了得網工業技術_合成氨(程桂花)（第二版）

編輯推薦

《合成氨（第二版）》由教學名師傾力打造，是合成氨從業者的寶典，“十二五”國家規劃教材，榮獲中國石油和化學工業出版物獎二等獎。

內容簡介

《合成氨（第二版）》的編寫以生產過程為主線，以節能減排為中心，充分體現新技術、新工藝和新設備的應用，既注重理論基礎，更注重實踐能力，重點培養學生對於工藝過程、工藝條件、操作控制等的分析能力。
《合成氨（第二版）》共分八章，分別介紹了原料氣的制備、原料氣的淨化、氣體的壓縮、氨的合成、合成氨廠水處理等內容。全書重點章節編寫了繫統的開停車、生產操作要點及安全生產要點。綜合訓練項目和能力訓練題以工作任務為抓手，培養學生繼續學習和綜合解決實際問題的能力，同時培養學生撰寫常用技術文件的能力。
《合成氨（第二版）》可作為高職高專應用化工技術類專業的教材，也可供化工類其他專業選修課使用，還可供合成氨企業生產管理人員參考。

作者簡介

程桂花，教授，長期從事應用化工技術專業的教育教學工作，已主編主審教材 6 本，主持省級以上課題3項，獲河北省教學成果一等獎1項

緒論1
一、氨的性質和用途1
二、氨的發現與合成2
三、合成氨生產的進展2
四、我國合成氨工業發展4
五、合成氨技術的發展4
六、合成氨生產典型流程6
七、合成氨工藝的特點6
八、課程學習方法7
章原料氣的制備8
節概述8
一、煤的工業分析8
二、煤的物理化學性質9
三、氣化用煤的質量要求10緒論1
一、氨的性質和用途1
二、氨的發現與合成2
三、合成氨生產的進展2
四、我國合成氨工業發展4
五、合成氨技術的發展4
六、合成氨生產典型流程6
七、合成氨工藝的特點6
八、課程學習方法7
章原料氣的制備8
節概述8
一、煤的工業分析8
二、煤的物理化學性質9
三、氣化用煤的質量要求10
四、各種煤氣化生產工藝簡介11
第二節煤氣化過程的基本原理12
一、氣化反應的化學平衡12
二、氣化反應速率15
第三節間歇式制氣的生產工藝17
一、間歇式制氣的燃料層與工作循環17
二、間歇式生產半水煤氣的工藝流程18
三、間歇式生產半水煤氣的工藝條件20
四、間歇式煤氣發生爐21
五、正常操作要點22
六、間歇式煤氣發生爐的物料衡算和熱量衡算24
第四節水煤漿氣化生產工藝34
一、基本原理和特點34
二、工藝流程35
三、工藝條件38
四、主要設備40
五、開停車與操作控制42
六、安全生產要點44
第五節粉煤氣化生產工藝46
一、基本原理和特點47
二、工藝流程48
三、工藝條件49
四、主要設備50
第六節烴類制氣生產工藝51
一、氣態烴類蒸汽轉化的化學反應52
二、甲烷蒸汽轉化反應的基本原理52
三、烴類蒸汽轉化催化劑57
四、工業生產方法59
五、二段轉化法59
六、天然氣蒸汽轉化的新技術64
綜合訓練項目一煤氣化制取合成氨原料氣工藝的選擇65
基本訓練題66
能力訓練題67
第二章原料氣的脫硫69
節干法脫硫69
一、鈷鉬加氫-氧化鋅法70
二、活性炭法74
三、常溫精脫硫技術75
第二節濕法脫硫77
一、濕法脫硫的選擇原則78
二、濕法脫硫的基本原理78
三、栲膠法80
四、其他濕法脫硫方法82
五、安全生產操作要點84
基本訓練題84
能力訓練題84
第三章一氧化碳的變換85
節概述85
一、變換的基本任務85
二、變換工藝的比較85
第二節一氧化碳變換的基本原理87
一、化學平衡87
二、化學反應速率89
第三節一氧化碳變換催化劑91
一、催化劑的基本知識91
二、一氧化碳變換催化劑的種類93
第四節變換工藝與設備97
一、一氧化碳變換工藝98
二、工藝條件分析102
三、變換工藝的選擇原則104
四、變換反應器105
第五節操作及安全生產要點107
一、變換爐的操作107
二、安全生產要點112
綜合訓練項目二變換催化劑升溫還原方案的編制113
基本訓練題115
