《無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)與操作》合成氨部分

32緒論主要內(nèi)容

1《典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)》原由

本課程教法選擇和考核評(píng)價(jià)方法

典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位及其發(fā)展概況

無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)技術(shù)也千差萬(wàn)別，實(shí)難以《無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)》一書(shū)以概之，故改名為《無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)與操作》1《典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)》原由

主要內(nèi)容典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品主要包括合成氨、化學(xué)肥料、硫酸與硝酸、純堿與燒堿、主要無(wú)機(jī)鹽等五個(gè)方面。都屬于大宗化學(xué)品和典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品。本書(shū)重點(diǎn)介紹典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)原料路線選擇、工藝流程組織、生產(chǎn)運(yùn)行與操作條件的優(yōu)化，以及典型設(shè)備選型、操作控制要點(diǎn)及常見(jiàn)故障排除措施等表0-12008年我國(guó)典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品的產(chǎn)量/萬(wàn)t合成氨硫酸硝酸純堿燒堿尿素磷肥鉀肥復(fù)混肥517951008001950247050001350(折P2O5)1000自產(chǎn)300進(jìn)口7001500水泥碳酸鈣玻璃150000輕鈣550重鈣75057442.9(萬(wàn)重量箱)注：1萬(wàn)重量箱平板玻璃約等于500噸。632142典型無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位及其發(fā)展概況

合成氨堪稱現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊

硫酸曾被譽(yù)為“工業(yè)之母”硝酸唯一兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性

化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石

5純堿與燒堿是重要的基本化工原料

無(wú)機(jī)鹽是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)

一般認(rèn)為，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的標(biāo)志----1913年德國(guó)的哈伯和博施首次采用鐵為催化劑、直接以氫氣和氮?dú)鉃樵稀⒃诟邷馗邏合鲁晒铣砂?。劃時(shí)代意義的人工固氮技術(shù)的重大突破。合成氨工業(yè)化被公認(rèn)為化學(xué)方面最重要的發(fā)明之一和對(duì)高壓化學(xué)合成技術(shù)上作出的重大貢獻(xiàn)，哈伯和博施先后分別于1918年和1931年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這種直接合成氨法稱為哈伯-博施法。合成氨工業(yè)化的成功極大地促進(jìn)了高壓機(jī)生產(chǎn)技術(shù)、高壓化學(xué)合成技術(shù)和催化劑生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使德國(guó)一躍成為當(dāng)時(shí)世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)。合成氨生產(chǎn)堪稱現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊。

1合成氨堪稱現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊氨的應(yīng)用化學(xué)肥料85~90%化工原料10~15%氨的應(yīng)用領(lǐng)域我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

小型合成氨數(shù)量中型合成氨數(shù)量大型合成氨數(shù)量合成氨總產(chǎn)量/萬(wàn)t世界排名解放初2004.51992年15395522229812004年4608230420012008年51001硫酸產(chǎn)量與合成氨相當(dāng)，工業(yè)化生產(chǎn)已有270年歷史，曾被譽(yù)為“工業(yè)之母”。化肥工業(yè)中，每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗純硫酸760kg。每生產(chǎn)一噸過(guò)磷酸鈣，消耗硫酸360kg；農(nóng)藥方面如硫酸銅、硫酸鋅是植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑；冶金工業(yè)中電解液就需要使用硫酸；石油工業(yè)中每噸原油精煉需要硫酸約24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約31kg；化學(xué)纖維每生產(chǎn)1t環(huán)氧樹(shù)脂，需用硫酸2.68t，號(hào)稱“塑料王”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn)1t，需用硫酸1.32t；2硫酸曾被譽(yù)為“工業(yè)之母”染料工業(yè)幾乎沒(méi)有一種染料（或其中間體）的制備不需使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。濃硫酸為濃縮硝酸生產(chǎn)中的脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸干燥氯氣、氯化氫；無(wú)機(jī)鹽工業(yè)中，如冰晶石、氟化鋁、硼砂、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備；許多無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸的制備，也常需要硫酸作原料。此外，電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當(dāng)數(shù)量的硫酸。我國(guó)硫酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

硫鐵礦為原料/%硫磺為原料/%冶煉煙氣為原料/%總產(chǎn)量/萬(wàn)t世界排名1995年82.12001年29.42004年399512006年44.32007年510012008年2411t硫磺可以生產(chǎn)3t硫酸，2t蒸氣，336度電量，且無(wú)三廢排放，良好的生產(chǎn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益是硫磺法生產(chǎn)硫酸得到快速發(fā)展最主要的因素。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)有色金屬工業(yè)的迅猛發(fā)展，冶煉煙氣制酸也獲得快速發(fā)展，銅陵有色、江西銅業(yè)、甘肅金川等硫酸產(chǎn)量在100萬(wàn)t/a以上的特大型企業(yè)，均以冶煉煙氣制酸為主，2008年我國(guó)煙氣吸收法制酸已占24%。硫酸裝置的大型化、規(guī)?；?、集約化發(fā)展取得了巨大進(jìn)步。將進(jìn)一步淘汰4萬(wàn)t/a的硫鐵礦制酸裝置，限制10萬(wàn)t/a硫鐵礦制酸裝置，硫酸企業(yè)有望向“能源工廠”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)以硫資源為主線，以能源循環(huán)為輔線，實(shí)現(xiàn)了以硫酸為核心的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。硝酸兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性的特點(diǎn)，各類酸中產(chǎn)量?jī)H次于硫酸的重要化工原料；主要用于無(wú)機(jī)化工制造硝酸銨、硝酸銨、硝酸磷肥、氨磷鉀等復(fù)合肥料。在有機(jī)工業(yè)、染料工業(yè)、涂料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、印染工業(yè)、橡膠工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)中和國(guó)防工業(yè)等也有廣泛用途。3硝酸唯一兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性

我國(guó)硝酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

常壓法/萬(wàn)t綜合法/萬(wàn)t雙加壓法/萬(wàn)t總產(chǎn)量/萬(wàn)t世界排名解放初0.450.452007年70512008年4008001至2008年底我國(guó)已擁有先進(jìn)的雙加壓法工藝的硝酸生產(chǎn)裝置20套，占我國(guó)硝酸總產(chǎn)能的50%，大大縮短了我國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距。但我國(guó)還不算是硝酸工業(yè)強(qiáng)國(guó)，世界發(fā)達(dá)國(guó)家均普遍采用27萬(wàn)t級(jí)和50萬(wàn)t級(jí)硝酸裝置，我國(guó)年產(chǎn)27萬(wàn)t雙加壓法完全國(guó)產(chǎn)化硝酸裝置目前國(guó)內(nèi)僅有幾家企業(yè)正在籌建，隨著取締和關(guān)閉落后生產(chǎn)裝置，淘汰配置低、規(guī)模小、能耗高的裝置，我國(guó)硝酸工業(yè)正在向規(guī)模化發(fā)展化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食的“糧食”。化肥對(duì)我國(guó)糧食單產(chǎn)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)40％～50％。使用化肥以提高糧食單產(chǎn)，已經(jīng)成為確保全球糧食安全的關(guān)鍵和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石。中國(guó)能以世界7%的耕地養(yǎng)活占世界約22%的人口，應(yīng)該說(shuō)一半功勞歸于化肥。另外一半功勞呢？4化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石

建國(guó)初我國(guó)化肥工業(yè)只有硫酸銨和硝酸銨兩個(gè)品種，年產(chǎn)量只有6000t。目前我國(guó)化肥生產(chǎn)量約占世界總量的約1/3，表觀消費(fèi)量約占35%，世界上最大的化肥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。一是化肥工業(yè)的基本特征是“多氮少磷缺鉀”；二是高濃度化肥比例低。為什么？三是復(fù)合肥料比例低。⑴純堿。建材方面主要用于制造玻璃，這是純堿的最大消費(fèi)部門(mén)，每t玻璃消耗純堿0.2t。在輕工方面：洗衣粉、三聚磷酸鈉、保溫瓶、燈泡、白糖、搪瓷、皮革、日用玻璃、造紙等；在化工方面：制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、小蘇打、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硅酸鈉、硼砂、漂白劑、填料、洗滌劑等；冶金工業(yè)：冶煉助熔劑、選礦用浮選劑、煉鋼和煉銻用作脫硫劑；在陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉也要用到純堿；印染工業(yè)用作軟水劑；制革工業(yè)用于原料皮的脫脂、提高鉻鞣液堿度；食用級(jí)純堿用于生產(chǎn)味精、面食等。5純堿與燒堿是重要的無(wú)機(jī)堿性化工原料

我國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總產(chǎn)量/萬(wàn)t世界排名解放初210008.82008年49366018301氨堿法/%聯(lián)堿法/%2008年我國(guó)純堿企業(yè)平均年產(chǎn)量37.34萬(wàn)噸。氨堿法路線的山東?；瘓F(tuán)有限公司的年產(chǎn)能為300萬(wàn)噸；聯(lián)堿法的湖北雙環(huán)化工集團(tuán)有限公司年產(chǎn)能為100萬(wàn)噸。但在節(jié)能減排方面與世界先進(jìn)水平仍有較大差距。例如：氨堿企業(yè)，液氨平均消耗大于4.5kg／t堿，是世界最好水平的1.5-2倍；制堿裝備運(yùn)行周期和穩(wěn)定性低于國(guó)外；自控技術(shù)水平參差不齊，勞動(dòng)效率低下；能源消耗偏高等。⑵燒堿使用燒堿最多的部門(mén)是化學(xué)藥品制造；其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂制造業(yè)。在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機(jī)中間體，舊橡膠再生；無(wú)機(jī)鹽生產(chǎn)中，制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。如普通肥皂；造紙行業(yè)主要是制漿耗堿，燒堿起苛化作用；印染、紡織工業(yè)上，用大量堿液去除棉紗、羊毛的油脂；生產(chǎn)人造纖維也需要燒堿或純堿。例如，制粘膠纖維首先要用18～20％燒堿溶液（或純堿溶液）去浸漬纖維素，使它成為堿纖維素。我國(guó)燒堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總產(chǎn)量/萬(wàn)t世界排名解放初幾家1.501.52005年179785.4629.21414.61隔膜法/%離子膜法/%氯產(chǎn)品數(shù)量鹽酸、液氯、漂白粉等幾種200余種，主要品種70多個(gè)我國(guó)最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠，日產(chǎn)燒堿2t。離子交換膜法制堿技術(shù)，具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流波動(dòng)、能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。目前我國(guó)隔膜法燒堿產(chǎn)量占55%，離子膜法燒堿所占比例占到45%，后者具有繼續(xù)發(fā)展的潛力。氯堿工業(yè)企業(yè)平均生產(chǎn)規(guī)模7.9萬(wàn)t／a；大多數(shù)企業(yè)的規(guī)模較小，與國(guó)外大型燒堿企業(yè)相比差距非常之大，日本、歐盟的前5家企業(yè)分別集中了它們燒堿生產(chǎn)能力的50%，美國(guó)的5家大公司集中了美國(guó)燒堿生產(chǎn)能力的80%，而我國(guó)前5家企業(yè)的生產(chǎn)能力不到全國(guó)總生產(chǎn)能力的16%。二、本課程教法選擇和考核評(píng)價(jià)方法采用什么樣的教學(xué)方法？由同學(xué)們共同選擇……一是傳統(tǒng)的教學(xué)方法：二是新型的項(xiàng)目化教學(xué)方法：三、項(xiàng)目化教學(xué)特點(diǎn)和考核評(píng)價(jià)方法

