化學(xué)工藝學(xué)講義ppt課件.ppt

1、任課教師：徐喜民 2013年10月,化學(xué)工藝學(xué)講義,2020/9/16,1,2020/9/16,2,目 錄,第一章 緒論 第二章 化工資源及其初步加工 第三章 通用反應(yīng)單元工藝 第四章 無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝 第五章 有機(jī)化工反應(yīng)單元工藝 第六章 煤化工反應(yīng)單元工藝 第七章 精細(xì)化工反應(yīng)單元工藝 第八章 高分子化工反應(yīng)單元工藝,2020/9/16,3,第一章 緒論,一、化學(xué)工業(yè)的范圍和分類： 什么是化學(xué)工業(yè)？ 基礎(chǔ)化工原料：硫酸、燒堿、合成氣（CO+H2）、乙炔、苯 化工原料 一般化工原料：無機(jī)鹽、化學(xué)肥料、有機(jī)醇、酸、酮、醛等 化學(xué)工業(yè)的分類： 從學(xué)科（化學(xué)反應(yīng)類型）分類： 按產(chǎn)品 按行業(yè)管理

2、角度分類： 按行業(yè) 二、化學(xué)工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向： 三、化學(xué)工藝學(xué)與化學(xué)工業(yè)的關(guān)系：,2020/9/16,4,化學(xué)工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向：,現(xiàn)狀：20世紀(jì)90年代以來，化學(xué)工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r包括兩個(gè)方面： 化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)大調(diào)整 西方發(fā)達(dá)國家已將化學(xué)工業(yè)劃分為兩大部類：通用化學(xué)品和高附加值產(chǎn) 品。 化工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和化工技術(shù)研究開發(fā)的進(jìn)步： 重視規(guī)模經(jīng)營、集約化和綜合利用； 化工產(chǎn)品講究多品種、高質(zhì)量、功能化和差別化； 化工新材料的研制； 超細(xì)微技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用； 生物技術(shù)的應(yīng)用； 潔凈煤技術(shù)； 納米材料； 無機(jī)膜技術(shù) 發(fā)展方向： 普遍關(guān)注環(huán)保問題： 通過化學(xué)合成獲得人類的食品，解決糧食問題： 能

3、源結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化： 化工新材料的發(fā)展： 生物化工技術(shù),2020/9/16,5,化學(xué)工藝學(xué)與化學(xué)工業(yè)的關(guān)系：,什么是化學(xué)工藝學(xué)？化學(xué)工藝學(xué)的分類 化學(xué)工藝學(xué)與化學(xué)工業(yè)的關(guān)系： 化學(xué)工藝學(xué)與化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷程： 上古時(shí)代 12世紀(jì) 18世紀(jì)后 19世紀(jì)末到20世紀(jì)50年代 20世紀(jì)50年代后期 21世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn) 化學(xué)工藝學(xué)與化學(xué)工業(yè)的關(guān)系：,2020/9/16,6,第二章 化工資源及其初步加工,化學(xué)工業(yè)的原料有：礦產(chǎn)資源、海洋資源、動物、植物、空氣 和水以及其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)的副產(chǎn)品。其中礦產(chǎn)資源是化學(xué)工 業(yè)的主要原料來源。礦產(chǎn)資源中有：化學(xué)礦、煤炭、石油和天然氣 等。 2-1 化學(xué)礦 2

4、-2 煤炭 2-3 石油 2-4 天然氣 2-5 其它化工資源 課后作業(yè),2020/9/16,7,2-1 化學(xué)礦,中國化學(xué)礦（磷、硫礦）的資源特點(diǎn)和分布狀況： 資源豐富、分布不均； 豐富：居世界第4位； 不均衡：主要分布在云、貴、川、鄂、湘五省，形成“南磷北運(yùn)”的局面。 高品位礦儲量少； 應(yīng)著眼于貧礦利用，進(jìn)行人工富集。 選礦困難，利用復(fù)雜。 中國自產(chǎn)礦石尚不能滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，還要從國外引進(jìn)高品 位的礦石。,2020/9/16,8,2-2 煤炭,一、煤的種類和特征： 二、煤的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)： 三、腐植煤的生成過程及其巖相組成： 四、煤的洗選和儲存： 五、煤炭的綜合利用：,2020/9/1

5、6,9,一、煤的種類和特征：,煤的種類和特征：由于成煤植物和生成條件的不同，煤一般分為三類： 腐植煤：是主要的研究對象，如：泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤。 由高等植物形成的煤稱為腐植煤，在自然界中，它的儲量最大、分布最廣。又可分為：陸植煤和殘植煤。陸植煤由植物中的纖維素和木質(zhì)素等主要組分形成；殘植煤由植物中含量較少，但在成煤初期最不易被微生物分解的穩(wěn)定組分（角質(zhì)、樹皮、孢子、樹脂等）形成。 腐泥煤： 由低等植物（以藻類為主）和浮游生物經(jīng)過部分腐解而形成的煤稱為腐泥煤，又可分為：藻煤、膠泥煤、和油頁巖等。 腐植煤和腐泥煤的區(qū)別 腐植腐泥煤： 腐植煤和腐泥煤的混合體，主要有燭煤和煤精。 腐植煤的分類和

6、特征,2020/9/16,10,腐植煤和腐泥煤的區(qū)別,2020/9/16,11,腐植煤的分類和特征,根據(jù)在成煤序列（煤階）中煤化程度的不同，又可分為泥炭、 褐煤、煙煤和無煙煤四類： 泥炭：棕褐色或黑褐色的不均勻物質(zhì)，由植物變成煤的過程中的產(chǎn)物。含有大量未分解的植物組織，另外，含水量也很高。 褐煤：外表呈褐色或暗褐色，無光澤，外表上完全沒有未分解的植物組織殘?bào)w。 煙煤：自然界中最重要和分布最廣的煤種。具有不同程度的光澤，絕大多數(shù)呈條帶狀，暗條帶和亮條帶互相交替。燃燒時(shí)煙霧較多。 無煙煤：外表呈灰黑色，帶有金屬光澤，無明顯條帶。燃燒時(shí)無煙，是煤化程度最高的一種煤。 各種腐植煤的主要特征列表:,20

7、20/9/16,12,各種腐植煤的主要特征：,2020/9/16,13,二、煤的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)：,化學(xué)組成： 煤中的有機(jī)物主要由C、H、O及少量N、S和P等元素構(gòu)成。 各種煤所含的主要元素組成表 分子結(jié)構(gòu): 不同類型煤基本結(jié)構(gòu)單元示意圖 煤的主體是三維空間的高分子化合物； 結(jié)構(gòu)單元的核心為縮合芳香環(huán)； 結(jié)構(gòu)單元的外圍為烷基側(cè)鏈和含氧、硫、磷官能團(tuán)； 結(jié)構(gòu)單元之間靠橋鍵連接； 煤的分子結(jié)構(gòu)隨煤化程度的加深而愈來愈復(fù)雜，低煤化程度 的煤含有較多的非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團(tuán)，芳香核心較小。,2020/9/16,14,各種煤所含的主要元素組成表,2020/9/16,15,不同類型煤基本結(jié)構(gòu)單元示意圖,2

