化學(xué)工程與工藝的研究方向精選(九篇)

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第1篇：化學(xué)工程與工藝的研究方向范文

關(guān)鍵詞：煤直接液化技術(shù)　粗制油　精制油　特點(diǎn)　資源優(yōu)化

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的需求，對于資源的需求越來越大，資源緊缺現(xiàn)象會(huì)愈來愈嚴(yán)重，尤其是有有限儲量的石油資源，因此開發(fā)使用其它資源代替石油資源的部分功能就顯得十分有必要，煤直接液化技術(shù)就是利用石油資源代用燃料技術(shù)的開發(fā)重要典型之一。煤直接液化技術(shù)是通過將煤資源進(jìn)行直接的催化并添加氫化物然后轉(zhuǎn)化成為液體物質(zhì)的一種技術(shù)，使用煤直接液化技術(shù)進(jìn)行煤資源的轉(zhuǎn)化，不僅可以將煤資源轉(zhuǎn)化成為各種燃油資源以及液化石油氣、噴氣燃料等，還可以從煤資源中提取苯以及甲苯、二甲苯等物質(zhì)，這對于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推進(jìn)以及資源緊缺等現(xiàn)狀的緩解都有著積極的意義。

一、煤直接液化技術(shù)相關(guān)原理

煤直接液化技術(shù)是通過將煤資源進(jìn)行直接的催化并添加氫化物然后轉(zhuǎn)化成為液體物質(zhì)的一種技術(shù)。在化學(xué)概念中，煤與石油的化學(xué)組成中都包含有碳、氫和氧等元素，煤物質(zhì)的氫含量以及組成物質(zhì)中的氫和碳的原子比比值要比石油的低，而煤物質(zhì)中氧氣的含量卻比石油中氧氣的含量要相對較高。在化學(xué)概念中煤化合物中的分子量要相對較大，一般都是在較高的數(shù)值，并且煤物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜。在化學(xué)概念中，煤物質(zhì)中還包含有一定數(shù)量的以細(xì)分或者三組分形成存在的一些無機(jī)礦物質(zhì)以及一些吸附水，并且煤物質(zhì)中還含有一些數(shù)量不一定的一些雜原子、金屬物質(zhì)以及微量元素等，因此要實(shí)現(xiàn)煤液化油就需要采用化學(xué)分離等方法進(jìn)行煤分子結(jié)構(gòu)解散，以實(shí)現(xiàn)煤資源直接液化的實(shí)現(xiàn)。

在煤資源直接液化技術(shù)中，將煤進(jìn)行加溫或者化學(xué)分離以實(shí)現(xiàn)煤物質(zhì)的小分子結(jié)構(gòu)的存在形式，并通過加氫進(jìn)行液化時(shí)，在煤資源液化過程中不僅需要有較高的溫度，還需要相應(yīng)的高壓以及氫氣、催化溶劑等共同作用才能夠?qū)崿F(xiàn)將煤物質(zhì)的直接液化，實(shí)現(xiàn)煤物質(zhì)液化成為油。煤資源直接液化技術(shù)中主要就是煤物質(zhì)的分子分解過程以及加氫催化過程、原子分離液化過程。在煤資源直接液化技術(shù)中將煤物質(zhì)通過以上的三個(gè)過程步驟的分解催化最終實(shí)現(xiàn)煤物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為油的過程。

二、煤資源直接液化的主要工藝技術(shù)

煤資源直接液化技術(shù)工藝的出現(xiàn)主要是早期工業(yè)發(fā)展中為控制工業(yè)生產(chǎn)的成本，提高工業(yè)生產(chǎn)效率而開發(fā)的一項(xiàng)工藝技術(shù)。煤直接液化技術(shù)早期是在美國、德國以及日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家被開發(fā)應(yīng)用。因此煤直接液化技術(shù)中比較具有代表性的工藝技術(shù)中也就有美國、德國和日本工業(yè)發(fā)展生產(chǎn)中使用的煤直接液化技術(shù)。我國煤直接液化技術(shù)工藝的開發(fā)應(yīng)用也是隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的需要逐漸發(fā)展應(yīng)用起來的。美國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中應(yīng)用的煤直接液化技術(shù)工藝主要就是HTI工藝技術(shù)。HTI工藝技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中是使用特殊的反應(yīng)器進(jìn)行混合煤物質(zhì)的混合反應(yīng)的，其中煤直接液化中使用的催化劑也是一種專利催化劑，最終通過臨界溶劑萃取的方式進(jìn)行煤物質(zhì)轉(zhuǎn)化油的雜原子分離，整個(gè)液化反應(yīng)過程相對比較緩和。德國使用的煤直接液化技術(shù)的工藝主要是IGOR工藝技術(shù)，而日本使用的是NEDOL煤直接液化工藝技術(shù)進(jìn)行煤資源直接液化應(yīng)用。總之它們使用煤資源直接液化技術(shù)主要就是為了提高工業(yè)生產(chǎn)效率，控制工業(yè)生產(chǎn)成本，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展。我國的煤直接液化技術(shù)工藝則主要以供氫性循環(huán)溶劑作為煤漿制備溶劑，并通過強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器進(jìn)行煤物質(zhì)的狀態(tài)分解，最終通過減壓蒸餾法進(jìn)行煤物質(zhì)液化油的分離提取，這樣的煤資源直接液化工藝技術(shù)具有液化油效率高，資源浪費(fèi)小等優(yōu)勢。

三、煤液化粗質(zhì)油和精制油特征及粗質(zhì)油改質(zhì)

煤資源直接液化過程中產(chǎn)生的粗質(zhì)油主要有重油、中油和輕油三種形式。其中在煤資源直接液化過程中產(chǎn)生的煤液化石腦油是煤液化粗質(zhì)油中的重要部分，煤液化石腦油中含有較多的芳烴含量，而相對來講苯原子的含量卻相對較小。因此，對于煤液化粗質(zhì)油來講不僅含有較多的雜原子對于油質(zhì)成分有一定的影響，并且進(jìn)行煤資源液化過程中對于加氫進(jìn)行精制的要求非常的高。煤資源液化中產(chǎn)生的中油粗質(zhì)油形式也在煤液化油中占有的比例較大，并且在進(jìn)行精制過程中對于氫氣的消耗要高。而煤液化中產(chǎn)生的重油粗質(zhì)油形式，它在煤液化油中的占有比例相對較低，因此在進(jìn)行精制中是和煤液化油一起進(jìn)行加工的。

煤資源直接而液化過程中液化產(chǎn)生的精制油它的主要特征就是煤液化精制油中的氮含量較少，因此在進(jìn)行后期的煤液化油的精制加工中進(jìn)行精制加工的難度也相對較低。煤液化精制油加工中需要進(jìn)行加氖以穩(wěn)定液化加工過程物質(zhì)的穩(wěn)定性，因此，煤液化精制油的氫含量相對增加，整體比重降低，煤液化中的精制油的不飽和烴含量也會(huì)降低，其中以烯烴、二烯烴尤為嚴(yán)重。煤液化精制油還具有雙環(huán)以上芳烴部分飽和后開環(huán)裂化特征，對于柴油十六烷值的提高有一定的積極作用。

煤資源直接液化中產(chǎn)生的粗質(zhì)油除了油質(zhì)成分外，還包含有一定的芳烴、碳、氧以及硫等雜原子成分，在使用中必須要進(jìn)行相關(guān)處理改質(zhì)才能符合使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用。將煤資源直接液化中產(chǎn)生的粗質(zhì)油進(jìn)行改質(zhì)應(yīng)用的工藝也相對較多，其中具有典型代表意義的煤資源直接液化粗質(zhì)油改質(zhì)工藝有l(wèi)GOR煤液化油改質(zhì)工藝技術(shù)、NEDOL粗質(zhì)油改質(zhì)工藝和HTI煤液化粗油改質(zhì)工藝等，它們在進(jìn)行煤液化粗質(zhì)油改質(zhì)中各改質(zhì)工藝具有各工藝優(yōu)勢。我國煤資源直接液化技術(shù)中對于煤液化粗質(zhì)油的改質(zhì)工藝主要是使用離線二段加氰裂化技術(shù)進(jìn)行煤液化粗質(zhì)油改質(zhì)應(yīng)用的。

四、結(jié)束語

總之，使用煤直接液化技術(shù)進(jìn)行煤液化油的開發(fā)應(yīng)用不僅對于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有積極的意義，在一定程度上對于緩解資源緊缺現(xiàn)狀也有一定的幫助，具有很大的研究價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：化學(xué)工程與工藝的研究方向范文

Shi Bo

（中石油東北煉化工程有限公司吉林分公司，吉林 132022）

（China Petroleum Jilin Chemical Enginneering & Construction Co.，Ltd.，Jilin 132022，China）

摘要： 文章采用乙基愈創(chuàng)木酚-乙醛酸法制備乙基香蘭素，此法工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度高，三廢污染少。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝具有流程簡單，能耗少，污染少，轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，能滿足環(huán)保和經(jīng)濟(jì)要求。本設(shè)計(jì)主要完成了氧化及萃取工段的氧化塔，脫羧塔以及萃取塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了塔高、塔徑等。

Abstract: Ethyl Guaiacol is prepared by acid ethyl vanillin; this process is simple, and is easy to control the reaction conditions, high yield, high purity and less waste pollution. Compared with the traditional process, the process has a simple process, less energy consumption, less pollution, high conversion rate, etc.; it can meet the environmental and economic requirements. The process design calculation of oxidizing column and decarboxylation tower in oxidation and extraction was completed and height and diameter of tower.

