清洁能源：工业燃料，民用燃料
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2020/11/12
天然气用于化工原料： 先去H2O CO2 H2S等杂质；
回收的硫化氢采用克劳斯法转化为硫磺，用于制造硫酸。
合成氨的原料气(>50% )
天然气
合成甲醇的合成气 羰基合成用的合成气：与烯烃合成醛
热裂解制低碳炔烃和烯烃 及甲烷的各种衍生物
合成甲醇 费托法合成液体燃料 羰基合成法生产脂肪醛和醇
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碳一化学：
以一个碳原子的化合物（CO、CH3OH等）为 原料，来合成各种基本有机化工产品的化学体 系。 甲醇是碳一化学的重要产品，也是重要原料， 是合成气化学加工的起点，称为碳一化学的重 要支柱。
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合成甲醇的原料
第2章
化工原料及其初 步加工
2. 1 化学矿物 2. 2 天然气 2. 3 石油 2. 4 煤炭 2. 5 生物质 2. 6 空气、水
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化工原料
• 无机化学矿 • 天然气 • 石油 •煤 • 生物质 • 空气 •水
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2.1 化学矿物
• 化肥工业、化工、冶金等工业的原料，是一类 重要矿物资源。
• 我国化学矿产资源丰富 • 磷矿、硫铁矿及硼矿等化学矿物的储量居世界
前列且产量较大， • 了解其分布情况、资源特点和加工概况。
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1. 磷矿
• 生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的 原料。
• 分磷块岩、磷灰石和岛磷矿三种，其中有工业 价值的为磷块岩和磷灰石。
• 磷矿资源较丰富的国家有摩洛哥、南非、美国、 前苏联及中国。
过磷酸钙、重过磷酸钙、富过磷酸钙、半过磷酸钙、沉淀 磷酸钙、磷酸铵及硝酸磷肥等。
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热法磷肥 • 热法加工是指添加某些助剂在高温下分解磷矿
石，经过进一步处理制成可被农作物吸收的磷 酸盐。 • 消耗较多的电能和热能。 • 热法磷肥主要有：钙镁磷肥、脱氟磷肥及钢渣 磷肥。
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1. 天然气制合成氨的原料气
烃类蒸气催化转化工艺
空气
甲烷等低碳烷烃
氢气、一氧化碳
部分燃烧 甲烷浓度降低至0.3%
粗原料气 （氢氮比=3）
氮气
变换
脱碳 最终净化 合成氨的原料气
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天然气制合成气的方法：
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2.天然气制合成甲醇等的合成气
合成氨
合成气（H2+CO） 碳一化学的重要原料
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2.2 天然气
主要成分是甲烷
干气 甲烷含量高于90%，稍加压缩,不 会有液体析出
湿气
C2~C4烷烃含量≥15%~20%稍加
压缩有汽油析出，
中国天然气资源较丰富，主要分布在陕甘宁盆 地、新疆地区、四川东部地区及南海地区等。
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油田伴生气 天然气与石油伴生 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
早期 煤和焦炭 1950s~ 天然气
单一生产甲醇工艺
（氨）联醇工艺
其它以合成氨工艺为主体的衍生技术：联碱、联尿、联 碳（碳酸氢铵）
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• 甲醇的合成机理
可逆放热反应 需要催化剂
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催化剂
锌、铬催化剂
操作压力：30MPa， 反应温度：350~420℃, 出塔甲醇含量：3~5%, 副反应多， 能耗高，产品质量差；
不适宜加工品位 低的矿粉，且工 艺流程长设备多
加压碱解法
碳碱法加工硼镁矿（广泛）
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化学矿物小结：
• 绝大部分为非金属矿物； • 在化学工业中主要用于制硫酸、磷肥、钾肥、纯碱及
其他无机盐化工、精细化工的原料; • 还可作为其他工业领域中的基本原料和配料。
如冶金、轻工、石油、电子、金属陶瓷、医药、水泥、 玻璃、饲料及食品等） • 加工利用方法众多，工艺过程繁简不一，比较庞杂。 可粗略划分火法工艺和湿法工艺。
• 我国磷矿主要分布在西南和中南地区。 • 河南 灵宝 鲁山
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中国磷矿特点：
储量世界第四 品位偏低，选矿和矿石富集任务繁重，原料成本 随之升高。 85%以上的磷矿用于制造磷肥。 磷肥：酸法磷肥、热法磷肥两类。
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酸法（又称湿法）：
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，主要反 应式为： Ca5F(PO4)3 + 5nH2O+ 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4•nH2O + HF
铜基催化剂
操作压力：5~10MPa， 反应温度：230~290℃ 出塔甲醇含量5~7%， 副反应少， 能耗低，产品质量好。
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3.硼矿
• 硼矿是生产硼酸、硼砂、单质硼及硼酸盐的 原料。
• 世界上硼资源分布：美国、土耳其、前苏联、 中国；
• 居世界第四位，约3900万吨（以B2O3计）。
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•中国硼矿特点
• 多数硼矿埋藏于地下（青海、西藏等地的盐卤型和盐 湖固体型硼矿除外） ；
• 分布集中：辽、吉、湘、皖、苏等省区，辽宁省占全 国总储量的65% ；
吸收反应：nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3
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• 近年来，以硫磺(天然硫磺、回收硫）为原料 制硫酸的比例显著增大。
• 硫磺价格较低，硫铁矿开采成本较高，且硫铁 矿制酸程序复杂.
• 为提高硫铁矿的竞争能力，很多国家采取对硫 铁矿进行精选，并将焙烧制二氧化硫炉气后的 烧渣加以综合利用或作为炼铁原料.
• 品位较低，加工利用难度较大。 如：辽东-吉南地区的硼镁铁矿，储量占全国的60%， 但该类硼矿结构复杂，共生矿物多，硼品位低，20世 纪60年代至今一直作为“待置矿量”。
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硼酸
盐酸分解萃取分离工艺 硫酸分解盐析分离工艺
硼镁矿
常压碱解法 碱法加工硼镁矿
硼砂
Na2B4O5(OH)4·8Байду номын сангаас2O
2. 硫铁矿
• 主要用于制硫酸。 • 普通硫铁矿、浮选尾砂和含煤硫铁矿三种。 • 我国硫铁矿主要集中在广东、内蒙、安徽和四
川等地，其储量占全国总储量的85%.
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硫铁矿制造硫酸生产过程主要反应：
焙烧反应：4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 氧化反应：SO2 + 0.5O2 = SO3