化工基础知识手册

（二）天然气的加工过程 天然气主要由甲烷组成，有的天然气含有少量乙烷、丙 烷和丁烷。天然气的成分不同，加工途径有些不同。 １、甲烷的化工利用主要有三个途径： （１）经高温水蒸气转化或部分氧化法制成合成气（ＣＯ＋Ｈ２）， 进一步合成甲醇、高级醇、氨、尿素以及一碳化学品，由甲 醇经 ＭＴＯ 可进一步生产乙烯、丙烯等烯烃。 （２）经部分氧化制取乙炔。 （３）直接生产各种化工产品，如炭黑、氢氰酸，各种氯 代甲烷、硝基甲烷等。 ２、从天然气中分离出的乙烷、丙烷、丁烷利用途径： （１）裂解制取乙烯和丙烯。 （２）丙烷氧化制乙醛。 （３）丁烷氧化制醋酸、顺丁烯二酸酐，脱氢制 １，３－丁二烯 等。
吉林经济技术开发区
化工基础知识手册
编制：化工产业发展规划局 ２０１２ 年 ０１ 月
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化工基础知识手册
一、化学工业概述 （一）化学工业定义 化工是化学工业（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ）的简称。化学工 业又称化工加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位 的制造工业。换句话说，就是利用化学反应改变物质结构、 成份、形态来生产化学产品的工业部门。 在我国，化学工业一般理解为包括石油化学工业和生产 化学肥料、无机盐、酸碱、基本有机原料、合成橡胶、塑料、 合成纤维单体、农药、染料、涂料、颜料、感光材料、橡胶 制品、新型材料、试剂等产品的工业。 （二） 化学工业的特点 １、多样性和复杂性。化学工业与其他工业相比，原料、 生产方法和产品的多样性和复杂性是其独有的特点。化学工 业可以从不同的原料出发制造同一产品，也可以用同一原料 制造许多不同产品。同一原料制造同一产品可以采用不同的 生产路线。—个产品有不同的用途，而不同的产品有时却有 同一用途。—种产品往往又是生产其他产品的原料、辅助材 料或中间体。这些错综复杂的关系，使其原料来源、技术、 设备和市场等方面的变化既相互适应，又有较大的选择余 地。从这个意义上说，化学工业是—个具有多功能和灵活性
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较强的工业。 ２、能耗大。化学工业伴随着化学反应，化学反应又伴
随着吸热和放热，因而化学工业是一个能耗大的工业，同时 也是节能潜力很大的工业。
３、知识和资金的密集性。由于化学工业的复杂性和生 产设备的大型化，使化学工业成为一个知识密集化、资金密 集化的生产部门。在这个部门集中了多种专业的技术专家和 受过良好教育及训练有素的管理人员和技术人员。在这个部 门还集中了大批技术先进、性能优良的耐高温、耐高压的生 产设备，这些设备决定了化学工业是一个资金密集型的部 门。
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工、油页岩化工、生物化工等。 按产品市场特点划分，包括：大宗产品、大宗专用产品、
精细化工产品、特殊化学品； 按中国工业统计方法分，包括：有合成氨及肥料工业、
硫酸工业、制碱工业、无机物工业（包括无机盐及单质）、基 本有机原料工业、染料及中间体工业、产业用炸药工业、化 学农药工业、医药药品工业、合成树脂与塑料工业、合成纤 维工业、合成橡胶工业、橡胶制品工业、涂料及颜料工业、 信息记录材料工业（包括感光材料、磁记录材料）、化学试 剂工业、军用化学品工业、化学矿开采工业和化工机械制造 工业。
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物，可作柴油和航空涡轮机燃料。 煤化工产业链如图－７ 所示。 图 ７ 煤化工产品链
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五、生物化工及生物质化工 （一）生物化工 生物化工是指通过生物化学技术合成化工产品的过程。 生物化工是化学工业中最具发展潜力的分支。与传统化 学工业相比，生物化工有其突出特点：主要以可再生资源作 原料；反应条件温和，多为常温、常压，生产过程能耗低、 选择性好、效率高；环境污染较少；投资较小；能生产目前 不能生产或用化学法生产较困难的性能优异的产品。由于这 些特点，生物化工已成为化工领域重点发展的行业。 在少 数化工产品领域，生物化工拥有绝对优势。如在乙醇、氨基 酸、酶制剂、部分有机酸（柠檬酸、乳酸、衣康酸等）、生 物医药（青霉素等）、生物农药（井岗霉素、阿维菌素等） 等产品生产领域，生物化工与石油化工相比具有绝对优势。 我区的吉林燃料乙醇公司、博大生化公司从生产工艺上 讲，都属于生物化工。 生物化工产品按产品性质可分为：①大宗化工产品，如 乙醇、丙酮、正丁醇、甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等； ②精细化工产品，如各种氨基酸、酶制剂、核酸产品等；③ 医药产品，如各种、多种甾体和常规菌苗、疫苗等；④其他 产品，如生物农药、食用及药用酵母、饲料蛋白（单细胞蛋 白）、沼气等；⑤现代生物技术产品，如干扰素、单克隆抗体、 新型疫苗等。