1、項(xiàng)目化教學(xué)必須進(jìn)行整體教學(xué)設(shè)計(jì)

“課程的整體教學(xué)設(shè)計(jì)”包括課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)、進(jìn)程表設(shè)計(jì)、第一節(jié)課梗概、考核方案設(shè)計(jì)、工具材料等主要內(nèi)容。本課程的特點(diǎn)是：項(xiàng)目不多，但項(xiàng)目龐大、工藝復(fù)雜。如“合成氨”部分在傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中將安排36~40課時(shí)，如此得復(fù)雜龐大的項(xiàng)目不可能一次課就能完成。因此，結(jié)合本課程的實(shí)際，采取將一個(gè)大項(xiàng)目分為若干個(gè)任務(wù)。2、必須突出能力目標(biāo)，而不是知識(shí)目標(biāo)傳統(tǒng)的“知識(shí)本位課程教學(xué)”以表達(dá)知識(shí)、傳授知識(shí)、消化知識(shí)、理解知識(shí)、記憶知識(shí)、再現(xiàn)知識(shí)等為已任。高職課程教學(xué)必須突出能力目標(biāo)，而不是知識(shí)目標(biāo)。能力本位課程要求任課教師按照課程教學(xué)的能力目標(biāo)重新設(shè)計(jì)課程考核方式，必須重新設(shè)計(jì)出適用于項(xiàng)目化教學(xué)的“學(xué)生能力考核方式”。3、教學(xué)過(guò)程必須體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化為了有效地訓(xùn)練職業(yè)能力，在課程教學(xué)過(guò)程中要盡可能“邊做邊學(xué)”、“在做中學(xué)”。項(xiàng)目化教學(xué)一般要求采用小班授課，需要在多媒體教室或理實(shí)一體化教室中進(jìn)行，以便“教、學(xué)、做”實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合。小班授課效果會(huì)更好？4、項(xiàng)目化教學(xué)課程內(nèi)容的載體是項(xiàng)目和任務(wù)在傳統(tǒng)的知識(shí)本位學(xué)科中，知識(shí)的載體是語(yǔ)言、文字、圖形和公式，這些知識(shí)主要是通過(guò)教師在課堂的講課來(lái)傳授的。但職業(yè)能力不能傳授，“高分低能”的根源。學(xué)生的職業(yè)能力是訓(xùn)練出來(lái)，而不是靠教師“講”出來(lái)的，而訓(xùn)練能力的載體是“項(xiàng)目和任務(wù)”。學(xué)生只能在完成真實(shí)的、大型的、綜合的、典型的、有趣的、具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目和任務(wù)過(guò)程中，才能真正訓(xùn)練出解決本專業(yè)實(shí)際問(wèn)題所需的綜合能力。5、學(xué)生是課程教學(xué)過(guò)程的主體在知識(shí)本位課程中，教師是課程教學(xué)的主體……在項(xiàng)目化課程中，學(xué)生是課程教學(xué)過(guò)程的主體……學(xué)生要花大量時(shí)間用于課外查閱資料、討論提綱、撰寫(xiě)論文、制做ppt；在課堂上教師只是一名“導(dǎo)演”，其職責(zé)主要用于精心的課堂組織、畫(huà)龍點(diǎn)睛式的點(diǎn)拔，廣大學(xué)生才是“主演”，課堂時(shí)間的70~80%是學(xué)生在進(jìn)行分組匯報(bào)、討論、甚至爭(zhēng)論，基本上達(dá)到“知識(shí)是學(xué)生學(xué)會(huì)的，能力也是學(xué)生練出來(lái)的”目的；剩余20~30%的課堂時(shí)間才由主講教師進(jìn)行最后的總結(jié)和評(píng)價(jià)，并布置下次課內(nèi)容等。6、師生身份的置換項(xiàng)目化教學(xué)過(guò)程中，師生身份一般必須進(jìn)行置換。主講教師可以身為董事長(zhǎng)、總經(jīng)理、或項(xiàng)目發(fā)包方，主講教師不再是×老師，而是×總。一個(gè)班級(jí)就是一家技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，班長(zhǎng)和團(tuán)支書(shū)（或黨支書(shū)）可以分別擔(dān)任副總經(jīng)理、黨委書(shū)記，學(xué)生需要進(jìn)行分組，一個(gè)班假如有40名同學(xué)，可分為5~6個(gè)組，每個(gè)組設(shè)一名項(xiàng)目經(jīng)理、一名副經(jīng)理，1~2名工程師，2~3名技術(shù)人員等。不論是主講教師，還是學(xué)生，每人都有一個(gè)全新的身份，每人都要制作一張身份卡，注明公司名稱、姓名、職務(wù)等，上課就是進(jìn)行項(xiàng)目論證的過(guò)程，每人都必須配戴身份卡。身份置換如何操作？

7、考核評(píng)價(jià)方法項(xiàng)目化教學(xué)考核評(píng)價(jià)方法可分為三個(gè)方面一是各項(xiàng)目或任務(wù)完成情況考核評(píng)分表；二是各項(xiàng)目或任務(wù)記分總表；三是平時(shí)表現(xiàn)記錄表，該項(xiàng)由指導(dǎo)教師把握，一般約占總分的20%。表1-2任務(wù)完成情況考核評(píng)價(jià)表（樣表）序號(hào)考核項(xiàng)目權(quán)重/%優(yōu)秀/90良好/80中等/70及格/60不及格/50單項(xiàng)成績(jī)1完成任務(wù)的態(tài)度102報(bào)告的質(zhì)量403分析與選擇能力104資料查閱與應(yīng)用能力105回答問(wèn)題的質(zhì)量56應(yīng)變與語(yǔ)言表達(dá)能力57課堂紀(jì)律108與人合作與自學(xué)能力

59經(jīng)濟(jì)與環(huán)保意識(shí)5班級(jí)：姓名：項(xiàng)目號(hào)：任務(wù)號(hào)：

注：與人合作能力得分由項(xiàng)目執(zhí)行經(jīng)理（項(xiàng)目組長(zhǎng)）評(píng)定，其它方面由教師評(píng)定。表1-3各項(xiàng)目或任務(wù)記分總表（樣表）姓名項(xiàng)目1項(xiàng)目2項(xiàng)目3項(xiàng)目4項(xiàng)目5項(xiàng)目6項(xiàng)目7項(xiàng)目8項(xiàng)目9項(xiàng)目10項(xiàng)目11表1-4、平時(shí)表現(xiàn)記錄表（樣表）任務(wù)姓名職務(wù)匯報(bào)發(fā)言補(bǔ)充發(fā)言自由發(fā)言表現(xiàn)回答問(wèn)題情況一項(xiàng)目號(hào)：任務(wù)號(hào)：時(shí)間：年月日第周節(jié)地點(diǎn)三、本課程總的能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)、方法能力目標(biāo)1、能力目標(biāo)能根據(jù)典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)特點(diǎn)和當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)等具體條件，合理選擇原料及工藝路線、能夠進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程的組織、工藝條件優(yōu)化、主要設(shè)備選型。稍加實(shí)際訓(xùn)練就能夠進(jìn)行崗位操作、開(kāi)停車操作及常見(jiàn)故障排除等生產(chǎn)操作。2、知識(shí)目標(biāo)⑴了解典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)中的重要地位與發(fā)展趨勢(shì)；⑵掌握典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品原料的多樣性及生產(chǎn)工藝路線選擇原則；⑶掌握的主要反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)及其操作控制要點(diǎn)；⑷掌握典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝條件的選擇；⑸掌握典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的組織；⑹掌握典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品制取過(guò)程中節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)；⑺了解典型無(wú)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程主要異?，F(xiàn)象及故障排除；⑻具有較強(qiáng)的安全意識(shí)與環(huán)保意識(shí)；3、方法能力目標(biāo)：⑴具有較強(qiáng)的信息檢索能力與加工能力；⑵具有較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)和自我提高能力；⑶具有較強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；⑷具有較強(qiáng)的發(fā)散性思維能力和創(chuàng)新意識(shí)；⑸具有撰寫(xiě)專業(yè)論文、制作匯報(bào)ppt的能力。4、社會(huì)能力目標(biāo)：⑴具有團(tuán)隊(duì)精神和與人合作能力；⑵具有與人交流溝通能力；⑶具有較強(qiáng)的口頭和文字表達(dá)能力。選擇？1、選擇傳統(tǒng)教學(xué)法？輕車熟路、學(xué)習(xí)壓力小、但可能學(xué)習(xí)效果不太理想。2、選擇項(xiàng)目化教學(xué)法？探索中新方法、難度大、任務(wù)重，但學(xué)到的知識(shí)、煅煉能力可能較多。一、合成氨工業(yè)概貌

