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生态之城投资热土四海同心携手共赢化工工艺学物理化学物理化学化工原理化工原理分离工程分离工程反应工程反应工程热力学热力学催化原理催化原理自动化仪表自动化仪表基础知识基础知识先修 课程1.1 1.1 现代化学工业的地位与作用现代化学工业的地位与作用1.2 1.2 现代化学工业主要产品分类现代化学工业主要产品分类1.3 1.3 现代化学工业的发展方向现代化学工业的发展方向1.4 1.4 化学工艺学的研究对象与内容化学工艺学的研究对象与内容1.5 1.5 化工产品生产的原则工艺流程化工产品生产的原则工艺流程1.6 1.6 化工产品生产工艺流程的评价体系化工产品生产工艺流程的评价体系第第1 1章章 绪论绪论化学工业（化学工业（Chemical industry）生产过程中化学方法占主要地位的制造工业生产过程中化学方法占主要地位的制造工业 化工工艺（化工工艺（Chemical technology）将原料物质主要经过化学反应转变为产品的将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程方法和过程 1.1 1.1 现代化学工业的地位与作用现代化学工业的地位与作用化学工业的发展史化学工业的发展史远古时代远古时代 感性认识感性认识天然染料的提取、淀粉和糖蜜的发酵、天然药天然染料的提取、淀粉和糖蜜的发酵、天然药物的加工、陶瓷器皿、冶金、火药制造技术、物的加工、陶瓷器皿、冶金、火药制造技术、燃料、造纸、无机盐、炼丹术、造纸、制革燃料、造纸、无机盐、炼丹术、造纸、制革有利推动社会生产力的发展和人类文明建设有利推动社会生产力的发展和人类文明建设没有理论指导生产，处于感性认识阶段没有理论指导生产，处于感性认识阶段化学工业是一门古老的传统工业化学工业是一门古老的传统工业 十二世纪十二世纪 萌芽状态萌芽状态中国的造纸和火药技术传入欧洲，中国的造纸和火药技术传入欧洲，作坊式的生产方式逐渐被机械化生产所取代作坊式的生产方式逐渐被机械化生产所取代生活水平提高，对纺织、印染、医药、化装品、农药生活水平提高，对纺织、印染、医药、化装品、农药化肥等产品提出了越来越多和高的要求化肥等产品提出了越来越多和高的要求激发人们对化学研究的热情激发人们对化学研究的热情各种化学现象被认识，各种化学定律被发现各种化学现象被认识，各种化学定律被发现波义尔气体定律波义尔气体定律拉瓦锡物质不灭定律拉瓦锡物质不灭定律道尔顿原子学说道尔顿原子学说由此产生化学工艺由此产生化学工艺冶金和城市煤气工业的发展冶金和城市煤气工业的发展1818世纪末建立了以煤焦油为原料的有机化学工业体系世纪末建立了以煤焦油为原料的有机化学工业体系煤焦油煤焦油 苯苯 二甲苯二甲苯 苯酚苯酚 萘萘 蒽蒽合成一系列有机化工产品合成一系列有机化工产品化学工业又是一门新兴的工业化学工业又是一门新兴的工业 十八十八十八十八 十九世纪十九世纪十九世纪十九世纪成长和发展期成长和发展期成长和发展期成长和发展期1788年年芒硝芒硝+石灰石石灰石+煤煤烧碱烧碱1859年年铅室法生产硫酸铅室法生产硫酸1892年年电解食盐水生产氯气电解食盐水生产氯气+烧碱烧碱建立了无机化学工业建立了无机化学工业工业革命带动了化学工业的发展工业革命带动了化学工业的发展 苯经硝化制硝基苯苯经硝化制硝基苯苯经硝化制硝基苯苯经硝化制硝基苯苯胺和苯胺紫苯胺和苯胺紫第一个人工第一个人工合成染料合成染料以萘和蒽为原料以萘和蒽为原料 蒽醌蒽醌合成合成蒽蒽醌醌系列染料系列染料由苯酚合成水杨酸由苯酚合成水杨酸 阿司匹林阿司匹林由苯酚合成水杨醛由苯酚合成水杨醛 香料香料由甲苯合成由甲苯合成TNTTNT炸药炸药理论上建立了反应单元工艺理论上建立了反应单元工艺发现了热力学第一第二第三定律发现了热力学第一第二第三定律确定了化学平衡原理和化学结构概念确定了化学平衡原理和化学结构概念1869186918691869年发表门捷列夫元素周期律年发表门捷列夫元素周期律年发表门捷列夫元素周期律年发表门捷列夫元素周期律十九世纪末十九世纪末二十世纪二十世纪5050年代年代 煤化工蓬勃发展期煤化工蓬勃发展期数以万计有机化学品数以万计有机化学品开发了各种性能优良的高分子化工产品开发了各种性能优良的高分子化工产品火工产品、人造汽油火工产品、人造汽油火工产品、人造汽油火工产品、人造汽油 