化工工藝學(xué)教案

1、化工工藝學(xué)教案（無機(jī)部分）學(xué)院、系： 化學(xué)與制藥工程學(xué)院任課教師： 趙風(fēng)云 授課專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 課程學(xué)分： 課程總學(xué)時(shí)： 64 課程周學(xué)時(shí)： 4 2021年 9月 2日合成氨教學(xué)進(jìn)程周次上課方式學(xué)時(shí)章節(jié)及主要內(nèi)容備注1講授2第一章 緒論一、化學(xué)工程與化學(xué)工藝二、氨的發(fā)現(xiàn)與制取三、 合成氨的原料四、氨的生產(chǎn)工藝分類五、氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展六、氨合成工業(yè)的發(fā)展方向七、氨的性質(zhì)和用途多媒體2講授4第二章 原料氣的制取第一節(jié)煤氣化制取氨合成氣的基本原理第二節(jié)、煤氣化的工業(yè)方法第三節(jié)、間歇制氣過程及工藝條件第四節(jié)、煤氣化工藝流程及存在的問題第五節(jié)、水煤漿加壓氣化制氣技術(shù)第六節(jié) 灰熔聚流化床制氣技術(shù)第

2、七節(jié) 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法7講授4第三章 硫化物的脫除第一節(jié) 脫硫概述第二節(jié) 濕式氧化法脫硫第三節(jié) 對苯二酚氨水液相催化法第四節(jié) 栲膠法脫硫第五節(jié) 脫硫主要設(shè)備第六節(jié) 干法脫硫8講授4第四章 一氧化碳變換第一節(jié) 一氧化碳變換的基本原理第二節(jié) 變換催化劑第三節(jié) 工藝流程 第四節(jié) 主要設(shè)備第五節(jié) 多段變換爐溫度曲線第六節(jié) 變換系統(tǒng)的熱能回收9講授3第五章 二氧化碳的脫碳第一節(jié)二氧化碳的脫除概述第二節(jié) 氨水中和法脫除二氧化碳第三節(jié) 熱碳酸鉀法脫除二氧化碳第四節(jié) 主要設(shè)備第五節(jié) NHD脫碳6講授4第六章原料氣的精制第節(jié) 銅氨液洗滌法第二節(jié) 第節(jié) 甲烷化法第三節(jié)第三節(jié) 深冷分離法8講授4第七章：氨合成第節(jié) 氨

3、合成原理及熱力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 氨合成催化劑第三節(jié) 氨合成工藝條件第四節(jié) 氨的分離及氨合成流程第五節(jié) 主要設(shè)備9講授2第八章：尿素生產(chǎn)簡介第九章 燒堿生產(chǎn)簡介河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙上次課復(fù)習(xí)：本次課題（或教材章節(jié)題目）： 第一章 緒論教學(xué)要求：了解氨的生產(chǎn)發(fā)展歷程和氨的性質(zhì)及用途，掌握氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氨原料氣的原理、工藝條件的制定原則。重點(diǎn)：1、氨的性質(zhì)，氨合成工業(yè)的發(fā)展：單系列、大型化、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、勞動(dòng)強(qiáng)度。2、氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化法的原理、工藝條件、主要設(shè)備。難點(diǎn)：1、氨與空氣或氧的混合物在一定濃度范圍能夠發(fā)生爆炸，有飽和水蒸氣存在時(shí)，氨-空氣混合物的爆炸界限較窄。2

4、、氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化法的原理和工藝條件的制定。 教學(xué)手段及教具：多媒體講授內(nèi)容及時(shí)間分配：學(xué)習(xí)本課程的意義及要求 3分鐘一、氨的發(fā)現(xiàn)與制取 4分鐘二、合成氨的原料 2分鐘三、氨的生產(chǎn)工藝分類 4分鐘四、合成氨生產(chǎn)的進(jìn)展 4分鐘五、我國氨合成工業(yè)發(fā)展 4分鐘六、氨的性質(zhì)和用途 5分鐘七、健康危害和導(dǎo)致后果 3分鐘課后作業(yè)1對本課程的學(xué)習(xí)有哪些意見和建議？參考資料合成氨河北化工學(xué)校 程桂花 合成氨與甲醇趙育祥 合成氨工藝與節(jié)能張成芳 無機(jī)化工工藝學(xué)（一） 合成氨陳五平 合成氨工學(xué) 第一 第三卷姜圣階 甲醇生產(chǎn)工藝與操作楊福升 齊淑芳 甲醇的生產(chǎn)孟廣銓 黃裕培 尿素生產(chǎn)工藝與操作 （中級本）陳觀平 趙元

5、凱 河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第一章 緒論一、氨的發(fā)現(xiàn)與制取 氨是在1754年由普里斯特利(Priestey)發(fā)現(xiàn)的。但直到本世紀(jì)初哈伯(Haber)等人才研究成功了合成氨法，1913年在德國奧保(OPPau)建成世界上第一座合成氨廠。1909年哈伯用俄催化劑，在17.5-20.0MPa和500-600溫度下獲得6的氨，即使在高溫高壓條件下，氫氮混合氣每次通過反應(yīng)器也只有小部分轉(zhuǎn)化為氨，為了提高原料利用率，哈伯提出氨生產(chǎn)工藝為(1)采用循環(huán)方法；(2)采用成品液氨蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)離開反應(yīng)器氣體中氨的冷凝分離，(3)用離開反應(yīng)器的熱氣體預(yù)熱進(jìn)入反應(yīng)器的氣體，以達(dá)到反應(yīng)溫度。在機(jī)械工程師伯希(

6、Bosch)的協(xié)助下，1910年建成了80g。h-1的合成氨試驗(yàn)裝置。1911年，米塔希M心asch）研究成功了以鐵為活性組分的氨合成催化劑，這種催化劑比餓催化劑價(jià)廉、易得、活性高且耐用，至今，鐵催化劑仍在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。1912年，在德國奧堡巴登苯胺純堿公司建成一套日產(chǎn)30t的合成氨裝置。1917年，另一座日產(chǎn)90t的合成氨裝置也在德國洛伊納建成投產(chǎn)。合成氨方法的研究成功，不僅為獲取化合態(tài)氮開辟了廣闊的道路，而且也促進(jìn)了許多科技領(lǐng)域(例如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等)的發(fā)展。二、合成氨的原料 空氣：氮?dú)獾膩碓此簹錃獾膩碓础Ｈ剂希禾烊粴?、煤?/p>

7、焦炭、石油煉廠氣、焦?fàn)t氣、石腦油等是氫氣來源的原料。三、合成氨的主要生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝分類 合成氨的生產(chǎn)過程包括三個(gè)主要步驟。 第一步是原料氣的制備。制備含氫和氮的原料氣可同時(shí)制得氮、氫混合氣。 氮?dú)庵饕獊碓从诳諝狻Ｓ每諝庵频獨(dú)?，多用以下兩種方法：1、化學(xué)法：在高溫下，以固體燃料煤、焦炭) 液體烴和氣體烴與空氣作用，以燃燒除去空氣中的氧，剩下的氮即可作為氮?dú)浠旌蠚庵械牡?2、物理法：將空氣冷卻至低溫(一170一一190 C)使之液化，再利用氮?dú)夂脱鯕夥悬c(diǎn)的不同進(jìn)行分離，可得到純度較高的氫氣和氧氣。氫氣來源于水和含有碳?xì)浠衔锏母鞣N燃料。工業(yè)上普通采用焦炭、煤、天然氣、輕油、重油等燃料，在高溫

