【正文】 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： 64 課程周學(xué)時： 4 2008年 9月 2日合成氨教學(xué)進(jìn)程周次上課方式學(xué)時章節(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)：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、勞動強(qiáng)度。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)：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，氨空氣混合物的爆炸界限較窄。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，％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(Bosch)的協(xié)助下，1910年建成了80g。h1的合成氨試驗(yàn)裝置。1911年，米塔?！睲心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?。燃料：天然氣、煤、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制得氮、氫混合氣。 氮?dú)庵饕獊碓从诳諝?。用空氣制氮?dú)猓嘤靡韵聝煞N方法：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? 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o．7％。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(5—10)106。（三）以重油為原料制氨流程以重油為原料制氨時，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，為臺成氨提供了豐富的原料．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。d1，60年代初期也僅為400t．d1。因此，對于規(guī)模大的氨廠，就需要若干個平行的系列裝置。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 t．d1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 t．d1。(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1000kw．h左右。隨著裝置的大型化和蒸汽透平驅(qū)動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6kw．h左右。(三)高度自動化大型合成氨廠為單系列裝置，設(shè)備都是單臺，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，從前蘇聯(lián)引進(jìn)三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)上臺階等五個階段的改造，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58．64％。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o．5％(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o．5971．(空氣＝1．0)，臨界溫度為132。4℃，臨界壓力為11．22MPa，沸點(diǎn)為一33．35℃，冰點(diǎn)為一77．7℃。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 ％，上限 27. 4 ％。有飽和水蒸氣存在時，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o．7一o．8MPa，氨就凝結(jié)成無色的液體，同時放出大量的熱。液氨相對密度為o．667(20℃)。如果人體與液氨接觸，則會被嚴(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，溶解時放出大量的熱，可生產(chǎn)含氨15—30％(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。~1mg/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以上可即時死亡。國家衛(wèi)生標(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