關(guān)鍵詞： 乙基香蘭素 氧化 工藝

Key words: ethyl vanillin；oxidation；process

中圖分類號：[T-9]文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）32-0023-02

0引言

乙基香蘭素是當(dāng)今世界上最重要的合成香料之一，乙基香蘭素（又稱：乙基香蘭醛，3-乙氧基-4-羥基苯甲醛），相對分子質(zhì)量166.18，以乙基愈創(chuàng)木酚一甲醛法先將乙基愈創(chuàng)木酚和甲醛于15%HCl中縮合成3-乙氧基-4-羥基苯甲醇，再將間硝基苯磺酸用Al 和15%HCl于5℃以下還原成間苯肼磺酸，3-乙氧基-4-羥基苯甲醇和間苯肼磺酸縮合水解得乙基香蘭素。[1]此法工藝路線長，產(chǎn)品產(chǎn)率低，無工業(yè)化生產(chǎn)。以黃樟素為原料，黃樟素經(jīng)堿處理后，雙鍵遷移轉(zhuǎn)化為異黃樟素，然后氧化為胡椒醛，胡椒醛在氫氧化鉀的醇液中反應(yīng),生成原兒茶酚，再與鹵乙烷或硫酸二乙酯于加壓下進(jìn)行乙基化，即得乙基香蘭素[2]。此法路線長，工藝復(fù)雜，且同生成異乙基香蘭素，產(chǎn)率低，故在使用上受到限制。在綜合權(quán)衡多方面因素的前提下，本裝置采用乙基愈創(chuàng)木酚-乙醛酸法，此法工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度高，三廢污染少，國外己有較成熟的工藝， 國際市場上的乙基香蘭素大部分采用此法生產(chǎn)[3]。

1裝置所采用的生產(chǎn)方法及基本原理

生產(chǎn)方法中包括配料工序、縮合工序、木酚萃取工序、氧化工序、乙基香蘭素萃取工序、精餾工序、水結(jié)晶工序、烘干包裝工序、回收工序（乙醇回收、回收木酚蒸餾）組成[4]。其中，配料工序的稀堿配制和乙醛酸鈉鹽配制采用連續(xù)方式進(jìn)行，氧化工序的混合、脫羧、中和采用連續(xù)方式進(jìn)行，木酚萃取、乙基香蘭素萃取、精餾、乙醇回收、回收木酚蒸餾、烘干為連續(xù)操作，稀酸配制、縮合反應(yīng)、氧化反應(yīng)、催化劑水溶液配制、水結(jié)晶、包裝為間歇操作。

縮合工序產(chǎn)生的木酚萃余相由萃取塔中進(jìn)入到混合釜，通過泵將原料混合液從氧化反應(yīng)器中部加入，反應(yīng)器頂部汽體經(jīng)換熱冷卻至沸點(diǎn)后變成液體，進(jìn)入到回流罐，然后回到塔內(nèi)作為回流使用。脫羧塔進(jìn)料由氧化液儲罐中進(jìn)入到預(yù)熱器預(yù)熱后，溫度達(dá)到100℃左右，然后經(jīng)由計(jì)量泵進(jìn)入到脫羧塔中脫羧。產(chǎn)品經(jīng)脫羧列冷器冷卻后進(jìn)入到脫羧液儲罐中，用50%硫酸進(jìn)行酸化，酸化后即為產(chǎn)物乙基香蘭素。萃取塔進(jìn)料由脫羧液儲罐中經(jīng)泵由萃取塔上部加入，萃取劑為苯。萃取后采出分為兩部分。塔頂采出為油相，主要含乙基香蘭素和苯。然后進(jìn)入到萃取液列冷器，經(jīng)加熱后大部分苯變?yōu)楸秸一闾m素為液體，故經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后苯由旋風(fēng)分離器上部采出，而乙基香蘭素則由旋風(fēng)分離器下部采出。

2工藝設(shè)備選擇

2.1 氧化過程在氧化反應(yīng)裝置中，由于需要通入壓縮空氣，因此反應(yīng)器采用鼓泡塔反應(yīng)器。而在脫羧中禁止有氧氣的存在，故而將氧化和脫羧操作分為兩個(gè)塔，這樣可以有效的防止更多副反應(yīng)的發(fā)生。[5]

2.2 中和過程經(jīng)過氧化脫羧工段后產(chǎn)物為乙基香蘭素鈉鹽，故而需要將其酸化，此酸化過程用的是50%的硫酸，此過程不但可以將乙基香蘭素鈉鹽變成乙基香蘭素，還可以將其他的堿及堿性物質(zhì)全部酸化，防止乙基香蘭素變成鈉鹽[6]。

2.3 萃取過程此工藝為年產(chǎn)4100t/a乙基香蘭素，量較大，故而選用轉(zhuǎn)盤萃取塔，轉(zhuǎn)盤萃取塔不但處理量大，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，分離效率高，故而在乙基香蘭素的工藝過程中運(yùn)用較多。[7]

2.4 工藝生產(chǎn)條件一覽表生產(chǎn)乙基香蘭素的生產(chǎn)條件下方，如表1所示。

3設(shè)備計(jì)算

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

年產(chǎn)4100噸乙基香蘭素（含量99.9%),年工作日7200小時(shí)，木酚含量99%，732kg可以回收188kg（含量90%）粗制香蘭素含量為82%，精餾收率92%，粗制收率82%,水結(jié)晶收率為95%(含母液回收)。乙基香蘭素：乙醇：水=1：1：1.1，乙基香蘭素的溶解度=0.12788kg乙基香蘭素/kg醇水。

在設(shè)備計(jì)算中，主要計(jì)算了氧化工段及萃取工段所使用塔器的塔徑和塔高。

3.1 反應(yīng)器計(jì)算

3.1.1 鼓泡塔的直徑的計(jì)算。在空塔氣速為uOG=0.02~0.135m/s的范圍內(nèi)，n=1.6和C=0.145~0.400

取uOG=0.05m/s

D=1.128（■）■=1.291m

故反應(yīng)塔的直徑可圓整為D=1.5m。

3.1.2 靜液層高度和鼓泡層高度計(jì)算。

靜液層高度 HO=■=■=14.985m

對于基本的有機(jī)化工中使用的鼓泡塔反應(yīng)器，高度一般很高，當(dāng)■/uOG?叟30，氣含率?孜G沿塔高可視為常數(shù)。當(dāng)■/uOG=282?叟30，?孜G沿塔高可視為常數(shù)。

鼓泡層高度

HGL=■=■=17.694m

3.1.3 反應(yīng)器的總高度

H=■=■=19.3199m

即反應(yīng)器的高度為H=19.3199.

