《化学工艺学(第1章)课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学工艺学(第1章)课件（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章,化 工 资 源 及 其 初 加 工,化学工业：原料产品,化工资源,(化学工业的主要原料来源),矿产资源,化学矿,煤炭,石油,天然气,化石燃料矿,海洋资源,空气,水,动植物,化学矿 煤炭 石油 天然气 其他化工资源,化 学 矿,不可再生,节约充分利用 资源丰富(已探明储量20多种) 用途广泛 分布不均 高品位矿储量少(多属贫矿） 选矿较困难、利用较复杂,无机化学矿,盐矿:制造纯碱烧碱盐酸等 硫矿:生成硫酸硫磺等 磷矿:生成磷肥磷酸盐等 铝土矿 锰矿 钡矿 天然沸石 硅藻土:(83%89%SiO2.nH2O) 可作吸附剂或催化剂载体,钾盐矿,硼矿,钛矿,锌矿,盐矿（salt mine ）,
2、来源：海盐、湖盐、井盐和矿盐。 盐是世界上利用最普遍的非金属矿物原料，是人们生存的必需品。 石盐的化学式是NaCl，理论含量：Na 39.34%、Cl 60.66%。 盐在工业上用途很广， “化学工业之母”。工业用盐大部分用于生产纯碱、烧碱、氯气、盐酸、金属钠等。,硫矿,中国以硫铁矿和伴生硫铁矿为主要硫源。 国外硫当前主要来自天然气、石油和自然硫 硫矿的直接应用是生产硫磺和硫酸 主要工业矿物和化合物有：自然硫、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、有机硫、硫化氢及有色金属硫化物中的硫,磷矿和硫铁矿:化学矿产量最大,磷矿(西南、中南 云贵川鄂湘90%）,氟磷灰石Ca5F（PO4）3,分级,水洗 脱泥,浮选脱
3、杂质,商品磷矿,生产磷肥（酸法、热法）,硫铁矿（广东、内蒙、安徽、四川等省85%）,黄铁矿（立方晶系FeS2）,白铁矿（斜方晶系FeS2 ）,磁硫铁矿（ FenSn+1）,粉碎,沸腾炉焙烧,SO2催化氧化,SO3吸收,浓H2SO4,常见矿物质的化工利用,石灰石,煅烧,CaO,CO2,Na2CO3,NaCl,水,电解,NaOH,Cl2,磷灰石,分解,磷肥,硫铁矿,焙烧,SO2,H2SO4,目前我国已形成一比较完整的矿石加工利用工业体系。产品齐全。 受矿产资源限制，必须跟据矿产资源的贮量发展相应的化学工业，提高有效成分利用率，尤其重视贵金属资源的综合利用。,矿资源利用对策 1.加强矿石采选技术的研
4、究，走人工富集的道路 2.加强矿产的综合利用技术研究，尽量从综合体或 复盐中提炼出有用的副产品以提高开采企业的经 济效益 3.针对中国现有矿藏品位低，运输费用高，因而经 济效益不好的现实状况，国家允许从国外进口高 品位的矿石。,化工资源及初步加工 化学矿,煤 炭,种类和特征 化学组成:C、H、O、N、S、P 生成过程和岩相组成 洗煤和储煤 综合利用,中国煤炭资源比石油和天然气丰富。 在20世纪50年代前，煤炭曾是制取有机化学品的主要资源。 有机化学工业是以煤电石乙炔为基础建立起来的。,化工资源及初步加工 煤炭,20世纪50年代后，逐渐被石油和天然气取代。 有机化学工业主要由石油和天然气为原料制
5、得。,随着石油资源的日益枯竭，煤化工和天然气化工将会取代石油化工，或为获取有机化学品的主要来源，有机化学工业也会发生质的飞跃。,煤的种类和特征,无烟煤不是煤化程度最深的煤种，可转化为石墨 煤的分子结构随煤化程度的加深愈加复杂（芳核结构为主） 做为原料制取芳烃、稠环和杂环等类化合物，比石油方便,化学组成：C、H、O、N、S、P,分子结构随煤化程度加深而愈加复杂。,煤的分子结构以芳核为主，配以烷基侧链和含氧，含氮，含硫基团，近似组成为(C135H97O9NS)m,生成阶段,泥炭化,煤化,植物,泥炭,褐煤,烟煤,无烟煤,岩相组成：通过对煤的颜色、光泽、断口来确定。 对其研究，可指导工业生产，指导煤炭
