【应用化工系】煤气化生产技术--教案

 
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本单元课题 绪论 课  次 本单元共_3_课次
授课地点 博学楼403
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解煤气化应用及发展
教学目标
详细分析
知识目标 掌握煤气化应用 技能目标 了解煤气化在新型煤化工发展中的应用
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 煤气化应用 教学难点 煤气化在新型煤化工中应用
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:当前,我国能源、化工产品的需求出现较高的增长速度,特别是煤化工在能源、化工领域中已占有越来越重要的地位。利用丰富的煤炭资源,将煤通过气化技术生产化工原料、合成氨,生产甲醇、二甲醚、合成油品等洁净液体燃料,使煤化工企业从单纯的能源多元化战略转移向为经济社会发展提供化工原料、洁净能源,并获得较高经济效益的市场自主发展趋势
第一阶段:煤化工起源阶段
煤化工发展始于18世纪后半叶,用煤生产民用煤气;当时在欧洲用煤干馏方法,生产的干馏煤气用于城市街道照明;1840年由焦炭制发生炉煤气来炼铁;1875年使用增热水煤气作为城市煤气。
第二阶段:煤制油发展阶段。
二次世界大战时期,煤气化工业在德国得到迅速发展。1932年采用一氧化碳与氢利用费托(Fishcher-Tropsch)合成法生产液体燃料获得成功,并于1934德国鲁尔化学公司用此研究成果,开始创建第一个F-T合成油厂,1936年投产,1935~1945年期间德国共建立了9个合成油厂,总产量达570kt。
第三阶段:新生产技术(羰基合成)C1化学发展阶段。1975年,美国Eastaman(依斯曼)公司开始了合成醋酐的实验室研究,重点是开发适用的催化剂,以便在工业化生产时能达到的条件下,减少副产物生成。
第四阶段:战略与经济发展阶段。
随着气化生产技术的进一步发展,以生产含氧燃料为主的煤气化合成甲醇、二甲醚,有广阔的市场前景。其中二甲醚不仅是从合成气经甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体,而且也是多种化工产品的重要原料;甲醇除作基本有机化工原料、精细化工原料外,也可作为替代燃料应用。
 
 
  
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本单元课题 煤气化原理 课  次 本单元共8课次
授课地点 博学楼403
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解煤气化原理及技术
教学目标
详细分析
知识目标 掌握煤气化原理 技能目标 了解煤气化的不同技术
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 煤气化技术 教学难点 煤气化技术
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术及方法一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:煤气化方法 、煤气化原理、煤的性质对气化的影响
1.地面气化
将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得、煤气的方法称地面气化。
2.地下气化
煤炭地下气化是将未开采的煤炭有控制地燃烧,通过对煤的热化学作用生产煤气的一种气化方法。
 
根据以上反应产物,煤气化过程可用下式表示:
   在气化过程中,如果温度、压力不同,则煤气产物中碳的氧化物即一氧化碳与二氧化碳的比率也不相同。在气化时,氧与燃料中的碳在煤的表面形成中间碳氧络合物CXOY,然后在不同条件下发生热解,生成CO和CO2。

气化反应时,在固体表面进行非均相化反应分为以下几个步骤:
气体反应向固体表面转移
气体反应物被吸附在固体表面
被吸附的气体反应物在固体表面发生反应而形成中间配合物
配合物分解货与气相中到达固体表面的气体分子发生反应
第一类,气化时不黏结也不产生焦油,代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦、贫煤;
第二类,气化时黏结并产生焦油,代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤;
第三类,气化时不黏结但产生焦油,代表性原料有褐煤;
第四类,以泥炭为代表性原料,气化时不黏结,能产生大量的甲烷。
气化用煤分类
 