二、項(xiàng)目化教學(xué)分組

三、項(xiàng)目化教學(xué)具體路徑介紹世界大多數(shù)合成氨廠以氣體燃料為主要原料。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“富煤、少油、缺氣”。我國(guó)的合成氨生產(chǎn)原料已經(jīng)形成了以煤為主、油氣并存的中國(guó)特色。我國(guó)合成氨廠原料組成大致為：氣∶油∶煤=14∶19∶67。中國(guó)特色的合成氨原料結(jié)構(gòu)仍然富有強(qiáng)大的生命力。合成氨生產(chǎn)過(guò)程的三個(gè)基本步驟⑴原料氣的制?。褐苽浜蠬2、N2、CO、CO2等成分的粗原料氣。根據(jù)原料氣制取所用主要原料不同，合成氨工藝可分煤頭合成氨、氣頭合成氨和油頭合成氨。⑵原料氣的凈化：指除去原料氣中H2、N2以外的雜質(zhì)，包括脫硫、CO變換、CO2的脫除、原料氣精制等步驟。其中每一步工藝都有多種選擇，原料氣凈化方法的多樣性使合成氨工藝顯得紛繁復(fù)雜和多姿多彩。⑶氨的合成與分離：精制后的氫氮?dú)饨?jīng)壓縮到必要的壓力和預(yù)熱到必要的溫度后，在催化劑作用下合成氨。從合成塔出來(lái)的混合氣體中氨約占14~18%，未反應(yīng)的氫氮?dú)饨?jīng)分離氨后循環(huán)使用。二、合成氨生產(chǎn)的典型流程

1、以煤原料的合成氨流程圖1-1中型合成氨的原則流程半水煤氣制備（造氣）工藝流程圖1-2以煤為原料生產(chǎn)碳酸氫銨的小型合成氨原則流程圖

2、以天然氣為原料的合成氨流程3、以重油為原料的合成氨原則流程

三、合成氨工藝的特點(diǎn)連續(xù)化的大規(guī)模生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)密集裝置投資費(fèi)用高安全生產(chǎn)要求高耗能大戶、節(jié)能潛力巨大典型的無(wú)機(jī)生產(chǎn)工藝合成氨工藝的特點(diǎn)說(shuō)明

工藝復(fù)雜、技術(shù)密集：氨合成反應(yīng)很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)卻具有工藝復(fù)雜、技術(shù)密集的特點(diǎn)。一是粗原料氣的凈化工藝復(fù)雜、要求高、科技含量高，二是高溫高壓的操作條件對(duì)設(shè)備制造和操作管理要求高，三是需要用到多種催化劑，其工藝條件相當(dāng)苛刻。連續(xù)化大生產(chǎn)：合成氨工業(yè)具有高度連續(xù)化大生產(chǎn)的特點(diǎn)，要求原料供應(yīng)充足、較高的自動(dòng)控制水平和科學(xué)管理水平，才能確保長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，獲得較高的生產(chǎn)效益。典型的無(wú)機(jī)生產(chǎn)工藝：合成氨生產(chǎn)中既有氣固相、氣液相非催化反應(yīng)，也有催化反應(yīng)，既有常壓反應(yīng)，更多的是高溫高壓反應(yīng)，同時(shí)工藝中涵蓋了流體輸送、傳熱、傳質(zhì)、分離、冷凍、壓縮等諸多化工單元操作，是非常典型的無(wú)機(jī)化工工藝。耗能大戶、節(jié)能潛力巨大：合成氨工業(yè)占整個(gè)化工工業(yè)總能耗的一半，是實(shí)至名歸的耗能大戶。每噸液氨的理論能耗為21.28GJ，目前實(shí)際噸氨能耗約在28-60GJ之間，能耗是評(píng)價(jià)合成氨工藝先進(jìn)性的最重要指標(biāo)。我國(guó)大型合成氨能耗水平已接近世界先進(jìn)水平，但500多家中小型合成氨廠的實(shí)際噸氨能耗約為理論能耗的2倍，具有巨大的節(jié)能潛力。合成氨壓力的多樣化在德國(guó)合成氨技術(shù)基礎(chǔ)上，世界各國(guó)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了低壓法（100atm）、中壓法（200~300atm）和高壓法（850~1000atm）；實(shí)際上大型合成氨廠都采用低壓法，中小型合成氨廠都采用中壓法；60年代后，大型離心壓縮機(jī)的發(fā)展使合成氨工藝規(guī)?？涨疤岣?，出現(xiàn)了日產(chǎn)1000t以上的大型裝置，使合成氨成本大幅下降，促進(jìn)了氨在化肥等眾多領(lǐng)域的廣泛使用。液體氣體固體下次課任務(wù)：如何選擇合成氨生產(chǎn)原料

如何確定合成氨工藝路線？如何選擇合成氨原料？？？固體燃料焦炭塊煤粉煤型煤?jiǎn)栴}與思考1、什么叫半水煤氣？有何特點(diǎn)？2、怎樣才能得到合格的半水煤氣？3、間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝如何進(jìn)行組織？4、焦炭、塊煤、型煤、粉煤有何共同點(diǎn)，為什么現(xiàn)在更多的企業(yè)采用型煤制氣？合成氨工藝的特點(diǎn)，從安全及生產(chǎn)穩(wěn)定、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面考慮，生產(chǎn)操作必須由具有一定專業(yè)技能的操作工進(jìn)行作業(yè)；

企業(yè)一般不允許實(shí)習(xí)學(xué)生動(dòng)手操作；學(xué)校也不可能建立真實(shí)的、龐大而昂貴的生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地。為這門(mén)課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)了一定的難度。

項(xiàng)目二半水煤氣的生產(chǎn)項(xiàng)目二主要內(nèi)容

123間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝流程

一、半水煤氣的生產(chǎn)原理

二、煤氣化的工業(yè)方法

一、什么叫半水煤氣？以焦炭或煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)生成含有CO、CO2、H2、N2及CH4等混合氣體。氣化過(guò)程中所使用的空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣等稱為氣化劑。氣化過(guò)程所得到的混合氣體，稱為煤氣。用于實(shí)現(xiàn)煤氣化過(guò)程的主要設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。煤氣的成分取決于燃料和氣化劑的種類及氣化工藝條件。各種煤氣的基本情況氣化劑煤氣特點(diǎn)主要用途空氣煤氣空氣熱值較低與其它氣體混合使用水煤氣水蒸汽CO+H2≥85%合成甲醇、工業(yè)制氫混合煤氣空氣-水蒸汽燃燒氣氣體燃料半水煤氣空氣-水蒸汽（CO+H2）/N2=3.1~3.2合成氨專用低氮半水煤氣富氧空氣-水蒸汽（CO+H2）/N2=3.5~4.5聯(lián)醇工藝中熱值煤氣富氧空氣-水蒸汽發(fā)熱值高城市煤氣⑴空氣煤氣：以空氣為氣化劑進(jìn)行不完全燃燒所生成的煤氣，其主要成分為N2、CO、CO2，及少量H2，其發(fā)熱值較低，主要與其它氣體混合使用。⑵水煤氣：以蒸汽為氣化劑制得的煤氣，其主要成分為CO和H2，二者含量之和高于85%，N2含量低，主要用于合成甲醇等化工合成氣，以及工業(yè)上大規(guī)模制取氫氣。⑶混合煤氣：以空氣和適量水蒸氣的混合物為氣化劑生成的煤氣，也稱發(fā)生爐煤氣，其發(fā)熱值比空氣煤氣高，工業(yè)上作為燃燒氣，主要用作氣體燃料。⑷半水煤氣：介于水煤氣和混合煤氣之間的煤氣，可以直接用這兩種煤氣按一定的比例混合而成，也可以用水蒸氣加適量空氣或富氧空氣作為氣化劑制得。其基本特征是（CO+H2）/N2=3.1~3.2，用于合成氨生產(chǎn)。⑸低氮半水煤氣：其生產(chǎn)原理與半水煤氣完全相同，不同的是其中氮?dú)夂枯^低，（CO+H2）/N2=3.5~4.5，用于聯(lián)醇工藝。⑹中熱值煤氣：以富氧空氣和水蒸氣作為氣化劑制得的煤氣，因其發(fā)熱值高，且CO含量相對(duì)較低，故用于城市煤氣。二、煤氣化的原理

⑴吹風(fēng)反應(yīng)以一定量的空氣或富氧空氣為氣化劑，碳和氧之間發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)，為制氣反應(yīng)提供能量，也稱吹風(fēng)反應(yīng)。其主要反應(yīng)如下：C+O2==CO2+393.777kJ/mol（主反應(yīng)）（2-1）C+CO2==2CO-172.28kJ/mol（2-2）2C+O2==2CO+221.189kJ/mol（2-3）⑵制氣反應(yīng)熾熱的碳將氫從水蒸氣中還原出來(lái)，在煤氣生產(chǎn)中稱之為蒸汽分解，主要還原反應(yīng)：C+H2O(g)==CO+H2-131.390kJ/mol（主反應(yīng)）C+2H2O(g)==CO2+H2-90.196kJ/mol2C+2H2==CH4+74.90kJ/mol該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，產(chǎn)物是水煤氣，是半水煤氣的有效成分。⑶其它副反應(yīng)在燃料氣化過(guò)程中，副反應(yīng)，產(chǎn)生少量或微量的H2S和有機(jī)硫化物、氰化物、氨等雜質(zhì)組分。三、煤氣化反應(yīng)速率煤氣化反應(yīng)屬于氣固相非催化反應(yīng)，包括碳與氧的反應(yīng)，碳與水蒸氣的反應(yīng)，碳與CO2的反應(yīng)。反應(yīng)速率不僅化學(xué)反應(yīng)活性關(guān)，而且也與氣體擴(kuò)散速度有關(guān)。究竟是擴(kuò)散控制、化學(xué)反應(yīng)控制？還是過(guò)渡控制？①吹風(fēng)反應(yīng)溫度變化范圍約為800~1200℃，屬于過(guò)渡控制和擴(kuò)散控制。②制氣反應(yīng)溫度一般控制在1200~800℃之內(nèi)，自始至終都屬于化學(xué)反應(yīng)控制狀態(tài)。③碳與CO2反應(yīng)生成CO的過(guò)程。在造氣工業(yè)條件下，該反應(yīng)始終都處于化學(xué)反應(yīng)控制狀態(tài)。四、半水煤氣生產(chǎn)的特點(diǎn)