战争需要战争需要1888年年焦碳焦碳+生石灰生石灰电石电石乙炔乙炔煤煤CO+H2建成合成氨生产装置建成合成氨生产装置建成合成氨生产装置建成合成氨生产装置推动了化学工业的发展推动了化学工业的发展建立了新反应单元：建立了新反应单元：缩合、聚合、酶反应、羰基合成缩合、聚合、酶反应、羰基合成热力学的发展热力学的发展化学反应动力学化学反应动力学高效反应器的开发高效反应器的开发改进了各种反应单元改进了各种反应单元提高了生产效率提高了生产效率改进了产品质量改进了产品质量取得明显的经济效益取得明显的经济效益进行定量和进行定量和半定量描述半定量描述二十世纪二十世纪5050年代后期年代后期 以石油和天然气合成有机化学品的新时期以石油和天然气合成有机化学品的新时期热裂解热裂解 大量的低级烯烃、乙炔和芳烃大量的低级烯烃、乙炔和芳烃石油和天然气石油和天然气8090%有机化工产品有机化工产品石油化工成为现代化工的重要支柱石油化工成为现代化工的重要支柱促进了分子设计理论、催化剂研制和开发促进了分子设计理论、催化剂研制和开发化工工艺的化工工艺的精细化和个性化精细化和个性化发展绿色化工发展绿色化工根据客户要求根据客户要求资源、设备、技术、管理资源、设备、技术、管理开发最经济、最有效的新工艺开发最经济、最有效的新工艺“零排放零排放”工艺工艺高收率、低废弃物、高收率、低废弃物、废物再生利用和循环工艺废物再生利用和循环工艺可再生资源代替不可再生资源可再生资源代替不可再生资源进入二十一世纪进入二十一世纪 大好的发展机遇化学工业与各行各业的关系化学工业与各行各业的关系 与农林牧副渔的关系与农林牧副渔的关系 施用化肥、农药施用化肥、农药塑料薄膜育种育秧塑料薄膜育种育秧化学防冻剂，人工降雨化学防冻剂，人工降雨化学防冻剂，人工降雨化学防冻剂，人工降雨海水淡化，水田阻抑蒸发剂海水淡化，水田阻抑蒸发剂海水淡化，水田阻抑蒸发剂海水淡化，水田阻抑蒸发剂聚丙烯抗旱管、聚甲醛喷滴管、拖拉机轮胎聚丙烯抗旱管、聚甲醛喷滴管、拖拉机轮胎排灌橡胶管、低压聚氯乙烯和聚丙烯渔网排灌橡胶管、低压聚氯乙烯和聚丙烯渔网 增产粮食、棉花增产粮食、棉花科学种田科学种田与轻工业的关系与轻工业的关系 几乎所有的日常用品都需要油漆涂料作为保几乎所有的日常用品都需要油漆涂料作为保几乎所有的日常用品都需要油漆涂料作为保几乎所有的日常用品都需要油漆涂料作为保护或装饰。如果没有化工产品作为原料和辅助材护或装饰。如果没有化工产品作为原料和辅助材护或装饰。如果没有化工产品作为原料和辅助材护或装饰。如果没有化工产品作为原料和辅助材料，就不可能生产市场上琳琅满目的轻工产品料，就不可能生产市场上琳琅满目的轻工产品料，就不可能生产市场上琳琅满目的轻工产品料，就不可能生产市场上琳琅满目的轻工产品 文化用品、化妆品、日用陶瓷、玻璃搪瓷制品、文化用品、化妆品、日用陶瓷、玻璃搪瓷制品、日用杂货以及照相器材、电子类轻工产品等高级日用杂货以及照相器材、电子类轻工产品等高级商品。商品。与纺织工业的关系与纺织工业的关系 衣衣 天然纤维已不可能解决如此巨大的需要量，天然纤维已不可能解决如此巨大的需要量，只有靠化学纤维（合成纤维）才能承担起满足人只有靠化学纤维（合成纤维）才能承担起满足人类穿衣的需求。类穿衣的需求。此外，面临我国人多地少的国情，发展合成此外，面临我国人多地少的国情，发展合成纤维不仅可以解决衣着问题，也是解决棉粮争地纤维不仅可以解决衣着问题，也是解决棉粮争地的有效途径。的有效途径。优质化工原料、染料和印染助剂优质化工原料、染料和印染助剂 与建筑材料工业的关系与建筑材料工业的关系与建筑材料工业的关系与建筑材料工业的关系 住住 塑料已经广泛用于绝缘、保温、墙壁、塑料已经广泛用于绝缘、保温、墙壁、门窗框架、地板、天花板、贴面、型材、上门窗框架、地板、天花板、贴面、型材、上下水道和结构组件等方面。下水道和结构组件等方面。在结构材料中，在结构材料中，在结构材料中，在结构材料中，合成塑料合成塑料合成塑料合成塑料将逐步占据首要位置将逐步占据首要位置将逐步占据首要位置将逐步占据首要位置 与交通运输业的关系与交通运输业的关系 燃料油燃料油 燃料油的炼制离不开抗震剂、润滑燃料油的炼制离不开抗震剂、润滑油、防冻剂、助燃剂等化学品油、防冻剂、助燃剂等化学品 运输工具运输工具 塑料代替钢铁或有色金属制造汽塑料代替钢铁或有色金属制造汽车车身、零部件车车身、零部件粘合剂、密封胶、人造革及帆布防缩、粘合剂、密封胶、人造革及帆布防缩、防绉、防水处理用的各种化工原料防绉、防水处理用的各种化工原料 与国防工业的关系与国防工业的关系与国防工业的关系与国防工业的关系 炸药炸药 硝酸铵厂、染料厂平时生产肥料、硝酸铵厂、染料厂平时生产肥料、染料，战时可以转产炸药。