本质安全催化工程

催化反应过程是化学工业的核心，本质安全的催化反应工艺和技术对于从源头上解决化学工业存在的安全问题具有重要的科学意义和应用价值。 《本质安全催化工程》在本质安全概念、原理的基础上，基于化学工程理论给出了从源头上解决化工催化反应过程安全问题的七种方法。

《本质安全催化工程》在化工本质安全原理的基础上，结合国内外科研成果，基于化学工程理论给出了从源头上解决化工催化反应过程安全问题的七种方法，并结合具体实例进行了论述。全书共分为八章，分别为绪论、多步反应一步化安全过程、纳微尺度反应集成安全过程、替代危险反应物安全过程、膜催化组合反应安全过程、氢/氧载体组合反应安全过程、危险物安全化及转化过程、温和条件安全反应过程。《本质安全催化工程》可供化工、安全、材料、环境领域的科研人员、工程技术人员、研究生等参考。

王延吉，河北工程大学，校长、教授，长期从事绿色化工和本质化工安全方面的科研工作。在碳酸二甲酯替代剧毒光气合成异氰酸酯工艺，己内酰胺清洁、安全合成技术，苯胺、苯酚等安全制备，替代液体酸固体酸催化剂，安全性高的离子液体型羟胺合成，碳酸二甲酯的绿色催化合成，催化反应中试放大技术，以及加氢强化技术开发和新型催化材料制备等方面取得了一定成绩。目前任教育部化学工程与工艺专业教学指导分委员会委员，中国化学会绿色化学专业委员会委员，《化工学报》等杂志编委，“化学工程与工艺”国家级教学团队（2009）等质量工程建设项目负责人。作为项目负责人先后承担国家级项目多6项。作为第一完成人获得天津市技术发明奖二等奖1项、河北省自然科学三等奖1项，鉴定科技成果7项；作为第一发明人获国家授权发明专利10余项；出版学术著作2部。发表多篇教学论文，作为第一完成人获河北省教学成果一等奖1项。

