化学工业的资源路线和主要产品

第三节资源的综合利用化学工业的资源是多种多样的，实际生产中究竟采用哪一种资源路线和生产技术，必须遵循经济而又可行的原则。当资源路线确定后，资源的综合利用就成为一项重要的任务，它不仅与经济效益、社会效益和环境效益有着直接的关系，而且对国民经济的可持续发展产生深远的影响。因此，资源的综合利用水平已经成为衡量一个国家化学工业发展水平高低的一个重要标志。r①多种多样的：实际生产中究竟采用哪一种资源路线和生产技术，我们可以I<II<I化工资源遵循经济而又可行的原则进行选择;「经济效益I②稀缺而宝贵的：资源需要综合利用《社会效益诉境效益f①就是指将资源尽可能的多方面利用;L②资源的综合利用水平已经成为衡量一个国家化学工业发展水平高低的一个重要标志。一、煤炭资源综合利用 工、i煤炭资源综合利用综合利用率低厂存在问题，污染环境厂①加强洁净煤技术 工、i煤炭资源综合利用综合利用率低厂存在问题，污染环境厂①加强洁净煤技术的研究，最大程度地降低煤炭使用中产生的污染;提高煤炭资源利用率的途径②努力开发煤炭的气化、加氢液化等新技术，进一步提高煤炭的利用率。③合理使用余热，生产廉价的合成气，降低下游有机化工产品的生产成本④大力发展煤电转化，电厂建在煤炭生产基地附近，直接在当地把煤炭资源转化成电力资源进行输送;'⑤努力提高煤炭使用过程中产生的废弃物的综合利用水平，如粉煤灰用于改良土壤，或生产建筑材料，以解决由于燃煤造成的环境污染问题。1、煤的种类与组成

(1)煤的种类含C的质量分数煤的种醴的种类烟煤褐煤95%(1)煤的种类含C的质量分数煤的种醴的种类烟煤褐煤95%70〜80%50〜70%50〜60%I泥煤OH煤的结构模型(2)煤的元素组成：C、H、N、S等(3)煤的成分：多种有机物和无机物所组成的复杂混合物2.煤的综合利用

煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和煤的气化，获得洁净的燃料和多种化工原料。(1)煤的干馏——将煤隔绝空气加强热。产物：焦炉产物：焦炉煤气、煤焦油、焦炭、粗苯等；干馏产品主要成分主要用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料祗水氨、铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭炭冶金、合成氨造气、电石、燃料甲苯3

3二甲苯有三种:CH二C电邻二甲苯二甲苯有三种:CH二C电邻二甲苯间二甲苯 对二甲苯⑵煤的气化煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。C(s)+H2O(g)高温・CO(g)+H2(g)(3)煤的液化煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。煤的间接液化：先将煤转化为CO和h2，再在催化剂作用下合成甲醇等。CO+2HCO+2H2催化剂一加热加压CH3OH（甲醇）石油和天然气的综合利用石油和天然气的综合利用二、石油和天然气的综合利用「①石油和天然气的综合利用率高，利用石油和天然气作燃料或化工原料，成本低。②石油化工原料综利用途径：从低碳烯烃乙烯、丙烯开始，逐步转向其他高碳烯烽以及芳烃原料；开始时采用简单的工艺生产少数产品，然后采用比较复杂的工艺过程，生产更多的下游产品；实现大型化、管道化和自动化。【③天然气综合利用：生产合成气、乙炔；利用副产气体生产合成氨等；生产附加值更高的C1化工产品和精细化工产品等。1、天然气资源的综合利用天然气主要成分是甲烷。天然气是一种清洁燃料，可以直接用作燃料。天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇及分子内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。

甲烷水合物：甲烷水合物：甲烷水合物是由甲烷和水在高压（＞100大气压或＞10MPa）和低温（0〜10℃）条件下合成的一种固态结晶物质，可表示为CH48H20,甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。甲烷水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。2、石油资源的综合利用形成：古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的。组成元素：C、H、S等。所含物质：烷烃、环烷、芳香烃等（一般不含烯烃）。石油是混合物，无固定的沸点.利用分馏的原理进行石油的分离.1）、石油的分储利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫分馏.，脱水、脱盐分馆原油的预处理，脱水、脱盐分馆石油的一次加工--设备-------分储塔.

