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1、化工工艺学化工工艺学化工工艺学化工工艺学 无机部分无机部分无机部分无机部分 两者相辅相承，密不可分两者相辅相承，密不可分化学工艺化学工艺化学工程化学工程以生产产品为目的以生产产品为目的以强化过程为目的以强化过程为目的工艺路线、流程工艺路线、流程单元操作单元操作化学过程n化学工程与化学工艺的区别？两两者者是是密密不不可可分分，它它们们相相配配合合，可可解解决决化化工工过过程程中中的的各种问题。各种问题。未反应物料循环未反应物料循环副产物综副产物综合利用合利用例1 氨的合成CaC2N2 CaCN2+CCaCN2+3H2O CaCO3+2NH3(1)氰化法氰化法实现上述反应，工业上构建的工艺流程化学
2、工艺化学工艺(2)直接合成法N2+3H2 2NH3根据氢气和氮气来源的不同，构成不同的工艺根据氢气和氮气来源的不同，构成不同的工艺1）电解水+空气分离2）碳+水蒸汽+空气 高温反应生成氢+氮+CO+CO2化学工艺的内容化学工艺的内容构建由不同单元构建由不同单元操作连接的工艺操作连接的工艺流程流程强化单元操作，提高各强化单元操作，提高各单元操作效率单元操作效率化学工程的内容化学工程的内容例例2 变换反应过程变换反应过程反应方程式：CO+H2O CO2+H2高温：280-400 半水煤气首先升温，在高温反应，然后降温。根据采用的催化剂不同，反应器操作温度不同，工艺流程也有所不同。化学工艺的不同化学
3、工艺的研究内容。(1)中变流程中变流程采用中温变换催化剂，操作温度为350-430(2)中串低变中串低变（3）全低变流程）全低变流程（4）化学工程开发的典范）化学工程开发的典范-垂直筛板垂直筛板塔的推广应用塔的推广应用饱和热水塔改造，在全国上百个合成氨厂推广。饱和热水塔改造，在全国上百个合成氨厂推广。强化气液接触效果，提高塔传质效率。正元公司集团例3 甲醇制烯烃煤煤合成气合成气甲醇甲醇乙烯丙烯石油石油乙烯丙烯乙烯丙烯裂解工艺的改变往往是革命性的革新可使用可使用5050年年可使用可使用200200年年？无机化工工艺学无机化工工艺学n无机化工工艺学是大学化工专业的一门专业课，研究无机物无机化工工艺
4、学是大学化工专业的一门专业课，研究无机物生产工生产工艺艺的学科，知识面宽，是化学基础理论知识在实际生产中的应用。的学科，知识面宽，是化学基础理论知识在实际生产中的应用。n涉及到的学科：无机化学、物理化学、分析化学、化工原理、化工涉及到的学科：无机化学、物理化学、分析化学、化工原理、化工设计概论、化工设备。设计概论、化工设备。n主要产品：硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、主要产品：硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、合成氨合成氨、化学肥料。、化学肥料。n涉及到的设备：换热装置、分离装置、反应装置、流体输送设备。涉及到的设备：换热装置、分离装置、反应装置、流体输送设备。n无机化工特点：生产量大、原料易得、设
5、备庞大、附加价值低、用无机化工特点：生产量大、原料易得、设备庞大、附加价值低、用途广泛。途广泛。课程的基本内容课程的基本内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 粗原料气的制取粗原料气的制取第三章第三章 一氧化碳变换一氧化碳变换第四章第四章 硫化物的脱除硫化物的脱除第五章第五章 二氧化碳的脱除二氧化碳的脱除第六章第六章 原料气的精制原料气的精制第七章第七章 氨合成氨合成第八章第八章 尿素生产简介尿素生产简介 第一章 绪 论第一节第一节 氨的发现与制取氨的发现与制取第二节第二节 合成氨生产技术发展合成氨生产技术发展第三节第三节 我国氨合成工业的发展方向我国氨合成工业的发展方向第四节第四节 合成氨生
