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        公務員期刊網 精選范文 化學工程與工藝的研究方向范文

        化學工程與工藝的研究方向精選(九篇)

        前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的化學工程與工藝的研究方向主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。

        第1篇:化學工程與工藝的研究方向范文

        關鍵詞:煤直接液化技術 粗制油 精制油 特點 資源優化

        隨著社會經濟的發展和工業生產的需求,對于資源的需求越來越大,資源緊缺現象會愈來愈嚴重,尤其是有有限儲量的石油資源,因此開發使用其它資源代替石油資源的部分功能就顯得十分有必要,煤直接液化技術就是利用石油資源代用燃料技術的開發重要典型之一。煤直接液化技術是通過將煤資源進行直接的催化并添加氫化物然后轉化成為液體物質的一種技術,使用煤直接液化技術進行煤資源的轉化,不僅可以將煤資源轉化成為各種燃油資源以及液化石油氣、噴氣燃料等,還可以從煤資源中提取苯以及甲苯、二甲苯等物質,這對于我國社會經濟發展的推進以及資源緊缺等現狀的緩解都有著積極的意義。

        一、煤直接液化技術相關原理

        煤直接液化技術是通過將煤資源進行直接的催化并添加氫化物然后轉化成為液體物質的一種技術。在化學概念中,煤與石油的化學組成中都包含有碳、氫和氧等元素,煤物質的氫含量以及組成物質中的氫和碳的原子比比值要比石油的低,而煤物質中氧氣的含量卻比石油中氧氣的含量要相對較高。在化學概念中煤化合物中的分子量要相對較大,一般都是在較高的數值,并且煤物質的化學結構相對較為復雜。在化學概念中,煤物質中還包含有一定數量的以細分或者三組分形成存在的一些無機礦物質以及一些吸附水,并且煤物質中還含有一些數量不一定的一些雜原子、金屬物質以及微量元素等,因此要實現煤液化油就需要采用化學分離等方法進行煤分子結構解散,以實現煤資源直接液化的實現。

        在煤資源直接液化技術中,將煤進行加溫或者化學分離以實現煤物質的小分子結構的存在形式,并通過加氫進行液化時,在煤資源液化過程中不僅需要有較高的溫度,還需要相應的高壓以及氫氣、催化溶劑等共同作用才能夠實現將煤物質的直接液化,實現煤物質液化成為油。煤資源直接液化技術中主要就是煤物質的分子分解過程以及加氫催化過程、原子分離液化過程。在煤資源直接液化技術中將煤物質通過以上的三個過程步驟的分解催化最終實現煤物質轉化成為油的過程。

        二、煤資源直接液化的主要工藝技術

        煤資源直接液化技術工藝的出現主要是早期工業發展中為控制工業生產的成本,提高工業生產效率而開發的一項工藝技術。煤直接液化技術早期是在美國、德國以及日本等一些工業發達國家被開發應用。因此煤直接液化技術中比較具有代表性的工藝技術中也就有美國、德國和日本工業發展生產中使用的煤直接液化技術。我國煤直接液化技術工藝的開發應用也是隨著我國社會經濟的發展和工業生產的需要逐漸發展應用起來的。美國工業生產發展中應用的煤直接液化技術工藝主要就是HTI工藝技術。HTI工藝技術在工業生產應用中是使用特殊的反應器進行混合煤物質的混合反應的,其中煤直接液化中使用的催化劑也是一種專利催化劑,最終通過臨界溶劑萃取的方式進行煤物質轉化油的雜原子分離,整個液化反應過程相對比較緩和。德國使用的煤直接液化技術的工藝主要是IGOR工藝技術,而日本使用的是NEDOL煤直接液化工藝技術進行煤資源直接液化應用。總之它們使用煤資源直接液化技術主要就是為了提高工業生產效率,控制工業生產成本,推動工業生產和發展。我國的煤直接液化技術工藝則主要以供氫性循環溶劑作為煤漿制備溶劑,并通過強制循環懸浮床反應器進行煤物質的狀態分解,最終通過減壓蒸餾法進行煤物質液化油的分離提取,這樣的煤資源直接液化工藝技術具有液化油效率高,資源浪費小等優勢。

        三、煤液化粗質油和精制油特征及粗質油改質

        煤資源直接液化過程中產生的粗質油主要有重油、中油和輕油三種形式。其中在煤資源直接液化過程中產生的煤液化石腦油是煤液化粗質油中的重要部分,煤液化石腦油中含有較多的芳烴含量,而相對來講苯原子的含量卻相對較小。因此,對于煤液化粗質油來講不僅含有較多的雜原子對于油質成分有一定的影響,并且進行煤資源液化過程中對于加氫進行精制的要求非常的高。煤資源液化中產生的中油粗質油形式也在煤液化油中占有的比例較大,并且在進行精制過程中對于氫氣的消耗要高。而煤液化中產生的重油粗質油形式,它在煤液化油中的占有比例相對較低,因此在進行精制中是和煤液化油一起進行加工的。

        煤資源直接而液化過程中液化產生的精制油它的主要特征就是煤液化精制油中的氮含量較少,因此在進行后期的煤液化油的精制加工中進行精制加工的難度也相對較低。煤液化精制油加工中需要進行加氖以穩定液化加工過程物質的穩定性,因此,煤液化精制油的氫含量相對增加,整體比重降低,煤液化中的精制油的不飽和烴含量也會降低,其中以烯烴、二烯烴尤為嚴重。煤液化精制油還具有雙環以上芳烴部分飽和后開環裂化特征,對于柴油十六烷值的提高有一定的積極作用。

        煤資源直接液化中產生的粗質油除了油質成分外,還包含有一定的芳烴、碳、氧以及硫等雜原子成分,在使用中必須要進行相關處理改質才能符合使用標準進行應用。將煤資源直接液化中產生的粗質油進行改質應用的工藝也相對較多,其中具有典型代表意義的煤資源直接液化粗質油改質工藝有lGOR煤液化油改質工藝技術、NEDOL粗質油改質工藝和HTI煤液化粗油改質工藝等,它們在進行煤液化粗質油改質中各改質工藝具有各工藝優勢。我國煤資源直接液化技術中對于煤液化粗質油的改質工藝主要是使用離線二段加氰裂化技術進行煤液化粗質油改質應用的。

        四、結束語

        總之,使用煤直接液化技術進行煤液化油的開發應用不僅對于推動社會經濟的發展具有積極的意義,在一定程度上對于緩解資源緊缺現狀也有一定的幫助,具有很大的研究價值。

        參考文獻

        [1]邱澤鋒.煤直接液化技術及其液化粗質油和精制油特點[J].浙江化工.2009(6).

        [2]任相坤,房鼎業,金嘉璐,高晉生.煤直接液化技術開發新進展[J].化工進展.2010(2).

        [3]夏筱紅,秦勇.煤直接液化技術在我國能源格架及環境發展中的趨勢[J].采礦技術.2006(3).

        [4]李婷,蔡青,付進秋.關于煤直接液化技術的見解[J].科海故事博覽.2011(5).

