第一章绪论精细化学品

精细化学品化学1第一章绪论1.1精细化学品定义精细化学品的解释，国际上有三种说法：1974年，美国学者克林（C.H.Kline）提出：先根据“质”对化学品进行分类：无差别化学品：具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式表示的称为无差别化学品，不具备上述条件的为差别化学品。再以“量”继续划分：通用化工产品：大量生产的无差别化学品，如酸碱，盐，甲醇，乙醇等，准通用化学品：较大量生产的差别化学品，如塑料，合成纤维，合成橡胶精细化学品：小量生产的无差别化学品，如原料医药，原料农药专用化学品：小量生产的差别化学品。医药制剂，商品染料日本的释义是具有高附加价值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。即把克林教授释义的精细化学品和专用化学品统称为精细化学品。中国原则上采用日本对精细化学品的释义。较为公认的定义：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量生产的系列产品，称为精细化学品，有时也称为专用化学品。研究精细化学品的组成、结构、性质、变化、制备及应用的科学称为精细化学品化学。1.2精细化学品的分类关于精细化学品的分类，每个国家根据自身的生产体制而略有不同。欧美将专用化学品按其使用性能分为三大类：准商用化学品；多功能、多用途化学品；最终用途化学品或直接上市化学品。“联合国经济合作及发展组织”将专用化学品细分为47大类。日本《化学工业统计月报》和《工业统计表》，1993年将精细化学品分为32类。中国原化学工业部1986年3月6日颁布了《关于精细化工产品分类的暂行规定和有关事项的通知》规定中国精细化学品包括11个产品类别，每一门类又分为许多小类。1.3精细化工和化学品的特点1多品种、小批量每种精细化学品都有其一定的应用范围，具有特定使用功能，所以必然有多品种的特点。另外精细化学品一般都有一定的寿命，所以需要不断开发新品种。国外表面活性剂的品种就有5000多种，不同化学结构的染料品种有5000种以上，精细化学品化学2法国的发用化妆品就有2000多种牌号。所以品种在某种程度上说明了一个国家或地区精细化水平的高低。而且很多精细化学品只要加入很少的量就能发挥作用，所以是小批量。2综合生产流程和多功能生产装置通用产品通常采用连续式操作，但精细化学品的需求量不大，通常采用间歇式装置生产。而且很多精细化学品其合成单元反应及所采用的生产过程和设备，有很多相似之处。所以采用多品种综合生产流程，设计和制作用途广、功能多的生产装置，可以适应精细化工产品多品种、小批量的特点。即一套流程装置可以经常改变生产品种的牌号。3大量采用复配技术由于应用对象的复杂性，很难采用单一的化合物来满足要求，于是配方的研究便成为决定性的因素。例如雪花膏，由油相，水相，乳化剂，香精，防腐剂复配而成。液体洗衣剂由表面活性剂及各种洗涤助剂包括螯合剂，增稠剂，助溶剂，柔软剂，抗污垢再沉降剂，酶制剂，香精，色素等复配而成。采用复配技术所推出的产品，具有增效，改性和扩大应用范围等功能，其性能往往超过结构单一的产品。这也是我国精细化工发展的一个薄弱环节。4技术密集度高要生产一个优质的精细化工产品，要求多门学科知识的互相配合及综合利用。涉及到多步合成、各种分离方法、各种分析测试方法，性能筛选技术，复配技术，剂型研制，商品化加工。要求不断进行新产品的技术开发和应用技术的研究，重视技术服务。所以精细化学品开发的时间较长，费用高，成功率低，如在染料的专利开发中，成功率在0.1-0.2%.5投资少、附加值高、利润大，返本期短投资效率＝（附加价值/固定资产）×100％投资效率高，因为装置规模小。精细化工资本密集度仅为化肥工业的0.2-0.3。附加价值是指在产品的产值中扣去原材料，税金，设备和厂方的折旧费后，剩余部分的价值。附加价值不等于利润，但附加价值高可以反映出产品加工中所需的劳动、技术利用情况，以及利润是否高等。