化学工艺学教案6(化工12本)-胡江良

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《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。

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④二次上吹制气阶段：自炉底吹水蒸气，将炉中水煤气排出，为重新进行空气吹风做准备，同时回收炉内残存的半水煤气，防止直接送入空气引起爆炸；
⑤空气吹净阶段：将空气从炉底吹入，把炉内残存的半水煤气和含氮吹风气一起吹出并送入气柜。持续时间更短。
五个阶段为一个循环，每个循环需3～4min。生产出的半水煤气中：
H2%=38～42%；CO%=27～31%；N2%=19～22%；CO2%=6～9%。
教学重点及难点：
重点：固体燃料气化的原理、固定床间歇气化法制半水煤气工艺条件
难点：固体燃料气化的原理
教学基本内容
方法及手段
第3章合成氨
3.2合成氨原料气的制备
3.2.1固体燃料气化制备合成氨原料气
固体燃料气化是指用氧或含氧气化剂对固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）进行加热，使碳转变为可燃性气体的过程，在合成氨厂简称造气。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（固体燃料气化器）。
③以空气和适量的水蒸气为气化剂，碳与氧、水蒸气同时反应，当空气和适量的水蒸气混合通过高温燃料层时，在气化层理同时发生碳与氧和碳与水蒸气的反应，虽然此时反应过程更加复杂，但是其反应过程、反应式及影响基本上与碳与氧和碳与水蒸气分别发生的情况一致。
（3）半水煤气的制造
半水煤气是生产合成氨的原料气，其生产方法可采用固定层间歇气化法或固定床连续气化法制备获得。当无论哪种方法，最终必须满足（CO+H2）/N2(体积比)为3.1～3.2的工艺要求。
碳与空气发生放热反应、与水蒸气发生吸热反应。
当系统维持自热平衡时，空气与水蒸气同时进行气化反应时，如不提供外部热源，则气化产物中的含量大大低于合成氨原料气配比要求。
为解决气体成分与热量平衡这一矛盾，可采用下列方法。

化学工艺学教案1(化工12本)-胡江良

（1）产品结构的精细化和功能化：从提高产品性能、增加产品附加值、适应市场要求出发，由大宗化工产品向精细化工产品发展，由通用产品向专用产品发展，由单一组分向多组分复合与复配产品发展，有合成向处方转变。
工艺装置的柔性化：就是装置在产量、品种上灵活多变。
绿色化工：就是用先进的化工技术和方法减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的各种物质的一种技术手段。
（2）碳二系统的主要产品：
碳二系统的产品主要包括从乙烯和乙炔出发生产的两大类产品。
（3）碳三系统的主要产品：
碳三系统的产品主要包括从丙烯出发生产的产品，在基本有机化学工业中的重要性仅次于乙烯系统的产品。
（4）碳四系统的主要产品：
碳四烃可以从油田气、炼厂气及烃类裂解制乙烯副产的碳四馏分中获得，在基本有机化学工业的重要原料，其中正丁烯、已丁烯和丁二烯最重要，其次是正丁烷。
化学工程（chemical engineering）：为适应化学工艺的需要，以化学、物理、数学为基础，结合化学工业和其他过程工业生产的共同规律，用以指导化工装置的放大、设计和生产操作的工程学科，称化学工程。
化学工程学：主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。
精细化工是生产精细化学品工业的通称。精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，其产品是新材料的重要组成部分。
1.2.2.5生物化工产品
生物化工产品主要是以动物、植物、微生物为原料，采用生物化学工程、物理、化学的方法加工成产品。
生物化工产品按产品性质可分为：①大宗化工产品，②精细化工产品，③医药产品，④其他产品，如生物农药、食用及药用酵母、饲料蛋白、沼气等；⑤现代生物技术产品，如干扰素、单克隆抗体、新型疫苗等。

《化工工艺学》教案第六章三废治理

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)第六章三废治理化学工业是对环境中的各种资源进行化学处理和转化加工的生产部门，其产品和废弃物从化学组成上讲都是多样化的，而且数量也相当大。

