化工工艺学 第三章 化工原料及其初步加工.pdf

第三章 化工原料及其初步加工第三章 化工原料及其初步加工 化学矿物是化肥工业 化工 冶金及其他相 关工业的原料 是除石油 天然气和煤以外的一 类重要矿物资源 我国化学矿产资源丰富 现已探明储量的矿 产有磷矿 硫铁矿 自然硫 钾盐 钾长石 含 钾页岩 明矾石 硼矿 天然碱 化工灰岩 重 晶石 芒硝 钠硝石 蛇纹石 砷矿 锶矿 金 红石 镁盐 溴 碘 沸石等二十多种 在这些 矿物中 化学矿物是化肥工业 化工 冶金及其他相 关工业的原料 是除石油 天然气和煤以外的一 类重要矿物资源 我国化学矿产资源丰富 现已探明储量的矿 产有磷矿 硫铁矿 自然硫 钾盐 钾长石 含 钾页岩 明矾石 硼矿 天然碱 化工灰岩 重 晶石 芒硝 钠硝石 蛇纹石 砷矿 锶矿 金 红石 镁盐 溴 碘 沸石等二十多种 在这些 矿物中 硫铁矿硫铁矿 重晶石重晶石 芒硝芒硝及及磷矿磷矿储量居世 界前列 储量居世 界前列 稀土矿稀土矿的储量则居世界首位 的储量则居世界首位 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 化学矿用途十分广泛 除用作生产化学矿用途十分广泛 除用作生产化肥化肥 酸酸 碱碱 无机盐无机盐的的原料原料外 还可用于国民经济外 还可用于国民经济其他工 业部门 其他工 业部门 例如磷矿除用来制造磷肥和磷酸外 还可 制得黄磷和赤磷 例如磷矿除用来制造磷肥和磷酸外 还可 制得黄磷和赤磷 黄磷黄磷做农药 做农药 赤磷赤磷做火柴 磷 矿还用于冶炼青铜 含磷生铁等 又例如钾盐矿 除用来制造各种无机和有机盐外 还用于医药 建材等工业部门 做火柴 磷 矿还用于冶炼青铜 含磷生铁等 又例如钾盐矿 除用来制造各种无机和有机盐外 还用于医药 建材等工业部门 第一节 化学矿物第一节 化学矿物 一 磷矿一 磷矿 磷矿是生产磷矿是生产磷肥磷肥 磷酸磷酸 单质磷单质磷 磷化物磷化物和和磷 酸盐 磷 酸盐的原料 磷矿分的原料 磷矿分磷块岩磷块岩 磷灰石磷灰石和和岛磷矿岛磷矿三 种 其中有工业价值的为 三 种 其中有工业价值的为磷块岩磷块岩和和磷灰石磷灰石 世界上 磷矿资源较丰富的国家有摩洛哥 南非 美国 前 苏联及中国 我国磷矿主要分布在西南和中南地区 中国磷矿储量居世界 世界上 磷矿资源较丰富的国家有摩洛哥 南非 美国 前 苏联及中国 我国磷矿主要分布在西南和中南地区 中国磷矿储量居世界第四位第四位 但高品位磷矿储 量较少 因此选矿和矿石富集任务繁重 原料成本 较高 但高品位磷矿储 量较少 因此选矿和矿石富集任务繁重 原料成本 较高 85 以上的磷矿用于制造磷肥85 以上的磷矿用于制造磷肥 根据生产方法 磷肥主要分为 根据生产方法 磷肥主要分为酸法磷肥酸法磷肥和和热法磷肥热法磷肥两类 两类 二 硫铁矿二 硫铁矿 我国硫铁矿主要集中在广东 内蒙 安徽和四川等地 其 我国硫铁矿主要集中在广东 内蒙 安徽和四川等地 其储量占全国总储量的85 储量占全国总储量的85 由于硫磺价格较低 而硫铁矿 开采成本较高 且硫铁矿制酸程序又比硫磺制酸复杂 因此 为提高硫铁矿的竞争能力 很多国家采取对硫铁矿进行精 选 并将培烧二氧化硫气后的烧渣加以综合利用或作为炼铁 原料 由于硫磺价格较低 而硫铁矿 开采成本较高 且硫铁矿制酸程序又比硫磺制酸复杂 因此 为提高硫铁矿的竞争能力 很多国家采取对硫铁矿进行精 选 并将培烧二氧化硫气后的烧渣加以综合利用或作为炼铁 原料 三 硼矿三 硼矿 硼矿是生产硼矿是生产硼酸硼酸 硼砂硼砂 单质硼单质硼及及硼酸盐硼酸盐的原 料 我国硼资源据世界第四 除青海 西藏等地的 盐卤型和盐湖固体型硼矿外 多数生硼矿埋藏于地 下 主要集中于辽 吉 湘 皖 苏等省区 但绝 大多数硼矿 的原 料 我国硼资源据世界第四 除青海 西藏等地的 盐卤型和盐湖固体型硼矿外 多数生硼矿埋藏于地 下 主要集中于辽 吉 湘 皖 苏等省区 但绝 大多数硼矿品位较低品位较低 加工利用难度较大加工利用难度较大 