精细化工业附加值一般在50％以上，而化肥和石油在20－30％。利润高，因为技术上具有垄断性。通常评定一个企业或一个生产装置的利润率标准是：销售利润率小于15％为低利润率，15－20％为中等利润率，高于20％为高利润率。精细化工的利润率处精细化学品化学3于15％以上。1.4精细化工在国民经济中的作用精细化工率＝（精细化工产品的总值/全部化工产品的总值）×100％精细化学品具有高经济效益，这已经影响到一些国家的技术经济政策，不断提高化学工业内部结构中精细化工产品的比重，即精细化工率。精细化工率在很大程度上反映了一个国家的发达水平和综合技术水平以及化学工业集约化程度。各个地区也在努力提高精细化工率。上海2004年精细化工率45％，争取到2010年超过50％。温州精细化工率较高，争取到2010年达到85％。美国90年代已经超过53％，日本已达52％，中国2000年为34.8％，目前达到48％左右。中国历年精细化工e①产值及精细化工率e②统计(1995--2000)2000年12月31日采集199519961997199819992000精细化工产值(亿元)1460.41628.21824.51913.92443.22891.4精细化工率(%)31.831.832.333.633.834.8摘编自《中国化学工业年鉴2001-2002》目前我国精细精细化工率达到48％。1直接用作最终产品或它们的主要成分。如医药、染料、香料、味精、糖精。2增加或赋予各种材料以特征。如塑料工业所用的增塑剂、稳定剂等各种助剂。3增进和保障农林牧渔业的丰产丰收。如选种、浸种、育秧、病虫害防治、土壤化学、水质改良、果品早熟和保鲜等都需要借助精细化学品的作用来完成。4丰富人民生活。很多日用化学品包括衣食住行都需要精细化学品发挥功能。5渗入其他行业，促进技术进步，更新换代。例如精细化学品和信息技术（光刻胶）、航空航天技术（高性能的黏结剂）、能源技术（储氢材料，催化剂）、新材料技术（表面活性剂在软模板法制备纳米材料方面的应用）紧密相关。1.5精细化工的发展现状和趋势我国的精细化工仍存在如下方面的不足：（1）生产技术水平低，装备落后，原材料消耗高。（2）企业规模小，企业集中度低，资源利用效率低（3）原料型产品多，深加工产品少精细化学品化学4（4）较多企业不具备研发能力，低水平重复严重（5）高端产品少，专用性能不突出趋势：节约化、绿色化、专用化、高新化(产品品种门类继续增加；结构调整取向与优化,发展速度继续领先,大力采用高新技术)（1）原料来源多元化（2）生产过程绿色环保（3）环境友好产品开发（4）提高产品质量，增加产品数量（5）重视新技术引用，新产品开发，开拓新型精细化工领域从精细化学品的种类来说，趋势如下：近几年国外纺织化学品、橡胶加工助剂、选矿化学品以及感光化学品的发展基本处于停滞甚至下滑的状态，但以电子化学品、食品添加剂、饲料添加剂、塑料添加剂、粘合剂和造纸化学品等为代表的专用化学品仍将呈快速增长的态势。未来新领域精细化工发展的热点领域是：电子化学品；建筑化学品；汽车化学品；功能性涂料；环保型粘合剂、建筑密封胶；水处理剂；新一代技术的生物化工产品；环保型的塑料添加剂等。每一种精细化学品也存在着发展重点和趋势。如涂料产品发展方向：环保型涂料一发展节能低污染的水性、粉末、辐射固化、高固体分涂料，到2010年其比例由现在的40％提高到60％；高性能涂料一大力发展丙烯酸酯类、聚酯类、环氧树脂类、聚氨酯类、有机硅类等高档涂料。如塑料助剂的阻燃剂中要降低卤系产品的比重，大力发展无卤和无机阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁。1.6发展精细化工的资源及其利用化学工业的原料可来自矿产资源、动物、植物、空气，水，也可以取自其他工业、农、林、牧业的副产品。但主要是利用石油、煤、天然气和动植物。1石油石油是黄色至黑色黏稠液体，石油中含有几万种碳氢化合物，另外还含有一些含硫和含氮、含氧化合物。