这些废弃物在一定浓度以上大多是有害的，有的还是剧毒物质，进入环境就会造成污染。

有些化工产品在使用过程中也会引起一些污染，甚至比生产本身所造成的污染更为严重、更为广泛。

化工生产中废弃的污染物一般随废水、废气排出，或以废渣的形式排放(即所谓的“三废”)，根据生产工艺的不同，同一种污染物的排出形式并不是一成不变的。

如一些挥发性有机物往往以蒸汽的形式排出，但也有在废水中排出的；在废水中常含有重金属离子，但重金属也可以作为粉尘随废气排出，或者混在废渣中排出。

污染物排入环境中，造成水体、大气和土壤的污染。

水污染、大气污染和土壤污染是相互联系的。

污染物在水环境、大气环境和土壤环境之间不断地时行互相迁移、循环。

大气污染物质可以通过若干途径(如自然沉降、降雨雪降落等)转移到水体和土壤，水中的一些污染物又可以挥发逸出。

污水把污染物质带入土壤，而土壤中的一些污染物又可以随水渗透到水域中去。

废渣也能随风飘扬，扩散到大气和水域。

三废的产生和监控第一节三废及其治理原则一、化工三废的产生、分类及特点(1)化工废弃物的分类。

化学工业中所产生的废弃物，可以按聚集在一起时的状态来分类，也可按它们被处理和利用的办法来分类。

其中最常用且又合理的是按聚集状态来分类，即将废弃物分为固体废物、液体废物和气体废物三大类，也就是我们通常意义上的“三废”。

固体废物，这是些成粉末状、灰状、块状或凝固状的废物。

属于这一类的有：残渣，灰渣，飞灰和烟灰，塑料丢弃物，废橡胶，选矿后留下的含金属的矿渣，有腐渣的有机物等。

液体废弃物大都是些被污染的水体或其它废溶液，其中溶有盐类、碱类、酸和有机物，也包括分散的“油”液和含有悬浮的颗粒状杂质。

属于这一类的主要是生产中排出的废水或用过了的有机溶剂和有机液体。

化学工艺学教案3(化工12本)-胡江良

2.4.1原料消耗定额
（1）原料定额消耗:是指生产单位产品所消耗的原料的量。
原料消耗定额根据计算依据不同分为理论消耗定额和实际消耗定额两种。
理论消耗定额：是以化学方程式的化学计量为基础计算的消耗定额为理论消耗定额。
实际过程的原料消耗定额绝不可能低于理论消耗定额。
2.4.1原料消耗定额
公用工程是指化工厂必不可少的供水、供热、冷冻、供电和供气等条件。
提高反应物溶度的方法：①对于液相反应，可采用能提高反应物溶解度的溶剂，或者在反应中蒸发或冷凝部分溶剂等方法；②对于气相反应，可适当提高操作压力或降低惰性物质的含量的方法。
对于可逆反应，反应物浓度与其平衡浓度之差是反应的推动力，此推动力越大则反应速率越高。所以，在反应过程中不断从反应体系中取出生产物，使反应远离平衡，既可保持高速率，又可使平衡不断向产物方向移动，这对于受平衡限制的反应是提高产率的有效方法之一。
强制性国标：是保障人体健康、人身和财产安全，以法律及行政法规规定强制执行的国家标准。
（2）行业标准
（3）地方标准
（4）企业标准
2.5.3化工产品质量标准中的常见指标项目
（1）外观：一般包括化工产品在常温时的状态、颜色及臭味等。
（2）主要成分或有效成分含量
化工原料主要成分含量表示方法有多种，常用的是以其中主要成分所占的重量百分数表示。
2.5化工生产中几种常用产品质量标准
质量是产品的灵魂，没有质量，再低的成本也是徒劳的。成本控制是在质量控制下的成本控制，没有质量标准，成本控制就会失去方向，也谈不上成本控制。
我国化工产品的质量标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准4级。
（1）国家标准：在全国范围内适用，其他各级标准不得与国家标准相抵触。国家标准分为强制性国标和推荐性国标。