8、020/9/16,16,三、腐植煤的生成過程及其巖相組成：,腐植煤的生成過程： 從植物死亡、堆積到變成煤經(jīng)歷了漫長的過程，發(fā)生了一系列的演變?？煞譃閮蓚€(gè)階段： 泥炭化階段：植物遺體經(jīng)過化學(xué)或生物化學(xué)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康碾A段，也是成煤的前期過程或準(zhǔn)備階段。 煤化階段：煤化階段可分為兩個(gè)分階段： 成巖作用階段：泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹置骸Ｔ谶@一過程中，泥炭中的植物殘留成分逐漸消失，C%增加，H%和O%減少。 變質(zhì)作用階段：褐煤在變質(zhì)作用影響下，逐步經(jīng)煙煤向無煙煤演變。 從上面的煤生成過程可以看出：各種煤都是一定煤化階段的產(chǎn)物。煤化程度指從泥炭到無煙煤的變化程度 ，泥炭的煤化程度最低，而無煙煤的煤化程度最高。 腐植

9、煤的巖相組成：,2020/9/16,17,腐植煤的巖相組成：,煤巖學(xué)對煤的研究有兩種方法：宏觀研究法和微觀研究法。 宏觀研究法： 宏觀煤巖成分： 宏觀煤巖類型： 微觀研究法： 煤巖顯微組分通常分為兩大類： 有機(jī)顯微組分： 無機(jī)顯微組分：煤中的礦物質(zhì)有粘土礦物、石英、黃鐵礦、方解石和菱鐵礦等。,2020/9/16,18,有機(jī)顯微組分：,腐植煤的顯微組分可以分為三類：凝膠化組分、絲炭化組分和 穩(wěn)定組分。 凝膠化組分（鏡質(zhì)組）：最主要的顯微組分，由植物莖、葉的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用形成的各種膠體。我國大多數(shù)煤田的煤都以凝膠化組分為主。 絲炭化組分（絲質(zhì)組）：煤中常見的顯微組分，由木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭

10、化作用形成。 穩(wěn)定組分（穩(wěn)定組或殼質(zhì)組）：成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的組成部分，包括樹脂、孢子、花粉、角質(zhì)膜、木栓層等。 三類顯微組分在煤化過程中的變化：,2020/9/16,19,三類顯微組分在煤化過程中的變化,2020/9/16,20,宏觀煤巖成分：,根據(jù)顏色、光澤、硬度和斷口等性質(zhì)不同，可以用肉眼將煤層 中的煤分為四種煤巖成分： 鏡煤（Vitrain）:呈黑色，光澤強(qiáng)，是顏色最深、光澤最強(qiáng)的宏觀組分；質(zhì)地均勻、脆性大、破碎時(shí)多呈貝殼狀斷口。 絲炭（Fusain）：外觀像木炭，顏色灰黑，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤；疏松多孔、易碎，碎后成為纖維狀或粉末狀。 亮煤（Clarain）：顏色深黑，

11、光澤較強(qiáng)（僅次于鏡煤）；脆性大，斷口有時(shí)呈貝殼狀。主要的宏觀煤巖成分。 暗煤（Durain）：光澤暗淡、顏色為黑色或灰色；致密、堅(jiān)硬、有韌性，難破碎，斷面粗糙。也是主要的宏觀煤巖成分。 上述四種宏觀煤巖成分時(shí)煤的宏觀巖相分類的基本單位，在了解煤 層的巖石組成和性質(zhì)時(shí)，如果以上述四種成分為單位，不便進(jìn)行定量分 析，也不易了解煤的全貌。我們就需要了解宏觀煤巖的類型。,2020/9/16,21,宏觀煤巖類型：,根據(jù)煤的平均光澤強(qiáng)度、煤巖成分的數(shù)量比和組合情況，可以 劃分四種宏觀煤巖類型： 光亮型煤：主要由亮煤和鏡煤組成（80%以上），光澤強(qiáng)，成分較均一，條帶狀結(jié)構(gòu)不明顯；內(nèi)生裂隙發(fā)育、性脆、易破碎，

12、有貝殼狀斷口。 半亮型煤：亮煤和鏡煤占50%80%，夾有暗煤和絲炭，光澤較強(qiáng)，條帶結(jié)構(gòu)清晰；裂隙較明顯，常有棱角狀或梯形斷口。半亮型煤是常見的煤巖類型。 半暗型煤：主要由暗煤和亮煤組成，以暗煤為主，光澤較暗淡，硬度和韌性大，難破碎。 暗淡型煤：主要由暗煤和絲炭組成，光澤暗淡，通常呈塊狀結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬致密，層理不明顯。 上述四種宏觀煤巖類型在煤層中往往多次交替出現(xiàn)。,2020/9/16,22,煤的洗選和儲存：,洗煤： 選煤廠常用的加工程序圖 煤的儲存： 煤的風(fēng)化：煤在空氣中儲存時(shí)，受空氣中的氧、水分和氣溫變化等影響，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)以及工藝性質(zhì)會發(fā)生一系列的變化。 煤的儲存： 儲存方法有兩類：一類

13、是盡量使煤和空氣隔絕；另一類是使煤堆中空氣流通以利于散熱。,2020/9/16,23,選煤廠常用的加工程序圖,2020/9/16,24,煤炭的綜合利用：,泥炭的綜合利用： 褐煤的綜合利用： 煙煤和無煙煤的綜合利用： 煤炭綜合利用可以考慮這樣幾種方式： 將綜合利用的幾個(gè)方面結(jié)合起來，進(jìn)行多種經(jīng)營，以便物盡其用： 煤礦電力建材化工 煤礦電力城市煤氣化工 鋼鐵煉焦化工煤氣建材 將幾個(gè)單元過程合并成為“煤綜合體（Coalplex）”，以提高經(jīng)濟(jì)效益： 焦化氣化液化 熱解氣化發(fā)電 氣化合成燃料 液化燃料氣化 液化加氫氣化 煤炭綜合利用實(shí)例,2020/9/16,25,2020/9/16,26,2-3 石油