染料，战时可以转产炸药。氢弹、导弹、人造卫星、舰艇、航天飞机等制造氢弹、导弹、人造卫星、舰艇、航天飞机等制造和发射提供重水、高能燃料、基本有机化工原料和发射提供重水、高能燃料、基本有机化工原料高级感光材料以及耐高温、耐辐射、耐高磨、耐高级感光材料以及耐高温、耐辐射、耐高磨、耐腐蚀和高级绝缘的化工材料腐蚀和高级绝缘的化工材料 现代纺织工业现代纺织工业电子工业电子工业电器制造工业电器制造工业汽车制造工业汽车制造工业建筑材料工业建筑材料工业国防军事工业国防军事工业宇宙航行工业宇宙航行工业化学工业获得新的发展化学工业获得新的发展提供大量廉价和具有特殊性能的原材料提供大量廉价和具有特殊性能的原材料丰富和提高人民的生活，满足人们不断增长的丰富和提高人民的生活，满足人们不断增长的丰富和提高人民的生活，满足人们不断增长的丰富和提高人民的生活，满足人们不断增长的衣、食、住、行、用衣、食、住、行、用等各个方面的需要等各个方面的需要等各个方面的需要等各个方面的需要这一切展现了化学工业在国民经济建设中所发挥的重这一切展现了化学工业在国民经济建设中所发挥的重这一切展现了化学工业在国民经济建设中所发挥的重这一切展现了化学工业在国民经济建设中所发挥的重要作用和所具有的重要地位。要作用和所具有的重要地位。要作用和所具有的重要地位。要作用和所具有的重要地位。才有可能获得迅速发展才有可能获得迅速发展在消除公害、确保粮食、新能源问题、生命在消除公害、确保粮食、新能源问题、生命科学等方面对于人类的生存将发挥巨大的作用。科学等方面对于人类的生存将发挥巨大的作用。化学工业未来的发展意味着化学工业在未来国民经济中的地位意味着化学工业在未来国民经济中的地位将越来越重要。将越来越重要。解决上述任何一个问题都离不开化学工业的发展解决上述任何一个问题都离不开化学工业的发展必须为不断增长的人口提供更多的必须为不断增长的人口提供更多的 粮食和服装粮食和服装必须为日益增长的能源需求必须为日益增长的能源需求 开发新能源开发新能源必须为人类自身的健康提供大量必须为人类自身的健康提供大量 新的药物和新的药物和 解决环境的污染解决环境的污染1.2 现代化学工业主要产品分类 化学工业的范围很广，在不同时代和不同化学工业的范围很广，在不同时代和不同国家不尽相同，其分类也比较复杂国家不尽相同，其分类也比较复杂按生产规模或加工深度按生产规模或加工深度 大化工、精细化工等大化工、精细化工等 无机化学工业无机化学工业有机化学工业有机化学工业习惯习惯化学肥料工业化学肥料工业染料工业染料工业农药工业等农药工业等产品应用产品应用天然气化学工业天然气化学工业石油化学工业石油化学工业煤化学工业煤化学工业无机盐化工无机盐化工生物化工等生物化工等原料原料低分子单体低分子单体高分子聚合物高分子聚合物化学组成化学组成加工过程加工过程食盐电解工业食盐电解工业农产品发酵工业农产品发酵工业按照国家统计局的广义划分方法按照国家统计局的广义划分方法化学矿化学矿 无机化工原料无机化工原料 有机化工原料有机化工原料 化学化学 肥料肥料 农药农药 高分子聚合物高分子聚合物 涂料和颜料涂料和颜料 染料染料 信息用化学品信息用化学品 试剂试剂 食品和饲料添加剂食品和饲料添加剂 合成药品合成药品 日用化学品日用化学品 胶粘剂胶粘剂 橡胶和橡胶制品橡胶和橡胶制品催化剂和各种助剂催化剂和各种助剂 火工产品火工产品 这种广义的划分方法，超脱于现行管理体制这种广义的划分方法，超脱于现行管理体制范围比较广泛，与国外化学工业的可比性较大范围比较广泛，与国外化学工业的可比性较大炼焦化学产品炼焦化学产品林产化学品林产化学品化工机械化工机械其它化学产品其它化学产品1.3 1.3 现代化学工业的发展方向现代化学工业的发展方向 化学工业不但要化学工业不但要继续满足继续满足人类社会在衣、食、住、行人类社会在衣、食、住、行等方面的需要，而且在环保、医疗、保健、文体等领域对等方面的需要，而且在环保、医疗、保健、文体等领域对化学工业提出了化学工业提出了更高的要求更高的要求。