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1、2.1.1.1 主要无机化学矿 (1)盐矿 岩盐、海盐或湖盐等，用于制造纯碱、烧碱、盐酸和 氯乙烯等； (2)硫矿 硫磺(S)、硫铁矿(FeS2)等，用于生产硫酸和硫磺；(3) 磷矿 氟磷灰石Ca5F(PO4)3、氯磷灰石Ca5Cl(PO4)3等，用于 生产磷肥、磷酸及磷酸盐等； (4)钾盐矿 钾石盐(KCl和NaCl混合物)、光卤石(KClMgCl26H2O)、钾盐镁矾(KClMgSO43H2O)； (5)铝土矿 水硬铝石(-Al2O3H2O)和三水铝石(Al2O33H2O)的 混合物； (6)硼矿 硼砂矿(Na2O2B2O310H2O)、硼镁石 (2MgOB2O3H2O)等；第2章 化学工
2、艺基础 2.1 原料资源及其加工 2.1.1 无机化学矿及其加工1，2(7)锰矿 锰矿(和MnO2)、菱锰矿(MnCO3)等； (8)钛矿 金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)等； (9)锌矿 闪锌矿(ZnS)、菱锌矿(ZnCO3)； (10)钡矿 重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等； (11)天然沸石 斜发沸石、丝光沸石、毛沸石(化学组成均为 NaOAl2O3nSiO2xH2O)等； (12)硅藻土(含83%89% SiO2nH2O)、膨润土(Mg， Ca)OAl2O35 SiO2nH2O，可作吸附剂和催化剂载体。2.1.1.2 磷矿和硫铁矿的加工 磷矿和硫铁矿是无机化学矿产
3、量最大的两个产品。多数磷矿为 氟磷灰石Ca5F(PO4)3，经过分级、水洗脱泥、浮选等方法选矿 除去杂质，成为商品磷矿。硫铁矿包括黄铁矿(立方晶系FeS2) 、白铁矿(斜方晶系FeS2)和磁硫铁矿(FenSn+1)，其中主要是黄铁 矿。酸法(又称湿法) 它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，主反应式为Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O 3H3PO4+5CaSO4nH2O+HF(2-1)通过萃取和分离得到磷酸，再用氨中和磷酸制得磷酸铵，或将磷酸再与磷矿反应制得水溶性的重过磷酸钙Ca(H2PO4)2H2O。热法 利用高温分解磷矿石，并
4、进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。热法还可以生产元素磷、五氧化二磷和磷酸。热法生产要消耗较多的电能和热能。硫铁矿用于制硫酸，世界上硫酸总产量的一半以上用于生产磷肥和氮肥。硫铁矿生产硫酸的过程主要有以下几个步骤:焙烧反应 FeS2+O2 Fe2O3+SO2 (2-2)氧化反应 SO2+0.5O2 SO3 (2-3)吸收反应 SO3+H2O H2SO4 (2-4)2.1.2 石油及其加工37石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展，至今，基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有90%来源于石油和天然气。90%左右的有机化工产品上游原料可归结为三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)、三苯(苯、甲苯
5、、二甲苯)、乙炔和萘，还有甲醇。其中的三烯主要由石油制取，三苯、萘和甲醇可由石油、天然气和煤制取。2.1.2.1 石油的组成3(1)烃类化合物 烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分，约几万种。(2)非烃化合物 含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。硫化物 多为有机硫化物，例如硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫化物(RSSR)、噻吩(C4H4S硫杂环化合物)及其衍生物等。硫醇沸点较低，原油经蒸馏加工后，硫醇多存在于汽油、煤油产品中；硫醚和部分二硫化物则在中等沸程馏分(如柴油)中；二硫化物、噻吩等则多留在高沸程的重油、渣油和沥青中。氮化物 多为吡啶、喹啉、氮杂蒽、吡咯、咔唑等不饱和氮杂环结构的有机