半水煤氣的特征：（CO+H2）/N2=3.1~3.2；從氣化系統(tǒng)的熱平衡來(lái)看，吹風(fēng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，制氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如果外界不提供熱源，而是通過(guò)前者的反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需要的熱量，并維持系統(tǒng)的自熱平衡的話，理論上，1mol氧氣的吹風(fēng)反應(yīng)熱僅可供1.68mol碳和水蒸氣進(jìn)行制氣反應(yīng)，其（CO+H2）/N2=1.43＜3.1~3.2。反之，若欲獲得組成合格的半水煤氣，該系統(tǒng)就不能維持自熱平衡。如何化解供熱與制氣之間存在矛盾？化解供熱與制氣之間矛盾的方法⑴間歇制氣法⑵富氧空氣或純氧連續(xù)氣化法⑴間歇制氣法在間歇式固定床煤氣發(fā)生爐中，吹風(fēng)反應(yīng)和制氣反應(yīng)是交替進(jìn)行的。首先進(jìn)行吹風(fēng)反應(yīng)，將燃料層溫度（即爐溫）提到必要的溫度（如1100℃~1200℃），所得吹風(fēng)氣大部分放空。吹風(fēng)反應(yīng)停止后，送入蒸汽進(jìn)行制氣反應(yīng)，吸熱反應(yīng)，料層的溫度、反應(yīng)速度和水煤氣質(zhì)量（煤氣中CO+H2含量）都將下降。水煤氣+部分吹風(fēng)氣=半水煤氣。如此交替進(jìn)行吹風(fēng)和制氣反應(yīng)，故稱間歇制氣法。在我國(guó)目前中小型氮肥企業(yè)、聯(lián)醇企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。⑵富氧空氣或純氧連續(xù)氣化法空氣中氧氣氣含量過(guò)低是以空氣和水蒸汽為氣化劑時(shí)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制取合格半水煤氣的根本原因。如果采用富氧空氣或純氧來(lái)代替空氣作為氣化劑，以上問(wèn)題將迎刃而解，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制氣。富氧空氣中氧氣的濃度需要多少呢？？？若（CO+H2）/N2=3.1，則富氧空氣中氧氣理論含量為：1/(1+1.68)=36.6%。實(shí)際生產(chǎn)中連續(xù)氣化法所需富氧空氣中氧氣含量約50%，此即為富氧空氣-蒸汽連續(xù)氣化法。五、間歇式制半水煤氣的方法

間歇式制半水煤氣的方法⑴部分回收吹風(fēng)氣法⑶空氣煤氣和水煤氣混合法⑵加氮空氣法⑴部分回收吹風(fēng)氣法該法利用吹風(fēng)氣部分回收送入氣柜，大部分吹風(fēng)氣經(jīng)回收余熱后排空，而回收吹風(fēng)氣的量取決于對(duì)半水煤氣成分的要求。若（CO+H2）/N2=3.1，吹風(fēng)氣理論回收率約45.7%。實(shí)際吹風(fēng)氣回收率僅為10%~20%，聯(lián)醇工藝中吹風(fēng)氣回收的比例更低。⑵加氮空氣法該法是在制氣過(guò)程中配入適量空氣，提供半水煤氣所需要氮?dú)猓碉L(fēng)氣經(jīng)回收余熱后全部排放。加氮空氣的量為多少呢？理論上1mol水蒸氣加氮空氣量為0.81mol。實(shí)際上，加氮空氣的量要少于理論值。在制氣過(guò)程中加氮操作的另一個(gè)重要原因是利用加氮操作反應(yīng)為制氣反應(yīng)提供熱量、減小爐溫波動(dòng)以穩(wěn)定爐況。但必須注意的是：加氮過(guò)程應(yīng)稍晚于水蒸氣通入，而稍早于水蒸氣停止前停止加氮操作，以避免加氮空氣與煤氣接觸而發(fā)生爆炸，即加氮空氣閥門(mén)適當(dāng)?shù)剡t開(kāi)早關(guān)一些。⑶空氣煤氣和水煤氣混合法（該法應(yīng)用較少，在此不加介紹）六、間歇式造氣爐的工作循環(huán)間歇式造氣爐包括吹風(fēng)和制氣兩大步驟。實(shí)際上每個(gè)循環(huán)分成以下五個(gè)階段：吹風(fēng)、一次上吹制氣、下吹制氣、二次上吹制氣、空氣吹凈

為什么每個(gè)循環(huán)要分成五個(gè)階段？為了安全起見(jiàn)和爐況穩(wěn)定。先認(rèn)識(shí)一下造氣爐的基本結(jié)構(gòu)煤氣爐內(nèi)燃料分區(qū)示意圖

煤氣發(fā)生爐各階段氣體流向示意圖

表1-2煤氣發(fā)生爐各階段閥門(mén)開(kāi)閉情況階段閥門(mén)開(kāi)閉情況1234567吹風(fēng)√××√√××一次上吹×√×√×√×下吹××√××√√二次上吹×√×√×√×空氣吹凈√××√×√×注：√——閥門(mén)開(kāi)啟；×——閥門(mén)關(guān)閉。1三、間歇式造氣爐的工作循環(huán)

⑴吹風(fēng)階段：空氣煤氣爐底部灰渣層氣

氧化層(燃燒氣化反應(yīng))還原層（CO2還原反應(yīng)）爐頂。吹風(fēng)反應(yīng)提高炭層溫度的同時(shí)，其中的氧氣幾乎被消耗殆盡，CO2還原反應(yīng)吹風(fēng)氣中CO含量迅速增長(zhǎng)，所以，吹風(fēng)氣必須經(jīng)燃燒室或者集中到廢熱鍋爐中回收顯熱和CO的潛熱后才能放空。

2⑵一次上吹階段：將放空閥倒換為制氣閥向氣柜送氣。水蒸氣煤氣爐底部灰渣層氣化層（制氣反應(yīng)）爐頂。由于爐溫高、氣化反應(yīng)速度快、蒸汽分解率較高、所得水煤氣質(zhì)量好，生成的水煤氣經(jīng)除塵和回收顯熱后送入氣柜。一次上吹過(guò)程中，由于水蒸氣溫度較低，加上制氣反應(yīng)大量吸熱，使氣化區(qū)溫度顯著下降，而燃料層上部卻因灼熱的煤氣通過(guò)使溫度有所上升，導(dǎo)致?tīng)t層熱點(diǎn)（氣化層）上移，煤氣帶走的顯熱損失顯著增加，因此，在上吹制氣進(jìn)行一段時(shí)間后，應(yīng)改變氣體方向。3⑶下吹階段：上吹結(jié)束后，關(guān)閉下部蒸汽閥，打開(kāi)上部蒸汽閥和下吹煤氣閥，從爐頂自上而下送入蒸汽。飽和蒸汽先經(jīng)燃燒室預(yù)熱為過(guò)熱蒸汽、再經(jīng)燃料層預(yù)熱后到達(dá)氣化區(qū)進(jìn)行氣化反應(yīng)，同時(shí)使上層燃料層溫度降低，并使?fàn)t層熱點(diǎn)重新回到正常位置，而生成水煤氣通過(guò)灰層時(shí)使灰層溫度提高，有利于燃盡殘?zhí)?，煤氣?jīng)除塵降溫后送氣柜。下吹制氣階段爐溫高、蒸汽溫度高、煤氣質(zhì)量好，所以下吹時(shí)間要長(zhǎng)于一次上吹時(shí)間。4⑷二次上吹階段：下吹制氣后，如果立即進(jìn)行吹風(fēng)，空氣將與殘留在爐底的下行煤氣相遇，導(dǎo)致爆炸。所以，為了將爐底部的下吹煤氣吹凈并回收送入氣柜，以防止吹入空氣時(shí)發(fā)生爆炸，進(jìn)行二次上吹制氣是必要的，其目的是回收爐底煤氣和進(jìn)行安全準(zhǔn)備。5⑸空氣吹凈階段：二次上吹制氣后，煤氣發(fā)生爐上部空間、出氣管道及有關(guān)設(shè)備都充滿了煤氣，如立即進(jìn)行吹風(fēng)階段，不僅造成浪費(fèi)，且這部分煤氣排至煙囪和空氣接觸時(shí)也可能發(fā)生爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)之前，從爐底自下而上吹入空氣，所產(chǎn)生的空氣煤氣與原來(lái)殘留的水煤氣一并送入氣柜，這一階段叫做空氣吹凈階段?？諝獯祪舻闹饕康氖菫榱嘶厥諣t上部及管道中剩余的煤氣，在半水煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中屬于加氮操作，是調(diào)節(jié)氫氮比的關(guān)鍵步驟?？諝獯祪敉瓿珊?，立即轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán)的吹風(fēng)階段，如此周而復(fù)始。每個(gè)工作循環(huán)所生成的煤氣成分也呈周期性變化，這是間歇式制氣的特征。六、間歇式制半水煤氣工藝條件的優(yōu)化

⑴爐溫的優(yōu)化煤氣爐的爐溫是指燃料層中氣化層的溫度（吹風(fēng)階段為氧化層）。在吹風(fēng)和制氣過(guò)程中化氣層本身沿著軸向移動(dòng)，其爐溫高低也隨之變化，其中以吹風(fēng)末期爐溫最高，制氣階段末期的爐溫最低。爐溫高，則煤氣質(zhì)量好、產(chǎn)量高、蒸汽分解率高。實(shí)際爐溫~決定于燃料熔點(diǎn)⑵吹風(fēng)量與吹風(fēng)強(qiáng)度的優(yōu)化吹風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)短、吹風(fēng)數(shù)量多少和吹風(fēng)強(qiáng)度大小是決定爐溫高低、制氣強(qiáng)度的主要因素。過(guò)量吹風(fēng)或吹風(fēng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等并不一定能提高氣化層溫度，甚至反而可能有所下降，即過(guò)量吹風(fēng)不利于制氣反應(yīng)。在吹風(fēng)量一定的情況下，采取強(qiáng)風(fēng)短吹是縮短吹風(fēng)時(shí)間、提高制氣強(qiáng)度、減少熱能損失的有效方法循環(huán)中溫度波動(dòng)示意圖⑶蒸汽自調(diào)優(yōu)化和調(diào)節(jié)爐況