生命科学生命科学材料科学材料科学环境环境能源能源信息科学信息科学对化学及化学工业提对化学及化学工业提出了新的挑战出了新的挑战要求化学工业适应新要求化学工业适应新的发展的发展技术创新技术创新未来化学工业国际竞争力的未来化学工业国际竞争力的一个重要的一个重要的决定性决定性决定性决定性因素因素计算机技术计算机技术现代通信技术现代通信技术生物技术生物技术纳米技术纳米技术催化技术催化技术能源技术能源技术新材料技术新材料技术代代表表性性的的新新技技术术 将为世界化学工业的升将为世界化学工业的升级换代提供巨大的级换代提供巨大的动力和强有力的技术动力和强有力的技术 支持，促进世界化工支持，促进世界化工技术产生技术产生重大突破重大突破使世界化学工业有更广阔的发展空间使世界化学工业有更广阔的发展空间将使化工产品从反应设计、实验优化放大乃至生产控制将使化工产品从反应设计、实验优化放大乃至生产控制管理的全过程更为科学、可靠、可行管理的全过程更为科学、可靠、可行给传统化工的研发、生产、管理方式带来巨大的变革给传统化工的研发、生产、管理方式带来巨大的变革 原料结构不断多样化原料结构不断多样化煤化工、生物资源、海洋资源、太阳能等多种资源煤化工、生物资源、海洋资源、太阳能等多种资源随着石油和天然气能源的逐渐耗竭随着石油和天然气能源的逐渐耗竭开发开发纳米技术纳米技术生产更多的新材料生产更多的新材料功能化、智能化、可再生化方向发展功能化、智能化、可再生化方向发展信息技术的应用信息技术的应用 进行化工开发、设计进行化工开发、设计计算机在化学工艺研究中的应用计算机在化学工艺研究中的应用过程过程模型化模型化模型化模型化模拟模拟操作操作最佳化最佳化控制控制 选择反应条件选择反应条件 确定控制因素确定控制因素 设计反应器设计反应器化工产品的设计和合成化工产品的设计和合成计算分子科学计算分子科学计算流体力学计算流体力学组合化学组合化学辅助分子设计辅助分子设计生物化工生物化工未来化学工业发展的新方向未来化学工业发展的新方向再生资源再生资源为起始原料为起始原料基因重组、细胞融合、酶的固定化技术基因重组、细胞融合、酶的固定化技术反应温和、能耗低、效率高、污染少、催化剂选择性高反应温和、能耗低、效率高、污染少、催化剂选择性高现代生物技术现代生物技术出现一批生物技术工业化成果出现一批生物技术工业化成果不久将会有更多的生物化工产品实现工业化。不久将会有更多的生物化工产品实现工业化。催化技术催化技术化工生产中起关键作用化工生产中起关键作用新产品新产品新工艺新工艺催化剂催化剂催化反应设备催化反应设备节约资源和能源、降低生产成本、提高经济效益节约资源和能源、降低生产成本、提高经济效益开发开发 降低降低 提高提高反应温度反应温度 选择性选择性反应压力反应压力 转化率转化率 反应速度反应速度合成新的性能合成新的性能优异化合物优异化合物新的化工新的化工分离技术分离技术分离技术分离技术 快速发展快速发展蒸馏蒸馏萃取萃取结晶结晶吸收吸收传统化工传统化工分离技术分离技术设备庞大、能耗高设备庞大、能耗高有时还达不到高纯度要求有时还达不到高纯度要求膜分离膜分离超临界流体分离超临界流体分离分子蒸馏分子蒸馏减少设备投资、降低能耗减少设备投资、降低能耗具有高纯度分离效果具有高纯度分离效果我国国民经济的发展我国国民经济的发展石油化工是优先发展的支柱产业之一精细化工和农用化学品是化工发展重点石油化工、新型合成材料、精细化工、石油化工、新型合成材料、精细化工、橡胶产品加工业、化工环保业橡胶产品加工业、化工环保业1.4 1.4 化工工艺学的研究对象与内容化工工艺学的研究对象与内容一门学科一门学科根据化学、物理和其它科学成就，根据化学、物理和其它科学成就，根据化学、物理和其它科学成就，根据化学、物理和其它科学成就，研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产上安全的化工生产工艺济上合理、生产上安全的化工生产工艺济上合理、生产上安全的化工生产工艺济上合理、生产上安全的化工生产工艺特特点点 ：不不 同同 产产 品品 采采 用用 不不 同同 生生 产产 工工 艺艺；不不 同同 产产 品品 采采 用用 不不 同同 生生 产产 工工 艺艺；原原料料不不同同生生产产相相同同产产品品采采用用不不同同生生产产工工艺艺原原料料不不同同生生产产相相同同产产品品采采用用不不同同生生产产工工艺艺原原料料的的选选择择和和预预处处理理生生产产方方法法的的选选择择和和原原理理设设备备（反反应应器器及及其其它它）的的作作用用、结结构构和和操操作作催催化化剂剂的的选选择择和和使使用用其其它它物物料料的的影影响响操操作作条条件件的的影影响响和和选选定定流流程程组组织织生生产产控控制制产产 