2023/2/31化學工藝的共性知識化學工業原料資源及其加工利用化工生產過程及流程化工過程的主要效率指標反應條件對化學平衡和反應速率的影響催化劑的性能及使用2023/2/32一化學工業原料資源及其加工利用石油及其加工利用天然氣及其加工利用煤及其加工利用生物質及其加工利用2023/2/33

世界化學工業大致經歷了焦油化工、無機化工、電石乙炔化工，直至最近幾十年的石油化工幾個階段。二十世紀初，主要是以煤為基礎；

五十年代，以煤和石油為原料比例占半；六十年代以后，主要（90%）以石油、天然氣為原料；約10%左右化工產品用煤和農副產品為主要原料。2023/2/351石油及其加工產品

從地下開采出來的未經加工處理的石油稱為原油，其是一種有氣味的呈褐色的粘稠液體，是多種碳氫化合物的混合物。也稱“黑色金子”。

組成：C83-87%，H11-14%，O、N、S1%

2023/2/36

原油一般不直接利用，須經過加工制成各類石油產品方可利用。常用的加工方法有四種：

（1）常減壓蒸餾

（2）催化裂化

（3）催化重整

（4）加氫裂化

2023/2/37⑴

常減壓蒸餾

是石油加工第一道加工方法（龍頭），按沸點不同分出各種餾分油。但所用原油要經脫鹽、脫水處理后，方可使用。且處理后的原油，需達到含鹽量＜50mg/L，H2O量＜0.2%的指標。根據需要，有時采用加堿中和硫化氫或緩蝕劑。常減壓蒸餾流程見圖1所示。

2023/2/382023/2/39再經常壓塔輕汽油---作催化重整原料、作裂解原料。煤油----作裂解原料輕柴油----作裂解原料 重柴油---作催化裂化原料、作裂解原料再經減壓塔減壓柴油---作裂解原料及催化裂化原料減壓餾分油減壓渣油---生產石油焦或石油瀝青。

2023/2/310⑵

催化裂化

采用常減壓蒸餾得到的汽油量少，質量又差，通過裂化，即發生芳構化、異構化、環烷化，使重質燃料裂化成輕質燃料，同時使輕質燃料的組分發生變化，汽油質量提高。催化裂化工藝流程見圖2所示。2023/2/3112023/2/312

催化裂化產物經分餾塔分離，可得“二次加工”汽油、輕柴油。

副產裂化氣即液化氣，可從裂化氣中分離得到丙烯、正丁烯、異丁烯，用于生產各種基本有機化工產品。二次加工油質量好。2023/2/313

汽油質量好壞其主要質量之一，是具有良好的抗爆性。

抗爆性是衡量汽油質量的重要標志，常以辛烷值“O.N.”表示。

“O.N.”越高的汽油，其抗爆性越高，質量越高，而汽油的抗爆性與化學組成有關。正構烷烴抗爆性最差，帶有很多支鏈的異構烷烴和芳香烴抗爆性最好，所以從常減壓蒸餾出發的餾分，主要含有直鏈烷烴，抗爆性差，辛烷值低，質量就差。2023/2/314

裂化有兩種:

熱裂化，汽油產品質量差O.N.55-65，

催化裂化，汽油產品質量好O.N.80以上。熱裂化已被催化裂化所代替。

2023/2/315

（3）催化重整

催化重整是使石油餾分油經過化學加工轉變為富含芳烴的高辛烷值汽油。(催化劑Pt/Al2O3)2023/2/316催化重整原料：

輕汽油、直餾汽油、二次加工汽油。催化重整汽油占總汽油產量的50%以上。催化重整也是生產芳烴的重要方法之一。催化重整工藝流程見圖3所示。2023/2/3172023/2/318

