能源化工工艺学.docx

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能源化工工艺学

目录

能源化工工艺学3

第一篇煤化工工艺3

第一章煤炭资源及化工利用3

1.根据煤的含量、水分和灰分的不同，可分为烟煤、无烟煤和和褐煤。

3

第二章煤炭洗选3

2.1.1煤炭洗选的概念及意义3

2.2.1煤炭洗选种类3

2.3常用选煤技术3

2.3.1重介质选煤3

2.3.2跳汰选煤3

2.3.3浮游选煤4

第三章煤炭气化4

3.1煤炭气化原理4

3.2煤炭气化的基本条件4

3.3煤炭气化工艺的原则流程5

3.4煤炭气化技术分类5

3.4.1固定床气化5

3.4.2流化床气化5

3.4.3气流床气化5

3.5煤的气化设备6

第四章煤炭直接液化6

4.1煤炭液化技术6

4.3煤直接液化循环溶剂的作用和特点7

4.4煤直接液化催化剂7

4.6.1溶剂精炼煤法（SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ工艺）7

第五章煤炭间接液化8

5.1煤间接液化与F-T合成基本原理8

5.2煤间接液化研究进展8

第六章煤炭焦化技术8

6.1煤炼焦过程中的变化9

6.5配型煤炼焦技术9

6.8型焦技术9

第二篇石油化工工艺10

第七章石油及石油化工产品利用10

7.1.石油的成分10

7.2.石油的馏分组成10

7.3.石油的分类10

7.4石油产品及其应用11

7.4.2柴油11

7.5.1勘探石油的方法11

7.5.2石油开采工程11

7.6石油的炼制过程11

八章石油蒸馏过程12

8.1蒸馏12

8.2蒸馏原理12

8.3实现连续精馏的必要条件12

第三篇天然气化工工艺12

第十四章天然气净化12

14.1天然气净化的目的12

第四篇氯碱化工工艺学13

第十九章盐水精制13

19.1原盐有13

第二十章隔膜法电解食盐水溶液14

20.1隔膜法电解槽14

第二十一章离子交换膜法电解食盐水溶液14

21.1离子交换膜的结构14

能源化工工艺学

第一篇煤化工工艺

第一章煤炭资源及化工利用

1.根据煤的含量、水分和灰分的不同，可分为烟煤、无烟煤和和褐煤。

烟煤燃烧时火焰较长而有烟的煤，煤化程度较大的煤。

外观呈灰黑色至黑色，粉末从棕色到黑色。

由有光泽的和无光泽的部分互相集合合成层状，沥青、油脂、玻璃、金属、金刚等光泽均有，具明显的条带状、凸镜状构造。

无烟煤煤化程度高的煤。

俗称白煤或红煤。

挥发分低、密度大、燃点高、无黏结性，燃烧时多不冒烟。

褐煤煤化程度低的煤。

外观多呈褐色，光泽暗淡，含有较高的内在水分和不同数量的腐殖质。

煤化程度低的煤。

外观多呈褐色，光泽暗淡，含有较高的内在水分和不同数量的腐殖质。

剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。

第二章煤炭洗选

2.1.1煤炭洗选的概念及意义

煤炭洗选（选煤）是根据原煤（毛煤）中的煤（密度1200～1600kg/m3）与其中的

矿物质（如FeS2，密度4950～5100kg/m3）、煤矸石（密度1800～2600kg/m3）等杂

质的密度、表面物理化学性质及其他性质的差别，清除原煤的有害杂质，降低灰分

、硫分和水分，改善煤炭质量的过程。

好处：

1）降低环境污染；2）充分利用资源；3）减少运力浪费。

2.2.1煤炭洗选种类

煤炭洗选过程要利用煤和杂质的物理、化学性质的差异来完成。

按选煤方法的不同，可分为物理选煤、化学选煤及微生物选煤等方法。

浮选，漂浮选矿的简称，是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，按矿物可浮性的差异进行分选的方法。