图 ２ 丙烯产品链
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３、Ｃ４ 系统产品 Ｃ４ 馏分，指含有四个碳原子的烃类混合物。主要成分有 正丁烷、异丁烷、异丁烯、１，３－丁二烯、１－丁烯、２－丁烯（顺 式 ２－丁烯、反式 ２－丁烯）等。主要来源于天然气、石油炼 制过程生成的炼厂气和石油化工生产中烃类裂解的裂解气。 Ｃ４ 馏分是基本有机化学工作的重要原料，尤其以正丁 烯、异丁烯和丁二烯最为重要，其次是正丁烷。这几种原料 的下游产品如图－３ 所示。
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二、石油化工 （一）石油化工的概念 石油化工（Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ）又称石油化学工业，是指 化学工业中以石油为原料生产化学品的领域，广义上也包括 天然气化工。 石油化工作为一个新兴工业，是 ２０ 世纪 ２０ 年代随石油 炼制工业的发展而形成，于第二次世界大战期间成长起来 的。战后，石油化工的高速发展，使大量化学品的生产从传 统的以煤及农林产品为原料，转移到以石油及天然气为原料 的基础上来。石油化工已成为化学工业中的基本工业，在国 民经济中占有极其重要的地位。 （二）石油化工主要产品链 石油化工的基础原料有 ４ 类：炔烃 （乙炔）、烯烃 （乙 烯、丙烯、丁烯和丁二烯）、芳烃（苯、甲苯、二甲苯）及合 成气。由这些基础原料可以加工各种重要的有机化工产品和 合成材料。下面，重点介绍乙烯、丙烯、Ｃ４ 系统（正丁烯、 异丁烯、丁二烯）、芳烃系统（苯、甲苯、二甲苯）的产品 链。 １、乙烯系统产品 工业上获取乙烯（包括丙烯等低级烯烃）的主要方法是 将烃类热裂解。将石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、 柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱
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天然气化工的产品链如图－６ 所示。 图 ６ 天然气产品链
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Байду номын сангаас
四、煤化工 （一） 煤化工简介 煤化工（ｃｏａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ）是化学工业分支之 一，是以煤为原料，通过热加工和催化加工，使其转化为各 种燃料和化学品的工业。加工过程包括煤的气化、催化、焦 化、低温干馏和电石乙炔化工、煤的直接化学加工方法等。 产品包括煤气、汽油、焦炭等燃料和烃类、醇类、氨、苯、 甲苯、二甲苯、萘、酚、吡啶、蒽、菲、咔唑、腐殖酸、活 性炭等化学品。 煤化工开始于 １８ 世纪后半叶，１９ 世纪形成完整的煤化 工体系。第二次世界大战后，由于石油化工发展迅速，石油 和天然气成为很多化学品的生产原料，煤化工的在化学工业 中的地位被削弱了。进入 ２１ 世纪后，原油价格持续上涨， 煤化工再度成为化工产业的发展重点。 （二）煤化工产品加工过程介绍 煤化工产业链的延伸主要有三条：传统的焦化和电石乙 炔化工、煤气化、煤液化。 １、煤的焦化 煤在焦护内隔绝空气加热到 １０００℃，可获得焦炭、化学 产品和煤气，此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼 焦。炼焦所得化学品种类很多，芳香族化台物几乎全有，主 要成分为：硫胺、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽
图 １ 乙烯产品链
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２、丙烯系统产品 与乙烯类似，工业上也是通过将烃类热裂解来获取丙烯 的。丙烯系统产品的重要性，在基本有机化学工业中仅次于 乙烯系列产品。丙烯除生产聚丙烯、乙丙橡胶等合成材料外， 还可生产丙烯腈、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯 酸及其脂类、环氧丙烷、丙二醇、环氧氯丙烷、合成甘油等。 丙烯腈是丙烯的重要下游产品，是丙烯经过氨氧化反应生产 的，是生产腈纶、ＰＡＮ 基碳纤维原丝、ＡＢＳ 树脂的原料。丙 烯产品链如图－２ 所示。