8、下與水蒸汽反應(yīng)的方法制氫。電解水可直接得到氫氣，但耗電量大，成本高，很少用。焦?fàn)t氣和石油加工廢氣中含有大量的氫，用深度冷凍的方法除去其他組分，亦可得到氫氣。(一)以煤為原料的合成氨流程我國以煤為原料的中型合成氨廠多數(shù)采用60年代開發(fā)的三催化劑凈化流程，即采用脫琉、低溫變換和甲烷化三種催化劑來凈化氣體。而以煤為原料的小型合成氨廠則采用碳化工藝流程。用濃氨水脫除二氧化碳，生成的碳孩氫銨經(jīng)結(jié)晶、分離后即為產(chǎn)品。(二)以天然氣為原料的合成氨流程天然氣、煉廠氣等氣體原料制氨的工藝流程。使用了七、八種催化劑，需要有高凈化度的氣體凈化技術(shù)配合。例如，使用鈷鉬加氫催化劑和氧化鋅脫硫劑，可以把天然氣中的硫的含量

9、體積分?jǐn)?shù)脫除到ppm以下，不僅保護(hù)了轉(zhuǎn)化催化劑，而且也為使用耐硫性能較差的低變催化劑創(chuàng)造了條件。再通過高凈化度的脫碳方法，可使氣體中一氧化碳和二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)總和小于o7。這樣就能采用甲烷化法將氣體中殘余的一氧化碳和二氧化碳體積分?jǐn)?shù)之和降到(510)×10-6。（三）以重油為原料制氨流程以重油為原料制氨時(shí)，采用部分氧化法造氣。從氣化爐出來的原料氣先清除炭黑，經(jīng)一氧化碳耐硫變換、低溫甲醇洗和液氮洗，再壓縮、合成得到氨。該流程中需設(shè)置空分裝置提供氧氣供油氣化，氮?dú)庥糜谝旱礈烀摮龤堄嘁谎趸嫉冉M分 四、合成氨生產(chǎn)的進(jìn)展 4分鐘20世紀(jì)50年代，由于天然氣、石油資源大量開采，為臺(tái)成氨提供

10、了豐富的原料促進(jìn)了世界合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展。以廉價(jià)的天然氣、石腦油和重油來代替固體原料生產(chǎn)合成氨，從工程投資、能量消耗和生產(chǎn)成本來看具有顯著的優(yōu)越性。起初，各國將天然氣作為原料。隨著石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的試制成功，缺乏天然氣的國家開發(fā)了以石腦油為原料的生產(chǎn)方法。20世記60年代以后，開發(fā)了多種活性好的新型催化劑能量的回收與利用更趨合理。大型化工程技術(shù)等方面的進(jìn)展，促進(jìn)了合成氨工業(yè)的高速度發(fā)展，引起f合成氨裝置的重大變革，其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面(一)單系列大型化由于受高壓設(shè)備制做的約束，30世紀(jì)50年代以前，氨合成塔單塔最大生產(chǎn)能力為200t。d-1，60年代初期也僅為400td-1。因此，

11、對于規(guī)模大的氨廠，就需要若干個(gè)平行的系列裝置。若能提高單系列裝置的生產(chǎn)能力，就可以減少平行的系列數(shù)，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。1966年，美國凱洛格(Kell088)公司建成1000 td-1單系列合成氨裝置，實(shí)現(xiàn)了合成氨工業(yè)的一次重大突破。由于大型氨廠具有投資省、成本低、能量利用效率高、占地少、勞動(dòng)生產(chǎn)串高的特點(diǎn)，從20世紀(jì)60年代中期開始，世界上新建的以氣態(tài)和液態(tài)烴類為原料的大型氨廠，大都采用單系列的大型裝置。的裝置，目前世界上最大的合成氨裝置能力為1800 td-1。(二)熱能綜合利用合成氨為高能耗過程，20世紀(jì)60年代以前，以天然氣為原料的合成氨廠，每噸氨耗電1000kwh左右。隨著裝置的大

12、型化和蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，在工藝設(shè)計(jì)中把生產(chǎn)產(chǎn)品和生產(chǎn)動(dòng)力結(jié)合起來，利用系統(tǒng)余熱生產(chǎn)高壓蒸汽，經(jīng)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)泵，乏汽作為工藝蒸汽相加熱介質(zhì)，使能耗大大下降，每噸氛耗電僅6kwh左右。(三)高度自動(dòng)化大型合成氨廠為單系列裝置，設(shè)備都是單臺(tái)，尺寸較大。20世紀(jì)60年代，將全流程控制點(diǎn)的二次儀表全部集中于主控室顯示并監(jiān)視控制。進(jìn)入70年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)過程，操作控制上產(chǎn)生了飛躍。大型合成氨廠基本都采用集散控制系統(tǒng)(簡稱Dcs)。五、我國氨合成工業(yè)的發(fā)展： 4分鐘我國合成氨工業(yè)的發(fā)展是從建設(shè)中型氨廠開始的。50年代初，在恢復(fù)、擴(kuò)建老廠的同時(shí)，從前蘇聯(lián)引進(jìn)三

13、套以煤為原料的年產(chǎn)50kt的合成氨裝置，后又試制成功了高壓往復(fù)式壓縮機(jī)和氨合成塔我國具有生產(chǎn)和發(fā)展合成氨的能力。70年代后，小氮肥廠經(jīng)歷了原料、擴(kuò)大生產(chǎn)能力、節(jié)能降耗、以節(jié)能為中心的設(shè)備定型化、技術(shù)上臺(tái)階等五個(gè)階段的改造，部分企業(yè)達(dá)到噸氨能耗4L 87GJ的水平?，F(xiàn)在，全國有八百多家小氮肥廠，1995年氨產(chǎn)量l 619Mt，占全國總產(chǎn)量的5864。目前，對小氮肥企業(yè)的改造重點(diǎn)是抓好規(guī)模、品種、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)等方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整。主要內(nèi)容為：不斷向經(jīng)濟(jì)規(guī)模發(fā)展；逐步增加高濃度氮肥及復(fù)混肥的比重；通過新技術(shù)開發(fā)、節(jié)能降耗提高技術(shù)水平；將小氮肥企業(yè)建成農(nóng)化服務(wù)中心，成為生產(chǎn)化肥和專用復(fù)混肥的基地、發(fā)展精細(xì)化