        第2篇:化學工程與工藝的研究方向范文

        Shi Bo

        (中石油東北煉化工程有限公司吉林分公司,吉林 132022)

        (China Petroleum Jilin Chemical Enginneering & Construction Co.,Ltd.,Jilin 132022,China)

        摘要: 文章采用乙基愈創木酚-乙醛酸法制備乙基香蘭素,此法工藝簡單,反應條件易于控制,產率高,產品純度高,三廢污染少。與傳統工藝相比,該工藝具有流程簡單,能耗少,污染少,轉化率高等優點,能滿足環保和經濟要求。本設計主要完成了氧化及萃取工段的氧化塔,脫羧塔以及萃取塔的工藝設計計算,確定了塔高、塔徑等。

        Abstract: Ethyl Guaiacol is prepared by acid ethyl vanillin; this process is simple, and is easy to control the reaction conditions, high yield, high purity and less waste pollution. Compared with the traditional process, the process has a simple process, less energy consumption, less pollution, high conversion rate, etc.; it can meet the environmental and economic requirements. The process design calculation of oxidizing column and decarboxylation tower in oxidation and extraction was completed and height and diameter of tower.

        關鍵詞: 乙基香蘭素 氧化 工藝

        Key words: ethyl vanillin;oxidation;process

        中圖分類號:[T-9]文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)32-0023-02

        0引言

        乙基香蘭素是當今世界上最重要的合成香料之一,乙基香蘭素(又稱:乙基香蘭醛,3-乙氧基-4-羥基苯甲醛),相對分子質量166.18,以乙基愈創木酚一甲醛法先將乙基愈創木酚和甲醛于15%HCl中縮合成3-乙氧基-4-羥基苯甲醇,再將間硝基苯磺酸用Al 和15%HCl于5℃以下還原成間苯肼磺酸,3-乙氧基-4-羥基苯甲醇和間苯肼磺酸縮合水解得乙基香蘭素。[1]此法工藝路線長,產品產率低,無工業化生產。以黃樟素為原料,黃樟素經堿處理后,雙鍵遷移轉化為異黃樟素,然后氧化為胡椒醛,胡椒醛在氫氧化鉀的醇液中反應,生成原兒茶酚,再與鹵乙烷或硫酸二乙酯于加壓下進行乙基化,即得乙基香蘭素[2]。此法路線長,工藝復雜,且同生成異乙基香蘭素,產率低,故在使用上受到限制。在綜合權衡多方面因素的前提下,本裝置采用乙基愈創木酚-乙醛酸法,此法工藝簡單,反應條件易于控制,產率高,產品純度高,三廢污染少,國外己有較成熟的工藝, 國際市場上的乙基香蘭素大部分采用此法生產[3]。

        1裝置所采用的生產方法及基本原理

        生產方法中包括配料工序、縮合工序、木酚萃取工序、氧化工序、乙基香蘭素萃取工序、精餾工序、水結晶工序、烘干包裝工序、回收工序(乙醇回收、回收木酚蒸餾)組成[4]。其中,配料工序的稀堿配制和乙醛酸鈉鹽配制采用連續方式進行,氧化工序的混合、脫羧、中和采用連續方式進行,木酚萃取、乙基香蘭素萃取、精餾、乙醇回收、回收木酚蒸餾、烘干為連續操作,稀酸配制、縮合反應、氧化反應、催化劑水溶液配制、水結晶、包裝為間歇操作。

        縮合工序產生的木酚萃余相由萃取塔中進入到混合釜,通過泵將原料混合液從氧化反應器中部加入,反應器頂部汽體經換熱冷卻至沸點后變成液體,進入到回流罐,然后回到塔內作為回流使用。脫羧塔進料由氧化液儲罐中進入到預熱器預熱后,溫度達到100℃左右,然后經由計量泵進入到脫羧塔中脫羧。產品經脫羧列冷器冷卻后進入到脫羧液儲罐中,用50%硫酸進行酸化,酸化后即為產物乙基香蘭素。萃取塔進料由脫羧液儲罐中經泵由萃取塔上部加入,萃取劑為苯。萃取后采出分為兩部分。塔頂采出為油相,主要含乙基香蘭素和苯。然后進入到萃取液列冷器,經加熱后大部分苯變為苯整汽,而乙基香蘭素為液體,故經過旋風分離器分離后苯由旋風分離器上部采出,而乙基香蘭素則由旋風分離器下部采出。

        2工藝設備選擇

        2.1 氧化過程在氧化反應裝置中,由于需要通入壓縮空氣,因此反應器采用鼓泡塔反應器。而在脫羧中禁止有氧氣的存在,故而將氧化和脫羧操作分為兩個塔,這樣可以有效的防止更多副反應的發生。[5]

        2.2 中和過程經過氧化脫羧工段后產物為乙基香蘭素鈉鹽,故而需要將其酸化,此酸化過程用的是50%的硫酸,此過程不但可以將乙基香蘭素鈉鹽變成乙基香蘭素,還可以將其他的堿及堿性物質全部酸化,防止乙基香蘭素變成鈉鹽[6]。

        2.3 萃取過程此工藝為年產4100t/a乙基香蘭素,量較大,故而選用轉盤萃取塔,轉盤萃取塔不但處理量大,而且結構簡單,操作方便,分離效率高,故而在乙基香蘭素的工藝過程中運用較多。[7]

        2.4 工藝生產條件一覽表生產乙基香蘭素的生產條件下方,如表1所示。

        3設備計算

        設計基礎

        年產4100噸乙基香蘭素(含量99.9%),年工作日7200小時,木酚含量99%,732kg可以回收188kg(含量90%)粗制香蘭素含量為82%,精餾收率92%,粗制收率82%,水結晶收率為95%(含母液回收)。乙基香蘭素:乙醇:水=1:1:1.1,乙基香蘭素的溶解度=0.12788kg乙基香蘭素/kg醇水。

        在設備計算中,主要計算了氧化工段及萃取工段所使用塔器的塔徑和塔高。

        3.1 反應器計算

        3.1.1 鼓泡塔的直徑的計算。在空塔氣速為uOG=0.02~0.135m/s的范圍內,n=1.6和C=0.145~0.400

        取uOG=0.05m/s

        D=1.128(■)■=1.291m

        故反應塔的直徑可圓整為D=1.5m。

        3.1.2 靜液層高度和鼓泡層高度計算。

        靜液層高度 HO=■=■=14.985m

        對于基本的有機化工中使用的鼓泡塔反應器,高度一般很高,當■/uOG?叟30,氣含率?孜G沿塔高可視為常數。當■/uOG=282?叟30,?孜G沿塔高可視為常數。

        鼓泡層高度

        HGL=■=■=17.694m

        3.1.3 反應器的總高度

        H=■=■=19.3199m

        即反應器的高度為H=19.3199.

