2.第二章 有机化工原料1(有机化工原料来源)

按成煤过程时间分类
植物泥煤(腐泥)褐煤烟煤无烟煤
成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其中主要是 纤维素和木质素 煤分为：腐植煤、残植煤、腐泥煤

腐植煤——由高等植物形成的煤。如泥炭、褐煤、烟 煤、无烟煤 残植煤——由高等植物中稳定组分富集而形成的煤形 成的煤 腐泥煤——由湖沼、泻湖中的藻类等浮游生物在还原 环境下经过腐败分解形成的煤
甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制甲烷的各种衍生物化
工产品
湿性天然气中C2~C4烷烃的利用
1.3 煤
煤是世界上分布最广、储量最丰富的化石燃料，占全部化石 燃料的75% 我国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国

2009年，全国原煤总产量达到29.5亿吨 2010年总产量达到33亿吨 到2050年，我国的煤炭在能源消费结构中的占比也将在40%以上
干气 湿气 V （CH4）>90% V （CH4）<90% ，C2-C4烷烃含量≥15%-20%
根据其来源不同：

常规天然气 油田伴生气 天然气与石油共生
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
天然气的加工利用： 天然气转化制合成氨的原料气
HCClF2
F2 F2 C C *n
H2O
CO
+ 3 H2
合成气
乙烯
低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 齐聚
C l2
- HCl C H 2= C H C l
氯乙烯
乙烯合成产品
C H 2 C lC H 2 C l
1 ,2 - 二 氯 乙 烷
O 2 ,P d C l 2 -C u C l 2 C H 3C O O H T e O 2 ,R X C H 3 C O O H ,O 2
• 煤化工的加工路线
煤干馏：隔绝空气下加热，分解为焦炭、煤焦油、粗苯和
焦炉气 ，或称部分液化和部分气化 高温干馏（制焦）900~1100℃ 焦炭、粗苯和焦炉气 低温干馏 500~600 ℃ 半焦、低温煤焦油和煤气
煤气化：在高温（900~1300℃）下使煤、焦炭或半焦炭等
固体燃料与气化剂反应，转化成主要含氢、一氧化碳等气 体的过程。
辛烷值:
市售汽油的号数即为辛烷值
• （1）概念：指汽油在内燃机中燃烧时抗爆震性能的指标。 与汽油的组分有关。辛烷值越大，抗爆震性能越好。 • （2）规定：异辛烷的辛烷值为100，正庚烷为0，两者按照 不同比例混合制成标准燃料油。 • （3）提高汽油辛烷值的方法： Ⅰ、添加四醋酸铅；【有毒，无铅汽油替代】 Ⅱ、催化裂化、催化重整方法得到的芳烃、环烷烃、异构烷 烃调整汽油；【最好方法】 Ⅲ、添加高辛烷值组分如甲基叔丁基醚（MTBE）、异构化 汽油等。【MTBE，致癌作用】
Outline：
一、有机化工原料的来源 二、基础有机化工原料 三、常见有机化工原料
二 基础有机化工原料
化学产品生产过程： 化学产品 初始原料 基础有机原料 基本有机化学品
七种基础有机化工原料：
甲烷、乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯 从石油、天然气、煤等天然资源经过数次化学加工而制取
的结构相对简单的有机物
水合反应: CH4+H2OCO+3H2(合成气） 氧化反应: CH4+ 1/2O2CO+2H2 (合成气） 合成氨反应：H2+3N2 2NH3
采用烃类蒸汽催化转化工艺将低碳烷烃转化为CO+H2
天然气经合成气路线的催化转化制燃料和化工产品
CH4CO+H2（合成气） CO+2H2 CH3OH 2CO+4H2 C2 H4+2H2O 2CO+3H2 HO-CH2-CH2-OH +H2O
1.2 天然气
天然气： • 主要为甲烷，部分C2-C4的烷烃以及少量＞C5重组分 • 天然气中的甲烷等低碳烷烃燃烧时热值高污染少，天然气基本不 含硫，无色、无臭、无毒、无腐蚀性，具有安全、热值高、洁净 和应用广泛等优点，目前已成为众多发达国家的城市必选燃气气 源——清洁能源
根据CH4的含量不同分为:
石油化工学院
第二章 有机化工原料
《化工产品开发》
有机化工原料
Outline：
一、有机化工原料的来源 二、基础有机化工原料 三、常见有机化工原料
一 有机化工原料的来源
有机化工产品的分类：