14、工及其他化工產(chǎn)品為主的小化工基地、城鎮(zhèn)煤氣和熱力供應(yīng)基地。我國大型合成氨廠是在70年代中期開始建設(shè)的。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化肥需求量的日益增長和我國石油、天然氣資源的大規(guī)模開發(fā)，1973年開始，從美國、荷蘭、日本、法國引進(jìn)了L 3套年產(chǎn)300kt合成氨的成套裝置。艾巾以天然氣為原料的10套，以石腦油為原料的3套。1978年又引進(jìn)了3套以重油為原料、1套以煤為原料的年產(chǎn)300kI合成氛的裝置。這些引進(jìn)大型合成員裝置的建成投產(chǎn)，不僅較快地增加了我國合成員的產(chǎn)量而且提高了合成員工業(yè)的技術(shù)水平和管理水平，也縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。除已建成的二十多套大型合成員裝置外，考慮到我國是農(nóng)業(yè)大國，化肥需求量逐年增

15、長，在“九五”期間將充分利用我國的天然氣和煤炭資源，再建成一批大型合成氨裝置，并在一些資源豐富的地區(qū)形成合成氨生產(chǎn)基地。新建的大、中型合成氨裝置要達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，最小規(guī)模為；以天然氣為原料合成氨年產(chǎn)量為200一300kt，以煤為原料合成氨年產(chǎn)量為80kt。新建裝置原則上國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造，立足于國產(chǎn)化。六、氨的性質(zhì)和用途 (一)物理性質(zhì)在常溫常壓下，氨是有強(qiáng)烈刺激性臭味的無色氣體。能灼傷皮膚、眼睛、呼吸道粘膜。氨有強(qiáng)烈的毒性，若空氣中含有o5(體積)的氨，就能使人在幾分鐘內(nèi)窒息而死。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，相對密度為o5971(空氣10)，臨界溫度為132。4，臨界壓力為1122MPa，沸點(diǎn)為一3335，冰

16、點(diǎn)為一777。氨是一種可燃性氣體，自燃點(diǎn)為630，故一般較難點(diǎn)燃。氨與空氣或氧的混合物在一定濃度范圍能夠發(fā)生爆炸，爆炸下限 15.7 ，上限 27. 4 。有飽和水蒸氣存在時(shí)，氨-空氣混合物的爆炸界限較窄。氨易被液化，在常壓下將氨冷卻到一33 4，或在常溫下將其加壓到o7一o8MPa，氨就凝結(jié)成無色的液體，同時(shí)放出大量的熱。液氨相對密度為o667(20)。如果人體與液氨接觸，則會(huì)被嚴(yán)重凍傷。液氨很易氣化，降低壓力就急劇蒸發(fā)，并吸收大量的熱，故常用作制冷劑。氨極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱，可生產(chǎn)含氨1530(質(zhì)量)的商品氨水。（二)化學(xué)性質(zhì)氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽。如氨與二氧化碳

17、作用生成氨基甲酸胺，脫水成尿素，用途：n用于制造化學(xué)肥料如尿素、硝酸銨、硫酸銨、碳酸氫銨、磷酸銨等。n作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料如硝酸、硝酸鹽、銨鹽、氰化物等無機(jī)物。n用來制造胺、磺胺、腈等有機(jī)物。n用于高科技原料如生產(chǎn)甘油等。n用于制冷劑。七、健康危害和導(dǎo)致后果 3分鐘氨對上呼吸道有刺激和腐蝕作用，高濃度時(shí)可危及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，還可通三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟停博和呼吸停止。人對氨的嗅覺閾為0.51mg/m3，濃度50 mg/m3以上鼻咽部有刺激感和眼部灼痛感，500 mg/m3以上短時(shí)內(nèi)即出現(xiàn)強(qiáng)烈刺激癥狀，1500 mg/m3以上可危及生命，3500 mg/m3以上可即時(shí)死亡。國家衛(wèi)生

18、標(biāo)準(zhǔn)為30 mg/m3。對粘膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解壞死, 也可引起反射性呼吸停止。急性中毒者出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽等，眼結(jié)膜、鼻粘膜、咽部充血、水腫，胸部x線征象符合支氣管炎或支氣管炎。中度中毒，出現(xiàn)呼吸困難；嚴(yán)重者可發(fā)生中毒性肺水腫，或有呼吸窘迫綜合癥，激烈咳嗽、咯大量血、休克等。液氨或高濃度氨可致眼灼傷；液氨可致皮膚灼傷。急救處理原則：迅速將患者移至空氣新鮮處，合理吸氧，解除支氣管痙攣，維持呼吸、循環(huán)功能，立即用2%硼酸液或清水徹底沖洗污染的眼或皮膚；為防治肺水腫應(yīng)臥床休息，保持安靜，根據(jù)病情及早、足量、短期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素，在病程中應(yīng)嚴(yán)密觀察以防病情反復(fù)，注意窒息或氣胸

19、發(fā)生，預(yù)防繼發(fā)感染，有嚴(yán)重喉頭水腫及窒息預(yù)兆者宜及早施行氣管切開，對危重病員應(yīng)進(jìn)行血?dú)獗O(jiān)護(hù)。注意眼、皮膚灼傷的治療。河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙上次課復(fù)習(xí)：本次課題（或教材章節(jié)題目）： 第二章章 原料氣的制取教學(xué)要求：掌握氣態(tài)烴（甲烷）蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氨原料氣的原理。熟悉：熟悉流程的基本組成；工藝條件的分析；主要設(shè)備。了解：兩段轉(zhuǎn)化的工藝目的。重點(diǎn)：1、烴類（甲烷）蒸汽轉(zhuǎn)化制氣方法。 2、氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化法的原理、平衡組成、工藝條件、主要設(shè)備。難點(diǎn)：1、氨與空氣或氧的混合物在一定濃度范圍能夠發(fā)生爆炸，有飽和水蒸氣存在時(shí)，氨-空氣混合物的爆炸界限較窄。2、氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化法的原理和工藝條

20、件的制定。 教學(xué)手段及教具：多媒體講授內(nèi)容及時(shí)間分配：氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化：一、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的原料 二、合成氨對原料氣的要求 三、化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)平衡 四、影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡組成的因素 五、反應(yīng)機(jī)理（反應(yīng)的微觀步驟）六、 六、催化劑七、工藝條件 八、工藝流程 九、主要設(shè)備 課后作業(yè)1簡述氨的性質(zhì)和用途?2以氣態(tài)烴為原料制取合成氨原料氣的方法有哪幾種?每種方法的原理和特點(diǎn)是什么?3鎳催化劑在使用之前為什么要進(jìn)行還原?已還原的鎳催化劑若與空氣接觸為何要進(jìn)行鈍化?4什么是析炭現(xiàn)象?有何危害?如何防止析炭?發(fā)生析炭后應(yīng)如何處理?5甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化為什么要分兩段轉(zhuǎn)化?二段轉(zhuǎn)化爐所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有哪些？6在

21、甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程中，確定操作壓力、溫度、水碳比和空速的依據(jù)分別是什么？參考資料合成氨河北化工學(xué)校 程桂花 合成氨與甲醇趙育祥 合成氨工藝與節(jié)能張成芳 無機(jī)化工工藝學(xué)（一） 合成氨陳五平 合成氨工學(xué) 第一- 第三卷姜圣階 甲醇生產(chǎn)工藝與操作楊福升 齊淑芳 甲醇的生產(chǎn)孟廣銓 黃裕培 尿素生產(chǎn)工藝與操作 （中級本）陳觀平 趙元?jiǎng)P * 河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第二章 原料氣的制取第一節(jié) 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法一、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的原料 氣態(tài)烴包括天然氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣及裂化氣等；液態(tài)烴包括原油、輕油和重油。其中除原油、天然氣和油田氣是地下藥藏的天然礦外，其余皆為石油煉制工業(yè)、煉焦工業(yè)和基本有