6、分类及炼焦配煤。,煤 炭,H2,H2,H2,OH,CH2,CH2,OH,N,CH2,C,CH,CH3,CH2,CH2,CH2,H3C,N,H2,H2,H2,O,OH,CH2,Given:煤大分子模型,三类煤岩显微组分与四种宏观成分之间的关系,化工资源及初步加工 煤炭,洗煤和煤的储存,选煤厂加工环节 原煤准备 洗煤脱水 煤泥精选回收、洗水澄清 生产技术检查 产品运销,储存 尽量与空气隔绝（防止风化） 水分、气温煤风化发热量少、热加工产率低、粘结性坏、火焰短 煤堆通风散热,矿井,或,原煤受煤设施,入厂原煤,筛分,选矸,大块矸石,选后煤,装运,破碎,或经原煤质量均匀化设施,入洗原煤,洗选和脱水,洗矸
7、,中煤,块精煤,末精煤,煤泥水,总精煤,装运,煤泥回收及洗水澄清,循环水,浮选精煤,脱水或干燥,浮选尾煤,装运,（损失）,选煤厂常用的加工程序图,综合利用,泥炭,保温材料,离子交换剂,原料,褐煤,燃料、肥料,调整剂、稳定剂,烟煤和无烟煤,转化利用,原煤,预处理,燃烧,气化,液化,热解,炼焦,成型,精燃料,低热值煤气,合成气,残渣,半焦,电能,热,还原气,氢,燃料气,车用燃料,化学品,冶金焦,型焦,烟煤和无烟煤的综合利用,几类煤种的主要利用途径,化工资源及初步加工 煤炭,存在问题:,综合利用率低 污染环境 技术上： 加强洁净煤技术研究 煤气化、加氢液化等新技术，提高利用率 合理利用余热 大力发展
8、煤电转化 提高煤岩使用过程废弃物综合利用,提高煤炭综合利用效率的几条主要途径 a.建立联合生产企业。 b.将几个单元合并，成立煤综合体，以提高经济效益。,化工资源及初步加工 煤炭,以煤炭加压汽化生产城市煤气，联产柴油和FT硬蜡工艺流程，是上述将几个煤炭反应单元合并成立煤综合体的一个具体例子,提示语,目前国际石油资源紧缺的情况下,我国富煤少油的资源特点,积极发展煤化工、煤炭的综合利用，对长远摆脱对石油资源的过度依赖具有意义。,2-2、试叙述煤化程度与煤的性质及应用的关系。 答： 在泥炭化阶段，经好养细菌和厌氧细菌 分解，植物开始腐败，植物中的蛋白质开始消失，木质素、纤维素等大为减少，产生大量腐蚀
9、酸。但植物残体清晰可见，水分含量很高，这一阶段得到的泥炭，大量用作民用燃料，工业价值甚小。 在煤化阶段，形成的泥炭在地热、地压的长期作用下，开始进一步演变，首先有无定形的物质转换为岩石状的褐煤，腐植酸大为减少，并发生脱水，增石炭作用（由缩合和叠合作用得到）氢和氧含量降低，褐煤水含量仍高，发热量亦不高，由于缩合和叠合作用处于初级阶段，用作民用燃料、煤气化原料尚可，用作炼焦原料则不宜。在地压和地热的继续作用下，褐煤中的有机质进一步反应，逐步形成凝胶化组份、丝炭组分和稳定组份。由于成煤原料（植物）和成煤条件的差异，形成的上述组分的含量各不相同，所得的烟煤品质也不同。,随着缩合和叠合作用持续地进行下去
10、，结果形成不同煤化程度的烟煤。如长焰煤、气煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。处于焦煤阶段的煤，由于缩合和叠合程度适宜，煤的粘结性好，适合用作炼焦原料。由烟煤演变成的无烟煤，分子叠合程度进一步加深，H、O含量进一步减少，凝胶化组份和稳定组分明显减少，这种煤适合做民用燃料和煤气化燃料，在化工上的应用也不如烟煤重要。 煤化程度演变到石墨阶段，煤分子中H、O已消失，分子排列正规，用加热的方法已不能将其分解，物理、化学性质已同普通煤有相当大的区别，似乎已是另类物质，故不将它列为煤的一个品种。,石 油,性质、组成和分类 预处理 常减压蒸馏 原油加工过程 催化裂化和加氢裂化 催化重整和芳烃抽提 延迟焦化,性质、组成和