化学反应工程教学案6(化工13)_胡江良

化学反应工程课程教案授课题目（教学章、节或主题）第2章复合反应与反应器选型2.2自催化反应特性与反应器选型 2.3可逆反应特性与反应器选型教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）熟悉自催化反应和可逆反应的特点；教学重点及难点:重点：自催化反应和可逆反应的特点。

难点：自催化反应和可逆反应反应器的选择。

教学基本内容22自催化反应特性与反应器选型自催化反应是复合反应中的一类。

其主要特点是反应产物能对该反应过程起催化作用，加速该反应过程的进行。

特点：反应产物中含有对此反应有催化作用的组分。

因此，常在反应开始时加入少量有催化作用的产物。

反应1;話一＞尸用］一＞火=一加=比恒曲4反应 2： A + P —> P-\-—> r 2 = —p 4-「A =二(t j )=(总1)(%) =KC A k2(MP在整个反应过程中，A 组分被反应掉了，但是生成了等量的 P 组分, 则A 与P 的总摩尔数是恒定的，即:C A0C P0= C A C P = C 0 = C P 二 C A0 C P0 - C A- r A - ( ~r Aj ) = ("T AI )(_rA2^ k 1C Ak 2C AC^= k 1CAk 2C A(CA0Go〜CA)dC ^ =k i C A 【1 +代 / kJ©。

+c p° -C A )] dt1. 2. 了解自催化和可逆反应反应器的选择; 3. 了解自催化和可逆反应反应器类型;方法及手段第2章复合反应与反应器选型讲解A 组分的消耗速率为:最大反应速率对应的反应物浓度（极值原理）2k2在反应初期，尽管反应物的浓度较高，但是由于产物的浓度很低, 所有总反应速率不大;随着反应的进行，产物浓度增加，反应物浓度虽然降低，但是其值仍然较大，因此，反应速率将是增加的。

当反应进行到某一时刻时，反应物浓度的降低对反应速率的影响超过了产物浓度增加对反应速率的影响，反应速率开始下降。

《化工工艺学》教案

课时安排： 2 学时
教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□其它□
题目（教学章、节或主题）：
第一章绪论Leabharlann 教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学目的要求：全面了解化工工艺学的定义，研究内容和方法及化工工艺学在化工生产中的地位和作用
教学内容（注明：* 重点 # 难点？疑点）：第一节化工工艺学的定义和范畴 *第二节化工工艺学研究的主要内容和方法第三节化工工艺学在化工生产中的地位和作用第四节学习化工工艺学的意义
教学方式、手段、媒介：以板书为主
板书设计：左边文本，右边插图
讨论、思考题、作业：
教师姓名：陈彦职称：副教授 11 年 8 月 25 日
课时安排： 6 学时题目（教学章、节或主题）：上编化工工艺学基础
教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□其它□
第一章概论
教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学目的要求：了解化学工业发展史，化学工业特征与分类，掌握化工装置的操作方式，化工技
化工工艺学是化学工程与工艺专业的一门重要专业课程，化工工艺学是研究各种原料（加工成为更有价值的消费品或生产资料的过程。其中包括原料路线的选择、工艺流程的设计，生产过程的基本原理、最适宜的操作条件、生产过程所需要的各种机械设备的规格、结构与材质，产品的质量控制等内容。化工工艺不仅要从理论上探讨每个工艺过程进行的可能性和条件，而且还要找出用最低的能耗和物耗生产出最好的产品的工艺方案。通过本课程的学习提高理论联系实际和对新工艺过程的开发能力，为毕业后从事技术工作打下良好的基础。
课程的基本要求：
本课程应在完成《化工原理》、《化工机械设计》和《化工制图》《化学反应工程》的基础上学习。本课程通过课堂讲授、要求学生 1．了解化工工艺学研究的主要内容和方法，化工工艺学在化工生产中的地位和作用； 2．了解化学工业的发展简史和当代化学工业的发展趋势； 3．掌握化学工艺的基本概念和理论基础，每个典型工艺过程的特点和基本内容，并能提出各工艺的最新技术进展； 4．在化工过程的理论与实际方面建立较为系统而扎实的基础，能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决问题； 5．初步掌握化工工艺过程开发的基本思路和技巧，并对化工工艺的设计与控制、化工工艺过程，经济评价以及计算机辅助设计也有一定了解。通过理论教学 1．使学生明了要了解化工原料，产品的质量就必然离不开对化工产品进行检测或检验，中间产品的判断、以致生产控制也必须依靠准确的检测才能使生产顺利进行； 2．培养本学科学生的工程意识、工程实验的设计与研究的方法，技术经济观点和化工过程开发的能力，启迪学生思维，增强学生的创新能力和动手能力。