取反應(yīng)器的底座為1.5m，故反應(yīng)器的總高度為20.8199m。

3.2 萃取塔計(jì)算進(jìn)行轉(zhuǎn)盤塔計(jì)算時(shí)，流體力學(xué)及傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式

中都涉及到需試差計(jì)算的弗魯特?cái)?shù)：Fr=g÷（dR?N2）

先假設(shè)轉(zhuǎn)盤直徑dR，然后進(jìn)行試差驗(yàn)算。假設(shè)dR = 0.8m

由于傳質(zhì)方向從連續(xù)相到分散相，故Fr=（?椎2）0.5=2S

?椎2={■}0.25{■}0.6（1）

計(jì)算臨界轉(zhuǎn)盤速度

Nc=■

式中，Nc 為臨界轉(zhuǎn)盤速度；N為實(shí)際轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；Fr為弗魯特?cái)?shù)；σ為液體界面張力，N/m；

μ為液體粘度，Ns/m2；ρ為液體密度，kg/m3；Δρ為兩相密度之差，kg/m3；Dc、Dd為連續(xù)相、分散相的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

先計(jì)算Φ2，代入公式（1），則

Φ2={■}0.25?{■}0.6=207.803

塔直徑：D=■=1.58m=1.6m

塔內(nèi)件布置見圖1 。

根據(jù)上述計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)盤塔直徑取1.6m；轉(zhuǎn)盤直徑取0.8m；固定環(huán)開口直徑為1.1m；轉(zhuǎn)盤間距為0.53m。根據(jù)資料查知，采用10個(gè)理論板就可使乙基香蘭素的萃取率達(dá)到99%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理論級的當(dāng)量長度取1.5m，因此塔高為15m，上下兩分離段各取1m，即萃取塔總高為17m。

4結(jié)論

采用乙基愈創(chuàng)木酚-乙醛酸法新工藝生產(chǎn)乙基香蘭素，反應(yīng)條件易于控制，反應(yīng)選擇性高，產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度高，耗電少，三廢污染少，有利于工業(yè)化，是我國乙基香蘭素生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向。本工序主要分為四個(gè)部分：氧化，脫羧，萃取以及蒸苯。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝具有流程簡單，能耗少，污染少，轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，能滿足環(huán)保和經(jīng)濟(jì)要求。通過乙醛酸法，扁桃酸經(jīng)過氧化，脫羧生成乙基香蘭素，再經(jīng)萃取工序，生成含量為82%的乙基香蘭素，供精餾使用。

本設(shè)計(jì)主要完成了氧化塔，脫羧塔以及萃取塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了塔高、塔徑等。

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第3篇：化學(xué)工程與工藝的研究方向范文

關(guān)鍵詞：高錳酸鉀 制備工藝 發(fā)展現(xiàn)狀

高錳酸鉀，俗稱灰錳氧、PP 粉，是一種常見的強(qiáng)氧化劑，常溫下為紫黑色片狀晶體，見光易分解：

2KMnO4（s） K2MnO4（s）+ MnO2（s）+ O2（g），故需避光存于陰涼處，嚴(yán)禁與易燃物及金屬粉末同放。目前，我國擁有世界上最先進(jìn)的錳酸鉀制備工藝技術(shù)。主要制備方法有固體焙燒法和液相氧化法，以及自主研發(fā)的外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備錳酸鉀的新技術(shù)。

1 高錳酸鉀制備工藝技術(shù)

高錳酸鉀的制備因氧化工序的工藝技術(shù)不同，分為固相焙燒法和液相氧化法以及外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)法[1]。常見的高錳酸鉀的工業(yè)生產(chǎn)方法是：以軟錳礦（Mn02）與堿（KOH）和氧化劑（O2）為原料，通過氧化反應(yīng)制得錳酸鉀（K2MnO4 ），再經(jīng)電解（陽極：MnO4-2 - e- = MnO4- ，陰極：2H2O + 2e- = 2OH- + H2 ，總反應(yīng)：2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH）、結(jié)晶、分離、干燥等工序制得高錳酸（KMnO4）。

1.1固相焙燒法

固相氧化焙燒法是把錳粉（MnO，>65 %）與熔融的氫氧化鉀按一定比例混合后鋪到氧化平爐上，爐內(nèi)用煤燒火升溫吸收空氣中的氧來進(jìn)行氧化反應(yīng)。平爐固相焙燒工藝法它的混料和平爐吸氧的主要反應(yīng)為：2MnO2+6KOH+1/2O2 = 2K3MnO4+3H2O （1）， 2K3MnO4+1/2O2+H2O = 2K2MnO4+2KOH （2）。

固相焙燒法生產(chǎn)KMnO4 簡單工藝流程見圖1。

圖1 固態(tài)焙燒法制備KMnO4 工藝流程圖[2]

由于工藝本身的限制以及MnO2 粉的活性差，上述兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行得很不完全，致使MnO 轉(zhuǎn)化率低，吸氧約為55 %，溫度為250 ℃～300 ℃，反應(yīng)時(shí)間50～60 h，二氧化錳轉(zhuǎn)化率65 %～69 %，1噸產(chǎn)品需100 % MnO 粉0.73 t，為理論值的1.32 倍，相當(dāng)部分MnO，進(jìn)入渣中[2]。固相氧化法設(shè)備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)投資大以及轉(zhuǎn)化率低，屬于傳統(tǒng)工藝。

1.2液相氧化法

液相氧化法也稱三相氧化法（即液-固-氣相法的簡稱）是把錳粉加到液體氫氧化鉀中，攪拌均勻后泵人氧化塔，然后壓人空氣或氧氣并用導(dǎo)熱油或其他方式來升溫進(jìn)行氧化反應(yīng)。它改變了固相法的固-固-氣反應(yīng)過程，變?yōu)楣?液-氣反應(yīng)過程。液相氧化法生產(chǎn)KMnO4 簡單工藝流程見圖2。

圖2 液相氧化法生產(chǎn)高錳酸鉀工藝流程圖[3]

液相氧化法分為敞開常壓式和密閉加壓式兩種，反應(yīng)條件為：溫度在220 ℃～270 ℃ ，時(shí)間3～4 h，二氧化錳轉(zhuǎn)化率 ≥80 %，相對固相法該生產(chǎn)工藝有很多優(yōu)勢，但由于氫氧化鉀在高溫、高濃度下腐蝕性強(qiáng)，選擇設(shè)備材料及丁藝參數(shù)對生產(chǎn)過程很重要[3]。

1.3 外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備高錳酸鉀新技術(shù)

外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備錳酸鉀，該技術(shù)的擁有者是中國廣州同濟(jì)化工廠，20世紀(jì)80年代末開發(fā)成功。外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備錳酸鉀：將濃度為65 %～90 %（質(zhì)量）的氫氧化鉀在加熱成液相熔融狀態(tài)下，與軟錳礦進(jìn)行液相氧化反應(yīng)生成錳酸鉀[4]。外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備錳酸鉀新技術(shù)流程圖如圖3 所示。

圖3 外循環(huán)三相反應(yīng)器連續(xù)制備高錳酸鉀工藝流程圖[4]

該法具有設(shè)備簡單，產(chǎn)品純度高，操作時(shí)無粉塵，反應(yīng)時(shí)間短，同時(shí)所需空氣或其它含氧氣體的量顯著地減少，熔體攪拌時(shí)動(dòng)力消耗不大，操作容易等特點(diǎn)。因其具備節(jié)能、環(huán)保和高效的特點(diǎn)，目前此法是世界高錳酸鉀工業(yè)的主要發(fā)展方向。

2 高錳酸鉀工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)快速發(fā)展，高錳酸鉀的消費(fèi)越來越大，高錳酸鉀的價(jià)格也呈現(xiàn)一個(gè)增長的趨勢[5]。但是我國錳礦品位低，平均含錳21.4 % ，富礦占儲量的 6.12% ，符合國際商品級的富錳礦石（Mn ≥48 %）儲量很少，而貧錳礦儲量約占全國儲量的 94 %[6]。從總體上看，我國高錳酸鉀工業(yè)十分分散，工藝生產(chǎn)設(shè)備落后，能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重。這些都深深地制約了我國高錳酸鉀工業(yè)的發(fā)展，因此完善和推廣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝非常必要。近年來高錳酸鉀的市場一片看好，產(chǎn)業(yè)中各企業(yè)的素質(zhì)參差不齊，嚴(yán)重造成了錳資源的浪費(fèi)，同時(shí)給周邊的環(huán)境污染帶來很大的壓力，加強(qiáng)企業(yè)聯(lián)合，合理分配資源，提高企業(yè)的管理經(jīng)營水平很重要，重點(diǎn)研究低品位錳礦制取高錳酸鉀的工藝，從而強(qiáng)化國際市場的影響力。