22、機(jī)合成工業(yè)的產(chǎn)品。二、合成氨對原料氣的要求 氫氮比3：1甲烷含量小于0.5%有害物質(zhì)少三、化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)平衡 在蒸汽轉(zhuǎn)化過程中，各種烴類主要進(jìn)行如下反應(yīng)：甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)：四、工藝條件(1)水碳比，表示轉(zhuǎn)化操作所用的工藝蒸汽量。在約定條件下，水碳比愈高，甲烷平衡含量愈低。(2)溫度烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是吸熱的可逆反應(yīng)，溫度增加，甲烷平衡含量下降。反應(yīng)溫度每降低10，甲烷平衡含量約增加1-1.3(3)壓力烴類蒸汽轉(zhuǎn)化為體積增大的可逆反應(yīng)，增加壓力，甲烷平衡含量也隨之增大。（4）二段轉(zhuǎn)化的空氣量：加入空氣量的多少，可從二段爐出口溫度上反映出來，但不能它來控制爐溫和出口甲烷含量的手段。因?yàn)榭諝饬康募尤胗泻铣?/p>

23、反應(yīng)的氫氮比決定。（5）二段出口甲烷含量：二段爐出口殘余甲烷每降低0.1，合成氨產(chǎn)量可增加。一般控制在。五、反應(yīng)機(jī)理（反應(yīng)的微觀步驟）在催化劑的表面，甲烷轉(zhuǎn)化的速度比甲烷分解的速度快的多，中間產(chǎn)物中不會(huì)有碳生成。其機(jī)理為在催化劑表面甲烷和水蒸氣解離次甲基成和原子態(tài)氧，在催化劑表面被吸附并互相作用，最后生成CO、CO2和H2。六、催化劑 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化是吸熱的可逆反應(yīng)，提高溫度對化學(xué)平衡和反應(yīng)速度均有利。但無催化劑存在時(shí)，溫度1000反應(yīng)速度還很低。因此，需要采用催化劑以加快反應(yīng)速度。由于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是在高溫下進(jìn)行的，并存在著析炭問題，因此，除了要求催化劑有高活性和高強(qiáng)度外，還要求有較好的耐熱性和

24、抗析炭性。1催化劑的組成 (1)活性組分和促進(jìn)劑 在元素周期表上第族的過渡元素對烴類蒸汽轉(zhuǎn)化部有活性，但從性能和經(jīng)濟(jì)上考慮，以鎳為最佳。在鎳催化劑中，鎳以氧化鎳形式存在，含量約為4一30：使用時(shí)還原成金屬鎳。金屬鎳是轉(zhuǎn)化反應(yīng)的活性組分，一般而言，鎳含量高，催化劑的活性高。一段轉(zhuǎn)化催化劑要求有較高的活性，良好的抗忻炭性，必要的耐熱性能和機(jī)械強(qiáng)度。為了增加催化劑的活性，一段轉(zhuǎn)化催化劑中鎳含量較高。二段轉(zhuǎn)化催化劑要求有更高的耐熱性和耐磨性，因此，鎳含量較低。為增加抗析炭能力加入促進(jìn)劑，鎳催化劑的促進(jìn)劑有氧化鋁、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈣、氧化鉻、氧化鋇和氧化鈦等。(2)鎳催化劑的載體 鎳催化劑中的載體應(yīng)

25、具有分散和穩(wěn)定活性組分微晶的作用。對蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑，由于操作溫度很高，鎳微晶易于熔解而長大。金屬鎳的熔點(diǎn)為1445，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化溫度都在熔點(diǎn)溫度的一半以上，分散的鎳微晶在這樣高的溫度下很容易互相靠近而熔結(jié)。這就要求載體能耐高溫，并且有較高的機(jī)械強(qiáng)度。所以，轉(zhuǎn)化催化劑的裁體都是熔點(diǎn)在2000以上的難熔的金屬氧化物或耐火材料。2催化劑的還原轉(zhuǎn)化催化劑大都是以氧化鎳形式提供的，使用前必須還原成為具有活性的金屑鎳，其反應(yīng)為工業(yè)生產(chǎn)中，一般都不采用純氫氣還原，而是通入水蒸氣和天然氣的混合物，只要催化劑局部地方有微弱活性并產(chǎn)生極少量的氫，就可進(jìn)行還原反應(yīng)，還原的鎳立即具有催化能力而產(chǎn)生更多的氫。為使頂部催

26、化劑得到充分還原，也可以在天然氣中配入些氫氣。還原了的催化劑不能與氧氣接觸，否則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)、即如果水蒸氣中含有1的氧氣，就可產(chǎn)生130 的溫升，氮?dú)庵泻?的氧氣則會(huì)造成165c的溫升。所以在停車催化劑需氧化時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制載氣中氧的含量，還原態(tài)的鎳在高于200時(shí)不得與空氣接觸。3催化劑的中毒與再生當(dāng)原料氣中含有硫化物、砷化物、氯化物等雜質(zhì)時(shí)，都會(huì)使催化劑中毒而失去活性。催化劑中毒分為暫時(shí)性中毒和永久性中毒。暫時(shí)性中毒，即催化劑中毒后經(jīng)適當(dāng)處理仍能恢復(fù)其活性。水久性中毒是指催化劑中毒后，無論采取什么措施，再也不能恢復(fù)活性。 鎳催化劑對硫化物十分敏感，不論是無機(jī)硫還是有機(jī)硫化物都能使催化劑

27、中毒。硫化氫能與金屬鎳作用生成硫化鎳而使催化劑失去活性。原料氣中的有機(jī)硫能與氫氣或水蒸氣作用生成硫化氫，而使鎳催化劑中毒。中毒后的催化劑可以用過量蒸汽處理，并使硫化氫含量降到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以下，催化劑的活性就可以逐漸恢復(fù)。為了確保催化劑的活性和使用壽命，要求原料氣中總硫含量的體積分?jǐn)?shù)小于o5×10-6。氯及其化合物對鎳催化劑的毒害和琉相似，也是暫時(shí)性中毒。一般要求原料氣中含氯的體積分?jǐn)?shù)小于o5×10。氯主要來源于水蒸氣，因此，在生產(chǎn)中要始終保持鍋爐給水質(zhì)量。砷中毒是不可逆的永久性中毒，微量的砷都會(huì)在催化劑上積累而使催化劑逐漸失去活性。七、工藝條件 防止析碳的原則第一，應(yīng)使轉(zhuǎn)化過程