14、,一、石油的性質(zhì)、組成和分類： 二、原油的預(yù)處理和常減壓蒸餾： 三、催化裂化和加氫裂化： 四、催化重整和芳烴抽提： 五、延遲焦化：,2020/9/16,27,一、石油的性質(zhì)、組成和分類：,性質(zhì)：石油是一種有氣味的粘稠液體，色澤為黃到黑褐色或青色，是多種烴類（包括烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴）的復(fù)雜混合物。 組成： 分類： 輕質(zhì)原油 按比重指數(shù)和含硫量分類： 中質(zhì)原油 重質(zhì)原油 特稠原油 按原油的化學(xué)組成分類： 石蠟基原油： 環(huán)烷基（瀝青基）原油： 中間基原油：,2020/9/16,28,組成：,由C、H、O、N、S等元素組成。其中含C為：8587%，含H為：1114%，O、S、N總含量為：1%。 硫化

15、物有：硫化氫、硫醇（RSH）、二硫化物（RSSR）和雜環(huán)化合物，這些硫化物對設(shè)備和管道都有腐蝕性； 氮化合物主要是吡咯、吡啶、喹啉和胺類，膠質(zhì)越多，含氮量也就越高； 氧化合物主要是環(huán)烷酸和酚類，由于呈酸性，對管道和設(shè)備也有腐蝕性。,2020/9/16,29,二、原油的預(yù)處理和常減壓蒸餾：,原油的預(yù)處理：油田脫水后的原油仍然含有一定量的鹽和水，所含鹽類絕大部分形成較穩(wěn)定的油包水型乳化液。在進(jìn)入煉油裝置前需要將原油中的鹽含量脫除至小于3mg/L，水含量小于2%。采用的方法為：電脫鹽脫水。 電脫鹽脫水：加破乳劑和高壓電場聯(lián)合作用的脫鹽方法。 二級電脫鹽原理流程 原油的常減壓蒸餾： 原油的常減壓流程,

16、2020/9/16,30,2020/9/16,31,200240,360370,380400,2020/9/16,32,三、催化裂化和加氫裂化：,熱裂化：把含碳原子數(shù)多的高相對分子質(zhì)量的烴類裂化為碳原子數(shù)少的低相對分子質(zhì)量的烴類，同時(shí)伴有脫氫、環(huán)化、聚合和縮合等反應(yīng)。 催化裂化： 催化裂化原理流程 加氫裂化： 加氫裂化工藝流程圖 加氫裂化工藝特點(diǎn)： 生產(chǎn)靈活性大； 產(chǎn)品收率高，質(zhì)量好； 沒有焦炭沉積，不需要對催化劑再生，可以使用固定床反應(yīng)器； 總過程為放熱，反應(yīng)過程需中間冷卻。,2020/9/16,33,2020/9/16,34,2020/9/16,35,四、催化重整和芳烴抽提：,重整是將輕質(zhì)

17、油（直餾汽油、粗汽油）經(jīng)過熱或催化劑的作 用，使油料中的烴類重新調(diào)整結(jié)構(gòu)，生成大量芳烴的工藝過程。 熱重整： 催化重整： 芳烴抽提： 催化重整工藝流程：,2020/9/16,36,催化重整：,催化重整由于長期使用鉑催化劑，又稱為鉑重整，催化重整反 應(yīng)包括： 六元環(huán)烷烴脫氫： 五元環(huán)烷烴異構(gòu)化后脫氫： 烷烴環(huán)化后脫氫： 烷烴異構(gòu)化： 加氫裂化：,2020/9/16,37,芳烴抽提：,芳烴抽提：選用一種易溶解芳烴的抽提劑對重整油料進(jìn)行抽 提，得到富含芳烴的抽提相和含非芳烴的抽余相。 對抽提劑的要求： 高選擇性； 與芳烴有足夠沸點(diǎn)差； 熱穩(wěn)定性； 抗氧化安定性； 價(jià)廉、無毒。,2020/9/16,3

18、8,催化重整工藝流程：,催化重整包括： 預(yù)脫砷和預(yù)分餾工序： 預(yù)加氫工序： 催化重整工序： 后加氫工序： 穩(wěn)定系統(tǒng)： 芳烴抽提： 芳烴分離： 催化重整原理流程 芳烴抽提流程圖,2020/9/16,39,2020/9/16,40,2020/9/16,41,五、延遲焦化：,減壓渣油、熱裂化渣油以及一些重質(zhì)油品，在煉油廠通常采用 “焦化”轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品、石油焦、焦化氣等。焦化有三種方法： 釜式焦化： 延遲焦化：加熱和焦化不同時(shí)發(fā)生，焦化滯后的焦化方法。 延遲焦化流程圖 流化焦化：,2020/9/16,42,2020/9/16,43,2-4 天然氣,一、天然氣的分類和組成： 二、天然氣的初步加工： 三

19、、天然氣的化工利用：,2020/9/16,44,一、天然氣的分類和組成：,天然氣可以單獨(dú)存在，也可與石油和煤伴生，是埋藏在地下的 可燃性氣體。從組成可以劃分為： 干氣：主要成分是CH4 ，其次是C2H6 、C3H8和C4H10，并含有少量的C5以上組分以及CO2、N2、H2S、NH3。外加壓力不大時(shí)，不會有液體產(chǎn)生。天然氣井和煤田伴生氣 濕氣：除CH4 、C2H6等低碳烷烴外，還含有少量輕汽油，稍加外壓就會有液態(tài)的汽油析出。油田伴生氣 干氣中含大量CH4 ，是制造合成氨和甲醇的理想原料，另外由 于熱值高，也是理想的燃料；濕氣中C2以上烴類含量高，稍加壓力 就會液化，常稱為“液化石油氣”（LPG

20、）。,2020/9/16,45,二、天然氣的初步加工：,天然氣的初步加工： 天然氣初步加工工藝流程圖 克勞斯法脫硫工藝： 克勞斯法脫硫原理： H2S+3/2O2 SO2+H2O +）SO2+2H2S 3S+2H2O H2S+1/2O2 S+H2O 克勞斯法脫硫工藝流程：,2020/9/16,46,2020/9/16,47,2020/9/16,48,三、天然氣的化工利用：,天然氣和低級烷烴的化工利用的主要途徑： 轉(zhuǎn)化成合成氣（CO+H2），或H2含量高的合成氨原料氣，進(jìn)一步合成甲醇、氨、高級醇和羰基化產(chǎn)品； CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 經(jīng)部分氧

21、化制乙炔； 經(jīng)熱裂解制乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和乙炔； 直接制造化工產(chǎn)品。 天然氣的化學(xué)加工方向 以天然氣為原料合成氨流程圖：,2020/9/16,49,2020/9/16,50,二段轉(zhuǎn)化：一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，加入空氣，部分H2燃燒放出熱量，催化劑床層溫度升高到12001250 ，繼續(xù)進(jìn)行甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體殘余甲烷含量和（H2+CO）/N2比可以滿足要求。,一段轉(zhuǎn)化：一段轉(zhuǎn)化爐中，大部分烴類與蒸汽在催化劑作用下轉(zhuǎn)化生成H2、CO和CO2。接著，轉(zhuǎn)入二段轉(zhuǎn)化：,2020/9/16,51,以焦炭為原料的制氨示意圖,2020/9/16,52,2-5 其它化工資源,一、農(nóng)林副產(chǎn)品