        取反應器的底座為1.5m,故反應器的總高度為20.8199m。

        3.2 萃取塔計算進行轉盤塔計算時,流體力學及傳質關聯式

        中都涉及到需試差計算的弗魯特數:Fr=g÷(dR?N2)

        先假設轉盤直徑dR,然后進行試差驗算。假設dR = 0.8m

        由于傳質方向從連續相到分散相,故Fr=(?椎2)0.5=2S

        ?椎2={■}0.25{■}0.6(1)

        計算臨界轉盤速度

        Nc=■

        式中,Nc 為臨界轉盤速度;N為實際轉盤轉數,r/s;Fr為弗魯特數;σ為液體界面張力,N/m;

        μ為液體粘度,Ns/m2;ρ為液體密度,kg/m3;Δρ為兩相密度之差,kg/m3;Dc、Dd為連續相、分散相的擴散系數,m2/s。

        先計算Φ2,代入公式(1),則

        Φ2={■}0.25?{■}0.6=207.803

        塔直徑:D=■=1.58m=1.6m

        塔內件布置見圖1 。

        根據上述計算,設計時轉盤塔直徑取1.6m;轉盤直徑取0.8m;固定環開口直徑為1.1m;轉盤間距為0.53m。根據資料查知,采用10個理論板就可使乙基香蘭素的萃取率達到99%。根據經驗數據,理論級的當量長度取1.5m,因此塔高為15m,上下兩分離段各取1m,即萃取塔總高為17m。

        4結論

        采用乙基愈創木酚-乙醛酸法新工藝生產乙基香蘭素,反應條件易于控制,反應選擇性高,產率高,產品純度高,耗電少,三廢污染少,有利于工業化,是我國乙基香蘭素生產工藝的發展方向。本工序主要分為四個部分:氧化,脫羧,萃取以及蒸苯。與傳統工藝相比,該工藝具有流程簡單,能耗少,污染少,轉化率高等優點,能滿足環保和經濟要求。通過乙醛酸法,扁桃酸經過氧化,脫羧生成乙基香蘭素,再經萃取工序,生成含量為82%的乙基香蘭素,供精餾使用。

        本設計主要完成了氧化塔,脫羧塔以及萃取塔的工藝設計計算,確定了塔高、塔徑等。

        參考文獻:

        [1]馬沛生.化工熱力學(通用型)[M].化學工業出版社,2005,5.

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        [3]國家醫藥管理局上海醫藥設計院.化工工藝設計手冊(上冊)[M].化學工業出版社,1994,12.

        [4]張潔.異丙苯的Antoine常數.化學工程[J],1989,12,25.

        [5]黃文煥.化工設計概論[M].吉林科學技術出版社,2008,6.

        [6]Mujumdar A S,Wu Z H1 Thermal Drying Technologies .NewDevelopment s and Future R &DPotential [C]1 Proceedings of the5th Asia2Pacific Drying Conference . Hong Kong . 2007 : 1281.

        [7]Curcio E, Profio G D, Drioli E. A new membrane - basedcrystallization technique. Tests onlysozyme [J].CrystalGrowth, 2003, 24(1-2):166~176.

        第3篇:化學工程與工藝的研究方向范文

        關鍵詞:高錳酸鉀 制備工藝 發展現狀

        高錳酸鉀,俗稱灰錳氧、PP 粉,是一種常見的強氧化劑,常溫下為紫黑色片狀晶體,見光易分解:

        2KMnO4(s) K2MnO4(s)+ MnO2(s)+ O2(g),故需避光存于陰涼處,嚴禁與易燃物及金屬粉末同放。目前,我國擁有世界上最先進的錳酸鉀制備工藝技術。主要制備方法有固體焙燒法和液相氧化法,以及自主研發的外循環三相反應器連續制備錳酸鉀的新技術。

        1 高錳酸鉀制備工藝技術

        高錳酸鉀的制備因氧化工序的工藝技術不同,分為固相焙燒法和液相氧化法以及外循環三相反應器連續法[1]。常見的高錳酸鉀的工業生產方法是:以軟錳礦(Mn02)與堿(KOH)和氧化劑(O2)為原料,通過氧化反應制得錳酸鉀(K2MnO4 ),再經電解(陽極:MnO4-2 - e- = MnO4- ,陰極:2H2O + 2e- = 2OH- + H2 ,總反應:2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH)、結晶、分離、干燥等工序制得高錳酸(KMnO4)。

        1.1固相焙燒法

        固相氧化焙燒法是把錳粉(MnO,>65 %)與熔融的氫氧化鉀按一定比例混合后鋪到氧化平爐上,爐內用煤燒火升溫吸收空氣中的氧來進行氧化反應。平爐固相焙燒工藝法它的混料和平爐吸氧的主要反應為:2MnO2+6KOH+1/2O2 = 2K3MnO4+3H2O (1), 2K3MnO4+1/2O2+H2O = 2K2MnO4+2KOH (2)。

        固相焙燒法生產KMnO4 簡單工藝流程見圖1。

        圖1 固態焙燒法制備KMnO4 工藝流程圖[2]

        由于工藝本身的限制以及MnO2 粉的活性差,上述兩個反應進行得很不完全,致使MnO 轉化率低,吸氧約為55 %,溫度為250 ℃~300 ℃,反應時間50~60 h,二氧化錳轉化率65 %~69 %,1噸產品需100 % MnO 粉0.73 t,為理論值的1.32 倍,相當部分MnO,進入渣中[2]。固相氧化法設備工藝復雜,生產投資大以及轉化率低,屬于傳統工藝。

        1.2液相氧化法

        液相氧化法也稱三相氧化法(即液-固-氣相法的簡稱)是把錳粉加到液體氫氧化鉀中,攪拌均勻后泵人氧化塔,然后壓人空氣或氧氣并用導熱油或其他方式來升溫進行氧化反應。它改變了固相法的固-固-氣反應過程,變為固-液-氣反應過程。液相氧化法生產KMnO4 簡單工藝流程見圖2。

        圖2 液相氧化法生產高錳酸鉀工藝流程圖[3]

        液相氧化法分為敞開常壓式和密閉加壓式兩種,反應條件為:溫度在220 ℃~270 ℃ ,時間3~4 h,二氧化錳轉化率 ≥80 %,相對固相法該生產工藝有很多優勢,但由于氫氧化鉀在高溫、高濃度下腐蝕性強,選擇設備材料及丁藝參數對生產過程很重要[3]。

        1.3 外循環三相反應器連續制備高錳酸鉀新技術

        外循環三相反應器連續制備錳酸鉀,該技術的擁有者是中國廣州同濟化工廠,20世紀80年代末開發成功。外循環三相反應器連續制備錳酸鉀:將濃度為65 %~90 %(質量)的氫氧化鉀在加熱成液相熔融狀態下,與軟錳礦進行液相氧化反應生成錳酸鉀[4]。外循環三相反應器連續制備錳酸鉀新技術流程圖如圖3 所示。

        圖3 外循環三相反應器連續制備高錳酸鉀工藝流程圖[4]

