无机化工工艺学 上 合成氨、尿素、硝酸、硝酸铵PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 氨的发现与制取 1

1.1.1 氰化法制氨 1

1.1.2 直接合成法 1

1.2 合成氨生产技术发展 3

1.2.1 原料构成变化 3

1.2.2 生产规模大型化 4

1.2.3.1 理论能耗 5

1.2.3 低能耗新工艺 5

1.2.3.2 节约能源的进展 6

1.2.4 生产自动化 6

1.3 中国合成氨工业发展概况 7

1.3.1 恢复老厂和新建中型氨厂 7

1.3.2 小型氨厂的发展 7

1.3.3 大型氨厂的崛起 7

1.4 合成氨生产的典型流程 8

1.5 氨的性质和用途 9

1.4.3 以重油为原料的流程 9

1.5.1 物理性质 9

1.4.2 以天然气为原料的流程 9

1.4.1 以焦炭（无烟煤）为原料的流程 9

1.5.2 化学性质 10

1.5.3 氨的用途 10

参考文献 11

第二章 粗原料气制取 12

2.1 气态烃蒸汽转化法 12

2.1.1 气态烃蒸汽转化的化学反应 12

2.1.2 甲烷蒸汽转化反应原理 13

2.1.2.1 甲烷蒸汽转化反应热力学 14

2.1.2.2 甲烷蒸汽转化反应动力学 16

2.1.2.3 烃类蒸汽转化过程的析炭 21

2.1.2.4 二段转化反应 25

2.1.3 转化催化剂 26

2.1.3.1 活性组分和助催化剂 26

2.1.3.2 载体 27

2.1.3.3 物理结构、外形及尺寸 27

2.1.3.4 主要型号的性能和选用 30

2.1.3.5 催化剂的装填 32

2.1.3.6 催化剂还原 32

2.1.3.7 镍催化剂的中毒和寿命 33

2.1.4 工业生产方法 35

2.1.4.1 工艺条件 35

2.1.4.2 工艺流程 39

2.1.5 主要设备 40

2.1.5.1 一段转化炉 40

2.1.5.2 二段转化炉 43

参考文献 44

2.2 固体燃料气化法 45

2.2.1 概述 45

2.2.2 煤气化过程的基本原理 46

2.2.2.1 煤的干燥 46

2.2.2.2 煤加热分解 46

2.2.2.3 气化反应的化学平衡 47

2.2.2.4 煤气化反应速度 49

2.2.3 煤气化的工业方法 51

2.2.3.1 气化炉的床层类型 52

2.2.3.2 气化炉主要类型及其特征 52

2.2.3.3 半水煤气的制取 57

2.2.3.4 间歇式制半水煤气的工作循环 59

2.2.3.5 制半水煤气的工艺条件 60

2.2.3.6 气化炉的原料煤消耗及热能回收 62

2.2.4.1 典型工艺流程 66

2.2.4.2 热能回收新流程 66

2.2.4 间歇式煤气化工艺流程 66

2.2.5 煤、氧、蒸汽连续气化法的典型工艺流程 68

2.2.5.1 加压鲁奇炉连续制气流程 68

2.2.5.2 德士古气化流程及其关键技术 69

2.2.6 谢尔粉煤气化技术 72

2.2.6.1 工艺特点 72

2.2.6.2 工艺流程 73

2.2.6.3 主要设备 73

参考文献 74

2.3 重油部分氧化法 74

2.3.1.1 气化反应 75

2.3.1 重油气化的基本原理 75

2.3.1.2 气化反应的化学平衡 76

2.3.1.3 炭黑生成的热力学 76

2.3.1.4 重油气化反应速率 77

2.3.2 重油部分氧化的工艺条件 77

2.3.2.1 温度 77

2.3.2.2 压力 78

2.3.2.3 氧油化 79

2.3.2.4 蒸汽/油比 79

2.3.2.5 原料油中杂质的影响 80

2.3.3 工艺流程 80

2.3.3.2 谢尔废热锅炉流程 81

2.3.3.1 德士古激冷流程 81