22、的綜合利用： 二、海洋化工資源： 已得到工業(yè)應(yīng)用的有： 海鹽； 碘、鉀鹽和鎂鹽的提?。?海洋生物制藥 海洋資源的潛力：,2020/9/16,53,一、農(nóng)林副產(chǎn)品的綜合利用：,以農(nóng)林副產(chǎn)品為原料，生產(chǎn)規(guī)模較大，已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的重要產(chǎn)品： 溶劑：酒精、丁醇、丙酮 麥芽糖和葡萄糖： 糠醛和糠醇： 木糖和木糖醇： 從植物花朵中提取香精，由植物的莖、葉中提取染料、藥材； 由動、植物制油脂。,2020/9/16,54,課后作業(yè),畫出以焦炭為原料合成氨流程框圖，并做出必要說明。 煉油廠工藝流程概述。 說明腐植煤的生成過程。,2020/9/16,55,第三章 通用反應(yīng)單元工藝,3-1 氧化 3-2 氫化和脫氫

23、 3-3 電解 習(xí)題與討論,2020/9/16,56,3-1 氧化,一、概述： 二、二氧化硫催化氧化制硫酸： 習(xí)題與討論 三、氨催化氧化制硝酸： 四、乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷：,2020/9/16,57,一、概述：,氧化反應(yīng)的分類： 按反應(yīng)類型分類： 氣-液相氧化（液相氧化） 按反應(yīng)相態(tài)分類： 氣-固相氧化 氧化反應(yīng)的共同特點(diǎn)： 強(qiáng)放熱反應(yīng)； 途徑多樣，副產(chǎn)物多； 過程難控制 氧化劑： 作用物的分子結(jié)構(gòu)與氧化難易的關(guān)系： 反應(yīng)熱的合理利用： 反應(yīng)熱合理利用的原則流程圖,2020/9/16,58,按反應(yīng)類型分類：,按作用物與氧的反應(yīng)形式來分類，氧化反應(yīng)可分為： 氧原子直接引入作用物的分子內(nèi) SO2

24、+ O2 SO3 作用物分子只脫去氫，氫被氧化成水（氧化脫氫） C2H6 + O2 C2H4 + H2O 作用物分子脫氫（氫被氧化成水）并同時(shí)添加氧 CH2=CHCH3 + O2 CH2=CHCHO + H2O 兩個(gè)作用物分子共同失去氫，氫被氧化成為水（氧化偶聯(lián)） 2C6H5CH3 + O2 C6H5CH=CHC6H5 + 2H2O 碳-碳鍵部分氧化，作用物分子脫氫和碳鍵的斷裂同時(shí)發(fā)生（部分降解氧化） CH3CH=CH2 + O2 CH3CHO + HCHO,2020/9/16,59,碳-碳鍵完全氧化（完全降解氧化） C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O 間接氧化 CH4 + H2

25、O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 氮?dú)滏I的氧化 NH3 + 5/4 O2 NO + 6/4 H2O 硫化物的脫氫或氧化 H2S + O2 S + H2O,2020/9/16,60,氧化劑：,按照Fieser的分類方法，氧化劑分為： 氧或空氣 氧化物： 金屬氧化物：CrO3、OsO4、RuO4、Ag2O、HgO 非金屬氧化物：SeO2、S2O6、N2O3 過氧化物：PbO2、MnO2、H2O2、Na2O2 過氧酸： 無機(jī)過氧酸：H2SO5、HIO4 有機(jī)過氧酸：CF3CO2OHHCO2OHCH3CO2OHC6H5CO2OH 含氧鹽：高錳酸鉀、重鉻酸鉀、氯酸鉀、次氯酸

26、鉀、硫酸銅、四醋酸鉛 含氮化合物：HNO3、K4Fe(CN)6、C6H5NO2 鹵化物： 金屬鹵化物：CrO2Cl2、FeCl3 非金屬鹵化物：N-溴化琥珀酸二酰亞胺 其他氧化劑：臭氧、發(fā)煙硫酸、熔融堿、叔丁醇鋁,2020/9/16,61,作用物的分子結(jié)構(gòu)與氧化難易的關(guān)系：,作用物的分子結(jié)構(gòu)與它被氧化的難易有密切關(guān)系（以有機(jī)化合物為例）： 碳?xì)浠衔锏腃-H鍵的氧化活性順序： 叔C-H 仲C-H 伯C-H 有碳-碳、碳-氧雙鍵時(shí)，位的C-H易被氧化； 醛類與羰基相連的C-H易被氧化成過氧酸； 苯核不易被氧化； 烷基芳烴側(cè)鏈中， 位的C-H易被氧化；,2020/9/16,62,2020/9/16

27、,63,二、二氧化硫催化氧化制硫酸：,生產(chǎn)方法和工藝過程： 二氧化硫催化氧化的反應(yīng)機(jī)理： 二氧化硫催化氧化工藝過程分析： 硫鐵礦和硫磺制酸工藝流程： 轉(zhuǎn)化器簡介： 三廢治理： 硫酸生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)進(jìn)展：,2020/9/16,64,生產(chǎn)方法和工藝過程：,硫酸生產(chǎn)有三種方法：塔式法、鉛室法和接觸法： 塔式法和鉛室法： 接觸法：包括以下四個(gè)工序： 焙燒礦石（或硫磺）制備SO2：沸騰焙燒爐 爐氣精制：稀酸洗滌，除去各種雜質(zhì)，防止催化劑中毒 轉(zhuǎn)化：V2O5作催化劑，利用爐氣中剩余O2將SO2轉(zhuǎn)化為SO3 吸收：用98.5%硫酸吸收SO3制得商品級濃硫酸或發(fā)煙硫酸。,2020/9/16,65,2020/9/1

28、6,66,二氧化硫催化氧化的反應(yīng)機(jī)理：,SO2催化氧化屬氣-固相催化氧化反應(yīng)，釩催化劑使反應(yīng)活化 能從209 kJ/mol降至9296 kJ/mol，整個(gè)催化反應(yīng)由四步構(gòu)成： O2分子吸附于釩催化劑的活性中心，O=O鍵斷裂，氧分子變成活潑氧原子（原子氧）；（控制步驟） SO2吸附在釩催化劑的活性中心，S原子被極化，容易與原子氧結(jié)合，在催化劑表面形成絡(luò)合態(tài)中間產(chǎn)物； 催化劑SO2O 催化劑SO3 （絡(luò)合態(tài)中間物種） （吸附態(tài)物種） 吸附態(tài)物種解吸進(jìn)入氣相,2020/9/16,67,二氧化硫催化氧化工藝過程分析：,平衡轉(zhuǎn)化率： SO2(g) + O2(空氣) SO3(g) + 98kJ/mol 平

