化學工業(yè)的資源路線和主要產(chǎn)品

第三節(jié)資源的綜合利用化學工業(yè)的資源是多種多樣的，實際生產(chǎn)中究竟采用哪一種資源路線和生產(chǎn)技術，必須遵循經(jīng)濟而又可行的原則。當資源路線確定后，資源的綜合利用就成為一項重要的任務，它不僅與經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益有著直接的關系，而且對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。因此，資源的綜合利用水平已經(jīng)成為衡量一個國家化學工業(yè)發(fā)展水平高低的一個重要標志。r①多種多樣的：實際生產(chǎn)中究竟采用哪一種資源路線和生產(chǎn)技術，我們可以I<II<I化工資源遵循經(jīng)濟而又可行的原則進行選擇;「經(jīng)濟效益I②稀缺而寶貴的：資源需要綜合利用《社會效益訴境效益f①就是指將資源盡可能的多方面利用;L②資源的綜合利用水平已經(jīng)成為衡量一個國家化學工業(yè)發(fā)展水平高低的一個重要標志。一、煤炭資源綜合利用 工、i煤炭資源綜合利用綜合利用率低廠存在問題，污染環(huán)境廠①加強潔凈煤技術 工、i煤炭資源綜合利用綜合利用率低廠存在問題，污染環(huán)境廠①加強潔凈煤技術的研究，最大程度地降低煤炭使用中產(chǎn)生的污染;提高煤炭資源利用率的途徑②努力開發(fā)煤炭的氣化、加氫液化等新技術，進一步提高煤炭的利用率。③合理使用余熱，生產(chǎn)廉價的合成氣，降低下游有機化工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本④大力發(fā)展煤電轉(zhuǎn)化，電廠建在煤炭生產(chǎn)基地附近，直接在當?shù)匕衙禾抠Y源轉(zhuǎn)化成電力資源進行輸送;'⑤努力提高煤炭使用過程中產(chǎn)生的廢棄物的綜合利用水平，如粉煤灰用于改良土壤，或生產(chǎn)建筑材料，以解決由于燃煤造成的環(huán)境污染問題。1、煤的種類與組成

(1)煤的種類含C的質(zhì)量分數(shù)煤的種醴的種類煙煤褐煤95%(1)煤的種類含C的質(zhì)量分數(shù)煤的種醴的種類煙煤褐煤95%70?80%50?70%50?60%I泥煤OH煤的結(jié)構模型(2)煤的元素組成：C、H、N、S等(3)煤的成分：多種有機物和無機物所組成的復雜混合物2.煤的綜合利用

煤的綜合利用主要是通過煤的干餾、煤的液化和煤的氣化，獲得潔凈的燃料和多種化工原料。(1)煤的干餾——將煤隔絕空氣加強熱。產(chǎn)物：焦爐產(chǎn)物：焦爐煤氣、煤焦油、焦炭、粗苯等；干餾產(chǎn)品主要成分主要用途出爐煤氣焦爐氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳氣體燃料、化工原料祗水氨、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料甲苯3

3二甲苯有三種:CH二C電鄰二甲苯二甲苯有三種:CH二C電鄰二甲苯間二甲苯 對二甲苯⑵煤的氣化煤的汽化和液化就是使煤變成清潔能源的有效途徑，與此同時煤的燃燒效率等也得到提高。C(s)+H2O(g)高溫?CO(g)+H2(g)(3)煤的液化煤的直接液化：使煤與氫氣作用生成液體燃料。煤的間接液化：先將煤轉(zhuǎn)化為CO和h2，再在催化劑作用下合成甲醇等。CO+2HCO+2H2催化劑一加熱加壓CH3OH（甲醇）石油和天然氣的綜合利用石油和天然氣的綜合利用二、石油和天然氣的綜合利用「①石油和天然氣的綜合利用率高，利用石油和天然氣作燃料或化工原料，成本低。②石油化工原料綜利用途徑：從低碳烯烴乙烯、丙烯開始，逐步轉(zhuǎn)向其他高碳烯烽以及芳烴原料；開始時采用簡單的工藝生產(chǎn)少數(shù)產(chǎn)品，然后采用比較復雜的工藝過程，生產(chǎn)更多的下游產(chǎn)品；實現(xiàn)大型化、管道化和自動化。【③天然氣綜合利用：生產(chǎn)合成氣、乙炔；利用副產(chǎn)氣體生產(chǎn)合成氨等；生產(chǎn)附加值更高的C1化工產(chǎn)品和精細化工產(chǎn)品等。1、天然氣資源的綜合利用天然氣主要成分是甲烷。天然氣是一種清潔燃料，可以直接用作燃料。天然氣更是一種重要的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇及分子內(nèi)含兩個或兩個以上碳原子的其他有機化合物。

