C1-化工基础原料及其加工.ppt

第一章 绪 论 化工基础原料及其加工 化工工艺学 本本 章章 目目 录录 n0 课程简介 q第一节 概述 q第二节 煤/天然气/生物质的化工利用 q第三节 石油及其加工 * 大型石油化工联合企业简介 0 化工工艺学课程简介 0.1 本课程目的任务: l化工工艺学课程是一门涉及无机化学、有机化学 、物理化学、化工原理、化工热力学、反应工程、化 工技术经济等多门学科的专业性较强的课程，是高等 学校本科化学工程与工艺专业学生的主干专业课。 l通过对化工工艺学课程学习，使学生了解现代化 工产品生产技术的全貌，掌握典型化工产品生产方法 、工艺原理和工艺条件选择、工艺流程和关键设备、 节能降耗与三废治理等技术知识。 l为今后从事化工生产、管理、设计工作和从事化工新 产品、新技术的开发工作打下基础。 0.2 化工工艺学课程 教学内容 章节节 教学环节环节讲课讲课习题课习题课讨论课讨论课合计计 第一章 绪论绪论4 第二章 烃类热烃类热 裂解6 第三章 催化加氢氢4 第四章 催化氧化2 第五章 烃类烃类 的卤卤化3 第六章 合成氨5 第七章 硫酸工业业4 第八章 化学肥料4 第九章 烧烧碱工业业2 机动动2 合 计计36 0.3 教材与参考书 教 材： 1、基本有机化工工艺学 (修订版) ，吴指南，化学工 业出版社，2002年。 2、化工工艺学(第三版)，薛荣书等编，重庆大学出 版社，2009年。 参考书： 1、无机化工工艺学 （第三版）（上、中、下），陈五平主编， 化学工业出版社，2001年。 2、 煤化工工艺学 （第二版） 郭树才, 化学工业出版社, 2008年 。 3、石油炼制工程 （第三版） ，林世雄，石油工业出版社， 2000年。 4、 化学工艺学 （第二版） ，黄仲九等编，高等教育出版社， 2008年。 0.4 学习要求 l了解基本化学工业有代表性的典型“大化工” 过程，生产技术现状及发展趋势，经济技术指标、 能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理方法 ； l熟悉生产过程的原料来源和产品特点，热力学与 动力学特征，催化剂构成与特性，主要设备的结构 和特点； l掌握典型化工产品生产方法、生产原理、工艺条 件选择、工艺流程及特点。 认真听课 记好笔记 完成作业及课 程文献调研 学习流程示意 图 0.5 学习方法： 第一节 概述 v化学工业产品有很多:化学原料、化学肥 料、三大合成材料、染料、香料、涂料、感 光材料、橡胶材料、新型材料、医药、农药 、炸药、各种试剂、助剂、日用化学品等等 . v通常化学工业可分为无机化学工业和有机 化学工业即无机化工和有机化工. 一、无机化工 q基本无机化工 三酸、两碱、合成氨、化学肥 料 q精细无机化工 各种试剂、药剂、日化品、稀 有元 素等 q电化学工业 氯碱工业、湿法电冶金、电石生 产等 q硅酸盐工业 玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等 q矿物涂料和颜料的生产 二、有机化工 基本有机化工 三烯三苯一炔一萘;甲醇、甲醛、乙 烯系、丙烯系和芳香烃产品等 精细有机化工 各种试剂、药剂、香料和杀虫剂、 染料工业和各种中间体(医药、农药、颜料)等 高分子化工 三大合成、成膜材料等的生产 燃料化工 石油、天然气、煤的化学加工等 食品工业 糖、油脂、饮料、生化产品等 其它 造纸、制革、橡胶等的加工 三、化学工艺与化学工程 n化学工艺：研究化工产品的原料特点、物理化学性 质、生产原理，最适宜的工艺路线、最适宜工作条件 、工艺流程，生产设备的构造和材料，工艺计算，技 术经济评价，市场动态等的一门科学。 n化学工程：研究化工生产过程的基本原理，寻找各 单元操作和化学反应过程的内在规律，并据此解决生 产中所需设备机械的设计和操作条件等的一门科学。 n工艺学：了解从原料变为产品的过程。 l基本有机化工：利用自然界存在的天然资源（煤、石油 、天然气、农副产品）经过物化过程得到基本有机化工 产品的过程。其产品有：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲 苯、二甲苯、乙炔、萘、合成气；甲醇、甲醛、乙醇、 乙醛、醋酸、环氧乙烷、异丙醇、丙酮、丁醇、顺酐、 苯酐 。 l基本有机化工工在国民经济中的应用 三大合成材料：橡胶、塑料、纤维 橡胶：顺丁、丁苯、丁腈、氯丁、异戊二烯 塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS 纤维：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维伦 l以乙烯产量作为衡量一个国家化工发展水平的标志 。 