29、衡轉(zhuǎn)化率表達(dá)式： 影響平衡轉(zhuǎn)化率因素： 反應(yīng)速率： 起始濃度和n(O2)/n(SO2)值： 催化劑： 要求催化劑耐高溫，具有高活性,2020/9/16,68,影響平衡轉(zhuǎn)化率因素：,由平衡轉(zhuǎn)化率表達(dá)式可知，影響平衡轉(zhuǎn)化率的因素有：溫度、 壓力和氣體的起始濃度： 平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓力的關(guān)系： 如果給定爐氣起始組成：(SO2)=7.5%,(O2)=10.5%,(N2)=82%， 可以用視差法計(jì)算出不同溫度、壓力下平衡轉(zhuǎn)化率xe： 從而可以得出結(jié)論： 平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的上升而減??；（從熱化學(xué)方程式也可以判斷） 壓力對平衡轉(zhuǎn)化率影響不大，可以在常壓或低壓下操作,2020/9/16,69,不同起始濃度平

30、衡轉(zhuǎn)化率的變化： 給定壓力，對不同爐氣組成在不同溫度下計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率xe， 得出結(jié)論： 提高生產(chǎn)能力（提高爐氣中SO2濃度），導(dǎo)致平衡轉(zhuǎn)化率下降，尾氣中殘留SO2增加； 要保持出爐尾氣中SO2的低水平，應(yīng)降低爐氣中SO2濃度或降低爐溫，導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降。,2020/9/16,70,反應(yīng)速率：,SO2氧化的動力學(xué)方程： 可以看出影響反應(yīng)速率的因素有：速率常數(shù)k、平衡轉(zhuǎn)化率xe、瞬時(shí)轉(zhuǎn)化率x和氣體起始組成a和b。 而 k和xe是溫度的函數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中，爐氣起始組成變化不大，將上式中a和b看作常數(shù)，把某一溫度下的k和xe代入上式，同時(shí)我們固定轉(zhuǎn)化率x的值，就可以由上式求得該溫度下的反應(yīng)速率，那么改

31、變溫度又可以得到另一個(gè)反應(yīng)速率，這樣就可以得到 不同轉(zhuǎn)化率下SO2氧化速率和溫度的關(guān)系圖（P63） 不同轉(zhuǎn)化率下，SO2氧化速率與溫度的關(guān)系： 轉(zhuǎn)化率愈高，對應(yīng)最適宜溫度愈低； 相同溫度下，轉(zhuǎn)化率愈高則反應(yīng)速度愈低 增加生產(chǎn)能力的要求與提高轉(zhuǎn)化率的要求出現(xiàn)矛盾。（怎么辦？）,2020/9/16,71,解決矛盾的辦法： 在不同溫度下分段反應(yīng)； 一段：利用起始SO2濃度較高、傳質(zhì)推動力較大的優(yōu)勢，將SO2轉(zhuǎn)化為 SO3； 二段：升高溫度，在較高溫度下快速反應(yīng)，提高SO2轉(zhuǎn)化率； 三段：降低溫度，將轉(zhuǎn)化率提高到97%98% 為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化率可以進(jìn)入四、五段在更低的溫度下反應(yīng)，但由于反應(yīng)速度緩慢，

32、花費(fèi)時(shí)間會比較長。 采用二次轉(zhuǎn)化、二次吸收 將三段轉(zhuǎn)化后爐氣進(jìn)入吸收塔，用濃硫酸吸收SO3 ，進(jìn)入下一個(gè)轉(zhuǎn)化器二次轉(zhuǎn)化，出二次轉(zhuǎn)化爐氣體進(jìn)第二吸收塔吸收。這就是所謂的“二轉(zhuǎn)二吸”工藝。,2020/9/16,72,起始濃度和n(O2)/n(SO2)值：,采用“二轉(zhuǎn)二吸”工藝，可以大幅度地提高SO2起始濃度，從而提高生產(chǎn)能力； 實(shí)驗(yàn)研究表明，n(O2)/n(SO2)值與總轉(zhuǎn)化率密切相關(guān)； 采用不同工藝， n(O2)/n(SO2)值與總轉(zhuǎn)化率的對應(yīng)關(guān)系不同，如下圖：,2020/9/16,73,硫鐵礦和硫磺制酸工藝流程：,硫鐵礦制酸工藝流程： 硫鐵礦制酸工藝流程實(shí)例： 硫鐵礦制酸工藝流程框圖： 硫磺制

33、酸工藝流程： 硫磺制酸工藝流程實(shí)例：,2020/9/16,74,2020/9/16,75,硫鐵礦制硫酸工藝流程框圖：,沸騰爐,精礦砂,空氣,廢熱鍋爐,925,過熱蒸汽,350,冷卻塔,除塵,洗滌塔,電除霧器,干燥塔,轉(zhuǎn)化器1、2、3段 轉(zhuǎn)化器4段,第一吸收塔,第二吸收塔,“二轉(zhuǎn)二吸” 3+1流程,循環(huán)酸槽,排氣筒,換熱器,換熱器,換熱器,換熱器,2020/9/16,76,2020/9/16,77,轉(zhuǎn)化器簡介：,轉(zhuǎn)化器一般都是固定床反應(yīng)器，各段的換熱，有的采用內(nèi)部設(shè) 置熱交換器，有的采用外部換熱器，還有的采用二者結(jié)合。 轉(zhuǎn)化器實(shí)例： 硫鐵礦制酸工藝流程中轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化器氣體走向圖：,2020/

34、9/16,78,2020/9/16,79,三廢治理：,硫酸生產(chǎn)中會有廢渣、廢液和廢氣（尾氣）產(chǎn)生，需要利用或 治理： 廢渣： （鐵）45%，可用作煉鐵原料； 水泥廠原料 回收Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Au、Ag等金屬 制造硫酸鐵、鐵紅顏料、電焊條和磁性氧化鐵粉 廢氣（尾氣）： 消極的治理方法： 積極的治理方法：用物理或化學(xué)方法除去SO2 實(shí)例：氨洗滌煙氣脫硫法工藝流程圖 廢液：主要來自凈化焙燒爐氣體的洗滌水。采用中和法。中和劑：石灰（石灰石）、純堿或燒堿,2020/9/16,80,2020/9/16,81,硫酸生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)進(jìn)展：,富氧焙燒：提高O2濃度 減壓式膜分離流程圖 熱管技術(shù)：回收熱

