化学工程与工艺专业英语Unit-8

第八单元 石油加工 石油 是有机物经过一千年自然变化后的产物 它以几乎令人难以置信的数量在地表下累 积 它已被人类发现 并用以满足我们各种各样的燃料需求 因为它是数千种有机物的混 合物 它已被证明可适应我们变化的需求 通过加工或精炼的变化模式 它已变得适应于 多种燃料的生产 并且通过化学变化 它也变得可适应许多纯化学物质 也就是石油化学 产品的生产 现代的装置时时刻刻都在运作 首先一个管式加热器为高效蒸馏塔提供热油 高效蒸馏塔 利用沸点将原料分离 得到类似于从间歇蒸馏釜中所得的产品 但是它们分离得更加彻底 然后后面的装置将原油中不太畅销的部分 即所谓的下半桶 转变为我们想要的畅销的产 品 使用的工序包括多种裂化装置 将大分子裂解为小分子 聚合 重组 氢化裂解 氢 化处理 异构化 被称为焦化的严苛加工 实际上还有很多其他设计的用以改变沸点和分 子结构的工序 1 石油的组成 原油由数千种不同化学物质组成 从甲烷到柏油 气体 液体和固体都有 其中绝大部分 组成是碳氢化合物 但是也有大量的含氮 0 0 5 硫 0 6 和氧 0 3 5 的复合物 在任何原油中没有哪种单一组成大量存在 脂肪族化合物 或开链碳氢化合物 正烷烃系列或正构烷烃 CnH2n 2 在绝大多数原油中 这个系列比其他任何组分占据更 大的部分 绝大多数直馏 也就是从原油中直接蒸馏 汽油是占主导地位的 n 石蜡系 列 这些原料抗爆性能差 异构烷烃系列或异链烷烃 CnH2n 2 在内燃机中 这些支链化合物比正烷烃燃烧更佳 因此其更令人满意 可以通过催化重整 烷基化 聚合或异构化得到它们 原油中只有少 量存在 烯烃或烯烃系列 CnH2n 在原油中通常没有这个系列 但是精炼过程 比如裂化 将大 分子裂解为小分子 可以得到它们 这些相对不稳定的分子提高了汽油的抗爆性能 虽然 不如异构烷烃有效 储存期间 它们会发生聚合和氧化反应 这是我们不愿看到的 然而 通过副反应 这种特有的反应趋势使得它们可以形成其他化合物和石油化学产品 乙烯 丙烯和丁烯就是例子 裂化汽油含有大量烯烃 环状化合物 环烷系列或环烷烃 CnH2n 不要跟萘混淆了 这个系列有着和烯烃相同的化学式 但是 缺少它们的不稳定性和反应性 因为他们的分子结构是饱和的 并且像烷烃一样难以反应 在绝大多数原油中 这些化合物的含量排名第二 这个系列中的初级烃是很好的燃料 从 各种原油中分离得到柴油和润滑油 其中大分子量的环烷烃占据主导地位 芳香族或苯型系列 CnH2n 6 在绝大多数普通原油中 这个系列只有少量 但是它们在 汽油中非常有用 因为他们有高的抗震价值 高的储存稳定性和除作为燃料以外的很多用 途 很多芳香族化合物可通过精炼过程得到 这样的例子有 苯 甲苯 乙苯和二甲苯 小分子化合物 在石油中 硫总是我们不想看到的成分 它原有的强烈的令人不愉快的气 味使得它在汽油和煤油馏分中被排除 化学反应首先旨在于消除这种气味 后来发现硫化 合物还有其他我们不想看到的影响 腐蚀 削弱四乙基铅作为抗爆剂的作用 空气污染 现在 只要有可能 硫化合物都会被除去 并且被除去的硫往往会被还原为单质硫 氮化 合物造成的问题比硫化合物少 它的气味没有那么令人不快 所以通常就被忽略了 随着催化裂化和精加工工艺的普遍采用 我们发现痕量金属 铁 钼 钠 镍 钒等 的 出现是一件令人讨厌的事 因为它们是强催化剂毒物 现在除去这些物质物质的方法已经 成熟 多年来 盐是一个主要问题 实际上它总是出现在原油中 并且通常以乳状液的形 式存在 它必须除去以避免造成腐蚀 它降低了烃转变为盐酸的反应热 机械或电脱盐是 绝大多数石油加工步骤的准备工作 各种原油差别很大 每种原油都有不同的精炼过程 根据简单蒸馏后所得残余物的不同 石蜡基 沥青基 环烷基和混合基这些术语通常被用来区别不同原油 通过精炼过程 纯净的化合物不会被规律地分离 在石油产品生产中 较简单的和小分子 量化合物中的一些化合物被隔离 绝大多数石油产品是根据沸点范围分离得到的混合物 并且通过它们最终适应的用途来对其进行确定 常见的炼油部分是 天然的或油井的 中间馏分 蜡 蜡烛 密封油 纸张处理 绝缘材 料 汽油和天然气 