化工工艺学第二章化学工业原料及其加工讲稿.ppt

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1、化工工艺学课件第二章化学工业原料及其加工第一页，讲稿共三十六页哦2.1 2.1 无机化学矿及其加工利用无机化学矿及其加工利用2.1.l 2.1.l 主要无机化学矿主要无机化学矿无机化学矿作用：无机化学矿作用：主要用于生产无机化合物和冶炼金属，其矿物主要用于生产无机化合物和冶炼金属，其矿物资源的开采和选矿称为化学矿山行业，在我国属于资源的开采和选矿称为化学矿山行业，在我国属于化工行业之一化工行业之一。化学矿山的产品非常繁多，仅举主要矿物产品如下：盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿和贵金属和稀有化学矿山的产品非常繁多，仅举主要矿物产品如下：盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿和贵金属和稀有金属矿等。金属矿等。矿物初步加

2、工的主要方法：矿物初步加工的主要方法：分级、粉碎、团固和烧结、精选、脱水和除尘等，应根据使用部门对分级、粉碎、团固和烧结、精选、脱水和除尘等，应根据使用部门对原料的要求来选用其中部分或全部方法。原料的要求来选用其中部分或全部方法。2.1.2 2.1.2 磷矿和硫铁矿的加工利用磷矿和硫铁矿的加工利用1.1.多数磷矿为多数磷矿为氟磷灰石氟磷灰石CaCa5 5F(POF(PO4 4)3 3，经过分级、水洗脱泥、浮选等方法，经过分级、水洗脱泥、浮选等方法选矿除去杂质，成为商品磷矿。选矿除去杂质，成为商品磷矿。磷矿用途：磷矿用途：生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料。生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化

3、物和磷酸盐的原料。第二页，讲稿共三十六页哦生产磷肥的方法有两大类：生产磷肥的方法有两大类：(1)(1)酸法酸法(又称湿法又称湿法)用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，主反应式为硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，主反应式为 Ca FCa F（POPO4 4）3 3+5H+5H2 2SOSO4 4+5nH+5nH2 2O 3HO 3H3 3POPO4 4+5CaSO+5CaSO4 4.nH.nH2 2O+HFO+HF通过萃取和分离得到磷酸，再用氨中和磷酸制得磷酸铵，或将磷通过萃取和分离得到磷酸，再

4、用氨中和磷酸制得磷酸铵，或将磷酸再与磷矿反应制得水溶性的酸再与磷矿反应制得水溶性的重过磷酸钙重过磷酸钙Ca(HCa(H2 2POPO4 4)2 2.H.H2 2OO。(2)(2)热法热法 利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。产品：产品：磷酸盐、元素磷、五氧化二磷和磷酸。磷酸盐、元素磷、五氧化二磷和磷酸。缺点：缺点：生产要消耗较多的电能和热能。生产要消耗较多的电能和热能。2.2.硫铁矿包括硫铁矿包括黄铁矿黄铁矿(立方晶系立方晶系Fe S)Fe S)、白铁矿白铁矿(斜方品系斜方品系FeSFeS2 2)和和磁硫磁硫铁矿铁矿(

5、Fe(Fen nS Sn+1n+1)，其中主要是黄铁矿。，其中主要是黄铁矿。硫铁矿用途：制硫酸，世界上硫酸总产量的一半以上用于生产磷肥和硫铁矿用途：制硫酸，世界上硫酸总产量的一半以上用于生产磷肥和氮肥。氮肥。第三页，讲稿共三十六页哦硫铁矿生产硫酸的过程主要有以下几个步骤：硫铁矿生产硫酸的过程主要有以下几个步骤：硫铁矿硫铁矿 空气空气 98.3%H98.3%H2 2SOSO4 4 水水 浓硫酸溶液浓硫酸溶液 焙烧反应：焙烧反应：FeSOFeSO4 4+O+O2 2 Fe Fe2 2O O3 3+SO+SO2 2 (2-2)(2-2)氧化反应：氧化反应：SOSO2 2+0.5O+0.5O2 2 S

6、O SO3 3 (2-3)(2-3)吸收反应吸收反应:SO:SO3 3+H+H2 2O HO H2 2SOSO4 4 (2-4)(2-4)粉碎粉碎沸腾炉焙烧沸腾炉焙烧SOSO2 2催化氧化催化氧化SOSO3 3吸收吸收第四页，讲稿共三十六页哦主要矿物质的加工利用主要矿物质的加工利用 第五页，讲稿共三十六页哦2.2 2.2 石油及其加工利用石油及其加工利用从从油油田田开开采采出出来来的的石石油油称称为为原原油油，原原油油是是一一种种褐褐黄黄色色或或黑黑色色的的粘粘稠稠液液体体，具具有有特特殊殊气气味味，原原有有的的化化学学组组成成非非常常复复杂杂，主主要要有有碳碳和和氢氢两两种种元元素素所所组组

