《合成氨（第二版）》的编写以生产过程为主线，以节能减排为中心，充分体现新技术、新工艺和新设备的应用，既注重理论基础，更注重实践能力，重点培养学生对于工艺过程、工艺条件、操作控制等的分析能力。
《合成氨（第二版）》共分八章，分别介绍了原料气的制备、原料气的净化、气体的压缩、氨的合成、合成氨厂水处理等内容。全书重点章节编写了系统的开停车、生产操作要点及安全生产要点。综合训练项目和能力训练题以工作任务为抓手，培养学生继续学习和综合解决实际问题的能力，同时培养学生撰写常用技术文件的能力。
《合成氨（第二版）》可作为高职高专应用化工技术类专业的教材，也可供化工类其他专业选修课使用，还可供合成氨企业生产管理人员参考。
适读人群 ：本书可作为高职高专应用化工技术类专业的教材，也可供化工类其他专业选修课使用，还可供合成氨企业生产管理人员参考。
《合成氨（第二版）》由教学名师倾力打造，是合成氨从业者的必读宝典，“十二五”国家规划教材，荣获中国石油和化学工业出版物奖二等奖。
前 言
本教材是依据已批准的“十二五”职业教育国家规划教材申报书及已出版的版《合成氨》教材编写的。合成氨课程是应用化工技术和煤化工专业的一门主干课程，合成氨生产工艺的典型性和复杂性对于培养学生的化工工程实践能力具有重要作用。
本教材根据化肥工业“十二五”发展规划，比较全面地反映了合成氨工业的新工艺、新技术，对国内外主要煤气化技术进行了分析与比较，突出了水煤浆、粉煤连续气化技术，对常温精脱硫、二氧化碳变压吸附、低温甲醇洗等合成气净化技术，“双甲”、“醇烃化”及液氮洗合成气精制技术，新型氨合成塔内件、氨合成催化剂和无动力氨回收技术等都做了详细介绍。
教材的结构遵循学生的认知规律和职业成长规律，基于生产过程，内容涵盖合成氨生产的所有工序，注重生产过程的完整性。全书主体部分共分八章，章原料气的制备，重点介绍了以煤为原料制取原料气的生产工艺，并对烃类蒸汽转化法进行了介绍；第二章至第五章原料气的净化，介绍了原料气的脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳脱除、原料气的精制等净化工艺，热法净化工艺和冷法净化工艺两条线并行；第六章气体的压缩，在对压缩机种类及结构、原理介绍的基础上，介绍了往复式压缩机、离心式压缩机的压缩工艺流程；第七章氨的合成，在介绍原理、工艺条件、工艺流程的基础上，对几种新型合成塔内件进行了分析；第八章合成氨厂水处理，介绍了锅炉给水处理、循环水处理及污水处理。
节能减排、安全生产、绿色化工、循环经济贯穿教材的始终，以培养学生从事化工生产的素质。各章对学生的能力、素质、知识目标都有明确的要求。教材共设计了三个综合训练项目，重点培养学生应用所学的理论和实践知识分析和解决生产实际问题的能力。在教师指导下，学生能够查阅技术资料，进行工艺计算和工艺分析，编制常用技术文件。项目训练可穿插在相应章节的教学过程中，也可在该章讲完后进行。训练内容可以是整个项目，也可选取其中部分任务，由授课教师结合学校实际酌定。
本教材由程桂花编写绪论和第七章，张志华编写章和第六章，邸青编写第二章和第四章，黄永茂编写第三章和第五章，孙娜编写第八章，由中煤冀州银海化工有限责任公司总工程师王洪安主审。
在编写过程中还得到了正元化工集团有限公司总经理刘金成、河北石油化工设计院副院长刘林英、南京国昌化工有限公司高级工程师赵发宏、金石化肥有限公司高级工程师李浴田、华鲁恒升集团高级工程师吴广强等多位专家的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意。
本教材引用了国内外专家学者的宝贵经验和研究成果，在此也一并致以深切敬意。
由于水平和学识所限，书中不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
2016年5月
版前言
“合成氨”是应用化工技术和煤化工专业的一门主干课程，生产工艺的典型性和复杂性对于培养学生的化工工程实践能力起到重要作用。由于合成氨生产是高能耗过程，近二十年来，以节能降耗为中心对合成氨工艺和设备重点进行了技术改造，新工艺、新设备和新型催化剂的采用，大幅度降低了能耗，提高了效益。本教材力求体现先进性、实用性和针对性，整体设计紧紧围绕对学生职业能力和技术应用能力培养的需要，邀请了两位多年从事合成氨生产的技术专家参加编写和审稿工作。