28、不在熱力學(xué)析碳的條件下進(jìn)行，這就是用量提高到大于理論最小水碳比，是保證不會(huì)使炭黑生成的前提。第二，選用適宜的催化劑并保持活性良好以避免進(jìn)入動(dòng)力學(xué)可能析碳區(qū)。對于含有易折碳組分烯烴的煉廠氣以及石腦油的蒸汽轉(zhuǎn)化操作，要求催化劑應(yīng)具有更高的抗析碳能力。第三，選擇適宜的操作條件，例如：含烴原料的預(yù)熱溫度不要太高,當(dāng)催化劑活性下降時(shí)可適當(dāng)加大水碳比或減少原料的流量。第四，檢查轉(zhuǎn)化管內(nèi)是否有積碳，可通過觀察管壁顏色，如出現(xiàn)“熱斑、熱帶”、轉(zhuǎn)化管內(nèi)阻力增加，可幫助判斷。第五，當(dāng)洗碳較輕時(shí)，可采用降壓、減量，提高水碳比的方法除碳。八、工藝流程 九、主要設(shè)備一段轉(zhuǎn)化爐：二段轉(zhuǎn)化爐河 北 科 技 大 學(xué) 教 案

29、用 紙上次課復(fù)習(xí)：氨的性質(zhì)和烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣的原理及其特點(diǎn)，本次課題（或教材章節(jié)題目）： 第二節(jié) 固體燃料氣化法教學(xué)要求：掌握固體燃料氣化法生產(chǎn)煤氣的方法、原理，工藝指標(biāo)的確定原則；間歇制氣的工藝循環(huán)和工藝特點(diǎn)，知道間歇法制半水煤氣為什么要把一個(gè)制氣循環(huán)分成若干步驟；了解提高制氣效率，減低煤耗的措施。重點(diǎn)：半水煤氣的制取難點(diǎn)：半水煤氣生產(chǎn)的特點(diǎn)教學(xué)手段及教具：講授內(nèi)容及時(shí)間分配：第二節(jié)：固體燃料的氣化一、概述二、基本概念三、造氣對煤質(zhì)的基本要求四、煤氣化的基本原理（一）、煤的氣化過程（二）、煤氣化的工業(yè)方法五、氣化爐類型 第三節(jié) 半水煤氣的制取一 燃料層的分區(qū)二：化學(xué)反應(yīng)三、半水煤氣生

30、產(chǎn)的特點(diǎn)四 制氣過程五 氣化效率六 工藝條件七 工藝流程八 間歇、連續(xù)法造氣對比九節(jié)能措施課后作業(yè)1工業(yè)煤氣有哪幾種?組成如何？2固體燃料氣化制取合成氨原料氣的方法有那幾種?各有什么特點(diǎn)?3間歇法制半水煤氣為什么要把一個(gè)制氣循環(huán)分成若干步驟?4什么是吹風(fēng)效率？如何提高吹風(fēng)效率？5什么是制氣效率？如何提高制氣效率?6簡述評價(jià)間歇式制半水煤氣工藝條件優(yōu)劣的原則。對爐溫、料層高度、循環(huán)時(shí)間的分配等幾個(gè)工藝條件的選擇進(jìn)行分析。7間歇式制半水煤氣工藝流程的設(shè)置原則有哪幾點(diǎn)?對中型廠的UGI流程與小型廠的節(jié)能型流程的異同點(diǎn)進(jìn)行比較。8煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)如何？參考資料同上河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙

31、第二節(jié)固體燃料氣化法一、概述固體燃料（煤、焦炭或水煤漿）氣化：用氧或含氧氣化劑對其進(jìn)行熱加工，使碳轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇夹詺怏w的過程。氣化所得的可燃?xì)怏w稱為煤氣，進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。二、基本概念1、煤的固定碳；固體燃料煤除去灰分、揮發(fā)分、硫分和水分以外，其余的可燃物質(zhì)稱為固定碳。2、煤的發(fā)熱值：指1公斤煤在完全燃燒時(shí)所放出的熱量。3、標(biāo)煤：低位發(fā)熱值為7000kcal/kg的燃料4空氣煤氣：以空氣作為氣化而生成的煤氣其中含有大量的氮(50以上)及一定量的一氧化碳和少量的二氧化碳和氫氣。5混合煤氣(發(fā)生爐煤氣)：以空氣和適量的蒸汽的混合物為氣化劑生成的煤氣，其發(fā)熱量比空氣煤氣為高。在工業(yè)上這種煤氣

32、一般作燃料用。6水煤氣：以蒸汽作為氣化劑而生成的煤氣，其中氫及氧化碳的含量高在85以上，而氮含量較低。7半水煤氣：以蒸汽加適量的空氣或富氧空氣同時(shí)作為氣化劑所創(chuàng)得的煤氣或適當(dāng)加有發(fā)生爐煤氣的水煤氣，其含氮量為2122。三、氣化對煤質(zhì)的基本要求(1)保持高溫和南氣化劑流速(2)使燃料層各處間一截而的氣流速度和溫度分布均勻。這兩個(gè)條件的獲得，除了與爐子結(jié)構(gòu)(如加料、排渣等裝置)的完善程度有關(guān)外，采用的燃料性質(zhì)也具有重大影響。1水分：<2揮發(fā)份：<煤中所含揮發(fā)分量和煤的碳化程度有關(guān)，含量少的可至I一2，多的可達(dá)40以上。它的含量依下列次序遞減： 泥煤 褐煤 煙煤 無煙煤 焦炭 氣化揮發(fā)分

33、較高的燃料所制得的煤氣中甲烷含量也高。如果制得的煤氣作燃料用，則增高甲烷含量能提高煤氣熱值；但如果制得的煤氣作合成氨原料氣用則甲烷為惰性氣它不僅增加動(dòng)力和燃料消耗，而且降低爐子的制氣能力。所以在固定層煤氣發(fā)生爐中，用于制取合成氨原料氣的燃料，要求其揮發(fā)分以不超過6為宜。3灰份：15-20灰分中主要組分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂等無機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)的含量對灰熔點(diǎn)有決定性影響。 各種煤的灰分含量，低的約為5，高的可達(dá)30以上。焦炭中的灰分含量隨原煤中灰分含量而定?；曳指叩娜剂?，不僅增加運(yùn)輸費(fèi)用，而且使氣化條件變得復(fù)雜化。當(dāng)灰分過高時(shí)，在氣化過程中由于部分碳表面為灰分所覆蓋(特別是塊

34、狀燃料)，減小氣化劑與碳表面的接觸面積，因而降低了燃料的反應(yīng)活性。此地還會(huì)位隨灰渣排出的碳量增加，使熱效率降低。4硫分：<1.5g/m3煤中的硫分在氣化過程中，轉(zhuǎn)化為含硫的氣體，不僅對金屬有腐蝕作用，而且會(huì)使催化劑中毒。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程的特點(diǎn)，對含硫量有一定的要求，并應(yīng)在氣體凈化過程中將其脫除。 5灰熔點(diǎn)：>12506機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性機(jī)械強(qiáng)度是指它的抗破碎力。煤的機(jī)械強(qiáng)度決定于煤的巖相組成、礦物質(zhì)的含量、分布及碳此的程度。機(jī)械強(qiáng)度很差的燃料在運(yùn)輸、破碎過程中甚至在進(jìn)入固定層煤氣發(fā)生爐后，易于破裂而生成很多不能用于氣化的煤屑，這不僅增大原煤的消耗和造氣成本，增加處理煤屑