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（二）生物质化工 生物质化工是指以生物质为原料合成燃料或化工产品 的过程。 自然界中许多含有纤维素、半纤维素、淀粉、糖类和油 脂的生物质（如玉米、薯类、秸秆等）均可作为生物质化工 的基本原料。 将富含淀粉的物质（玉米、木薯等）进行蒸煮，水解、 发酵后可制得乙醇。以乙醇为原料进一步生产乙烯、环氧乙 烷、乙酸乙酯等化工品。将含纤维素的农林副产品（木屑、 碎木、秸秆等）经过水解、发酵可制取乙醇。将玉米芯、麸 皮、棉籽皮等生物质进行水解，可制得糠醛，进而生产糠醇、 呋喃等产品。油脂经水解可得到高级脂肪酸，加氢后制得高 级醇。高级醇是生产表面活性剂的重要原料。 生物化工和生物质化工是两者既有区别，又紧密相关的 概念。生物化工多以生物质为原料，但并不仅限于生物质原 料。生物质化工大量应用生物化工技术，但又不仅限于生物 化工技术。
图 ３ 碳四产品链
４、芳烃系统产品 芳烃是含苯环结构的碳氢化合物的总称，是有机化工的
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重要原料，包括单环芳烃、多环芳烃及稠环芳烃。 芳烃来源于煤和石油。煤干馏过程中能生成多种芳烃，
最初，工业用芳烃主要来自煤炼焦副产焦炉煤气及煤焦油。 ２０ 世纪 ４０ 年代后出现了石脑油的催化重整技术，将石脑油 中的非芳烃转化为芳烃。从烃类裂解所得的裂解汽油中也可 分离出芳烃。芳烃主要来源已从煤转化为石油。现在，世界 总产量中 ９０％以上来自石油。
芳烃是有机化工重要基础原料，特别是苯、甲苯、二甲 苯这些单环芳烃，是制造合成树脂、合成橡胶、合成纤维的 基础原料。芳烃系列产品链如图－４ 所示。
以苯为原料可以生产苯胺，进而生产 ＭＤＩ、染料、医药 中间体、树脂，橡胶硫化促进剂等。苯胺的下游产品链如图 －５ 所示。
图 ５ 芳烃产品链
４、易污染、有毒害，生产过程易燃易爆。化学工业产 品有许多是易燃、易爆、有毒的化学物质，在生产、储存、 运输、使用等过程中，如果发生泄露，就会严重危险人的生 命健康，污染环境。化学工业生产过程中的废气、废水和废 渣，若不适当地处理，会给大气、水、土壤及环境带来危害。
（三）化学工业的分类 化学工业门类很多，根据不同的分类标准，可以分成不 同的种类。 按产品分类，包括：无机化学工业、基础有机化学工业、 高分子化学工业、精细化学工业； 按原料来源划分，包括：石油化工、煤化工、天然气化
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三、天然气化工 （一）天然气化工的概念
天然气化工（ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ）是化 学工业分支之一，是以天然气为原料生产化工产品的工业。
由于天然气与石油同属埋藏地下的烃类资源，有时且为 共生矿藏，其加工工艺及产品相互有密切的关系，故也可将 天然气化工归属于石油化工。
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氢反应。生成分子量较小的烯烃、烷烃和其它分子量不同的 轻质和重质烃类。裂解产物通过净化和分离，可以获得乙烯。
乙烯是石化产品中用途最广、产量最大的产品之一。乙 烯的产量，常用来衡量一个国家基本有机化学工业的发展水 平。用乙烯可以生产乙丙橡胶、聚乙烯等合成材料，也可以 制成环氧乙烷、乙二醇、氯乙烯、醋酸、醋酸乙烯、乙醛、 苯乙烯等有机原料，进而生产更多品种的化工产品。我区的 众鑫集团、怡达化工、奥克化工所用的主要原料环氧乙烷， 就是由乙烯经过氧化过程生产的。乙烯产品链如图－１ 所示。
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和沥青等。 焦化后产出的焦炭，与石灰石在熔融状态下生产电石，
电石水解可以值得乙炔。以乙炔化工的主要产品为乙醛、醋 酸、氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈、１，４－丁二醇等。
２、煤的气化 煤的气化是煤、焦或半焦在高温常压或高压条件下，与 气化剂反应转化为一氧化碳、氢气等可燃性气体的过程。煤 的气化是获得基本有机化工原料一氧化碳、氢气（合成气） 的重要途径。以合成气为原料，可以合成氨、甲醇等产品， 进而生产众多的化学品。 ３、煤的液化 煤的液化是指煤经化学加工转化为液体化学品或燃料 的过程。煤的液化方式分为直接液化和间接液化两大类。 煤的直接液化是根据煤与石油烃相似，组成中碳多氢少 的特点，采用加氢的方法由煤直接制取液态烃。这些液态烃 中主要含芳烃，其次是环烷烃以及部分脂肪族烃化合物，可 作为化工原料和动力燃料。加氢反应通常是在高温高压和有 催化剂作用的条件下进行。 煤的间接液化是指以煤气化产物合成气（ＣＯ＋Ｈ２）为原料 在催化剂存在下合成液体燃料或化学品的过程。由 ＣＯ 和 Ｈ２ 可以合成各种产品，产品的构成主要取决于催化剂的选择性 和相应的反应条件。间接液化的产物主要是脂肪族烃化合