        該法具有設備簡單,產品純度高,操作時無粉塵,反應時間短,同時所需空氣或其它含氧氣體的量顯著地減少,熔體攪拌時動力消耗不大,操作容易等特點。因其具備節能、環保和高效的特點,目前此法是世界高錳酸鉀工業的主要發展方向。

        2 高錳酸鉀工業的現狀與發展

        隨著經濟和工業快速發展,高錳酸鉀的消費越來越大,高錳酸鉀的價格也呈現一個增長的趨勢[5]。但是我國錳礦品位低,平均含錳21.4 % ,富礦占儲量的 6.12% ,符合國際商品級的富錳礦石(Mn ≥48 %)儲量很少,而貧錳礦儲量約占全國儲量的 94 %[6]。從總體上看,我國高錳酸鉀工業十分分散,工藝生產設備落后,能耗高,環境污染嚴重。這些都深深地制約了我國高錳酸鉀工業的發展,因此完善和推廣先進的生產工藝非常必要。近年來高錳酸鉀的市場一片看好,產業中各企業的素質參差不齊,嚴重造成了錳資源的浪費,同時給周邊的環境污染帶來很大的壓力,加強企業聯合,合理分配資源,提高企業的管理經營水平很重要,重點研究低品位錳礦制取高錳酸鉀的工藝,從而強化國際市場的影響力。

        3 總結與展望

        隨著工業技術的發展,開發制備具更廣應用價值的高錳酸鉀新技術正成為合成高錳酸鉀的主要研究方向。針對不同高錳酸鉀制備工藝優缺點進行系統深入的研究,對于研制開發新型高錳酸鉀以工業和市場不斷發展的需要等具有重要理論和應用價值。

        參考文獻:

        [1]徐肇錫. 高錳酸鉀生產現狀及發展前景[J]. 中國錳業, 1991, 9(1): 50-55

        [2]朱國祥. 高錳酸鉀廠錳渣的回收利用[J]. 南方鋼鐵, 1996(5): 26-28

        [3]胡日勤. 液相氧化法生產錳酸鉀[J]. 無機鹽工業, 1990, 22(4): 14-19

        [4]李守昌, 陳維舉和何天民等. 三相加壓連續氧化制錳酸鉀新技術[J]. 無機鹽工業, 1995, 2(2): 9-l1

        [5]付慶瑜. 1999年世界錳業發展狀況[J]. 中國錳業, 2000 (3): 48-50

        第4篇:化學工程與工藝的研究方向范文

        關鍵詞:廢棄反應釜;改進;水噴射真空泵;綜合利用

        DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.029

        1 前言

        水噴射真空泵廣泛的應用于化工、制藥、紡織、食品等行業的真空吸收、真空結晶、真空濃縮、真空干燥等工藝過程中。我公司為農藥原藥及中間體生產企業,水噴射真空泵主要用于抽氣量大的減壓蒸餾、干燥等工藝過程中。

        水噴射真空泵主要用來抽除空氣和其它無腐蝕,不溶于水,含有少量固體顆粒的氣體,以便在密閉容器中形成真空。水噴射真空泵所吸氣體中允許混有少量液體。它被廣泛應用于機械、制藥、食品、石油化工等行業的真空蒸發、濃縮、浸漬、干燥等工藝過程中。該型泵具有真空度高、結構簡單,使用方便、工作可靠、維護方便的特點。以減壓蒸餾過程為例說明,在這個過程中可利用使系統產生的一定真空度,一些液體溶劑沸點下降,在化工生產中可以節約能耗、提高效率、降低安全隱患、保障工藝的穩定性。

        水噴射真空泵工作原理:

        由補水閥向水箱進工業水,水滿后,經水箱溢流口流入污水處理池,開啟離心水泵,泵出水經過水噴射真空泵形成負壓抽力,真空系統氣體經吸氣連管進入緩沖罐,把廢氣通過緩沖罐,帶入到箱體中。

        2 一般水噴射真空泵存在以下問題

        (1)水噴射泵水箱一般采用RPP材質,不易加工成大容積,容積較小不利于工業化大生產,也不適用于抽氣量大的設備的使用。

        (2)運行中會產生大量的廢水。在水噴射真空泵運行過程中,隨著真空吸入的工業氣體帶來大量的熱量,熱量轉移到循環的水中,會使得箱體內的循環水溫度不斷升高,當超過40℃時,真空系統中的會產生大量的水沫,使得系統真空度下降,同時水沫中夾帶的氣體對真空機組及離心泵產生氣蝕現象,加快設備的損壞,增大了檢修成本。若要使得泵運行時水箱的溫度應控制低于40℃,只有不斷補充工業水,使其冷卻,這需要補加大量的水來替換,會產生大量的廢水,還增加運行成本和維護的工作量。

        (3)水噴射真空泵材質為RPP,易老化損壞,不易檢修。水噴射真空泵的箱體主要采用的材質為RPP(增強聚丙烯),易發生密封性不良,使得離心泵易造成氣縛,加大電能消耗。聚丙烯材質壽命較短,不耐腐蝕,暴漏在室外長時間的風吹日曬,也易導致塑料材質變脆縮短使用壽命。工業中常遇到有機酸性氣體,為更好地保證設備運行及減少維護,需要在水箱中加入堿溶液,RPP材質的水箱長期在這種堿性溶液中也會加速老化。RPP材質箱體出現裂縫會損壞也不易檢修。一般使用1年后就要修補,3年后基本就會更換。帶來大量的維修工作,同時帶來報廢的廢物產生。

        3 采用廢舊反應釜改裝成水噴射真空泵的方法和好處

        為響應國家政策,化工廠、農藥原藥生產企業將廠址搬離原生產地址后,產生很多廢棄無法再次投入生產的反應釜,怎樣對這些廢棄物重新利用,是我公司對水噴射泵水箱改進的創新點??筛脑斓狞c有以下幾個地方:

        3.1 水噴射泵循環水的箱體的改進

        廢棄的規格為1000L,2000L,3000L搪瓷夾套反應釜均可作為水噴射泵循環水的箱體。這種改造過的箱體具有以下幾個好處:a. 這種反應釜規格可以從1000L-3000L,能比RPP水箱箱體有更大的體積,可以配套更大的文丘里管和對應的電機,產生更大的抽氣量,這一點一般的RPP材質水噴射真空泵是做不到的。

        b.由于反應釜材質可以使搪瓷反應釜,具備有耐酸堿的特性,并且可用于溫度0-100度,這也是RPP材質不能比的。c.反應釜自帶有夾套,可實施夾套冷卻,不需要對釜內的水進行換水冷卻,可以靈活調節箱體內循環水的溫度,同時減少換水的次數和換水量,減少勞動量,減少三廢排放。d.反應釜具有良好的密封性,這也是RPP材質不能相比的。e.反應釜應用于這種環境可以達到10-20的壽命,比RPP材質高5-10倍。