甲烷水合物：甲烷水合物：甲烷水合物是由甲烷和水在高壓（＞100大氣壓或＞10MPa）和低溫（0?10℃）條件下合成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，可表示為CH48H20,甲烷分子處于由多個水分子形成的籠中。甲烷水合物多呈白色或淺灰色晶體，外貌類似冰雪，可以象酒精塊一樣被點燃，故也有人叫它“可燃冰”。2、石油資源的綜合利用形成：古代動植物遺體經(jīng)過非常復雜的變化而形成的。組成元素：C、H、S等。所含物質(zhì)：烷烴、環(huán)烷、芳香烴等（一般不含烯烴）。石油是混合物，無固定的沸點.利用分餾的原理進行石油的分離.1）、石油的分儲利用原油中各組分沸點的不同進行分離的過程叫分餾.，脫水、脫鹽分館原油的預處理，脫水、脫鹽分館石油的一次加工--設備-------分儲塔.

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輕柴油f柴油石油分餾主要在分餾塔中進行，通過分餾可以獲得汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。有常壓分餾和減壓分餾兩種.分儲產(chǎn)品分子所含碳原子數(shù)C”沸點范圍溶劑油C5?C630?150℃汽油C5~C11220C以下航空煤油G1?C|5150?250c煤油C1Q?C16180?310c重油潤滑油（錠子油、機油、汽缸油等）C15?C18C16?Czo200?360℃凡士林液態(tài)燒和固態(tài)燒的混合物360c以上~T2rftifcCzo?C3Q瀝青C30?C40石油焦主要成分是C

實驗室蒸餾石油的裝置2）、石油的裂化石油的裂化——在一定的條件下，將相對分子質(zhì)量大的烴（重油或石蠟油）斷裂成相對分子質(zhì)量小的烴的過程叫裂化。目的：提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量和質(zhì)量，獲得石油裂化氣。C8HC8H18+C8H16辛烷辛烯C16H34加熱加壓十六烷成分：含有不飽和烴，能使溴水褪色，不能用來萃取溴。注意：汽油有直儲汽油和裂化汽油兩種。直儲汽油是由石油直接分儲而得的汽油（不含烯烴）；裂化汽油是由重油經(jīng)裂化而制得的汽油（含有烯烴）。兩者成分不同。3）、石油的裂解：目的：為了獲得更多的短鏈的不飽和烴（如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等）以進行三大合成原料：汽油原理：在更高的溫度下，使長鏈烴（石油分儲產(chǎn)物）斷裂成乙烯、丙烯等短鏈烴。

高溫〃一C8H18 C4H10+C4H8高溫C4H10 C3H6+CH4C4HI。^溫*C2H6+C2H44）、催化重整：把鏈狀烴轉(zhuǎn)化成為環(huán)狀烴的過程。如：苯或甲苯等。nCH2=CH2催化劑，+CH2-CH2為聚乙烯塑料TOC\o"1-5"\h\z（單體） 1（n為聚合度）催化劑nCH=CH2 -EvH-CH2M\o"CurrentDocument"ch3 CH3 3催化劑n\J-H=CH2 -+CH-CH2+u生物質(zhì)和礦物質(zhì)的綜合利用三、生物質(zhì)和礦物質(zhì)的綜合利用生物質(zhì)和礦物質(zhì)的綜合利用成本較高不足之處-I分散性、季節(jié)性’①在原料資源的產(chǎn)區(qū)，因地制宜地發(fā)展中、小型化工廠具有一定的意解決方案《義，如糧食作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，從油料作物中提取天然油脂等；、②礦物質(zhì)作為化學工業(yè)的基礎原料，一般受礦產(chǎn)資源的限制，必須根據(jù)礦產(chǎn)資源的貯量來發(fā)展相應的化學工業(yè)，以提高其有效成分的利用率，尤其要重視貴金屬資源的綜合利用問題。