35、的困難，而且還會(huì)影響氣化過程的正常進(jìn)行。燃料的熱穩(wěn)定性是指燃料在受高溫后粉碎的程度。不同氣化方法，對燃料熱穩(wěn)定性有不同的要求。熱穩(wěn)定性差的燃料，在氣化過程中易于碎裂，產(chǎn)生的大量粉塵及微粒，將被氣流諾走或堵塞爐膛管這使燃料層阻力增大，過多消耗動(dòng)力，甚至影響制氣產(chǎn)量。燃料之所以受熱后不穩(wěn)定，主要是由于下述三個(gè)原因；(1) 在燃料層準(zhǔn)備階段(即干燥和干餾時(shí))，釋出水分和有機(jī)物的過程中，燃料裂碎。（2）燃料中的碳酸鹽受熱分解為二氧化碳。(3)燃料受熱時(shí)，內(nèi)外溫度差大，以及由于夾石等膨脹系數(shù)不同而碎裂。7燃料的成渣性能燃料的成渣性能是指燃料在氣化時(shí)是否易于燒結(jié)成渣。易于成波的燃料在用于燃燒和氣化而受到高

36、溫時(shí)，容易軟化熔融而生成镕渣塊，使排灰和氣化劑的均勻分布發(fā)生困難，以致不得不降溫操作，從而導(dǎo)致氣體質(zhì)量和產(chǎn)量下降。一般認(rèn)為，在灰分中的氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和氧化亞鐵的含量越多，越易結(jié)渣；合氧化鋁和二氧化硅越多，則熔點(diǎn)較高不易結(jié)渣。8、粘結(jié)性粘結(jié)性是煤在高溫下干餾粘結(jié)的性能。對煉焦來說，煤具有粘結(jié)性是十分需要的；但是對制造煤氣來說，不宜采用黏結(jié)性的煤。因?yàn)樵跉饣^程中煤粒相互粘結(jié)后，生成焦拱，破壞燃料層的透氣性，妨礙氣化劑的均勻分機(jī)傻氣化操作難以正常進(jìn)行。9、燃料粒度 25100mm入爐燃料粒度大小和粒度范圍，影晌氣化時(shí)的質(zhì)交換和熱交換條件。粒度小的燃料，反應(yīng)表面大，有利于氣化反應(yīng)，但是會(huì)使氣

37、化劑通過燃料層時(shí)的阻力增大，并限制氣化劑的最大流速(因?yàn)闅饣瘎┝魉賾?yīng)在帶出燃料量的允許范圍以內(nèi))。粒度范圍大，易產(chǎn)生小粒填充大粒間隙的現(xiàn)象，使燃料層阻力增大。同時(shí)還會(huì)使加料入爐時(shí)大粒偏布爐壁，小粒集中中央，產(chǎn)生所謂“偏析”現(xiàn)象，影響氣流分布。一般在制取水煤氣或半水煤氣的固定層煤氣發(fā)生爐中所用的燃料采取分級過篩，粒度分為25100毫米和10一40毫米兩種，可較粒度大小混燒的提高制氣能力。發(fā)生爐煤氣爐中用的燃料可在525毫米。四、煤氣化的基本原理CO2+3.76N2=CO2 +3.76N2 CH2O=CO+H2區(qū)域區(qū)域名稱用途及進(jìn)行過程化學(xué)反應(yīng)灰渣層分配氣化劑，防止?fàn)t篦超溫。借灰渣的顯熱預(yù)熱氣化劑

38、 氧化區(qū)（燃燒區(qū)）碳被氣化劑中的氧氧化成CO、CO2，并放出熱量C+O2CO2 2C+O22CO還原區(qū)CO2還原成 CO，或蒸汽分解為氫；原料被氣體預(yù)熱C+CO22COC+H2O CO+H2C+2H2O CO2+2H2 CO+H2OCO2+H2干餾區(qū)原料依靠氣體換熱進(jìn)行熱分解，并析出下列物質(zhì)：水分、揮發(fā)分、焦油 干燥區(qū)依靠氣體的顯熱，來蒸發(fā)原料中的水分 空間起積聚煤氣的作用 煤氣化的工業(yè)方法：蓄熱法：中小氮肥使用的方法富氧法：較節(jié)約和有發(fā)展前途的方法蓄熱法：若能充分利用太陽能最理想化五、氣化爐結(jié)構(gòu)和燃料層的分區(qū) 第三節(jié) 半水煤氣的制取一、固體燃料的氣化：

39、碳與氧的反應(yīng)和碳與蒸汽的反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)稱為固體燃料的氣化反應(yīng)。以空氣為氣化劑的反應(yīng)：C+O2CO 0R-393.770KJ /mol 2C+12O2CO 0R-110.595KJ /mol C+CO22CO 0R170.284KJ /mol CO+12O2CO2 0R-283.183KJ /mol 以蒸汽為氣化劑的反應(yīng)：C+H2O（g）CO+H20R131.39KJ /mol C+2H2O （g）CO2+2H2 0R90.202KJ /molCO+H2OCO2+H20R-41.19KJ /mol C+2H2CH4 0R-74.9KJ /mol 而燃燒物中的一氧化碳，則為生成的二氧化碳與赤熱的

40、碳相互作用的二次反應(yīng)產(chǎn)物C+CO22CO； 第二種假說是所謂一氧化碳學(xué)說。他們認(rèn)為，碳與氧反應(yīng)的一次反應(yīng)產(chǎn)物為一氧化碳，所進(jìn)行的反應(yīng)為： C+O2CO 由此生成的一氧化碳再與氧化合成二氧化碳二次反應(yīng)產(chǎn)物CO+12O2CO2無論從那一種理論出發(fā)，在固定層煤氣發(fā)生爐中，我們都可以認(rèn)為在氧化區(qū)中存在著大量的二氧比碳與一氧化碳。為了制取煤氣必須將二氧化碳還原為一氧化碳，并且就在還原區(qū)中進(jìn)行。所以還原區(qū)是煤氣發(fā)生爐中燃料層的最重要的區(qū)域，反應(yīng)C+CO22CO為空氣煤氣生成過程中的基本反應(yīng)。該反應(yīng)基本上決定了所制出氣體質(zhì)量和氣化強(qiáng)度。此反應(yīng)在高溫800以上以顯著的速度進(jìn)行；在低溫下反應(yīng)速度不大，幾乎等于零

41、。C+CO22CO的反應(yīng)是復(fù)雜的多相過程，并且是通過以下四步過程進(jìn)行的：第一階段 第三階段三 氣化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程 氣化反應(yīng)屬于氣固相系統(tǒng)的多相反應(yīng)。整個(gè)過程包括物理和化學(xué)兩個(gè)過程，可分成下列各步驟： 1氣流中的活性組分向碳的表面擴(kuò)散（物理過程)。 2活性組分被碳表面所吸附(物理過程)。 3生成中間產(chǎn)物(或反應(yīng)產(chǎn)物)(化學(xué)過程)。 4中間產(chǎn)物分解成反應(yīng)產(chǎn)物(化學(xué)過程)。 5反應(yīng)產(chǎn)物脫附(物理過程)。 6反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散入氣流中(物理過程)。四制氣過程工作循環(huán)：間歇式氣化時(shí)，自上一次開始送入空氣至下一次再送入空氣止，稱為一個(gè)工作循環(huán)。1吹風(fēng)：吹入空氣，提高燃料層溫度，回收顯熱和潛熱后吹風(fēng)氣放空。2蒸