        3.2 循環泵的改進

        傳統的RPP材質水噴射泵的循環泵一般采用氟塑料自吸泵。氟塑料自吸泵需要機封,機封受熱易燒壞,自吸泵易泄漏,形成“跑,冒,滴,漏”現象,泄漏后影響現場作業環境。

        我們可以在反應釜作為循環水箱體的基礎上改進氟塑料自吸泵為氟塑料磁力泵。磁力泵,采用磁力驅動,無軸封設計,由泵、磁力傳動器、電動機三部分組成。關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離套組成。當電動機帶動外磁轉子旋轉時,磁場能穿透空氣 隙和非磁性物質,帶動與葉輪相連的內磁轉子作同步旋轉,實現動力的無接觸傳遞,將動密封轉化為靜密封。由于泵軸、內磁轉子被泵體、隔離套完全封閉,從而徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題。

        用廢舊反應釜改造后的水噴射真空泵:

        基本原理相同,不同處在于將原來的RPP箱體換為了反應釜。

        4 我公司通過上述方案改進的實例數據

        4.1 使用效果

        通過此次將水噴射真空泵的傳統水箱改為廢棄的搪瓷反應釜,使得釜內水溫穩定在20℃左右,達到真空泵正常使用的低于25℃的要求,同時生產系統的真空度可達到0.095Mpa,滿足生產系統的真空度的要求。減少了因水溫過高時的換水時間,及廢水排水量,降低了生產成本及廢物的回收再利用。

        4.2 效率提升

        4.3 真空度提高,時間成本降低

        產品減壓蒸餾為例,隨著系統真空度的增加,蒸餾時間會減少。系統真空度保持在0.095MPa,減壓蒸餾時間比之前縮短了3-4h,減壓蒸餾效率提高了50%左右,大大減少了生產成本。

        4.4 廢水量減少,排水量降低

        以一臺水噴射真空泵機組為例,日換水2-3次,自來水用量減少了為5m3/天,年節約用水近1200m3/年,同時減少廢水排放量,數據基本不變,約為1200m3/年。

        4.5 減少換水時間

        未進行改進之前,每臺水噴射真空泵每日換水2-3次,日消耗時間45min,減少了操作人員的換水操作,保證了系統生產穩定性。

        4.6 廢棄反應釜的利用

        廢棄的反應釜對于企業來說是固廢,消耗固廢需花費企業生產成本。

        5 推廣使用前景

        第5篇:化學工程與工藝的研究方向范文

        最近世界原油價格急速上漲,己達20美元/桶。影響原油價格的因素很復雜。對今后原油價格的走向,各國看法也不盡相同。但從能源后備資源分析,煤及天然氣均較石油豐富,世界油氣儲量比已從70年代的2.55:1降至目前的1:1。而天然氣(包括油田氣)的產量為油當量的1/2。因此,未來一段時間,天然氣將成為世界能源的重要支柱之一。天然氣是清凈能源,熱值高,易燃燒,污染少,是優質的民用和工業燃料,也是生產合成氣的理想原料。當天然氣價格適宜時,以天然氣為原料生產化工產品,建設投資省,具有很強的競爭能力。以合成氨為例,使用天然氣為原料的氨產量約占世界總產量的70%;美國和前蘇聯兩大天然氣生產國以天然氣為原料的合成氨和甲醇約占其本國總產量的90%以上。我國與世界情況略有不同,天然氣價格高,比中東高出4至8倍,約為美國的1.2至1.5倍,而其產量則僅為美國的約1/20,原蘇聯的約1/30,因此在利用和開采上都受到一定限制。我國煤炭資源較豐富,且煤炭產地價格便宜,如山西、內蒙、陜西幾大煤炭基地,同等熱值的煤價僅為世界煤價的1/3。因此,在一次能源中,煤炭一直占70%以上。但煤炭直接燃燒污染嚴重,用于生產合成氣時建設投資高,因此在發展上也受到一定制約。眾所周知,C1化學的起始原料為富含一氧化碳和氫氣的合成氣。以天然氣和煤為原料都能生產富含一氧化碳和氫氣的合成氣。所不同的是,以天然氣為原料生產的合成氣含有較高的氫氣;而以煤為原料生產的合成氣則含有較高的碳。

        下面,筆者擬就21世紀世界以煤和天然氣為原料的C1化學的發展趨勢作一些闡述,并對我國C1化學的發展提一些建議。

        1.國內外發展趨勢

        1.1合成氨生產

        1.1.1以煤為原料的合成氣生產

        煤炭氣化已有150多年的歷史,氣化方法達70~80種。開發新一代煤炭氣化技術,不僅是經濟、合理、有效地利用煤炭資源的重要途徑,也是今后發展煤化工的基礎。

        綜合分析各國煤炭氣化技術的特點,其發展趨勢是:

        (1)增大氣化爐的斷面,以提高其產量;

        (2)提高氣化爐的氣化溫度和壓力,以增加空時收率,降低合成壓縮費用。

        (3)采用粉煤氣化,以降低對煤質的要求,適應現代化采煤細煤產率較高的趨勢;

        (4)研制氣化新工藝和氣化爐新結構,以減少基本建設投資和操作費用。

        符合上述要求的現代氣化爐主要有以粉煤添加催比劑的水煤漿為原料的德士古氣化爐和兩段陶氏氣化爐;其最大單爐日投煤量已達3000~4000t。我國引進軟件包和關鍵設備而大部分設備則立足于國內配套建設的日最大投煤量為450~800t的德士古氣化爐,已分別在山東和上海投產,運轉情況良好;前者限于老廠凈化設備,氣化壓力約為2.0MPa,后者操作壓力為4.0MPa。另外,在陜西渭河化肥廠全套引進的內徑10ft、氣化壓力6.4MPa的氣化爐也已順利投產。已實現工業化生產的以干粉煤為原料的GSP爐和謝爾公司開發的SCGP爐制成的粗合成氣有效成份高(CO+H2超過95%),冷氣效率高,不需要特殊耐火材料。但與以水煤漿為原料的氣化爐相比,尚缺乏長期運轉經驗,而且其煤粉輸送系統較復雜,閥門磨損問題尚待進一步解決,當前其引進費用也偏高。

        上述四種爐型均適合于生產合成氣,并且處于世界領先地位,用戶可依據引進費用、煤種情況,經過經濟比較加以選擇。另外,國內正在自行開發多噴咀水煤漿氣化爐,技術及設備均立足于國內,將大大節省制造費用,其爐膛利用效率也比傳統的德士古氣化爐高,是很有發展前途的,它的開發成功,將會進一步促進我國煤氣化工業的發展。

        1.1.2以天然氣為原料的合成氣生產

        目前已實現工業化的以天然氣為原料生產合成氣技術有部分氧化法和蒸汽轉化法。部分氧化法需要使用純氧為氣化劑,目前已較少采用。蒸汽轉化法又有一段蒸汽轉化法,加熱型兩段蒸汽轉化法和換熱式兩段轉化法之分。一段轉化法由于流程短,投資省,應用最廣泛。加熱型兩段轉化法第·一段用蒸汽轉化,第二段用純氧或富氧作氣化劑,但用于制氨時可用空氣替代純氧作氣化劑,同時又可減少一段爐的負荷,節省高鎳合金鋼,故廣泛應用于制氨。換熱式兩段轉化工藝最有發展前途。其二段轉化爐出口高溫氣體熱量供一段爐所需的熱量,故可大幅度減少燃料天然氣的熱用量,存在的問題是副產蒸汽量減少。但從節能的角度來看,這種方法最有競爭能力,是今后大型裝置的主要發展方向。