2.3.3.3 炭黑回收流程 83

2.3.4 主要设备 84

2.3.4.1 气化炉 84

2.3.4.2 喷嘴 85

参考文献 87

2.4 一氧化碳变换 87

2.4.1 变换反应热力学 87

2.4.1.1 热效应 87

2.4.1.2 变换反应的化学平衡 88

2.4.2.1 高变催化剂 89

2.4.2 变换催化剂 89

2.4.2.2 低变催化剂 94

2.4.2.3 耐硫变换催化剂 96

2.4.3 反应速率及动力学方程式 98

2.4.3.1 动力学方程式类型 98

2.4.3.2 扩散过程的影响 100

2.4.4 工艺条件 100

2.4.4.1 压力 100

2.4.4.2 温度 101

2.4.5.1 中（高）变-低变串联流程 103

2.4.5 工艺流程 103

2.4.4.3 汽气比 103

2.4.5.2 多段变换流程 104

2.4.5.3 全低变流程 105

参考文献 106

第三章 粗原料气的净化 107

3.1 硫化物的脱除 107

3.1.1 概述 107

3.1.1.1 硫化物的形态 107

3.1.1.2 几种主要硫化物的性质 108

3.1.1.3 脱硫方法的分类 108

3.1.2.2 湿法氧化还原脱硫的基本原理 110

3.1.2 湿法脱硫 110

3.1.2.1 湿法脱硫选择原则 110

3.1.2.3 两种典型湿法脱硫工艺 112

3.1.2.4 中国近年开发的脱硫方法 121

3.1.2.5 有机溶济法脱硫 123

3.1.3 脱硫及再生设备 125

3.1.3.1 脱硫塔 125

3.1.3.2 再生设备 126

3.1.4 干法脱硫 127

3.1.4.1 活性炭法 127

3.1.4.2 氧化铁法 128

3.1.4.3 氧化锌法 130

3.1.4.4 钴钼加氢脱硫法 133

3.1.4.5 硫氧化碳水解催化法 139

参考文献 141

3.2 二氧化碳的脱除 141

3.2.1 概述 141

3.2.2 物理吸收与化学吸收的比较 143

3.2.3 化学吸收法 144

3.2.3.1 热碳酸钾法 144

3.2.3.2 活化MDEA（a-MDEA）法 157

3.2.4.1 低温甲醇洗涤法（简称甲醇洗） 162

3.2.4 物理吸收法 162

3.2.4.2 聚乙二醇二甲醚（Selexol或NHD）法 175

3.2.4.3 脱碳方法的选择 178

参考文献 180

3.3 原料气的最终净化 180

3.3.1 概述 180

3.3.2 铜氨液吸收法 181

3.3.2.1 铜氨液的组成 181

3.3.2.2 铜氨液吸收一氧化碳的基本原理 183

3.3.2.3 铜氨液吸收二氧化碳、氧和硫化氢 186

3.3.2.4 铜洗操作条件 187

3.3.2.5 铜氨液的再生 188

3.3.2.6 工艺流程 190

3.3.3 甲烷化法 191

3.3.3.1 基本原理 191

3.3.3.2 甲烷化催化剂 196

3.3.3.3 工艺条件和流程 197

3.3.4 深冷分离法 198

3.3.4.1 基本原理 198

3.3.4.2 液氮洗涤一氧化碳 199

参考文献 204

3.3.4.3 深冷脱除过量氮 204

第四章 氨合成 205

4.1 氨的合成 205

4.1.1 热力学基础 205

4.1.1.1 氨合成反应的化学平衡 205

4.1.1.2 氨合成反应的热效应 207

4.1.2 氨合成催化剂 208

4.1.2.1 化学组成和结构 208

4.1.2.2 催化剂的还原和使用 211

4.1.3 氨合成反应动力学 212

4.1.3.1 反应机理和动力学方程式 212

4.1.3.2 内扩散对氨合成速率的影响 215

4.1.4.1 温度 216

4.1.4 工艺参数的选择 216