石油加工的第一步是用常压和减压精馏分割成直馏汽油、煤油、轻柴油、重柴油和润滑油等馏分或分割成催化裂化原料油、催化重整原料油等馏分供二次加工之用。催化重整是在一定温度和氢压及含铂催化剂的存在下使原料油中的一部分环烷烃和烷烃转化为芳烃的过程。可制得三苯：苯、甲苯、二甲苯。烃类热裂解：则可制得三烯：乙烯、丙烯、丁烯等。也可以天然气为原料进行热裂解制取乙炔和碳黑。另外还可以从石油加工产品中分离精制而得到正构烷烃混合物。C9－18为液蜡，精细化学品化学5C18－30为固态蜡。2天然气天然气的主要成分是甲烷，油型天然气含C2以上烃约5％（体积分数，下同），煤型天然气含C2以上烃约20％－25％，生物天然气含甲烷97％以上。天然气中的甲烷是重要的化工原料，C2以上烃的混合物可用作燃料、热裂解或生产芳烃的原料。天然气可芳构化产生轻质芳烃，也可转化成水煤气（CO/H2,合成气）。合成气作为化工原料用途很广，可以大量用于生产合成氨和尿素，还可以转化成乙醇和甲醇等。3煤煤的主要成分是碳，其次是氢，此外还有氧、硫和氮等其他元素，它们以结构复杂的芳环、杂环或脂环的化合物存在。以煤为原料，经化学加工生产的化学产品，人们常称为煤化学工业。煤化工包括煤的气化，煤的液化，煤焦油加工，电石乙炔化工，碳化学等5个部分。煤的气化煤的气化可得合成气，城市煤气和工业用燃料气。由合成气可以得到希望的碳氧化合物，含氧碳氢化物也可以先合成中间体，再进一步制造合成精细化学品的原料。煤的焦化产品煤炭高温炼焦后得焦炭和煤焦油。焦炭主要用于冶金工业，煤焦油则是化学工业的重要原料，由它分出轻油（苯、甲苯等）、萘油、蒽油、酚油、洗油和沥青等，再进一步分离，可得400多种化合物，其中很多是精细化学品或其原料。电石乙炔化工乙炔可以用天然气裂解制取，而我国目前主要是由电石制取。电石原料主要是焦炭和石灰石。以乙炔为原料用于聚氯乙稀及其共聚物合成，开发其塑料和乳制品，还用作聚醋酸乙烯酯合成原料，进一步开发涂料，粘合剂等；也可用于丙烯酸酯合成，从而开发纺织助剂、涂料。粘合剂等很多精细化学品。4淀粉资源及其利用HOCH2OHOHOH2OOn13456精细化学品化学6天然淀粉是一种直链淀粉分子和支链淀粉分子的混合物。直链淀粉是数百个葡萄糖单元通过α－D－（14）葡萄链链接的线形全同立构聚合物，而支链淀粉则是含有10000――1000000个葡萄糖单元的聚合物。支链点是α－D－（16）链连接，而每个支链平均包括18－28个α－D吡喃葡糖基元。目前淀粉利用主要是包括两方面：1对淀粉分子化学结构进行改性：氧化、酯化、醚化和交链等，如和丙烯腈接枝聚合生成吸水性树脂。2通过生物化学途径由淀粉直接生产精细化学品及其原料。利用发酵等生物化学工程，可以制得乙醇、丙酮、丁醇等，通过水解可以制备果糖，葡萄糖，进一步进行化学转化可制备葡萄糖酸、衣康酸、山梨糖酸。5纤维素资源及利用纤维素原料来源于木材、棉花、麦草、稻草、芦苇等，可以采用亚硫酸盐法和碱法制取纤维素。纤维素和淀粉一样是由D－吡喃型葡萄糖基彼此以1，4－β－苷键连接而形成的间同构型高分子。纤维素分子除2个端基外，每个葡萄糖基都有3个羟基，平均聚合度约10000左右。纤维素中的羟基可发生酯化或醚化反应，从而衍生出许多产品。实际应用的纤维素酯类：纤维素硝酸酯，纤维素乙酸酯、纤维素磺酸酯。纤维素醚类：甲基纤维素、羧甲基纤维素（CMC）、乙基纤维素、羟乙基纤维素等。6木质素及其利用木素是复杂的芳香族化合物，它在植物细胞壁中作为一种特性的粘结聚糖组分物质来增加木材的机械强度。亚硫酸盐法制浆废液中的木素磺酸盐可用作胶粘剂、螯合剂、水的软化剂、乳化剂和乳液稳定剂、土壤稳定剂等。也可用木素磺酸制备香草素、香草酸.。7半纤维素及利用半纤维素来源于植物的一种聚糖类，与纤维素不同，半纤维素不是均一聚糖，而是一群复合聚糖的总称，原料不同，复合聚糖的组分也不同。半纤维素的工业主要是己糖和戊糖的利用。己糖存在于亚硫酸盐废液及预水解废液中，己糖可用于生产酒精及山梨糖醇（己六醇）。戊糖的利用：饲料酵母的原料、合成糠醛、生产木糖与木糖醇，制备三羟基戊二酸。8油脂综合利用油脂是动物油和