7、成成的的各各种种烃烃类类，并并含含有有少少量量的的氮氮、氧氧、硫硫化化合合物物。烃烃类化合物分为烷烃、环烷烃和芳香烃。类化合物分为烷烃、环烷烃和芳香烃。原油按组成可分为：原油按组成可分为：石蜡基石蜡基原油含较多的石蜡，烷烃含量超过原油含较多的石蜡，烷烃含量超过50%50%，密度小，凝固点高，密度小，凝固点高，含硫及胶质较少，大庆原油属于此类。含硫及胶质较少，大庆原油属于此类。环烷基环烷基原油含有较多的环烷烃和芳香烃，密度较大，凝固点低，原油含有较多的环烷烃和芳香烃，密度较大，凝固点低，含硫及胶质较多，沥青亦较多。含硫及胶质较多，沥青亦较多。中间基中间基原油的性质介于前两类之间。原油的性质介于前

8、两类之间。第六页，讲稿共三十六页哦2.2.1 2.2.1 石油的组成石油的组成石油是一种有气味的石油是一种有气味的棕黑色棕黑色或或黄褐色粘稠黄褐色粘稠状液体，密状液体，密度与组成有关，相对密度大约在度与组成有关，相对密度大约在0.750.751.01.0。所含元素：所含元素：含量最大的两种元素是含量最大的两种元素是C C和和H H，其质量含量分别为，其质量含量分别为碳碳83838787、氢氢11111414；其他元素的含量因产地不同而有较大的波动，硫含量其他元素的含量因产地不同而有较大的波动，硫含量0.020.025.55.5，氮含量，氮含量0.020.021.71.7，氧含最，氧含最0.08

9、0.08l.82l.82；NiNi、V V、FeFe、CuCu等金属元素只含微量，由十亿分之几到百万分之几。等金属元素只含微量，由十亿分之几到百万分之几。在地下与石油共存的水相中溶有在地下与石油共存的水相中溶有 K K、NaNa、CaCa、MgMg等的氯化物，易于等的氯化物，易于脱除。脱除。石油中的化合物可以分为石油中的化合物可以分为 烃类烃类、非烃类非烃类以及以及胶质和沥青胶质和沥青三大类。三大类。第七页，讲稿共三十六页哦 链式饱和烃链式饱和烃 烃类化合物（碳氢化合物）烃类化合物（碳氢化合物）环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 硫化物硫化物 非烃化合物非烃化合物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物

10、金属有机化合物金属有机化合物 胶质和沥青质胶质和沥青质为了充分利用宝贵的石油资源。要对石油进行为了充分利用宝贵的石油资源。要对石油进行一次加工一次加工和和二次加工二次加工，在生产，在生产出汽油、航空煤油、柴油、锅炉燃油和液化气的同时，制取各类化工原料。出汽油、航空煤油、柴油、锅炉燃油和液化气的同时，制取各类化工原料。表表2-1 2-1 大庆原油的主要理化性质大庆原油的主要理化性质第八页，讲稿共三十六页哦一次加工：一次加工：原油的常压蒸馏和减压蒸馏过程。原油的常压蒸馏和减压蒸馏过程。蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥发度的差别（沸点不同）进行分离的方法，是一种没蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥

11、发度的差别（沸点不同）进行分离的方法，是一种没有化学反应的传质、传热物理过程。有化学反应的传质、传热物理过程。二次加工：二次加工：常减压蒸馏馏份油的进一步化学加工过程。常减压蒸馏馏份油的进一步化学加工过程。主要包括重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解。主要包括重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解。以石油为原料加工出来的产品甚多，按其主要性质和用途可分为以石油为原料加工出来的产品甚多，按其主要性质和用途可分为燃燃料油（汽油、煤油、柴油）料油（汽油、煤油、柴油）、润滑油润滑油、沥青沥青、石油焦石油焦以及以及基本化工基本化工产品产品六大类。六大类。基本化工产品为烯烃（乙烯和丙烯）、芳烃（苯、

12、甲苯、二甲苯）、液化石油基本化工产品为烯烃（乙烯和丙烯）、芳烃（苯、甲苯、二甲苯）、液化石油气和合成气等。以这些物质为原料进一步加工，可以制得各种各样的化工产气和合成气等。以这些物质为原料进一步加工，可以制得各种各样的化工产品和日用产品。品和日用产品。石石油油经经热热裂裂解解生生成成重重要要的的有有机机化化工工原原料料包包括括“三三烯烯”（乙乙烯烯、丙丙烯烯、丁丁二二烯烯）、“三三苯苯”（苯、甲苯、二甲苯）等。（苯、甲苯、二甲苯）等。第九页，讲稿共三十六页哦产品 沸点范围 碳数范围石油气石油气 350 C1624石蜡（轻石蜡（轻,重）重）350 C1828沥青沥青 350 C28石油焦石油焦