35、量 熱管工作原理示意圖 熱管換熱式“31”兩次轉(zhuǎn)化流程圖 利用HRS技術(shù)回收低溫?zé)幔?HRS工藝流程圖 陽極保護(hù)管殼式濃硫酸冷卻器： 濃硫酸冷卻器陽極保護(hù)系統(tǒng)示意圖,2020/9/16,82,2020/9/16,83,2020/9/16,84,2020/9/16,85,2020/9/16,86,2020/9/16,87,習(xí)題與討論,說明煤的分子結(jié)構(gòu)。 敘述腐植煤的生成過程。 畫出以天然氣為原料制氨流程框圖，作必要說明。 接觸法制硫酸包括哪些工序？如何組織實(shí)施？ 畫出以FeS2為原料制硫酸流程框圖，作必要說明。,2020/9/16,88,習(xí)題與討論,說明煤的分子結(jié)構(gòu)。 煤的主體是三維空間的高分子

36、化合物； 結(jié)構(gòu)單元的核心為縮合芳香環(huán)； 結(jié)構(gòu)單元的外圍為烷基側(cè)鏈和含氧、硫、磷官能團(tuán)； 結(jié)構(gòu)單元之間靠橋鍵連接； 敘述腐植煤的生成過程。 從植物死亡、堆積到變成煤經(jīng)歷了漫長的過程，發(fā)生了一系列的演變?？煞譃閮蓚€(gè)階段： 泥炭化階段：植物遺體經(jīng)過化學(xué)或生物化學(xué)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康碾A段，也是成煤的前期過程或準(zhǔn)備階段。 煤化階段：煤化階段可分為兩個(gè)分階段： 成巖作用階段：泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹置?。在這一過程中，泥炭中的植物殘留成分逐漸消失，C%增加，H%和O%減少。 變質(zhì)作用階段：褐煤在變質(zhì)作用影響下，逐步經(jīng)煙煤向無煙煤演變。,2020/9/16,89,畫出以天然氣為原料制氨流程框圖，作必要說明。 以天然氣為原料制

37、氨流程框圖 接觸法制硫酸包括哪些工序？如何組織實(shí)施？ 包括以下四個(gè)工序： 焙燒礦石（或硫磺）制備SO2：沸騰焙燒爐 爐氣精制：稀酸洗滌，除去各種雜質(zhì)，防止催化劑中毒 轉(zhuǎn)化：V2O5作催化劑，利用爐氣中剩余O2將SO2轉(zhuǎn)化為SO3 吸收：用98.5%硫酸吸收SO3制得商品級濃硫酸或發(fā)煙硫酸。 畫出以FeS2為原料制硫酸流程框圖，作必要說明。 以FeS2為原料制硫酸流程框圖,2020/9/16,90,三、氨催化氧化制硝酸：,生產(chǎn)方法綜述： 氨的接觸氧化原理： 四種硝酸生產(chǎn)工藝流程： 氧化爐及膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性： 硝酸尾氣的處理： 硝酸生產(chǎn)中的新工藝和新技術(shù)：,2020/9/16,91,生產(chǎn)

38、方法綜述：,稀硝酸生產(chǎn)過程： 氨氧化：4NH3+5O2 = 4NO+6H2O NO的氧化： 2NO+O2 = 2NO2+112.6kJ/mol (控制速率步驟) NO+NO2 = N2O3+40.2kJ/mol 2NO2 = N2O4+56.9kJ/mol 吸收： 3NO2+H2O = 2HNO3 +NO+136.2kJ/mol 稀硝酸的生產(chǎn)方法有5種：常壓法、中壓法、高壓法、綜合法、雙加壓法。 濃硝酸生產(chǎn)過程： 直接法生產(chǎn)過程： 間接法： 超共沸酸精餾法：,2020/9/16,92,直接法生產(chǎn)過程：,由氨和空氣經(jīng)氧化直接合成濃硝酸，生產(chǎn)的關(guān)鍵是除去反應(yīng)生 成的水，反應(yīng)步驟為： 制NO：4NH

39、3+5O2 = 4NO+6H2O 冷卻到4050，使生成的水蒸氣冷凝而除去。 制NO2： 2NO+O2 = 2NO2 ，殘余NO： NO+2HNO3 = 3NO2+H2O 分出NO2 ：低溫下，用濃硝酸吸收NO2： NO2+HNO3 = HNO3NO2（發(fā)煙硝酸） 制備純NO2 ，并冷凝聚合為液態(tài)N2O4： HNO3NO2（發(fā)煙硝酸）= HNO3+NO2 2NO2 = N2O4 高壓釜反應(yīng)制濃硝酸： 2N2O4+2H2O+O2 = 4HNO3,5.0MPa 6575 ,加熱,冷凝,2020/9/16,93,間接法：,間接法是先生產(chǎn)稀硝酸再設(shè)法將稀硝酸中水分脫除，將濃度提 高到共沸酸濃度以上，最

40、后直接蒸餾得到濃硝酸。所用的脫水劑 有：硫酸、硝酸鎂、硝酸鈣和硝酸鋅等，現(xiàn)在都采用硝酸鎂。 原理：把7274%的Mg(NO3)2溶液加入稀硝酸中，吸收稀硝酸 中的水分，使稀硝酸濃度上升到68.4%以上，此時(shí)，氣相中含 HNO380%以上，精餾即可得到成品濃硝酸。,2020/9/16,94,氨的接觸氧化原理：,氨氧化的化學(xué)平衡： 氨氧化催化劑和催化機(jī)理： 氨催化氧化的反應(yīng)動力學(xué)： 動力學(xué)研究表明，氨氧化生成NO速率極快，一般在110-4s左右即可完成反應(yīng)。 氨催化氧化工藝條件的選擇：,2020/9/16,95,氨氧化的化學(xué)平衡：,氨的接觸氧化隨反應(yīng)條件和催化劑的不同，生成不同的產(chǎn)物： 4NH3+

41、5O2 = 4NO+6H2O+905.5kJ/mol 4NH3+4O2 = 2N2O+6H2O+1103.1kJ/mol 4NH3+ 3O2 = 2N2+6H2O+1267kJ/mol 通過計(jì)算，可以得出三個(gè)反應(yīng)在900的平衡常數(shù)，所得平衡常 數(shù)數(shù)值極大，表明三個(gè)反應(yīng)是不可逆反應(yīng)。,2020/9/16,96,氨氧化催化劑和催化機(jī)理：,催化劑： 鉑合金，加工成鉑網(wǎng)；為防止催化劑中毒，原料氣在混合前必須經(jīng)過凈化處理。 催化機(jī)理：包括以下步驟： 鉑催化劑表面吸附的氧分子中的共價(jià)鍵被破壞，變成兩個(gè)氧原子； 鉑催化劑表面從氣體中吸附氨分子，氨分子中的氮原子和氫原子與氧原子結(jié)合； 發(fā)生電子重排，生成NO和

