无机化工工艺学PPT课件

化工产业简介，化工产业产品有：化学原料、化肥、三大合成材料、染料、香料、涂料、感光材料、橡胶材料、新材料、制药、杀虫剂、炸药、各种试剂、添加剂、日常化学物质等很多。一般来说，化学产业可以分为无机化学产业和有机化学产业，即无机化学产业和有机化学产业。基本无机化学三酸、两碱、氨、化肥精细无机化学各种试剂、药剂、日用化工产品、稀有元素等电化学产业氯碱产业、湿法电化学冶金、电石生产等硅酸盐工业玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等矿物涂层和颜料生产、3，2，有机化学，基本有机化学三烯三苯乙炔萘；生产甲醇、甲醛、乙烯系、丙烯系及芳香烃产品等精密有机化学各种试剂、药剂、香料和农药、染料工业和各种中间体(医药、农药、颜料)等高分子化学产业的三大合成、薄膜材料等的燃料化学工业用石油、天然气、煤的化学加工等食品工业，4，3，美国化学工业分类(SIC)，28化学物质和相关产品281工业无机化学剂282塑料和树脂，合成橡胶，合成纤维和人造纤维283药品284肥皂，洗涤剂，清新剂，香料，化妆品和卫生剂285涂料，清漆，5，4，化工产业特性，在国家经济中占有重要地位的多元材料光工艺路线多形态化规模经济性综合利用高油联产产品和副产品先进科技化水平，高生产效率(催化剂、高温高压、快反应速度、材料、3废物)，6，无机化学工艺学课程-内容介绍，化学工业：以自然资源为原料生产基本化学原料的过程包括反应的基本原理、工艺及工艺条件、与工艺相关的设备等。化学工业也称为化学加工工业，是生产过程中化学方法占优势的工艺工业的总称。)无机化学产业：以硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等无机酸为原料生产的自然资源和工业副产品、纯碱、烧碱、氨、肥料和无机盐等化工产品的产业，包括硫酸产业、纯碱产业、氯碱产业、氨产业、化肥产业和无机盐产业。广义上还包括无机非金属材料和陶瓷、无机颜料等微无机化学物质。讲座内容：氨生产工艺、尿素生产工艺、硫酸生产工艺、纯碱生产工艺、无机精细化工生产工艺。7、无机化学-特性，为单位运营的形成和发展奠定了基础，作为化工行业初步发展的部门，主要产品主要是用途广泛的基本化工原料。与其他化学产品相比，无机化学产品的产量比较大。8，化工生产基本原料简介，石油、煤、天然气、农林副产品，各种矿物。世界能源消耗：石油40%，煤27%，天然气23%，核能7%，水3%。2004年世界石油产量排名前五：俄罗斯、沙特、美国、伊朗、中国。中国石油产量1.75亿吨，储量25亿吨，天然气储量1.51亿吨。2004年中国煤炭产量为19.8亿吨，居世界第一位。9，化学工艺-学习要求，学习要求：了解上述典型大型化工工艺的生产原理、热力学和动力学特性、催化剂特性、主要设备的结构和特性、工业生产方法、工业原理、工艺流程。让学生深入了解基础化学工业的典型过程。笔记作业学习过程图(看)，10，化学技术学习图，11，11，第一氨目录，第一章：介绍第二章：固体燃料气化第三章：一氧化碳转化第四章：原料气净化脱硫第五章：原料气净化脱硫第五章：二氧化碳脱除第六章：原料气最终净化第七章3360氨的合成第八章：氨生产探讨。12，第一章介绍，13，13，(a)，物理特性标准状态下无色气体特殊刺激性气味。在20 加压氨为0.8MPa时，液化是无色液体。液氨或干燥的氨不会被大部分物质腐蚀，有水的时候会被铜、银、锌等金属腐蚀。氨和空气或氧气的混合物可以在一定浓度范围内爆炸，当有饱和水蒸气时，氨-空气混合物的爆炸边界更窄。(b)，化学性质(略)，第一，氨的性质，14，14，80%左右的氨用于制造化肥，其馀的用作生产其他化学产品的原料。氨主要用于工业上制造炸药和各种化学纤维和塑料。氨的其他工业用途也很广泛。例如，制冰、空调、空调等使用制冷剂，也应用于冶金工业、医药、生物化学。第二，氨的用途，15，15，(a)氰化方法，(b)有直接方法、高压、高温和催化剂的情况下，将氮和氢直接合成氨的生产方法。目前氨基本上使用这种方法。