《化工工艺学》课程教案

2014 学年第 2 学期

函授 13化学工程（专升本）专业《化工工艺学》课程教案

4课时/次共10次 40课时

教师：

教研室：

§1 第一章合成氨原料气的制备

教学目的：掌握优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程的基本原理；原料和工艺路线；主要设备和工艺条件的选择；消耗定额的计算和催化剂的使用条件。

教学重点：优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程。教学难点：消耗定额的计算和催化剂的使用条件。

新课内容：

第一节固体燃料气化法

一、概述

固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）气化：用氧或含氧气化剂对其进行热加工，使碳转变为可燃性气体的过程。气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为煤气发生炉。

二、基本概念

1、煤的固定碳；固体燃料煤除去灰分、挥发分、硫分和水分以外，其余的可燃物质称为固定碳。

2、煤的发热值：指1公斤煤在完全燃烧时所放出的热量。

3、标煤：低位发热值为7000kcal/kg的燃料4．空气煤气：以空气作为气化而生成的煤气其中含有大量的氮(50％以上)及一定量的一氧化碳和少量的二氧化碳和氢气。

5．混合煤气(发生炉煤气)：以空气和适量的蒸汽的混合物为气化剂生成的煤气，其发热量比空气煤气为高。在工业上这种煤气一般作燃料用。

6．水煤气：以蒸汽作为气化剂而生成的煤气，其中氢及—氧化碳的含量高在85％以上，而氮含量较低。

7．半水煤气：以蒸汽加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂所创得的煤气或适当加有发生炉煤气的水煤气，其含氮量为21—22％。

三、气化对煤质的基本要求

(1)保持高温和南气化剂流速

(2)使燃料层各处间一截而的气流速度和温度分布均匀。这两个条件的获得，除了与炉子结构(如加料、排渣等装置)的完善程度有关外，采用的燃料性质也具有重大影响。

1水分：<５％

2挥发份：<６％

煤中所含挥发分量和煤的碳化程度有关，含量少的可至I一2％，多的可达40％以上。它的含量依下列次序递减：

泥煤褐煤烟煤无烟煤焦炭

3灰份：15-20％

灰分中主要组分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。这些物质的含量对灰熔点有决定性影响。

4硫分：<1.5g/m3

煤中的硫分在气化过程中，转化为含硫的气体，不仅对金属有腐蚀作用，而且会使催化剂中毒。在合成氨生产系统中，根据流程的特点，对含硫量有一定的要求，并应在气体净化过程中将其脱除。

5灰熔点：>1250℃

6机械强度和热稳定性

机械强度是指它的抗破碎力。煤的机械强度决定于煤的岩相组成、矿物质的含量、分布及碳此的程度。燃料的热稳定性是指燃料在受高温后粉碎的程度。

燃料之所以受热后不稳定，主要是由于下述三个原因；

（1）在燃料层准备阶段(即干燥和干馏时)，释出水分和有机物的过程中，燃料裂碎。（2）燃料中的碳酸盐受热分解为二氧化碳。

(3)燃料受热时，内外温度差大，以及由于夹石等膨胀系数不同而碎裂。

7燃料的成渣性能

燃料的成渣性能是指燃料在气化时是否易于烧结成渣。

8、粘结性

粘结性是煤在高温下干馏粘结的性能。

9、燃料粒度 25—100mm

入炉燃料粒度大小和粒度范围，影晌气化时的质交换和热交换条件。

四、煤气化的基本原理

C＋O2+3.76N2=CO2 +3.76N2

C＋H2O=CO+H2

第二节烃类蒸汽转化

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

（1）氢氮比3：1 （2）甲烷含量小于0.5% （3）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1-1.3％

(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。因为空气量的加入有合成反应的氢氮比决定。

（5）二段出口甲烷含量：二段炉出口残余甲烷每降低0.1％，合成氨产量可增加

1.1-1.4％。一般控制在0.2-0.4％。五、反应机理（反应的微观步骤）

五、催化剂

甲烷蒸汽转化是吸热的可逆反应，提高温度对化学平衡和反应速度均有利。但无催化剂存在时，温度1000℃反应速度还很低。因此，需要采用催化剂以加快反应速度。

由于烃类蒸汽转化是在高温下进行的，并存在着析炭问题，因此，除了要求催化剂有高活性和高强度外，还要求有较好的耐热性和抗析炭性。

1．催化剂的组成

(1)活性组分和促进剂 (2)镍催化剂的载体

2．催化剂的还原

转化催化剂大都是以氧化镍形式提供的，使用前必须还原成为具有活性的金屑镍，其反应为

3．催化剂的中毒与再生

当原料气中含有硫化物、砷化物、氯化物等杂质时，都会使催化剂中毒而失去活性。催化剂中毒分为暂时性中毒和永久性中毒。

六、工艺流程

九、主要设备