浮选法广泛用于细粒嵌布的金属矿物、非金属矿产、化工原料矿物等的分选。

2.3常用选煤技术

2.3.1重介质选煤

重介质选煤是根据阿基米德原理，将被分选煤置于介于煤与矸石密度之间的重液体或重悬浮液中，按密度差异实现分层和分离的选煤方法。

用重液来分选的称为重液选，用重悬浮液分选的称为重悬浮液选。

重液是指某些高密度的无机盐类的水溶液或高密度的有机溶液；重悬浮液是由高密度固体微粒与水配制成有一定密度且呈悬浮状态的两相流体。

2.3.2跳汰选煤

跳汰选煤：

跳汰选煤也叫跳汰选，它是将细煤粒混合物，在垂直升降的变速介质流中，按密度差异进行分层和分离的重力选煤方法。

实现跳汰过程的设备叫跳汰机。

被选物料给入跳汰机内落到筛板上，便形成一个密集的物料层，称为床层。

在给料的同时，从跳汰机下部周期性地给入上下交变的水流，垂直变速水流透过筛孔进入床层，物料就是在这和水流中经受跳汰的分选过程。

物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因是煤粒自身的性质，但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。

2.3.3浮游选煤

浮选是利用矿物表面润湿性的差异对细粒物料实现浮选的机械。

浮选过程为：

矿浆先在搅拌桶或其他装置中搅拌，使浮选药剂与矿粒充分接触，然后送入选机进行搅拌和充气。

不易被水湿润的，即表面疏水性的煤粒附着在气泡上，上浮至液面形成矿化泡沫层，把泡沫刮出便得到精矿。

易被水湿润的，即表面亲水性的矸石不吸附于气泡表面而随矿浆排出，就是尾矿。

第三章煤炭气化

3.1煤炭气化原理

煤的气化过程是一个热化学过程，它以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸气或氢气为气化剂（又称气化介质），在高温的条件下，通过部分氧化反应将原料煤从固燃料转化为气体燃料（即气化煤气，或简称煤气）的过程。

3.2煤炭气化的基本条件

（1）气化原料和气化剂。

气化原料一般为煤、焦炭。

气化剂可选择空气、空气-蒸汽混合气、富氧空气-蒸气、氧气-蒸汽、蒸汽或CO2等。

（2）发生气化的反应容器。

即煤气化炉或煤气发生炉。

气化原料和气化剂被连续送入反应器，在其内完成煤的气化反应，输出粗煤气，并排出煤炭气化后的残余灰渣。

煤气发生炉的炉体外壳一般由钢板构成，内衬耐火层，装有加煤和排灰渣设备、调节空气（富氧气体）和水蒸气用量的装置、鼓风管道和煤气导出管等。

（3）煤气发生炉内保持一定的温度。

通过向炉内鼓入一定量的空气或氧气，使部分入炉原料燃烧放热，以此作为炉内反应的热源，使气化反应不间断地进行。

根据气化工艺的不同，气化炉内的操作温度亦有效大不同。

可分别运行在高温（1100～2000℃）、中温（950～1100℃）或较低的温度（900℃左右）区段。

（4）维持一定的炉内压力。

3.3煤炭气化工艺的原则流程

煤炭气化工艺的原则流程，包括原料准备、煤气的生产、净化及脱硫、煤气变换、煤气精制以及甲烷合成等6个主要单元。

3.4煤炭气化技术分类

3.4.1固定床气化

固定床气化也称移动床气化。

固定床一般以块煤或煤焦为原料。

煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入。

流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本上维持不变，因而称为固定床气化。

固定床气化的特点：

①简单、可靠。

②由于气化剂与煤逆流接触，气化过程进行得比较完全，且使热量能得到合理利用，因而具有较高的热效率。

3.4.2流化床气化

流化床煤气化又称为沸腾床气化。

其以小颗粒煤为气化原料，这些细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混和和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。