制氣過(guò)程中爐溫的逐漸下降，制氣反應(yīng)的速度和蒸汽分解率都呈逐級(jí)下降的趨勢(shì)，如果蒸汽吹入的速度保持均勻一致的話，將導(dǎo)致蒸汽分解率下降顯著，爐況波動(dòng)幅度增大。采取蒸汽自動(dòng)調(diào)節(jié)措施，使蒸汽用量隨著制氣過(guò)程逐漸遞減。在實(shí)際生產(chǎn)中提倡采用蒸汽調(diào)節(jié)手段而不是吹風(fēng)調(diào)節(jié)手段來(lái)調(diào)節(jié)爐況，以利于爐子的穩(wěn)定生產(chǎn)。合適的蒸汽流量自調(diào)曲線示意圖⑷燃料層高度的優(yōu)化燃料層高度取決于加炭頻率與數(shù)量、出灰的頻率與數(shù)量。在風(fēng)機(jī)能力大、原料煤質(zhì)量好、粒度大而均勻及炭層阻力小時(shí)，宜采用高炭層的操作條件。反之，宜采用中、低炭層的操作條件。如果加炭與出灰不足，爐子會(huì)出現(xiàn)燒枯現(xiàn)象，即爐頂溫度升高，爐子結(jié)疤；反之，過(guò)多的加炭和出灰，會(huì)導(dǎo)致渣中含碳量增加。為了穩(wěn)定造氣工況，應(yīng)根據(jù)原料煤種類和工藝流程特點(diǎn)，建立定時(shí)加炭和出灰制度，炭層高度主要通過(guò)爐條機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整。例如，碳化煤球，其灰分含量高，應(yīng)勤加炭多出灰，才能獲得較高的生產(chǎn)強(qiáng)度。⑸循環(huán)時(shí)間的分配優(yōu)化每一個(gè)吹風(fēng)與制氣工作循環(huán)所需時(shí)間，稱為循環(huán)時(shí)間。一般而言，循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，則氣化層溫度、煤氣質(zhì)量波動(dòng)大；反之，循環(huán)時(shí)間短，氣化溫度波動(dòng)小和煤氣質(zhì)量比較穩(wěn)定，但循環(huán)時(shí)間短，閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)于頻繁，易于損壞。根據(jù)自控水平、維持爐內(nèi)工況穩(wěn)定和燃料性能優(yōu)劣等方面來(lái)優(yōu)化循環(huán)時(shí)間，一般循環(huán)時(shí)間為2.5~3.0min。循環(huán)時(shí)間一經(jīng)確定，由微機(jī)自動(dòng)控制，一般不應(yīng)作隨意調(diào)整。循環(huán)時(shí)間確定后，循環(huán)的各階段時(shí)間是相互制約、此長(zhǎng)彼短，其分配主要取決于燃料的性質(zhì)

不同燃料氣化的循環(huán)時(shí)間分配表燃料品種工作循環(huán)中各階段時(shí)間分配/%吹風(fēng)上吹下吹二次上吹空氣吹凈無(wú)煙煤，粒度25~75mm24.5~25.525~2636.5~37.57~93~4無(wú)煙煤，粒度15~50mm22.5~23.524~2640.5~42.57~93~4無(wú)煙煤，粒度15~25mm25.5~26.526~2735.5~36.57~93~4石灰碳化型煤27.5~29.525~2636.5~37.57~93~4⑹煤氣成分的調(diào)節(jié)煤氣成分通常采用調(diào)節(jié)空氣吹凈時(shí)間的方法來(lái)控制，改變制氣過(guò)程中加氮空氣量也是方法之一。還應(yīng)盡量降低煤氣中CH4、CO2和O2含量，特別是O2含量要小于0.5%，否則，不僅有爆炸危險(xiǎn)，而且將給變換催化劑帶來(lái)嚴(yán)重危害。七、間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝流程的組織1、小型合成氨廠節(jié)能型工藝流程間歇式生產(chǎn)半水煤氣的工藝流程包括煤氣發(fā)生爐、余熱回收裝置、煤氣除塵降溫裝置及煤氣貯罐等設(shè)備。目前我國(guó)小型合成氨廠普遍采用如下節(jié)能型工藝流程圖1—煤氣發(fā)生爐；2—旋風(fēng)除塵器；3—安全水封；4—廢熱鍋爐；5—洗滌塔；6—煙窗；7—集塵器；8—汽包；9—蒸汽緩沖槽；10—尾氣貯槽；11—分離器；12—燃燒室；13—蒸汽過(guò)熱器；14—煙氣鍋爐；15—空氣預(yù)熱器；16—軟水加熱器；17—引風(fēng)機(jī)；18—二次風(fēng)機(jī)此流程的特點(diǎn)：在于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的余熱進(jìn)行了全面、合理的回收。一是回收煤氣的顯熱，用于副產(chǎn)低壓蒸汽；二是對(duì)吹風(fēng)氣顯熱和潛熱進(jìn)行回收，主要采用“合成二氣（放空氣和弛放氣經(jīng)分離氨和回收氫氣以后，其主要成分是甲烷）連續(xù)輸入，吹風(fēng)氣集中燃燒，燃燒室體外取熱”的工藝路線。如生產(chǎn)正常、管理良好、造氣工段基本可達(dá)到蒸汽自給。2、中型合成氨廠采用的UGI流程1—煤氣發(fā)生爐；2—燃燒室；3—洗氣箱；4—廢鍋；5—洗氣塔；6—燃料貯倉(cāng)；7—煙囪五、煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)與操作控制要點(diǎn)1、煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)間歇式造氣爐屬于移動(dòng)床或固定床氣固反應(yīng)設(shè)備，分為爐頂、爐體和爐底三部分，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-12所示。煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)示意圖灰盤(pán)爐箅煤氣發(fā)生爐的主要附件煤氣發(fā)生爐的控制1煤氣化過(guò)程的一個(gè)工作循環(huán)-吹風(fēng)、一次上吹、下吹、二次上吹、空氣吹凈等5個(gè)階段全部由電腦編程并按步驟進(jìn)行。2加料和排渣為間歇操作3安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)氣體的儲(chǔ)存容器-氣柜氣柜的工作原理1、固定層加壓魯奇爐富氧連續(xù)制氣圖1-14魯奇爐結(jié)構(gòu)示意圖

1—煤箱；2—分布器；3—水夾套；

4—灰箱；5—洗滌器采用純氧和水蒸氣為化氣劑，其原料可采用煙煤、褐煤、貧煤、瘦煤、無(wú)煙煤和焦炭等多種煤種，其粒度范圍為5~50mm的碎煤、塊煤或型煤，采用固態(tài)排渣，操作壓力為2~10Mpa、操作溫度一般為900~1200℃。制氣過(guò)程中，煤在爐內(nèi)緩慢下移，形成一個(gè)相對(duì)的“固定”床層，故稱固定床加壓氣化。魯奇爐的制氣能力與富氧空氣中氧的濃度有關(guān)，氧濃度越大，其制氣能力越大。魯奇爐現(xiàn)已發(fā)展到Mark-V型，爐直徑達(dá)5m，單日投煤量達(dá)2160t，單爐最大產(chǎn)粗煤氣量達(dá)117000m3（標(biāo)）/h，對(duì)于日產(chǎn)1000t總氨的生產(chǎn)裝置，只需要四臺(tái)φ3800mm的氣化爐，其中三臺(tái)生產(chǎn)，一臺(tái)備用。2、水煤漿氣流床德士古富氧連續(xù)氣化法水煤漿德士古富氧（純氧）連續(xù)氣化法是將粉煤、水、分散劑和減粘劑等配制成可用泵輸送的高濃度水煤漿（煤濃度達(dá)70%），加壓后噴入氣化爐內(nèi)，與富氧（純氧）進(jìn)行燃燒和部分氧化反應(yīng)，在1300~1400℃下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生產(chǎn)原料氣，液態(tài)排渣的加壓純氧流床氣化。關(guān)鍵技術(shù)是高濃度水煤漿技術(shù)、水煤漿噴嘴技術(shù)、熔渣在高壓下排出技術(shù)。3、加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)

主要由殼牌公司開(kāi)發(fā)成功并推廣應(yīng)用，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的第三代煤化工藝之一。其技術(shù)特點(diǎn)如下：⑴采用干粉進(jìn)料及氣流床氣化，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)。⑵能量利用率高。采用高溫加壓氣化，熱效率很高?？墒固嫁D(zhuǎn)化率達(dá)99%。⑶合成氣中有效成分CO+H2可高達(dá)90%，且煤氣中甲烷含量低，不含焦油、荼、酚等有機(jī)雜質(zhì)。⑷單爐生產(chǎn)能力大。氣化爐燒嘴壽命長(zhǎng)達(dá)8000h以上，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，最大爐型達(dá)到了3000t/d的投煤量。年產(chǎn)30萬(wàn)t總氨的合成氨廠或甲醇廠只需一臺(tái)氣化爐即可。⑸環(huán)境效益好。Shell爐的不足之處有：國(guó)產(chǎn)化率低，進(jìn)口設(shè)備多等。3、原料氣制取過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)⑴高爐溫⑵采取強(qiáng)風(fēng)短吹⑶自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽流量⑷高炭層⑸吹風(fēng)氣集中回收技術(shù)⑹采用過(guò)熱蒸汽問(wèn)題與思考1、2、3、項(xiàng)目三

半水煤氣的脫硫半水煤氣中的硫化物，是合成氨工藝中各種催化劑的致命毒物，脫硫成為合成氨原料氣體凈化中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。硫化物可分為兩大類：一類是無(wú)機(jī)硫H2S；另一類是有機(jī)硫：二硫化碳（CS2），硫氧化碳（COS），硫醇（C2H5SH）和噻吩（C4H4S）等。其中H2S含量最多，約占硫化物總量的90%。采用高硫煤時(shí)，H2S含量可達(dá)20~30g/m3，通常情況下H2S含量在1~10g/m3左右。項(xiàng)目二主要內(nèi)容

123三、脫硫工藝流程概述一、典型的濕法脫硫二、典型的干法脫硫脫硫方法濕法脫硫干法脫硫一、濕法脫硫含大量無(wú)機(jī)硫的原料氣，必須采用濕法脫硫。濕法脫硫的突出優(yōu)點(diǎn)：脫硫劑便于管道輸送，容易再生，回收硫磺，構(gòu)成一個(gè)脫硫循環(huán)系統(tǒng)，連續(xù)化操作和大規(guī)模生產(chǎn)。濕法脫硫廣泛應(yīng)用于合成氨原料氣的粗脫硫。1、濕法氧化脫硫基本步驟與基本原理步驟設(shè)備反應(yīng)作用1脫硫塔H2SHS-弱堿性吸收劑，選擇性吸收H2S，快速2反應(yīng)槽HS-SCat(O)Cat(R)慢速、控制步驟3再生槽Cat(R)O2