11、分类,粘稠液体、有气味 黄、黑褐色 相对密度0.751 热值43.546MJ/kg 多种烃类的混合物 含硫化物、腐蚀性 含氮化物胶质 含氧化物：环烷酸和酚类,轻质原油 API分类 中质原油 重质原油 特稠原油 低硫原油 含硫量分类 高硫原油 石蜡基 化学组成分类 中间基 环烷基,原油,常减压蒸馏,加氢精制,加氢裂化,尿素脱蜡,催化裂化,热裂化,减粘裂化,溶剂脱沥青,延迟焦化,焙烧,催化重整,芳烃分离与转化,氧化沥青,润滑油,调和,溶剂脱油精制,烃化,脱氢,重芳烃分离,，,直馏汽、煤油、柴油,直馏重柴油、减压柴油（蜡油）,减压渣油,沥青,各种沥青,石蜡或地蜡,低凝点油、液蜡,轻、重石脑油,氢裂航
12、煤、柴油，尾油,干气、,、液化气,重整油（汽油）,苯乙烯,苯,乙苯,重芳烃,汽油调和油，三、四甲苯,干气、,催裂汽、柴油，尾油,石油气,热裂汽、柴油，渣油,脱油沥青,焦炭,石油焦,蜡膏,组分油、石蜡、抽出油,石油气、粗汽油、重油,炼油厂 原油加工示意图,破乳剂:非离子型表面活性剂2070等，用量极少。电压一般为1635kV. 注意：注水的目的是溶解结晶盐。,二级脱盐罐,一次注水破乳剂,二次注水,含盐废水,一 、预处理,当原油含硫量高时，脱盐脱水完毕后在原油中还需要加图适量碱性中和剂和缓蚀剂，以减轻在后续加工过程中，硫化物对炼油设备的腐蚀。,混合设施 油、水、破乳剂进脱盐罐前应充分混合，使水和破
13、乳剂在原油中尽量分散到合适程度。一般来说，分散细，脱盐率高.,交直流电脱盐罐,防爆高阻抗变压器 必须限流式供电，要用可控硅交流自动调压变压器，而且必须有良好的防爆性能。,二、原油的精馏,原油精馏塔一般为带外部汽提装置的复杂塔。 原油由第一段中部进入，塔底分出重油，汽油、柴油、煤油在这一段被蒸出。 在塔的第二段被分离成沸点不同的重柴油、轻柴油等油品。提馏段操作是在外部塔中进行的。 第三段底部分离出煤油，汽油从塔顶蒸出。,2.1常减压精馏装置及流程,一般分为三段：初馏、常压精馏和减压精馏。,燃料型原油蒸馏典型工艺流程图,图2-3-03 原油常减压蒸馏流程图,化工资源及初步加工 石油,原油常减压蒸馏
14、装置图,原油常减压蒸馏装置: 常压塔和减压塔,原油常减压蒸馏装置: 冷换框架和换热系统,2.2常减压蒸馏产品,常减压蒸馏产物,2.3常减压蒸馏设备防腐蚀,原油虽经脱盐脱水，但仍含有少量无机盐，可引起设备腐蚀。 主要腐蚀反应 CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2HCl(g) MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 + 2HCl(g) HCl遇水则可引起腐蚀。 Fe + 2HCl(aq) FeCl2 + H2 H2S + Fe F2S + H2 FeS + 2HCl(aq) FeCl2 + H2S,预防腐蚀措施,(1)控制原油电脱盐标准。 (2)脱盐后的原油注碱，将氯化钙和氯化镁转化
15、为氯化钠，中和氯化氢、硫化氢等。 (3)塔顶馏出线注氨，中和残存氯化氢、硫化氢，调节PH值。 (4)塔顶馏出线注缓蚀剂，吸附在金属表面形成抗水性保护膜。 (5)塔顶馏出线注碱性水，冲洗注氨生成的铵盐，中和冷凝的酸性水。,2.4 常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施,提高热回收率是原油蒸馏设备节能的关键。通常采用下列措施来提高原油换热终温： 1分馏塔取热合理分配，增加高温热源的热量 适当减少塔顶回流，从塔的中下部取出高温位热源. 2充分利用中、低温热源 3优化换热流程 应用夹点设计技术,用计算机计算优化的换热系统可使原油换热后的终温由过去的230240提高到285310，减少常压炉的热负荷，燃料消耗量降低约36 %48