第四節(jié)化工生產(chǎn)的多方案性質(zhì)化工生產(chǎn)具有原料、工藝與產(chǎn)品的多方案性；V化工生產(chǎn)的多方案性②同一化學反應的催化劑具有多樣性;③可由不同型式的反應器來完成同一化學反應;①V化工生產(chǎn)的多方案性②同一化學反應的催化劑具有多樣性;③可由不同型式的反應器來完成同一化學反應;①化工產(chǎn)品的復雜性;②化工產(chǎn)品的多樣性。工④用不同的方法從原料中脫除同一種雜質(zhì)（例如h2s、CO2）或從產(chǎn)品物流中分離出目的產(chǎn)品。J一、原料的選擇以合成氣的生產(chǎn)為例，制造合成氣的原料是多種多樣的，煤、天然氣、石油餾分、農(nóng)林廢料、城市垃圾等均可用來制造合成氣。目前工業(yè)上生產(chǎn)合成氣的方法主要有以下三種。.以天然氣為原料的生產(chǎn)方法工業(yè)上由天然氣制合成氣的技術：主要有蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法。蒸汽轉(zhuǎn)化法是在催化劑存在及高溫條件下，使甲烷等烴類與水蒸氣反應，生成h2、CO等混合氣，此法技術成熟，目前廣泛用于生產(chǎn)合成氣。CH4+H2O=3H2+CO部分氧化法是由甲烷等烴類與氧氣進行不完全氧化生成合成氣：2CH4+O2=2CO+4H2天然jjg一段轉(zhuǎn)化出二段轉(zhuǎn)化合成氣電換T脫碳一合成氣??一、一定He和CO比例的水蒸氣 2 氧氣或空氣 .以煤為原料的生產(chǎn)方法該生產(chǎn)方法有間歇式和連續(xù)式兩種操作方式。其中連續(xù)式生產(chǎn)效率高，技術先進，他是在高溫下以水蒸氣和氧氣為氣化劑，與煤反應生成CO和H2。C+O2=COC+H2O=CO+h2C+2H2O=CO2+2H22C+O2=2COC+CO2=2CO煤與水蒸汽制合成氣的過程如圖所示：煤+水蒸氣+氧氣~七化—?國畫一忑換_脫碳|?合成氣.以渣油為原料的生產(chǎn)方法渣油一?氧一卜氣化一》變換?脫硫與脫碳一》合成氣水蒸氣一?'~~由渣油轉(zhuǎn)化為CO、H2等氣體的過程稱為渣油的氣化。氣化技術有部分氧化法和蓄熱爐深度裂解法，目前常用的是部分氧化法。＞以上三種制合成氣的生產(chǎn)方法中，以天然氣為原料制合成氣的成本最低；煤與渣油制造合成氣的成本相近，而渣油制合成氣可以使石油資源得到充分的綜合利用。＞總之，原料的選擇要依據(jù)原料的成本、生產(chǎn)技術水平等條件綜合確定。通過選擇，有利于原料資源的優(yōu)化利用，也有利于化學工業(yè)向原料路線和產(chǎn)品結(jié)構的多元化方向發(fā)展。.原料路線的選擇原則可靠性。化工生產(chǎn)過程大部分是連續(xù)的生產(chǎn)過程，原料數(shù)量及質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠地供應是進行正常生產(chǎn)的基本條件，否則，必將直接影響投資效益的發(fā)揮，甚至還有可能導致投資無效。經(jīng)濟性。原料路線的經(jīng)濟性隨時間、地點、資源的情況而變化，特別是隨著時間的推移、技術的進步，原料的經(jīng)濟性會發(fā)生大的變化。在選擇原料時，既要考慮原料的現(xiàn)有市場價格，還應根據(jù)市場供需關系變化，預測市場價格的波動情況。合理性。這種合理性是從綜合利用資源角度來考察的，因為資源有限，有限的資源要用來獲得好的經(jīng)濟效果。從技術上講，提高原料的綜合利用，實現(xiàn)原料反應的“原子經(jīng)濟性”，或盡可能采用無毒無害的原料，從而減少“三廢”對環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色的化工過程，將是今后合理利用資源的選擇方向。