反应产物从固体表面解析并扩散到气相
简单地说,灰熔点就是灰分熔融时的温度,灰分在受热情况下,一般经过三个过程:
① 开始变形,习惯上称开始变形温度,用T1来表示;
② 灰软化,相应的温度称软化温度,用T2表示;
③ 灰分开始流动,相应的温度称流动温度,用T3表示
燃料的灰熔点和成渣性对气化的影响
煤其他性质对气化的影响
.煤的黏结性对气化的影响
2.煤的反应性对气化的影响
一般以二氧化碳的还原系数来表示:
3.煤的机械强度和热稳定性对气化的影响
(1)煤的机械强度
(2)煤的热稳定性
 
  
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本单元课题 空气分离 课  次 本单元共_6课次
授课地点 博学楼403
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解煤气化应用及发展
教学目标
详细分析
知识目标 掌握空气分离技术 技能目标 了解空气分离技术的分类
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 空气分离的方法 教学难点 空分技术
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:空气物化性质(氧-氮二元系气液平衡) 2.氧-氮二元系的气液平衡
由氧和氮组成的均匀混合物,称为氧--氮二元体系。当二元混合物为液态时,称二元溶液,此时,氧、氮可以任意比例均匀混合,组成各种不同浓度的气体混合物及溶液,相同压力下不同浓度溶液的饱和温度不同。
第二节 深冷分离工艺技术及主要设备
1.空气的净化
(1)机械杂质的脱除
(2)水分及CO2的脱除
(3)碳氢化合物的脱除
(4)冷箱前端净化
2.空气的液化
(1)节流膨胀(焦耳--汤姆逊效应)
(2)等熵膨胀 
(3)深度冷冻循环的发展过程 
3.空气的分离
空气经低温液化后,产生了气液两相平衡的氧氮混合物。利用液体精馏的原理即可将液体空气进行分离。
4.工艺流程
根据操作压力进行分类,空分操作可分为高、中、低压三种流程。即高压(7.1~20.3)MPa、中压(1.5~2.5)MPa和低压(<1MPa)。目前大、中型空分装置普遍采用低压流程,操作压力在0.6MPa左右。
5.KDON-3200/3200型空分工艺流程
(1)空气的压缩与预冷
(2)空气中水分、CO2的脱除与深度冷冻
(3)空气的精馏分离
第三节 主要设备及其操作
一、双级精馏塔
空气分离的主要设备之一的双级精馏塔,其结构如图3-5所示。由常压操作的上塔、加压操作的下塔和连接上下塔的冷凝蒸发器组成。
二、可逆式换热器
可逆式换热器也称为板翅式换热器,如图3-7所示,是由隔板、波形翅片和封条三部分组成,在相邻两隔板之间放置翅片及封条组成夹层,称为通道。也可采用以石头或铝带为填料的蓄冷器代替可逆式换热器。
第四节 生产操作的具体步骤
开车过程
正常操作
异常现象及处理
变压吸附工艺技术及主要设备
概  述
变压吸附基本原理
变压吸附主要设备与流程
 
  
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本单元课题 气化过程生产技术 课  次 本单元共_12课次
授课地点 博学楼402
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解气化生产技术的分类方法
教学目标
详细分析
知识目标 掌握移动床、熔融床气化技术 技能目标 了解煤气化技术的分类
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 移动床、熔融床 教学难点 移动床
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:
第一节 概述
影响气化主要因素
煤气化过程的主要评价指标
气化炉分类及结构
第二节 移动床气化工艺
移动床床层结构及温度分布
常压发生炉煤气生产工艺
常压发生炉煤气生产工艺
氧化层带温度高,气化剂浓度最大,发生的化学反应剧烈,主要的反应为:

1.加压气化生产特点
(1)原料选择
(2)生产过程控制 
(3)气化产物
(4)煤气输送
2加压气化生产工艺
 
 
  