3 總結(jié)與展望

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)制備具更廣應(yīng)用價(jià)值的高錳酸鉀新技術(shù)正成為合成高錳酸鉀的主要研究方向。針對不同高錳酸鉀制備工藝優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，對于研制開發(fā)新型高錳酸鉀以工業(yè)和市場不斷發(fā)展的需要等具有重要理論和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[4]李守昌， 陳維舉和何天民等. 三相加壓連續(xù)氧化制錳酸鉀新技術(shù)[J]. 無機(jī)鹽工業(yè)， 1995， 2（2）： 9-l1

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第4篇：化學(xué)工程與工藝的研究方向范文

關(guān)鍵詞：廢棄反應(yīng)釜；改進(jìn)；水噴射真空泵；綜合利用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.029

1 前言

水噴射真空泵廣泛的應(yīng)用于化工、制藥、紡織、食品等行業(yè)的真空吸收、真空結(jié)晶、真空濃縮、真空干燥等工藝過程中。我公司為農(nóng)藥原藥及中間體生產(chǎn)企業(yè)，水噴射真空泵主要用于抽氣量大的減壓蒸餾、干燥等工藝過程中。

水噴射真空泵主要用來抽除空氣和其它無腐蝕，不溶于水，含有少量固體顆粒的氣體，以便在密閉容器中形成真空。水噴射真空泵所吸氣體中允許混有少量液體。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、制藥、食品、石油化工等行業(yè)的真空蒸發(fā)、濃縮、浸漬、干燥等工藝過程中。該型泵具有真空度高、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、工作可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)。以減壓蒸餾過程為例說明，在這個(gè)過程中可利用使系統(tǒng)產(chǎn)生的一定真空度，一些液體溶劑沸點(diǎn)下降，在化工生產(chǎn)中可以節(jié)約能耗、提高效率、降低安全隱患、保障工藝的穩(wěn)定性。

水噴射真空泵工作原理：

由補(bǔ)水閥向水箱進(jìn)工業(yè)水，水滿后，經(jīng)水箱溢流口流入污水處理池，開啟離心水泵，泵出水經(jīng)過水噴射真空泵形成負(fù)壓抽力，真空系統(tǒng)氣體經(jīng)吸氣連管進(jìn)入緩沖罐，把廢氣通過緩沖罐，帶入到箱體中。

2 一般水噴射真空泵存在以下問題

（1）水噴射泵水箱一般采用RPP材質(zhì)，不易加工成大容積，容積較小不利于工業(yè)化大生產(chǎn)，也不適用于抽氣量大的設(shè)備的使用。

（2）運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。在水噴射真空泵運(yùn)行過程中，隨著真空吸入的工業(yè)氣體帶來大量的熱量，熱量轉(zhuǎn)移到循環(huán)的水中，會(huì)使得箱體內(nèi)的循環(huán)水溫度不斷升高，當(dāng)超過40℃時(shí)，真空系統(tǒng)中的會(huì)產(chǎn)生大量的水沫，使得系統(tǒng)真空度下降，同時(shí)水沫中夾帶的氣體對真空機(jī)組及離心泵產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，加快設(shè)備的損壞，增大了檢修成本。若要使得泵運(yùn)行時(shí)水箱的溫度應(yīng)控制低于40℃，只有不斷補(bǔ)充工業(yè)水，使其冷卻，這需要補(bǔ)加大量的水來替換，會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，還增加運(yùn)行成本和維護(hù)的工作量。

（3）水噴射真空泵材質(zhì)為RPP，易老化損壞，不易檢修。水噴射真空泵的箱體主要采用的材質(zhì)為RPP（增強(qiáng)聚丙烯），易發(fā)生密封性不良，使得離心泵易造成氣縛，加大電能消耗。聚丙烯材質(zhì)壽命較短，不耐腐蝕，暴漏在室外長時(shí)間的風(fēng)吹日曬，也易導(dǎo)致塑料材質(zhì)變脆縮短使用壽命。工業(yè)中常遇到有機(jī)酸性氣體，為更好地保證設(shè)備運(yùn)行及減少維護(hù)，需要在水箱中加入堿溶液，RPP材質(zhì)的水箱長期在這種堿性溶液中也會(huì)加速老化。RPP材質(zhì)箱體出現(xiàn)裂縫會(huì)損壞也不易檢修。一般使用1年后就要修補(bǔ)，3年后基本就會(huì)更換。帶來大量的維修工作，同時(shí)帶來報(bào)廢的廢物產(chǎn)生。

3 采用廢舊反應(yīng)釜改裝成水噴射真空泵的方法和好處

為響應(yīng)國家政策，化工廠、農(nóng)藥原藥生產(chǎn)企業(yè)將廠址搬離原生產(chǎn)地址后，產(chǎn)生很多廢棄無法再次投入生產(chǎn)的反應(yīng)釜，怎樣對這些廢棄物重新利用，是我公司對水噴射泵水箱改進(jìn)的創(chuàng)新點(diǎn)?？筛脑斓狞c(diǎn)有以下幾個(gè)地方：

3.1 水噴射泵循環(huán)水的箱體的改進(jìn)

廢棄的規(guī)格為1000L，2000L，3000L搪瓷夾套反應(yīng)釜均可作為水噴射泵循環(huán)水的箱體。這種改造過的箱體具有以下幾個(gè)好處：a. 這種反應(yīng)釜規(guī)格可以從1000L-3000L，能比RPP水箱箱體有更大的體積，可以配套更大的文丘里管和對應(yīng)的電機(jī)，產(chǎn)生更大的抽氣量，這一點(diǎn)一般的RPP材質(zhì)水噴射真空泵是做不到的。

b.由于反應(yīng)釜材質(zhì)可以使搪瓷反應(yīng)釜，具備有耐酸堿的特性，并且可用于溫度0-100度，這也是RPP材質(zhì)不能比的。c.反應(yīng)釜自帶有夾套，可實(shí)施夾套冷卻，不需要對釜內(nèi)的水進(jìn)行換水冷卻，可以靈活調(diào)節(jié)箱體內(nèi)循環(huán)水的溫度，同時(shí)減少換水的次數(shù)和換水量，減少勞動(dòng)量，減少三廢排放。d.反應(yīng)釜具有良好的密封性，這也是RPP材質(zhì)不能相比的。e.反應(yīng)釜應(yīng)用于這種環(huán)境可以達(dá)到10-20的壽命，比RPP材質(zhì)高5-10倍。

3.2 循環(huán)泵的改進(jìn)

傳統(tǒng)的RPP材質(zhì)水噴射泵的循環(huán)泵一般采用氟塑料自吸泵。氟塑料自吸泵需要機(jī)封，機(jī)封受熱易燒壞，自吸泵易泄漏，形成“跑，冒，滴，漏”現(xiàn)象，泄漏后影響現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

我們可以在反應(yīng)釜作為循環(huán)水箱體的基礎(chǔ)上改進(jìn)氟塑料自吸泵為氟塑料磁力泵。磁力泵，采用磁力驅(qū)動(dòng)，無軸封設(shè)計(jì)，由泵、磁力傳動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)三部分組成。關(guān)鍵部件磁力傳動(dòng)器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離套組成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場能穿透空氣 隙和非磁性物質(zhì)，帶動(dòng)與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無接觸傳遞，將動(dòng)密封轉(zhuǎn)化為靜密封。由于泵軸、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被泵體、隔離套完全封閉，從而徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題。

用廢舊反應(yīng)釜改造后的水噴射真空泵：

基本原理相同，不同處在于將原來的RPP箱體換為了反應(yīng)釜。

4 我公司通過上述方案改進(jìn)的實(shí)例數(shù)據(jù)

4.1 使用效果

通過此次將水噴射真空泵的傳統(tǒng)水箱改為廢棄的搪瓷反應(yīng)釜，使得釜內(nèi)水溫穩(wěn)定在20℃左右，達(dá)到真空泵正常使用的低于25℃的要求，同時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)的真空度可達(dá)到0.095Mpa，滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的真空度的要求。減少了因水溫過高時(shí)的換水時(shí)間，及廢水排水量，降低了生產(chǎn)成本及廢物的回收再利用。

4.2 效率提升

4.3 真空度提高，時(shí)間成本降低

產(chǎn)品減壓蒸餾為例，隨著系統(tǒng)真空度的增加，蒸餾時(shí)間會(huì)減少。系統(tǒng)真空度保持在0.095MPa，減壓蒸餾時(shí)間比之前縮短了3-4h，減壓蒸餾效率提高了50%左右，大大減少了生產(chǎn)成本。

