1绪论 a,p-原料A及产物C的计量系数。 4)收率 收率=生成用的变物衡霸的区城物是y160片 =转化本X洗样性 (1-7 以上业上通常称为单程收率。对于可逆反应，部分未反应的物料循环返回反 应器进行反应故其总收率为： 总收率=生餐六班衡需被受高生、1o以 (1-8) 1.5现代化学工业的特点和发展方向 中国的化学工业正在迅速发展，尤其是石油化T的发展，为化工发展提供了 各种原料，刘国民经济的发展起者重要作用。 1.5.1现代化学工业的特点 从国内外化学工业的发展看，现代化学工业的特点可归纳如下。 1)企业大型化 在化工过程的经济分析中，生产规模是一个影响较大的因素，也就是说，对 大部分化T过程，单位年生产能力的投资及生产成本，随着生产规模的增加而减 小（在某一极限的规模范瞄内）。因此，从20世纪50年代起，生产规模明显增 大，如乙烯单系列规模，从50年代年产50kt发展到80年代年产680kt,21世纪 初在上海新建的乙烯装置最大生产能力达年产900kt。 生产规模的大型化，使生产装置也大型化，设备型式也发生变化。如合成氨 单系列装置，1963年日产540t,20世纪70年代发展到日产900一1350t,80年 代出现了日产1800~2700t合成氢的设计。合成塔型式由轴向式发展为径向 式。压缩机由活塞式变为离心式单机。装置规模增大，经济效益显著提高。我 国乙烯装置最初引进的115kt/a,对于提高我国生产率，消化吸收外国先进技术 是有利的。但近几年来，为提高企业的经济效益，已逐步将300kt的乙烯装置改 造成450一700kt/a的乙烯装置。 2)高度机械化、自动化连续生产 大型化工厂的机械化和自动化程度高，通常采用计算机控制进行操作，一殷 投人的体力劳动人员较少。因此要求参加操作的工人具有较高的技术水平。同 时还要在设计和生产中达到最佳化。 3)综合利用化工原料
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10 T业化学 石油资料的综合利用是一个典型例子，石油本身可作为燃料，经炼油厂加T 后又可得到各种用途的油品·进·步深度加T,还可得到白油化工的基本原料乙 烯，丙烯、芳烃等，从而可合成塑料、纤维、橡胶等各种产品 除此之外，在生产过程中也要做到综合利用，如候氏制碱法不仅可以制取纯 碱，也可得到化肥（氯化铵）。因此，充分回收由于副反应所生成的副产物，是化 学工业中的一个重要课题 4)三废治理 在化工生产中产生大量的废气、废水、废液，这些物质不少是有害的，不仅污 染环境，影响人民健康，也危害了生态平衡。为了保护环境，造福人类，应严格控 制三废的排放重。我国已制订了环境保护法，规定凡新建的工厂都必须达到三 废治理的标准。 三废治理中虽然可以回收一些有价值的物质，但由于要达到国家规定的排 放标准，处理过程比较复杂，投资费和操作费都比较大。目前各国化工环境保护 设备投资一般占化工总投资的3.6%一10%，据日本报道，氯乙烯生产中，生产 车间与三废治理的费用基本相同。 中国在三废治理方面取得了一定成效，如氯碱工业中所产生的盐泥（主要成 分为氯化镁)，通过一定的方法处理，可制得轻质氧化镁，产品质量可达到特级品 标准。 此外，化学工业又是一个易于发生火灾和爆炸的行业，因此，化工安全技术 是化工生产管理的重要内容，从设备上、技术上，管理上对安全予以保证，对工作 人员进行安全技术训练和制订严格的规章制度，是安全生产的重要措施。 5)节能 世界上由于工业发展，资源及能源的需求日益增长，因此，1973年原油价格 猛涨之后，各国都致力于节能方法的研究，如提高产品收率，改变工艺路线，采用 新的催化剂体系，改换原料以及副产品的充分利用等方面，尽可能节省能源，提高 经济效益。除此之外，在产品的规格、输送及包装合理等管理方面也进行了努力。 化工生产是一个耗能的工业，如何在化工生产中加强热能的合理利用和余 热的回收，使热能达到综合利用，以减少能耗，是工程师必须注意的问题。有关 这方面的例子不少，如原油常减压蒸馏系统，热交换器的最佳化：先进的乙烯工 厂中对于120℃以上的废热利用：在年产300kt的合成氨厂中，由于采用了新技 术，使能耗由原来的35.87×105kJ/t(NHa)降为28.04×10k/t(NH3);回收甲 醇氧化制甲醛反应的热能：UCC公司的乙烯气相聚合法；采用热泵蒸馏系统，利 用煤气过程的联合循环进行发电的工艺：利用催化裂化装置再生器出来的气体 回收热量的工艺等。由此说明节能及节省资源日益成为社会的需要，所以在工
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1绪论 1 艺的设计和应用方面，谋求能量的有效利用就成为重要课题。 1.5.2化学工业的发展方向 以上海漕泾地区建立90Ckt/a乙烯装置及配套的高分子聚合物装置为例， 我国化学工业的发展将采取多柒道引资及融资，各方协作，以提高我国化学工业 的总体水平。由此可见，石油化工是我国化学丁业的支柱产业之·今后仍将会 有较大的发展，与此同时，精细化工以及农用化学品也将有较大的发展。此外 为了提高我国化学加工技术的水平，我国还将在以下方面进行大力开发研究。 1)大力发展绿色过程技术 我国化学加工技术水平与发达国家相比，还有较大差距，化学加工工业中资 源浪费较多，环境影响严重。例如液体燃料中有毒有害物质的含量明泉高于发 达国家标准的允许值：以煤作为一次能源及生产化学品的原料，污染十分严重： 资源的有效利用率低：大量低品位资源未加利用等。近年来·发达画家正在大力 发展绿色过程技术，以实现化学加工技术的更新换代。