流化床气化特点：

①生产强度较固定床为大。

②直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开块煤供求矛盾。

③对煤种煤质的适应性强，可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料。

3.4.3气流床气化

喷流床气化又称为气流床气化，是一种并流式气化。

气化剂（氧与蒸汽）将煤粉（70％以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1500～1900℃高温下将煤一步转化成CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。

气流床气化特点：

①产生的煤气和炉渣在接近炉温的条件下排除，煤气中不含煤焦油.②将粉煤制成水煤浆进料，由于水分蒸发，故耗氧量较高。

3.5煤的气化设备

煤炭气化时必须具备三个条件：

气化炉、气化剂、供给热量。

第四章煤炭直接液化

4.1煤炭液化技术

煤的液化是将煤转化成清洁的便于运输和使用的液体燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一种先进的洁净煤技术。

煤炭直接液化

煤炭间接液化：

煤—合成气—油

4.3煤直接液化循环溶剂的作用和特点

在煤炭加氢液化过程中，溶剂的作用有以下几个方面：

（1）溶解煤、防止煤热解的自由基碎片缩聚；

（2）溶解气相氢，使氢分子向煤或催化剂表面扩散；（3）向自由基碎片直接供氢或传递氢。

4.4煤直接液化催化剂

在煤加氢液化过程中添加催化剂的作用主要有两个方面。

一是促进煤大分子的裂解，二是促进自由基的加氢。

从而提高反应速度，提高油产率，改善油品质量。

但是添加催化剂，有可能使工艺过程中的固液分离更加复杂，如果催化剂价格昂贵，则使液化油成本增加。

4.6.1溶剂精炼煤法（SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ工艺）

SRC-Ⅰ工艺流程描述

煤与来自装置减压蒸馏生产的循环溶剂配成煤浆，与循环氢和补偿氢混合后，经预

热器预热，进入反应器。

反应器一般操作温度425～450℃，操作压力10～14MPa，

停留时间30～40min。

不需催化剂。

反应器产物冷却到260～316℃后，在高温分离器

分离出富氢气体和轻质液体。

富氢气体经气液分离、洗涤、循环压缩机压缩后与新鲜

氢至预热器。

高温分离器的重质部分经加压过滤后分离出灰渣滤饼。

滤液预热后进行

减压蒸馏步骤。

液体减压蒸馏，回收少量轻质产品和循环溶剂。

减压塔塔底物经固化

后即为SRC产品。

固体SRC的熔点约175℃，灰分质量分数低于0.18％，硫0.2～0.8％，

由煤种不同所致。

大规模的试验证明，SRC适合作为锅炉燃料，能成功用作碳弧炉电

极的生产原料。

SRC-Ⅱ工艺流程描述

煤破碎干燥后与来自装置生产的循环物料混合制成煤浆，用高压煤浆泵加压至14Ma左右的反应压力，与循环氢和补偿氢混合后一起预热到371～399℃，进入反应器；在反应器内由于反应放热，使反应物温度升高，通过通冷氢控制反应温度维持在438～466℃的范围。