4.1.4.2 压力 218

4.1.4.3 空间速度 219

4.1.4.4 合成塔进口气体组成 220

4.1.5 工艺流程 220

4.1.5.1 氨的分离方法 220

4.1.5.2 氨合成回路流程 221

4.1.5.3 弛放气回收 223

4.1.6.1 结构特点及基本要求 226

4.1.6 氨合成塔 226

4.1.6.2 冷管式氨合成塔 227

4.1.6.3 冷激式氨合成塔 229

4.1.7 反应热的回收利用 231

参考文献 232

第七章 合成氨生产综述 233

5.1 生产总流程 233

5.1.1 三种原料制氨物料流程 233

5.1.2 大型氨厂的消耗 233

5.2.2 大型氨厂的节能措施 237

5.2.2.1 转化系统 237

5.2.1 吨氨理论能耗 237

5.2 合成氨的能耗与节能 237

5.2.2.2 降低气体压缩的动力消耗 238

5.2.2.3 脱碳系统 238

5.2.2.4 合成系统 239

5.2.2.5 蒸汽动力系统 239

5.3 节能型合成氨工艺 239

5.3.1 凯洛格工艺进展 239

5.3.1.1 低能耗工艺 239

5.3.1.2 KRES和KAAP技术 240

5.3.3 ICI AM-V工艺 241

5.3.2 布朗深冷净化工艺 241

5.3.4 LCA工艺 243

5.3.5 KPK工艺 244

5.4 对中国合成氨工业的展望 245

5.4.1 生产规模 245

5.4.2 原料结构 246

参考文献 246

第一章 绪论 247

1.1 尿素的性质 247

1.2 尿素生产技术发展 249

1.3 尿素生产原则流程 250

2.1.1 化学平衡 253

2.1 尿素的合成 253

第二章 尿素生产方法原理 253

2.1.2 相平衡 260

2.1.3 合成工艺条件的确定 262

2.1.4 尿素合成塔结构的研讨 267

2.2 合成液未反应物的分离和回收 268

2.2.1 概述 268

2.2.2 高压气提分离和高压圈循环 269

2.2.3 中低压分离回收循环 274

2.3 尿素溶液的蒸发 278

2.4.2 尿素的造粒 281

2.4 尿素的结晶和造粒 281

2.4.1 尿素的结晶 281

2.5 尿素生产过程中副反应的防止 284

2.6 尿素生产过程中的三废处理 285

2.6.1 废液的处理 285

2.6.2 废气的处理 287

2.6.3 尾气的处理 287

2.7 尿素生产中的腐蚀与防腐 291

3.2 水溶液全循环法 293

3.2.1 传统水溶液全循环法 293

3.1 不循环法和部分循环法 293

第三章 尿素生产技术 293

3.2.2 改良C法 295

3.2.3 热循环（HR）法 297

3.3 气提法 298

3.3.1 二氧化碳气提法 298

3.3.2 氨气提法 301

3.3.3 ACES法 303

3.3.4 等压双气提法（IDR法） 305

3.4 联尿法 306

3.5 其它尿素生产技术 310

3.6 尿素新品种和新技术的开发 311

第四章 尿素的用途及产品规格 312

4.1 尿素的用途 312

4.2 尿素的产品规格 312

参考文献 313

第一章 稀硝酸的生产 315

1.1 氨催化氧化 315

1.1.1 氨氧化反应 315

1.1.2 氨氧化用铂系催化剂 316

1.1.2.1 化学组成 316

1.1.2.2 物理性状 316

1.1.2.3 铂网的活化、中毒及再生 317

1.1.3 氨催化氧化的反应动力学 318

1.1.2.4 铂网损失和回收 318

1.1.4 氨氧化的物料和热量衡算 319

1.1.4.1 物料平衡 319

1.1.4.2 反应温升的计算 321