四 化学矿物资源的特点 以磷 硫为例 四 化学矿物资源的特点 以磷 硫为例 1 资源比较丰富 但分布不均衡 2 高品位矿储量比较少 3 选矿比较困难 利用较为复杂 1 资源比较丰富 但分布不均衡 2 高品位矿储量比较少 3 选矿比较困难 利用较为复杂 第二节 天然气第二节 天然气 天然气是埋藏在地下的可燃性气体 其主要成 分是 天然气是埋藏在地下的可燃性气体 其主要成 分是甲烷甲烷 中国天然气资源较丰富 主要气田产区 是陕甘宁 新疆地区 四川东部地区以及南海地区 我国天然气可探明的资源量为25万亿立方米 目前 已探明6 2万亿立方米 探明率仅有24 6 天然气 单独存在 与石油伴生 油田 中国天然气资源较丰富 主要气田产区 是陕甘宁 新疆地区 四川东部地区以及南海地区 我国天然气可探明的资源量为25万亿立方米 目前 已探明6 2万亿立方米 探明率仅有24 6 天然气 单独存在 与石油伴生 油田伴生 气 伴生 气 与煤伴生 与煤伴生 煤层气煤层气或或瓦斯瓦斯气气 瓦斯瓦斯其实是气体的英文的音译词 英文是Gas 瓦斯的定义相当广泛 不是单一的某一种东西 一般生活中常说的天然瓦斯 煤矿瓦斯则是指的 其实是气体的英文的音译词 英文是Gas 瓦斯的定义相当广泛 不是单一的某一种东西 一般生活中常说的天然瓦斯 煤矿瓦斯则是指的天 然气 天 然气 主要成分是烷烃 其中 主要成分是烷烃 其中甲烷占绝大多数甲烷占绝大多数 另有少 量的 另有少 量的乙烷乙烷 丙烷丙烷和和丁烷丁烷 此外一般还含有 此外一般还含有硫化氢硫化氢 二氧 化碳 二氧 化碳 氮氮和和水气水气 以及 以及微量的惰性气体微量的惰性气体 如氦和氩等 在标准状况下 甲烷至丁烷以气体状态存在 戊烷以上 为液体 如遇明火 即可燃烧 发生 如氦和氩等 在标准状况下 甲烷至丁烷以气体状态存在 戊烷以上 为液体 如遇明火 即可燃烧 发生 瓦斯瓦斯 爆炸 直接 威胁着矿工的生命安全 爆炸 直接 威胁着矿工的生命安全 矿井工作对矿井工作对 瓦斯瓦斯 十分重视 除去采取一些 必要的安全措施外 有的矿工会提着一个装有 十分重视 除去采取一些 必要的安全措施外 有的矿工会提着一个装有金 丝雀 金 丝雀的鸟笼下到矿井 把鸟笼挂在工作区内 原 来 金丝雀对 的鸟笼下到矿井 把鸟笼挂在工作区内 原 来 金丝雀对 瓦斯瓦斯 或其他毒气特别敏感 只要 有非常淡薄的 或其他毒气特别敏感 只要 有非常淡薄的 瓦斯瓦斯 产生 对人体还远不能有致 命作用时 产生 对人体还远不能有致 命作用时 金丝雀就已经失去知觉而昏倒金丝雀就已经失去知觉而昏倒 矿工 们察觉到达种情景后 可立即撤出矿井 避免伤 亡事故的发生 矿工 们察觉到达种情景后 可立即撤出矿井 避免伤 亡事故的发生 瓦斯爆炸即为CH瓦斯爆炸即为CH4 4燃烧 化学方程式为 CH 燃烧 化学方程式为 CH4 4 2O 2O2 2 CO CO2 2 2H 2H2 2O 当空气中氧气浓度达到10 时 若瓦斯浓度 在5 16 之间 就会发生爆炸 O 当空气中氧气浓度达到10 时 若瓦斯浓度 在5 16 之间 就会发生爆炸 每个煤矿都必然产生瓦斯 瓦斯是每个煤矿都必然产生瓦斯 瓦斯是煤矿的副产 品 煤矿的副产 品 分别就在于 分别就在于浓度的高低浓度的高低 瓦斯爆炸产生的高温高压 促使爆源附近的气体 以极大的速度向外冲击 造成人员伤亡 破坏巷道和 器材设施 扬起大量煤尘并使之参与爆炸 产生更大 的破坏力 另外 爆炸后生成大量的有害气体 造成 人员中毒死亡 消除井下瓦斯主要靠 瓦斯爆炸产生的高温高压 促使爆源附近的气体 以极大的速度向外冲击 造成人员伤亡 破坏巷道和 器材设施 扬起大量煤尘并使之参与爆炸 产生更大 的破坏力 另外 爆炸后生成大量的有害气体 造成 人员中毒死亡 消除井下瓦斯主要靠通风通风 将瓦斯浓度控制在一 定浓度之下就能保证安全 一般都要保证其浓度在1 以下 将瓦斯浓度控制在一 定浓度之下就能保证安全 一般都要保证其浓度在1 以下 一 天然气的分类一 