反应器产物经高温分离器分成蒸气和液相两部分。

蒸气进行换热和分离冷却后，液体产物进入蒸馏单元。

气体净化后，富氢气与补充氢混合一起进入反应器循环使用。

出高温分离器的含固体的液相产物，一部分返回作为循环溶剂用于煤浆制备。

剩余

部分进入蒸馏单元回收产物。

馏出物的一部分也可以返回作为循环溶剂用于煤浆制备。

蒸馏单元减压塔釜底物含有未转化的固体煤和灰，可进入制氢单元作为制氢原料使用。

第五章煤炭间接液化

5.1煤间接液化与F-T合成基本原理

1.煤炭气化2.变换、脱硫、脱碳、调整H2/CO比值3.CO+H2合成4.产品分离及加工

5.2煤间接液化研究进展

F-T合成催化剂：

催化剂金属：

铁、钴、镍、钌

助剂：

结构助剂：

ZnO、Al2O3、Cr2O3、TiO2、ThO2、MgO、SiO2

载体：

Al2O3、SiO2

第六章煤炭焦化技术

6.1煤炼焦过程中的变化

煤转变成焦炭的过程是一个受到化学、物理和物理化学变化制约的复杂过程。

煤在隔绝空气下加热即炼焦过程中，煤的有机质随着温度的提高而发生一系列不可逆的化学、物理和物理化学变化，形成气态（煤气），液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。

煤的干馏（煤的热解）概念:

煤在隔绝空气的条件下加热，使煤分解成焦炭（S）、煤焦油（L）和焦炉气（G）。

6.5配型煤炼焦技术

配型煤工艺是将一部分装炉煤在装入焦炉前配入黏结剂加压成型块，然后与散状装炉煤按比例混合后装炉的一种特殊技术措施。

配型煤工艺能改善焦炭质量和减少强黏结性煤的配用量。

这是因为：

1）型煤内部煤粒接触紧密，在炼焦过程中促进了黏结组分和非黏结组分的结合，从而改善了煤的结焦性。

2）型煤与粉煤混合炼焦时，在软化熔融阶段，型煤本身体积膨胀，产生大量气体压缩周围粉煤，其膨胀压力较散状煤料显著提高，使煤粒间的接触更加紧密，形成结构坚实的焦炭。

3）配型煤的炼焦煤料，散密度高，炼焦过程中半焦收缩小，因而焦炭裂纹少。

4）装炉煤成型时添加了一定量的黏结剂，改善了黏结性能，提高了焦的强度指标。

6.8型焦技术

型焦是以粉煤或炭质粉料（半焦粉、焦粉、石油焦粉和木炭等）为主体原料，配入或不配入黏结剂加压成型煤，再经炭化等后处理制备成具有一定形状、一定强度和块状均匀的制品称为型焦。

