《高等學校教學用書·化學工藝學概論》主要內容：對煤的岩相進行研究，不僅有學術意義，也可用來指導工業生產。例如，美國、日本、英國和蘇聯等國家都利用煤的岩相組成理論來指導煤炭分類及煉焦配煤，蘇聯甚至還將岩相組分用破碎的辦法富集，從而得到高質量的煉焦用煤。
基本介紹
- 中文名：高等學校教學用書•化學工藝學概論
- 出版社：浙江大學出版社
- 頁數：216頁
- 開本：16
- 作者：黃仲九
- 出版日期：1999年1月1日
- ISBN：7308021068
圖書目錄,文摘,序言,
圖書目錄
第一章 化工生產基礎知識
1-1 基本概念
一、化學反應速度
二、基元反應、簡單眼應和複雜反應
1-2 生產控制指標
一、生產能力和生產率
二、轉化率、選擇性和收率
1-3 生產過程
一、工藝流程
二、生產方式
三、化學反應器
四、工業催化劑
習題
第二章 化工資源及其初步加工
2-1 化學礦
2-2 煤炭
一、煤的種類和特徵
二、煤的化學組成和分子結構
三、煤的乾餾
四、煤的氣化
五、煤的液化
2-3 石油
一、原油的常減壓蒸餾
二、催化裂化和加氫裂化
三、催化重整和芳烴抽提
四、延遲焦化
2-4 天然氣
2-5 農林副產品的綜合利用
習題
第三章 通用反應單元工藝
3-1 氧化
一、概述
二、二氧化硫氧化制硫酸
三、氨氧化制硝酸
四、乙烯環氧化制環氧乙烷
五、異丙苯液相自氧化制苯酚和丙酮
3-2 氫化和脫氫
一、概述
二、氫的來源
三、氮加氫制合成氨
四、乙苯脫氫制苯乙烯
3-3 電解
一、基本概念
二、電解過程中的副反應
三、食鹽水電解制氯氣和燒鹼
習題
……
1-1 基本概念
一、化學反應速度
二、基元反應、簡單眼應和複雜反應
1-2 生產控制指標
一、生產能力和生產率
二、轉化率、選擇性和收率
1-3 生產過程
一、工藝流程
二、生產方式
三、化學反應器
四、工業催化劑
習題
第二章 化工資源及其初步加工
2-1 化學礦
2-2 煤炭
一、煤的種類和特徵
二、煤的化學組成和分子結構
三、煤的乾餾
四、煤的氣化
五、煤的液化
2-3 石油
一、原油的常減壓蒸餾
二、催化裂化和加氫裂化
三、催化重整和芳烴抽提
四、延遲焦化
2-4 天然氣
2-5 農林副產品的綜合利用
習題
第三章 通用反應單元工藝
3-1 氧化
一、概述
二、二氧化硫氧化制硫酸
三、氨氧化制硝酸
四、乙烯環氧化制環氧乙烷
五、異丙苯液相自氧化制苯酚和丙酮
3-2 氫化和脫氫
一、概述
二、氫的來源
三、氮加氫制合成氨
四、乙苯脫氫制苯乙烯
3-3 電解
一、基本概念
二、電解過程中的副反應
三、食鹽水電解制氯氣和燒鹼
習題
……
文摘
1．泥炭
又稱草碳，是棕褐色或黑褐色的不均勻物質。含水量高達85%~gs%。經自然風乾燥後水
分可降至25%～35%，其時相對密度可達1．29～1．61。泥炭中含有大量未分解的植物根、莖、葉的殘體，有時用肉眼就可以看出，因此泥炭中的木質素和碳水化合物的含量較高。含碳量在50%以下。此外，泥炭中還含有一種在成煤過程中開始形成的、可用鹼抽出、用酸沉澱的新物質（即腐植酸）和可被有些有機溶劑抽出的酸性瀝青。
2．褐煤
大多呈褐色或暗褐色，因而得名。無光澤，相對密度1．1～1．4。隨煤化程度的加深，褐煤顏色變深變暗，相對密度增加，緊密程度增加，水分減少，腐植酸開始增加，以後又減少。外表上已看不到未分解的植物組織殘體，含碳量60%～70%，熱值23～27MJ/kg（5500~6500kcal/kg）。