妙f汽油方一航空煤油姓f妙f汽油方一航空煤油姓f煤油*ff轻柴油f柴油石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。有常压分馏和减压分馏两种.分储产品分子所含碳原子数C”沸点范围溶剂油C5〜C630〜150℃汽油C5~C11220C以下航空煤油G1〜C|5150〜250c煤油C1Q〜C16180〜310c重油润滑油（锭子油、机油、汽缸油等）C15〜C18C16〜Czo200〜360℃凡士林液态烧和固态烧的混合物360c以上~T2rftifcCzo〜C3Q沥青C30〜C40石油焦主要成分是C

实验室蒸馏石油的装置2）、石油的裂化石油的裂化——在一定的条件下，将相对分子质量大的烃（重油或石蜡油）断裂成相对分子质量小的烃的过程叫裂化。目的：提高轻质油的产量和质量，获得石油裂化气。C8HC8H18+C8H16辛烷辛烯C16H34加热加压十六烷成分：含有不饱和烃，能使溴水褪色，不能用来萃取溴。注意：汽油有直储汽油和裂化汽油两种。直储汽油是由石油直接分储而得的汽油（不含烯烃）；裂化汽油是由重油经裂化而制得的汽油（含有烯烃）。两者成分不同。3）、石油的裂解：目的：为了获得更多的短链的不饱和烃（如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等）以进行三大合成原料：汽油原理：在更高的温度下，使长链烃（石油分储产物）断裂成乙烯、丙烯等短链烃。

高温〃一C8H18 C4H10+C4H8高温C4H10 C3H6+CH4C4HI。^温*C2H6+C2H44）、催化重整：把链状烃转化成为环状烃的过程。如：苯或甲苯等。nCH2=CH2催化剂，+CH2-CH2为聚乙烯塑料TOC\o"1-5"\h\z（单体） 1（n为聚合度）催化剂nCH=CH2 -EvH-CH2M\o"CurrentDocument"ch3 CH3 3催化剂n\J-H=CH2 -+CH-CH2+u生物质和矿物质的综合利用三、生物质和矿物质的综合利用生物质和矿物质的综合利用成本较高不足之处-I分散性、季节性’①在原料资源的产区，因地制宜地发展中、小型化工厂具有一定的意解决方案《义，如粮食作物发酵生产乙醇，从油料作物中提取天然油脂等；、②矿物质作为化学工业的基础原料，一般受矿产资源的限制，必须根据矿产资源的贮量来发展相应的化学工业，以提高其有效成分的利用率，尤其要重视贵金属资源的综合利用问题。