13、350 C28 产品（直接使用）产品（直接使用）第十页，讲稿共三十六页哦 规划一个炼油厂应考虑如下因素：规划一个炼油厂应考虑如下因素：（1 1）待处理原油的性质、组成；）待处理原油的性质、组成；（2 2）对石油产品的要求，包括产品种类、质量和数量；）对石油产品的要求，包括产品种类、质量和数量；（3 3）资源综合利用；）资源综合利用；（4 4）工艺装置对原料变更的适应性；）工艺装置对原料变更的适应性；（5 5）技术先进、能耗低、经济合理。）技术先进、能耗低、经济合理。根据主要产品的类型，炼油厂可分为如下四种类型。根据主要产品的类型，炼油厂可分为如下四种类型。（1 1）燃料型炼油厂）燃料型炼油厂以

14、生产汽油、喷气燃料、柴油和燃料油，同时副产燃料气、芳烃和石油焦等。主要加工装置为常、减压蒸馏、催化重整、催化裂化、延迟焦化等。其特点是通过一次加工尽可能将石油中轻质油品抽出，得到汽油、煤油、柴油直溜产品，并利用二次加工工艺将原油中的重质油和石油气转化为轻质燃料油。由于国内燃料产品占石油产品总量的一半以上，故此类型炼厂的数量最多。第十一页，讲稿共三十六页哦（2 2）燃料）燃料润滑油型炼油厂润滑油型炼油厂在生产各种燃料油的同时，还生产各种润滑油原料。通过各种润滑油生产工艺制得润滑油组分，经调配方法制得各种润滑油。（3 3）燃料）燃料化工型炼油厂化工型炼油厂在生产各种燃料油的同时生产炼油气、液化石油

15、气和芳烃等石油化工原料。除此之外，随着对石油化工产品需求的不断增长，一类以此生产化工产品为目的的化工型炼油厂也迅速发展起来。（4 4）燃料）燃料润滑油润滑油化工型炼油厂化工型炼油厂此类炼油厂既生产燃料、润滑油类石油产品，又生产石油化工原料。第十二页，讲稿共三十六页哦 原油预处理（脱盐、脱水、脱硫化物）（1 1）盐和水在原油中的状态）盐和水在原油中的状态 a）一小部分以结晶状态悬浮在油中；b）大部分溶于水并以微粒状态分散在油中形成稳定的W/O乳化液。（2 2）盐和水的危害）盐和水的危害a）油中含水会产生液泛，并且由于水的潜热油，消耗能量b）盐水解会产生酸腐蚀设备c）盐加热易结垢，使热阻增大，传热

16、系数小d）影响二次加工的产品质量第十三页，讲稿共三十六页哦（3 3）脱水脱盐方法）脱水脱盐方法沉降分离第一电脱盐罐第二电脱盐罐沉降分离原油破乳剂盐水含盐3mg/l含水 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤。煤化工范畴内的几种煤加工路线主要有以下几种：煤化工范畴内的几种煤加工路线主要有以下几种：1.1.煤的干馏煤的干馏 煤干馏是在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦煤干馏是在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。煤干馏过程又分以下煤干馏过程又分以下两类两类：煤的高温干馏煤的高温干馏(炼焦炼焦)在炼焦炉中隔绝空气于在炼焦炉中隔绝空气于900

17、9001100 1100 进行的干馏过程。进行的干馏过程。煤的低温干馏煤的低温干馏在较低终温在较低终温(500(500600)600)下进行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和下进行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物。煤气等产物。2.2.煤的气化煤的气化 在高温在高温(900(9001300)1300)下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。第三十五页，讲稿共三十六页哦3.3.煤的液化煤的液化(coal liquefaction)(coal liquefaction)

18、指煤经化学加工转化为液体燃料指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。的过程。煤液化可分为直接液化和间接液化两大类过程。煤液化可分为直接液化和间接液化两大类过程。煤的直接液化煤的直接液化是采用是采用加氢方法加氢方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤使煤转化为液态烃，所以又称为煤的的加氢液化加氢液化。缺点：氢耗高、压力高，因而能耗大，设备投资大，成本高。缺点：氢耗高、压力高，因而能耗大，设备投资大，成本高。煤的间接液化煤的间接液化是预先制成合成气，然后通过催化剂作用将合成是预先制成合成气，然后通过催化剂作用将合成气转化为烃类燃料、含氧化合物燃料。气转化为烃类燃料、含氧化合物燃料。第三十六页，讲稿共三十六页哦