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本单元课题 煤气净化技术 课  次 本单元共_8课次
授课地点 博学楼402
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解气化生产技术的分类方法
教学目标
详细分析
知识目标 掌握煤气中的杂质及脱除方法 技能目标 了解杂质的分类
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 除尘 教学难点 除尘的原理及设备
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:
第一节 概述
煤气中的杂质及其危害
煤气中杂质的脱除方法
第二节 固体颗粒的清除——除尘
除尘的原理及方法
除尘的主要设备
第三节 一氧化碳的变换
变换反应
变换催化剂
工艺条件
工艺流程
第四节 脱硫
煤气脱硫方法分类
湿法脱硫
干法脱硫
第五节 二氧化碳的脱除
(一)热碳酸钾法
1.基本原理
碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下:
a. 吸收硫化氢。
b. 吸收COS和CS2。
c. 吸收RSH和HCN。
d. 对烃类的吸收。
e.对有机酸(主要为醋酸)的吸收。
溶液的再生
再生后的溶液中仍含有少量的碳酸氢钾,溶液的再生程度用再生度fC表示,其定义为:
(二)活化MDEA(MDEA)法
 MDEA即N-甲基乙醇胺(R1R2R3N),其结构式为
 
 
  
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本单元课题 合成氨技术 课  次 本单元共_8课次
授课地点 博学楼402
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解气化生产技术的分类方法
教学目标
详细分析
知识目标 掌握合成氨生产技术及合成塔结构 技能目标 了解合成氨的用途及发展前景
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 合成氨的生产 教学难点 氨合成塔设备
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:
第一节 概述
氨的物理性质与化学性质
氨的用途
合成氨工业的发展概况
合成氨生产的基本过程
第二节 合成氨的工艺流程
氨合成基本工艺步骤
典型的工艺流程
第三节 工艺条件的选择
压力 温度 空间速率 进塔气组成
第四节 脱硫
第四节 氨合成塔
结构特点及基本要
几种典型冷管式内件的分析
冷激式氨合成塔
第五节 氨合成塔的操作与控制管理
温度的控制
压力的控制
循环量的控制
氢氮比和惰性气体含量的控制
 
 
  
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本单元课题 甲醇生产 课  次 本单元共_6课次
授课地点 博学楼402
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解甲醇的生产技术及设备
教学目标
详细分析
知识目标 掌握甲醇的合成技术及设备 技能目标 了解粗甲醇的精制
 
态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 甲醇的生产 教学难点 甲醇的生产设备
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:
第一节 甲醇性质和用途
甲醇性质
甲醇的用途
第二节 甲醇合成技术
甲醇合成方法
合成工艺条件控制
甲醇合成主要设备

催化剂选用及发展
合成操作与控制管理
第三节 粗甲醇精制
粗甲醇组成
精制方法及原理
精馏工艺流程
精馏操作与管理
 
 
  
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本单元课题 二甲醚的生产 课  次 本单元共_6课次
授课地点 博学楼402
教学用具 多媒体
教学方法 讲授法、讨论法
教学目标 了解二甲醚的生产技术及设备
教学目标
详细分析
知识目标 掌握二甲醚的合成技术及设备 技能目标 了解二甲醚合成反应器及生产工艺流程 态度目标 培养学生的专业兴趣
教学重点 二甲醚的生产 教学难点 二甲醚的合成反应器
教学重难点的解决方法 运用讲授法、演示法、练习法、讨论法使学生掌握重点、突破难点
参考资料 大规模煤气化技术 许世森
教学反思 过本节课的学习学生对煤气化技术一定的认识,但内容较多不够清晰、准确,在以后教学中应让学生多观察,多讨论。
                     
 
 
 
 
教学组织过程设计

 

 

 
1、督促学生提前进入教室,预习本节课内容
2、教学内容:
第一节 二甲醚性质和用途
二甲醚性质
二甲醚用途
第二节 二甲醚合成工艺
二甲醚合成生产方法
二甲醚合成工艺条件控制
二甲醚合成反应器及生产工艺流

三、二甲醚合成反应器及生产工艺流程
1.甲醇气相脱水法流程

2.固定床气相法工艺流程
3.浆态床液相法工艺流程
第三节 二甲醚操作与控制管理
准备程序
开车程序
正常生产操作
停车程序概述
常见不正常工况及处理
 
 
 
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