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1、化工工艺学化工工艺学 第二章第二章第二章第二章 化工原料及其初步加工化工原料及其初步加工2.1 化学矿物化学矿物2.2 天然气天然气2.3 石油石油2.4 煤炭煤炭2.5 生物质生物质2.1 化学矿物化学矿物 化学矿物是化肥工业、化工、冶金及化学矿物是化肥工业、化工、冶金及其他相关工业的原料，是除石油、天然气其他相关工业的原料，是除石油、天然气和煤外的一类重要矿物资源。和煤外的一类重要矿物资源。2.1.1 磷矿磷矿2.1.2 硫铁矿硫铁矿2.1.3 硼矿硼矿2.1.1 磷矿磷矿 磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的化工矿物原类矿物的总称，是
2、一种重要的化工矿物原料。料。 磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料。化物和磷酸盐的原料。2.1.1 磷矿磷矿1.资源特点资源特点 磷矿按其成因不同，可分为磷灰石、磷磷矿按其成因不同，可分为磷灰石、磷块岩和岛磷矿，其中有工业价值的是磷灰石块岩和岛磷矿，其中有工业价值的是磷灰石和磷块岩。和磷块岩。（1）磷灰石：是指磷以晶质磷灰石形式出）磷灰石：是指磷以晶质磷灰石形式出现在岩浆岩和变质岩中的磷矿石。主要化学现在岩浆岩和变质岩中的磷矿石。主要化学成分是磷酸钙，其中还有氟、氯等元素。成分是磷酸钙，其中还有氟、氯等元素。分子式：分子式：Ca5(OP4)3(F,
3、Cl,OH)（2）磷块岩：是指由外生作用形成、由隐）磷块岩：是指由外生作用形成、由隐晶质或显微隐晶质磷灰石及其他脉石矿物组晶质或显微隐晶质磷灰石及其他脉石矿物组成的堆积体。成的堆积体。2.分布情况分布情况 自然界中已知的含磷矿物大约有自然界中已知的含磷矿物大约有120多种，分布广泛。多种，分布广泛。 世界上磷矿资源较丰富的国家有摩洛世界上磷矿资源较丰富的国家有摩洛哥、南非、美国、前苏联及中国。我国磷哥、南非、美国、前苏联及中国。我国磷矿主要分布在西南和中南地区。虽然只能矿主要分布在西南和中南地区。虽然只能过过磷矿储量为世界第四位，但高品位矿过过磷矿储量为世界第四位，但高品位矿储量较少。储量较少
4、。2.1.1 磷矿磷矿3.加工概况加工概况 85%以上的磷矿用于制造磷肥。根据生产以上的磷矿用于制造磷肥。根据生产方法，磷肥主要分为湿法磷肥（酸法磷肥）和方法，磷肥主要分为湿法磷肥（酸法磷肥）和热法磷肥两类。热法磷肥两类。（1）湿法磷肥（酸法磷肥）湿法磷肥（酸法磷肥） 原理：原理：用无机酸的化学能分解磷矿制成磷用无机酸的化学能分解磷矿制成磷肥。无机酸包括硫酸、硝酸、盐酸和磷酸，其肥。无机酸包括硫酸、硝酸、盐酸和磷酸，其中主要是硫酸。中主要是硫酸。硫酸分解磷矿可直接制得普通过磷酸钙。硫酸分解磷矿可直接制得普通过磷酸钙。硝酸分解磷矿可制得硝酸磷肥。硝酸分解磷矿可制得硝酸磷肥。盐酸分解磷矿可得沉淀磷
5、酸钙或磷酸。盐酸分解磷矿可得沉淀磷酸钙或磷酸。磷酸分解磷矿可制得磷酸一钙。磷酸分解磷矿可制得磷酸一钙。2.1.1 磷矿磷矿（2）热法磷肥）热法磷肥 原理：原理：将磷矿石与配料混合，进行高将磷矿石与配料混合，进行高温加工所得可被作物吸收的磷酸盐或含磷温加工所得可被作物吸收的磷酸盐或含磷的玻璃体物质，统称为热法磷肥。的玻璃体物质，统称为热法磷肥。 主要品种有：钙镁磷肥、脱氟磷肥、主要品种有：钙镁磷肥、脱氟磷肥、钢渣磷肥、偏磷酸钙。钢渣磷肥、偏磷酸钙。2.1.1 磷矿磷矿2.1.2 硫铁矿硫铁矿 又称黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿，主又称黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿，主要用于制造硫酸。要用于制造硫酸。1.资源