3．煙煤
灰黑色至黑色，燃燒時火焰長而多煙。不含有腐植酸，因它已溶合成為更複雜的中性的腐
植質。硬度較大，相對密度為1．2～1．45。多數能結焦，含碳量75%～90%，熱值27?2～
37．2MJ/kg（6500~8900kcal/kg）。在工業生產上，為更合理地使用煤炭資源，根據煤化程度，結合煤的揮發分和粘結性，又將煙煤細分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。
4．無煙煤
俗稱白煤或紅煤。呈灰黑色，帶有金屬光澤，是腐植煤類中最年老的一種煤。相對密度為
1．4～1．8。燃燒時無煙，火焰較短，不結焦，含碳量一般在90%以上，熱值33?4～33?5MJ/kg（8000~8500kcal/kg）。
應當指出，無煙煤不是腐植煤煤化程度最深的煤種，它還可轉化為石墨。因石墨與煤相比，性質上有很大的差別（如有耐高溫、高導熱和導電性、晶體結構規整等特性，不含氫、氧、氮等雜質），也不再用作燃料和生產化工原料氣的資源，因此在煤類中不再列入石墨。表2-2列出上述煤類的主要特徵。
從地質學觀點看，煤也是一種岩石，因此歷史上有不少煤化學家研究煤的岩相組成，並對
煤進行分類。
煤岩學的研究有兩種方法，即巨觀研究法和微觀研究法。
1．巨觀研究法
用肉眼觀察煤的顏色、光澤、斷口等來確定煤的煤岩成分。一般可將煤岩成分分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭。
（1）絲炭
外觀像木炭，呈灰黑色，具有明顯的纖維狀結構和絲絹光澤，疏鬆多孔，性脆易碎。絲炭本身是軟的，因空腔常被礦物質充填，逐漸變成礦化絲炭，礦化絲炭堅硬緻密，相對密度大。在煤層中，絲炭一般數量不多，常呈扁平透鏡體狀沿煤的層面分布，厚1～2mm，有時也能形成不連續的薄層。絲炭含氫量低，含碳量高，沒有粘結性，低溫焦油產率低，當它的空腔內含有黃鐵礦時，容易發生氧化並引起自燃。灰分較高。不適宜作煉焦和低溫乾餾等的原料和動力燃料，但少量的（如低於5%）絲炭加到較肥的煤料中可起瘦化作用，對煉焦有利。絲炭一般不能液化。
（2）鏡煤
呈黑色，光澤強，質均勻而脆，具有貝殼狀斷口。鏡煤在煤層中常呈亮黑色，光滑玻璃狀、透鏡狀或條帶狀，大多厚幾mm到1～2cm，有時呈紋理狀夾在亮煤和暗煤中。在四種煤岩成分
中，鏡煤的揮發分和含氫量最高，粘結性強，適宜於作煉焦、低溫乾餾、氣化、液化等的原料。
（3）亮煤
亮煤是最常見的煤岩成分。不少煤層以亮煤為主，甚至全部由亮煤構成。亮煤的光澤僅次
於鏡煤，性較脆，相對密度小，均勻程度不如鏡煤，表面隱約可見微細紋理，亮煤可以用作煉焦、氣化、低溫乾餾等的原料。
（4）暗煤
暗煤光澤暗淡，一般呈灰黑色，緻密，相對密度大，堅硬而具韌性。在煤層中，可以由暗煤為主形成較厚的分層，甚至單獨成層。有結實的粒狀結構，破碎時呈現細粒或暗淡粗糙的表面。暗煤不宜用來煉焦，但它是低溫乾餾的良好原料。
上述四種巨觀煤岩成分是煤的岩相分類的基本單位，其中鏡煤和絲炭一般只以細小的透鏡體狀或以不規則的薄層狀出現，亮煤和暗煤雖然分層較厚，但常有互相過渡的現象，分層界限往往不很明顯。因此在了解煤層的岩石組成和性質時，以它們為單位進行定量計算有困難，也不易了解煤層的全貌。故現在通常根據煤的平均光澤強度、煤岩成分的數量比例和組合情況來劃分巨觀煤岩類型。通常按同一剖面上相同煤化程度的煤的平均光澤的強弱依次分為：光亮