四、化学工业及其特点四、化学工业及其特点 n（一）化工过程的共性： n原料处理。为了使原料符合进行化学反应所要求的 状态和规格，根据具体情况，不同的原料需要经过净化 、提浓、混合、乳化或粉碎等多种不同的预处理。 n化学反应。经过预处理的原料，在一定的温度、压 力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收 率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、异构化、 焙烧等。通过化学反应，获得目的产物或其混合物。 n产品精制。将由化学反应得到的混合物进行分离， 除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。 （二）化工工艺学与所学课程的关系： （三）化学工业的发展史 n18世纪前：作坊式手工工艺。如酿造、玻璃、冶金等。 n18世纪初：铅室法制硫酸，到了19世纪中，原料由硫黄 改为黄铁矿，使硫酸工业发展成为化学工业的心脏。 n19世纪中叶：硝酸开始工业化，煤干馏工业开始。 n19世纪后期：纯碱大规模生产，副产品盐酸。 n1913年:世界上第一个合成氨厂建立,有力的促进了无机 和有机化工的发展。 n20世纪40年代:管式炉裂解烃开发成功。 n20世纪50年代后:三大合成材料（合成塑料、合成橡胶、 合成纤维）工业开始发展。 （四）化学工业的重要作用 l人类的生存离不开化学工业，粮食的增 产需要化肥和农药，人们的健康需要药物 。 l人类的日常生活（衣/食/住/行/用）离不 开化学工业。 l化工是二次能源的主要供应者，也是未 来能源的开拓者。 l国防、军工、航天离不开化工。 l高新技术的发展离不开化工。 l化工是国民经济的支柱产业。 （五）化学工业的特点 v在国民经济中占有重要地位 v品种多、原料广、工艺路线多 v装置大型化 具有规模经济性 v综合利用率高 有联产品和副产品 v自动化程度高,生产效率高 (催化剂,高温高压,反应速度快,材料,三废) （六）现代化学工业发展方向 n开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的 周期，加快产品更新和升级的速度。 n最充分、最彻底地利用原料。 n大力发展绿色化工。 n化工过程要高效、节能和智能化。 n实施废弃物再生利用工程。 第二节 煤/天然气/生物质的化工利用 一、化工生产基本原料简介 1、石油、煤、天然气 、农林副产品，各种矿物质。 2、世界能源消耗量(2007)： 石油35.6%、煤28.6%、天然气25.6%、其他 11%。 我国：石油20、煤70、天然气3%、其他7% 3、2008年世界石油产量前五位：沙特5.15、俄罗斯 4.28、美国3.05、伊朗2.01、中国1.90亿吨。 2010我国原油储量27.87亿吨，产量2.03亿吨,居世界 第4位。原油加工量5亿吨。 4、2007年中国煤炭产量25.23亿吨美10.4俄4.5.居世界 第一位。2010年中国煤炭产量32亿吨。 1.定义：埋藏在地下深度不同地层中的可燃性气体。 组成：CH4,H2,C2,C3,C4,少量C5,CO2,N2,H2S等 2.分类： 干气（即贫气，甲烷含量大于90%)。 湿气（即富气，甲烷含量 小于90%，还含有C2,C3,C4 ）。 油田伴生气（CH4为主含有少 量C2,C3,C4 ，C5以上） 。 凝析油（C5以上）。 3.利用： 民用 工业用：直接应用，生产合成气，生产液化气 化工利用（见下页图） 二、天然气的加工与利用 天然气的化工利用 三、煤的化工利用 1、煤的来源、性质： l煤由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、 铁、钙、镁的无机矿物质组成。 l煤的分类：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 l H%、O%含量顺序：泥煤褐煤 烟煤无烟煤 l芳香核结构；BTX,萘，蒽，咔唑，喹啉，吡啶，酚类，等 2、煤的加工和利用 q焦化(干馏)高温/中温/低温焦炉气、氨水、粗苯、煤焦油、焦炭 。 q气化-CO、H2-合成氨、甲醇、烯烃。 q液化-石油组份-汽、柴油，化工原料。 q生产电石乙炔化工由电石生产乙炔耗电量大，每公斤电石耗电 约10KWh左右。 C +CaOCaC2(+H2O) C2H2 四、农林副产品的化工利用 含淀粉物质 粮食、种子发酵乙醇、丁醇、丙酮、葡萄糖 含纤维素物质 玉米芯、秸杆、苷蔗渣酸解糠醛、木糖、 乙酸 糠醛 外观及用途 质量要求 非食用油脂 蓖麻油、桐子油、松子油 n1.农林副产品 n玉米芯-糠醛（萃取剂） 提取色素（辣椒-红色素） 植物花-香精、松节油 n2.