Cat(O)空氣、快速4單質(zhì)硫的浮選和凈化凝固H2S(l)+OH-HS—+H2O催化劑（O）+HS—S+催化劑（R）催化劑（R）+O2H2O+催化劑（O）總反應(yīng)式如下：H2S(l)+O2（空氣）S↓+H2O2、選擇催化劑是濕法氧化法的關(guān)鍵三者的標(biāo)準(zhǔn)電極電位大小關(guān)系為：E0硫化氫＜E0催化劑＜E0空氣，即：0.141V＜E0催化劑＜1.23V。較高的脫硫效率和防止過(guò)度氧化，單質(zhì)硫變成Na2S2O3和Na2SO4

事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0.2V~0.75V

幾種常見(jiàn)濕式氧化脫硫劑的標(biāo)準(zhǔn)電極電位值（V）

方法氨水催化改良ADA萘醌888/PDS改良砷堿法絡(luò)合鐵催化劑對(duì)苯二酚蒽醌二磺酸鈉鹽1.4-萘醌1.4-萘醌-2-磺酸鈉鹽三核酞菁鈷磺酸鈉鹽As3+/As5+Fe2+/Fe3+E0（V）0.6990.2280.470.5530.470.6670.77注：栲膠因其來(lái)源不同和成分復(fù)雜，沒(méi)有固定的Eo（V）。3、改良A·D·A法脫硫技術(shù)

A·D·A法是蒽醌二磺酸鈉法的英文縮寫(xiě)，是2.6-蒽醌二磺酸鈉和2.7-蒽醌二磺酸鈉兩種異構(gòu)體的混合物，二者的結(jié)構(gòu)式分別如下。

(a)2.6-蒽醌二磺酸鈉

(b)2.7-蒽醌二磺酸鈉A·D·A法，1961年，英國(guó)，A·D·A法溶液，少量的2.6-蒽醌二磺酸鈉和2.7-蒽醌二磺酸鈉及碳酸氫鈉的水溶液，析硫速率慢，設(shè)置容量很大的反應(yīng)槽，脫硫液的硫容量也很低，其應(yīng)用受到很大限制。后來(lái)加入了少量偏釩酸鈉和酒石酸鉀鈉等物質(zhì)；偏釩酸鈉使吸收和再生反應(yīng)速度大大加快；酒石酸鉀鈉能防止形成釩-氧-硫復(fù)合物沉淀的生成，使該法脫硫日趨完善，稱之為改良A·D·A法。改良A·D·A法脫硫的原理1、H2S的吸收脫硫塔中（快速反應(yīng)）Na2CO3+H2S(l)NaHS+NaHCO32、H2S的催化氧化富液槽中（反應(yīng)較慢）2NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2S↓Na2V4O9+2ADA(O)+2NaOH+H2O4NaVO3+2ADA(R)3、ADA催化劑的再生氧化槽中（快速反應(yīng)）(ADA)(R)+O2ADA(O)

4、脫硫過(guò)程的總反應(yīng)H2S(l)+O2（空氣）S↓+H2O5、副反應(yīng)產(chǎn)物：Na2S2O3

、NaCN

、NaCNS

改良A·D·A法脫硫工藝條件優(yōu)化

⑴溶液的pH值：8.5~9.2⑵偏釩酸鈉含量：NaVO3含量取決于富液中的HS-濃度，NaVO3的理論濃度應(yīng)與富液中的HS-濃度相當(dāng)，但實(shí)際上NaVO3的濃度要大于化學(xué)計(jì)量濃度，過(guò)量系數(shù)為1.3~1.4。

典型的ADA溶液組成（g/L）⑶吸收溫度和再生溫度：25~35℃

組成Na2CO3ADANaVO3KNaC4H4O5加壓，高硫化氫11052改良A·D·A法脫硫工藝流程其它濕法脫硫栲膠法脫硫是中國(guó)廣西化工研究所等單位于1977年研究成功的。該法無(wú)論是氣體凈化度、溶液硫容量、硫回收等主要指標(biāo)都可與改良A·D·A法媲美，其突出優(yōu)點(diǎn)是栲膠價(jià)格低、運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)硫磺堵塞脫硫塔等問(wèn)題。PDS法脫硫（888脫硫催化劑）PDS，是雙核酞菁鈷磺酸鹽的英文縮寫(xiě)。1959年美國(guó)最先研究，但未能工業(yè)化。直到20世紀(jì)80年代，我國(guó)東北師范大學(xué)攻克中毒難關(guān)、研制成功888脫硫催化劑，該法在中國(guó)已推廣應(yīng)用上百家企業(yè)。

雖然PDS價(jià)格昂貴，但使用量很少，其噸氨消耗量為1.3~1.5g，運(yùn)行效益顯著。還具有工作硫容高、脫硫效率高、再生效率高、抑制和消除硫泡沫堵塔，不僅能有效脫除原料氣中的無(wú)機(jī)硫，而且對(duì)有機(jī)硫脫除率達(dá)80%等特點(diǎn)。4、其它濕法脫硫方法概述三、干法脫硫1、干法脫硫催化劑濕法脫硫，大部分無(wú)機(jī)硫，對(duì)有機(jī)硫幾乎是無(wú)能為力。干法脫硫的特點(diǎn)是脫除有機(jī)硫效率高，但設(shè)備龐大、脫硫劑不能再生、需要多個(gè)脫硫塔輪流切換操作、檢修時(shí)勞動(dòng)條件差等特點(diǎn)。干法脫硫一般只能作為精脫硫使用。干法脫硫劑按其性質(zhì)可分為三種類型。加氫轉(zhuǎn)化催化劑——鈷鉬型、鎳鉬型、鐵鉬型等。吸收型或轉(zhuǎn)化吸收型——氧化鐵法、氧化鋅法和氧化錳法等。吸收型——活性炭、分子篩等。2、有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化脫硫法

又叫鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化法。在鐵鉬催化劑的作用下，有機(jī)硫絕大部分能加氫轉(zhuǎn)化為容易脫除的硫化氫，然后用氧化錳或氧化鋅除去。⑴基本原理鐵鉬催化劑，有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化為H2S的反應(yīng)：RSH+H2RH+H2SRSR+2H2RH+H2S+RHC4H4S+4H2C4H10+H2SCS2+4H2CH4+2H2S上述反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大，有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)高，但不同硫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率相差很大，其中噻吩的反應(yīng)速率最慢，故有機(jī)硫加氫反應(yīng)速率取決于噻吩的反應(yīng)速率。有機(jī)硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生產(chǎn)要控制催化劑床層的溫升。

⑵鐵鉬催化劑的組成與硫化鐵鉬催化劑的化學(xué)組成為：FeO，2.0%~3.0%；MoO3，7.5%~10.5%；以Al2O3為載體，催化劑制成φ7mm×(5~6)mm的片狀，外觀呈黑色。鐵鉬催化劑必須經(jīng)硫化活化后才具有催化活性，高硫半水煤氣為硫化氣體，加熱，硫化反應(yīng)：MoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O9FeO+8H2S+H2Fe9S8+9H2O⑶鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化的工藝條件操作溫度為350~450℃，操作壓力為0.7MPa~7.0MPa，空速為500~1500h-1。⑷催化劑的超溫與結(jié)炭超溫一般是原料氣中氧含量超標(biāo)，蒸汽或低溫半水煤氣，冷激壓溫，前面工序降低原料氣氧的含量。結(jié)炭的原因主要是發(fā)生了有害副反應(yīng)，如CS2+2H22H2S+CC2H2CH4+C2COCO2+C結(jié)炭現(xiàn)象會(huì)造成催化劑活性下降。3、氧化鋅脫硫法氧化鋅脫硫劑，主要成分活性氧化鋅、內(nèi)表面積較大、硫容較高的一種無(wú)機(jī)固體脫硫劑，不僅能快速脫除硫化氫，也能快速脫除除噻吩之外的有機(jī)硫。凈化后的氣體中總硫含量一般小于3ppm（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），最低可達(dá)0.1ppm以下。氧化鋅脫硫法是原料氣精細(xì)脫硫的首選方法。⑴基本原理①ZnO脫硫劑可直接脫除H2S和硫醇：ZnO+H2S=ZnS+H2S+76.62KJ/mol

ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H6+H2O+137.83KJ/mol②硫氧化碳和二硫化碳等，先轉(zhuǎn)化為H2S，然后再被ZnO吸收；CS2+4H2=CH4+2H2SCOS+H2=CO+H2SZnO脫硫劑對(duì)噻吩的轉(zhuǎn)化能力很弱，又不能直接吸收，因此，單獨(dú)使用ZnO脫硫劑是不能把有機(jī)硫完全脫除的。

⑵ZnO脫硫劑ZnO脫硫劑：ZnO約占95%，少量氧化錳、氧化銅或氧化鎂為助劑。采用ZnO法進(jìn)行精脫硫的最大障礙是ZnO脫硫溫度要求高。ZnO，H2S，常溫，有機(jī)硫，200～400℃。ZnO脫硫劑一個(gè)顯著特點(diǎn)是裝填后無(wú)需還原，氮?dú)庵脫Q、升溫后便可直接使用。常溫ZnO脫硫劑為一次性使用，吸收硫飽和后不能再生，但可用于金屬鋅的回收。⑶工藝條件①操作溫度：一般為350~400℃。②操作壓力：一般為1.8~2.8MPa。③硫容量。硫容量是指單位質(zhì)量新的ZnO脫硫劑吸收硫的量。如15%的硫容量是指100kg新脫硫劑吸收15kg硫。⑷工藝流程——雙床串聯(lián)倒換法