第1章 绪论
1.1 化工生产特点与危险性
1.2 本质安全概念提出
1.3 本质安全定义及原理
1.3.1 本质安全定义
1.3.2 本质安全原理及应用简介
1.4 本质安全指数评价法
1.5 本质安全催化工程方法
参考文献
第2章 多步反应一步化安全过程
2.1 苯胺一步化安全合成
2.1.1 苯胺传统生产工艺
2.1.2 传统苯胺生产过程危险性分析
2.1.3 一步化合成苯胺安全催化反应过程
2.2 苯酚一步化安全合成
2.2.1 苯酚传统生产工艺
2.2.2 传统苯酚生产过程危险性分析
2.2.3 一步化合成苯酚安全催化反应过程
2.3 DMC一步化安全合成
2.3.1 气相两步法碳酸二甲酯传统生产工艺
2.3.2 传统碳酸二甲酯生产过程危险性分析
2.3.3 一步化合成碳酸二甲酯安全催化反应过程
2.4 正丁胺一步化安全合成
2.4.1 正丁胺传统生产工艺
2.4.2 传统正丁胺生产过程危险性分析
2.4.3 一步化合成正丁胺安全催化反应过程
2.5 CPK一步化安全合成
2.5.1 环己基苯基甲酮传统生产工艺
2.5.2 传统环己基苯基甲酮生产过程危险性分析
2.5.3 一步化合成环己基苯基甲酮安全催化反应过程
2.6 TDI一步化安全合成
2.7 一步化安全反应思考
参考文献
第3章 纳微尺度反应集成安全过程
3.1 羟胺盐非安全中间反应物
3.1.1 羟胺盐危险性
3.1.2 直接合成环己酮肟的纳微尺度集成催化反应过程
3.2 环己酮肟非安全中间反应物
3.2.1 环己酮肟危险性
3.2.2 直接合成己内酰胺的纳微尺度集成催化反应过程
3.3 甲醇非安全中间反应物
3.3.1 甲醇危险性
3.3.2 直接制低碳烯烃的纳微尺度集成催化反应过程
3.3.3 直接制二甲醚的纳微尺度集成催化反应过程
3.4 甲醛非安全中间反应物
3.4.1 甲醛危险性
3.4.2 甲醇氧化直接制二甲氧基甲烷的纳微尺度集成催化反应过程
3.5 CO非安全中间反应物
3.5.1 CO2加氢直接制化学品的纳微尺度集成催化反应过程
3.5.2 CO2加氢制CO——逆水煤气变换反应路线及催化剂
3.5.3 CO2加氢直接制化学品的纳微尺度集成催化反应实例
3.6 光气非安全中间反应物思考
参考文献
第4章 替代危险反应物安全过程
4.1 碳酸二甲酯替代光气
4.1.1 光气性质、用途及危害性
4.1.2 合成甲苯二异氰酸酯
4.1.3 合成二苯基甲烷二异氰酸酯
4.1.4 合成六亚甲基二异氰酸酯
4.1.5 合成碳酸二苯酯
4.1.6 合成吡唑磺酰氨基甲酸酯
4.1.7 合成对苯二异氰酸酯
4.2 碳酸二甲酯替代硫酸二甲酯、氯甲烷
4.2.1 硫酸二甲酯、氯甲烷的性质、用途及危害性
4.2.2 合成甲基化产品
4.3 二氧化碳替代一氧化碳
4.3.1 一氧化碳的性质、用途及危害性
4.3.2 合成甲酸
4.3.3 合成乙酸
4.3.4 合成甲醇
4.3.5 合成甲烷
4.3.6 合成低碳烯烃
4.3.7 合成低碳醇
4.3.8 合成二甲醚
4.3.9 合成液体燃料
4.3.10 合成碳酸二甲酯
4.3.11 烯烃氢甲酰化
4.4 固体酸、离子液体替代无机液体酸催化剂
4.4.1 异丁烷与烯烃烷基化安全工艺过程
4.4.2 苯与乙烯烷基化制乙苯安全反应过程
4.4.3 固体酸替代液体酸的其他重要安全催化过程
4.5 替代非安全反应物思考
参考文献
第5章 膜催化组合反应安全过程
5.1 氢氧混合爆炸机理
5.2 透氢膜组合反应体系
5.2.1 H2-O2-苯直接合成苯酚
5.2.2 H2-O2-苯甲酸甲酯直接合成羟基苯甲酸甲酯
5.2.3 H2-O2直接合成双氧水
5.2.4 H2-O2-丙烯直接合成环氧丙烷
5.3 混合导体透氧膜组合反应
5.3.1 控制反应物输入型膜反应器与安全性
5.3.2 甲烷部分氧化反应的安全性分析
5.3.3 甲烷部分氧化制合成气
5.3.4 甲烷氧化偶联制乙烷和乙烯
5.3.5 乙烷氧化脱氢制乙烯
5.4 封装孔道液膜催化剂思考
参考文献
第6章 氢/氧体组合反应安全过程
6.1 化学储氢载体
6.1.1 环烷类储氢载体
6.1.2 氨硼烷化合物储氢载体
6.1.3 氨储氢载体
6.1.4 甲醇、乙醇储氢载体
6.1.5 肼硼烷储氢载体[5]
6.1.6 甲醇水溶液储氢载体
6.1.7 甲酸储氢载体
6.1.8 其他储氢载体
6.2 化学储氢载体组合反应
6.2.1 甲醇-水为储氢载体的组合反应
6.2.2 乙醇-水为储氢载体的组合反应
6.2.3 四氢化萘为供氢剂的组合反应
6.2.4 甘油-水为储氢载体的甘油加氢制丙二醇的组合反应
6.2.5 甲酸铵为储氢和储氮载体的组合反应
6.2.6 甲酸为储氢和羰基载体的组合反应
6.2.7 十氢萘为储氢载体的组合反应
6.2.8 甲酸为储氢载体的加氢原位制备Cu /ZnO催化剂的组合反应
6.2.9 氨为储氢载体的CO2加氢制甲烷安全膜的组合反应
6.3 固体储氧载体组合反应
6.3.1 载氧体为氧源的化学链燃烧过程
6.3.2 载氧体为氧化剂的化学链重整制合成气
6.3.3 利用处于还原态载氧体与水反应的化学链制氢
6.3.4 载氧体与气化剂提供氧的煤化学链气化
6.3.5 以晶格氧为氧源的选择氧化合成重要化学品反应体系
6.3.6 以二氧化碳为氧源的选择氧化合成重要化学品安全反应体系
6.4 氯化铵储氢载体思考
参考文献
第7章 危险物安全化及转化过程
7.1 异氰酸酯安全性分析
7.2 非安全物质安全化处理
7.3 TDI的安全中间反应物
7.4 氯化铵及原位转化过程
7.4.1 氯化铵与氨、氯化氢安全性对比
7.4.2 氯化铵分解为氨和氯化物反应路线
7.4.3 氯化铵为氮源和氯源合成环己酮肟和有机氯化物安全反应路线
7.5 危险物安全化及转化思考
参考文献
第8章 温和条件安全反应过程
8.1 合成氨安全反应体系
8.1.1 苛刻条件下合成氨工艺及安全性分析
8.1.2 温和条件下合成氨安全催化反应体系
8.2 合成甲醇安全反应体系
8.2.1 低温液相合成甲醇两步法
8.2.2 低温液相合成甲醇一步法
8.3 低压烯烃氢甲酰化安全反应体系
8.4 渣油低压加氢安全反应体系
8.4.1 石油炼化行业加氢过程安全性分析
8.4.2 低压下渣油加氢裂化安全反应体系
8.5 外场强化安全反应体系
8.5.1 微波强化技术
8.5.2 低温等离子体强化技术
8.5.3 超声波强化技术
8.6 过程强化安全反应体系
8.6.1 微反应技术与反应过程安全性
8.6.2 微反应技术在化工安全生产中的应用
8.6.3 微反应技术应用实例
8.6.4 撞击流技术在化工过程强化中的应用
8.6.5 其他过程强化的安全反应体系
8.7 CO2温和条件转化思考
8.7.1 CO2活化方法[130]
8.7.2 载体分子反应活化CO2概念
参考文献

