煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目

附件22018年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表学校名称安徽师范大学实验教学项目名称煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目所属课程名称化学工程与工艺所属专业代码081301实验教学项目负责人姓名张小俊实验教学项目负责人电话[phone]有效链接网址教育部高等教育司制二〇一八年七月填写说明和要求1.以Word文档格式，如实填写各项。2.表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全称和缩写，再次出现时可以使用缩写。3.所属专业代码，依据《普通高等学校本科专业目录（2012年）》填写6位代码。4.涉密内容不填写，有可能涉密和不宜大范围公开的内容，请特别说明。5.表格各栏目可根据内容进行调整。1.实验教学项目教学服务团队情况1-1实验教学项目负责人情况姓名张小俊性别男出生年月1980.10学历研究生学位博士电话[phone]专业技术职务教授行政职务副院长手机[phone]院系化学与材料科学学院电子邮箱[e-mail]地址安徽省芜湖市弋江区安徽师范大学化学与材料科学学院邮编241000教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过5项）；作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时间，不超过10项）；获得的教学表彰/奖励（不超过5项）。自2007年起，一直承担本科生《物理化学》及研究生《电极过程动力学》等专业课的教学工作。教学上尽职尽责，热爱学生，真诚对待学生，深受学生及同行专家的好评。主持项目：1、“化学实验班教学改革与探索”，2013年安徽省本科教学提升计划2、“安徽师范大学化学化工与材料虚拟仿真实验教学中心”，2016年获批省级虚拟仿真中心教学奖励：1、2012年获安徽师范大学教学优秀奖2、2012年获安徽师范大学“第二届青年教师教学基本功大赛”二等奖学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起作用，不超过5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、署名次序与时间，不超不超过5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单位、署名次序、时间，不超过5项）自2007年进校以来，围绕材料电化学研究方向，在超级电容器和电化学传感两个方面开展工作，并取得了系列研究成果。主持项目：1、“金属基复合材料电极的构建及其在肼类化合物中的检测应用”，国家自然科学基金，2010.1-2012.122、“金属基异质结构纳米材料的合成及其在糖尿病检测中的应用”，国家自然科学基金，2011.1-2013.123、“柔性超级电容器电极的可控合成及电化学性能”，国家自然科学基金，2014.1-2017.124、“材料电化学”，安徽省杰出青年基金，2014.7-2016.65、“高能量密度车用超级电容器材料研发”，安徽省科技攻关项目，2016.1-2018.12发表论文：1、High-PowerandHigh-Energy-DensityFlexiblePseudocapacitorElectrodesMadefromPorousCuONanobeltsandSWCNTs,ACSNano3,2013-2019,2011（第一作者）2、ConstructionofuniqueCo3O4@CoMoO4Core/ShellNanowireArraysonNiFoambyactionexchangemethodforElectrochemicalEnergyStorage,JournalofMaterialsChemistryA,3,14578–14584,2015（通讯作者）3、NiCo2O4@MnMoO4core–shellflowersforhighperformancesupercapacitors,JournalofMaterialsChemistryA,4,8249-8254,2016（通讯作者）4、One-stepultrasonicsynthesisofgraphenequantumdotswithhighquantumyieldanditsapplicationinsensingofalkalinephosphatase,ChemicalCommunications,51,948-951,2015（通讯作者）5、EffectiveElectrocatalysisBasedonAg2ONanowireArraysSupportedonCuSubstrate,ACSAppliedMaterials&Interfaces5,10465-10472,2013（通讯作者）学术奖励：1、“功能纳米材料的可控合成、性能及应用”，2012年度安徽省自然科学二等奖1-2实验教学项目教学服务团队情况1-2-1团队主要成员（5人以内）序号姓名所在单位专业技术职务行政职务承担任务备注1张小俊化材学院教授副院长虚拟仿真中心主任、团队负责人2罗时忠化材学院教授化学工程实训/团队负责人3高峰化材学院教授院长科研成果转化实验/团队负责人4许发功化材学院讲师仿真实训教学负责人在线教学服务5赵成安化材学院实验师仿真实训维护/责任人1-2-1团队其他成员序号姓名所在单位专业技术职务行政职务承担任务备注1王伟智化材学院副教授仿真实训教学2云瑞瑞化材学院副教授仿真实训教学3张小璇化材学院副教授仿真实训教学4何心伟化材学院副教授仿真实训教学5王俊化材学院讲师仿真实训教学6王露化材学院讲师仿真实训教学7戴文涛上海华谊能源化工有限公司副总经理、安徽华谊化工公司总经理高级工程师化学工程、科研成果转化8沈浩安徽六国化工股份有限公司正高级工程师化学工程、科研成果转化9王方银安徽美佳新材料股份有限公司高级工程师化学工程、科研成果转化10阮树勇芜湖榕树影像公司软件设计、科研成果转化11赵志博北京欧倍尔软件技术开发有限公司软件设计、科研成果转化技术支持人员12夏建华安徽省化学教研员中学特级教师中学化学实验研究、科研成果转化项目团队总人数：17（人）高校人员数量：11（人）企业人员数量：5（人）注：1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。2.