1—換熱器；2—加熱爐；3—氧化鋅脫硫槽；4—冷卻器四、脫硫方法的選擇與操作要點(diǎn)濕法脫硫和干法脫硫中各有優(yōu)缺點(diǎn)，在合成氨脫硫工藝中，半水煤氣中硫化物含量高，且成分復(fù)雜，對(duì)氣體凈化度的要求高，使不管哪種脫硫方法都不可能單獨(dú)解決好脫硫問(wèn)題。濕法串聯(lián)干法脫硫方法，并結(jié)合有機(jī)硫轉(zhuǎn)化裝置，即采用“三次脫硫、兩次轉(zhuǎn)化”的工藝流程，才能使脫硫在工藝上和經(jīng)濟(jì)上都更合理。有機(jī)硫水解？“三次脫硫、兩次轉(zhuǎn)化”的典型流程問(wèn)題與思考CO變換反應(yīng)的重要意義變換反應(yīng)催化劑、工藝流程與變換塔結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四

CO變換

主講顏鑫教授項(xiàng)目四主要內(nèi)容

1變換反應(yīng)的原理2變換反應(yīng)催化劑3變換反應(yīng)過(guò)程工藝流程4變換過(guò)程操作要點(diǎn)5故障判斷及處理方法一、CO變換的原理1、CO變換的重要意義合成氨原料氣中均含有11%~48%不等的CO，CO作為氨催化劑的毒物必須加以徹底清除；[提問(wèn)]

：大量CO能否采用酸性或堿性溶劑加以脫除？為什么？因?yàn)镃O本身既不是酸性，也非堿性，很難直接加以脫除。絕大部分CO是通過(guò)變換反應(yīng)脫除的，CO變換轉(zhuǎn)化為易于脫除的CO2、合成氨原料氣氫氣。CO變換另有兩個(gè)重要作用：一是調(diào)整氫氮比例，二是將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫。

2、變換反應(yīng)的化學(xué)平衡變換反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO+H2O(g)CO2+H2+41.17kJ/mol[提問(wèn)]：該反應(yīng)有何特點(diǎn)？可逆、放熱、等體積的氣固相催化反應(yīng)。[提問(wèn)]：在其它條件一定情況下，提高溫度時(shí)，變換反應(yīng)的化學(xué)平衡是如何移動(dòng)的？為什么？2⑵、汽氣比/水蒸汽比例3、三個(gè)重要的新概念⑴、變換率1⑶、最佳反應(yīng)溫度Tm3對(duì)干氣體積來(lái)說(shuō)，變換反應(yīng)是一個(gè)體積增加的反應(yīng)，變換率χ的計(jì)算公式如下：式中χ——CO變換率，%；VCO——原料氣（干氣）中CO含量，%；V′CO——變換氣（干氣）中CO含量，%。變換率1是指水蒸汽與CO的摩爾比或體積比（），實(shí)際生產(chǎn)中，≈3~5。改變汽氣比是工業(yè)變換反應(yīng)中最重要的調(diào)節(jié)手段。水蒸汽用量是變換過(guò)程最主要的消耗指標(biāo)。因此，工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)在滿足最終變換率、或變換氣中殘余CO含量要求的前提下，盡可能降低汽氣比。[提問(wèn)]：最終變換率是不是越高越好？為什么？或：變換氣中殘余CO含量是不是越低越好？為什么？2水蒸汽比[提問(wèn)]：可逆放熱反應(yīng)必定存在一個(gè)最適宜溫度Tm，為什么？其Tm與對(duì)應(yīng)的平衡溫度Te之間存在如下關(guān)系：隨著變換反應(yīng)的進(jìn)行，Tm不斷降低，這和絕熱催化反應(yīng)的溫度升高矛盾。為了解決這一矛盾，工業(yè)生產(chǎn)中通常采用多段變換反應(yīng)結(jié)合多段冷卻的方法進(jìn)行變換反應(yīng)。多段冷卻的方式又可分為中間換熱式、噴水冷激式和蒸汽過(guò)熱式等三種形式。最佳反應(yīng)溫度Tm3二、變換反應(yīng)催化劑1、鐵鎂系催化劑主要成分是Fe2O3、MgO、Cr2O3，習(xí)慣上叫鐵鎂催化劑。在投入變換爐后必須還原為Fe3O4才具有催化活性。其變換反應(yīng)溫度在400~500℃之間，因其有較好的耐熱性也稱為高溫變換催化劑，或中溫變換催化劑。該催化劑最大的特點(diǎn)就是能將煤氣中的硫氧化碳、二氧化硫等轉(zhuǎn)化為硫化氫：COS+H2H2S+COCOS+H2OH2S+CO22、鐵鉻系催化劑

以Fe2O3、Cr2O3為主體，少量MgO，與鐵鎂系催化劑相比，其CO變換轉(zhuǎn)化率較高，蒸汽消耗也較低，其操作溫度為315~485℃，但對(duì)原料氣中硫化物含量要求較嚴(yán)格。鐵鉻系催化劑國(guó)產(chǎn)型號(hào)主要有：B106、B109、B110-2、B112、B113、B117等，也稱中溫變換催化劑。3、鈷鉬耐硫催化劑

主要成分為CoO、MoO、K2O和Al2O3，以球形Al2O3為載體。不僅能耐高硫原料氣，而且對(duì)有機(jī)硫有70%的轉(zhuǎn)化率，特別適用于聯(lián)醇工藝，很寬的活性溫度范圍：160~500℃。不足之處：使用前必須經(jīng)過(guò)的硫化處理。

CoO+H2SCoS+H2O+13.4kJ/molMoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O+48.1kJ/molCS2+H22H2S+CH4+240.6kJ/mol硫化反應(yīng)的逆反應(yīng)——反硫化反應(yīng)，該催化劑失活的重要原因。一般要求變換的原料氣中H2S最低含量為50~80mg/m3。

三、變換工藝流程與主要設(shè)備

CO變換工藝流程有多種類型，如多段中變流程、中變串低變流程、全低變流程等。如何選用主要取決于原料氣中CO含量高低、變換氣中殘余CO的脫除工藝等。如原料氣中CO含量高，或者是聯(lián)醇工藝中允許變換氣中有較高的CO含量，則應(yīng)采用多段中變工藝，因?yàn)橹凶兇呋瘎┎僮鳒囟确秶鷮挕r(jià)廉易得、使用壽命長(zhǎng)；反之，原料氣中CO含量不高，可采用中變-串低變流程，如天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制氨流程，這樣可簡(jiǎn)化流程、降低能耗。1、多段中變流程

1—飽和熱水塔；2—?dú)馑蛛x器；3—主熱交換器；4—中間換熱器；5—電爐；6—變換爐；7—水加熱器；8—第二熱水加熱器；9—變換氣冷卻塔；10—熱水泵；11—熱水循環(huán)泵；12—冷凝水泵2、變換工藝條件中溫變換工藝條件⑴操作溫度①反應(yīng)開(kāi)始溫度為320~380℃；②催化床層熱點(diǎn)溫度為530~550℃。③變換反應(yīng)過(guò)程中存在最適宜操作溫度。放熱反應(yīng)，與最適宜溫度卻隨變換率的升高而相矛盾。變換爐第一段的溫度最高，第三段變換溫度最低。多段變換T與χCO的關(guān)系

⑵操作壓力雖然是等體積反應(yīng)，減小變換反應(yīng)器體積和節(jié)約壓縮功。因此，一般變換壓力為1.2~1.8MPa。⑶汽氣比在變換反應(yīng)中，汽氣比的大小決定了CO變換率的大小，在聯(lián)醇工藝中還決定了醇氨比的大小、甲醇和合成氨的產(chǎn)量、能耗高低。水蒸汽比例一般為2~5。⑷空間速度空間速度簡(jiǎn)稱空速，其大小既決定催化劑的生產(chǎn)能力（或生產(chǎn)強(qiáng)度），也關(guān)系到CO變換率的高低。一般空速在2000~3000h-1之間。四、變換過(guò)程操作要點(diǎn)

1崗位正常操作⑴原始開(kāi)車。①對(duì)照?qǐng)D紙，全面核對(duì)。所有設(shè)備是否安裝就緒；所有管線、閥門(mén)是否連接配齊；所有儀表管線、測(cè)溫點(diǎn)、壓力表是否配置齊全；所有電氣開(kāi)關(guān)及照明安裝是否正確、開(kāi)關(guān)是否靈活。②空氣吹凈。③空氣試壓。④催化劑裝填。⑤系統(tǒng)置換。⑥煤氣風(fēng)機(jī)及煤氣進(jìn)口管道置換。⑵正常開(kāi)車①全面檢查系統(tǒng)所有設(shè)備、管線、閥門(mén)，儀表、電器設(shè)備應(yīng)符合開(kāi)、停車要求。②聯(lián)系調(diào)度送中壓蒸汽暖管，排放冷凝水，待爐溫達(dá)200℃可導(dǎo)氣。③無(wú)論何種情況床層溫度都不能低于露點(diǎn)溫度（1.35MPa—140℃），否則煤氣中蒸汽冷凝，導(dǎo)致催化劑中鉀的流失而影響其催化活性。④根據(jù)系統(tǒng)氣量大小、壓力高低，調(diào)整蒸汽加入量，控制好汽氣比。⑤開(kāi)車初期爐溫較低，如使用冷煤氣副線進(jìn)行調(diào)溫易使變換爐入口溫度低而帶水，應(yīng)以蒸汽量調(diào)節(jié)。⑥調(diào)節(jié)汽氣比，使?fàn)t溫在正常范圍內(nèi)，并使出系統(tǒng)變換氣中CO含量達(dá)標(biāo)后，聯(lián)系調(diào)度，緩慢打開(kāi)系統(tǒng)出口閥，關(guān)閉放空閥，向后工序送氣。2、正常生產(chǎn)時(shí)操作要點(diǎn)

①根據(jù)氣量大小及半水煤氣成分分析情況，調(diào)節(jié)汽氣比，保證變換氣中CO含量在控制指標(biāo)內(nèi)。②催化劑床層溫度的變化應(yīng)根據(jù)“靈敏點(diǎn)”溫度的升降來(lái)判斷。③根據(jù)催化劑使用情況，調(diào)整適當(dāng)汽氣比和床層溫度。④要充分發(fā)揮催化劑的低溫活性，在實(shí)際操作中關(guān)鍵是穩(wěn)定爐溫，控制好汽氣比。⑤在生產(chǎn)突遇減量，要及時(shí)減少或切斷蒸汽供給。⑥臨時(shí)停車，先關(guān)蒸汽閥，計(jì)劃停車可在停車前適當(dāng)減少蒸汽，系統(tǒng)要保持正壓。3、停車