能力訓練題115
第四章二氧化碳的脫除116
節低溫甲醇洗法116
一、基本原理117
二、工藝條件選擇118
三、工藝流程120
四、主要設備124
五、繫統開停車124
六、操作控制要點126
七、安全生產要點127
第二節聚乙二醇二甲醚法129
一、基本原理130
二、工藝條件選擇130
三、工藝流程132
第三節變壓吸附法132
一、吸附劑133
二、工作原理134
三、工藝流程134
四、工藝條件的選擇135
第四節改良熱鉀堿法136
一、基本原理136
二、工藝條件選擇138
三、工藝流程139
四、主要設備140
第五節MDEA法140
一、基本原理141
二、工藝條件選擇141
三、工藝流程142
四、開停車142
五、操作控制要點143
基本訓練題144
能力訓練題144
第五章原料氣的精制145
節概述145
一、精制的任務145
二、精制工藝簡介145
第二節液氮洗滌工藝146
一、基本原理146
二、工藝流程147
三、工藝條件149
四、操作及安全生產要點150
第三節甲烷化工藝151
一、基本原理152
二、甲烷化催化劑153
三、工藝流程154
四、工藝條件155
第四節雙甲工藝156
一、基本原理156
二、工藝流程156
三、工藝條件159
第五節醇烴化工藝160
一、基本原理160
二、工藝流程160
基本訓練題162
能力訓練題162
第六章氣體的壓縮163
節壓縮機的分類及選用163
一、壓縮機的分類163
二、壓縮機的選用163
第二節氣體的壓縮功164
一、能量守恆與轉化定律164
二、氣體的壓縮功165
三、氣體壓縮的實際功耗167
第三節活塞式壓縮機167
一、活塞式壓縮機的分類167
二、活塞式壓縮機的基本構造與工作原理167
三、典型工藝流程168
四、循環油流程170
五、影響活塞式壓縮機生產能力的因素170
六、開停車171
七、安全生產要點172
第四節離心式壓縮機172
一、離心式壓縮機的構造與工作原理172
二、工藝流程173
三、離心式壓縮機的喘振和防控174
基本訓練題175
能力訓練題175
第七章氨的合成176
節氨合成反應的基本原理176
一、氨合成反應的熱效應和化學平衡176
二、平衡氨含量及影響因素178
三、氨合成反應速率180
第二節氨合成催化劑182
一、催化劑的組成和作用182
二、催化劑的還原和使用183
第三節氨合成工藝條件185
一、壓力185
二、溫度186
三、空間速率186
四、合成塔進口氣體組成187
第四節氨的分離及合成工藝流程187
一、氨的分離187
二、氨合成工藝流程188
三、排放氣的回收處理191
第五節氨合成塔193
一、結構特點及基本要求193
二、氨合成塔分類194
三、氨合成塔內件195
第六節氨合成操作控制要點及安全生產200
一、氨合成塔的操作控制要點200
二、安全生產要點202
第七節氨合成繫統基本的物料衡算和熱量衡算203
一、合成塔的物料衡算203
二、合成塔的熱量衡算205
三、合成回路的物料衡算206
四、水冷器熱量衡算208
綜合訓練項目三氨合成繫統的節能改造209
基本訓練題212
能力訓練題213
第八章合成氨廠水處理214
節概述214
一、合成氨廠用水簡介214
二、水中雜質及其危害214
第二節鍋爐給水處理215
一、鍋爐給水處理的基本原理215
二、鍋爐給水水質標準219
三、合成氨廠鍋爐給水處理工藝220
第三節循環水處理222
一、循環冷卻水繫統223
二、冷卻構築物類型及冷卻塔構造223
三、敞開式循環冷卻水繫統存在的問題及控制226
四、合成氨廠循環水處理工藝229
第四節污水處理230
一、污水的水質指標及處理方法230
二、合成氨廠污水特征及處理231
三、合成氨廠污水“零排放”工藝技術232
基本訓練題236
能力訓練題236
參考文獻237