型焦可用于工业或民用的块状燃料和气化原料，也可代替常规焦炭用于炼铁和铸造等工业。

第二篇石油化工工艺

第七章石油及石油化工产品利用

7.1.石油的成分

石油的成分主要有：

油质（这是其主要成分）、胶质（一种粘性的半固体物质）、沥青质（暗褐色或黑色脆性固体物质）、碳质（一种非碳氢化合物）。

7.2.石油的馏分组成

馏分就是石油在分馏过程中所得到的蒸馏物。

按分馏过程，石油的馏分组成通常分为汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分和润滑油馏分等。

7.3.石油的分类

一般按下列依据对石油进行分类

（1）按原油的密度分类

轻质原油密度小于0.878g/cm3；

中质原油密度介于0.878～0.884g/cm3之间；

重质原油密度大于0.884g/cm3。

（2）按硫含量分类

低硫原油硫的质量分数低于0.5％；

含硫原油硫的质量分数介于0.5％～2.0％之间；

高硫原油硫的质量分数大于2.0%。

我国原油多为低硫原油。

（3）按蜡含量分类

低蜡原油凝点低于-16℃；

含蜡原油凝点介于-15℃～20℃之间；

多蜡原油凝点大于21℃。

（4）按胶含量分类

低胶原油胶的质量分数小于17％；

含胶原油胶的质量分数介于18％～35％之间；

多胶原油胶的质量分数大于35%。

（5）按特性因数分类

（6）按关键馏分特性分类

按关键馏分特性可把原油分为七类，即石蜡基原油、石蜡-中间基原油、中间-石蜡基原油、中间基原油、中间-环烷基原油、环烷-中间基原油和环烷基原油

（4）闪点、燃点、自然点

石油受热会蒸发，蒸发出来的油气和空气相混合后，遇上点火，会发出短促的闪火现象，此时的温度叫闪点。

继续升高温度，点火不但有闪火现象，而且使油持续燃烧，这时的温度叫燃点。

如果再继续加热到足够的温度，油在不接触火焰的情况下也会自行燃烧，此时相应的最低温度叫自燃点。

石油中成分的沸点低，其闪点也低。

但馏分的沸点低，其自燃点却高。

从化学组成来看，碳原子数相同的各类烃中，烷烃的自燃点最低，环烷烃次之，芳烃最高。

7.4石油产品及其应用

石油产品可以分成以下四大类：

燃料油及溶剂油、润滑油及润滑脂、蜡和焦及沥青、苯及其他化学品。

其中，燃料油是各类产品中产量最多的，而且是各种类型炼油厂产品的必然组成部分。

因此，本节简要介绍几种燃料油的质量要求及其应用。

汽油：

ULP，外观为透明液体，主要成分为C4～C12脂肪烃和环烃类，并含少量芳

香烃和硫化物。

按研究法辛烷值分为90号、93号、97号三个牌号。

具有较高

辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发

动机的功率，减少燃料消耗量；具有良好的蒸发性和燃烧性，能保证发动机

运转平稳、燃烧完全、积炭少；具有较好的安定性，在贮运和使用过程中不

易出现早期氧化变质，对发动机部件及储油容器无腐蚀性。

抗爆性代表汽油在汽缸内的燃烧性能。

抗爆性差的汽油在压缩比高的发动机中，

会以极大速度进行爆炸性燃烧，即出现“爆震”现象。

爆炸时，缸壁温度剧增，

压力升高，并产生爆震波冲击缸壁，引起发动机强烈震动与发生金属敲击声，

造成发动机损伤；同时由于使混合气燃烧不完全，功率下降，燃料耗量增大。

因此，抗爆性是衡量汽油质量的重要指标。

柴油

柴油（Diesel）又称油渣，是石油提炼后的一种油质的产物。

它由不同的

碳氢化合物混合组成。

它的主要成分是含9到18个碳原子的链烷、环烷或

芳烃。

它的化学和物理特性位于汽油和重油之间，沸点在170℃至390℃间

，比重为0.82~0.845kg/l。

对于普通轻柴油的质量要求主要有以下几个方面。

A．良好的燃烧性能B.良好的低温性能C.适宜的粘度

7.4.2柴油的燃烧性能常以十六烷值表示。

十六烷值越高，柴油的发火性能越好，燃烧

性能越好。

十六烷值越低，则发火性越差。

爆震现象就严重。

发火性的好坏和抗

爆性的好坏是一致的。

烷烃自燃点最低，环烷烃次之，芳烃最高，所以含烷烃多

芳烃少的柴油发火性好。

作为比较，选择了两种烃作为标准：

一种叫正十六烷，

它的发火性好，将其十六烷值定为100；另一种是a-甲基萘，其发火性差，将其

十六烷值定为0。

如果柴油的发火性与45%的正十六烷和55%的a-甲基萘组成的

混合物相同，则该柴油的十六烷值就是45。

7.5.1勘探石油的方法主要有地质法、物探法和钻探法三类。

7.5.2石油开采工程主要包括测井工程、钻井工程、采油工程和油气集输工程4个方面。

7.6石油的炼制过程

常用的石油炼制方法有：

常压蒸馏、减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化、延迟焦化等。

常压蒸馏是根据组成石油的各类烃分子的沸点不同，利用加热、蒸发、冷凝等步骤对石油进行的直接分馏

减压蒸馏是利用物质的沸点随外界压力减小而降低的原理，通过降低蒸馏的压力，来降低石油中烃分子的沸点，从而将常压蒸馏得到的重油再进行分馏的加工过程。

热裂化是利用500℃左右的高温使重油一类的大分子烃受热分解裂化成小分子烃的加工过程。

催化裂化是在催化剂硅酸铝或分子筛的作用和450～510℃的高温条件下，通过对原料油进行裂化、异构化、芳构化、氢转移等反应，使沸点较高的大分子烃裂化为小分子烃的加工工艺。