化学工艺学教案11(化工12本)-胡江良

化学工艺学课程教案
温、杂质含量符合分离要求。

深冷分离任务就是根据裂解气中各低碳烃相
对挥发度的不同，用精馏的方法逐一进行分离，最后获得纯度符合要求的
乙烯和丙烯产品。

图为顺序深冷分离流程
4.5 乙烯工业的发展趋势（自学）
⑴乙烯建设规模继续向大型化发展
⑵生产技术的研究开发
①ALCET技术，②膜分离技术，③催化精馏加氢技术
⑶抑制裂解炉结焦技术
①使用涂覆技术降低炉管结焦；②使用结焦抑制剂预防炉管结焦。

作业、讨论题、思考题：
一、简答
（1）烃类的热裂解过程的特点？
（2）裂解气急冷的方法？
（3）如何判断裂解炉和急冷换热器是否需要清焦？
（4）裂解气分离主要方法？
（5）乙烯工业的发展趋势？
参考资料（含参考书、文献等）
《化学工艺学》（第三版），潘鸿章主编高等教育出版社2010年出版；
《化学工艺学》（第三版），黄仲九，房鼎业，浙江大学著，高等教育出版社 2008年出版。

教学反思：。

化工工艺学--教学大纲

化工工艺学--教学大纲《化工工艺学》课程教学大纲一、编写说明（一）本课程的性质、地位和作用“化工工艺学”是化学工程与工艺专业的专业必修课。

该课程主要介绍无机化工工艺，包括合成氨、硫酸、硝酸、纯碱、烧碱的生产基本原理、工艺过程以及与过程涉及的设备等。

该课程从化工生产的工艺角度出发，介绍典型产品的生产方法、工艺原理、流程、关键设备、工艺条件与节能降耗分析等，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论。

其任务是使学生综合运用所学到的知识，掌握化工工艺的分析和流程组织的一般规律，认识化学加工工业的共性特征，培养综合应用相关基础科学知识处理化学工业实际问题的能力。

目的是让学生初步掌握有效地组织工艺流程的方法, 科学地确定系统操作条件，以实现工艺系统高效平稳运转，达到较优的技术经济目标。

同时能够了解学科发展趋势，增强科学研究与技术开发的能力。

在此基础上学生可选修其它更有专门特色的课程，如精细化工、煤化工、石油化工、材料化工等。

（二）教学基本要求该课程内容包括典型无机化工产品的工艺实例，涵盖了原料的处理和准备、反应过程和工艺参数确定、反应器选择、产物的分离过程和产品后加工等内容。

本课程在教学上突出对工艺过程总体的掌握，强调工艺的综合分析优化。

通过该课程的学习要求学生掌握化工工艺过程的理论，掌握有代表性的化工过程的物理化学原理、过程热力学特征、动力学特征、催化剂应用、工艺设计要求等，使学生对基本化学工业典型过程的共性和特性有比较深入的了解，并具有综合应用所学理论知识对工业化实际化工过程进行分析的能力。