前言

前言
本教材是依據已批準的“十二五”職業教育國家規劃教材申報書及已出版的版《合成氨》教材編寫的。合成氨課程是應用化工技術和煤化工專業的一門主干課程，合成氨生產工藝的典型性和復雜性對於培養學生的化工工程實踐能力具有重要作用。
本教材根據化肥工業“十二五”發展規劃，比較全面地反映了合成氨工業的新工藝、新技術，對國內外主要煤氣化技術進行了分析與比較，突出了水煤漿、粉煤連續氣化技術，對常溫精脫硫、二氧化碳變壓吸附、低溫甲醇洗等合成氣淨化技術，“雙甲”、“醇烴化”及液氮洗合成氣精制技術，新型氨合成塔內件、氨合成催化劑和無動力氨回收技術等都做了詳細介紹。前言
本教材是依據已批準的“十二五”職業教育國家規劃教材申報書及已出版的版《合成氨》教材編寫的。合成氨課程是應用化工技術和煤化工專業的一門主干課程，合成氨生產工藝的典型性和復雜性對於培養學生的化工工程實踐能力具有重要作用。
本教材根據化肥工業“十二五”發展規劃，比較全面地反映了合成氨工業的新工藝、新技術，對國內外主要煤氣化技術進行了分析與比較，突出了水煤漿、粉煤連續氣化技術，對常溫精脫硫、二氧化碳變壓吸附、低溫甲醇洗等合成氣淨化技術，“雙甲”、“醇烴化”及液氮洗合成氣精制技術，新型氨合成塔內件、氨合成催化劑和無動力氨回收技術等都做了詳細介紹。
教材的結構遵循學生的認知規律和職業成長規律，基於生產過程，內容涵蓋合成氨生產的所有工序，注重生產過程的完整性。全書主體部分共分八章，章原料氣的制備，重點介紹了以煤為原料制取原料氣的生產工藝，並對烴類蒸汽轉化法進行了介紹；第二章至第五章原料氣的淨化，介紹了原料氣的脫硫、一氧化碳變換、二氧化碳脫除、原料氣的精制等淨化工藝，熱法淨化工藝和冷法淨化工藝兩條線並行；第六章氣體的壓縮，在對壓縮機種類及結構、原理介紹的基礎上，介紹了往復式壓縮機、離心式壓縮機的壓縮工藝流程；第七章氨的合成，在介紹原理、工藝條件、工藝流程的基礎上，對幾種新型合成塔內件進行了分析；第八章合成氨廠水處理，介紹了鍋爐給水處理、循環水處理及污水處理。
節能減排、安全生產、綠色化工、循環經濟貫穿教材的始終，以培養學生從事化工生產的素質。各章對學生的能力、素質、知識目標都有明確的要求。教材共設計了三個綜合訓練項目，重點培養學生應用所學的理論和實踐知識分析和解決生產實際問題的能力。在教師指導下，學生能夠查閱技術資料，進行工藝計算和工藝分析，編制常用技術文件。項目訓練可穿插在相應章節的教學過程中，也可在該章講完後進行。訓練內容可以是整個項目，也可選取其中部分任務，由授課教師結合學校實際酌定。
本教材由程桂花編寫緒論和第七章，張志華編寫章和第六章，邸青編寫第二章和第四章，黃永茂編寫第三章和第五章，孫娜編寫第八章，由中煤冀州銀海化工有限責任公司總工程師王洪安主審。
在編寫過程中還得化工集團有限公司總經理劉金成、河北石油化工設計院副院長劉林英、南京國昌化工有限公司高級工程師趙發宏、金石化肥有限公司高級工程師李浴田、華魯恆升集團高級工程師吳廣強等多位專家的支持和幫助，在此表示誠摯的謝意。
本教材引用了國內外專家學者的寶貴經驗和研究成果，在此也一並致以深切敬意。
由於水平和學識所限，書中不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者
2016年5月