第三，生产方法，16，16，4，氨生产技术的发展，1913年在德国Oppau建设了第一家工业化的合成氨厂，日产30t氨。一战后，各国根据德国强行公开的氨技术开发了几种不同的方法。但是氨产量慢慢增加。第二次世界大战结束后，由于技术的进步，有了迅速的发展。1.原料构成时：以固体燃料(焦炭、煤等)为主，转变为以气体或液体(天然气、石脑油、重油)原料为主的氨。(1)以固体燃料为原料，在最初制造氨的氨厂以焦炭为原料，20年代以后，焦炉煤气深度冷冻分离制氢的方法开始出现。之后研究了组煤的连续气化，开发了流化床煤气化工艺。直到第二次大战结束，煤和焦炭一直是氨的主要原料。17，(2)以煤气燃料或固体燃料为原料生产氨的20世纪50年代开始用天然气制造氨，由于天然气输送管线、投资性、能源消耗少，直到20世纪60年代末，主要外国产氨停止使用焦炭、煤作为原料，而以天然气、重油等为原料的天然气比重继续提高。下表比较了各种原料的日产104.3t氨厂的相对投资和能源消耗。每个国家的资源都不同，但原料的基本方向相同，主要资源条件是氨的原料，首先考虑天然气和油田气体，其次是石脑油和重油。注：如果你看一份文献。18，2，生产规模上：形成了单系列合成氨厂的大型化，上世纪50年代以前氨合成塔的最大产能为日本产200t氨到60年代的400t。要扩大合成氨厂的规模，需要安装多个平行系统。随着技术水平的提高，成功开发了用汽轮机驱动的高压离心压缩机，美国凯洛格公司利用工程余热副产品高压蒸汽作为动力，建设了日产544.31t和907.19t合成氨厂，实现了单系列合成氨厂的大型化。大型化的优点是投资成本低、能源利用率高、占地面积小、劳动生产率高等。19，目前世界最大的合成氨厂是日产1800t氨。大型化的缺点：大型设备的要求长期运行，对机器和设备的高质量要求，超过一定规模，优越性就不明显了。以下两幅图分别是工程投资、运营成本和生产规模之间的关系。20，3，低能耗新技术目前氨能耗约占世界能源消费的3%，中国氨能源消费约占全国能源消费的4%。能源消耗是衡量氨的技术水平和经济效益的重要标志。(1)理论能耗行业中一般计算氨生成过程理论能耗的热值。热值：单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧时释放的热量。21，22，2，节能的发展，能源消耗中新技术的持续开发，能源消耗也不断减少以天然气为原料的大型合成氨厂的能源消耗，如图1-1-7所示：4，计算机应用实现了自动化操作控制。现有的控制系统是独立的计量系统，现在一些小工厂的压力、温度、液位等都是独立的计量系统，现在随着计算机的应用，操作控制系统飞速发展，分布式控制系统(DCS)应运而生。在23，23，50年代恢复和扩大旧工厂的同时，引进了苏联生产50kt的3套设备；60年代，英国引进了生产100kt的装置，在全国建设了很多小型氨。20世纪70年代，西方国家引进了多台大型设备(年产量300kt以上)。20世纪80年代以后，我国设计的装置开始用于生产。中国氨的介绍，24，24，中国合成氨生产工艺技术现状，中国合成氨厂大、中、小共存模式，2004年总生产能力为4260万t/a。大型氨厂30套，设计能力900万t/a，实际生产能力1000万t/a；中型氨厂55套，产能460万t/a；小型合成氨厂700多家，产能2800万t/a。2004年我国产量为4222万吨，居世界第一。25，25，氨生产工艺概述，目前主要生产工艺：(1)以煤气生产煤或原油、天然气为原料，以氮、氢为原料制造。(2)净化原料气体中的杂质：用ppm等级去除CO、CO2、s等。(3)要压缩和合成氨，需要高温、高压，净化的合成气原料气必须压缩到1530MPa，450左右，才能在催化作用下在合成塔内顺利生成氨。主要流程是图1.1和图1.2。26，26，氨生产工艺概述，图1.1氨生产工艺，煤气，除尘，脱硫，CO转换，CO2去除，压缩，少量CO和CO2去除(净化)，合成，空气，煤(或天然气)，以及，第27，2章，固体燃料气化，第一，原料气体制造方法2，煤气化原理3，制造半水气体的工业方法4，氧气-蒸汽连续气化方法*，28，28，1，原料气制造方法，1，概述：从当前产业用天然气、炼厂气、石脑油、焦炉气、重油、焦炭和煤氨生产。