品品 规规 格格 和和 副副 产产 物物 的的 分分 离离 与与 利利 用用能能量量的的回回收收和和利利用用不不 同同 工工 艺艺 路路 线线 和和 流流 程程 的的 技技 术术 经经 济济 评评 比比化工工艺范畴化工工艺范畴1.5 1.5 化工产品生产的原则工艺流程化工产品生产的原则工艺流程化工产品的生产工艺过程有上万个污染问题、高温污染问题、高温高压、低温、易燃高压、低温、易燃易爆、有毒等易爆、有毒等化工产品生产过程的特点对工艺技术、机械设备、仪表控制等都有严格要求，对工艺技术、机械设备、仪表控制等都有严格要求，并且需要考虑资源的合理利用、综合利用及环境保护、并且需要考虑资源的合理利用、综合利用及环境保护、污染治理的问题。污染治理的问题。基础：基础：化学和物理等科学成就化学和物理等科学成就工艺流程的组织工艺流程的组织工艺流程的组织工艺流程的组织 化工工艺流程中的主要单元组合形式化工工艺流程中的主要单元组合形式化工工艺流程中的主要单元组合形式化工工艺流程中的主要单元组合形式 主要设备的选择主要设备的选择主要设备的选择主要设备的选择 精馏设备精馏设备 反应动力学要求反应动力学要求热量传递的要求热量传递的要求 质量传递过程与流体动力学过程的要求质量传递过程与流体动力学过程的要求 工程控制的要求工程控制的要求 机械工程的要求机械工程的要求 技术经济管理的要求技术经济管理的要求 反应器反应器能力大、效率高、结构简单能力大、效率高、结构简单可靠性好可靠性好 满足工艺要求满足工艺要求 塔板压力降要小塔板压力降要小 1.6 1.6 化工产品生产工艺流程的评价体系化工产品生产工艺流程的评价体系 化工生产的工艺流程反映了由若干个单元化工生产的工艺流程反映了由若干个单元过程（反应过程和分离过程、动量和热量的传递过程（反应过程和分离过程、动量和热量的传递过程等）按一定顺序组合起来，完成从原料变成过程等）按一定顺序组合起来，完成从原料变成为目的产品的全过程。为目的产品的全过程。化工工艺流程的组织是化工工艺流程的组织是确定确定各单元过程的具各单元过程的具体内容、顺序和组合方式体内容、顺序和组合方式化工工艺流程图化工工艺流程图图解的形式图解的形式工艺流程的组织原则与评价方法工艺流程的组织原则与评价方法工艺流程的组织原则与评价方法工艺流程的组织原则与评价方法 u 物料及能量的充分利用物料及能量的充分利用u 工艺流程的连续化自动化工艺流程的连续化自动化 u 易燃易爆的安全措施易燃易爆的安全措施 u 适宜的单元操作及设备形式适宜的单元操作及设备形式 根据上述工艺流程的评价标淮和组织原则根据上述工艺流程的评价标淮和组织原则就可以对某一工艺流程进行综合评价就可以对某一工艺流程进行综合评价化学工业的基础学科化学工业的基础学科化学工艺化学工艺化学工程化学工程有关工程因素对过程和装置的效应有关工程因素对过程和装置的效应放大效应传质、传热、动量传递效应高水平的化学工业高水平的化学工业高水平的化工工艺支撑高水平的化工工艺支撑二十一世纪化学工业前途远大二十一世纪化学工业前途远大 化工工艺学必将欣欣向荣化工工艺学必将欣欣向荣化工工艺学化工工艺学是化学工业的基础学科是化学工业的基础学科学习方法学习方法在学习过程中，在学习过程中，死记硬背死记硬背的方法是不足取的，的方法是不足取的，要在要在理解的基础上理解的基础上适当进行记忆，适当进行记忆，并灵活运用所学知识，并灵活运用所学知识，多问多问几个几个为什么为什么，一定会一定会多几分意外多几分意外的的收获收获。第第2 2章章 化工原料及其初步加工化工原料及其初步加工2.1 煤及其初步加工2.2 石油及其初步加工2.3 天然气及其初步加工2.4 化学矿物及其初步加工2.5 生物质资源及其初步加工煤煤 炭炭无机物无机物有机物有机物水水 矿物质矿物质CHONSP种种类类w/%CHO泥煤泥煤6070562535褐煤褐煤7080561525烟煤烟煤809045515无烟煤无烟煤909813132.1 2.1 煤及其初步加工煤及其初步加工从煤加工可得到丰富的化工原料和产品NNN萘萘蒽蒽菲菲吡啶吡啶喹啉喹啉咔唑咔唑煤化工煤化工 提供原料提供原料1 1.煤的干馏煤的干馏2 2.煤的气化煤的气化3 3.煤的液化煤的液化4.4.