型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四種巨觀煤岩類型。
（1）光亮型煤
主要由鏡煤和亮煤組成，光澤很強。由於成分較均一，通常條帶狀結構不明顯。光亮型煤
具有貝殼狀斷口，裂縫明顯，脆度較大。顯微鏡下觀察，凝膠化組分一般在85%以上。
（2）半亮型煤
通常以亮煤為主，有時由鏡煤、亮煤和暗煤組成，也可能夾有絲炭。平均光澤強度較光亮型煤稍弱，條帶狀結構清晰，裂隙較明顯，常具有稜角狀斷ra或呈階梯狀。在顯微鏡下觀察，凝膠化組分含量一般在70%～80%左右。半亮煤是最常見的煤炭類型，如中國華北晚石炭紀煤層多半是由半亮型煤組成的。
（3）半暗型煤
由暗煤和亮煤組成，通常以暗煤為主，有時也夾有鏡煤和絲炭的紋理、細條帶和透鏡體。半暗型煤的特點是光澤比較暗淡，硬度、韌性和相對密度較大。
（4）暗淡型煤
主要由暗煤組成，有時夾有少量鏡煤、絲炭透鏡體。光澤暗淡，通常呈塊狀構造，緻密，層理
不明顯，煤質堅硬，韌性大、比重大、無裂隙，個別煤田，如中國青海大通煤田有以絲炭為主組成
的暗淡型煤。
應當指出，上述巨觀煤炭類型在煤層中往往多次交替出現。
2．微觀研究法
這是利用顯微鏡來識別煤的顯微組分的方法。按煤岩的成因特徵、結構以及工藝性質，腐
植煤的顯微組分可以分為三類：凝膠化組分、絲炭化組分和穩定組分。
（1）凝膠化組分（鏡質組）
這是最主要的顯微組分。它是植物莖、葉的木質纖維組織經過凝膠化作用形成的各種凝膠
體。透射光下凝膠化組分透明，具有橙紅色（指低變質程度的煙煤而言，下同），反光色為灰色，油浸反光色為深灰色，沒有突起，中國大多數煤田的煤都以凝膠化組分為主，一般占50~
80%，有些辛生代的煤甚至達到90%以上。凝膠化組分由於凝膠化作用深淺不同，分解程度不
同，又可細分為木煤、木質鏡煤、鏡煤以及凝膠化基質等組分。
（2）絲炭化組合（絲質組）
也是煤中最常見的顯微組分，由木質纖維組織經絲炭化作用形成。透射光下黑色不透明，
反光下突起高，呈白色，油浸反光色為白色到亮黃色。中國大多數煤田中絲炭化組分含量在
10%～20%左右。如同凝膠化組分一樣，絲炭化組分也可細分為絲炭、木質鏡煤絲炭、絲炭化基質等組分。
（3）穩定組分（穩定組或殼質組）
它是成煤植物中化學穩定性強的組成部分，包括樹脂、孢子、花粉、角質膜、木栓層等。透射光下透明，呈黃色，輪廓清楚，外形特殊，反光下呈深灰色，大多具突起，油浸反光下呈灰黑色至黑灰色。
三種煤岩顯微組分與四種巨觀煤岩成分之間的關係可用圖2-1簡明扼要地表示出來。這種表示方法當然是相當粗糙的，因為如上所述，凝膠化組分和絲炭化組分是由多種成分組成的，因而得到的煙煤的特性和加工工藝是不一樣的。
煤中除上述有機組分外，還有無機組分，常見的有粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石等，它們會給煤的燃燒、化學加工、環境保護等帶來困難，現在已有將它們脫除的各種方法或已出現能使用含不同無機雜質的煤炭的加工工藝和反應器。
二、煤的化學組成和分子結構
煤中有機物主要由碳、氫、氧和少量氮、硫和磷等元素構成，各種煤所含的主要元素組成見表2—3。
又稱草碳，是棕褐色或黑褐色的不均勻物質。含水量高達85%~gs%。經自然風乾燥後水