重燃油 残余物 液化石油气 内燃机油 润滑油 轻馏分 柴油 燃油 动力汽油 重馏分 石蜡油 溶剂石脑油 重质矿物油 铺路沥青 喷气式发动机燃料 药物 柏油 煤油 重质浮选油 焦炭 轻质燃料油 润滑油 2 精炼产品 石油化学产品的产物母体 随着市场的变化 用以生产石油化学产品的原料也在不断变化 几乎任何想得到的合成体都会带来一个问题 那就是如何利用可得到的设备以低成本获得 它 在较早的时候 乙炔被广泛用来生产石油化学产品 但是乙炔的生产和储存有难度 所以现在乙烯变成了进一步合成所需的主要原材料 一般 通过分解被称为进料的大分子 所得到的反应物就是产物母体 乙烯的来源一般有 液化石油气 石脑油 柴油 柴油机 燃料 乙烷 丙烷和丁烷 关于煤的新的可能性不久就会被探索 并且液化煤的一些测试 也早已完成 主要的产物母体有 乙炔 丙烯 苯 二甲苯 乙烯 丁烯 甲苯 萘 乙烯是最大量的有机材料 可从馏出物 天然气或液态天然气中得到 乙烯的生产条件处 于精炼和化工生产之间的状态 非常大的工厂已经建立且正在建立 一些工厂有年产 7 10 8kg 产品的生产能力 除了作为乙烯的副产物 丙烯很少得到 乙烯的蒸汽裂化生产丙烯最多 事实上所有的丙 烯都是用来生产多聚物的 主要作为化工生产的剩余物来自石油精炼厂的液体催化裂化装 置 精炼厂所得丙烯主要用来进行烷基化 芳香族化合物通常被认为是从煤中得到的 但是在 1980 年 从这个来源中所得的量几乎 是难以察觉的小 苯的含量为 4 甲苯的含量为 0 9 而二甲苯的含量则只有 0 1 环己烷或取代环己烷脱氢作用 甲基环戊烷芳构化和甲苯或二甲苯脱甲基作用都可以得到 苯 对芳香族化合物的需求是巨大的 人们正在注意寻找催化剂以生产 BTX 苯 甲苯 二 甲苯 作为化学和高级的燃料用途 萘的使用量较初级芳香族化合物少 但是它的消费是不可小觑的 一个选定的重整油流 使用铬酸铝碳化物催化剂进行脱烷作用 所得的产品比成型的煤焦油更加纯净 轻馏分 航空汽油 汽车 动力汽油 石脑油 石油溶剂 喷气式发动机燃料和煤油就是 通常被视为轻馏分的馏分 任何给定的精炼厂很少生产所有这些轻馏分 汽油是最重要的 产品 并且现在大约 45 的原油加工最终都得到汽油 中间馏分 这些馏分包括柴油 轻重家庭炉用油 内燃机燃料和用以裂化生产更多汽油的 馏分 这些馏分主要用以作为交通工具燃料 如重型卡车 铁路 小型商业船 它们还用 在备用设备 调峰电厂 农场设备和有用以提供动力的内燃机的任何地方 家用加热炉也 使用这些馏分 重馏分 它们被转变为润滑油 作为多种燃料用途的重油 蜡和裂化原料 剩余物 甚至在真空中 一些组分因不易挥发而无法蒸馏 这些组分包括柏油 残余燃料 油 焦炭和石蜡油 这些难以出售的材料是精炼过程的副产品 虽然很多是相当有用的 但是绝大多数都难以处理 并且相对来说获利较少 石油提炼所得的化学制品 也就是通常我们所知道的石油化学产品 是由石油和天然气得 到的 其中一些产品的产量非常大 并且超过 1000 种的有机化学制品是从石油中获得的 这样的例子有炭黑 丁二烯 苯乙烯 乙烯 乙二醇 聚乙烯等 3 处理或精炼 精炼涉及分离工序和转变工序两个主要分支 尤其是在转变领域 当中确实有许多工序需 要使用 并且很多都被注册了专利 甚至在一家精炼单一原油的工厂 为了适应市场的变 化和转化设备参数的变化 日常的调整时常发生 在任何一天 没有哪一家精炼厂会精确 按照预定计划运转 但是所有精炼厂都会按照指示的底线运转 分离工序 石油精炼中所使用的单元操作都是简单常见的 但是它们之间的相互联系和相 互影响可能是复杂的 绝大多数主要的单元操作是蒸馏 原油蒸馏釜由热交换器 炉 分 馏塔 蒸汽汽提塔 冷凝器 冷却器和辅助设备组成 单元操作中通常有供应槽作为临时 储存之用 当中往往也有处理罐 以提高色彩并去除令人讨厌的组分 尤其是硫 还有混 合搅拌罐 用以进行原油供料的收集槽和贮槽 一个蒸汽回收系统 泄漏和火警控制系统 和其他辅助设备 精炼厂作为一个整体 还会有锅炉房 通常也有发电系统 仪表室中有 用以测量 记录和控制的仪器 它与原料保持联系以保证热量和原料的平衡 所以仪表室 构成了系统的心脏 这些