(4)加氫裂化

加氫裂化是在氫存在下進行的催化裂化反應，可得到優質的汽、煤、柴油，如航空噴氣燃料和優質輕柴油。

2023/2/319

特點：原料用重質餾分油等，選擇范圍廣；裂化后，產生低級烷烴作化工原料；

加氫減壓油可作生產乙烯的裂解原料.2023/2/3202023/2/3212天然氣及其加工產品干性天然氣，C10含量＞90%不可液化

濕性天然氣，

C10含量＜90%可壓縮液化

天然氣是埋藏在地下，自然噴出或人工開采出來的可燃性氣體的總稱。天然氣的分類有兩種：

化學組成不同：2023/2/322

氣井氣（氣田），干性天然氣，簡稱干氣；油田氣（油田伴生氣）濕性天然氣，凝析井氣簡稱濕氣；

礦藏不同：2023/2/323甲烷的化工利用主要有三個途徑：①

經蒸汽催化轉化制成合成氣[CO+H2]，然后進一步合成甲醇、高級醇、氨、尿素以及碳一化學品。②

經部分氧化制造乙炔，發展乙炔化學工業。③

直接用于生產各種化工產品，如，炭黑、氫氰酸、氯甲烷、硝基甲烷等。(從濕氣中分離得到的C2+烷烴作為裂解原料)

2023/2/3243煤及其加工產物

煤結構很復雜，以芳香核結構為主，具有烷基側鏈和含雜原子（氧、氮、硫）基團的高分子化合物（M＞2000）。以煤作化工原料，可得到石油化工較難得到的產品。

2023/2/325

煤的化學加工方法：⑴煤的干餾：常用高溫干餾（也稱煉焦）⑵煤的氣化

⑶煤與石灰熔融生產電石

2023/2/326

⑴煤的干餾：

將煤隔絕空氣加熱，隨著溫度的升高，煤中有機物逐漸開始分解，其中揮發性物質呈氣態逸出，殘留下不揮發性產物就是焦碳或半焦。

2023/2/327

氣體產物經洗滌、冷卻等處理后分別得到煤焦油、氨、粗苯和焦爐煤氣。我國1983年作了統計，純苯產量的54.6%和全部的萘、蒽、咔唑等多環芳烴和雜環化合物都來自煤焦油。粗苯主要由苯、甲苯、二甲苯、三甲苯所組成。焦爐煤氣經分離可得氫氣、甲烷、乙烯等。

2023/2/328⑵煤的氣化煤、焦或半焦在高溫常壓或加壓條件下，與氣化劑反應轉化為一氧化碳、氫等可燃性氣體的過程。產物可用作合成氣、城市煤氣、工業用燃料氣。

2023/2/329（3）煤的液化

煤的高溫加氫，稱為煤的液化。加氫、熱解、脫灰（4）煤與石灰熔融生產電石CaO+C→CaC2→C2H2→化工原料。（如，C2H3Cl等）

2023/2/330中國煤化工的發展前景，重點發展煤氣化技術，加強碳一化學的發展。由碳一化學工藝路線制備含氧化合物（如，醇、酸、醛、酮、醚等及其衍生物），將建設煤化學聯合企業。表14從煤獲取基本有機化學工業原料的途徑2023/2/3312023/2/3324生物質的利用

在農產品加工過程中，可得到大量農副產品和農業廢物，其中含纖維素、半纖維素、淀粉、糖類和油脂的生物質均可為基本有機化學工業提供原料和產品。（1）農林副產品*玉米芯-→糠醛（萃取劑）