教材有以下特点：
1．比较全面地反映了合成氨生产的新工艺、新技术。对国内外主要煤气化技术进行了分析与比较，突出了煤连续气化技术，对常温精脱硫、二氧化碳变压吸附等合成气净化技术，“双甲”和“醇烃化”合成气精制技术，新型氨合成塔内件、氨合成催化剂和无动力氨回收技术等都做了详细介绍。
2．教材的结构遵循学生的认知规律和职业成长规律。教材结构基于生产过程，内容涵盖合成氨生产的所有工序，注重生产过程的完整性。各章对学生的能力、素质、知识目标都有明确的要求。
3．节能减排、安全生产、绿色化工、循环经济贯穿教材的始终，以培养学生从事化工生产的素质。重点章节增加了安全生产要点和操作控制技术，教材对循环水的处理和使用进行了重点阐述。
4．增加综合训练项目。教材共设计了三个综合训练项目，重点培养学生应用所学的理论和实践知识分析和解决生产实际问题的能力。在教师指导下，学生能够查阅技术资料，进行工艺计算和工艺分析，编制常用技术文件。项目训练可穿插在相应章节的教学过程中，也可在本章授完后进行。训练内容可以是整个项目，也可选取其中部分任务，由授课教师结合学校实际酌定。
本教材由程桂花编写绪论和第八章，张志华编写章、第二章和第七章，邸青编写第三章和第五章，王妹文编写第四章和第六章，孙娜编写第九章，由中煤冀州银海化工有限责任公司总工程师王洪安主审。
在编写过程中还得到了正元化工集团有限公司总经理刘金成，河北石油化工设计院副院长刘林英，金石化肥有限公司高级工程师李浴田，南京国昌化工科技有限公司高级工程师赵发宏的帮助，在此表示诚挚的谢意。
本教材引用了国内外专家学者的宝贵经验和研究成果，在此也一并致以深切敬意。
由于水平和学识所限，书中不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
2010年10月
程桂花，教授，长期从事应用化工技术专业的教育教学工作，已主编主审教材 6 本，主持省级以上课题3项，获河北省教学成果一等奖1项
绪论 1
一、氨的性质和用途 1
二、氨的发现与合成 2
三、合成氨生产的进展 2
四、我国合成氨工业发展 4
五、合成氨技术的发展 4
六、合成氨生产典型流程 6
七、合成氨工艺的特点 6
八、课程学习方法 7
第一章 原料气的制备 8
第一节 概述 8
一、煤的工业分析 8
二、煤的物理化学性质 9
三、气化用煤的质量要求 10
四、各种煤气化生产工艺简介 11
第二节 煤气化过程的基本原理 12
一、气化反应的化学平衡 12
二、气化反应速率 15
第三节 间歇式制气的生产工艺 17
一、间歇式制气的燃料层与工作循环 17
二、间歇式生产半水煤气的工艺流程 18
三、间歇式生产半水煤气的工艺条件 20
四、间歇式煤气发生炉 21
五、正常操作要点 22
六、间歇式煤气发生炉的物料衡算和热量衡算 24
第四节 水煤浆气化生产工艺 34
一、基本原理和特点 34
二、工艺流程 35
三、工艺条件 38
四、主要设备 40
五、开停车与操作控制 42
六、安全生产要点 44
第五节 粉煤气化生产工艺 46
一、基本原理和特点 47
二、工艺流程 48
三、工艺条件 49
四、主要设备 50
第六节 烃类制气生产工艺 51
一、气态烃类蒸汽转化的化学反应 52
二、甲烷蒸汽转化反应的基本原理 52
三、烃类蒸汽转化催化剂 57
四、工业生产方法 59
五、二段转化法 59
六、天然气蒸汽转化的新技术 64
综合训练项目一 煤气化制取合成氨原料气工艺的选择 65
基本训练题 66
能力训练题 67
第二章 原料气的脱硫 69
第一节 干法脱硫 69
一、钴钼加氢-氧化锌法 70
二、活性炭法 74
三、常温精脱硫技术 75
第二节 湿法脱硫 77
一、湿法脱硫的选择原则 78
二、湿法脱硫的基本原理 78
三、栲胶法 80
四、其他湿法脱硫方法 82
五、安全生产操作要点 84
基本训练题 84
能力训练题 84
第三章 一氧化碳的变换 85