有机化学品多种多样，按使用层次可分为：有机化工
原料和有机化工产品
有机化工原料分为基础有机化工原料、一般有机化工
二次加工工艺（馏分油的化学加工） 指重质馏分及渣油再进行化学结构上的 破坏加工使之生成汽油、煤油、柴油和 气体等轻质油品的过程
热裂化 （thermal cracking ） 催化裂化
(catalytic cracking)
催化重整 （catalytic reforming） 催化加氢裂化 (catalytic hydrocracking)
H2O 2C2H10O5
（淀粉）
H2O C12H22O11
(麦芽糖) (葡萄糖）
2C6H12O6
C6H12O6
酵母
2CH3CH2OH + 2CO2

糠醛的生产 农副产品废渣的水解是工业生产糠醛的唯一路线。
HC CH C5H10O5 C C O CHO + 3 H2O
糠 醛 在硫酸催化剂,180℃,1.0MPa条件下，含多缩戊糖生物质 水解为戊糖，戊糖进一步环化脱水制得糠醛。
C H 3C O O C H = C H 2
醋酸乙烯 酯
O
O
H 2C
CH2
C H 3C O C H 2C H 2O C C H 3
2H 2O
2C H 3C O O H
+
H O C H 2C H 2O H
O 2 ,P d C l 2 -C u C l 2 /H C l H 2O
C l2 C H 3C H O C l3 C C H O
甲烷
甲烷合成的产品
丙酮 甲醇
CH3 H2C C COOCH3 Cl C N
NH3，O2 HCN Pt-Rh，1000℃ Cl2 Cl2
甲基丙烯酸甲酯
Cl2 Cl2
N Cl C
N C Cl Cl2
三聚氰氯
CCl4 600~800℃ F2C CF2
聚合
*
CH4
CH3Cl
CH2Cl2
CHCl3 HF SbCl5
用途 燃料、化工原料 溶剂 内燃机燃料 溶剂（溶解橡胶、油漆等） 喷气式飞机燃料油 民用、燃料、工业洗涤油 柴油机燃料 机械润滑 制药、防锈涂料 制皂、蜡烛、蜡纸、制脂肪酸等 船用燃料，锅炉燃料 防腐绝缘材料、铺路及建筑材料
石油气 粗汽油 煤油
航空煤油 煤 柴 油 机械油 凡士林 石 蜡 燃料油 沥 青 油
石油产品及其牌号: 汽油(50-200℃): 90#、93#、95#、97#、 (70#) 辛烷值----异辛烷(100)+正庚烷(0) 航煤(145-230 ℃): 1#、2#、3#、4#. 结晶点等 煤油(180-310 ℃): 灯用级、信号灯级、拖拉机级 柴油(260-350 ℃): 10、0、-10、-20、-35、-50.凝点 润滑油(350-520 ℃):汽机油、柴机油、机械油、工艺油 重油(≧ 520 ℃):锅炉级 船用级 石蜡:45、50、52、……、60. 熔点 地蜡:67、75、80. 滴点 沥青:道路--,建筑--,橡胶--,油漆--. 针入度
碳含量: 60-70%, 70-80%, 80-90%,
不同类型煤的基础结构单元示意图