42、H2O分子； 鉑對NO和H2O分子的吸附能力較小，它們在鉑催化劑表面脫附，進(jìn)入氣相。 整個(gè)反應(yīng)受外擴(kuò)散控制。,2020/9/16,97,氨催化氧化工藝條件的選擇：,選擇工藝條件，首先保證有較高的氧化率，目的是為了降低氨 的消耗和硝酸的生產(chǎn)成本；其次要考慮最大限度提高鉑網(wǎng)工作時(shí) 間。主要有以下幾項(xiàng)工藝指標(biāo)： 溫度：常壓780840 ，加壓870900 壓力：增大壓力，提高了催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度，0.30.5MPa 接觸時(shí)間： 混合氣組成：n(O2)/n(NH3)在1.72.2之間 爆炸及預(yù)防措施：,2020/9/16,98,四種硝酸生產(chǎn)工藝流程：,雙加壓法制稀硝酸： 氨的氧化和熱能回收： NO的氧化

43、和吸收： 漂白： 雙加壓法制稀硝酸流程圖： 直接法制濃硝酸： 氨的接觸反應(yīng)和一氧化氮的初步氧化： NO的再氧化和NO2的吸收： NO2的解吸并冷凝為N2O4： 合成濃硝酸：2N2O4+2H2O+O2 = 4HNO3 直接法合成濃硝酸流程圖： 間接法生產(chǎn)濃硝酸： 稀硝酸制造： 稀硝酸濃縮： 硝酸鎂法濃縮稀硝酸工藝流程圖： 超共沸酸法制濃硝酸： 超共沸酸精餾制取濃硝酸工藝示意流程圖：,2020/9/16,99,2020/9/16,100,2020/9/16,101,直接法合成濃硝酸流程圖,2020/9/16,102,2020/9/16,103,成品酸,2020/9/16,104,2020/9/16

44、,105,氧化爐及膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性：,氧化爐： 比較完善的氧化爐必須具備的條件： 氧化爐示意圖： 氧化爐-廢熱鍋爐聯(lián)合裝置示意圖： 膜式蒸發(fā)器： 膜式蒸發(fā)器示意圖：,2020/9/16,106,2020/9/16,107,2020/9/16,108,2020/9/16,109,硝酸尾氣的處理：,目前，國內(nèi)外尾氣的處理可歸納為三大類： 催化劑還原法： 選擇性還原： 非選擇性還原： 溶液吸收法： 堿溶液吸收法： 亞硫酸溶液吸收法： 延長吸收法： 稀硝酸加釩鹽吸收法： 硝酸吸收法： 固體物質(zhì)吸附法：,2020/9/16,110,硝酸生產(chǎn)中的新工藝和新技術(shù)：,2020/9/16,111,四、

45、乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷：,低級烯烴的氣相氧化都屬于非均相（氣-固相）催化氧化，催 化劑制成毫米或微米級微粒，在固定床或流化床反應(yīng)器中進(jìn)行反 應(yīng)。通過烯烴氣相氧化可制得很多有用的有機(jī)化合物，如：環(huán)氧乙 烷、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、順丁烯二酸酐等。 環(huán)氧乙烷主要用來生產(chǎn)乙二醇，是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚 乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品。 生產(chǎn)方法： 乙烯環(huán)氧化催化劑和催化原理： 工藝條件的選擇： 氧化法工藝流程：,2020/9/16,112,生產(chǎn)方法：,環(huán)氧乙烷有兩種生產(chǎn)方法：氯醇法和直接氧化法。 氯醇法：1925年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 生產(chǎn)過程包括兩個(gè)基本反應(yīng)：乙烯次氯酸化和氯乙醇脫氯化氫反應(yīng)。 特點(diǎn)：乙烯單耗低、設(shè)備簡

46、單、操作容易控制； 生產(chǎn)成本高、浪費(fèi)資源、污染環(huán)境、腐蝕設(shè)備； 直接氧化法：1953年空氣氧化法制環(huán)氧乙烷（SD公司） 1958年氧氣氧化法制環(huán)氧乙烷（Shell公司） 生產(chǎn)方法：用Ag作催化劑，一步完成氧化生成環(huán)氧乙烷。 2CH2=CH2 + O2 2CH2 CH2 + 105.3kJ/mol （1） O 副反應(yīng)： CH2=CH2 + 3O2 2CO2 + 2H2O + 1320.5kJ/mol （2）,2020/9/16,113,乙烯環(huán)氧化催化劑和催化原理：,催化劑： 催化劑一般由活性組分、助催化劑和載體三部分組成。對催化 劑的要求： 反應(yīng)活性好； 選擇性好； 使用壽命長； 催化劑孔結(jié)構(gòu)、

47、比表面積、導(dǎo)熱性、耐熱性和強(qiáng)度要符合生產(chǎn)要求。 催化氧化機(jī)理：,2020/9/16,114,催化氧化機(jī)理：,從以下三個(gè)方面來看催化機(jī)理： 氧被Ag表面活性中心吸附的形態(tài)： O2 + 4Ag(鄰近) 2O2-(吸附) + 4Ag+(鄰近) 12.54kJ/mol O2 + Ag O2-(吸附) + Ag+ 33.02kJ/mol O2 + 4Ag(非鄰近) 2O2-(吸附) + 4Ag+(鄰近) 60.19kJ/mol 乙烯與吸附氧之間的相互作用： 乙烯與吸附態(tài)原子氧離子作用，生成CO2和H2O；吸附態(tài)分 子氧離子與乙烯發(fā)生環(huán)氧化，生成環(huán)氧乙烷。 吸附熱：氯有較高吸附熱，能優(yōu)先占領(lǐng)銀表面的強(qiáng)吸附

48、中心，從而減少吸附態(tài)原子氧離子的生成，抑制深度氧化反應(yīng)。,（原子氧離子）,（分子氧離子）,2020/9/16,115,工藝條件的選擇：,反應(yīng)溫度： 反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系圖： 空氣氧化法溫度控制在220290； 氧氣氧化法溫度控制在204270。 空速： 適宜的空速由生產(chǎn)實(shí)踐確定。 空氣氧化法：7000h-1 氧氣氧化法：55007000h-1 反應(yīng)壓力： 主、副反應(yīng)可視為不可逆反應(yīng)，操作壓力對反應(yīng)影響不大。工業(yè)上均在加壓下進(jìn)行，一般為1.03.0MPa,2020/9/16,116,2020/9/16,117,氧化法工藝流程：,空氣氧化法： 空氣氧化法工藝流程圖： 氧氣氧化法： EO合成工序流程

49、圖 (ethylene oxide) 環(huán)氧乙烷 EO回收工序流程圖,2020/9/16,118,2020/9/16,119,2020/9/16,120,2020/9/16,121,氧化反應(yīng)器簡介：,目前，世界上乙烯環(huán)氧化反應(yīng)器全部采用列管式反應(yīng)器，結(jié)構(gòu) 與普通的換熱器相似，管內(nèi)裝填催化劑，管間流動的是處于沸點(diǎn)的 冷卻液，利用蒸發(fā)潛熱移走管壁傳出的熱量。 以水為熱載體的反應(yīng)裝置示意圖： 以礦物油或聯(lián)苯聯(lián)苯醚的混合液為熱載體的反應(yīng)裝置示意圖：,2020/9/16,122,2020/9/16,123,2020/9/16,124,安全生產(chǎn)技術(shù)：,環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中，要嚴(yán)格生產(chǎn)過程控制，包括： 氧化反應(yīng)器生