6、物，它们的沸点较高，石油加工后多留在沸点高于500的渣油中。含氧化合物 有环烷酸、酚类和很少量的脂肪酸，总称为石油酸。其中环烷酸含量较多，在石油加工分离后，环烷酸多存在于250400沸程的馏分中。分离出来的石油酸是很有用的化工原料。金属有机化合物 含量甚微，主要以金属配位化合物的形式存在，如金属卟啉(一种含C、H、N和金属元素的大分子结构)就是一种重要结构单元。有机金属配位化合物的沸点也较高，在高温加热处理中发生分解，生成的金属沉积在设备内或催化剂表面，造成污非烃化合物的含量虽然很低，但对石油加工过程以及石油产品的性质有很大影响，有的还使催化剂中毒，有的会腐蚀管道和设备，有的使用时污染环境等。
7、所以在石油加工时均应该预先将其脱除和回收利用。脱硫、脱氮、脱金属是石油化学加工重要的过程之一。(3)胶质和沥青质 原油经蒸馏加工后，沸点高于500的馏分是渣油，在渣油中含有相当数量的胶质和沥青质，它们是由各种结构不垢，并使产品产率下降。2.1.2.2 石油的常压蒸馏和减压蒸馏3为了充分利用宝贵的石油资源，要对石油进行一次加工和二次加工，在生产出汽油、航空煤油、柴油、锅炉燃油和液化汽的同时，制取各类化工原料。石油开采出来尚未加工时称为原油，一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏。蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥发度的差别(沸点不同)进行分离的方法，是一种没有化学反应的传质、传热物理过程，主要设备是蒸
8、馏塔。常、减压蒸馏流程有以下三类。(1)燃料型 以生产汽油、煤油、柴油等为主，没有充分利用石油资源，现已很少采用；(2)燃料-润滑油型 除生产轻质和重质燃料油外，还生产各种品种润滑油和石蜡；(3)燃料-化工型 除生产汽油、煤油、柴油等燃料油外，还从石脑油馏分抽提芳烃，利用石脑油或柴油热裂解制取烯烃和芳烃等重要有机化工基本原料，炼油副产的气体也是化工原料。有的工厂还采用燃料-润滑油-化工型流程，主要产品是燃料和化工产品。图2-1 原油常、减压蒸馏工艺流程示意图1输油泵；2换热器；3脱盐罐；4加热炉；5常压蒸馏塔；6贮液罐；7气提塔；8冷凝冷却器；9减压蒸馏塔；10蒸汽喷射泵2.1.2.3 馏分油
9、的化学加工47(1)催化重整(catalytic reforming) 催化重整是在含铂的催化剂作用下加热汽油馏分(石脑油)，使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程。催化重整装置能提供高辛烷值汽油，还为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料以及提供液化气和溶剂油，并副产氢气。(2)催化裂化(catalytic cracking) 催化裂化是在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化而转化成高质量的汽油，并副产柴油、锅炉燃油、液化气和气体等产品的加工过程。图2-3 等高并列式催化裂化装置1主风机；2增压机；3立管；4辅助燃烧室；5分布管；6溢流管；7双动滑阀；8
10、再生器；9反应器；10分布板；11待再生U形管；12再生U形管；13单动滑阀；14密相提升管；15稀相提升管图2-4 高低并列式催化裂化装置和流程示意图1油泵；2加热炉；3提升管反应器；4沉降器；5再生器；6待再生催化剂输送管；7分馏塔；8汽提塔；9冷却冷凝器；10气液分离器；11再沸器(3)催化加氢裂化(catalytic hydrocracking) 催化加氢裂化系指在催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应，转变成航空煤油、柴油、汽油(或重整原料)和气体等产品的加工过程。加氢裂化过程中发生的反应类型主要有:大分子烷烃加氢裂解成较小分子烷烃；环烷烃加氢开环生成链烷烃；芳烃
11、加氢生成环烷烃；有机含硫化合物加氢生成烷烃和硫化氢；有机含氮化合物加氢生成烷烃和氨；有机含氧化合物加氢生成烃和水；有机金属化合物加氢分解释出金属及烃类。图2-5 加氢裂化过程(4)烃类热裂解7(pyrolysis of hydrocarbons) 烃类热裂解的主要目的是为了制取乙烯和丙烯，同时副产丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳烃及其他化工原料。它是每个石油化工厂必不可少的首要过程。图2-6 由石油制取燃料和化工原料的主要途径2.1.3 天然气及其加工5，8，9天然气(natural gas)的主要成分是甲烷，甲烷含量高于90%的天然气称为干气，C2C4烷烃含量在15%20%或以上的天