煤的基本结构单元——缩合芳烃、环烷烃及多种侧链，杂 原子及官能团

侧链往往是联结各基本单元的桥键 年轻煤缩合芳烃少，侧链长，脂肪烃和含氧官能团多 煤大分子之间由交联键形成空间结构，在大分子空间结构 中有许多内表面积大的微孔，大分子中分散着一些低分子 化合物，尤其以年轻煤为多
煤液化：煤经过化学加工转化为液体燃料的过程。
分为直接液化和间接液化
焦炉煤气 低温干馏 低温煤焦油 半焦 焦炉煤气 高温干馏 粗苯 分离
含氢、甲烷、乙烯等 酚类、烷烃、环烷烃等 气化 合成气 苯 甲苯 二甲苯 茚 氧（杂）茚 苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘
煤
煤焦油 分离 气化 合成气 高压加氢液化
由此可见，在今后相当长的一段时期内，煤炭仍将是我国能 源的支柱产业
世界煤炭的分布特点
北半球多于南半球， 尤其集中在北半球的中温带和亚寒带地区
• • • •
分布广泛 相对集中 西多东少、北多南少 主要分布在山西、内蒙古、陕西、新疆、 贵州、宁夏等6省(自治区)
煤的分类与特征 煤是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化学作用转变成 的固体有机可燃矿物,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的混合物
天然气直接催化氧化转化成化工产品
CH4 +O2 CH3OH CH4 +O2 HCHO
天然气热裂解制化工产品
CH4 → C2H2+C C2H2 → CHCl=CHCl C2H2 → CH3-CHO
天然气制羰基合成的合成气
2CH4 +O2 →2CO+4H2（天然气部分氧化法） CH4 +CO2 →2CO+2H2（天然气CO2转化法） CH4 +H2O→CO+3H2（天然气水蒸气转化法）
沥青
石油焦
润滑油及相关产品
蜡
溶剂及化工原料
燃料
(烷基化、异构化、醚化等)
油品调合或精制
一次加工工艺（常减压蒸馏）:
利用液体混合物各组分挥发度的差别（沸点不同）进行分离的方法 四种炼厂类型
燃料型，燃料-化工型，燃料-润滑油型，燃料-化工-润滑油型
产品
气体: C1-C4 石脑油: C5-C10, 轻石脑油IBP~150℃，重石脑油150~220℃ 煤油：C9-C16, 175~275 ℃ 柴油: C15-C20, 200~350 ℃ 减压馏分油(蜡油): C20-C36, 350~500 ℃ 减压渣油: >C36, >500 ℃
碱
H 2O
H O H 2C
蒽 其他化工原料
氨、甲醇、低碳混合 合成 醇、汽油、柴油等 汽油、煤油、柴油等
选煤厂常用的加工程 序见右图，各主要工艺 环节有：
（1）原煤准备作业 （2）选煤和脱水作业 （3）煤泥精选回收和 洗水澄清作业 （4）生产技术检查 （5）产品运销作业
1.4 生物资源

乙醇的生产 乙烯水合法制工业乙醇，农产品生产乙醇仍是重要方法之一
石油炼制控制室
名
称 石油醚 汽 油 溶剂油
大致组成 C1～C4 C5～C6 C7～C9 C9～C11 C10～C15 C11～C16 C16～C18 C16～C20 C18～C22 C20～C24
沸点范围/℃ 40以下 40～60 60～205 150～200 145～245 160～310 180～350 350以上 350以上 350以上 350以上 350以上
聚合 加氢 加氢 脱羰
糠醛树脂 糠醇 四氢糠醇 呋喃 糠醇树脂、农药 溶剂、增塑剂、合成纤维 农药、溶剂 加氢 氨 四氢呋喃 吡咯 溶剂 溶剂、医药
糠 醛
氧化 顺丁烯二酸酐 氧化 糠酸 防腐剂 增塑剂、增强塑料、医药、农药
小结
有机化工原料的来源
石油 天然气 煤 生物资源
有机化工原料
原料和有机中间体

原料和产品是相对而言的 例：乙烯与乙醇，乙醇与乙酸乙酯
有机化工原料的必要性：

结构复杂的有机化合物是由简单的有机化工原料和中
间体制备而来
了解有机化工原料及中间体的来源、性质及应用很有
必要
高效广谱抗菌药环丙沙星
1983年德国拜耳公司首先报道了其合成工艺 注射用药为乳酸环丙沙星，口服用盐酸环丙沙星
O F N H2O HCl . HN N CO2H
有机化工原料的来源：
1.1 石油
石油的性质和组成
链式饱和烃 烃类 环烷烃 芳香烃 硫化物 氮化物
石油的组成
非Βιβλιοθήκη Baidu类
含氧化物 金属有机化合物 胶质和沥青 稠环环烷烃 稠环芳香烃
石油炼制过程基本流程
石油的加工工艺
产品分类 一次加工(原油蒸馏) 二次加工(催化、加氢、重整等)


煤的化学组成和分子结构
组成 C% H% O%
泥炭 60～70 5～6 25～35
褐煤 70～80 5～6 15～25
烟煤 80～90 4～5 5～15
无烟煤 90～98 1～3 1～3
• 煤的主要元素为C、H、O,含少量S、N、P • N、S含量与煤化度关系不大，分别约0.5~2%、0.5~3% 煤中氢和氧含量顺序为 泥煤 > 褐煤 > 烟煤 > 无烟煤 90-98%