分可降至25%～35%，其時相對密度可達1．29～1．61。泥炭中含有大量未分解的植物根、莖、葉的殘體，有時用肉眼就可以看出，因此泥炭中的木質素和碳水化合物的含量較高。含碳量在50%以下。此外，泥炭中還含有一種在成煤過程中開始形成的、可用鹼抽出、用酸沉澱的新物質（即腐植酸）和可被有些有機溶劑抽出的酸性瀝青。
2．褐煤
大多呈褐色或暗褐色，因而得名。無光澤，相對密度1．1～1．4。隨煤化程度的加深，褐煤顏色變深變暗，相對密度增加，緊密程度增加，水分減少，腐植酸開始增加，以後又減少。外表上已看不到未分解的植物組織殘體，含碳量60%～70%，熱值23～27MJ/kg（5500~6500kcal/kg）。
3．煙煤
灰黑色至黑色，燃燒時火焰長而多煙。不含有腐植酸，因它已溶合成為更複雜的中性的腐
植質。硬度較大，相對密度為1．2～1．45。多數能結焦，含碳量75%～90%，熱值27?2～
37．2MJ/kg（6500~8900kcal/kg）。在工業生產上，為更合理地使用煤炭資源，根據煤化程度，結合煤的揮發分和粘結性，又將煙煤細分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。
4．無煙煤
俗稱白煤或紅煤。呈灰黑色，帶有金屬光澤，是腐植煤類中最年老的一種煤。相對密度為
1．4～1．8。燃燒時無煙，火焰較短，不結焦，含碳量一般在90%以上，熱值33?4～33?5MJ/kg（8000~8500kcal/kg）。
應當指出，無煙煤不是腐植煤煤化程度最深的煤種，它還可轉化為石墨。因石墨與煤相比，性質上有很大的差別（如有耐高溫、高導熱和導電性、晶體結構規整等特性，不含氫、氧、氮等雜質），也不再用作燃料和生產化工原料氣的資源，因此在煤類中不再列入石墨。表2-2列出上述煤類的主要特徵。
從地質學觀點看，煤也是一種岩石，因此歷史上有不少煤化學家研究煤的岩相組成，並對
煤進行分類。
煤岩學的研究有兩種方法，即巨觀研究法和微觀研究法。
1．巨觀研究法
用肉眼觀察煤的顏色、光澤、斷口等來確定煤的煤岩成分。一般可將煤岩成分分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭。
（1）絲炭
外觀像木炭，呈灰黑色，具有明顯的纖維狀結構和絲絹光澤，疏鬆多孔，性脆易碎。絲炭本身是軟的，因空腔常被礦物質充填，逐漸變成礦化絲炭，礦化絲炭堅硬緻密，相對密度大。在煤層中，絲炭一般數量不多，常呈扁平透鏡體狀沿煤的層面分布，厚1～2mm，有時也能形成不連續的薄層。絲炭含氫量低，含碳量高，沒有粘結性，低溫焦油產率低，當它的空腔內含有黃鐵礦時，容易發生氧化並引起自燃。灰分較高。不適宜作煉焦和低溫乾餾等的原料和動力燃料，但少量的（如低於5%）絲炭加到較肥的煤料中可起瘦化作用，對煉焦有利。絲炭一般不能液化。
（2）鏡煤
呈黑色，光澤強，質均勻而脆，具有貝殼狀斷口。鏡煤在煤層中常呈亮黑色，光滑玻璃狀、透鏡狀或條帶狀，大多厚幾mm到1～2cm，有時呈紋理狀夾在亮煤和暗煤中。在四種煤岩成分
中，鏡煤的揮發分和含氫量最高，粘結性強，適宜於作煉焦、低溫乾餾、氣化、液化等的原料。
（3）亮煤
亮煤是最常見的煤岩成分。不少煤層以亮煤為主，甚至全部由亮煤構成。亮煤的光澤僅次
於鏡煤，性較脆，相對密度小，均勻程度不如鏡煤，表面隱約可見微細紋理，亮煤可以用作煉焦、氣化、低溫乾餾等的原料。
（4）暗煤