二、生產(chǎn)路線的選擇生產(chǎn)路線的選擇是指同一種原料可經(jīng)過不同的工藝條件、加工路線生產(chǎn)出相同的化工產(chǎn)品。.目前工業(yè)上利用合成氣來生產(chǎn)甲醇的路線應用廣泛。合成甲醇的主要反應為：CO+2H2=CH3OHCO2+3H2=CH3OH+H2O合成氣生產(chǎn)甲醇的工藝又可分為低壓法和高壓法兩種。高壓法是一種較古老的生產(chǎn)方法，低壓法則是近年來隨著銅系催化劑的開發(fā)成功而出現(xiàn)的一種方法。?高壓法以Zn-Cr為催化劑，反應壓力30MPa,溫度330?400℃,空速為20000?40000h-1"，合成塔出口甲醇含量約為5%。因高壓法的單程轉(zhuǎn)化率較低，合成氣循環(huán)使用，并通過放空維持惰性氣體平衡。高壓法技術成熟，但副反應多，甲醇產(chǎn)率較低，投資費用大，動力消耗大低壓法中合成壓力可以降為5MPa,壓縮功大幅度下降，反應溫度為220?250℃。與高壓法相比，低壓法技術經(jīng)濟指標先進，壓縮動力消耗僅為高壓法的60%左右，是世界各國廣泛采用的甲醇生產(chǎn)方法。以對二甲苯為原料制取對苯二甲酸二甲酯有兩種生產(chǎn)方法，即四步法和二步法。四步法是一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法。ICH3-^y-CH3?CH3-^~^-COOH ch3-/~\-cooch32HOOC—COOCH3CH3OOC-/-Y-COOCh3兩步法則是將上述第一和第三步并入一個設備中，將對甲基苯甲酸和對苯二甲酸單甲酯的酯化在另一個設備中完成?？傊?，當生產(chǎn)某種產(chǎn)品的原料確定后，生產(chǎn)路線的選擇就成為考慮的首要問題，生產(chǎn)路線應根據(jù)當前的生產(chǎn)技術水平和生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性綜合進行確定。2.工藝技術路線的選擇工藝技術路線選擇的重要性：工藝技術路線影響到項目的投資、產(chǎn)品的成本、產(chǎn)品的質(zhì)量、勞動條件、環(huán)境保護等各個方面，因而決定了項目投資后的經(jīng)濟效益和社會效益。項目投資后的效益如何，其實是工藝技術路線選擇的必然結(jié)果，能否選到好的工藝技術路線，是項目能否成功的關鍵，所以，工藝技術路線的選擇是項目可行性研究工作的核心。工藝技術路線的選擇原則：1）可靠性?；ろ椖康墓に嚰夹g路線可靠與否，可從流程是否通暢、生產(chǎn)是否安全，工藝是否穩(wěn)定，消耗定額、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢排放能否穩(wěn)定可靠地達到預定指標等方面來判定。在可行性研究中對工藝技術路線可靠性的評價，可以通過對已投產(chǎn)的同類項目進行現(xiàn)場考察，并搜集較長時間的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來進行判斷，不可只憑文獻報道的資料、數(shù)據(jù)或口說無憑的介紹來決定。2）注意工藝過程所處的發(fā)展階段。任何一種技術，包括化工工藝過程，像一個產(chǎn)品一樣，都有一個壽命周期，有新生期、成長期、成熟期、衰退期各個階段。處于新生期的工藝過程，往往剛剛工業(yè)化，技術指標比較先進，但還不成熟，有一定的風險；處于成長期的技術，成功的把握大，并在相當長的一段時間內(nèi)能獲得較穩(wěn)定的經(jīng)濟利益，選擇這樣的工藝過程是比較理想的；處于成熟期的技術本身雖完善，很可靠，但已不算先進，新出現(xiàn)的技術可能成為它的競爭對手，甚至會被新的技術超過，所以，采用處于成熟期的工藝過程要盡快建成投產(chǎn)，盡快回收投資；至于處于衰退期的工藝過程，當然不宜采用。