实验教学项目描述2-1名称煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目2-2实验目的目前化工专业学生生产实习，从设备安全角度以及实料生产中存在有害物考虑，普遍存在学生动手少，观察见习多，学生实操机会不多，对工艺流程认识往往仅局限于实习的部分工段上。缺乏整体观。项目依托实习单位的煤制甲醇工艺，模拟60万t/a煤制甲醇生产全过程，采用德士古气化工艺，包括气化、变换、净化、甲醇合成和甲醇精馏五个工段，具有工厂情景化、操作实际化、控制网络化（DCS）、故障模拟真实化，实训安全化等特点。利用半实物装置及虚拟现实技术再现工厂环境，构建“实物现场站+3D虚拟现场站+DCS中控室”相结合的模式。虚（不走实料，避免变换工段CO有毒气体）实结合，实物现场与真实工厂布置一致，提高学生对化工厂的工艺流程、设备布置、化工生产技术的理解能力，巩固所学的理论知识，加强学生的工程设计能力。2-3实验原理（或对应的知识点）知识点数量：5（个）（1）煤原料气化技术（2）一氧化碳变换（3）炉气净化技术（4）甲醇合成原理（5）精馏分离提纯原理装置基于煤制甲醇生产工艺，模拟60万t/a煤制甲醇生产全过程，采用德士古气化工艺，包括气化、变换、净化、甲醇合成和甲醇精馏五个工段。工艺流程叙述：气化→变换→净化→合成→精制。煤气化工艺原理：水煤浆与氧气经工艺烧嘴混合后进入气化炉，在4MPa、1200℃下进行气化反应，生成以CO、H2、CO2为主要成分的粗合成气。气化炉内的反应很复杂，一般认为分三步：a、煤的裂解与挥发份的燃烧水煤浆与氧气进入燃烧室后，水分迅速蒸发为水蒸气，煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物及挥发份在高温、高氧下迅速完全燃烧，同时煤粉变为煤焦，放出大量反应热。因此，在合成气中不含有焦油、酚类和高分子烃类。这个过程相当短暂。b、燃烧及气化反应煤裂解后生成的煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO、CO2等气体，放出反应热；另一方面，煤焦又和水蒸气、CO2发生气化反应，生成CO、H2。c、气化反应经过前面两步的反应，气化炉内的氧气完全耗尽。这是主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。煤制甲醇变换原理把气化工序送来的经过洗涤冷却后合格的粗煤气送入变换工段，经部分耐硫变换，调节有效气组成H2/CO=2.2左右的变换气，同时回收热和部分脱盐水等物料。净化技术-低温甲醇洗工艺原理：低温甲醇洗，脱除对甲醇合成有害成分H2S、CO2等。采用吸收-解析分离技术。在T301吸收塔中进行分别吸收，并在后续的甲醇再生过程中，分别解析出来，进行回收利用。CO2送往CO2产品单元，H2S送入到硫回收单元。甲醇合成工艺原理：模拟甲醇合成工段，原料气通过加压送入反应器反应合成甲醇主反应：CO+2H2=CH3OH+90kJ/mol副反应CO+H2→（CH3）2O+H2OCO+3H2→CH4+H2O4CO+8H2→C4H9OH+3H2O18CO+27H2→C18H18+18H2OCO2+H2→CO+H2O产品精制-精馏工艺原理：精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔内通过同时而且多次进行部分汽化和部分冷凝，使其分离成几乎纯组分的过程。精制工段采用四塔（3+1）精馏工艺，包括预塔、加压塔、常压塔及甲醇回收塔。预塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的气体（如CO2、CO、H2等）及低沸点组分（如二甲醚、甲酸甲酯），加压塔及常压塔的目的是除去水及高沸点杂质（如异丁基油），同时获得高纯度的优质甲醇产品。另外，为了减少废水排放，增设甲醇回收塔，进一步回收甲醇，减少废水中甲醇的含量。三塔精馏加回收塔工艺流程的主要特点是热能的合理利用：采用双效精馏方法：将加压塔塔顶气相的冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器热源。废热回收：其一是将天然气蒸汽转化工段的转化气作为加压塔再沸器热源；其二是加压塔辅助再沸器、预塔再沸器冷凝水用来预热进料粗甲醇；其三是加压塔塔釜出料与加压塔进料充分换热。2-4实验仪器设备（装置或软件等）本项目主要包括六部分：仿真工厂整体框架，仿真工厂所需仪表机泵，仿真工厂所需静设备，中控室硬件及DCS控制系统，设备支撑仿真软件学习系统机房整体建设该装置是在约长22m×宽16.8m×高10m(一半区域层高15m)的建设场地内，基于煤制甲醇生产工艺，模拟60万t/a煤制甲醇生产全过程，采用德士古气化工艺，该工艺包括气化、变换、净化、甲醇合成和甲醇精馏五个工段，选用无毒、无害物料，符合化工生产要求，实现正常生产过程，满足国家环保标准。该实训系统所配套的仿真软件如下：软件名称品牌型号甲醇工艺3D虚拟现实仿真软件欧倍尔、DPSP_JCGY3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司合成氨3D虚拟现实仿真软件欧倍尔、DPSP_HCNH3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司大型分析仪器3D仿真软件气相色谱仿真软件欧倍尔、DPSP_QXSP3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司核磁共振仿真软件欧倍尔、DPSP_HCGZ3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司同步热分析仪仿真软件欧倍尔、DPSP_TBRFX3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司化工实训3D仿真软件3D流体输送综合实训装置仿真软件欧倍尔、DPSP_LTSSZ3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司3D传热过程综合实训装置仿真软件欧倍尔、DPSP_CRGCZ3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司3D精馏实训装置仿真软件欧倍尔、DPSP_JLSX3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司3D吸收与解吸实训装置仿真软件欧倍尔、DPSP_XJSX3.0北京/北京欧倍尔软件技术开发有限公司2-5实验材料（或预设参数等）包含煤制甲醇生