因此，我国也将开展绿色 单元技术的开发和系统集成，以促进经济与社会的持续发展。 2)大力发展资源的开发利用 我国将大力发展劣质矿产资源、煤的转化、动植物资源利用和废弃物再生利 用。从国情看，能源的安全性是十分重要的，我国的油气资源有限，但煤炭资源 丰富，将煤炭转化为液体燃料的技术，是保障我国能源安全性的重要措施。因 此，掌握以煤制油的现代技术，是一项战略性的技术储备。 3)大力开发高新技术 在精细化工、信息材料、纳米材料、复合材料等方面开发高新技术，以使传统 产品升级换代，提高产品的质量和附加值。例如在乳胶漆生产中，采用超细硅酸 铝代替部分钛白粉具有明显的经济效益， 参考文献 1化学发展简史编写组，化学发展简史.北京：科学出版社，19$0 2吴志泉，涂晋林.工业化学.上海：华东理工大学出版社，1991 3吴志泉，涂晋林.化工T艺计算.上海：华东理工大学出版社，1992 4平田光穗等.实用化上节能技术.梁源修等译.北京：化学工业出版社，1988 5李成岳.化工进展，2000,19(3)：4 6袁晴棠，金通.化工与材料？99.中国T程院，化工、冶金与材料工程学部第二届学术会议 论文集，北京清华园，1999 7 J A Kent.Riegel's Handbook of Industrial Chemistry.8th ed.,Van Nostrand.New York,1983
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能源是提供能量的物质资源，世是切工业生产过程中不可缺少的物质条 件，能源和原料的利用价值及价格结构往往决定了其技术基础，因面也决定了 工业生产的规模和发展。在石油输出国将石油价格提高后，人们对于这种关系 有了进一步的认识 能新可以分为一次能源和二次能源。一次能源系指的是从自然界获得，而 且可以直接应用的热能或动力，通常包折煤石油，天然气等化石燃料以及水能 核能等。消耗量十分巨大的世界能源，主要是化石燃料。二次能源（除电外）通 常是指从一次能源（主要是化石燃料）经过各种化工过程加工制得的，使用价值 更高的燃料。例如：出石油炼制获得的汽油，喷气燃料、柴油、重油等液体燃料。 它们泛用于汽车，飞机、轮船等，是现代交通运输和军事的重要物资，还有煤加 工所制成的工业煤气，民用煤气等重要的气体燃料：此外，也包括从煤和油页岩 制取的人造石油。 化工与能源的关系非常密切，还表现在化石燃料及其衍生物的产品不仅是 能源，而且还是化学工业的重要原料。以石油为基础，形成了现代化的强大的石 油化学工业，生产出成千上万种石油化工产品、在化工作产中，有些物料既是某 种加工过程（如合成气生产）中的燃料，同时又是原料，两者合而为一。所以化工 生产既是生产二次能源的部门，本身又往往是耗能的大户 由此可知，煤，石油和天然气不仅是当今人类的主要矿产能源，也是现代化 学工业最基础的原料。表2一1列州了按油当量计算的98年世界能源资源的 储采比。随着工业的发展，原料的需求量在逐年增加。但是，除煤的藏量还能供 人类采用数百年外，天然气，石油储量都很有限，且地理分布很不均衡。因此，必 须努力解决这样一个问题，也即如何在现有资源的基础上，一方面增加化学工业 的原料供应，另一方面增加能源品种，以合理利用能源资源，将石油及天然气尽 可能前作化工原料·而逐步减少用于燃料方面的量，以获得较高的经济价值，这 是今后能源利用的战略问题
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2能源资源与煤化工 13 2.1能源的需求与来源 2.1.1能源的需求 20世纪80年代，世界能源的需求茧显著增长，现在世界的主要能源是煤、 石油、天然气、水能和核能等。1998年世界一次能源消费组成为石油40%，煤 26%,天然气20%.核能7%.再生能源3%。能源的消费量是与国民经济的发 展速度相适应的， 表2-1世界能源储量(1998年)/10°1油当量 能源类别 储量 T产量（年） 储采比（年） 煤 486 2.2 218 3.5 41 天然气 132 2.0 63 轴（轻水反应堆） 0.6 世界能源消耗的结构上也已发生了很大的变化。从1950年至1998年，煤 的比例由60%逐渐下降到26%，而石油的比例则由25%增加到1975年的45% 后，1998年又降为40%。因此，目前石油和天然气已成为主要能源，其次是煤及 核能。自石油价格上涨后，提高煤及其他能源的利用成为可能性，但这一能源结 构还不可能发生很大的变化，因此可以预料在相当长时期内，石油仍将是主要能 源。 我国能源有了很大发展，20世纪60年代能源产量如表2-2所示。由表可 见，中国能源消费结构长期以来一直是以煤为主，用于工业锅炉、幕炉、采暖的煤 炭比例很高，约占4？%~48为。大量的煤炭用于直接燃烧。此外，我国煤炭转 化为电和热的比例也较低，因此与工业化国家以油、气燃料为主的能源消耗结构 特征完全不同。 据统计，1995年全国一次能源生产量和消费量分别为1.239Gt和1.29Gt, 其中煤炭为1.36Gt,居世界各国之首；原汕产量149Mt,居世界第五位；天然气 1.7×10°m,发电量1.007×1012kWh,成为世界第二大电力生产国。但是以人 均值来看，我国水资源约为世界的1/4，煤储量与与世界的接近（中国人均148t/ 人)，石油储量为世界的1/8，天然气只有1/25。因此，我国的经济发展将会受到 有限资源的限制.所以开源节流将是一项长期的工作
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