暗煤光澤暗淡，一般呈灰黑色，緻密，相對密度大，堅硬而具韌性。在煤層中，可以由暗煤為主形成較厚的分層，甚至單獨成層。有結實的粒狀結構，破碎時呈現細粒或暗淡粗糙的表面。暗煤不宜用來煉焦，但它是低溫乾餾的良好原料。
上述四種巨觀煤岩成分是煤的岩相分類的基本單位，其中鏡煤和絲炭一般只以細小的透鏡體狀或以不規則的薄層狀出現，亮煤和暗煤雖然分層較厚，但常有互相過渡的現象，分層界限往往不很明顯。因此在了解煤層的岩石組成和性質時，以它們為單位進行定量計算有困難，也不易了解煤層的全貌。故現在通常根據煤的平均光澤強度、煤岩成分的數量比例和組合情況來劃分巨觀煤岩類型。通常按同一剖面上相同煤化程度的煤的平均光澤的強弱依次分為：光亮
型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四種巨觀煤岩類型。
（1）光亮型煤
主要由鏡煤和亮煤組成，光澤很強。由於成分較均一，通常條帶狀結構不明顯。光亮型煤
具有貝殼狀斷口，裂縫明顯，脆度較大。顯微鏡下觀察，凝膠化組分一般在85%以上。
（2）半亮型煤
通常以亮煤為主，有時由鏡煤、亮煤和暗煤組成，也可能夾有絲炭。平均光澤強度較光亮型煤稍弱，條帶狀結構清晰，裂隙較明顯，常具有稜角狀斷ra或呈階梯狀。在顯微鏡下觀察，凝膠化組分含量一般在70%～80%左右。半亮煤是最常見的煤炭類型，如中國華北晚石炭紀煤層多半是由半亮型煤組成的。
（3）半暗型煤
由暗煤和亮煤組成，通常以暗煤為主，有時也夾有鏡煤和絲炭的紋理、細條帶和透鏡體。半暗型煤的特點是光澤比較暗淡，硬度、韌性和相對密度較大。
（4）暗淡型煤
主要由暗煤組成，有時夾有少量鏡煤、絲炭透鏡體。光澤暗淡，通常呈塊狀構造，緻密，層理
不明顯，煤質堅硬，韌性大、比重大、無裂隙，個別煤田，如中國青海大通煤田有以絲炭為主組成
的暗淡型煤。
應當指出，上述巨觀煤炭類型在煤層中往往多次交替出現。
2．微觀研究法
這是利用顯微鏡來識別煤的顯微組分的方法。按煤岩的成因特徵、結構以及工藝性質，腐
植煤的顯微組分可以分為三類：凝膠化組分、絲炭化組分和穩定組分。
（1）凝膠化組分（鏡質組）
這是最主要的顯微組分。它是植物莖、葉的木質纖維組織經過凝膠化作用形成的各種凝膠
體。透射光下凝膠化組分透明，具有橙紅色（指低變質程度的煙煤而言，下同），反光色為灰色，油浸反光色為深灰色，沒有突起，中國大多數煤田的煤都以凝膠化組分為主，一般占50~
80%，有些辛生代的煤甚至達到90%以上。凝膠化組分由於凝膠化作用深淺不同，分解程度不
同，又可細分為木煤、木質鏡煤、鏡煤以及凝膠化基質等組分。
（2）絲炭化組合（絲質組）
也是煤中最常見的顯微組分，由木質纖維組織經絲炭化作用形成。透射光下黑色不透明，
反光下突起高，呈白色，油浸反光色為白色到亮黃色。中國大多數煤田中絲炭化組分含量在
10%～20%左右。如同凝膠化組分一樣，絲炭化組分也可細分為絲炭、木質鏡煤絲炭、絲炭化基質等組分。
（3）穩定組分（穩定組或殼質組）
它是成煤植物中化學穩定性強的組成部分，包括樹脂、孢子、花粉、角質膜、木栓層等。透射光下透明，呈黃色，輪廓清楚，外形特殊，反光下呈深灰色，大多具突起，油浸反光下呈灰黑色至黑灰色。
三種煤岩顯微組分與四種巨觀煤岩成分之間的關係可用圖2-1簡明扼要地表示出來。這種表示方法當然是相當粗糙的，因為如上所述，凝膠化組分和絲炭化組分是由多種成分組成的，因而得到的煙煤的特性和加工工藝是不一樣的。