（三）课程教学方法与手段将教学方法应与教学内容有机地结合起来，采用多媒体教学辅助教学。

（四）实践环节另外单独开设化学工程与工艺实验课程。

（五）教学时数分配表（六）本课程与其它课程的联系学习本课程必须具备物理化学、化工热力学、化工原理、化工设备基础、化工制图等课程的基本知识和理论。

（七）教材与主要参考书1.谭世语、薛荣书，化工工艺学，重庆大学出版社，2009年2．韩冬冰等，化工工艺学，中国石化出版社，2004年 3．邓建强，化工工艺学，北京大学出版社，2009年 4．徐绍平，化工工艺学，大连理工大学出版社，2004年 5．黄仲九，化学工艺学(第二版)，高教出版社6．房鼎业乐清华李福清主编，化学工程与工艺专业实验，化学工业出版社，2000年7．青岛科技大学化工学院化工实验中心编，化学工程与工艺专业实验，2003年（八）说明成绩考核：该课程闭卷考试，考试成绩占70%，实验成绩占20%，平时成绩占10%。

化学工艺学教案4(化工12本)-胡江良

3.了解催化剂的分类，运输、储存和装卸等相关要求；
4.理解物料衡算的通式（基本方程）、衡算的步骤及其具体运用；
5.理解热量衡算的通式（基本方程）、衡算的步骤及其具体运用。
教学重点及难点：
重点：催化剂的作用、基本特征和性能指标、催化剂的活化、失活、再生及其使用注意事项；物料和热量衡算基本方程
难点：催化剂的性能指标、物料和热量衡算的具体运用。
2.8反应过程的物料衡算和热量衡算基础
衡算系统的物料衡算通式
输入物料的总质量=输出物料的总质量+系统内积累的物料质量
1.间歇操作过程的物料衡算
以每批生产时间为基准
输入物料量：每批投入的所有物料质量的总和（包括反应物、溶剂、充入的气体、催化剂等）
输出物料量：该批卸出的所有物料质量的总和（包括目的产物、副产物、剩余反应物、抽出的气体、溶剂、催化剂等）
⑤开车时要保持缓慢的升温、升压速率、温度、压力的突然变化容易造成催化剂的粉碎，要在运输和储藏中应防止其受到污染，固体催化剂在装填于反应器中时，也要防止污染和破裂。装填过程中要做到均匀，避免出现“架桥”现象，以防止反应工况恶化；装填后要将反应器进出口密封好，以防其他气体进入或受潮。许多催化剂使用后，在停工卸出之前需要进行钝化处理。
Uin+QP=Uout+W
5、热量衡算的关键
首先要确定衡算对象，即明确系统及其周围环境的范围
选定物料衡算基准，物、热衡算方程式要联立求解，均应有同一物料衡算基准
确定温度基准，多以298K（或273K）为基准温度
注意物质的相态，计算相应的焓变
讲解
作业、讨论题、思考题：
一、名词解释
催化剂的寿命、烧结、结焦、催化剂再生、选择性中毒
教学基本内容

化工工艺学课程设计书

化工工艺学课程设计书一、教学目标本课程的教学目标旨在帮助学生掌握化工工艺学的基本概念、原理和方法，培养学生运用化工原理分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：•掌握化工工艺学的基本概念、原理和常用工艺流程。

•了解不同类型的化工反应器及其操作条件优化。

•熟悉化工过程中的质量守恒、能量守恒和动量守恒原理。

•学习化工过程中的物质传递、热量传递和压力传递的基本原理。

2.技能目标：•能够运用化工原理分析和解决实际问题，如设计简单的化工流程、计算反应器参数等。

•具备化工过程模拟和优化能力，能够使用相关软件进行工艺模拟。

•具备实验操作能力，能够进行化工实验并分析实验数据。

3.情感态度价值观目标：•培养学生对化工行业的兴趣和热情，提高学生对化工工艺学的认识和理解。

•培养学生团队合作意识和沟通能力，提高学生解决实际问题的能力。

•培养学生对科学研究的热情和追求，提高学生对科学探索的态度和价值观。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.化工工艺学基本概念和原理：包括化工工艺学的定义、分类和基本原理，化工过程中的质量守恒、能量守恒和动量守恒原理。