42、汽一次上吹制氣：自下而上送入水恭汽進(jìn)行氣化反應(yīng)，燃料層上部溫度升高，下部降低。3蒸汽下吹：水蒸汽自上而下進(jìn)行氣化反應(yīng)，使燃料層溫度趨于均衡。4二次上吹制氣：將爐底部下吹煤氣排凈，為吹入空氣作準(zhǔn)備。5空氣吹凈：回收此部分吹風(fēng)氣，作為半水煤氣中氮的主要來源。間歇式制氣工作循環(huán)中各階段氣體的流向如圖五氣化效率(一)氣化效率 間歇式制造半水煤氣的過程中，吹風(fēng)階段的效率稱為吹風(fēng)效率，制氣階段的效率稱為制氣效率，吹風(fēng)效率與制氣效率綜合起來稱為氣化過程的總效率。1吹風(fēng)效率吹風(fēng)效率是指積蓄于燃料層中的熱量與吹風(fēng)階段消耗燃料煤的熱值之比。若不考慮煤氣發(fā)生爐的熱損失，積蓄于燃料層中的熱雖應(yīng)等于吹風(fēng)階段反應(yīng)放出的熱

43、量與吹風(fēng)氣的烙值之差，因此吹風(fēng)效率可用下式表示2制氣效率制氣效率是指制氣階段所產(chǎn)煤氣的熱值與制氣階段消耗燃料煤的熱值、入爐蒸汽的焓值及吹風(fēng)時(shí)積蓄于燃料層中可以利用的熱量三者之和之比，可用下式表示3氣化總效率氣化總效率是指氣化過程制得半水煤氣的熱值與氣化過程所消耗燃料煤的熱值和入爐蒸汽焓值的和之比隨著燃料層溫度上升，吹風(fēng)氣溫度上升二氧化碳含量下降，吹風(fēng)效率下降，但制氣效率上升。所以溫度對吹風(fēng)效率和制氣效率有著不同的影響。在800-850時(shí)總效率最高。六工藝條件1、燃料層的溫度 一般發(fā)生爐內(nèi)燃料層的最高溫度根據(jù)燃料性質(zhì)不同而控制在1000一1200。如果影響發(fā)生爐燃料層溫度的各因素燃料層高度、燃料

44、質(zhì)量、粒度、蒸汽氧比、氣化強(qiáng)度等為一定時(shí)，爐子出口氣體溫度對以穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。但在爐內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，爐子出口溫度即會(huì)產(chǎn)生被動(dòng)。這時(shí)，伴隨著出口氣體成分的變化氣體產(chǎn)率和質(zhì)量也會(huì)有所變化。觀察燃料層溫度的分布相沿爐膛截面的溫度均勻與否，除了用儀表測量爐上爐下的溫度叭往往還采用試火棍的方法，觀察燃料層沿爐膛縱向及橫向的分布，并繪成所謂火層圖來了解爐內(nèi)火層的分布情況。2、蒸汽用量入爐氣化劑中加入蒸汽的目的是降低燃料層溫度，不使過熱結(jié)渣，同時(shí)也能把蒸汽分解而生成氫。但是，加入蒸汽過多，除了會(huì)降低氣體質(zhì)量(即發(fā)生爐煤氣中無效的二氧化碳增加)外，主要的是會(huì)使氣化區(qū)溫度降低，而氣化區(qū)溫度過低，即會(huì)相應(yīng)地降低蒸

45、汽分解率、熱效率和氣化強(qiáng)度。為了使入爐氣化劑混合均勻，一般在入爐前即將蒸汽與空氣混合。由于在一定溫度下空氣已經(jīng)飽和了蒸汽，故一般都根據(jù)混合氣的飽和溫度來調(diào)節(jié)加入爐的蒸汽量。從圖中可以看出，隨著蒸汽消耗量的增加，被分解的蒸汽絕對量也在上九但蒸汽分解率及氣體熱值卻不斷下除一氧化碳也在下降，氫卻有所上升。這表明：(1)隨著蒸汽單位消耗量的增大，燃料層溫度和蒸汽分解率均下降；(2)隨著蒸汽單位消耗量的增大，減少了水煤氣向生成一氧化碳方向的反應(yīng)因而降低了氣體熱值，稍稍增高了氫的含量。從圖中可以看出，在蒸汽單位消耗量大于o6公斤公斤碳后，氣體熱值和分解率曲線下降坡度轉(zhuǎn)快。因此，在這種氣化強(qiáng)度下，用這種燃料

46、制取發(fā)生爐煤氣時(shí)，除非為了避免結(jié)渣，否則不希望超過此值。對進(jìn)入氣化層的有效碳來說，適宜的蒸汽單位消耗量與燃料特性、氣化強(qiáng)度和爐篦結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。灰熔點(diǎn)高，操作溫度和蒸汽分解率可以相應(yīng)提高，因而蒸汽單位消耗量可以降低?；瘜W(xué)活性高，在同樣溫度下蒸汽分解率高反應(yīng)吸熱多，因而蒸汽單位消耗量也可以降低一些。3吹風(fēng)速度：提高吹風(fēng)速度，氧化層反應(yīng)加速，且使二氧化碳在還原層停留時(shí)間減少，吹風(fēng)氣中CO含量降低，減少了熱損失。但風(fēng)量過大將導(dǎo)致飛灰增加，燃料損失加大，甚至燃料層出現(xiàn)風(fēng)洞以致被吹翻，造成氣化條件嚴(yán)重惡化。4碳層高度：制氣階段，碳層高度的增加，蒸汽分解率增加，吹風(fēng)階段，隨碳層高度的增加停留時(shí)間延長，二氧化

47、碳增加。系統(tǒng)阻力：阻力來自碳層高度和系統(tǒng)管徑及彎頭數(shù)量、洗氣塔液位。阻力大，電耗高，制氣強(qiáng)度差。氣體組成：氧含量小于0.5，甲烷含量小于，硫化氫越低越好。七工業(yè)方法和工藝流程八間歇、連續(xù)法造氣對比九 節(jié)能措施1 降低造氣過程的熱量損失（一）、降低吹風(fēng)氣中可燃性氣體含量，減少吹風(fēng)熱損失，（二）、提高蒸汽分解率減少制氣顯熱損失，（三）、控制較低的爐頂溫度，減少吹風(fēng)熱損失和制氣顯熱損失，（四）、降低爐渣中殘?zhí)亢亢惋w屑量，減少其小完全燃燒損失，（五）、減少散熱損失。2 造氣系統(tǒng)降低原料煤單耗的措施（一）、堅(jiān)持高爐溫操作（二）加大吹風(fēng)過程的空氣流速（三）、及時(shí)處理爐況，保證氣流分布均勻（四）、提高入爐