在王延吉教授及同事的专著《本质安全催化工程》完稿之际，我有幸应作者之约，为这本专著写序。 最初接到王延吉教授的电话，我颇感惶恐，因为我虽多年从事催化反应工程方面的研究，但对本质安全导向的化工过程研究知之甚少，因而恐怕难以写好这一序言。于是我请作者能给予我一些时间，先作为一个读者，学习这本专著，然后再决定能否落笔作序。 承作者同意，我有机会先期拜读了这本专著的原稿。此序就作为是通读全书后的点滴体会吧。 化工生产不但是一种刚性需求，而且随着社会的发展，化工生产正经历着升级换代，新的产品和新的工艺也不断涌现。但是化工生产却也因为其自身的特殊性，带来了生产安全性和环境安全性等方面的问题。 化工生产往往存在高温高压、易燃易爆、有毒有害等安全隐患，当前主要是采取有效的防护措施和实行严格的安全管理等方法来解决，但并没有从根本上消除这些隐患。化工本质安全是指从源头上减少或消除化工生产过程存在的安全隐患，以避免或减少相关的防护措施，也是一种实现化工类生产安全性的重要理念。 本书作者在国内外文献的基础上，从化学反应工程的角度，归纳总结出从源头上解决化工催化反应过程安全问题的多步反应一步化、纳微尺度反应集成、替代危险反应物、膜催化组合反应、氢／氧载体组合反应、危险物安全化及转化、温和条件反应等七种方法。并结合重要化学品的生产实例和案例，论述了传统工艺存在的安全问题以及本质安全的合成路线和技术等。 目前，国内论述化工本质安全的专著还很少见，多散见于化工安全书籍的章节中，本书的出版在一定程度上弥补了这方面的不足。书中总结的通过不经由危险中间体的直接化合成反应、基于多功能催化剂的危险中间体及时转化的纳微尺度多反应集成以及氢(氧)载体直接参与反应等化工技术实现本质安全的方法当属今后化工本质安全发展的方向之一。本书主要内容由近年来国内外学者和作者团队的相关研究成果构成，系统地反映了本质安全催化工程领域的研究与发展动态。书中所给出的实现催化反应过程本质安全的方法以化学工程理论为基础，这将有助于化工专业技术人员建立本质安全的理念，设计、研究、开发化工本质安全的工艺与技术。 在通读本书后，我个人的感受是，作者提供了一本介绍化工生产有关的本质安全催化工程的专著，内容详实，案例丰富，宜于广大化工类工程技术人员研读参考，也可用作化工类师生的教学参考书。 2018年6月于上海