12、然气称为湿气，有的天然气与石油共生(油田伴生气)。(1)天然气制氢气和合成氨 (2)天然气经合成气路线的催化转化制燃料和化工产品(3)天然气直接催化转化成化工产品(4)天然气热裂解制化工产品(5)甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制化工产品(6)湿性天然气中C2C4烷烃的利用 2.1.4 煤及其加工5，10，11煤(coal)是由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成。由于成煤过程的时间不同，有泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤之分。按质量分数计，泥煤含碳60%70%，褐煤含碳70%80%，烟煤含碳80%90%，无烟煤含碳高达90%93%。煤中氢和氧元素的含量顺序是:泥煤褐
13、煤烟煤无烟煤。(1)煤干馏coal carbonization煤的高温干馏(炼焦) 在炼焦炉中隔绝空气于9001100进行的干馏过程。产生焦炭、焦炉气、粗苯、氨和煤焦油。煤的低温干馏 在较低终温(500600)下进行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物。(2)煤气化(coal gasification) 是指在高温(9001300)下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。(3)煤液化(coal liquefaction) 是指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。煤液化可分为直接液化和间接液化两类过程。煤的直接液化 是采用加氢方法使煤转化为液态烃，所
14、以又称为煤的加氢液化。液化产物亦称为人造石油，可进一步加工成各种液体燃料。煤的间接液化 是预先制成合成气，然后通过催化剂作用将合成气转化为烃类燃料、含氧化合物燃料(例如低碳混合醇、二甲醚)。表2-2 煤的加工利用2.1.5 生物质及其加工5，1216(1)糠醛的生产 农副产品废渣的水解是工业生产糠醛的唯一路线。糠醛主要用于生产糠醇树脂、糠醛树脂、顺丁烯二酸酐、医药、合成纤维、防腐剂、杀虫剂、脱色剂等。其生产过程是:将含多缩戊糖的玉米芯、棉籽壳、花生壳、甘蔗渣等投入反应釜内，用含量为6%的稀硫酸作催化剂并通入蒸汽加热，控制温度在180左右、压力0.61.0MPa，反应58h。多缩戊糖水解成戊糖，
15、然后进一步脱水环化而转变成糠醛12。戊糖脱水反应为C5H10O5 (2-5)(2)乙醇的生产 虽然工业生产乙醇是用乙烯水合法，但用农产品生产乙醇仍是重要方法之一。将含淀粉的谷类、薯类、植物果实经蒸煮糊化，加水冷却至60，加入淀粉酶使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖，再加入酵母使之发酵则转变成乙醇(食用酒精)。2(C6H10O5)n(淀粉) C12H22O11(麦芽糖) 2C6H12O6(葡萄糖) (2-6)C6H12O6 2CH3CH2OH+2CO2(2-7)(3)丙二醇的生产 1，3-丙二醇(PDO)是生产聚对苯二甲酸丙二酯(PPT)的原料，PPT具有许多类似尼龙的特性，如果其原料PDO的成本较
16、低，则可与PET聚酯竞争。2.1.6 再生资源的开发利用17，18工农业和生活废料在原则上都可以回收处理、加工成有用的产品，这些再生资源的利用不仅可以节约自然资源，而且是治理污染、保护环境的有效措施之一。2.1.7 空气和水19，20空气的体积组成为78.16% N2、20.90% O2和0.93% Ar，其余0.01%为He、Ne、Kr、Xe等稀有气体。空气中的O2和N2是重要化工原料；含碳物质在纯氧中燃烧，不会产生氮氧化物和碳粒烟尘，对环境有好处。氢氧燃料电池产生清洁能源；从空气中提取的高纯度氩、氦、氖、氪等气体，广泛应用于高科技领域。2.2 化工生产过程及流程2.2.1 化工生产过程21，22化工生产过程一般可概括为原料预