50、產(chǎn)過程的控制： 混合器生產(chǎn)過程的控制：,2020/9/16,125,環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中的新工藝和新技術(shù)：,乙烯回收技術(shù)： 環(huán)氧乙烷回收技術(shù)： 節(jié)能技術(shù)： 催化劑改進(jìn)：,2020/9/16,126,五、丙烯氨氧化（氧化偶聯(lián)）制丙烯腈：,生產(chǎn)簡史和生產(chǎn)方法評述： 丙烯氨氧化的原理： 工藝條件的選擇： 丙烯腈生產(chǎn)工藝： 合成反應(yīng)器及其研究動態(tài)： 丙烯腈生產(chǎn)中的廢水和廢氣處理：,2020/9/16,127,生產(chǎn)簡史和生產(chǎn)方法評述：,2020/9/16,128,丙烯氨氧化的原理：,2020/9/16,129,工藝條件的選擇：,2020/9/16,130,丙烯腈生產(chǎn)工藝：,2020/9/16,131,合成反應(yīng)

51、器及其研究動態(tài)：,2020/9/16,132,丙烯腈生產(chǎn)中的廢水和廢氣處理：,2020/9/16,133,2020/9/16,134,2020/9/16,135,2020/9/16,136,六、其他重要氧化工藝簡介：,乙烯均相絡(luò)合催化氧化制乙醛： 異丙苯液相自氧化合成苯酚和丙酮：,2020/9/16,137,2020/9/16,138,3-2 氫化和脫氫,一、概述： 二、合成氨原料氣的制備 三、合成氨原料氣的凈化 四、氮加氫制合成氨：,2020/9/16,139,概述：,氫化（hydrogenation）：指氫氣與化合物之間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，通常在催化劑及加壓下進(jìn)行，屬于還原反應(yīng)，是一個(gè)放熱過程

52、。 分類： 加氫：氫分子進(jìn)入化合物內(nèi)，使化合物還原或者提高不飽和有機(jī)化合物的飽和度； 氫解：在加氫的同時(shí)有機(jī)化合物分子發(fā)生分解，氫分子一部分進(jìn)入生成的大分子中，另一部分進(jìn)入裂解所得小分子中。 工業(yè)上氫化的方法： 氣相氫化：固定床和流化床反應(yīng)器； 液相氫化：鼓泡床、移動床和流化床 脫氫（dehydrogenation）：指從化合物中除去氫原子的過程，是氧化反應(yīng)的一種特殊類型。分為兩類：加熱脫氫和催化脫氫。 加氫和脫氫的關(guān)系：加氫和脫氫是一對可逆反應(yīng)，一般而言，加壓和低溫對加氫有利，減壓和高溫對脫氫有利。,2020/9/16,140,合成氨原料氣的制備,一、固體燃料氣化 二、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化 三、重油

53、部分氧化,2020/9/16,141,一、固體燃料氣化,固體燃料氣化指用氧或含氧的氣化劑對固體燃料（煤和焦炭）進(jìn)行 熱加工，使其轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程，通常簡稱為“造氣”。氣化后 得到的可燃?xì)怏w稱為煤氣，氣化設(shè)備為煤氣發(fā)生爐。 以焦炭為原料制氨基本流程： 工業(yè)上，按氣化劑的不同，可制得下列幾種不同的煤氣： 空氣煤氣：以空氣為氣化劑 N2、CO2 水煤氣：以水蒸氣為氣化劑 H2、CO 混合煤氣：以空氣、水蒸氣同時(shí)作氣化劑 半水煤氣：通常為合成氨所需原料氣，組成為 合成天然氣：以水蒸氣和氫氣為氣化劑 CH4,2020/9/16,142,以焦炭為原料的制氨示意圖,2020/9/16,143,二、烴類

54、蒸氣轉(zhuǎn)化,烴類蒸氣轉(zhuǎn)化是以氣態(tài)烴和石腦油為原料，以水蒸汽為氣化劑 制備合成氨原料氣的方法。 以天然氣為原料制氨流程示意圖： 2.1 氣態(tài)烴蒸氣轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)： 2.2 甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)原理 2.3 烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫流程,2020/9/16,144,2.1 氣態(tài)烴蒸氣轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)：,在各種烴化合物中，甲烷最穩(wěn)定，而且在同一種烴化合物中， 溫度越低烴化合物越穩(wěn)定。不論哪種輕質(zhì)烴原料與水蒸汽反應(yīng)都需 經(jīng)過甲烷這一階段。因此，輕質(zhì)烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化可用甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化 反應(yīng)代表： CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 CO + H2O CO2 + H2,2020/

55、9/16,145,2.2 甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)原理,甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中存在 9個(gè)反應(yīng)（P12），這9個(gè)反應(yīng)同時(shí)存在于一個(gè)平衡系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)獨(dú)立 反應(yīng)的概念，在這個(gè)系統(tǒng)中的獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為：6-3=3，也就是說，在 這個(gè)平衡系統(tǒng)中只有3個(gè)獨(dú)立反應(yīng)，其它6個(gè)可以根據(jù)這3個(gè)獨(dú)立反應(yīng) 推倒得出。 2.2.1 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)： 2.2.2 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)： 2.2.3 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程析炭： 2.2.4 二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)：,2020/9/16,146,甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)：,化學(xué)平衡常數(shù)： 在不考慮炭黑析出的情況下，上面提到的平衡系統(tǒng)中，我們可以選擇下面兩個(gè)反應(yīng)作為獨(dú)

56、立反應(yīng)： CH4 + H2O(g) CO + 3H2 H=206.29KJ CO + H2O(g) CO2 + H2 H= -41.19KJ 平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，可以根據(jù)平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系式求得不同溫度下上述兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)值。 平衡組成的計(jì)算： 利用指定條件下計(jì)算出的平衡組成數(shù)值，可以預(yù)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)中該條件下的轉(zhuǎn)化氣組成，從而進(jìn)一步選擇最佳工藝條件，分析轉(zhuǎn)化爐的操作工況等等。,2020/9/16,147,甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)：,反應(yīng)機(jī)理： CH4 + Z ZCH2 + H2 (1) 慢反應(yīng) ZCH2 + H2O(g) ZCO + 2H2 (2) ZCO Z + CO (3) H2O + Z ZO + H2 (4) CO + Z CO2 + Z (5) (1)+(2)得： CH4 + H2O CO + 3H2 (3)+(4)得： CO + H2O (g) CO2 + H2 總反應(yīng)為： CH4 + 2H2O(g) C