动植物油-硬化油、硬脂酸、甘油 n3.海洋化工-天然气、烃类水和物 1 具有苦杏仁味的浅黄至琥珀色透明液体，贮 存中色泽逐渐加深直至变为棕色。 糠醛 糠醛的生产 2C6H12O6 (葡萄糖） 2C6H10O5 H2O 淀粉 C12H22O11 (麦芽糖) -H2O C6H12O6 酵母 2CH3CH2OH + 2CO2 乙醇的生产 HC CH C5H10O5 CC 糠醛 O CHO + 3 H2O 第三节第三节 石油及其化学加工石油及其化学加工 一、石油的性质、组成 、来源与开采 v颜色:黄-黑褐色,有荧光. v相对密度:0.75-1.0 v组成: C 85%-87%;H 11%-14%;S、N、O1%. S: H2S,RSH,RSR,RSSR,COS,Ar-SH v分类:特性因素 石蜡基石油、中间基石油、环烷基石油 v石油的来源与开采 v天然气-石油伴生气即油田气 二、石油产品及其牌号 l汽油(50-200): 90#、93#、95#、97#、 (70#)。辛烷值 l航煤(145-230 ): 1#、2#、3#、4#. 结晶点等 l煤油(180-310 ): 灯用级、信号灯级、拖拉机级 l柴油(260-350 ): 5、0、-10、-20、-35、-50.凝点 l润滑油(350-520 ):汽机油、柴机油、机械油、工艺油 l重油(520 ):锅炉级 船用级 l石蜡:45、50、52、60. 熔点 l地蜡:67、75、80. 滴点 l沥青:道路-,建筑-,橡胶-,油柒-. 针入度 三、原油预处理 原油预处理（电化学沉降脱盐脱水） 工艺流程图（下页） 加热沉降法 T,粘度，水受重力下沉。 化学处理法 加破乳剂破化乳化 高压电场法 四、常减压蒸馏 一次加工一次加工 常减压蒸馏(常压 370；减压 400)精馏简介 1-初馏塔；2-常压加热炉；3-常压塔；4-减压加热炉；5-减压 塔 某化工厂原油常减压蒸馏三段气化工艺流程图 五、石油的二次加工 n 催化裂 化 n 催化重整 n 催化加氢 n 热裂化 n 延迟焦化 n 减粘裂化 上海 延迟焦化 1、催化裂化 催化裂化是以重质馏分油为原料，在催化剂、 0.10.3MPa和450530下进行裂化的过程。 原料 减压馏份油；常压重油；焦化蜡油 产品 汽油、轻柴油、重柴油、液化气 (干气和油浆) 催化剂 无定型硅酸铝-固定床反应器 合成硅酸铝-流化床反应器 分子筛/硅酸铝-提升管反应器 原理 (反应-再生) 大分子小分子 （正 烷正 烷1 + 烯烃）； 正 烷异构 烷；环烷烃 芳香烃。 催化裂化工艺流程 包括三部分：反应-再生、分馏、吸收-稳定 双塔吸收稳稳定工艺艺流程 1吸收塔；2脱吸塔；3再吸收塔；4脱丁烷烷塔；5平衡罐； 6冷凝器；7换热换热 器；8重沸塔；9回流罐 2 催化重整 催化重整是将适当的石油馏分在贵金属催化剂Pt作用下 ，进行碳架结构的重新调整，使环烷烃和烷烃发生脱氢 芳构化反应而形成芳烃的过程。 目的:直馏汽油芳香烃、高辛烷值汽油、H2、液化气 原理： 环烷烃（六圆、五圆）芳香烃； 烷烃芳香烃；烷烃异构烷烃。 催化剂：铂、铂铼、铂铱铝/分子筛 工艺流程： 直馏汽油预处理（预脱砷、预分馏、预 加氢）反应后加氢白土精制分馏产品 催化重整工艺流程图 包括四部分：预处理、重整反应、芳烃抽提、芳烃分离 六、石油化工关系示意图 *大型石油化工联合企业 简介 n中国石化齐鲁股份有限公司是中国石化集团公司 直属的特大型石油化工联合企业，位于山东省淄博 市，净占地22平方公里。东距青岛市250公里，西距 济南市120公里，北距胜利油田40公里。 q公司拥有大型石油化工生产和辅助装置96套，可 生产各类石化产品120余种。其中原油年加工能力 1000万吨，乙烯年生产能力72万吨，尿素60万吨 ， 合成橡胶17万吨，合成树脂110万吨，烧碱45万吨。 q是我国目前最大的原油加工、合成树树脂、合成橡 胶、烧烧碱、化肥、炼炼油催化剂剂和沥沥青生产产基地之一 。 齐鲁石化-生产装置与产品结构 本章 作业与思考题： l利用网络或查阅其他资料，了解煤化工、糠醛的 生产。 l化学工业的特点有哪些？ l糠醛的下游产品有哪些？ l利用网络或查阅其他资料，了解石油的加工过程 。 l什么是油品的特性因数？为什么特性因数的大小 可以大致判断石油及其馏分的化学组成？ l简述催化裂化的原理、催化剂和工艺过程。 