天然气的分类 依据不同的原则 有三种天然气的分类方式 依据不同的原则 有三种天然气的分类方式 1 按矿藏特点分类1 按矿藏特点分类 按矿藏特点的不同可将天然气分为按矿藏特点的不同可将天然气分为气井气气井气 gas well gas gas well gas 凝析井气凝析井气 condensate gas 和 condensate gas 和油田气油田气 oil field gas 前 两 者 合 称 oil field gas 前 两 者 合 称 非 伴 生 气非 伴 生 气 unassociated gas 后 者 也 称 为 unassociated gas 后 者 也 称 为 油 田 伴 生 气油 田 伴 生 气 associated gas associated gas 气井气气井气 即纯气田天然气 气藏中的天然气以气相 存在 即纯气田天然气 气藏中的天然气以气相 存在 通过气井开采出来通过气井开采出来 其中甲烷含量高 其中甲烷含量高 一 天然气的分类一 天然气的分类 凝析井气凝析井气 即凝析气田天然气 气藏中以气 体状态存在 是具有高含量可回收烃液的气田 气 其凝析液主要为凝析油 其次可能还有部 分被凝析的水 这类气田的井口流出物 即凝析气田天然气 气藏中以气 体状态存在 是具有高含量可回收烃液的气田 气 其凝析液主要为凝析油 其次可能还有部 分被凝析的水 这类气田的井口流出物除含有 甲烷 除含有 甲烷 乙烷乙烷外 还含有外 还含有一定量的丙烷一定量的丙烷 丁烷丁烷及及 C C5 5 以上的烃类 以上的烃类 一 天然气的分类一 天然气的分类 油田气油田气 即油田伴生气 它是伴随原油共 生 是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体 包括游离气 气层气 和溶解在原油中的溶解 气 从组成上也认为属于 即油田伴生气 它是伴随原油共 生 是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体 包括游离气 气层气 和溶解在原油中的溶解 气 从组成上也认为属于湿气湿气 在油井开采情 况中 借助气层气来保持井压 而溶解气则伴 随原油采出 在油井开采情 况中 借助气层气来保持井压 而溶解气则伴 随原油采出 一 天然气的分类一 天然气的分类 油田气采出的特点是 油田气采出的特点是 组成和气油比组成和气油比 gas oil ratio GOR 一般为20 500m gas oil ratio GOR 一般为20 500m3 3气 t原油 气 t原油 因 产层和开采条件不同而异 不能人为地控制 因 产层和开采条件不同而异 不能人为地控制 一 般富含丁烷以上组分 当油田气随原油一起被开 采到地面后 由于油气 一 般富含丁烷以上组分 当油田气随原油一起被开 采到地面后 由于油气分离条件分离条件 温度和压力 和 温度和压力 和分离方式分离方式 一级或二级 不同 以及受气液平 衡规律的限制 气相中除含有 一级或二级 不同 以及受气液平 衡规律的限制 气相中除含有甲烷 乙烷 丙烷 丁烷外 还含有戊烷 己烷 甚至C 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷外 还含有戊烷 己烷 甚至C9 9 C C10 10组分 组分 一 天然气的分类一 天然气的分类 液相中除含有液相中除含有重烃重烃外 仍含有一定量的外 仍含有一定量的丁烷丁烷 丙烷丙烷 与此同时 为了降低原油的饱和蒸气压 与此同时 为了降低原油的饱和蒸气压 防止原油在储运过程中的挥发耗损 油田上往往 采用各种原油稳定工艺回收原油中C 防止原油在储运过程中的挥发耗损 油田上往往 采用各种原油稳定工艺回收原油中C1 1 C C5 5组分 组分 回收回来的气体 称为回收回来的气体 称为原油稳定气原油稳定气 简称 简称原稳气原稳气 一 天然气的分类一 天然气的分类 2 按天然气的烃类组成分类2 按天然气的烃类组成。