1.1.4.3 工艺条件 321

1.1.5 氨催化氧化的流程 325

1.1.6 氨催化氧化的设备 326

1.2 一氧化氮的氧化 329

1.2.1 一氧化氮反应化学平衡 329

1.2.2.1 反应机理 330

1.2.2 一氧化氮氧化反应速度 330

1.2.2.2 一氧化氮氧化时间的计算 331

1.2.3 一氧化氮氧化所需氧化空间 333

1.2.4 一氧化氮氧化的最适宜气体含量 334

1.2.5 一氧化氮氧化的工艺过程 335

1.3 氮氧化物的吸收 336

1.3.1 吸收反应的化学平衡 336

1.3.1.1 平衡常数 336

1.3.1.2 二氧化氮吸收的平衡含量的计算 338

1.3.2 氮氧化物的吸收速度 340

1.3.3 氮氧化物吸收条件的选择 341

1.3.4.2 加压吸收塔 344

1.3.4 二氧化氮吸收的主要设备 344

1.3.4.1 常压吸收塔 344

1.4 硝酸尾气的处理 346

1.4.1 碱液吸收法 347

1.4.2 催化还原法 350

1.5 稀硝酸生产综述 352

1.5.1 生产方法及技术经济指标 352

1.5.2 典型生产流程 354

1.5.2.1 全压法流程 354

1.5.2.2 双加压法流程 354

1.5.2.3 巴马格（Bamag）兼产两种不同HNO3含量的稀硝酸流程 357

1.5.3.1 腐蚀 358

1.5.3 硝酸生产中的腐蚀与耐蚀材料 358

1.5.3.2 耐蚀材料 359

1.5.4 稀硝酸生产技术发展动向 360

参考文献 363

第二章 浓硝酸的制造 365

2.1 加脱水剂法 365

2.1.1 浓硫酸脱水法 365

2.1.2 硝酸镁脱水法 366

2.1.2.1 硝酸镁的性质 366

2.1.2.2 基本原理 367

2.1.2.3 工艺流程及主要设备 368

2.2 直接合成浓硝酸 371

2.2.1 直接法制硝酸工艺原理 372

2.2.1.1 氧的催化氧化 372

2.2.1.2 含氮氧化物气体冷却和过量水的分离 372

2.2.1.3 NO的氧化 372

2.2.1.4 液态四氧化二氮制造 373

2.2.1.5 四氧化二氮合成硝酸 375

2.2.2 工艺流程 377

2.2.2.1 霍科法流程及主要设备 377

2.2.2.2 蒙特爱迪生法工艺流程 380

2.2.2.3 住友法工艺流程 381

2.3 超共沸酸精馏法制取浓硝酸 383

2.3.1 基本原理 383

2.3.2 工艺流程 383

2.4 几种浓硝酸生产方法的比较 385

参考文献 385

第一章 绪论 387

1.1 硝铵的性质 387

1.1.1 硝铵的晶型 387

1.1.3 硝铵水溶液的沸点 388

1.1.4 硝铵的吸湿性与结块性 388

1.1.2 硝铵溶解度 388

1.1.5 硝铵的热分解 390

1.2 硝铵用途与质量要求 390

第二章 硝铵的生产方法 392

2.1 中和法制取硝铵 392

2.1.1 基本原理 392

2.1.2 利用反应热的中和器结构 393

2.1.3 利用反应热的中和流程 395

2.1.4 稀硝铵溶液的蒸发、结晶和干燥 397

2.1.4.1 稀硝铵溶液的蒸发 397

2.1.4.2 硝铵的结晶和干燥 398

2.2 转化法制取硝铵 400

2.3 多孔硝铵的制取 401

2.3.1 生产方法 402

2.3.1.1 流化床法 402

2.3.1.2 综合法 402

2.3.1.3 塔式法 402

2.3.2 法国K-T法生产流程 402

2.3.2.1 流程说明 404

2.3.2.2 工艺条件 404

2.3.2.3 产品性能 404

2.3.2.4 主要消耗定额（60%HNO3时）/吨产品 404

参考文献 404