        用天然氣兩段轉化制合成氣,含氫量高但碳量不足,因此一段轉化爐采用副產的二氧化碳作為氣化劑來增碳,不僅可改善合成氨的氫碳比,同時減少了工廠二氧化碳的排放,因此也是值得推廣的一種工藝技術。

        1.2甲醇及含氧化合物的生產

        1.2.1甲醇

        甲醇是一種重要的基本有機原料,也是C1化學的起始化合物,在基本有機原料中,甲醇僅次于乙烯、丙烯和苯而居第四位。

        甲醇合成目前普遍采用帝國化學公司(ICI)和德國魯奇(Lurqi)的工藝。由合成氣合成甲醇,己有多年的工業化實踐,技術上已臻成熟,能量利用效率已接近工藝本身可以達到的最佳化程度。盡管如此,由于一些固有問題的約束,當前的甲醇合成仍然是一個能耗較高的工藝過程,仍有改進的必要。這些固有問題主要是:(1)造氣過程能耗高,投資大;(2)受合成過程熱力學的控制,對于甲醇合成從化學平衡來看低溫是有利的,但是傳統的催化劑需要在較高溫度下進行,因此單程轉化率低,大量未轉化的合成氣需要循環,使操作費用相當昂貴;(b甲醇合成過程反應熱的移出及利用尚有賴于反應衛程學的問題妥善解決;(4)傳統的催化劑對硫過分敏感,增大了合成氣脫硫的費用。

        為了降低造氣費用,國外正在研究甲烷(或天然氣)直接氧化制甲醇及甲醛。加拿大、前蘇聯、日本都有研究,但均停留在小試階段,目前尚無法與間接法競爭,估計實現工業化還需經過一段相當長時間的工作。

        在甲醇合成反應器和催化劑方面的研究工作也取得了一些突破,較有成效的有:

        (1)Dat/t/Makee合成新工藝

        這種工藝的特點是使用了耐硫催化劑,采用管式低溫合成塔,比傳統合成塔大大提高了空速。

        (2)漿態合成甲醇反應器

        早在70年代中期,美國化學系統公司即開始了漿態相合成甲醇的研究,通過5~8t/d的中試裝置,成功地實現了連續運轉,已進入了實用化階段。該反應器有效地改善了合成過程的傳熱,使反應基本上在等溫下操作,合成原料氣通過新設計的環形氣體分布器進入反應器,在保持高濃度催化劑漿液懸浮的同時,又保持了緊密的氣/液接觸,改進了傳質。在溫度250℃,5MPa下采用內部換熱,無漿液外循環方式,空速11000L/h·kg情況下,出口甲醇濃度為7%~8%,每小時每公斤催化劑的甲醇產率可達到0.96kg。但漿態操作因催化劑均勻懸浮在液相介質中,其中毒機會是均勻的,因而對原料氣雜質含量要求很嚴格:總硫含量要求低于0.06X10-6,HCl、Fe(CO)5及Ni(CO)4要求低于0.01X10-6,美國空氣液化公司將與達科氣化公司合作,在大平原煤氣化廠建造一套日產500t的漿態床甲醇合成工業示范裝置,項目預算約2.14億美元。

        (3)守固。固滴流反應器

        氣固一固滴流流動反應器(gas-solid-solidtrickleflowreactor簡稱(GSSTFR)是一種新型反應系統。它集催化劑的催化作用和吸附劑的吸附作用于同一一反應器,在進行合成反應的同時,進行產品的吸附分離,產品甲醇一經生成,即被吸附劑吸附,使合成反應平衡不斷向產品方向轉移,從而克服了化學平衡的限制,CO的單程轉化率已接近100%,循環操作可以取消。這項革新很有吸引力,受到了廣泛的重視。GSSTFR系統氣相是合成氣和甲醇,一個固相是Cu基催化劑,固定在反應器的柵架上,另一個固相是硅鋁裂化催化劑,以滴流狀態流過催化劑床層,用于吸附反應區域中的甲醇。為了評價GSSTFR系統的可行性,荷蘭Twente工業大學建立了一套微型試驗裝置,在解決了固體輸送和氣。固分離問題、實現連續化后,其經濟效果是可觀的。

        (4)耐硫催化劑

        最近日本公害資源研究所開發了一種新的Pd系合成甲醇催化劑,據稱無需深度脫硫即可直接用于合成氣的甲醇合成。這種新型催化劑以帶狀云母作為載體。它是一種具有層狀結構物的礦物,層與層之間有Ni離子,這種礦物具有溶脹性和離子交換性。這種耐硫催化劑就是通過離子交換法使Pd載入載體中取代Ni離子而制得的。

        (5)超臨界合成甲醇反應器

        為了改變合成甲醇時大量未轉化的合成氣循環的情況,我國中科院山西煤化所開發了超臨界相合成甲醇新工藝。該技術的特點是在甲醇反應器中添加超臨界或亞臨界介質,使合成的甲醇連續不斷地從氣相轉移至超臨界相,從而克服了傳統的合成甲醇尾氣大量循環(約為新鮮氣的5~8倍)的情況。在山西太原化肥廠一所作的中試結果證明,在無尾氣或新鮮氣與尾氣循環比為1:l時,CO轉化率達到了90%,甲醇時空產率平均值達到0.46t/h·t催化劑,當放空氣能合理利用時具有較好的工業化前景,現該所正與寧夏化肥廠合作進行進一步的開發和放大試驗工作。

        (6)燃料甲醇

        在國家科委支持下,我國從德國引進了三輛以純甲醇為燃料的汽車,經過長達8年的長期公路運行試驗,取得了很好的成果。公路實際運行實踐驗證,1.6~1.7t甲醇,相當于1t汽油。按現行的汽油和甲醇市場價格對比,其經濟效益明顯,且尾氣排放較汽油車大幅度減少,對改善城市環保有較好的效果。這種環保型汽車的發展,無疑將進一步促進甲醇工業的發展。

        1.2.2合成其他含氧化合物

        (1)甲醇碳基化制醋酸及醋酥

        甲醇碳基化制醋酸及醋酐是近年來C1化學的重大進展,美國和英國均已實現了工業化。自1982年以來,世界醋酸生產能力中,甲醇碳基合成法已占50%以上。最近德國赫斯特公司(Hoechst)將含氫的CO鼓泡導人醋酸甲酯和甲醇的混合液中進行碳基化反應,所得醋酐產率可達1766g/gRh-h。在醋酸甲酯制備方面也取得了進展。美國聯合碳化物公司已將甲醇碳基化制醋酸甲酯和醋酸混合液的反應選擇性提高到接近100%。碳基化主要采用鍺絡合催化劑,助催化劑為碘化物。因此,各國都重視鍺和碘的回收。據德國赫斯特公司發表的專利,它可使醋酸甲酯和甲醇碳基化產品液中的總碘量由2X10-6降低至5X10-12以下。我國在這方面也取得了小試成果。我國開發的固載化催化劑可以基本解決銬的流失問題。