加氢裂化是使重质油轻质化的又一种方法。

它是在370～430℃的高温和10～15MPa的高压，并有钨、钼、镍等催化剂的作用下，加入氢气，对原料油进行加氢、裂化和异构化等反应，从而使重质油转变成饱和的轻质油的一种炼制方法。

催化重整是对直馏汽油馏分中的正构烷烃和环烷烃，在催化剂作用下，通过进行异构化、芳构化、脱氢等反应，使其烃分子结构进行重新排列而转化为异构烷烃和芳香烃，从而获得高辛烷值汽油。

八章石油蒸馏过程

8.1蒸馏将液体混合物加热，使其部分气化，然后将蒸气引出冷凝为冷凝液，这样就可以使液体混合物得到分离的过程称为蒸馏。

蒸馏是炼油工业中最常用和最基本的一种分离混合物的方法，也是实验室常用方法。

根据所用设备和操作方法的不同，蒸馏方式可分为以下几类：

:

1.闪蒸——平衡汽化。

2.简单蒸馏——渐次汽化3.精馏：

连续式和间歇式

8.2蒸馏原理：

按其组分沸点的不同而达到分离的目的

蒸馏操作的三种基本类型:

1.闪蒸——平衡汽化。

2.简单蒸馏——渐次汽化3.精馏：

连续式和间歇式

8.3实现连续精馏的必要条件：

使气、液两相充分接触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的温度梯度和浓度梯度

相平衡：

置于密闭容器中的液体，在一定温度下，蒸发和冷凝同时存在，开始时蒸发速度大于冷凝速度，随着蒸发出的分子数增加，冷凝速度相应也增大，此过程进行到最后，蒸发速度等于冷凝速度，达到动态平衡，此状态即为气-液相平衡状态。

泡点温度在一定压力下，加热原油，使其温度升高到某一数值时，原油刚刚开始气化，即原油刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态，此时的温度，称为泡点温度，或称为平衡气化0%温度

露点温度继续升高温度使原油不断气化，当原油刚刚全部气化并保持相平衡时的温度，称为露点温度，也称为平衡气化100%的温度。

第三篇天然气化工工艺

第十四章天然气净化

14.1天然气净化的目的主要是将天然气中的硫、CO2及水含量等降至所要求的指标，由此还衍生出回收硫资源及使排放的尾气质量符合环境法规要求等问题。

天然气净化：

天然气脱硫、天然气脱水、硫磺回收、尾气处理。

天然气脱水的方法

三甘醇脱水

第四篇氯碱化工工艺学

第十九章盐水精制

19.1原盐有：

海盐（或称天日盐）、湖盐、井盐（地下盐矿溶于水）和矿盐四种。

第二十章隔膜法电解食盐水溶液

20.1隔膜法电解槽是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产物与阴极产物隔开，这种隔层能够使电解液透过，并以一定速度流向阴极阻止OH-向阳极室扩散，它不妨碍离子运动构成电流通路，但它却能防止阴极产物H2与阳极产物Cl2的机械混合，一般称为渗透式隔膜。

离子交换膜法采用的隔膜不是渗透膜而是采用具有选择透过性的阳离子交换膜，这种膜理论上只允许Na＋并伴随的水分子透过膜向阴极移动，称为密封式隔膜。

隔膜电解槽最早使用的隔膜是用硅酸盐水泥制成的。

电解槽是间歇式操作。

第二十一章离子交换膜法电解食盐水溶液

21.1离子交换膜的结构

用于氯碱工业的离子交换膜，是一种耐腐蚀的阳离子交换膜。

在膜的内部具有复杂的化学结构，膜内存在两类离子：

固定离子和可交换离子。