煤中除上述有機組分外，還有無機組分，常見的有粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石等，它們會給煤的燃燒、化學加工、環境保護等帶來困難，現在已有將它們脫除的各種方法或已出現能使用含不同無機雜質的煤炭的加工工藝和反應器。
二、煤的化學組成和分子結構
煤中有機物主要由碳、氫、氧和少量氮、硫和磷等元素構成，各種煤所含的主要元素組成見表2—3。
序言
化學工業是國民經濟的重要組成部分。在西方已開發國家和蘇聯，化學工業生產總值占國內生產總值(GDP)的5%～7%、占工業總產值的7%～10%，發展速度居各工業部門的前列。中國的化學工業發展較快，在1953～1990年間，平均年增長速度為14．1%；進入90年代，平均年增長速度也達9%；預計到2000年，中國的化學工業生產總值將占國內生產總值的9．5%左右，年增長速度略高於整個國民經濟的增長速度。現在，中國已建成較完整的化學工業體系，能生產4．5萬餘種化工產品。其中的石油化工，經濟效益尤為可觀，已列為中國21世紀初國民經濟四大支柱產業之一。
化學工藝學是化學工業的主幹學科之一，是研究由原料(包括天然資源)經化學加工製取化工產品的一門科學，內容包括：生產方法、工藝原理、工藝流程、設備、技術經濟評價、安全和環境保護等。因此，對一個稱職的化學工程師而言，熟悉和掌握化學工藝學方面的知識和技能是完全必要的。
本書主要用作高等學校非化學工藝類專業(如化學工程、環境化工、生物化工、化工機械和化工儀表及自動化等專業)的教材。已經出版的相關教材，大多以產品為主線闡述各產品的生產方法和工藝原理，講授時千篇一律，學生有一種“拉洋片”的感覺，為照顧產品體系的完整性、系統性，編入的內容也往往顯得龐雜。本書編寫的特點是以反應單元為主線，不但能克服“拉洋片”的缺憾，而且選用的反應單元數及相應的典型產品，增刪餘地較大，可適應各高等學校不同學時的教學需要。
華東理工大學的房鼎業教授參加了本書大綱的編寫工作，並一直熱情支持和關心本書的出版。天津大學陳洪鍅教授，本校的朱自強教授、駱有壽教授，對本書初稿提出了不少寶貴的意見和建議。在此，對上述諸位先生表示最衷心的感謝。
由於編者水平有限，不妥之處，敬請讀者指正。
編者
於浙江大學(杭州)
1998年8月
化學工藝學是化學工業的主幹學科之一，是研究由原料(包括天然資源)經化學加工製取化工產品的一門科學，內容包括：生產方法、工藝原理、工藝流程、設備、技術經濟評價、安全和環境保護等。因此，對一個稱職的化學工程師而言，熟悉和掌握化學工藝學方面的知識和技能是完全必要的。
本書主要用作高等學校非化學工藝類專業(如化學工程、環境化工、生物化工、化工機械和化工儀表及自動化等專業)的教材。已經出版的相關教材，大多以產品為主線闡述各產品的生產方法和工藝原理，講授時千篇一律，學生有一種“拉洋片”的感覺，為照顧產品體系的完整性、系統性，編入的內容也往往顯得龐雜。本書編寫的特點是以反應單元為主線，不但能克服“拉洋片”的缺憾，而且選用的反應單元數及相應的典型產品，增刪餘地較大，可適應各高等學校不同學時的教學需要。
華東理工大學的房鼎業教授參加了本書大綱的編寫工作，並一直熱情支持和關心本書的出版。天津大學陳洪鍅教授，本校的朱自強教授、駱有壽教授，對本書初稿提出了不少寶貴的意見和建議。在此，對上述諸位先生表示最衷心的感謝。
由於編者水平有限，不妥之處，敬請讀者指正。
編者
於浙江大學(杭州)
1998年8月