第四节化工生产的多方案性质化工生产具有原料、工艺与产品的多方案性；V化工生产的多方案性②同一化学反应的催化剂具有多样性;③可由不同型式的反应器来完成同一化学反应;①V化工生产的多方案性②同一化学反应的催化剂具有多样性;③可由不同型式的反应器来完成同一化学反应;①化工产品的复杂性;②化工产品的多样性。工④用不同的方法从原料中脱除同一种杂质（例如h2s、CO2）或从产品物流中分离出目的产品。J一、原料的选择以合成气的生产为例，制造合成气的原料是多种多样的，煤、天然气、石油馏分、农林废料、城市垃圾等均可用来制造合成气。目前工业上生产合成气的方法主要有以下三种。.以天然气为原料的生产方法工业上由天然气制合成气的技术：主要有蒸汽转化法和部分氧化法。蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成h2、CO等混合气，此法技术成熟，目前广泛用于生产合成气。CH4+H2O=3H2+CO部分氧化法是由甲烷等烃类与氧气进行不完全氧化生成合成气：2CH4+O2=2CO+4H2天然jjg一段转化出二段转化合成气电换T脱碳一合成气•।一、一定He和CO比例的水蒸气 2 氧气或空气 .以煤为原料的生产方法该生产方法有间歇式和连续式两种操作方式。其中连续式生产效率高，技术先进，他是在高温下以水蒸气和氧气为气化剂，与煤反应生成CO和H2。C+O2=COC+H2O=CO+h2C+2H2O=CO2+2H22C+O2=2COC+CO2=2CO煤与水蒸汽制合成气的过程如图所示：煤+水蒸气+氧气~七化—»国画一忑换_脱碳|»合成气.以渣油为原料的生产方法渣油一।氧一卜气化一》变换»脱硫与脱碳一》合成气水蒸气一।'~~由渣油转化为CO、H2等气体的过程称为渣油的气化。气化技术有部分氧化法和蓄热炉深度裂解法，目前常用的是部分氧化法。＞以上三种制合成气的生产方法中，以天然气为原料制合成气的成本最低；煤与渣油制造合成气的成本相近，而渣油制合成气可以使石油资源得到充分的综合利用。＞总之，原料的选择要依据原料的成本、生产技术水平等条件综合确定。通过选择，有利于原料资源的优化利用，也有利于化学工业向原料路线和产品结构的多元化方向发展。.原料路线的选择原则可靠性。化工生产过程大部分是连续的生产过程，原料数量及质量的稳定、可靠地供应是进行正常生产的基本条件，否则，必将直接影响投资效益的发挥，甚至还有可能导致投资无效。经济性。原料路线的经济性随时间、地点、资源的情况而变化，特别是随着时间的推移、技术的进步，原料的经济性会发生大的变化。在选择原料时，既要考虑原料的现有市场价格，还应根据市场供需关系变化，预测市场价格的波动情况。合理性。这种合理性是从综合利用资源角度来考察的，因为资源有限，有限的资源要用来获得好的经济效果。从技术上讲，提高原料的综合利用，实现原料反应的“原子经济性”，或尽可能采用无毒无害的原料，从而减少“三废”对环境污染，实现绿色的化工过程，将是今后合理利用资源的选择方向。二、生产路线的选择生产路线的选择是指同一种原料可经过不同的工艺条件、加工路线生产出相同的化工产品。.目前工业上利用合成气来生产甲醇的路线应用广泛。合成甲醇的主要反应为：CO+2H2=CH3OHCO2+3H2=CH3OH+H2O合成气生产甲醇的工艺又可分为低压法和高压法两种。高压法是一种较古老的生产方法，低压法则是近年来随着铜系催化剂的开发成功而出现的一种方法。❖高压法以Zn-Cr为催化剂，反应压力30MPa,温度330〜400℃,空速为20000〜40000h-1"，合成塔出口甲醇含量约为5%。因高压法的单程转化率较低，合成气循环使用，并通过放空维持惰性气体平衡。高压法技术成熟，但副反应多，甲醇产率较低，投资费用大，动力消耗大低压法中合成压力可以降为5MPa,压缩功大幅度下降，反应温度为220〜250℃。与高压法相比，低压法技术经济指标先进，压缩动力消耗仅为高压法的60%左右，是世界各国广泛采用的甲醇生产方法。以对二甲苯为原料制取对苯二甲酸二甲酯有两种生产方法，即四步法和二步法。四步法是一种传统的生产方法。ICH3-^y-CH3❷CH3-^~^-COOH ch3-/~\-cooch32HOOC—COOCH3CH3OOC-/-Y-COOCh3两步法则是将上述第一和第三步并入一个设备中，将对甲基苯甲酸和对苯二甲酸单甲酯的酯化在另一个设备中完成。