第三章化学工艺的工艺学基础原料资源及其加工化工生产过程及流程化学反应的计量学催化剂的性能及使用反应过程的物料衡算和热量衡算基础一、原料资源及其加工石油天然气煤生物质空气水1、石油及其加工石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展。基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品中大约有90%来源于石油和天然气。三烯---乙烯、丙烯、丁二烯石油制取三苯---苯、甲苯、二甲苯石油、天然气和煤制取石油是一种棕黑色的粘稠液体。它含有几万种碳氢化合物，另外还含有一些含氮和含硫的化合物。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油加工的第一步是将原料经过常压、减压精馏，分割成若干馏份。适当沸程的馏分在脱硫之前再进一步加工可以得到各种基本化工原料和石油产品。由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物，其中化合物的沸点从常温到500℃以上。石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥青。链式饱和烃烃类化合物环烷烃芳香烃硫化物氮化物非烃化合物含氧化合物胶质和沥青质稠环烃类等油品的概念根据沸程的不同，将石油分类：石脑油（轻汽油）50－140℃汽油140－200℃航空煤油140－230℃煤油180－310℃柴油260－350℃润滑油350－520℃重、渣油>520℃石油的加工一次加工：油品的加工，利用原油常压蒸馏中各组分沸点的差别进行分离。减压蒸馏•催化重整•催化裂化二次加工：馏分油的化学加工，•催化加氢裂化调整烃类的组成。•烃类热裂解石油的加工的主要途径和产品加工方法主要有以下几种：（1）催化重整重整的最初目的是将重整原料油（沸程95℃以下）和直馏汽油（沸程95-130℃）里的一部分环烷烃和烷烃转变为芳烃，以提高汽油的辛烷值。后来出于化学工业对芳烃的需要量日益增长，使重整成为制取苯、甲苯和二甲苯等芳烃的重要方法之一。汽油重整主要采用含铂催化剂的铂重整法。重整油约含30～50％芳烃，经分离可得到苯、甲苯和二甲苯等。（2）热裂解当将直馏汽油、轻柴油、减压柴油等原料油加热到750~800℃进行热裂解时，除了发生高碳烷烃裂解为低碳烯烃和二烯烃的主要反应以外，还发生各种芳构化反应。裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃。另外，裂解汽油中约含有40~80％芳烃，其中主要是苯、甲苯和二甲苯。（3）催化裂化催化裂化的主要目的是将直馏轻柴油、重柴油或润滑油等高沸程原料油中的高碳烷烃加氢裂化成低碳烷烃，同时发生异构化、环烷化和芳构化等反应而得到高辛烷值汽油。催化裂化一般用硅酸铝作为催化剂，在450~560℃和0.01~0.25MPa下进行。所得到的轻柴油馏份（沸程180~340℃）中含有相当多的重质芳烃，其中主要是多烷基苯和烷基萘。（4）临氢脱烷基化重整的石脑油馏份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯和二甲苯的比例约为1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比苯和二甲苯少，又发展了甲苯在氢气存在下脱烷基制取苯的方法。从催化裂化轻柴油中分离出来的多烷基苯和烷基萘也可以通过临氢脱烷基法制取苯类产品和石油萘。但这种方法投资高，只有炼油量大的国家才可能采用。2、天然气及其加工利用天然气主要成分是甲烷干气甲烷含量高于90%湿气C2～C4烷烃含量≥15%～20%油田伴生气天然气于石油伴生煤层气（瓦斯气）吸附在煤上的甲烷天然气水合物冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物天然气的化工利用制氢气和合成氨经合成气路线制燃料和化工产品直接催化转化成化工产品热裂解制化工产品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化湿气中C2-C4烷烃的利用3、煤及其加工利用煤由含碳、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。成煤过程的程度不同分为：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤H%O%含量顺序：泥煤>褐煤>烟煤>无烟煤煤的加工高温干馏（炼焦）低温干馏煤气化煤液化（直接液化间接液化）焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等低温干馏低温煤焦油酚类、烷烃、环烷烃等半焦气化合成气苯焦炉煤气甲苯二甲苯高温干馏粗苯分离茚煤氧（杂）茚苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘煤焦油分离蒽其他化工原料氨、甲醇、低碳混合气化合成气合成醇、汽油、柴油等高压加氢液化汽油、煤油、柴油等4、生物质及其加工利用糠醛的生产HCCHCHO+3HO5105CCCHO2O糠醛乙醇的生产HOH2O22C2H10O5C12H22O112C6H12O6淀粉(麦芽糖)(葡萄糖）