煤生产电石煤生产电石煤的干馏煤的干馏高温高温9001100中温中温700900低温低温500600固体固体(7078%)气体气体(1519%)气体产物煤煤焦焦油油粗粗苯苯洗洗涤涤 冷冷却却焦炉煤气焦炉煤气煤高温干馏煤高温干馏固体产物焦焦焦炉煤气的组成焦炉煤气的组成组分含量 /%H25463CH42032C2H4(+)0.950.32C2H6(+)0.52.2CO58CO223N228 馏分馏分 沸点范围沸点范围 收率收率%产品产品煤焦油精馏所得馏分煤焦油精馏所得馏分轻 油 1800.51.0 苯 甲苯 二甲苯酚 油 18021024 苯酚 甲酚 吡啶萘 油 210230912 萘 二甲酚 喹啉洗 油 23030069 萘 喹啉蒽 油 3003602024 粗蒽沥 青 3605055粗苯的组成粗苯的组成（芳烃（芳烃+不饱和烃）组分组分w/%组分组分w/%苯苯5070戊烯戊烯0.50.8甲苯甲苯1222环戊二烯环戊二烯0.51.0二甲苯二甲苯26苯乙烯苯乙烯0.51.0三甲苯三甲苯26茚茚1.52.5乙苯乙苯0.51.0粗苯的组成粗苯的组成（硫化物（硫化物+其它）组分组分w/%组分组分w/%二硫化碳二硫化碳0.31.5吡啶吡啶甲基吡啶甲基吡啶0.10.5噻吩噻吩甲基噻吩甲基噻吩二甲基噻吩二甲基噻吩0.21.0酚酚0.10.4萘萘0.52.0硫化氢硫化氢0.10.2煤的低温干馏煤的低温干馏 约10煤气、10的焦油和约80的半焦（含挥发分比焦炭高）低温焦油中并不含芳香烃，因此它不是芳香烃的来源低温干馏的煤气中烃类含量要比焦炉气约高一倍以上煤的气化煤的气化O2H2Ocoal合成气合成气CO+H2C+H2OCO+H2C+2H2OCO2+2H2CO2+C2CO煤气化发生的反应煤气化发生的反应组分组分 含量含量 /%水煤气的代表性组成水煤气的代表性组成H248.4CH40.5CO38.5CO26.0N26.4O20.2合成气合成气 重要的化工原料重要的化工原料CO+2H2CH3OH2CH3OHCH3-O-CH3CH3OH+COCH3COOH羰基合成碳一化工碳一化工煤的液化煤的液化直接液化直接液化间接液化间接液化煤在高温高压下加氢反应直接转化为液体油类 先使煤气化生成合成气，再由合成气合成液体燃料或化学产品 特点特点 热效率高对原料煤的要求高特点特点可采用高灰分 的劣质煤适合于生产汽油和芳烃较适合于生产柴油含氧的有机化工原料和烯烃煤加氢液化产物分离流程煤加氢液化产物分离流程 杂原子的H2O，H2S,NH3,CO2和CO等气态C1C4烃类苯酚、甲酚、二甲酚吡啶及同系物，苯胺 芳烃、烯烃、环烷烃、烷烃喹啉、异喹啉 煤液化轻油和中油组成煤液化轻油和中油组成馏分w/%主要成分轻油200酸性油20.090%为苯酚和甲酚，10%为二甲酚碱性油0.5吡啶及同系物，苯胺中性油79.5芳烃40%，烯烃5%，环烷烃55%中油200325酸性油15二甲酚、三甲酚、乙基酚、萘酚碱性油5喹啉、异喹啉中性油8023环芳烃69%，环烷烃30%，烷烃1%费托合成（Fischer-Tropsch）煤间接液化煤间接液化 合成气-甲醇-汽油（MTG）(2n+1)H2+nCO CnH2n+2+nH2O(n+1)H2+2nCO CnH2n+2+nCO2生成烷烃2nH2+nCO CnH2n+nH2OnH2+2nCO CnH2n+nCO2生成烯烃生成醇类2nH2+nCO CnH2n+1OH+(n-1)H2O(n+1)H2+(2n-1)CO CnH2n+1OH+(n-1)CO2 甲醇在一定条件下通过甲醇在一定条件下通过ZSM-5型沸石分子筛催化型沸石分子筛催化剂，发生脱水、低聚合和剂，发生脱水、低聚合和异构化反应转化成汽油异构化反应转化成汽油煤生产电石煤生产电石3C+CaOCaC2+COH2OC2H2+Ca(OH)22200乙炔是基本有机化学工业的重要原料之一乙炔是基本有机化学工业的重要原料之一 2.2 2.2 石油及其初步加工石油及其初步加工物理过程化学过程原油原油预处理预处理脱水、脱盐（氯化钠 氯化钙 氯化镁）分馏分馏溶剂油、汽油、航空煤油煤油、柴油、重油，石脑油等 油品油品化工化工烯烃烯烃 烷烃烷烃 芳烃芳烃 加入破乳剂和高压电场联合作用加入破乳剂和高压电场联合作用盐溶于水，同时完成盐溶于水，同时完成脱水和脱盐脱水和脱盐原油的预处理原油的预处理 脱水、脱盐危害危害 水：水：增加燃料消耗；增加冷凝冷却负荷 盐：盐：受热后水解生成盐酸方法方法二级电脱盐流程图二级电脱盐流程图 