4.4 廢水量減少，排水量降低

以一臺水噴射真空泵機(jī)組為例，日換水2-3次，自來水用量減少了為5m3/天，年節(jié)約用水近1200m3/年，同時(shí)減少廢水排放量，數(shù)據(jù)基本不變，約為1200m3/年。

4.5 減少換水時(shí)間

未進(jìn)行改進(jìn)之前，每臺水噴射真空泵每日換水2-3次，日消耗時(shí)間45min，減少了操作人員的換水操作，保證了系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性。

4.6 廢棄反應(yīng)釜的利用

廢棄的反應(yīng)釜對于企業(yè)來說是固廢，消耗固廢需花費(fèi)企業(yè)生產(chǎn)成本。

5 推廣使用前景

第5篇：化學(xué)工程與工藝的研究方向范文

最近世界原油價(jià)格急速上漲，己達(dá)20美元／桶。影響原油價(jià)格的因素很復(fù)雜。對今后原油價(jià)格的走向，各國看法也不盡相同。但從能源后備資源分析，煤及天然氣均較石油豐富，世界油氣儲量比已從70年代的2.55:1降至目前的1:1。而天然氣（包括油田氣）的產(chǎn)量為油當(dāng)量的1／2。因此，未來一段時(shí)間，天然氣將成為世界能源的重要支柱之一。天然氣是清凈能源，熱值高，易燃燒，污染少，是優(yōu)質(zhì)的民用和工業(yè)燃料，也是生產(chǎn)合成氣的理想原料。當(dāng)天然氣價(jià)格適宜時(shí)，以天然氣為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品，建設(shè)投資省，具有很強(qiáng)的競爭能力。以合成氨為例，使用天然氣為原料的氨產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70％；美國和前蘇聯(lián)兩大天然氣生產(chǎn)國以天然氣為原料的合成氨和甲醇約占其本國總產(chǎn)量的90％以上。我國與世界情況略有不同，天然氣價(jià)格高，比中東高出4至8倍，約為美國的1.2至1.5倍，而其產(chǎn)量則僅為美國的約1／20，原蘇聯(lián)的約1/30，因此在利用和開采上都受到一定限制。我國煤炭資源較豐富，且煤炭產(chǎn)地價(jià)格便宜，如山西、內(nèi)蒙、陜西幾大煤炭基地，同等熱值的煤價(jià)僅為世界煤價(jià)的1／3。因此，在一次能源中，煤炭一直占70％以上。但煤炭直接燃燒污染嚴(yán)重，用于生產(chǎn)合成氣時(shí)建設(shè)投資高，因此在發(fā)展上也受到一定制約。眾所周知，C1化學(xué)的起始原料為富含一氧化碳和氫氣的合成氣。以天然氣和煤為原料都能生產(chǎn)富含一氧化碳和氫氣的合成氣。所不同的是，以天然氣為原料生產(chǎn)的合成氣含有較高的氫氣；而以煤為原料生產(chǎn)的合成氣則含有較高的碳。

下面，筆者擬就21世紀(jì)世界以煤和天然氣為原料的C1化學(xué)的發(fā)展趨勢作一些闡述，并對我國C1化學(xué)的發(fā)展提一些建議。

1.國內(nèi)外發(fā)展趨勢

1.1合成氨生產(chǎn)

1.1.1以煤為原料的合成氣生產(chǎn)

煤炭氣化已有150多年的歷史，氣化方法達(dá)70～80種。開發(fā)新一代煤炭氣化技術(shù)，不僅是經(jīng)濟(jì)、合理、有效地利用煤炭資源的重要途徑，也是今后發(fā)展煤化工的基礎(chǔ)。

綜合分析各國煤炭氣化技術(shù)的特點(diǎn)，其發(fā)展趨勢是：

（1）增大氣化爐的斷面，以提高其產(chǎn)量；

（2）提高氣化爐的氣化溫度和壓力，以增加空時(shí)收率，降低合成壓縮費(fèi)用。

（3）采用粉煤氣化，以降低對煤質(zhì)的要求，適應(yīng)現(xiàn)代化采煤細(xì)煤產(chǎn)率較高的趨勢；

（4）研制氣化新工藝和氣化爐新結(jié)構(gòu)，以減少基本建設(shè)投資和操作費(fèi)用。

符合上述要求的現(xiàn)代氣化爐主要有以粉煤添加催比劑的水煤漿為原料的德士古氣化爐和兩段陶氏氣化爐；其最大單爐日投煤量已達(dá)3000～4000t。我國引進(jìn)軟件包和關(guān)鍵設(shè)備而大部分設(shè)備則立足于國內(nèi)配套建設(shè)的日最大投煤量為450～800t的德士古氣化爐，已分別在山東和上海投產(chǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好；前者限于老廠凈化設(shè)備，氣化壓力約為2.0MPa，后者操作壓力為4.0MPa。另外，在陜西渭河化肥廠全套引進(jìn)的內(nèi)徑10ft、氣化壓力6.4MPa的氣化爐也已順利投產(chǎn)。已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的以干粉煤為原料的GSP爐和謝爾公司開發(fā)的SCGP爐制成的粗合成氣有效成份高（CO+H2超過95％），冷氣效率高，不需要特殊耐火材料。但與以水煤漿為原料的氣化爐相比，尚缺乏長期運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，而且其煤粉輸送系統(tǒng)較復(fù)雜，閥門磨損問題尚待進(jìn)一步解決，當(dāng)前其引進(jìn)費(fèi)用也偏高。

上述四種爐型均適合于生產(chǎn)合成氣，并且處于世界領(lǐng)先地位，用戶可依據(jù)引進(jìn)費(fèi)用、煤種情況，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較加以選擇。另外，國內(nèi)正在自行開發(fā)多噴咀水煤漿氣化爐，技術(shù)及設(shè)備均立足于國內(nèi)，將大大節(jié)省制造費(fèi)用，其爐膛利用效率也比傳統(tǒng)的德士古氣化爐高，是很有發(fā)展前途的，它的開發(fā)成功，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)我國煤氣化工業(yè)的發(fā)展。

1.1.2以天然氣為原料的合成氣生產(chǎn)

目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的以天然氣為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)有部分氧化法和蒸汽轉(zhuǎn)化法。部分氧化法需要使用純氧為氣化劑，目前已較少采用。蒸汽轉(zhuǎn)化法又有一段蒸汽轉(zhuǎn)化法，加熱型兩段蒸汽轉(zhuǎn)化法和換熱式兩段轉(zhuǎn)化法之分。一段轉(zhuǎn)化法由于流程短，投資省，應(yīng)用最廣泛。加熱型兩段轉(zhuǎn)化法第·一段用蒸汽轉(zhuǎn)化，第二段用純氧或富氧作氣化劑，但用于制氨時(shí)可用空氣替代純氧作氣化劑，同時(shí)又可減少一段爐的負(fù)荷，節(jié)省高鎳合金鋼，故廣泛應(yīng)用于制氨。換熱式兩段轉(zhuǎn)化工藝最有發(fā)展前途。其二段轉(zhuǎn)化爐出口高溫氣體熱量供一段爐所需的熱量，故可大幅度減少燃料天然氣的熱用量，存在的問題是副產(chǎn)蒸汽量減少。但從節(jié)能的角度來看，這種方法最有競爭能力，是今后大型裝置的主要發(fā)展方向。

用天然氣兩段轉(zhuǎn)化制合成氣，含氫量高但碳量不足，因此一段轉(zhuǎn)化爐采用副產(chǎn)的二氧化碳作為氣化劑來增碳，不僅可改善合成氨的氫碳比，同時(shí)減少了工廠二氧化碳的排放，因此也是值得推廣的一種工藝技術(shù)。

1.2甲醇及含氧化合物的生產(chǎn)

