化工工艺学教案

】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： 42008年9月2日河北科技大学教案用纸^[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，(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o．7％。

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(5—10)×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，氨合成塔单塔最大生产能力为200t。

d-1，60年代初期也仅为400t．d-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 t．d-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 t．d-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，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58．64％。

/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，再建成一批大型合成氨装置，并在一些资源丰富的地区形成合成氨生产基地。

新建的大、中型合成氨装置要达到经济规模，最小规模为；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。

新建装置原则上国内自行设计制造，立足于国产化。

六、氨的性质和用途氨是一种可燃性气体，自燃点为630℃，故一般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能够发生爆炸，爆炸下限％，上限27. 4 ％。

有饱和水蒸气存在时，氨-空气混合物的爆炸界限较窄。

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品的原料如硝酸、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。

七、健康危害和导致后果3分钟氨对上呼吸道有刺激和腐蚀作用，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~1mg/m3，浓度50 mg/m3以上鼻咽部有刺激感和眼部灼痛感，500 mg/m3以上短时内即出现强烈刺激症状，1500 mg/m3以上可危及生命，3500 mg/m3以上可即时死亡。

国家卫生标准为30 mg/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线征象符合支气管炎或支气管炎。

中度中毒，出现呼吸困难；严重者可发生中毒性肺水肿，或有呼吸窘迫综合症，激烈咳嗽、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。

急救处理原则：迅速将患者移至空气新鲜处，合理吸氧，解除支气管痉挛，维持呼吸、循环功能，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，保持安静，根据病情及早、足量、短期应用糖皮质激素，在病程中应严密观察以防病情反复，注意窒息或气胸发生，预防继发感染，有严重喉头水肿及窒息预兆者宜及早施行气管切开，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*河北科技大学教案用纸第二章;第三章原料气的制取第一节烃类蒸汽转化法一、烃类蒸汽转化的原料气态烃包括天然气、油田气、炼厂气、焦炉气及裂化气等；液态烃包括原油、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，其余皆为石油炼制工业、炼焦工业和基本有机合成工业的产品。

二、合成氨对原料气的要求氢氮比3：1甲烷含量小于%~有害物质少三、化学反应及化学平衡在蒸汽转化过程中，各种烃类主要进行如下反应：…甲烷蒸汽转化反应：（、四、工艺条件(1)水碳比，表示转化操作所用的工艺蒸汽量。

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应，温度增加，甲烷平衡含量下降。

反应温度每降低10℃，甲烷平衡含量约增加％~(3)压力烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反应，增加压力，甲烷平衡含量也随之增大。

（4）二段转化的空气量：加入空气量的多少，可从二段炉出口温度上反映出来，但不能它来控制炉温和出口甲烷含量的手段。