48、煤質(zhì)量，做到配煤入爐（五）、加強(qiáng)回收利用，減少跑冒滴漏3降低蒸汽消耗的措施（一）合理調(diào)節(jié)入護(hù)蒸汽流量，（二）、采用過熱蒸汽制氣，防止蒸汽帶水入爐（三）、原料煤的性質(zhì)和碳層厚度 河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙上次課復(fù)習(xí)：煤氣化反應(yīng)原理固定床反應(yīng)制氣的特點(diǎn)能量回收本次課題（或教材章節(jié)題目）：第三章 硫化物的脫除教學(xué)要求：了解脫硫的目的和意義；脫硫方法的選擇；濕法脫硫的原理。重 點(diǎn)：脫硫方法的選擇與對比難 點(diǎn)：堿法脫硫的原理及工藝指標(biāo)的確定教學(xué)手段及教具：講授內(nèi)容及時(shí)間分配：第一節(jié) 粉塵的清除及脫除方法 第二節(jié) 原料氣的脫硫一、硫化物的來源及存在形式二、脫硫的目的三、濕式氧化法脫硫的基本原理

49、第三節(jié) 氨水液相催化法第4節(jié) 栲膠脫硫一、栲膠液的制備二、栲膠脫硫脫硫機(jī)理三、栲膠法脫硫主要指標(biāo)第5節(jié) 脫硫第六節(jié) 干法脫硫課后作業(yè)1 合成氨原料氣為何要進(jìn)行脫硫?脫硫方法可分為郵幾類?備類的特點(diǎn)是什么?3氧化鋅法脫硫的原理是什么？其硫容的大小受到哪些因素的影響?4鈷鉬加氫能獨(dú)立脫硫嗎？什么場合使用鈷鉬加氫脫硫?5活性炭法脫硫的原理是怎樣的?脫硫后的活性炭如何再生？6什么是濕式氧化法?與中和法相比有何不同?7如何選則濕式氧化法的氧化催化劑？8簡述氨水催化法脫硫及兩生的原理。9影響氨水催化法脫硫效率利再生效卒的因素有哪些?11氨水催化法脫硫的正常生產(chǎn)控制指標(biāo)是怎樣的?它們對脫硫效率或再生效率有什

50、么影響?參考資料同上河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第三章 硫化物的脫除第一節(jié) 粉塵的清除固體燃料氣化所制得的原料氣中的粉塵主要是飛灰和固體燃料的微粒。這些粉塵隨著氣體而被帶出爐外。被帶出的粉塵數(shù)量和顆粒大小隨燃料的種類和燃料的氣化方法而異。不同固體燃料氣化過程中所災(zāi)帶的粉塵含量的數(shù)據(jù)，列下表：粉塵的危害：引起設(shè)備和管道的堵塞、系統(tǒng)阻力的增加和造成鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等機(jī)械過早地磨損；粉塵在氣體流過的設(shè)備中沉降，會(huì)把設(shè)備中的催化劑、拉西環(huán)或其它類型的填料堵塞。常用設(shè)備：旋風(fēng)分離器。工作原理是分散于氣體中的固體微粒在離心力的作用下有較大的離心力，該力足以克服氣體阻力飛向器壁，微粒碰到器壁而下落，

51、并聚集于旋風(fēng)分離據(jù)的錐形底內(nèi)，然后間歇地排出器外。濕法脫硫?qū)怏w中含塵的要求是20毫克標(biāo)準(zhǔn)米3，干法脫硫則為5毫克標(biāo)準(zhǔn)米3以下。除塵方法：1、噴水除塵2、濕式電除塵器3、液滴的分離第二節(jié) 硫化物的脫除硫化物的來源及存在形式：原料煤中以有機(jī)硫和無機(jī)硫的方式存在：硫化亞鐵、硫酸鐵鹽等在還原氣氛中被氫還原為無機(jī)硫(H2s)和有機(jī)硫(cs2，cOs、硫醇、噻吩、硫醚等)。原料氣中硫化物的含量與原料含硫量以及加工方法有關(guān)。以煤為原料時(shí)，每立方米原料氣中含硫化氫一般為幾克；用高硫煤為原料時(shí)，硫化氫可高達(dá)20一30g/m3，有機(jī)硫?yàn)?2g/m3；天然氣、石腦油、重油中的硫化物含量因產(chǎn)池不同而有很大差別。脫硫

52、的目的：硫化物是各種催化劑的毒物，對甲烷轉(zhuǎn)化和甲烷化催化劑、中溫變換催化劑、低溫變換催化劑、甲醋合成催化劑、氨合成催化劑的活性有顯著影響。硫化物還會(huì)腐蝕設(shè)備和管道，給后面工段的生產(chǎn)帶來許多危害。因此，對原料氣中硫化物進(jìn)行清除是十分必要的。一、脫硫方法的選擇原則濕法：1、滿足工藝需要2、硫容大3、活性好，易再生4、不堵塞5、無毒，無污染6、成本低干法：1、滿足工藝需要2、硫容大3、有一的定機(jī)械強(qiáng)度4、預(yù)水不焚化，阻力小5、流程短，使用周期長6、成本低兩者特點(diǎn)：濕法脫硫：脫硫劑為液體，便于輸送；其次，脫硫劑較易再生并能回收富合價(jià)值的化工原料硫磺，從而構(gòu)成一個(gè)脫硫循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。因此，濕法脫硫

53、廣泛應(yīng)用于以煤為原料及以含硫較高的重油、天然氣為原料的制氨流程中。當(dāng)氣體凈化度要求較高時(shí)，可在濕法之后串聯(lián)干法精脫，使脫硫在工藝亡和經(jīng)濟(jì)上都更合理。干法：脫硫凈化度高，并能脫除各種有機(jī)硫。但干法脫硫劑或者不能再生或者再生非常困難，并且只能周期性操作，設(shè)備龐大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，因此，干法脫硫僅適用于氣體硫含量較低和凈化度要求高的場合。（1）原料氣的硫化氫含量中等，如硫化氫含量為23左右的粗天然氣凈化，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是烷基醇胺法，如一乙醇胺法、二乙醇胺法、二甘醇胺法、二異丙醇胺法等。（2）原料氣的硫化氫、二氧化碳等酸性氣體含量較高時(shí)，只物理溶劑或物理化學(xué)混合溶劑吸收，再生放出的硫化氫氣體用克勞斯法回收硫磺。這類方法的共同特點(diǎn)是蒸汽與熱的消耗小，在高酸性氣體分壓時(shí)溶劑的吸收能力強(qiáng)，如環(huán)丁硯法聚乙二醇二甲醚法，冷甲醇法等。（3）原料氣的硫化氫含量低，但二氧化碳含量較高時(shí)，用直接氧化法脫硫。如蒽醌二磺酸鈉法、氨水催化法等。這類方法的共同特點(diǎn)是直接從溶液中回收硫磺，沒打臺(tái)硫尾氣放空造成公害的間肥。但溶液的硫容量低。（4）氣體中有機(jī)硫的脫除以固體于法為主，同時(shí)干法脫硫廣泛用作精細(xì)脫硫的手段。如近代以天然氣、輕油等為原料的大型合成氨中，廣泛應(yīng)用活性炭、氧化鋅、鈷