6、特点资源特点 硫铁矿最常见的晶体是六方体、八面硫铁矿最常见的晶体是六方体、八面体及五角十二面体。体及五角十二面体。2.分布情况分布情况 我国硫铁矿主要集中在广东、内蒙、我国硫铁矿主要集中在广东、内蒙、安徽和四川等地，其储量占全国总储量的安徽和四川等地，其储量占全国总储量的85%。3.加工概况加工概况 以硫铁矿为原料制取硫酸，其矿渣可以硫铁矿为原料制取硫酸，其矿渣可用来炼铁、炼钢。若炉渣含硫较高，含铁用来炼铁、炼钢。若炉渣含硫较高，含铁量不高时，可以用作水泥的附属原料量不高时，可以用作水泥的附属原料混合料。混合料。2.1.2 硫铁矿硫铁矿2.1.3 硼矿硼矿 硼是一种典型的非金属元素。硼在自然界
7、中硼是一种典型的非金属元素。硼在自然界中以化合物形式存在，但在地壳中分散状态的硼却以化合物形式存在，但在地壳中分散状态的硼却分布广泛。分布广泛。1.资源特点资源特点 世界上含硼矿物很多，根据含硼矿物的化学世界上含硼矿物很多，根据含硼矿物的化学组成，可将其分为三类：组成，可将其分为三类：硼硅酸盐矿物：主要是硅钙硼石和赛黄晶。硼硅酸盐矿物：主要是硅钙硼石和赛黄晶。硼铝硅酸盐矿物：主要有电气石和斧石硼铝硅酸盐矿物：主要有电气石和斧石硼酸盐矿物：硼工业原料的主要来源。这类矿硼酸盐矿物：硼工业原料的主要来源。这类矿物有物有100多种，但作为工业硼资源开发利用的仅多种，但作为工业硼资源开发利用的仅有有10
8、余种，如天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼余种，如天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、纳硼解石、柱硼镁石。钙石、天然硼酸、纳硼解石、柱硼镁石。这两类硼矿物中，除这两类硼矿物中，除了硅钙硼石尚具工业了硅钙硼石尚具工业价值外，其他或是难价值外，其他或是难以加工，或因大量聚以加工，或因大量聚集成工业矿床而意义集成工业矿床而意义不大。不大。2.分布情况分布情况 目前，主要硼矿床仅在少数几个国家目前，主要硼矿床仅在少数几个国家和地区分布，大部分集中在美国和土耳其，和地区分布，大部分集中在美国和土耳其，其产量约占世界产量的其产量约占世界产量的90%。 我国可以利用的硼酸盐型硼矿资源主我国可以利用的硼
9、酸盐型硼矿资源主要是辽东地区的镁硼酸盐型硼矿（俗称白要是辽东地区的镁硼酸盐型硼矿（俗称白硼）和青藏高原的盐湖卤水硼砂矿，其次硼）和青藏高原的盐湖卤水硼砂矿，其次在湖南长宁地区有少量矽卡岩型硼矿产出。在湖南长宁地区有少量矽卡岩型硼矿产出。2.1.3 硼矿硼矿3.加工概况加工概况（1）由硼镁矿制硼砂（又称硼酸钠、月石粉）由硼镁矿制硼砂（又称硼酸钠、月石粉）的工艺的工艺A碳碱法工艺碳碱法工艺：将预处理的硼镁矿粉与碳酸钠溶：将预处理的硼镁矿粉与碳酸钠溶液混合加温，通二氧化碳升压后反应制取。液混合加温，通二氧化碳升压后反应制取。B碱法工艺碱法工艺：又分为常压碱解法和加压碱解法。：又分为常压碱解法和加压碱
10、解法。是用是用NaOH溶液加热分解硼镁矿粉制取，亦可由溶液加热分解硼镁矿粉制取，亦可由天然硼砂直接制取。天然硼砂直接制取。 由于碱法工艺不适宜加工品位低的矿粉，且由于碱法工艺不适宜加工品位低的矿粉，且工艺流程长，设备多，现已逐步被碳碱法取代。工艺流程长，设备多，现已逐步被碳碱法取代。2.1.3 硼矿硼矿（2）由硼镁矿制硼酸工艺）由硼镁矿制硼酸工艺A盐酸法盐酸法：先用盐酸分解硼镁矿，再利用：先用盐酸分解硼镁矿，再利用氯化镁使硼酸有效地萃取入溶剂，经水反氯化镁使硼酸有效地萃取入溶剂，经水反萃取得硼酸。萃取余液中含有氯化镁，经萃取得硼酸。萃取余液中含有氯化镁，经除去少量的钙、脱水、煅烧，可制得氧化除
11、去少量的钙、脱水、煅烧，可制得氧化镁和盐酸，盐酸再用于矿石分解，氧化镁镁和盐酸，盐酸再用于矿石分解，氧化镁可作为耐火材料。可作为耐火材料。MgOB2O3+2HCl+2H2O=2H3B2O3+MgCl2B硫酸中和法硫酸中和法：以硼镁矿为原料，采用碳：以硼镁矿为原料，采用碳碱法制取硼砂，再由硼砂生产硼酸。碱法制取硼砂，再由硼砂生产硼酸。Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42.1.3 硼矿硼矿 化学矿产绝大部分为非金属矿物，在化学矿产绝大部分为非金属矿物，在化学工业中主要用于制硫酸、磷肥、钾肥、化学工业中主要用于制硫酸、磷肥、钾肥、纯碱及其他无机盐化工、精细化工的原料，纯