版前言
“合成氨”是應用化工技術和煤化工專業的一門主干課程，生產工藝的典型性和復雜性對於培養學生的化工工程實踐能力起到重要作用。由於合成氨生產是高能耗過程，近二十年來，以節能降耗為中心對合成氨工藝和設備重點進行了技術改造，新工藝、新設備和新型催化劑的采用，大幅度降低了能耗，提高了效益。本教材力求體現先進性、實用性和針對性，整體設計緊緊圍繞對學生職業能力和技術應用能力培養的需要，邀請了兩位多年從事合成氨生產的技術專家參加編寫和審稿工作。
教材有以下特點：
1．比較全面地反映了合成氨生產的新工藝、新技術。對國內外主要煤氣化技術進行了分析與比較，突出了煤連續氣化技術，對常溫精脫硫、二氧化碳變壓吸附等合成氣淨化技術，“雙甲”和“醇烴化”合成氣精制技術，新型氨合成塔內件、氨合成催化劑和無動力氨回收技術等都做了詳細介紹。
2．教材的結構遵循學生的認知規律和職業成長規律。教材結構基於生產過程，內容涵蓋合成氨生產的所有工序，注重生產過程的完整性。各章對學生的能力、素質、知識目標都有明確的要求。
3．節能減排、安全生產、綠色化工、循環經濟貫穿教材的始終，以培養學生從事化工生產的素質。重點章節增加了安全生產要點和操作控制技術，教材對循環水的處理和使用進行了重點闡述。
4．增加綜合訓練項目。教材共設計了三個綜合訓練項目，重點培養學生應用所學的理論和實踐知識分析和解決生產實際問題的能力。在教師指導下，學生能夠查閱技術資料，進行工藝計算和工藝分析，編制常用技術文件。項目訓練可穿插在相應章節的教學過程中，也可在本章授完後進行。訓練內容可以是整個項目，也可選取其中部分任務，由授課教師結合學校實際酌定。
本教材由程桂花編寫緒論和第八章，張志華編寫章、第二章和第七章，邸青編寫第三章和第五章，王妹文編寫第四章和第六章，孫娜編寫第九章，由中煤冀州銀海化工有限責任公司總工程師王洪安主審。
在編寫過程中還得化工集團有限公司總經理劉金成，河北石油化工設計院副院長劉林英，金石化肥有限公司高級工程師李浴田，南京國昌化工科技有限公司高級工程師趙發宏的幫助，在此表示誠摯的謝意。
本教材引用了國內外專家學者的寶貴經驗和研究成果，在此也一並致以深切敬意。
由於水平和學識所限，書中不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者
2010年10月