6、产的典型流程合成氨生产的典型流程第五节第五节 氨的性质和用途氨的性质和用途本章节的重点了解合成氨的原料种类了解合成氨的原料种类氨生产的工艺种类氨生产的工艺种类合成氨所需要的理论能耗合成氨所需要的理论能耗掌握氨的物理和化学性质掌握氨的物理和化学性质氨的用途氨的用途第一节第一节 氨的发现与制取氨的发现与制取焦炉气除氢、甲烷等外。含氨焦炉气除氢、甲烷等外。含氨8-11g/m8-11g/m3 3。但因回收的氨量不能满足需要，促使人们研究从空但因回收的氨量不能满足需要，促使人们研究从空气中将游离态氮转变成氨的方法。气中将游离态氮转变成氨的方法。17541754年年 普里斯特利普里斯特利(J(JPries
7、tley)Priestley)在加热氯化铵和石灰混合物时发现了氨在加热氯化铵和石灰混合物时发现了氨17841784年年 伯托利伯托利(CLBenhdle)(CLBenhdle)确定氨的组成：氮和氢确定氨的组成：氮和氢1919世纪中叶，炼焦工业兴起世纪中叶，炼焦工业兴起1 1、氨的发现、氨的发现30年(一一)氰化法氰化法 1898年弗兰克年弗兰克(AFrank)等人发现等人发现CaC2N2 _CaCN2+CCaCN2+H2O CaCO3+2NH319051905年在德国建成世界第一座氰氨年在德国建成世界第一座氰氨化钙的工业装置。氨主要用于炸药。化钙的工业装置。氨主要用于炸药。1000(二)直接合
8、成法N2+3H2 2NH3德国物理化学家纳斯特根据化学德国物理化学家纳斯特根据化学热力学原理计算热力学原理计算1901年，法国化学家吕年，法国化学家吕.查得利进查得利进行实验，不幸混入空气行实验，不幸混入空气爆炸不可能错误热力学数据失败1905年，德国化学家哈伯计算不同年，德国化学家哈伯计算不同压力温度下氨的平衡含量，从理论压力温度下氨的平衡含量，从理论上证明此反应可行上证明此反应可行循环法催化剂：催化剂：锇锇铁铁铀铀2500配方6500次实验高压、高温和有催化剂高压、高温和有催化剂1918年诺贝尔化学奖哈伯,F.Fritz Haber 18681934 德国物理化学家1909年年7月月2日日
9、,哈伯在哈伯在实验实验室内室内在17.520MPa和500 600下进行合成氨的实验，得到6氨。其后其后,在在博施博施的的协助下助下,成功地解决了工成功地解决了工业业生生产产中的技中的技术问题术问题（如如氢对钢材氢对钢材的腐蚀、高压反应器的结构、制取氢氮原料气的方法的腐蚀、高压反应器的结构、制取氢氮原料气的方法）。一、一、合成氨的原料合成氨的原料氨氢氮空气空气燃料煤煤石脑油焦炭天然气石油炼厂气块煤粉煤水煤桨 焦炉气重油渣油水电解第二节第二节 合成氨生产技术发展合成氨生产技术发展煤水煤浆焦炉气1 传统型蒸汽转化制氨工艺阶段传统型蒸汽转化制氨工艺阶段2 低能耗制氨工艺阶段低能耗制氨工艺阶段3 部分
10、氧化的重油或煤气化部分氧化的重油或煤气化4 传统型制氨装置的节能增产改造传统型制氨装置的节能增产改造5 装置单系列产量最大化阶段装置单系列产量最大化阶段二二 合成氨生产技术发展合成氨生产技术发展总总 产产 量量：5万吨4500万吨生产规模生产规模：1000吨45万吨(50万吨)流程改进流程改进：1）、）、生生产产能能力力高能耗高能耗节能型节能型日日 产产 量量：1040吨吨世界第一世界第一45.6GJ28.9GJ(1)天然气为原料的大型氨厂：天然气为原料的大型氨厂：日产日产1000t的合成氨装置吨氨能耗已从的合成氨装置吨氨能耗已从40.19GJ 29.31GJ。(2)天然气为原料的中型氨厂：天
11、然气为原料的中型氨厂：日产日产450t氨的氨的LCA工艺，实际吨氨能耗为工艺，实际吨氨能耗为29.31GJ。(3)煤为原料的小型氨厂：煤为原料的小型氨厂：生产规模为年产生产规模为年产25kt氨尽量减少蒸汽消耗、充分氨尽量减少蒸汽消耗、充分回收和合理利用工艺余热，已经做到合成氨生产蒸汽自给。每吨氨耗原料回收和合理利用工艺余热，已经做到合成氨生产蒸汽自给。每吨氨耗原料煤煤1000kg、耗电、耗电1000kwh，总能耗，总能耗 42.28GJ。2）、热能综合利用：能耗降低）、热能综合利用：能耗降低 制气制气10001000常温脱硫常温脱硫 4 45 500变换变换常温（低温）常温（低温）脱碳脱碳49