        (2)草酸及乙二醇

        CO通過氧化偶聯制草酸,也是一項新技術。甲醇與亞硝酸(N2O3)反應生成亞硝酸甲酯,在Pd催化劑上實現氧化偶聯,得到草酸甲酯,經水解后生成草酸;氧化產品中的NO再氧化成N2O3,循環使用。這一過程實際并不消耗甲醇和亞硝酸,只是CO與O2和H20合成草酸。若用乙醇代替甲醇,則可生成草酸二乙酯,再加氫即可制得乙二醇,乙醇可循環使用。這是一條非石油原料合成乙二醇的路線。日本目前已將合成氣制乙二醇列為C1化學技術開發的基本方向之一。日本工業技術院最近又獲得了一項專利,它采用乙酞丙酮基二碳基鍺作催化劑,合成氣經液相反應制得乙二醇,產率可達17.08mol乙二醇/g原子銠。我國中科院福建物構所在CO常壓催化偶聯合成草酸用催化劑的研制方面,進行了原料配比和各種空速條件對催化合成草酸二甲酯的研究,并優選了適宜的反應條件。改進配制的Pd(2.0%)/a-Al2O3催化劑在常壓、140℃、CO/CH3ONO=1.5、空速3000h-l條件下,時空收率達到999g/L·h。該所并與福建石油化工設計院和福建南靖氨廠合作進行了規模為100t/a的合成氨銅洗回收CO、常壓催化合成草酸二甲酯及水解制草酸的中試。

        日本國立工業化學實驗室開發了一種新的甲醇制乙二醇的工藝。它采用氧化鍺催化劑在常溫常壓下通過光輻射活化,將甲醇與丙酮的混合液直接合成為乙二醇,據稱選擇性可達80%。

        (3)甲醇碳基化制甲酸甲酯,再水解制甲酸

        德國Hu1s公司以甲醇和CO在叔二胺與乙烷作用下進行加壓碳基化反應制得甲酸甲酯(HCOOCH3),轉化率為80.7%,選擇性達99.4%。同時,該公司還開發了避免甲酸甲酯再酯化而制得無水甲酸甲酯的新工藝。

        (4)合成氣制甲基叔丁基醚

        采用多組份催化劑,可從合成氣制含60%異丁醇和40%甲醇的混合物,異丁醇脫水成異丁烯,從而可完成由合成氣直接制取甲基叔丁基醚。這是一條很值得重視的由天然氣(或煤)制取高辛烷值添加劑的技術路線。

        (5)氣相法合成乙醇

        日本乙化學組合有關企業和研究所,目前已完成每日2.2kg的小試,在篩選催化劑的基礎上,對以Rh/SiO,為母體的催化劑中添加各種金屬對催化劑中Rh進行修飾,發現添加能促進CO解離的金屬可提高催化劑活性,添加能促進加氫能力的金屬可提高生成乙醇的活性和選擇性。小試證明,采用復合式催化劑時,乙醇選擇性可達70%,乙醇時空收率為250g/h。

        (6)甲醇制醋酸乙烯

        美國哈康(Ha1con)公司曾進行過從甲醇與醋酸出發制取醋酸乙烯的研究開發。該工藝是首先將醋酸轉化成醋酸甲酯,再進一步轉化成二醋酸亞乙酯,經熱分解后得到醋酸乙烯和醋酸,但距工業化實用階段尚有一定距離。

        1.3合成烴類

        1.3.1甲醇裂解制烯烴

        為了應付未來的石油危機,各國對甲醇裂解制烯烴的研究工作已進行了多年。主要研究方向是抑制生成甲烷和高級烷烴的選擇性,提高烯烴選擇性。美國飛馬(Mobil)公司開發成功了ZSM-34沸石催化劑,甲醇轉化為烯烴的選擇性達到80%。德國BASF公司在日產It的中試中發現鈣沸石具有良好的性能,在500~550℃下甲醇轉化率為100%,乙烯加丙烯的選擇性大于60%。日本用磷酸鈣改性HZSM-5沸石,在600C下甲醇轉化率為95%~100%,乙烯十丙烯的選擇性達到了67.5%。我國中科院大連化物所在甲醇裂解制烯烴的科研工作方面居世界領先地位,從日產5kg模式試驗獲得了優良的效果,甲醇轉化率為100%,對烯烴的選擇性達到85%~90%,乙烯十丙烯的選擇性達到了70%~80%。每噸烯烴消耗甲醇2.73t(理論消耗量為2.3t),每噸乙烯十丙烯的甲醇消耗約為3t。版權所有

        據有關文獻報道,通過對輕石腦油和甲醇轉化制乙烯的經濟比較,可初步得出如下結論:

        (1)天然氣經甲醇制乙烯,其總投資要比傳統的石腦油路線增加約84%。

        (2)當輕質石腦油價格為200美元/t時,相應的天然氣價格為3.6美分/m3此時兩條路線的產品乙烯價值相當。

        (3)以天然氣為原料經甲醇生產乙烯,其工廠成本較低。當天然氣價格為8美分/m3時,若欲使乙烯的工廠成本與輕石腦油為原料的相當,則輕石腦油的價格相應應為162美元/t。

        1.3.2合成氣制烯烴

        目前,合成氣制烯烴已成為費托合成化學中新的研究方向之一,一些研究結果已顯示出明顯的工業化前景。據報道,有的研究已取得了低碳烯烴收率接近70g/m3合成氣的結果。前景盡管是誘人的,但離實際工業化尚有一定距離,由合成氣制取低碳烯烴,還有一些在轉化過程中的核心科學問題有待解決:一是在CO加氫合成烴類反應中,如何抑制甲烷的生成(低碳烯烴的合成反應需在高溫下進行,而溫度升高,甲烷生成量也隨之增加);二是經典的費托合成反應產物受Schulz一Flozy(F一y)分布規律的限制。為了解決這些問題,一些科研單位在改進催化劑方面作了大量研究工作,發現采用堿改性ZSM擔載Fe-MnO催化劑,其烯烴的選擇性達到了50%以上。