2.化工反应器及其操作条件优化：包括不同类型的化工反应器及其特点，反应器操作条件的优化方法。

3.物质传递：包括质量传递的基本原理、传递速率和阻力的概念，以及物质传递过程中的各种因素对传递速率的影响。

4.热量传递：包括热量传递的基本原理、传递速率和阻力的概念，以及热量传递过程中的各种因素对传递速率的影响。

5.压力传递：包括压力传递的基本原理、传递速率和阻力的概念，以及压力传递过程中的各种因素对传递速率的影响。

6.化工实验：进行化工实验操作，收集和分析实验数据，验证和巩固所学的理论知识。

三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解和演示，向学生传授化工工艺学的基本概念、原理和方法。

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④半水煤气：用水蒸汽加适量空气或富氧空气作为气化剂，生成的气
体成分为(CO十H2)／N2＝3.1～3.2(摩尔比)，即含N为21%～22%时，称为半水煤气。半水煤气是合成氨的原料气。
工业煤气的组成如下表：
煤气名称
气体组成，体积（%）
H2
CO
CO2
N2
CH4
O2
H2S
空气煤气
0.9
33.4
0.6
64.4
③以空气和适量的水蒸气为气化剂，碳与氧、水蒸气同时反应，当空气和适量的水蒸气混合通过高温燃料层时，在气化层理同时发生碳与氧和碳与水蒸气的反应，虽然此时反应过程更加复杂，但是其反应过程、反应式及影响基本上与碳与氧和碳与水蒸气分别发生的情况一致。
（3）半水煤气的制造
半水煤气是生产合成氨的原料气，其生产方法可采用固定层间歇气化法或固定床连续气化法制备获得。当无论哪种方法，最终必须满足（CO+H2）/N2(体积比)为3.1～3.2的工艺要求。
教学重点及难点：
重点：固体燃料气化的原理、固定床间歇气化法制半水煤气工艺条件
难点：固体燃料气化的原理
教学基本内容
方法及手段
第3章合成氨
3.2合成氨原料气的制备
3.2.1固体燃料气化制备合成氨原料气
固体燃料气化是指用氧或含氧气化剂对固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）进行加热，使碳转变为可燃性气体的过程，在合成氨厂简称造气。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（固体燃料气化器）。
0.5
-
-
水煤气
50.0
37.3
6.5
5.5
0.3
0.2
0.2
混合煤气
11.0
27.5
6.0
55.0
0.3
0.2
-
半水煤气
37.0
33.3
6.6
22.4
0.3
0.2
0.2
（2）合成氨原料气生产方法
目前，工业上以固体燃料为原料生产合成氨原料气的方法主要有以下几种：
①固定层间歇气化法：以固体燃料为原料，气化剂（空气和水蒸汽）交替地通过固体燃料层，使燃料气化，制备合成氨原料气的过程。
2、吹风速度
为了减少热量损失而最大限度地降低煤的消耗，要求吹风阶段应在最短的时间内将炉温升至气化过程所需的温度。加大吹风速度以供给氧化层足够的氧气会加速碳的燃烧反应，使炉温迅速提高，缩短二氧化碳在还原层的停留时间，降低一氧化碳在吹风气中的含量以减少热损失。但吹风速度过大，会把小块燃料吹出炉外，燃料损失加大甚至吹成风洞使气化条件恶化。一般，对于直径2.74m的煤气炉，使用大块煤时吹风量控制在18000-32000Nm3/h；使用小块煤时，吹风量整制在13000-32000 Nm3/h。
3、蒸汽用量