1.2.1甲醇

甲醇是一種重要的基本有機(jī)原料，也是C1化學(xué)的起始化合物，在基本有機(jī)原料中，甲醇僅次于乙烯、丙烯和苯而居第四位。

甲醇合成目前普遍采用帝國化學(xué)公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝。由合成氣合成甲醇，己有多年的工業(yè)化實(shí)踐，技術(shù)上已臻成熟，能量利用效率已接近工藝本身可以達(dá)到的最佳化程度。盡管如此，由于一些固有問題的約束，當(dāng)前的甲醇合成仍然是一個(gè)能耗較高的工藝過程，仍有改進(jìn)的必要。這些固有問題主要是：（1）造氣過程能耗高，投資大；（2）受合成過程熱力學(xué)的控制，對于甲醇合成從化學(xué)平衡來看低溫是有利的，但是傳統(tǒng)的催化劑需要在較高溫度下進(jìn)行，因此單程轉(zhuǎn)化率低，大量未轉(zhuǎn)化的合成氣需要循環(huán)，使操作費(fèi)用相當(dāng)昂貴；（b甲醇合成過程反應(yīng)熱的移出及利用尚有賴于反應(yīng)衛(wèi)程學(xué)的問題妥善解決；（4）傳統(tǒng)的催化劑對硫過分敏感，增大了合成氣脫硫的費(fèi)用。

為了降低造氣費(fèi)用，國外正在研究甲烷（或天然氣）直接氧化制甲醇及甲醛。加拿大、前蘇聯(lián)、日本都有研究，但均停留在小試階段，目前尚無法與間接法競爭，估計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還需經(jīng)過一段相當(dāng)長時(shí)間的工作。

在甲醇合成反應(yīng)器和催化劑方面的研究工作也取得了一些突破，較有成效的有：

（1）Dat/t/Makee合成新工藝

這種工藝的特點(diǎn)是使用了耐硫催化劑，采用管式低溫合成塔，比傳統(tǒng)合成塔大大提高了空速。

（2）漿態(tài)合成甲醇反應(yīng)器

早在70年代中期，美國化學(xué)系統(tǒng)公司即開始了漿態(tài)相合成甲醇的研究，通過5～8t/d的中試裝置，成功地實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，已進(jìn)入了實(shí)用化階段。該反應(yīng)器有效地改善了合成過程的傳熱，使反應(yīng)基本上在等溫下操作，合成原料氣通過新設(shè)計(jì)的環(huán)形氣體分布器進(jìn)入反應(yīng)器，在保持高濃度催化劑漿液懸浮的同時(shí)，又保持了緊密的氣／液接觸，改進(jìn)了傳質(zhì)。在溫度250℃，5MPa下采用內(nèi)部換熱，無漿液外循環(huán)方式，空速11000L／h·kg情況下，出口甲醇濃度為7％～8％，每小時(shí)每公斤催化劑的甲醇產(chǎn)率可達(dá)到0.96kg。但漿態(tài)操作因催化劑均勻懸浮在液相介質(zhì)中，其中毒機(jī)會(huì)是均勻的，因而對原料氣雜質(zhì)含量要求很嚴(yán)格：總硫含量要求低于0.06X10-6，HCl、Fe(CO)5及Ni(CO)4要求低于0.01X10-6，美國空氣液化公司將與達(dá)科氣化公司合作，在大平原煤氣化廠建造一套日產(chǎn)500t的漿態(tài)床甲醇合成工業(yè)示范裝置，項(xiàng)目預(yù)算約2.14億美元。

（3）守固。固滴流反應(yīng)器

氣固一固滴流流動(dòng)反應(yīng)器（gas-solid-solidtrickleflowreactor簡稱（GSSTFR）是一種新型反應(yīng)系統(tǒng)。它集催化劑的催化作用和吸附劑的吸附作用于同一一反應(yīng)器，在進(jìn)行合成反應(yīng)的同時(shí)，進(jìn)行產(chǎn)品的吸附分離，產(chǎn)品甲醇一經(jīng)生成，即被吸附劑吸附，使合成反應(yīng)平衡不斷向產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)移，從而克服了化學(xué)平衡的限制，CO的單程轉(zhuǎn)化率已接近100％，循環(huán)操作可以取消。這項(xiàng)革新很有吸引力，受到了廣泛的重視。GSSTFR系統(tǒng)氣相是合成氣和甲醇，一個(gè)固相是Cu基催化劑，固定在反應(yīng)器的柵架上，另一個(gè)固相是硅鋁裂化催化劑，以滴流狀態(tài)流過催化劑床層，用于吸附反應(yīng)區(qū)域中的甲醇。為了評價(jià)GSSTFR系統(tǒng)的可行性，荷蘭Twente工業(yè)大學(xué)建立了一套微型試驗(yàn)裝置，在解決了固體輸送和氣。固分離問題、實(shí)現(xiàn)連續(xù)化后，其經(jīng)濟(jì)效果是可觀的。

（4）耐硫催化劑

最近日本公害資源研究所開發(fā)了一種新的Pd系合成甲醇催化劑，據(jù)稱無需深度脫硫即可直接用于合成氣的甲醇合成。這種新型催化劑以帶狀云母作為載體。它是一種具有層狀結(jié)構(gòu)物的礦物，層與層之間有Ni離子，這種礦物具有溶脹性和離子交換性。這種耐硫催化劑就是通過離子交換法使Pd載入載體中取代Ni離子而制得的。

（5)超臨界合成甲醇反應(yīng)器

為了改變合成甲醇時(shí)大量未轉(zhuǎn)化的合成氣循環(huán)的情況，我國中科院山西煤化所開發(fā)了超臨界相合成甲醇新工藝。該技術(shù)的特點(diǎn)是在甲醇反應(yīng)器中添加超臨界或亞臨界介質(zhì)，使合成的甲醇連續(xù)不斷地從氣相轉(zhuǎn)移至超臨界相，從而克服了傳統(tǒng)的合成甲醇尾氣大量循環(huán)（約為新鮮氣的5～8倍）的情況。在山西太原化肥廠一所作的中試結(jié)果證明，在無尾氣或新鮮氣與尾氣循環(huán)比為1：l時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率達(dá)到了90％，甲醇時(shí)空產(chǎn)率平均值達(dá)到0.46t/h·t催化劑，當(dāng)放空氣能合理利用時(shí)具有較好的工業(yè)化前景，現(xiàn)該所正與寧夏化肥廠合作進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和放大試驗(yàn)工作。

（6）燃料甲醇

在國家科委支持下，我國從德國引進(jìn)了三輛以純甲醇為燃料的汽車，經(jīng)過長達(dá)8年的長期公路運(yùn)行試驗(yàn)，取得了很好的成果。公路實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)證，1.6～1.7t甲醇，相當(dāng)于1t汽油。按現(xiàn)行的汽油和甲醇市場價(jià)格對比，其經(jīng)濟(jì)效益明顯，且尾氣排放較汽油車大幅度減少，對改善城市環(huán)保有較好的效果。這種環(huán)保型汽車的發(fā)展，無疑將進(jìn)一步促進(jìn)甲醇工業(yè)的發(fā)展。

1.2.2合成其他含氧化合物

（1）甲醇碳基化制醋酸及醋酥

甲醇碳基化制醋酸及醋酐是近年來C1化學(xué)的重大進(jìn)展，美國和英國均已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。自1982年以來，世界醋酸生產(chǎn)能力中，甲醇碳基合成法已占50％以上。最近德國赫斯特公司（Hoechst）將含氫的CO鼓泡導(dǎo)人醋酸甲酯和甲醇的混合液中進(jìn)行碳基化反應(yīng)，所得醋酐產(chǎn)率可達(dá)1766g/gRh-h。在醋酸甲酯制備方面也取得了進(jìn)展。美國聯(lián)合碳化物公司已將甲醇碳基化制醋酸甲酯和醋酸混合液的反應(yīng)選擇性提高到接近100％。碳基化主要采用鍺絡(luò)合催化劑，助催化劑為碘化物。因此，各國都重視鍺和碘的回收。據(jù)德國赫斯特公司發(fā)表的專利，它可使醋酸甲酯和甲醇碳基化產(chǎn)品液中的總碘量由2X10-6降低至5X10-12以下。我國在這方面也取得了小試成果。我國開發(fā)的固載化催化劑可以基本解決銬的流失問題。