12、碱及其他无机盐化工、精细化工的原料，还可作为其他工业领域（如冶金、轻工、还可作为其他工业领域（如冶金、轻工、石油、电子、金属陶瓷、医药、水泥、玻石油、电子、金属陶瓷、医药、水泥、玻璃、饲料及食品等）中的基本原料和配料。璃、饲料及食品等）中的基本原料和配料。因此，其加工利用方法众多，工艺过程繁因此，其加工利用方法众多，工艺过程繁简不一，比较庞杂。但粗略划分，可分简不一，比较庞杂。但粗略划分，可分火火法工艺和湿法工艺法工艺和湿法工艺。2.2 天然气天然气 天然气是一种多组分的混合气体，主天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的
13、乙烷、丙烷和丁烷，此外，一般有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外，一般还含有硫化氢还含有硫化氢 、二氧化碳、氮和水气，以、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。烷以上为液体。2.2.1 天然气的定义天然气的定义2.2.2 天然气的分类天然气的分类2.2.3 天然气的主要用途天然气的主要用途2.2.1 天然气的定义天然气的定义1、广义的定义、广义的定义 天然气是指自然界中天然存在的一切天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石气体，包括
14、大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。圈中各种自然过程形成的气体。2、从能量角度出发的狭义的定义、从能量角度出发的狭义的定义 天然气是指蕴藏于地层中的烃类和非天然气是指蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山和生物生成气中。气田气、煤层气、泥火山和生物生成气中。2.2.2 天然气的分类天然气的分类1、根据、根据成因不同成因不同，天然气可分为，天然气可分为伴生气伴生气和非伴生气和非伴生气。（1）伴生气：伴随原油共生，与原油同）伴生气：伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气。时被采出的油田气叫伴生气
15、。（2）非伴生气：包括纯气田天然气和）非伴生气：包括纯气田天然气和凝凝析气田天然气析气田天然气两种，在地层中都以气态存两种，在地层中都以气态存在。在。凝析气田天然气从地层流出井口后，凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。液相是凝析液，叫凝析油。2、根据、根据组成及性质差别组成及性质差别，天然气可分为，天然气可分为干气和湿气干气和湿气。（1）干气：干气中甲烷含量高于）干气：干气中甲烷含量高于90%，还含有还含有C2-C4的烷烃及少量的烷烃及少量C5以上重组分，
16、以上重组分，稍加压缩不会有液体析出，所以称为干气。稍加压缩不会有液体析出，所以称为干气。（2）湿气：湿气中除含有甲烷外，还含）湿气：湿气中除含有甲烷外，还含有有15%20%或以上的或以上的C2-C4的烷烃及少量的烷烃及少量轻汽油，稍加压缩有汽油析出，故称湿气。轻汽油，稍加压缩有汽油析出，故称湿气。2.2.2 天然气的分类天然气的分类2.2.3 天然气的主要用途天然气的主要用途 天然气中的甲烷等低碳烷烃，燃烧时天然气中的甲烷等低碳烷烃，燃烧时热值高污染少，因此是一种清洁能源，既热值高污染少，因此是一种清洁能源，既可作为工业燃料，也可作为民用燃料，如可作为工业燃料，也可作为民用燃料，如民用液化石油气等；同时这些低碳烷烃又民用液化石油气等；同时这些低碳烷烃又是石油化工的重要原料。是石油化工的重要原料。一、天然气发电一、天然气发电 利用天然气燃烧时产生的热能，通过发电动利用天然气燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能。力装置转换成电能。 优点优点：可缓解能源紧缺，降低燃煤发电比。：可缓解能源紧缺，降低燃煤发电比。例，减少环境污染。例，减少环境污染。二、天然气作为城市燃气二、天然气作为城市
