第2章化学工艺基础《化学工艺学(第二版)》米镇涛主编

(7)锰矿 锰矿(β和γMnO2)、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Na O·Al2O3·nSiO2·xH2O)等； (12)硅藻土(含83%~89% SiO2·nH2O)、膨润土[(Mg，Ca)O·Al2O3 ·5 SiO2·nH2O]，可作吸附剂和催化剂载体。
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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 馏分油的化学加工[4~7]
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250 ~400℃沸程的馏分中。分离出来的石油酸是很有用的化工原料。
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+5CaSO4·nH2O+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)2·H2O]。
热法 利用高温分解磷矿石，并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 氧化反应 吸收反应
FeS2+O2 Fe2O3+SO2 (2-2) SO2+0.5O2 SO3 (2-3) SO3+H2O H2SO4 (2-4)
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。
第2章 化学工艺基础 2.1 原料资源及其加工 2.1.1 无机化学矿及其加工[1，2]
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(KCl·MgCl2·6H 2O)、钾盐镁矾(KCl·MgSO4·3H2O)； (5)铝土矿 水硬铝石(α-Al2O3·H2O)和三水铝石(Al2O3·3H2O)的 混合物； (6)硼矿 硼砂矿(Na2O·2B2O3·10H2O)、硼镁石(2MgO·B2O3·H2 O)等；
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。
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。
(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。
2.1.2 石油及其加工[3~7]
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、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。
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。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。