        1.3.3甲烷氧化偶聯制乙烯

        甲烷通過合成氣轉化,在能量利用上是很不經濟的。將甲烷直接氧化脫氫生成乙烯,擺脫造氣工序,無疑具有巨大的經濟效益。這一方向近年來一直受到國內外的重視。美國阿爾科(Arco)公司開發的催化劑在700~800℃,600~10000h-1)空速下,獲得甲烷轉化率25%,烴類選擇性75%,其中乙烯選擇性50%,催化劑壽命大于半年,完成了年產35萬t乙烯裝置的模擬設計,初步測算需投資1.6億美元,預計乙烯成本可低于現行石腦油制乙烷的成本??线_Eindhoren大學使用Twente大學研究的LiCO3/MgO催化劑完成了反應器設計。該設計在海牙召開的美國化學工程師歐洲年會上被認為是最有前途的。荷蘭科學家提出了兩種方案:方案一甲烷轉化率30%,C2烴選擇性為80%;方案二甲烷轉化率50%,C2烴選擇性50%。以1989年1月價格為計算基準,方案一投資1.7億美元,方案二投資2.07億美元。而采用傳統的石腦油裂解工藝,投資則高達4.7億美元。預計乙烯的成本為450~550美元/t,均低于石腦油裂解制乙烯的成本。我國蘭州物化所通過3年多的工作,也取得了可喜的進展,有的催化劑(堿金屬/過渡金屬復合氧化物)甲烷轉化率達到25%~35%,對C2+的選擇性為70%~80%。國家計委科技司已把甲烷氧化偶聯制乙烯的研究工作列為科技攻關重點項目。

        1.4合成液體燃料

        合成液體燃料主要有間接法和直接法兩大類。間接法是先制取合成氣再進一步合成油品;直接法是在高壓下進行煤的直接加氫液化。國外一些化工公司對合成液體燃料進行了評價和經濟分析,結論是當油價每桶在25~30美元時,合成液體燃料方具有工業化價值。

        1.4.1合成氣制汽油

        國外合成氣制汽油已經工業化的技術有費托(F一T)合成工藝和甲醇制汽油(MTG)工藝。前者在南非已建成了三個大廠,合成汽油產量已達350萬t/a,并副產乙烯453卜山后者系美國飛馬公司(Mobil)的技術,新西蘭采用該技術已建成了年產50萬、無鉛汽油的工廠。正在開發的工藝有美國飛馬公司的兩段改良費托合成和丹麥托普索公司的Tigas工藝。托普索公司分析了MTG法的不足之處,將一段催化劑改為合成含氧化物復合催化劑,然后使用HZSM-5分子篩將含氧化物轉化成汽油,已建設了規模為每小時處理合成氣400m’的小型中試裝置。中試工廠加工了2.0X106m3合成氣,共生產了280t烴類,其中汽油為205t相當干每m3合成氣生產140g烴類,其中汽油為103g。日本新能源組合在四日市建成了合成氣制汽油(AMSTG)中試裝置,規模為日產汽油1桶。試驗證明,每立方米合成氣可生產汽油105~150g。此外,荷蘭殼牌公司開發了SMDS工藝,用一氧化碳加氧合成高分子石蠟烴,再加氫異構化成為發動機燃料,其柴油模試產品分布為:15%石腦油,25%煤油,60%柴油。

        我國山西煤化所對兩段改良費托合成也做了大量科研開發工作,已完成了模試,并分別在山西代縣和晉城兩個化肥廠進行了中試和工業試驗。前者設計能力為汽油100t/a,后者為年產80號汽油2000t。階段試驗結果表明,每標準立方米CO+H2的C5+礦產率接近100g。工業試驗由于采用了不成熟的常溫甲醇洗脫硫,造成甲醇降解,消耗過高,未能長期進柴行下去,但試驗證明,其一段鐵系反應器和二段分子篩反應器設計是成功的,為下一步工業放大創造了條件。所生產的汽油馬達法辛烷值大于80。此后煤化所又對一段催化劑進行了篩選,制成了超細粒子鐵錳催化劑,通過低碳烯烴制汽油。該工藝融合了Tigas和MFTI藝的優點,可以在較低壓力和高CO轉化率下實現一、二段反應在等壓下操作。單管試驗證明,每標準立方米CO+H,的汽油收率達到了140g,接近世界水平,此過程聯產城市煤氣或化肥,工業化前景明朗。為了給實現工業化打好基礎,現山西煤化所正在中科院支持下進行萬噸級SMFT合成氣制汽油的軟件包開發工作。

        1.4.2煤炭直接液化

        煤炭直接液化,盡管前景并不明朗,但發達國家從戰略技術儲備出發,均投入了較大的人力和物力進行技術開發工作。美國和德國目前在這方面處于領先地位。由于煤炭含氫量嚴重不足,因此需要在高壓(20MPa)下進行加氫液化。液化需要消耗大量氫氣,因此制氫的成本在一定程度上決定著煤炭液化在經濟上是否可行。最近中國神華集團煤炭科學研究總院與美國碳氫化合物技術公司(HTI)合作,采用HTI開發的煤炭液化技術進行日處理干煤12000t日產汽油2900t、柴油4170t等產品的預可行性研究工作;其配套所需的純氫量高達11.5X106m3/d。該工程投資巨大,按目前的油價,前景尚不明朗。但從戰略需要出發,在當前我國發動機燃料大量進口的嚴峻形勢下,很有必要對煤炭液化進行積極探索,以便為在條件成熟時建設工業規模示范裝置打好基礎。

        2.對發展我國C1化學的幾點建議

        面對21世紀高科技發展和我國即將加入WTO的挑戰,我國以煤和天然氣為原料的C1化學也應當而且必將有所發展,有所進步。為此,筆者特提出如下建議。

        2.1建立以天然氣為原料、以甲醇為主體的C1化學基地

        前已述及,按現行甲醇和汽油市場價格,甲醇作為汽車的燃料,既有明顯的經濟優勢,又有很好的環境保護效果。為此,在天然氣資源豐富的地區,以國產設備為基礎,適當引進國外先進技術建立年產45萬、甲醇的大型裝置,以甲醇為基礎原料,一方面向醋酸、醋片、醋酸乙烯等下游產品發展,另一方面,可在附近幅射建設甲醇貯、運和甲醇燃料添加站,把燒甲醇汽車逐步推向市場。

        2.2建立煤、電、化聯合企業集團

        21世紀是環保世紀。為了改變現有燃煤電站鍋爐排放煙氣的嚴重污染情況,借鑒德國呂恩、美國冷水和普拉昆曼等1GCC聯合循環發電示范廠運行經驗,在煤炭產地附近利用廉價煤為原料,集中煤、電、化各方面力量,建立煤制氣、聯合循環發電(IGCC)和生產化工產品的聯合示范企業集團,應當是21世紀初期我國的一項重點工作。煤、電、化聯合示范裝置的建立,不僅能解決煙氣排放污染問題,又能提高能源利用效率,還可回收硫磺和CO2等資源,使資源得到較好的綜合利用。

        2.3積極開發合成氣制乙二醇和合成氣及甲醇制烯烴技術,并建立示范裝置

        福建物構所開發了合成氣制乙二醇技術,并和天津大學合作,在天津有機化工廠進行了擴大試驗,有較好的經濟效益。甲醇及合成氣制烯烴技術,也已由大連化物所、清華大學等進行了多年試驗,取得了接近世界水平的成果。按目前的油價和烯烴價格,甲醇制烯烴的預期經濟效益,已與以石腦油和輕柴油為原料制烯烴大體相近。因此,建議選擇合適地點建設相應示范裝置,為工業化打好基礎。

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