第一节 概述 85
一、变换的基本任务 85
二、变换工艺的比较 85
第二节 一氧化碳变换的基本原理 87
一、化学平衡 87
二、化学反应速率 89
第三节 一氧化碳变换催化剂 91
一、催化剂的基本知识 91
二、一氧化碳变换催化剂的种类 93
第四节 变换工艺与设备 97
一、一氧化碳变换工艺 98
二、工艺条件分析 102
三、变换工艺的选择原则 104
四、变换反应器 105
第五节 操作及安全生产要点 107
一、变换炉的操作 107
二、安全生产要点 112
综合训练项目二 变换催化剂升温还原方案的编制 113
基本训练题 115
能力训练题 115
第四章 二氧化碳的脱除 116
第一节 低温甲醇洗法 116
一、基本原理 117
二、工艺条件选择 118
三、工艺流程 120
四、主要设备 124
五、系统开停车 124
六、操作控制要点 126
七、安全生产要点 127
第二节 聚乙二醇二甲醚法 129
一、基本原理 130
二、工艺条件选择 130
三、工艺流程 132
第三节 变压吸附法 132
一、吸附剂 133
二、工作原理 134
三、工艺流程 134
四、工艺条件的选择 135
第四节 改良热钾碱法 136
一、基本原理 136
二、工艺条件选择 138
三、工艺流程 139
四、主要设备 140
第五节 MDEA法 140
一、基本原理 141
二、工艺条件选择 141
三、工艺流程 142
四、开停车 142
五、操作控制要点 143
基本训练题 144
能力训练题 144
第五章 原料气的精制 145
第一节 概述 145
一、精制的任务 145
二、精制工艺简介 145
第二节 液氮洗涤工艺 146
一、基本原理 146
二、工艺流程 147
三、工艺条件 149
四、操作及安全生产要点 150
第三节 甲烷化工艺 151
一、基本原理 152
二、甲烷化催化剂 153
三、工艺流程 154
四、工艺条件 155
第四节 双甲工艺 156
一、基本原理 156
二、工艺流程 156
三、工艺条件 159
第五节 醇烃化工艺 160
一、基本原理 160
二、工艺流程 160
基本训练题 162
能力训练题 162
第六章 气体的压缩 163
第一节 压缩机的分类及选用 163
一、压缩机的分类 163
二、压缩机的选用 163
第二节 气体的压缩功 164
一、能量守恒与转化定律 164
二、气体的压缩功 165
三、气体压缩的实际功耗 167
第三节 活塞式压缩机 167
一、活塞式压缩机的分类 167
二、活塞式压缩机的基本构造与工作原理 167
三、典型工艺流程 168
四、循环油流程 170
五、影响活塞式压缩机生产能力的因素 170
六、开停车 171
七、安全生产要点 172
第四节 离心式压缩机 172
一、离心式压缩机的构造与工作原理 172
二、工艺流程 173
三、离心式压缩机的喘振和防控 174
基本训练题 175
能力训练题 175
第七章 氨的合成 176
第一节 氨合成反应的基本原理 176
一、氨合成反应的热效应和化学平衡 176
二、平衡氨含量及影响因素 178
三、氨合成反应速率 180
第二节 氨合成催化剂 182
一、催化剂的组成和作用 182
二、催化剂的还原和使用 183
第三节 氨合成工艺条件 185
一、压力 185
二、温度 186
三、空间速率 186
四、合成塔进口气体组成 187
第四节 氨的分离及合成工艺流程 187
一、氨的分离 187
二、氨合成工艺流程 188
三、排放气的回收处理 191
第五节 氨合成塔 193
一、结构特点及基本要求 193
二、氨合成塔分类 194
三、氨合成塔内件 195
第六节 氨合成操作控制要点及安全生产 200
一、氨合成塔的操作控制要点 200
二、安全生产要点 202
第七节 氨合成系统基本的物料衡算和热量衡算 203
一、合成塔的物料衡算 203
二、合成塔的热量衡算 205
三、合成回路的物料衡算 206
四、水冷器热量衡算 208
综合训练项目三 氨合成系统的节能改造 209
基本训练题 212