水蒸气用量是控制和调节煤气产量与质量的重要手段之一，水蒸气用量越大，制气时间越长，则煤气产量越大；但水蒸气过多会使炉温降低。通常内径2.74m的煤气发生炉蒸汽用量为5~7t/h。
4、燃料层高度
在制气阶段，燃料层高则水蒸气停留时间加长，温度较为稳定，有利于水蒸气的分解；但对于2.75m内径的煤气炉，从风帽算起燃料层高度为1.6~1.8m。
5、循环时间及分配
一般一个循环时间为2.5~3min。
工作循环时间取决于燃料的性质和各阶段的操作要求。不同燃料循环时间分配百分比例如表所示。
6、气体成分
用于合成氨原料的半水煤气要求为(CO十H2)／N2＝3.1~3.2，(CO十H2)＞68％。可通过改变空气用量、增加回收阶段时间、变化被回收的吹风气量来调节氮含量。此外，应尽量降低甲烷、二氧化碳和氧含量，不允许O2≥0.5％。
(2)固体燃料气化的原理
固体燃料固定层间歇气化法生产半水煤气时，吹风和制气是交替进行的。首先使空气或富氧空气通过燃料层，碳与氧发生放热反应以提高炉温；然后蒸汽通过燃料层，碳与蒸汽发生吸热反应制得合成氨粗原料气。
①以空气或富氧空气为气化剂，碳与氧的反应在吹风阶段，当空气或富氧空气通过高温燃料层时，碳与氧发生的反应：
3.2.1.1固体燃料ຫໍສະໝຸດ 定层间歇气化法制半水煤气固定层间歇气化法制取半水煤气是将固体煤从炉顶以间歇方式加入煤气发生炉中，空气(或富氧空气)从炉底加入，自下而上通过燃料层，在燃料层内进行气化反应生成半水煤气。气化后的灰渣从炉底徘出。固定层煤气发声炉内燃料层的分区（层）在稳定的气化条件下，燃料层大致划分为干燥区、干馏区、气化区和灰渣区。
碳与空气发生放热反应、与水蒸气发生吸热反应。
当系统维持自热平衡时，空气与水蒸气同时进行气化反应时，如不提供外部热源，则气化产物中的含量大大低于合成氨原料气配比要求。
为解决气体成分与热量平衡这一矛盾，可采用下列方法。
①富氧空气气化法：②蓄热法：③外热法
（4）固定床间歇气化法制半水煤气的工作循环
固定层间歇气化法制造半水煤气时，需要向煤气发生炉内交替地送入空气和水蒸气，燃料层温度随空气的加入逐渐升高，随水蒸气的加入又逐渐下降，呈周期性变化，生成煤气的组成亦呈周期性变化，这是工业生产过程中间歇制气的重要特点。
为了保持炉温的稳定及操作安全，每个工作循环包括5个阶段。
①吹风阶段:送风发热、提高炉温；
②一次上吹制气阶段:将水蒸气和炉气从炉底吹入，与燃料层中炽热的碳发生反应生成半水煤气，并经废热锅炉、洗涤塔后送入气柜；
③下吹制气阶段：吹后炉层温度降低，但上层温度尚高，仍可利用热能，故改为下吹造气。先从炉顶向下吹几秒水蒸气，防止直接吹空气与煤气相遇爆炸。得半水煤气从炉底导出，并送至气柜；
以煤为原料，间歇法气化过程生成半水煤气的组成，按体积百分比计应为：CO：30.31％，CO2：8.35％，H2：38.73％，N2：21.58％，CH4：0.73％，O2：30％及H2S：1.276g／Nm3
7.二次空气用量：
作用：回收热量，太少不能充分回收，太多容易爆炸，要求加入二次空气后出燃烧室的吹风气中一氧化碳和氧的含量均小于1%。
综上所述，在吹风阶段，为了加快碳与氧的燃烧反应、减少二氧化碳的还原反应，应当提高空气的流速，并且燃料层的高度和燃料层的温度不能过高。
②以水蒸汽为气化剂，碳与水的反应在制气阶段，当水蒸汽通过高温燃料层时，碳与水蒸汽首先发生下列反应：
当温度较低时还会发生生成甲烷和一氧化碳转化为氢的副产物反应：
制气阶段通入水蒸气进行气化的目的是制得含氢和一氧化碳的原料气，即希望式（3-12）、式（3-13）、式（3-14）按正式进行，尽量避免反应（3-15）、反应（3-16）发生。
