化剂若与空气打仗
为何要进行钝化?
4什么是析炭现象?
有何危害?
如何防备析炭?
产生析炭后应如那边置惩罚?
5甲烷蒸汽转化为什么要分两段转化?
二段转化炉所产生的主要化学反响有哪些？
6在甲烷蒸汽转化历程中，确定操纵压力、温度、水碳比和空速的依据分别是什么？
《合成氨工学第一-----第三卷》姜圣阶
*
第二章原料气的制取
第一节烃类蒸汽转化法
气态烃包罗天然气、油田气、炼厂气、焦炉气及裂化气等；
液态烃包罗原油、轻油和重油。
其中除原油、天然气和油田气是地下药藏的天然矿外，其余皆为石油炼制产业、炼焦产业和根本有机合成产业的产物。
氢氮比3：
甲烷含量小于0.5%
有害物质少
在蒸汽转化历程中，种种烃类主要进行如下反响：
甲烷蒸汽转化反响：
四、工艺条件
（1）水碳比，体现转化操纵所用的工艺蒸汽量。
在约定条件下，水碳比愈高，甲烷平衡含量愈低。
（2）温度烃类蒸汽转化是吸热的可逆反响，温度增加，甲烷平衡含量下降。
反响温度每低落10℃，甲烷平衡含量约增加1-1.3％
（3）压力烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反响，增加压力，甲烷平衡含量也随之增大。
（4）二段转化的空气量：
参加空气量的几多，可从二段炉出口温度上反应出来，但不能它来控制炉温和出口甲烷含量的手段。
因为空气量的参加有合成反响的氢氮比决定。
（5）二段出口甲烷含量：
二段炉出口残余甲烷每低落0.1％，合成氨产量可增加1.1-1.4％。
一般控制在0.2-0.4％。
五、反响机理（反响的微观步调）
在催化剂的外貌，甲烷转化的速度比甲烷剖析的速度快的多，中间产物中不会有碳生成。
其机理为在催化剂外貌甲烷和水蒸气解离次甲基成和原子态氧，在催化剂外貌被吸附并相互作用，最后生成CO、CO2和H2。
六、催化剂
甲烷蒸汽转化是吸热的可逆反响，提高温度对化学平衡和反响速度均有利。
但无催化剂存在时，温度1000℃反响速度还很低。
因此，需要接纳催化剂以加快反响速度。
由于烃类蒸汽转化是在高温下进行的，并存在着析炭问题，因此，除了要求催化剂有高活性和高强度外，还要求有较好的耐热性和抗析炭性。
1．催化剂的组成
（1）活性组分和促进剂在元素周期表上第Ⅷ族的过渡元素对烃类蒸汽转化部有活性，但从性能和经济上考虑，以镍为最佳。
在镍催化剂中，镍以氧化镍形式存在，含量约为4％一30％：
使用时还原成金属镍。
金属镍是转化反响的活性组分，一般而言，镍含量高，催化剂的活性高。
一段转化催化剂要求有较高的活性，良好的抗忻炭性，须要的耐热性能和机器强度。
为了增加催化剂的活性，一段转化催化剂中镍含量较高。
二段转化催化剂要求有更高的耐热性和耐磨性，因此，镍含量较低。
为增加抗析炭能力参加促进剂，镍催化剂的促进剂有氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铬、氧化钡和氧化钛等。
（2）镍催化剂的载体镍催化剂中的载体应具有疏散和稳定活性组分微晶的作用。
对蒸汽转化催化剂，由于操纵温度很高，镍微晶易于熔解而长大。
金属镍的熔点为1445℃，烃类蒸汽转化温度都在熔点温度的一半以上，疏散的镍微晶在这样高的温度下很容易相互靠近而熔结。
这就要求载体能耐高温，并且有较高的机器强度。
所以，转化催化剂的裁体都是熔点在2000℃以上的难熔的金属氧化物或耐火质料。
2．催化剂的还原
转化催化剂多数是以氧化镍形式提供的，使用前必须还原成为具有活性的金屑镍，其反响为
产业生产中，一般都不接纳纯氢气还原，而是通入水蒸气和天然气的混淆物，只要催化剂局部地方有微弱活性并产生少少量的氢，就可进行还原反响，还原的镍立即具有催化能力而产生更多的氢。
为使顶部催化剂得到充实还原，也可以在天然气中配入—些氢气。
还原了的催化剂不能与氧气打仗，不然会产生强烈的氧化反响、即