能力训练题 213
第八章 合成氨厂水处理 214
第一节 概述 214
一、合成氨厂用水简介 214
二、水中杂质及其危害 214
第二节 锅炉给水处理 215
一、锅炉给水处理的基本原理 215
二、锅炉给水水质标准 219
三、合成氨厂锅炉给水处理工艺 220
第三节 循环水处理 222
一、循环冷却水系统 223
二、冷却构筑物类型及冷却塔构造 223
三、敞开式循环冷却水系统存在的问题及控制 226
四、合成氨厂循环水处理工艺 229
第四节 污水处理 230
一、污水的水质指标及处理方法 230
二、合成氨厂污水特征及处理 231
三、合成氨厂污水“零排放”工艺技术 232
基本训练题 236
能力训练题 236
参考文献 237
章 原料气的制备
能力与素质目标
1．能根据原料煤的性能选择适宜的煤气化生产工艺；
2．能编制煤气化开停车方案；
3．能对煤气化过程进行能量分析，并提出节能方案；
4．具有实施安全生产的能力；
5．具备查阅文献资料的能力；
6．具有节能减排、降低生产成本的理念；
7．具有环境保护意识。
知识目标
1．掌握煤气化的基本原理、不同煤种气化的生产工艺；
2．掌握甲烷蒸汽气化的基本原理、工艺条件的选择及工艺流程；
3．了解主要煤气化工艺气化炉的基本结构及特点；
4. 了解一段转化炉、二段转化炉的基本结构
节 概 述
用于制造合成氨原料气的原料，按着原料的物理状态，可分为固态、气态和液态。固态主要是煤、焦，气态则有天然气、焦炉气、炼厂气等，液态包括原油、轻油和重油。
煤是地球上丰富的化石燃料。中国的煤炭储量远大于石油、天然气储量。根据2011年发表的统计数据，至2010年底，中国探明的煤炭储量约为1145×108t。因此，以煤为原料制备合成氨原料气将是今后的主要方向。
煤是千百万年前远古时代植物残骸经地址作用转变而生成的可燃性生物岩，这个转变过程称为植物的成煤作用。它是一种结构非常复杂、组成极不均匀的有机化合物与无机化合物的混合物。煤炭的种类繁多，根据他们生成的不同地址条件、成煤植物、化学组成及物理化学性质，大致可分为无烟煤、烟煤、褐煤、泥炭以及石煤、藻煤等。
无烟煤是变质程度深的煤，挥发分低，含碳量高达90%-98%，硬度高、有光泽。但化学反应性较低，热稳定性较差。
褐煤是煤化程度低的一类煤，外观多呈褐色。水分含量高、氧含量高、发热量低、灰熔点较低、化学反应性强、热稳定性差。
一、煤的工业分析
煤的工业分析，又称煤的技术分析或实用分析，是评价煤质的基本依据。在国家标准中，煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。广义上煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定，又称为煤的全工业分析。
1．水分
煤中的水分直接影响煤的使用、运输和储存。水分增加，煤的有效成分相对减少，另水分在煤燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。煤中的水分增加了无效运输，特别是在冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车。
煤中的水分按其存在形态可分为三种：外在水分、内在水分、结晶水。外在水分附着在煤颗粒表面，很容易在常温下的干燥空气中蒸发。内在水分吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水，需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。结晶水是指以化和方式同煤种矿物质结合的水。
2.灰分
煤中的灰分是指煤中所有可燃物完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩余的残渣。
灰分是煤中的有害物质，同样影响煤的使用、运输和储存。灰分增加，煤中可燃物含量相对减少，降低煤的发热量，加剧设备磨损，增加排渣量。
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