化工基础1

第1章绪论

1.1 化学工业概况

1．化学工业在国民经济中的地位与作用

化学工业是国民经济的重要部门之一，在经济发展中举足轻重。化工生产总值一般占国民生产总值的5%-7%，占工业总产值的7%-10%，列于各工业部门的2-4位。世界化学工业的发展速度超前于工业平均增长速度。

化学工业的发展反映了人类对化工产品的需求日益增加，化学工业在人类社会生活中的作用愈来愈重要。

为机械工业提供电石、模型浇铸用成型剂、粘合剂及酸洗、电镀等。为汽车制造业合成纤维、合成树脂、橡胶、涂料、石棉、玻璃等。为冶金工业提供基本无机化工原料酸和碱；金属表面活性剂等，化学试剂以及各种橡胶制品。为电子工业提供的化学品有焊接剂、超高纯试剂、特种气体、封装材料以及显像管用的碳酸锶、硅烷、高分子凝聚剂等；为国防工业提供的同位素、推进剂、密封材料、特种涂料、高性能复合材料等；为建筑业提供轻质建材，如塑料门窗、聚氯乙烯管道及卫生间塑料制品等。

在农业方面，能补充天然物质的不足并替代天然物质，从而节省了大面积的耕地。例如，生产1万吨合成纤维相当于200 km2棉田所产棉花，制造1万吨合成橡胶相当于166.5 km2的天然橡胶。20世纪90年代世界化肥以年平均增率2％左右的速度增长，2000年世界化肥需求接近2亿吨。我国化肥产量从1949年的2.7万吨增加到1999年的2 350万吨，增产近1000倍，为农业提供了农膜及灌溉用材、土壤改良、水土保持、农业机械、水利建设、人工降雨、农副产品深加工等。

化工产品渗透到人类衣、食、住、行的各个领域，从化纤服装到塑料制品；从性能各异的食品添加剂、果蔬保鲜剂到用途广泛的卫生用品及医用高分子材料；从室内装饰材料到新型轻质的建筑材料；从家用商品到海、陆、空各种交通工具使用的轮胎、板材、管类等橡胶制品，都是由化工提供的原料制成。

2．化学工业行业范畴与产品分类

门类复杂，包含多个行业的工业部门。化学工业包括石油炼制和裂解工业、煤焦化及煤焦油工业、基本有机合成工业、合成高分子工业、氯碱工业、制酸工业、肥料工业以及精细化学工业等行业。

化工产品可分为25类。第1类：氨、电石、硫酸、化学肥料；第2类：碱工业产品；

第3类：无机化工产品；第4类：高压气体；第5类：火药；第6类：芳香族及焦油产品；第7类：有机化工产品；第8类：石油化工和石油炼制产品；第9类：塑料；第10类：增塑剂及稳定剂；第11类：合成橡胶；第12类：橡胶助剂及炭黑；第13类：人造纤维及合成纤维；第14类：医药和染料中间体；第15类：合成染料；第16类：颜料（无机和有机）；第17类：油脂及油剂；第18类：涂料及粘合剂；第19类：香料及食品添加剂；第20类：生活化学产品；第21类：催化剂；第22类：照相药品和拔染剂；第23类：农药；第24类：天然药品及天然产物；第25类：各种不同用途的药剂。

按生产技术密集度的高低、附加值和利润的大小、品种类型和产量的多少、更新速度的快慢以及应用范围，将化工产品分为两大类。一类是通用化学品，利用煤、石油、天然气、农副产品等天然资源为原料，经过简单、初步化学加工，得到的大吨位产品，其附加价值与利润低，但应用范围较广。如基本有机化工原料乙烯、乙炔、甲醇、乙醇和乙酸及苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽等，基本无机化工产品三酸两碱及合成氨和肥料。另一类为精细化学品，或称专用化学品，以通用化学品为原料，经深加工，得到的技术密集度高，附加值和利润大，具有某种特殊性能的小批量、多品种、高纯度的化工产品。如农药、染料、涂料、颜料、试剂和高纯物、信息化学品、粘合剂、催化剂和各种助剂、日用化学品、功能高分子材料等。

3．化学工业的原料及选择原则

化工产品种类繁多，制取这些产品的化工原料有限，有无机原料和有机原料两大类。前者有空气、水和化学矿物；后者是煤、石油、天然气和生物物质。

(1)无机化工原料

空气经液化和分离可提供氧气和氮气。氧气与诸多化工原料反应生成含氧的产品；氮气既可作为原料，也可用于洗涤、分离气体混合物。水是化工生产必需的物质，它可作原料，可作溶剂，还用作冷却剂，亦能生产水蒸气作热源或动力。化学工业是用水大户，如生产1吨烧碱需要100吨水，生产1吨人造纤维需水1000吨。工业上通常将水循环使用，如生产1吨合成氨耗用一次水150—450吨，二次水达到600—1850吨。

重要的化学矿物有制硫酸的黄铁矿和硫，制磷酸盐的磷灰石等。

(2)有机化工原料

煤气化获得的合成气进一步催化转化可得到液态或气态烃和甲醇；煤热分解，除了生成焦炭外，还可得到各种芳烃。

石油和天然气组分稳定、氢碳比高，且几乎全部转化为化工产品的有效成份。石油经蒸馏、热裂解、催化裂化工艺可得到各种烯烃、苯烃以及乙炔，进一步加工得到醇、醛、酸、酯、醚、睛、酚等产品，再合成可获得塑料、合成纤维、合成橡胶及医药、农药、炸药、涂料、染料、香料以及各种试剂。

以石油和天然气为原料生产某产品比从煤获得该产品的投资少、能耗小，有很大的优越性。石油和天然气只是产量的一部分，大部分作为燃料消耗了。世界消耗的能源50％以上依赖于石油和天然气。世界矿物原料的估计储量相当于120 000亿吨标准煤，有经济开采价值的储量约9 000亿吨标准煤。从充分利用地球煤炭资源讲，应重新把煤作为化工的主要原料，但要使煤化工达到能代替石油化工的规模和效益，还受很多技术、经济因素制约。煤化工投资大、能耗高、污染控制难度大，大多数有机化工产品的生产技术还有待于开发。

农林作物如油料作物、药用作物、纤维作物、橡胶作物、染料作物等亦可作为化工原料，其主要成分为单糖、多糖、淀粉、油脂、蛋白质、纤维素、木质素等，它们的特点是可再生，是一种更新快、取之不尽的天然原料，又称生物质。据统计，每年获取的生物质可达2000亿吨，相当于750亿吨石油。利用化学或生物化学方法，如萃取、裂解、气化、催化加氢、化学水解、酶水解、微生物水解等可将生物质分解为基础化学品（如戊糖、己糖、芳烃等），再进一步加工制得化工产品（如乙醇、甘油、糠醛、香草醛等）。通过物理方法也可直接提取生物质中固有的化学成分。

(3)原料选择原则

同一化工产品可采用不同的路线。原料不同、技术路线自然不会相同，产品的技术经济指标会有明显差别。在选择原料路线和技术路线时，应当全面地权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。首先，要考虑原料，分析原料的经济性。原料价格与品位有直接关系，高品位原料的价格自然较高。但选用低品位原料，虽然原料费用少，而生产中净化任务重，产品收率低，三废排放量大，总体上未必经济。要从综合利用原料的角度考察原料，兼顾联合生产、副产品回收及三废处理等，提高原料利用率

4．化学工业的特点

(1)化学工业是独特的、不可取代的工业部门

化学工业以化学加工为主，是创造新物质的工业。涉及面广，具有极强的渗透性，几乎找不到与它无关的行业部门。