在線試讀

章原料氣的制備
能力與素質目標
1．能根據原料煤的性能選擇適宜的煤氣化生產工藝；
2．能編制煤氣化開停車方案；
3．能對煤氣化過程進行能量分析，並提出節能方案；
4．具有實施安全生產的能力；
5．具備查閱文獻資料的能力；
6．具有節能減排、降低生產成本的理念；
7．具有環境保護意識。
知識目標
1．掌握煤氣化的基本原理、不同煤種氣化的生產工藝；
2．掌握甲烷蒸汽氣化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程；
3．了解主要煤氣化工藝氣化爐的基本結構及特點；
4. 了解一段轉化爐、二段轉化爐的基本結構
節概述
用於制造合成氨原料氣的原料，按著原料的物理狀態，可分為固態、氣態和液態。固態主要是煤、焦，氣態則有天然氣、焦爐氣、煉廠氣等，液態包括原油、輕油和重油。
煤是地球上豐富的化石燃料。中國的煤炭儲量遠大於石油、天然氣儲量。根據2011年發表的統計數據，至2010年底，中國探明的煤炭儲量約為1145×108t。因此，以煤為原料制備合成氨原料氣將是今後的主要方向。章原料氣的制備
能力與素質目標
1．能根據原料煤的性能選擇適宜的煤氣化生產工藝；
2．能編制煤氣化開停車方案；
3．能對煤氣化過程進行能量分析，並提出節能方案；
4．具有實施安全生產的能力；
5．具備查閱文獻資料的能力；
6．具有節能減排、降低生產成本的理念；
7．具有環境保護意識。
知識目標
1．掌握煤氣化的基本原理、不同煤種氣化的生產工藝；
2．掌握甲烷蒸汽氣化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程；
3．了解主要煤氣化工藝氣化爐的基本結構及特點；
4. 了解一段轉化爐、二段轉化爐的基本結構
節概述
用於制造合成氨原料氣的原料，按著原料的物理狀態，可分為固態、氣態和液態。固態主要是煤、焦，氣態則有天然氣、焦爐氣、煉廠氣等，液態包括原油、輕油和重油。
煤是地球上豐富的化石燃料。中國的煤炭儲量遠大於石油、天然氣儲量。根據2011年發表的統計數據，至2010年底，中國探明的煤炭儲量約為1145×108t。因此，以煤為原料制備合成氨原料氣將是今後的主要方向。
煤是千百萬年前遠古時代植物殘骸經地址作用轉變而生成的可燃性生物岩，這個轉變過程稱為植物的成煤作用。它是一種結構非常復雜、組成極不均勻的有機化合物與無機化合物的混合物。煤炭的種類繁多，根據他們生成的不同地址條件、成煤植物、化學組成及物理化學性質，大致可分為無煙煤、煙煤、褐煤、泥炭以及石煤、藻煤等。
無煙煤是變質程度深的煤，揮發分低，含碳量高達90%-98%，硬度高、有光澤。但化學反應性較低，熱穩定性較差。
褐煤是煤化程度低的一類煤，外觀多呈褐色。水分含量高、氧含量高、發熱量低、灰熔點較低、化學反應性強、熱穩定性差。
一、煤的工業分析
煤的工業分析，又稱煤的技術分析或實用分析，是評價煤質的基本依據。在國家標準中，煤的工業分析包括煤的水分、灰分、揮發分和固定碳等指標的測定。廣義上煤的工業分析還包括煤的全硫分和發熱量的測定，又稱為煤的全工業分析。
1．水分
煤中的水分直接影響煤的使用、運輸和儲存。水分增加，煤的有效成分相對減少，另水分在煤燃燒時變成蒸汽要吸熱，因而降低了煤的發熱量。煤中的水分增加了無效運輸，特別是在鼕季寒冷地區，經常發生凍車，影響卸車。
煤中的水分按其存在形態可分為三種：外在水分、內在水分、結晶水。外在水分附著在煤顆粒表面，很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發。內在水分吸附或凝聚在煤顆粒內部的毛細孔中的水，需在100℃以上的溫度經過一定時間纔能蒸發。結晶水是指以化和方式同煤種礦物質結合的水。
2.灰分
煤中的灰分是指煤中所有可燃物完全燃燒以及煤中礦物質在一定溫度下產生一繫列分解、化合等復雜反應後剩餘的殘渣。
灰分是煤中的有害物質，同樣影響煤的使用、運輸和儲存。灰分增加，煤中可燃物含量相對減少，降低煤的發熱量，加劇設備磨損，增加排渣量。

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