5、气化总效率：制得半水煤气的热值与气化过程所消耗燃料煤的热值和蒸汽带入热量的和之比。
3.2.3固定层间歇气化法制半水煤气的工艺条件
1、操作温度
在煤气发生炉中，最高温度点是在氧化层处，燃料层温度沿炉轴向而变。炉温高时，有利于生成一氧化碳和氢气，反应速率增快，能生产质量高的半水煤气和具有较高的产气量。但若炉温过高，则会造成燃料浪费和热量损失加大，当达到灰渣熔点时，炉内结疤会影响正常操作。一般炉温控制点为比燃料的灰熔点低50~100℃。工业上采用的炉温范围一般为1000-1200℃。
②固定层连续气化法：在高温下，以氧和水蒸气的混合物为气化剂，连续通过固体燃料层进行气化，制备合成氨原料气的过程。
③气流层气化法：在高温下，以氧和水蒸气混合物为气化剂，与粒度小于0.1mm的粉煤并流气化，获得有效成分（CO＋H2）高达80～85%的煤气，灰渣呈熔融状态排除。
④水煤浆加压连续气化法：此法也程德士古水煤浆气化法，将固体原料煤和水按一定比例加到磨煤机中磨成水煤浆，加压后和氧一起有喷嘴喷入气化炉内，进行气化反应，制得水煤气。
8.间歇气化对固体燃料的要求
水分＜5%；挥发分＜6%；灰分15-20%，一般＜25%；硫分含量＜1.5g/m3;
灰熔点越高越好，不低于1250℃；燃料的机械强度和热稳定性；粒度为25-100mm。
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作业、讨论题、思考题：
（1）以空气或富氧空气为气化剂，气化的原理？
（2）固定床间歇气化法制半水煤气的工作循环包括那几个阶段？
上述四个反应，式（3-9）、式（3-10）、式（3-11）的平衡常数很大，反应主要向正向进行，可视为不可逆反应，反应结果是使燃料温度升高。而式（3-12）的平衡常数随温度变化而变化，是一个可逆反应，正向反应的结果是使燃料温度降低。因此应选择适宜的操作条件，控制反应（3-12）的发生。
式（3-10）、式（3-12）为体积增大的反应，而且吹风阶段都是不希望发生的反应。
（3）固定层间歇气化法制半水煤气的工艺条件？
参考资料（含参考书、文献等）
《化学工艺学》（第三版），潘鸿章主编高等教育出版社2010年出版；
《化学工艺学》（第三版），黄仲九，房鼎业，浙江大学著，高等教育出版社2008年出版。
教学反思：
④二次上吹制气阶段：自炉底吹水蒸气，将炉中水煤气排出，为重新进行空气吹风做准备，同时回收炉内残存的半水煤气，防止直接送入空气引起爆炸；
⑤空气吹净阶段：将空气从炉底吹入，把炉内残存的半水煤气和含氮吹风气一起吹出并送入气柜。持续时间更短。
五个阶段为一个循环，每个循环需3～4min。生产出的半水煤气中：
H2%=38～42%；CO%=27～31%；N2%=19～22%；CO2%=6～9%。
化学工艺学课程教案
课次
6
课时
2
课型
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理论课√讨论课□
实验课□习题课□
其他□
授课题目（教学章、节或主题）：
第3章合成氨
3.2合成氨原料气的制备
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1.熟悉合成氨原料气的生产方法
2.熟悉固体层煤气发生炉内燃料层分区
3.掌握固体燃料气化的原理
4.熟悉固定床间歇气化法制半水煤气的工作循环的五个阶段
①干燥层：新补充的燃料煤与热煤气接触将夹带的水分蒸发。