如果水蒸气中含有1％的氧气，就可产生130的温升，氮气中含1％的氧气则会造成165c的温升。
所以在停车催化剂需氧化时，应严格控制载气中氧的含量，还原态的镍在高于200时不得与空气打仗。
3．催化剂的中毒与再生
当原料气中含有硫化物、砷化物、氯化物等杂质时，都市使催化剂中毒而失去活性。
催化剂中毒分为暂时性中毒和永久性中毒。
暂时性中毒，即催化剂中毒后经适当处置惩罚仍能规复其活性。
水久性中毒是指催化剂中毒后，无论接纳什么步伐，再也不能规复生性。
镍催化剂对硫化物十分敏感，岂论是无机硫照旧有机硫化物都能使催化剂中毒。
硫化氢能与金属镍作用生成硫化镍而使催化剂失去活性。
原料气中的有机硫能与氢气或水蒸气作用生成硫化氢，而使镍催化剂中毒。
中毒后的催化剂可以用过量蒸汽处置惩罚，并使硫化氢含量降到划定尺度以下，催化剂的活性就可以逐渐规复。
为了确保催化剂的活性和使用寿命，要求原料气中总硫含量的体积分数小于o．5×
氯及其化合物对镍催化剂的迫害和琉相似，也是暂时性中毒。
一般要求原料气中含氯的体积分数小于o．5×
10☆。
氯主要来源于水蒸气，因此，在生产中要始终保持锅炉给水质量。
砷中毒是不可逆的永久性中毒，微量的砷都市在催化剂上积聚而使催化剂逐渐失去活性。
防备析碳的原则
第一，应使转化历程不在热力学析碳的条件下进行，这就是用量提高到大于理论最小水碳比，是包管不会使炭黑生成的前提。
第二，选用适宜的催化剂并保持活性良好以制止进入动力学可能析碳区。
对付含有易折碳组分烯烃的炼厂气以及石脑油的蒸汽转化操纵，要求催化剂应具有更高的抗析碳能力。
第三，选择适宜的操纵条件，例如：
含烃原料的预热温度不要太高,当催化剂活性下降时可适当加洪流碳比或淘汰原料的流量。
第四，查抄转化管内是否有积碳，可通过视察管壁颜色，如出现“热斑、热带”、转化管内阻力增加，可资助判断。
第五，当洗碳较轻时，可接纳降压、减量，提高水碳比的要领除碳。
九、主要设备
一段转化炉：
二段转化炉
氨的性质和烃类蒸汽转化法制取原料气的原理及其特点，
第二节固体燃料气化法
掌握固体燃料气化法生产煤气的要领、原理，工艺指标简直定原则；
间歇制气的工艺循环和工艺特点，知道间歇法制半水煤气为什么要把一个制气循环分成若干步调；
了解提高制气效率，减低煤耗的步伐。
半水煤气的制取
半水煤气生产的特点
第二节：
固体燃料的气化
一、概述
二、根本观点
三、造气对煤质的根本要求
四、煤气化的根本原理
（一）、煤的气化历程
（二）、煤气化的产业要领
五、气化炉类型
第三节半水煤气的制取
一燃料层的分区
二：
化学反响
三、半水煤气生产的特点
四制气历程
五气化效率
六工艺条件
七工艺流程
八间歇、连续法造气比拟
九节能步伐
1产业煤气有哪几种?
组成如何？
2固体燃料气化制取合成氨原料气的要领有那几种?
各有什么特点?
3间歇法制半水煤气为什么要把一个制气循环分成若干步调?
4什么是吹风效率？
如何提高吹风效率？
5．什么是制气效率？
如何提高制气效率?
6．简述评价间歇式制半水煤气工艺条件优劣的原则。
对炉温、料层高度、循环时间的分派等几个工艺条件的选择进行阐发。
7．间歇式制半水煤气工艺流程的设置原则有哪几点?
对中型厂的UGI流程与小型厂的节能型流程的异同点进行比力。
8煤气产生炉的结构如何？
同上
第二节固体燃料气化法
固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）气化：
用氧或含氧气化剂对其进行热加工，使碳转变为可燃性气体的历程。
气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为煤气产生炉。
1、煤的牢固碳；
固体燃料煤撤除灰分、挥发分、硫分和水分以外，其余的可燃物质称为牢固碳。
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