（2）草酸及乙二醇

CO通過氧化偶聯(lián)制草酸，也是一項(xiàng)新技術(shù)。甲醇與亞硝酸(N2O3)反應(yīng)生成亞硝酸甲酯，在Pd催化劑上實(shí)現(xiàn)氧化偶聯(lián)，得到草酸甲酯，經(jīng)水解后生成草酸；氧化產(chǎn)品中的NO再氧化成N2O3，循環(huán)使用。這一過程實(shí)際并不消耗甲醇和亞硝酸，只是CO與O2和H20合成草酸。若用乙醇代替甲醇，則可生成草酸二乙酯，再加氫即可制得乙二醇，乙醇可循環(huán)使用。這是一條非石油原料合成乙二醇的路線。日本目前已將合成氣制乙二醇列為C1化學(xué)技術(shù)開發(fā)的基本方向之一。日本工業(yè)技術(shù)院最近又獲得了一項(xiàng)專利，它采用乙酞丙酮基二碳基鍺作催化劑，合成氣經(jīng)液相反應(yīng)制得乙二醇，產(chǎn)率可達(dá)17.08mol乙二醇／g原子銠。我國中科院福建物構(gòu)所在CO常壓催化偶聯(lián)合成草酸用催化劑的研制方面，進(jìn)行了原料配比和各種空速條件對催化合成草酸二甲酯的研究，并優(yōu)選了適宜的反應(yīng)條件。改進(jìn)配制的Pd（2.0％）／a-Al2O3催化劑在常壓、140℃、CO／CH3ONO=1.5、空速3000h-l條件下，時(shí)空收率達(dá)到999g/L·h。該所并與福建石油化工設(shè)計(jì)院和福建南靖氨廠合作進(jìn)行了規(guī)模為100t/a的合成氨銅洗回收CO、常壓催化合成草酸二甲酯及水解制草酸的中試。

日本國立工業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新的甲醇制乙二醇的工藝。它采用氧化鍺催化劑在常溫常壓下通過光輻射活化，將甲醇與丙酮的混合液直接合成為乙二醇，據(jù)稱選擇性可達(dá)80％。

（3）甲醇碳基化制甲酸甲酯，再水解制甲酸

德國Hu1s公司以甲醇和CO在叔二胺與乙烷作用下進(jìn)行加壓碳基化反應(yīng)制得甲酸甲酯（HCOOCH3），轉(zhuǎn)化率為80.7％，選擇性達(dá)99.4％。同時(shí)，該公司還開發(fā)了避免甲酸甲酯再酯化而制得無水甲酸甲酯的新工藝。

（4）合成氣制甲基叔丁基醚

采用多組份催化劑，可從合成氣制含60％異丁醇和40％甲醇的混合物，異丁醇脫水成異丁烯，從而可完成由合成氣直接制取甲基叔丁基醚。這是一條很值得重視的由天然氣（或煤）制取高辛烷值添加劑的技術(shù)路線。

（5）氣相法合成乙醇

日本乙化學(xué)組合有關(guān)企業(yè)和研究所，目前已完成每日2.2kg的小試，在篩選催化劑的基礎(chǔ)上，對以Rh／SiO，為母體的催化劑中添加各種金屬對催化劑中Rh進(jìn)行修飾，發(fā)現(xiàn)添加能促進(jìn)CO解離的金屬可提高催化劑活性，添加能促進(jìn)加氫能力的金屬可提高生成乙醇的活性和選擇性。小試證明，采用復(fù)合式催化劑時(shí)，乙醇選擇性可達(dá)70％，乙醇時(shí)空收率為250g/h。

（6）甲醇制醋酸乙烯

美國哈康（Ha1con）公司曾進(jìn)行過從甲醇與醋酸出發(fā)制取醋酸乙烯的研究開發(fā)。該工藝是首先將醋酸轉(zhuǎn)化成醋酸甲酯，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成二醋酸亞乙酯，經(jīng)熱分解后得到醋酸乙烯和醋酸，但距工業(yè)化實(shí)用階段尚有一定距離。

1.3合成烴類

1.3.1甲醇裂解制烯烴

為了應(yīng)付未來的石油危機(jī)，各國對甲醇裂解制烯烴的研究工作已進(jìn)行了多年。主要研究方向是抑制生成甲烷和高級烷烴的選擇性，提高烯烴選擇性。美國飛馬（Mobil）公司開發(fā)成功了ZSM-34沸石催化劑，甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的選擇性達(dá)到80％。德國BASF公司在日產(chǎn)It的中試中發(fā)現(xiàn)鈣沸石具有良好的性能，在500～550℃下甲醇轉(zhuǎn)化率為100％，乙烯加丙烯的選擇性大于60％。日本用磷酸鈣改性HZSM-5沸石，在600C下甲醇轉(zhuǎn)化率為95％～100％，乙烯十丙烯的選擇性達(dá)到了67.5％。我國中科院大連化物所在甲醇裂解制烯烴的科研工作方面居世界領(lǐng)先地位，從日產(chǎn)5kg模式試驗(yàn)獲得了優(yōu)良的效果，甲醇轉(zhuǎn)化率為100％，對烯烴的選擇性達(dá)到85％～90％，乙烯十丙烯的選擇性達(dá)到了70％～80％。每噸烯烴消耗甲醇2.73t（理論消耗量為2.3t），每噸乙烯十丙烯的甲醇消耗約為3t。版權(quán)所有

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，通過對輕石腦油和甲醇轉(zhuǎn)化制乙烯的經(jīng)濟(jì)比較，可初步得出如下結(jié)論：

（1）天然氣經(jīng)甲醇制乙烯，其總投資要比傳統(tǒng)的石腦油路線增加約84％。

（2）當(dāng)輕質(zhì)石腦油價(jià)格為200美元/t時(shí)，相應(yīng)的天然氣價(jià)格為3.6美分/m3此時(shí)兩條路線的產(chǎn)品乙烯價(jià)值相當(dāng)。

（3）以天然氣為原料經(jīng)甲醇生產(chǎn)乙烯，其工廠成本較低。當(dāng)天然氣價(jià)格為8美分/m3時(shí)，若欲使乙烯的工廠成本與輕石腦油為原料的相當(dāng)，則輕石腦油的價(jià)格相應(yīng)應(yīng)為162美元/t。

1.3.2合成氣制烯烴

目前，合成氣制烯烴已成為費(fèi)托合成化學(xué)中新的研究方向之一，一些研究結(jié)果已顯示出明顯的工業(yè)化前景。據(jù)報(bào)道，有的研究已取得了低碳烯烴收率接近70g/m3合成氣的結(jié)果。前景盡管是誘人的，但離實(shí)際工業(yè)化尚有一定距離，由合成氣制取低碳烯烴，還有一些在轉(zhuǎn)化過程中的核心科學(xué)問題有待解決：一是在CO加氫合成烴類反應(yīng)中，如何抑制甲烷的生成（低碳烯烴的合成反應(yīng)需在高溫下進(jìn)行，而溫度升高，甲烷生成量也隨之增加）；二是經(jīng)典的費(fèi)托合成反應(yīng)產(chǎn)物受Schulz一Flozy（F一y）分布規(guī)律的限制。為了解決這些問題，一些科研單位在改進(jìn)催化劑方面作了大量研究工作，發(fā)現(xiàn)采用堿改性ZSM擔(dān)載Fe-MnO催化劑，其烯烴的選擇性達(dá)到了50％以上。

1.3.3甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯

甲烷通過合成氣轉(zhuǎn)化，在能量利用上是很不經(jīng)濟(jì)的。將甲烷直接氧化脫氫生成乙烯，擺脫造氣工序，無疑具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這一方向近年來一直受到國內(nèi)外的重視。美國阿爾科（Arco）公司開發(fā)的催化劑在700～800℃，600～10000h-1）空速下，獲得甲烷轉(zhuǎn)化率25％，烴類選擇性75％，其中乙烯選擇性50％，催化劑壽命大于半年，完成了年產(chǎn)35萬t乙烯裝置的模擬設(shè)計(jì)，初步測算需投資1.6億美元，預(yù)計(jì)乙烯成本可低于現(xiàn)行石腦油制乙烷的成本?？线_(dá)Eindhoren大學(xué)使用Twente大學(xué)研究的LiCO3／MgO催化劑完成了反應(yīng)器設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在海牙召開的美國化學(xué)工程師歐洲年會(huì)上被認(rèn)為是最有前途的。荷蘭科學(xué)家提出了兩種方案：方案一甲烷轉(zhuǎn)化率30％，C2烴選擇性為80％；方案二甲烷轉(zhuǎn)化率50％，C2烴選擇性50％。以1989年1月價(jià)格為計(jì)算基準(zhǔn)，方案一投資1.7億美元，方案二投資2.07億美元。而采用傳統(tǒng)的石腦油裂解工藝，投資則高達(dá)4.7億美元。預(yù)計(jì)乙烯的成本為450～550美元/t，均低于石腦油裂解制乙烯的成本。我國蘭州物化所通過3年多的工作，也取得了可喜的進(jìn)展，有的催化劑（堿金屬／過渡金屬復(fù)合氧化物）甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到25％～35％，對C2+的選擇性為70％～80％。國家計(jì)委科技司已把甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯的研究工作列為科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目。