12、0 490 氨合成。氨合成。理论能耗理论能耗：20.15实际能耗实际能耗：GJ3 3）、自动化程度提高）、自动化程度提高 微机控制微机控制 连锁装置连锁装置 报警装置报警装置 自动分析仪器自动分析仪器4 4）、）、操作环境的改善操作环境的改善5 5）、）、新技术的应用新技术的应用第三节第三节 我国氨合成工业的发展及方向我国氨合成工业的发展及方向-从建设中型氮肥厂开始从建设中型氮肥厂开始19561956年，年，化工部化工设计院自行设计年产化工部化工设计院自行设计年产7.57.5万吨合成氨装置以及建设了万吨合成氨装置以及建设了四川化工厂。四川化工厂。19581958年年，原化工部氮肥设计院编制了年
13、产，原化工部氮肥设计院编制了年产5 5万吨合成氨的定型设计，相继万吨合成氨的定型设计，相继建成了衢州化工厂合成氨分厂、吴泾化工厂和广州氮肥厂。建成了衢州化工厂合成氨分厂、吴泾化工厂和广州氮肥厂。1964196419661966年，我国建设了四川泸州天然气化工厂。其合成氨装置从英年，我国建设了四川泸州天然气化工厂。其合成氨装置从英国引进，采用天然气加压蒸汽转化法制合成氨原料气，年产合成氨国引进，采用天然气加压蒸汽转化法制合成氨原料气，年产合成氨1010万万吨；其尿素装置从荷兰引进，采用水溶液全循环法，年产尿素吨；其尿素装置从荷兰引进，采用水溶液全循环法，年产尿素1616万吨。万吨。1965196
14、5年年，陕西兴平化肥厂开始建设从意大利引进的年产，陕西兴平化肥厂开始建设从意大利引进的年产5 5万吨合成氨重油万吨合成氨重油加压部分氧化法装置，国内配套合成氨、硝酸、硝铵部分，于加压部分氧化法装置，国内配套合成氨、硝酸、硝铵部分，于19701970年建年建成投产。与此同时，还采用加压碳化法合成氨流程制碳酸氢铵工艺，之成投产。与此同时，还采用加压碳化法合成氨流程制碳酸氢铵工艺，之后又相继建成了宝鸡等后又相继建成了宝鸡等8 8个厂。个厂。1963年年9月投产时的上海吴泾化工厂，月投产时的上海吴泾化工厂，因厂区及环保问题已于因厂区及环保问题已于2007年年9月拆除月拆除我国第一套自主设计自主建设的年
15、产我国第一套自主设计自主建设的年产2.5万吨合成氨万吨合成氨装置装置 我国小氮肥的发展和壮大我国小氮肥的发展和壮大始于大跃进，始于大跃进，800800吨吨/年年文化大革命，文化大革命，50005000吨吨/年年八十年代，八十年代，1500015000吨吨/年年九十年代，九十年代，4000040000吨吨/年年目前，目前，1515套套“18/3018/30”装置，装置，9090多套多套“8/138/13”装置装置 200个 三、现有合成氨装置及生产能力三、现有合成氨装置及生产能力n天然气天然气(油田气油田气)17)17套套n轻油轻油6 6套套n重油重油9 9套套n煤煤3 3套。套。上海吴泾化工厂
16、和华鲁恒升化工有上海吴泾化工厂和华鲁恒升化工有限公司为国产化装置，其他国外引进。限公司为国产化装置，其他国外引进。大型氨装置：现有大型氨装置：现有3535套套3030万万t/at/an以煤、焦为原料的装置有以煤、焦为原料的装置有3434套套n以渣油为原料的装置有以渣油为原料的装置有9 9套套n以气为原料的装置有以气为原料的装置有1212套。套。中型氮肥装置中型氮肥装置55套，生产能力约为套，生产能力约为500万万t/an下游产品主要是尿素和硝酸铵下游产品主要是尿素和硝酸铵n其下游产品原来主要是碳酸氢铵，现有其下游产品原来主要是碳酸氢铵，现有112112套经过改造生产尿素。套经过改造生产尿素。经经4 4改改6 6或或18301830工程工程n以煤、焦为原料的占以煤、焦为原料的占96%96%，以气为原料的，以气为原料的仅占仅占4%4%。小型合成氨装置小型合成氨装置700700多套，生产能力约为多套，生产能力约为30003000万万t/at/a小氮肥企业协会寿终正寝小氮肥企业协会寿终正寝n20072007年年1111月月2727日，全国小氮肥第日，全国小氮肥第1313次技次技术经验交流会是以