2023/2/333多縮己糖水解可得單糖。（淀粉）發酵可得酒精，副產雜醇油。

(C6H10O5)n

多縮戊糖—→戊糖—→+3H2O（C5H8O4）nC5H10O5

（糠醛）

此法是工業上生產糠醛的唯一方法。

纖維素含多縮己糖，半纖維素含多縮己糖和多縮戊糖。

2023/2/334

糠醛是有機化工的一種重要原料，可用來生產糠醛苯酚樹脂、糠醇樹脂、順丁烯二酸酐、合成纖維及醫藥產品。

提取色素（辣椒-→紅色素）

植物花-→香精、松節油2023/2/335（2）動植物油-→硬化油、硬脂酸、甘油（3）海洋化工-→天然氣、烴類水合物

目前，生物質的利用，這項工作做得越來越多，如利用稻桿等生產羧甲基纖維素等。2023/2/336二化工生產過程及流程化工生產過程化工生產工藝流程2023/2/3371化工生產過程化工生產過程由三個步驟組成原料預處理化學反應產品分離及精制2023/2/3382化工生產工藝流程

原料經過包括物質和能量轉換的一系列加工，轉變成所需產品，實施轉換需要有相應的功能單元來完成，按物料加工順序將這些功能單元有機地組合起來，構筑成工藝流程。

將原料轉變成化工產品的工藝流程稱為化工生產工藝流程。

用圖示來表達工藝流程的圖稱為工藝流程圖。39化工生產工藝流程組織——推論分析法從“目標”出發對不同功能的單元進行邏輯組合化工工藝過程的“洋蔥”模型反應器分離與再循環換熱網絡公用工程40化工生產工藝流程組織——功能分析法分析每個單元的基本功能和屬性，列出不同方案不同功能單元的實施方法不同設備型式不同流程方案具有相同整體功能41化工生產工藝流程組織——形態分析法對不同流程方案精確分析評價，擇優汰劣原則是否滿足所要求的技術指標經濟指標的先進性環境、安全和法律技術資料的完整性和可信度2023/2/342三化工過程的主要效率指標1生產能力和生產強度生產能力

指一個設備、一套裝置或一個工廠在單位時間內生產的產品量，或在單位時間內處理的原料量。其單位為kg/h，t/d或kt/a，萬t/a等。設計能力

設備或裝置在最佳條件下可以達到的最大生產能力，稱為設計能力。2023/2/343生產強度為設備的單位特征幾何量的生產能力。即設備的單位體積的生產能力，或單位面積的生產能力。其單位為kg/(h·m3)，t/(d·m3)，或kg/(h·m2)，或t/(d·m2)等。生產強度指標主要用于比較相同反應過程或物理加工過程的設備或裝置的優劣。設備中進行的過程速率高，其生產強度就高。2023/2/3442轉化率、選擇性和收率（1）轉化率轉化率表征原料的轉化程度，反映了反應進程。轉化率越大，參加反應的原料愈多。使用時，注意單位要統一，可用摩爾（mol）；質量（kg）；體積（L）。2023/2/345（2）單程轉化率（用于循環過程）X單＜X總2023/2/346(3)選擇性S（selectivity）

也可用目的產物需消耗的某反應物量與實際轉化掉的該反應物量之比。2023/2/347（4）收率和質量收率

反應物的量單位：摩爾單位或質量單位。2023/2/348有循環時：

反應物的量單位：摩爾單位或質量單位。2023/2/3493平衡轉化率和平衡產率的計算可逆反應達到平衡時的轉化率稱為平衡轉化率。達平衡時所得產物的產率為平衡產率。平衡轉化率和平衡產率是可逆反應所能達到的極限值（最大值）。平衡轉化率和平衡產率與化學平衡常數有關。2023/2/350如：CO+H2O?H2+CO2反應壓力不高低于3MPa，反應溫度較高，200℃以上的條件，可按理想氣體處理。水蒸汽過量，計算CO的平衡轉化率。設CO的平衡轉化率為x，反應前CO有amol，H2O有bmol，無H2和CO2。H2的產率=Note:非理想氣體，其壓力要校正。2023/2/351四反應條件對化學平衡和反應速率的影響1溫度的影響反應條件：反應溫度、壓力、濃度、反應時間、原料純度和配比、進料量等。（1）溫度對化學平衡的影響可逆反應適用吸熱反應△Hθ＞0，T↑→K↑→產物的平衡產率↑放熱反應△Hθ＜0，T↑→K↓→產物的平衡產率↓