⑴短期停車①接到調(diào)度停車通知后，準(zhǔn)備停車，適當(dāng)提高床層溫度。②壓縮發(fā)出信號(hào)后，關(guān)蒸汽閥，系統(tǒng)用煤氣吹除30~40min后，關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口閥、導(dǎo)淋閥、取樣閥，保溫保壓。③短期停車后，應(yīng)隨時(shí)觀察，注意系統(tǒng)壓力、床層溫度，一定保證床層溫度高于露點(diǎn)溫度30℃以上。當(dāng)床層溫度降至120℃之前，系統(tǒng)壓力必須降至常壓，然后以煤氣、變換氣或惰性氣體保壓，嚴(yán)禁系統(tǒng)形成負(fù)壓。⑵長(zhǎng)期停車①全系統(tǒng)停車前，卸壓并以干煤氣或氮?dú)鈱⒋呋瘎┐矊訙囟冉抵列∮?0℃，關(guān)閉變換爐進(jìn)出口閥門(mén)及所有測(cè)壓、分析取樣點(diǎn)，并加盲板，以煤氣、變換氣或惰性氣體保持爐內(nèi)微正壓（表壓≥300Pa），嚴(yán)禁形成負(fù)壓。②必須檢查催化劑床層時(shí)，催化劑需鈍化、降溫后，方能進(jìn)入檢查。⑶緊急停車①因變換崗位斷水、斷電、著火、爆炸、爐溫暴漲、設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷等情況，不能維持正常生產(chǎn)，應(yīng)立即發(fā)出緊急停車信號(hào)。②若接到外崗位緊急停車信號(hào)，得到壓縮機(jī)發(fā)出切氣信號(hào)后可做停車處理。③及時(shí)切斷蒸汽，以防止短期內(nèi)汽氣比劇增，引起反硫化導(dǎo)致催化劑失活。迅速關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口閥，以及相關(guān)閥門(mén)，然后聯(lián)系調(diào)度，根據(jù)停車時(shí)間長(zhǎng)短再做進(jìn)一步處理。五、變換過(guò)程故障判斷及處理方法問(wèn)題原因處理方法變換爐系統(tǒng)著火易燃物靠近高溫著火用滅火器或消防水滅火，清除易燃物漏氣著火用氮?dú)鉁缁?，漏氣較大時(shí)聯(lián)系停車處理催化劑失活反硫化嚴(yán)格升溫硫化操作，維持適當(dāng)?shù)腍2S含量煤氣中粉塵及油污堵塞催化劑加強(qiáng)氣體凈化操作煤氣中氧含量長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)聯(lián)系調(diào)試員及自控崗位調(diào)整氧含量＜0.3%變換系統(tǒng)壓差大設(shè)備堵塞停車處理催化劑表面結(jié)塊或粉化蒸汽帶水或系統(tǒng)內(nèi)積水排凈系統(tǒng)積水爐內(nèi)溫度劇列變化煤氣中氧含量超標(biāo)聯(lián)系調(diào)試員及自控崗位調(diào)整氧含量＜0.3%煤氣流量大幅度變化，蒸汽量調(diào)節(jié)不足加強(qiáng)操作蒸汽帶水至變換爐加強(qiáng)排污并及時(shí)調(diào)試員進(jìn)行處理變換氣中CO超標(biāo)爐溫波動(dòng)穩(wěn)定工藝，穩(wěn)定爐溫蒸汽壓力低，汽氣比低加大蒸汽補(bǔ)入量，聯(lián)系提高壓力催化劑床層有短路現(xiàn)象停車檢修爐內(nèi)換熱器內(nèi)漏停車檢修換熱器催化劑活性降低適當(dāng)降低汽氣比，提高煤氣H2S含量，加強(qiáng)凈化操作，嚴(yán)格控制煤氣中粉塵、油污、氧六、變換過(guò)程與節(jié)能

⑴充分考慮中變催化劑的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化功能。⑵合理確定CO最終變換率。⑶合理選擇低溫高活性變換催化劑。⑷合理選擇變換爐控溫方法。⑸注意充分發(fā)揮變換催化劑的低溫活性。⑹合理選擇調(diào)節(jié)變換爐溫度的方法。⑺避免讓部分原料氣走近路閥。問(wèn)題與思考1、CO變換工藝流程設(shè)計(jì)項(xiàng)目四原料氣的脫碳

項(xiàng)目四主要內(nèi)容

1原料氣脫碳的重要意義2脫碳方法3碳酸丙烯酯脫碳法4改良熱鉀堿法脫碳5脫碳方法的選擇變換氣中含有大量CO2，一般為28~32%。CO2是合成氨催化劑致命的毒物，必須進(jìn)行徹底的清除；

CO2又是一種可用于生產(chǎn)尿素、碳銨、純堿、納米碳酸鈣等產(chǎn)品的重要化工原料。

CO2又是一種溫室氣體，必須加以回收利用。1原料氣脫碳的重要意義2、脫碳方法⑴濕法脫碳法⑵干法脫碳法變壓吸附法

化學(xué)吸收法、物理吸收法

2⑵工藝條件

3、碳酸丙烯酯脫碳法（Fluor法）

⑴基本原理13⑶工藝流程⑴基本原理碳酸丙烯酯，極性溶劑。性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，對(duì)碳鋼設(shè)備無(wú)腐蝕，可選擇性脫除二氧化碳、硫化氫和有機(jī)硫，而對(duì)氫、氮、一氧化碳等有效氣體的溶解度甚微。具有凈化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。表10.1MPa，25℃時(shí)各氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度（m3/m3）⑵工藝條件①溫度溫度升高，CO2和H2S在碳丙中的吸收過(guò)程不利；相反，增大H2、N2的損失。因此，降溫有利于CO2和H2S的吸收，減少溶劑循環(huán)量，降低貧液泵的電耗，并減少氫氮?dú)獾膿p失；同時(shí)，溫度降低還可降低溶劑蒸汽損失。放熱反應(yīng)過(guò)程，循環(huán)水做冷卻劑，夏季溫度為40℃左右，冬季溫度為25℃左右。②壓力吸收壓力越大，越有利于CO2和H2S的吸收脫除，從而有效提高其吸收能力。碳酸丙烯酯溶劑的循環(huán)量將減小。實(shí)際生產(chǎn)中，脫碳吸收壓力主要取決于變換過(guò)程的壓力大小，一般為1.2MPa~2.8MPa。③溶劑貧度溶劑貧度是指貧液中殘余CO2的量，單位為m3CO2/m3溶劑。貧度越低，氣體凈化度將越高，但貧度受再生方法和能耗的限制，并與后續(xù)的氣體精煉凈化方法有關(guān)。如銅洗流程，則凈化氣中CO2含量應(yīng)控制在1%左右，溶劑貧度控制在0.1~0.2。如聯(lián)醇工藝，則凈化氣中CO2含量可控制在3%~5%，此時(shí)，溶劑貧度可控制在0.3~0.5。④吸收氣液比吸收氣液比是指單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)吸收塔的原料氣體積與進(jìn)塔貧液體積之比。吸收氣液比影響工藝的經(jīng)濟(jì)性和氣體凈化度。氣液比增大，單位體積溶劑可處理的原料氣量也大，所需溶劑量就少，電耗和操作費(fèi)用就可降低?？偟膩?lái)說(shuō)，單純氨廠的凈化度要求較高，其吸收氣液比較?。欢?lián)醇廠的凈化度要求較低，其吸收氣液比較大，一般吸收氣液比控制在6~12。此外，溶劑中水分含量也是一個(gè)重要指標(biāo)之一。水分增加會(huì)降低溶液吸收CO2的能力，使凈化度下降，且會(huì)增加對(duì)碳鋼的腐蝕。一般認(rèn)為，溶劑中水分含量應(yīng)控制在1%~2%以下。⑶工藝流程與主要設(shè)備

1—油水分離器；2—脫碳塔；3—碳丙分離器；4、11—泵；5—冷卻器；6—閃蒸槽；7—常壓再生塔；8—?dú)馓峁娘L(fēng)機(jī)；9—中間貯槽；10—洗滌塔；12—羅茨鼓風(fēng)機(jī)4、改良熱鉀堿法

⑴基本原理也稱本菲爾特法，其脫碳反應(yīng)式為：

體積縮小、氣液相放熱反應(yīng)；加壓、降溫操作有利于脫碳反應(yīng)向右邊移動(dòng)，有利于提高溶液中碳酸鉀的轉(zhuǎn)化率。實(shí)際生產(chǎn)中，為了降低再生能耗，吸收溫度和再生溫度相近，但單純的熱碳酸鉀溶液吸收二氧化碳的速度很慢、凈化度不佳、腐蝕性很大，尤其是吸收了二氧化碳后的富液對(duì)碳鋼的腐蝕性更大。添加活化劑以加快吸收反應(yīng)、加入緩蝕劑以降低溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕。以碳酸鉀為吸收劑的主要脫碳方法本菲爾特法的活化劑為DEA。DEA的化學(xué)名稱為2，2二羥基二乙胺，簡(jiǎn)寫(xiě)為R2NH。其氨基與液相中的CO2進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)碳酸鉀溶液中含有少量DEA時(shí)，其吸收反應(yīng)過(guò)程如下：

（5-3）式是整個(gè)過(guò)程的控制步驟⑵碳酸鉀溶液對(duì)其它組分的吸收胺-碳酸鉀溶液除了能脫除原料氣中CO2外，還能將原料氣中的H2S、各種有機(jī)硫、氰氫酸（HCN）及少量不飽和烴等有害雜質(zhì)加以全部或部分吸收脫除。其吸收反應(yīng)的反應(yīng)式如下：

溶液吸收H2S的速度比CO2的速度快30~50倍，經(jīng)脫碳后，凈化氣中H2S的凈化度仍相當(dāng)高。HCN是強(qiáng)酸性氣體，硫醇也略有酸性，可與碳酸鉀很快地進(jìn)行反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，加入了DEA，比純碳酸鉀水溶液與CO2的反應(yīng)速度增加了10~1000倍。研究表明，吸收控制步驟與氣相中CO2的分壓關(guān)系很大，和純碳酸鉀溶液吸收CO2相比，加入DEA后吸收速度提高了3~12倍。⑶溶液的再生碳酸鉀溶液吸收二氧化碳后，溶液再生以使之循環(huán)使用。再生反