1.4合成液體燃料

合成液體燃料主要有間接法和直接法兩大類。間接法是先制取合成氣再進(jìn)一步合成油品；直接法是在高壓下進(jìn)行煤的直接加氫液化。國外一些化工公司對合成液體燃料進(jìn)行了評價(jià)和經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)論是當(dāng)油價(jià)每桶在25～30美元時(shí)，合成液體燃料方具有工業(yè)化價(jià)值。

1.4.1合成氣制汽油

國外合成氣制汽油已經(jīng)工業(yè)化的技術(shù)有費(fèi)托（F一T）合成工藝和甲醇制汽油（MTG）工藝。前者在南非已建成了三個(gè)大廠，合成汽油產(chǎn)量已達(dá)350萬t/a，并副產(chǎn)乙烯453卜山后者系美國飛馬公司（Mobil）的技術(shù)，新西蘭采用該技術(shù)已建成了年產(chǎn)50萬、無鉛汽油的工廠。正在開發(fā)的工藝有美國飛馬公司的兩段改良費(fèi)托合成和丹麥托普索公司的Tigas工藝。托普索公司分析了MTG法的不足之處，將一段催化劑改為合成含氧化物復(fù)合催化劑，然后使用HZSM-5分子篩將含氧化物轉(zhuǎn)化成汽油，已建設(shè)了規(guī)模為每小時(shí)處理合成氣400m’的小型中試裝置。中試工廠加工了2.0X106m3合成氣，共生產(chǎn)了280t烴類，其中汽油為205t相當(dāng)干每m3合成氣生產(chǎn)140g烴類，其中汽油為103g。日本新能源組合在四日市建成了合成氣制汽油（AMSTG）中試裝置，規(guī)模為日產(chǎn)汽油1桶。試驗(yàn)證明，每立方米合成氣可生產(chǎn)汽油105～150g。此外，荷蘭殼牌公司開發(fā)了SMDS工藝，用一氧化碳加氧合成高分子石蠟烴，再加氫異構(gòu)化成為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，其柴油模試產(chǎn)品分布為：15％石腦油，25％煤油，60％柴油。

我國山西煤化所對兩段改良費(fèi)托合成也做了大量科研開發(fā)工作，已完成了模試，并分別在山西代縣和晉城兩個(gè)化肥廠進(jìn)行了中試和工業(yè)試驗(yàn)。前者設(shè)計(jì)能力為汽油100t/a，后者為年產(chǎn)80號汽油2000t。階段試驗(yàn)結(jié)果表明，每標(biāo)準(zhǔn)立方米CO＋H2的C5+礦產(chǎn)率接近100g。工業(yè)試驗(yàn)由于采用了不成熟的常溫甲醇洗脫硫，造成甲醇降解，消耗過高，未能長期進(jìn)柴行下去，但試驗(yàn)證明，其一段鐵系反應(yīng)器和二段分子篩反應(yīng)器設(shè)計(jì)是成功的，為下一步工業(yè)放大創(chuàng)造了條件。所生產(chǎn)的汽油馬達(dá)法辛烷值大于80。此后煤化所又對一段催化劑進(jìn)行了篩選，制成了超細(xì)粒子鐵錳催化劑，通過低碳烯烴制汽油。該工藝融合了Tigas和MFTI藝的優(yōu)點(diǎn)，可以在較低壓力和高CO轉(zhuǎn)化率下實(shí)現(xiàn)一、二段反應(yīng)在等壓下操作。單管試驗(yàn)證明，每標(biāo)準(zhǔn)立方米CO＋H，的汽油收率達(dá)到了140g，接近世界水平，此過程聯(lián)產(chǎn)城市煤氣或化肥，工業(yè)化前景明朗。為了給實(shí)現(xiàn)工業(yè)化打好基礎(chǔ)，現(xiàn)山西煤化所正在中科院支持下進(jìn)行萬噸級SMFT合成氣制汽油的軟件包開發(fā)工作。

1.4.2煤炭直接液化

煤炭直接液化，盡管前景并不明朗，但發(fā)達(dá)國家從戰(zhàn)略技術(shù)儲備出發(fā)，均投入了較大的人力和物力進(jìn)行技術(shù)開發(fā)工作。美國和德國目前在這方面處于領(lǐng)先地位。由于煤炭含氫量嚴(yán)重不足，因此需要在高壓（20MPa）下進(jìn)行加氫液化。液化需要消耗大量氫氣，因此制氫的成本在一定程度上決定著煤炭液化在經(jīng)濟(jì)上是否可行。最近中國神華集團(tuán)煤炭科學(xué)研究總院與美國碳?xì)浠衔锛夹g(shù)公司（HTI）合作，采用HTI開發(fā)的煤炭液化技術(shù)進(jìn)行日處理干煤12000t日產(chǎn)汽油2900t、柴油4170t等產(chǎn)品的預(yù)可行性研究工作；其配套所需的純氫量高達(dá)11.5X106m3/d。該工程投資巨大，按目前的油價(jià)，前景尚不明朗。但從戰(zhàn)略需要出發(fā)，在當(dāng)前我國發(fā)動(dòng)機(jī)燃料大量進(jìn)口的嚴(yán)峻形勢下，很有必要對煤炭液化進(jìn)行積極探索，以便為在條件成熟時(shí)建設(shè)工業(yè)規(guī)模示范裝置打好基礎(chǔ)。

2.對發(fā)展我國C1化學(xué)的幾點(diǎn)建議

面對21世紀(jì)高科技發(fā)展和我國即將加入WTO的挑戰(zhàn)，我國以煤和天然氣為原料的C1化學(xué)也應(yīng)當(dāng)而且必將有所發(fā)展，有所進(jìn)步。為此，筆者特提出如下建議。

2.1建立以天然氣為原料、以甲醇為主體的C1化學(xué)基地

前已述及，按現(xiàn)行甲醇和汽油市場價(jià)格，甲醇作為汽車的燃料，既有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，又有很好的環(huán)境保護(hù)效果。為此，在天然氣資源豐富的地區(qū)，以國產(chǎn)設(shè)備為基礎(chǔ)，適當(dāng)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)建立年產(chǎn)45萬、甲醇的大型裝置，以甲醇為基礎(chǔ)原料，一方面向醋酸、醋片、醋酸乙烯等下游產(chǎn)品發(fā)展，另一方面，可在附近幅射建設(shè)甲醇貯、運(yùn)和甲醇燃料添加站，把燒甲醇汽車逐步推向市場。

2.2建立煤、電、化聯(lián)合企業(yè)集團(tuán)

21世紀(jì)是環(huán)保世紀(jì)。為了改變現(xiàn)有燃煤電站鍋爐排放煙氣的嚴(yán)重污染情況，借鑒德國呂恩、美國冷水和普拉昆曼等1GCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在煤炭產(chǎn)地附近利用廉價(jià)煤為原料，集中煤、電、化各方面力量，建立煤制氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）和生產(chǎn)化工產(chǎn)品的聯(lián)合示范企業(yè)集團(tuán)，應(yīng)當(dāng)是21世紀(jì)初期我國的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。煤、電、化聯(lián)合示范裝置的建立，不僅能解決煙氣排放污染問題，又能提高能源利用效率，還可回收硫磺和CO2等資源，使資源得到較好的綜合利用。

2.3積極開發(fā)合成氣制乙二醇和合成氣及甲醇制烯烴技術(shù)，并建立示范裝置

福建物構(gòu)所開發(fā)了合成氣制乙二醇技術(shù)，并和天津大學(xué)合作，在天津有機(jī)化工廠進(jìn)行了擴(kuò)大試驗(yàn)，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。甲醇及合成氣制烯烴技術(shù)，也已由大連化物所、清華大學(xué)等進(jìn)行了多年試驗(yàn)，取得了接近世界水平的成果。按目前的油價(jià)和烯烴價(jià)格，甲醇制烯烴的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，已與以石腦油和輕柴油為原料制烯烴大體相近。因此，建議選擇合適地點(diǎn)建設(shè)相應(yīng)示范裝置，為工業(yè)化打好基礎(chǔ)。