T↓→K↑→產物的平衡產率↑2023/2/352（2）溫度對反應速率的影響反應速率指單位時間、單位體積某反應物組分的消耗量或某產物的生成量。aA+bB?dD反應速率：任何反應有：T↑→k↑不可逆反應，T↑→k↑→r↑;可逆反應2023/2/353

可逆吸熱反應，T↑→r↑。可逆放熱反應，隨T增加，r有三種變化情況：T較低時，T↑→T=TOP，

T〉TOP，r達到極大值時即，所對應的溫度稱為最佳反應溫度，亦稱最適宜溫度。2023/2/354最佳反應溫度的計算公式：對于不同的組成或轉化率X，TOP值是不同的，隨轉化率的升高，TOP下降。活化能不同，TOP值也不同。即不同的可逆放熱反應，有不同的TOP值。實際操作溫度須隨反應的進行，逐漸降低。2023/2/3552濃度的影響反應物濃度愈高，反應速率愈快。反應初期，反應物濃度高，反應速率大，隨著反應的進行，反應物不斷消耗，反應速率逐漸下降。對于可逆反應，為了使平衡向產物方向移動，可采用增加反應物濃度或不斷移走產物的辦法，最終可增加產物的產率。有兩種以上反應物參加，一般價高難得的反應物不過量，其他反應物過量。若某一反應物過量對反應或設備有影響，則不選擇過量。2023/2/3563壓力的影響壓力對液相和固相反應的平衡影響小。壓力對氣相和氣固相反應的平衡影響大。2023/2/357Ⅰ對分子數增加的反應（△υ＞0）Ⅱ對分子數減少的反應（△υ＜0）

降低壓力可以提高平衡產率。壓力升高，產物的平衡產率增大。Ⅲ對分子數沒有變化的反應（△υ=0）

壓力對平衡產率無影響。2023/2/358壓力增加可減少反應氣體體積，增加濃度，提高反應速率，從而提高設備的生產能力，但壓力過高，能耗增大，對設備密封及耐壓要求高，成本增加，反而不經濟。對于增分子反應，降低壓力（減壓、真空）操作不安全，往往采用添加惰性組分的辦法以降低反應物的分壓，但添加量是有限的，太多也不利。2023/2/359五催化劑的性能及使用催化劑：在一個反應系統中因加入了某種物質而使化學反應速率明顯加快，但該物質在反應前后的數量和化學性質不變，稱這種物質為催化劑。催化劑作用：（1）提高反應速率和選擇性。（2）改進操作條件。采用或改進催化劑可以降低反應溫度和操作壓力、可以提高化學加工過程的效率。（3）催化劑有助于開發新的反應過程，發展新的化工技術。（4）催化劑在能源開發和消除污染中可發揮重要作用。2023/2/3601催化劑的基本特征①催化劑是參與了反應的，但反應終了時，催化劑本身未發生化學性質和數量的變化。②催化劑只能縮短達到化學平衡的時間（即加速作用），但不能改變平衡。③催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應。Ⅰ催化劑不能使熱力學上不可能進行的反應發生。Ⅱ催化劑是以同樣的倍率提高正、逆反應速率的，能加速正反應速率的催化劑，也必然能加速逆反應。O2023/2/3612催化劑的分類按催化反應體系的物相均一性分：均相和非均相催化劑。按反應類別分：加氫、脫氫、氧化、裂化、聚合、烷基化、羰基化、鹵化等催化劑。（功能催化劑）按反應機理分：氧化還原型催化劑、酸堿催化劑等。按適用條件下所用催化劑的物態分：金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、絡合物催化劑、酸催化劑、堿催化劑等。2023/2/3623工業催化劑使用中的有關問題（1）工業催化劑的使用性能①活性。催化劑應具有足夠高的活性。②選擇性。催化劑應具有較高的選