总之，当生产某种产品的原料确定后，生产路线的选择就成为考虑的首要问题，生产路线应根据当前的生产技术水平和生产过程的经济性综合进行确定。2.工艺技术路线的选择工艺技术路线选择的重要性：工艺技术路线影响到项目的投资、产品的成本、产品的质量、劳动条件、环境保护等各个方面，因而决定了项目投资后的经济效益和社会效益。项目投资后的效益如何，其实是工艺技术路线选择的必然结果，能否选到好的工艺技术路线，是项目能否成功的关键，所以，工艺技术路线的选择是项目可行性研究工作的核心。工艺技术路线的选择原则：1）可靠性。化工项目的工艺技术路线可靠与否，可从流程是否通畅、生产是否安全，工艺是否稳定，消耗定额、生产能力、产品质量和三废排放能否稳定可靠地达到预定指标等方面来判定。在可行性研究中对工艺技术路线可靠性的评价，可以通过对已投产的同类项目进行现场考察，并搜集较长时间的实际生产数据来进行判断，不可只凭文献报道的资料、数据或口说无凭的介绍来决定。2）注意工艺过程所处的发展阶段。任何一种技术，包括化工工艺过程，像一个产品一样，都有一个寿命周期，有新生期、成长期、成熟期、衰退期各个阶段。处于新生期的工艺过程，往往刚刚工业化，技术指标比较先进，但还不成熟，有一定的风险；处于成长期的技术，成功的把握大，并在相当长的一段时间内能获得较稳定的经济利益，选择这样的工艺过程是比较理想的；处于成熟期的技术本身虽完善，很可靠，但已不算先进，新出现的技术可能成为它的竞争对手，甚至会被新的技术超过，所以，采用处于成熟期的工艺过程要尽快建成投产，尽快回收投资；至于处于衰退期的工艺过程，当然不宜采用。3）适用性。技术的适用，是指当时、当地对该项技术的接受能力以及该项技术与相关行业、相关技术体系的匹配程度。一项有先进技术的工艺过程，要求有较高素质的工人和管理人员来掌握，还要求有较高的维修技术和设备备件的配套能力，否则就不能发挥技术先进的优势，因此在可行性研究中，技术路线选择时一定要考虑当时、当地的具体条件。4）经济性。所选工艺技术路线是否具有经济性，首先应考虑投产后能否取得良好的经济效果，这需要进行项目的经济评价。另外，还要考虑自身的经济承受能力，要选择财力能够达到的技术方案。三、产品的选择产品的选择是指利用某种原料经过不同的化学过程，可以生产出不同的产品。要生产出附加值高，经济效益好的产品，才能使原料的价值得以充分发挥，故在资源（原料）确定后，就需选择生产何种产品为效益最好。如以乙烯为原料，可以生产许多种化工产品（见图2-8），究竟选择哪种产品，要视各地和各企业的实际情况，结合目前的技术发展水平及产品的市场前景而定。广①原料的选择必须遵循原料来源充足可靠，成本较低，易于利用的原则；②产品的原料路线确定后，选择产品便成为首要的问题，选择的产品不仅要具有一定的技术经济性，还要有一定的市场寿命；I③原料路线和产品都确定后，生产路线的选择要遵循安全、易于实现及投资、操作费用低的原则。本章小结1.化工原料是指化工生产中能全部或部分转化为化工产品的物质。起始原料是人类通过开采、种植、收集等方法得到的原料，起始原料主要有空气、水、矿物资源、生物原料等。2.以煤为原料，经过化学加工转化为气体、液体和固体燃料及化学品的工业，称为煤化学工业(简称煤化工，chemicalprocessingofcoal)。3.将煤隔绝空气加热，使其分解成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程称为煤的干馏(coalcarbonization)o4.煤的气化(coalgasification)是指以固体燃料煤或焦炭为原料，在高温(900〜1300℃)下通人气化剂，使其转化成主要含氢、一氧化碳、二氧化碳等混合气体的过程。5.常压蒸馏又称为直馏(直接蒸馏)，是在常压和300〜400℃条件下进行的蒸馏。在常压蒸馏塔的不同高度可分别采出汽油、煤油、柴油等油品，塔底剩余组分为常压重油。6.催化裂化(catalyticcracking)是以重质馏分油为原料，在催化剂作用下于0.1〜0.3MPa和-450〜530℃进行裂化的过程。7.加氢裂化(hydrocracking)是指在催化剂及高氢压下，加热重质油使其发生8.催化重整(catalyticreforming)是将适当的石油馏分在贵金属催化剂Pt(