3）適用性。技術的適用，是指當時、當?shù)貙υ擁椉夹g的接受能力以及該項技術與相關行業(yè)、相關技術體系的匹配程度。一項有先進技術的工藝過程，要求有較高素質(zhì)的工人和管理人員來掌握，還要求有較高的維修技術和設備備件的配套能力，否則就不能發(fā)揮技術先進的優(yōu)勢，因此在可行性研究中，技術路線選擇時一定要考慮當時、當?shù)氐木唧w條件。4）經(jīng)濟性。所選工藝技術路線是否具有經(jīng)濟性，首先應考慮投產(chǎn)后能否取得良好的經(jīng)濟效果，這需要進行項目的經(jīng)濟評價。另外，還要考慮自身的經(jīng)濟承受能力，要選擇財力能夠達到的技術方案。三、產(chǎn)品的選擇產(chǎn)品的選擇是指利用某種原料經(jīng)過不同的化學過程，可以生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品。要生產(chǎn)出附加值高，經(jīng)濟效益好的產(chǎn)品，才能使原料的價值得以充分發(fā)揮，故在資源（原料）確定后，就需選擇生產(chǎn)何種產(chǎn)品為效益最好。如以乙烯為原料，可以生產(chǎn)許多種化工產(chǎn)品（見圖2-8），究竟選擇哪種產(chǎn)品，要視各地和各企業(yè)的實際情況，結(jié)合目前的技術發(fā)展水平及產(chǎn)品的市場前景而定。廣①原料的選擇必須遵循原料來源充足可靠，成本較低，易于利用的原則；②產(chǎn)品的原料路線確定后，選擇產(chǎn)品便成為首要的問題，選擇的產(chǎn)品不僅要具有一定的技術經(jīng)濟性，還要有一定的市場壽命；I③原料路線和產(chǎn)品都確定后，生產(chǎn)路線的選擇要遵循安全、易于實現(xiàn)及投資、操作費用低的原則。本章小結(jié)1.化工原料是指化工生產(chǎn)中能全部或部分轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品的物質(zhì)。起始原料是人類通過開采、種植、收集等方法得到的原料，起始原料主要有空氣、水、礦物資源、生物原料等。2.以煤為原料，經(jīng)過化學加工轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料及化學品的工業(yè)，稱為煤化學工業(yè)(簡稱煤化工，chemicalprocessingofcoal)。3.將煤隔絕空氣加熱，使其分解成焦炭、煤焦油、粗苯和焦爐氣的過程稱為煤的干餾(coalcarbonization)o4.煤的氣化(coalgasification)是指以固體燃料煤或焦炭為原料，在高溫(900?1300℃)下通人氣化劑，使其轉(zhuǎn)化成主要含氫、一氧化碳、二氧化碳等混合氣體的過程。5.常壓蒸餾又稱為直餾(直接蒸餾)，是在常壓和300?400℃條件下進行的蒸餾。在常壓蒸餾塔的不同高度可分別采出汽油、煤油、柴油等油品，塔底剩余組分為常壓重油。6.催化裂化(catalyticcracking)是以重質(zhì)餾分油為原料，在催化劑作用下于0.1?0.3MPa和-450?530℃進行裂化的過程。7.加氫裂化(hydrocracking)是指在催化劑及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生8.催化重整(catalyticreforming)是將適當?shù)氖宛s分在貴金屬催化劑Pt(