2010年中国企业业500强 2002年中国企业业100强 1 中国石油化工集团公司13919亿元 1中国石油化工集团团公司 2国家电电网公司2中国石油天然气集团团公司 3中国石油天然气集团团公司3国家电电网公司 4中国移动动通信集团团公司4中国工商银银行股份有限公司 5中国工商银银行5中国移动动通信集团团公司 15中国中化集团团公司6中国建设银设银 行股份有限公司 19中国海洋石油总总公司7中国人寿保险险（集团团）公司 33神华华集团团有限责责任公司8中国银银行股份有限公司 54中国化工集团团公司9中国农业银农业银 行股份有限公司 60河南煤业化工集团有限公司1040 10中国中化集团团公司 75中国平煤神马能源化工集团有限责 任公司801 17中国海洋石油总总公司 76山西焦煤集团团有限责责任公司68河南煤业化工集团有限公司 106山西晋城无烟煤矿业集团有限责任 公司 554 【2009-132】 80 中国平煤神马能源化工集团有限责 任公司 河南煤业化工集团，2008年12月5日在原永煤集团、鹤煤集团、焦煤集 团、中原大化、省煤气集团的基础上重组成立的国有独资公司。 本章结束 -谢谢各位！ 双组份分离（精馏）原理示意图 来源 常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油 催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油 辛烷值 汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。 辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好 测定方法：研究法(RON)、马达法(MON) 汽油的来源和指标 l“辛烷值” : 如93、95、97等，97为高辛烷值汽油的标号。 异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）辛烷值定为100；正庚烷定为0 。 l汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，按标准 条件，调节标准燃料组成的比例，在实验室标准单缸汽油机上 用对比法进行的。当标准燃料产生的爆震强度与试样相同，此 时标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。 l马达法辛烷值MON 测定条件苛刻，发动机转速900r/min进气 温度149。它反映汽车在高速、重负荷下行驶汽油抗爆性。 l研究法辛烷值RON转速为600r/min，进气为室温。这种辛烷 值反映汽车在市区慢速行驶时的汽油抗爆性。对同一种汽油， 其研究法辛烷值比马达法辛烷值高约015个单位. l辛烷值指数等于二者的平均值。(RON+MON)/2 l例如：车用汽油GB17930-2011规定，93#RON93， (RON+MON)/2 88，终馏点205 ， S含量0.015% 评定柴油发火性能（自燃性）的指标 十六烷值定义： 在单缸发动机中，当试验油料的自燃性和十六烷 与2甲基萘某一混合物的自燃性能相同时，待测 油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的体积百 分数相同 柴油的指标- 十六烷值 n柴油( 轻柴油),划分柴油标号的依据是柴油的凝固 点 n目前国内应用的轻柴油按凝固点分为6个标号：5 柴油、0柴油、10柴油、20柴油、 35柴油和50柴油。选用不同标号的柴油应主 要根据使用时的气温决定。 通常，5柴油适合于气温在8以上时使用； 0柴油适用于气温在8至4时使用； 10柴油适用于气温在4至5时使用； 20柴油适用于气温在5至14时使用； 35柴油适用于气温在14至29时使用； 50柴油适用于气温在29至44或者低于该温度 时使用。 n河南今年入围2009中国企业500强的 企业有16家 河南煤业化工集团有限责任公司（第68位） 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司（第80位） 安阳钢铁集团有限责任公司（第107位） 郑州铁路局（第168位） 河南省漯河市双汇实业集团有限责任公司（第177位 河南中烟工业公司（第275位） 金龙精密铜管集团股份有限公司（第321位） 河南神火集团有限公司（第335位） 洛阳新安电力集团有限公司（第344位） 郑州宇通集团有限公司（第382位） 郑州煤炭工业（集团）有限责任公司(第397位) 义马煤业集团股份有限公司（第447位） 河南济源钢铁（集团）有限公司（第456位） 河南豫光金铅集团有限责任公司（第477位） 河南豫联能源集团有限责任公司（第498位） 登封电厂集团有限公司（第499位） n中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，位于河 南省洛阳市东北郊的黄河北岸，始建于1978年，是 我国第一座自行设计、自行安装建设的单系列原油 加工能力50