近10多年来，我国氨原料的构成以煤和焦炭为主。我国煤炭产量居世界第一，煤炭资源储量丰富，短时间内煤和焦炭主要以氨为主。煤的形成：29，2，煤与气化炉的关系：固定层UGL气化炉和鲁奇(Lurgi)炉要使用灰色熔点高、机械强度好、热稳定性好、碳含量高的优质无烟煤。流化床温凯勒，可使用高活性粉末褐煤。K-t(科菲pers-totzek)高炉和Texaco (Texaco)高炉气化了不同性能的粉煤灰，对煤质的要求不苛刻。3、气体分类：(1)用煤气制造的煤气可以用作氨原料气中氮的来源。(2)水蒸气作为气化剂制造的含水气体。氢和一氧化碳的含量在85%以上。主要用作氨原料气体的氢源。(3)混合气体是以空气和适量水蒸气的混合物为气化剂制造的气体。主要用作工业气体燃料。30，(4)半水煤气分别使用空气和水蒸气作为气化剂，然后将单独制造的空气气体和水气体混合后，与气体中(H2 CO)和N2的摩尔比3.1-3.2的比例混合。也可以直接控制气化剂空气和水蒸气的流动，制造反水气体，作为反水气体的专用原料。下表列出了无烟煤和其他气化制的几种工业气体的组成。甲烷和硫化氢的量不同，但实际上，即使使用相同的煤，气体成分也因气化炉和气化条件而异。31，2，气化原理，气化炉中煤的气化过程包括干燥、热解和热解的碳和气化反应阶段。(a)，煤的干燥：煤的水分有三种：1，据说是吸附在煤表面的外电。2、煤结构微孔吸附的吸附水分；3、煤中氧基团-OH和-coh连接的水称为化学键状态水。其中1和2的水如果温度超过100 ，可以慢慢释放(这个过程蒸发)。3的结合状态的水在150 300时开始分解，释放CO2和CO。32，(2)煤的加热分解1，煤的热解宏观形式如下：2、煤的热解具体阶段煤的热解首先分解成低分子化合物，然后进行聚合、异构化、烷基化。温度上升到250 后，挥发性碳氢化合物开始释放。温度在375-425 时，煤开始具有塑性，出现润湿、膨胀和抗冻现象。形成熔化状态的沥青，进一步热解碳氢化合物(烷烃、芳香烃)和氢气。温度为600 时，煤开始半焦化，形成木炭结构，主要产物是烷烃，环烷烃，苯酚(原焦油)，33，温度为800 时，碳氢化合物分解为c和H2。到850 分解成焦油和CH4度c和H2。温度最高1000 时煤热解过程基本结束。注意：煤热解产物的组成和含量不同。3、影响煤热解的因素：温度和加热速度的影响a，加热速度慢的情况下，煤在低温区域长时间加热，热解反应的选择性高，早期形成的低分子物质容易积累热量，形成稳定性好的结构，在高温阶段分解少。固体分残留物含量可能会提高。b、快速加热时，低分子挥发性物质产率大，焦油产率低，气体产物增加。压力对煤热解的影响增大，半焦产率及其强度增加，挥发性物质难以逸出，液相产品间热收缩反应增加。34，34，1，使用空气或富氧空气作为气体剂时，碳和氧之间的反应是：C O2=CO2；h 0298=-393.770 kj/mol(1)c 1/2 O2=co；h 0298=-110.595 kj/mol(2)c CO2=2co；h 0298=172.284 kj/mol(3)co 1/2 O2=CO2；H0298=-283.183kJ/mol(4)以(3)的形式计算平衡成分，反应的平衡常数如下表所示，(3)，气化反应的化学平衡，35，下次计算均衡成分吧。O2与c反应一起产生CO2，CO2的平衡转化率为，总压力为p；空气中N2/O2的摩尔比79/21=3.76计算基准1 mollo 2。C CO2=2CO平衡时：1-。2气象总量=1-2 76=4.76-593；mol求每个组的分压，36，平衡组成计算如下：O2与c反应一起产生CO2，CO2的平衡转化率为，总压力为p；空气中N2/O2的摩尔比79/21=3.76计算基准1 mollo 2。C CO2=2CO平衡时：1-2 气象总量=1- 2 3.76=4.76- 593；mol得到每个组的分压，并在平衡常数表达式中分别替换。 37，整理后：在不同温度下，通过自下而上替换Kp总压力p，可以获得各组的平衡，可