盐含量盐含量3mg/L3mg/L水含量水含量0.20.2效率效率9095%200240乙烷24%丙烷30%丁烷50%C5制烯烃原料360370直馏380400常减压馏分油30%催化剂常压蒸馏塔切割的馏分常压蒸馏塔切割的馏分控制点位置所在塔板层数指标/油品种类产率/%常压塔顶40951000.005（表）MPa汽油5.0常压一线2931145150煤油9.1常压二线1719267270轻柴油67常压三线1315330335重柴油67常压塔底0345350重油6575催化裂化催化裂化 增加汽油产增加汽油产量量催化剂催化裂化气催化裂化气(1017%)焦炭焦炭液体产品液体产品(8090%)500常减压馏分油常减压馏分油重质馏分油重质馏分油 Y-型分子筛型分子筛催化剂催化剂SiO2Al2O3ZSM-5沸石沸石固定床固定床反应器反应器移动床移动床流化床流化床催化裂化发生的主要化学变化催化裂化发生的主要化学变化 碳链的断裂和脱氢反应碳链的断裂和脱氢反应 异构化反应异构化反应支链烃增加支链烃增加 环烷化和芳构化反应环烷化和芳构化反应 氢转移反应氢转移反应 叠合、脱氢缩合反应叠合、脱氢缩合反应分子量小的烷烃和烯烃分子量小的烷烃和烯烃（汽油和柴油）（汽油和柴油）增加芳烃含量增加芳烃含量提高裂解汽油的提高裂解汽油的辛烷值辛烷值二烯烃减少，裂解汽油安全性增加二烯烃减少，裂解汽油安全性增加生成分子量更大的烃、焦碳生成分子量更大的烃、焦碳辛烷值的测定是在专门设计的可变压缩比的单缸试验机中进行。将异辛烷异辛烷和正庚烷正庚烷按不同体积比例混合，配制成辛烷值由0100的标准燃料。异辛烷异辛烷用作抗爆性优良的标准：辛烷值=100；正庚烷正庚烷用作抗爆性低劣的标准：辛烷值=0改变压缩比测定标准燃料的爆燃强度。然后，选择某一成分的燃料，测定使发动机产生爆燃的压缩比，其所对应的标准燃料中异辛烷的比例，即为辛烷值辛烷值。催化剂组成组成/%/%组成组成/%/%H20.1nC4H89.2CH43.2iC4H86.2C2H64.1反2C4H88.5C2H42.9顺2C4H86.0C3H87.0nC5H126.3C3H620.3iC5H122.9nC4H104.6iC4H1018.4催化裂化气组成举例催化裂化气组成举例 催化裂化原理流程图催化裂化原理流程图 加氢裂化加氢裂化 催化裂化的补催化裂化的补充充3404206.513.5MpaH2汽、煤、柴油汽、煤、柴油优质优质液体收率100%粗柴油、回炼油粗柴油、回炼油凝析油、抽余油凝析油、抽余油催化剂催化剂贵金属贵金属PtPd非贵金属非贵金属NiMoW载体载体SiO2-Al2O3加氢裂化发生的主要化学变化加氢裂化发生的主要化学变化 烷烃加氢裂化烷烃加氢裂化 正构烷烃异构化正构烷烃异构化 多环环烷烃开环裂化多环环烷烃开环裂化 多环芳烃加氢开环裂化多环芳烃加氢开环裂化分子量小的烷烃分子量小的烷烃支链烃支链烃芳烃芳烃带支链环烷烃带支链环烷烃减压柴油加氢裂化产品组成在临氢条件下催化裂化，避免结焦在临氢条件下催化裂化，避免结焦 不需要再生催化剂不需要再生催化剂使用原料油广使用原料油广 高硫、高氮、高芳烃、劣质重馏分高硫、高氮、高芳烃、劣质重馏分产品中不饱和烃、重芳烃、非烃类杂质少、产品中不饱和烃、重芳烃、非烃类杂质少、汽油的辛烷值低，必须再经重整汽油的辛烷值低，必须再经重整 放热反应放热反应高压、消耗大量氢气高压、消耗大量氢气 操作费用高操作费用高加氢裂化反应工艺特加氢裂化反应工艺特点点催化重整催化重整 提高芳烃产提高芳烃产率率轻汽油馏分轻汽油馏分5002MPa汽油汽油芳烃芳烃高辛烷值高辛烷值铂重整铂重整催化剂催化剂贵金属贵金属Pt/Al2O3砷、铝、钼、汞、硫、氮等都会使催化剂中毒 200馏分馏分催化重整过程发生的化学反应催化重整过程发生的化学反应生成芳烃正构烷烃异构化和加氢裂化 环烷烃脱氢芳构化 环烷烃异构化脱氢烷烃环化脱氢芳构化提高辛烷值提高辛烷值降低芳烃收率降低芳烃收率催化重整流程催化重整流程1预分馏塔；2预加氢加热炉；3加氢反应器；4预加氢汽提塔；5第一加热炉；6反应器（）；7第二加热炉；8反应器（）9第三加热炉；10反应器（）；11稳定塔；12脱戊烷塔 49053023MPa2.3 2.3 天然气及其初步加工天然气及其初步加工甲烷 乙烷 丙烷和丁烷少量戊烷以上重组分CO2 N2 HS H2杂质（天然气井和煤田伴生气）甲烷 乙烷等低碳烷烃1520C3C4的烷烃少量轻汽油（油田伴生气）天然气天然气湿气干气用途：用途：合成氨和甲醇的原料合成氨和甲醇的原料由于热值很高，也是由于热值很高，也是很好的燃料很好的燃料 用途：用途：热裂化原料热裂化原料民用燃料民用燃料（1 1）经转化先制成合成气（CO+H2）或含氢很高的气体，然后进一步合成甲醇、高级醇、合成氨等。