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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页 化工工艺学教案（无机部分）学院、系： 化学与制药工程学院任课教师： 赵风云 授课专业： 化学工程与工艺 课程学分： 课程总学时： 64 课程周学时： 4 2008年 9月 2日合成氨教学进程周次上课方式学时章节及主要内容备注1讲授2第一章 绪论一、化学工程与化学工艺二、氨的发现与制取三、 合成氨的原料四、氨的生产工艺分类五、氨生产技术的发展六、氨合成工业的发展方向七、氨的性质和用途多媒体2讲授4第二章 原料气的制取第一节煤气化制取氨合成气的基本原理第二节、煤气化的工业方法第三节、间歇制气过程及工艺条件第四节、煤气
2、化工艺流程及存在的问题第五节、水煤浆加压气化制气技术第六节 灰熔聚流化床制气技术第七节 烃类蒸汽转化法7讲授4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讲授4第四章 一氧化碳变换第一节 一氧化碳变换的基本原理第二节 变换催化剂第三节 工艺流程 第四节 主要设备第五节 多段变换炉温度曲线第六节 变换系统的热能回收9讲授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四节 主要设备第五节 NHD脱碳6讲授4第六章原料气的精制第节 铜氨液
3、洗涤法第二节 第节 甲烷化法第三节第三节 深冷分离法8讲授4第七章：氨合成第节 氨合成原理及热力学基础第二节 氨合成催化剂第三节 氨合成工艺条件第四节 氨的分离及氨合成流程第五节 主要设备9讲授2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 纸上次课复习：本次课题（或教材章节题目）： 第一章 绪论教学要求：了解氨的生产发展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，氨合成工业的发展：单系列、大型化、生产规模、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、氨与空气或氧的混合
4、物在一定浓度范围能够发生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨-空气混合物的爆炸界限较窄。2、气态烃蒸汽转化法的原理和工艺条件的制定。 教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配：学习本课程的意义及要求 3分钟一、氨的发现与制取 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、我国氨合成工业发展 4分钟六、氨的性质和用途 5分钟七、健康危害和导致后果 3分钟课后作业1对本课程的学习有哪些意见和建议？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 甲醇生产工艺与操作杨
5、福升 齐淑芳 甲醇的生产孟广铨 黄裕培 尿素生产工艺与操作 （中级本）陈观平 赵元凯 河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第一章 绪论一、氨的发现与制取 氨是在1754年由普里斯特利(Priestey)发现的。但直到本世纪初哈伯(Haber)等人才研究成功了合成氨法，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温度下获得6的氨，即使在高温高压条件下，氢氮混合气每次通过反应器也只有小部分转化为氨，为了提高原料利用率，哈伯提出氨生产工艺为(1)采用循环方法；(2)采用成品液氨蒸发实现离开反应器气体中氨的冷凝分离，
6、(3)用离开反应器的热气体预热进入反应器的气体，以达到反应温度。在机械工程师伯希(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）研究成功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，铁催化剂仍在工业生产中广泛应用。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。合成氨方法的研究成功，不仅为获取化合态氮开辟了广阔的道路，而且也促进了许多科技领域(例如高压技术、低温技术、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利
7、用等)的发展。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、合成氨的主要生产过程和生产工艺分类 合成氨的生产过程包括三个主要步骤。 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、氢混合气。 氮气主要来源于空气。用空气制氮气，多用以下两种方法：1、化学法：在高温下，以固体燃料煤、焦炭) 液体烃和气体烃与空气作用，以燃烧除去空气中的氧，剩下的氮即可作为氮氢混合气中的氮。 2、物理法：将空气冷却至低温(一170一一190 C)使之液化，再利用氮气和氧气沸点的不同进行分离，可得到纯度较高的氢气和氧气。氢气来源于水和
8、含有碳氢化合物的各种燃料。工业上普通采用焦炭、煤、天然气、轻油、重油等燃料，在高温下与水蒸汽反应的方法制氢。电解水可直接得到氢气，但耗电量大，成本高，很少用。焦炉气和石油加工废气中含有大量的氢，用深度冷冻的方法除去其他组分，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采用60年代开发的三催化剂净化流程，即采用脱琉、低温变换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采用碳化工艺流程。用浓氨水脱除二氧化碳，生成的碳孩氢铵经结晶、分离后即为产品。(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
9、气体净化技术配合。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，不仅保护了转化催化剂，而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方法，可使气体中一氧化碳和二氧化碳的体积分数总和小于o7。这样就能采用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(510)10-6。（三）以重油为原料制氨流程以重油为原料制氨时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经一氧化碳耐硫变换、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 四、合成氨生产的进
10、展 4分钟20世纪50年代，由于天然气、石油资源大量开采，为台成氨提供了丰富的原料促进了世界合成氨工业的迅速发展。以廉价的天然气、石脑油和重油来代替固体原料生产合成氨，从工程投资、能量消耗和生产成本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成功，缺乏天然气的国家开发了以石脑油为原料的生产方法。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回收与利用更趋合理。大型化工程技术等方面的进展，促进了合成氨工业的高速度发展，引起f合成氨装置的重大变革，其主要内容包括以下几个方面(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
11、大生产能力为200t。d-1，60年代初期也仅为400td-1。因此，对于规模大的氨厂，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，就可以减少平行的系列数，有利于提高经济效益。1966年，美国凯洛格(Kell088)公司建成1000 td-1单系列合成氨装置，实现了合成氨工业的一次重大突破。由于大型氨厂具有投资省、成本低、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，大都采用单系列的大型装置。的装置，目前世界上最大的合成氨装置能力为1800 td-1。(二)热能综合利用合成氨为高能耗过程，20世纪60年代以前
12、，以天然气为原料的合成氨厂，每吨氨耗电1000kwh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成功，在工艺设计中把生产产品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6kwh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集中于主控室显示并监视控制。进入70年代后，计算机技术应用于合成氨生产过程，操作控制上产生了飞跃。大型合成氨厂基本都采用集散控制系统(简称Dcs)。五、我国氨合成工业的发展： 4分钟我国合成氨工业的发展是从
13、建设中型氨厂开始的。50年代初，在恢复、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，后又试制成功了高压往复式压缩机和氨合成塔我国具有生产和发展合成氨的能力。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、技术上台阶等五个阶段的改造，部分企业达到吨氨能耗4L 87GJ的水平。现在，全国有八百多家小氮肥厂，1995年氨产量l 619Mt，占全国总产量的5864。目前，对小氮肥企业的改造重点是抓好规模、品种、技术、产业等方面的结构调整。主要内容为：不断向经济规模发展；逐步增加高浓度氮肥及复混肥的比重；通过新技术开发、节能降耗提高技术水平；将
14、小氮肥企业建成农化服务中心，成为生产化肥和专用复混肥的基地、发展精细化工及其他化工产品为主的小化工基地、城镇煤气和热力供应基地。我国大型合成氨厂是在70年代中期开始建设的。随着农业生产对化肥需求量的日益增长和我国石油、天然气资源的大规模开发，1973年开始，从美国、荷兰、日本、法国引进了L 3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，不仅较快地增加了我国合成员的产量而且提高了合成员工业的技术水平和管理水平，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，考虑到我国是农业大国，化肥需求量逐年增长，在“九五”期间将充分利用我国的天然气和煤炭资源