（2 2）经部分氧化以制造乙炔，发展乙炔化学工业。（3 3）经热裂解制乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和乙炔。（4 4）直接用以生产各种化工产品。例如炭黑、氢氰酸、各种氯代甲烷、硝基甲烷、甲醇、甲醛等。天然气化工利用的主要天然气化工利用的主要4 4条途径条途径 天然气化学工业天然气化学工业由天然气为原料生产的化工产品由天然气为原料生产的化工产品 2.4 2.4 化学矿物及其初步加工化学矿物及其初步加工我国化学矿产资源丰富现已探明储量的矿产有等20多种。磷矿、硫铁矿、自然硫、钾盐、钾长石、含钾页岩磷矿、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、沸石蛇纹石砷矿、锶矿、金红石、镁盐、溴、碘、沸石磷矿、硫铁矿及硼矿等化学矿物的储量居世界前列且产量较大 2.5 2.5 生物质资源及其初步加工生物质资源及其初步加工农产品农产品（含主要成分为单糖、多糖、淀粉、油脂、蛋白质、萜烯烃类、木质纤维素的当年生和多年生植物）生物质林产品林产品（由纤维素、半纤维素和木质素3种主要成分组成的木材），细胞培植产品（以细胞为载体进行培植，使之定向生产某种生物质，如蛋白质的方法）社会废弃物社会废弃物的产品（产生于公用设施、农业和工业装置的废料）含淀粉或含糖的物质进行水解，使之转化为单糖 C2H5OH+CO2 发酵发酵烯烃、芳烃、醛和羧酸类产品烯烃、芳烃、醛和羧酸类产品 含多缩戊糖的生物质水解、发酵制糠醛多缩戊糖用酸加热水解为戊糖戊糖在酸性介质中加热易脱水而转化为糠醛糠醛是基本有机化工的一种重要原料 H2糠醛的主要用途糠醛的主要用途 第第3 3章章 无机化工产品典型生产工艺无机化工产品典型生产工艺 3.1 合成氨3.1.1 以煤与天然气为原料合成氨生产总流程3.1.2 煤为原料制合成气3.1.3 天然气为原料制合成气3.1.4 一氧化碳变换3.1.5 合成气中硫化物与二氧化碳的脱除3.1.6 氨的合成3.1.7 合成氨技术发展趋势 合成氨化学发展史合成氨化学发展史 1900 1900年，在研究平行移动的基础上通过理论计算，认年，在研究平行移动的基础上通过理论计算，认为氢气和氮气在高压条件下可以直接化合生成氨。为氢气和氮气在高压条件下可以直接化合生成氨。他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，放弃了这项研究工作，合成氨实验夭折了合成氨实验夭折了。后来查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有后来查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有氧气氧气，在实验过程氧气和氢气发生了爆炸反应。，在实验过程氧气和氢气发生了爆炸反应。q 法国化学家勒沙特列法国化学家勒沙特列 通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。到错误的结论。q 德国化学家能斯特德国化学家能斯特在合成氨研究屡屡受挫情况下，哈伯知难而进，对合在合成氨研究屡屡受挫情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，成氨进行全面系统的研究和实验，1908年年7月在实验室用氢月在实验室用氢气和氮气在气和氮气在600，200atm下合成出氨，尽管产率仅有下合成出氨，尽管产率仅有2，却也是一项重大突破。却也是一项重大突破。q 德国化学家哈伯德国化学家哈伯19181918年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖 合成氨主要用途合成氨主要用途氮肥氮肥硝酸、纯碱硝酸、纯碱含氮无机盐含氮无机盐制药、氨基塑料制药、氨基塑料聚酰胺聚酰胺丁腈橡胶等丁腈橡胶等制冷剂制冷剂制备制备原料气原料气脱硫脱硫CO变换变换CO2脱除脱除脱除脱除少量少量CO压缩压缩合成氨合成氨产品氨产品氨原料原料天然气重油渣油煤水蒸气空气