《化工工艺学》化工基础原料及其加工

第一章绪论[化工基础原料及其加工]《化工工艺学》本章目录 0课程简介 第一节概述 第二节煤/天然气/生物质的化工利用 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:《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。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、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。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    章节教学环节 讲课 习题课 讨论课 合计  第一章绪论 4  第二章烃类热裂解 6  第三章催化加氢 4  第四章催化氧化 2  第五章烃类的卤化 3  第六章合成氨 5  第七章硫酸工业 4  第八章化学肥料 4  第九章烧碱工业 2 机动 2 合计 360.3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；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；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.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、无机化工基本无机化工三酸、两碱、合成氨、化学肥料精细无机化工各种试剂、药剂、日化品、稀有元素等电化学工业氯碱工业、湿法电冶金、电石生产等硅酸盐工业玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等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 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。 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。 工艺学：了解从原料变为产品的过程。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。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 （一）化工过程的共性：•①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。•②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。•③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 18世纪前：作坊式手工工艺。如酿造、玻璃、冶金等。 18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。 19世纪中叶：硝酸开始工业化，煤干馏工业开始。 19世纪后期：纯碱大规模生产，副产品盐酸。 1913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。 20世纪40年代:管式炉裂解烃开发成功。 20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。人类的日常生活（衣/食/住/行/用）离不开化学工业。化工是二次能源的主要供应者，也是未来能源的开拓者。国防、军工、航天离不开化工。高新技术的发展离不开化工。化工是国民经济的支柱产业。（五）化学工业的特点在国民经济中占有重要地位品种多、原料广、工艺路线多装置大型化具有规模经济性综合利用率高有联产品和副产品自动化程度高,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。最充分、最彻底地利用原料。大力发展绿色化工。化工过程要高效、节能和智能化。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：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。煤的分类：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤H%、O%含量顺序：泥煤>褐煤>烟煤>无烟煤芳香核结构；BTX,萘，蒽，咔唑，喹啉，吡啶，酚类，等2、煤的加工和利用焦化(干馏)[高温/中温/低温]焦炉气、氨水、粗苯、煤焦油、焦炭。气化----CO、H2----合成氨、甲醇、烯烃……。液化---石油组份---汽、柴油，化工原料。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+CaO→CaC2(+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… 1.农林副产品 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 2.动植物油-→硬化油、硬脂酸、甘油 3.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）第三节石油及其化学加工一、石油的性质、组成、来源与开采颜色:黄—-黑褐色,有荧光.相对密度:0.75---1.0组成:C85%-87%;H11%-14%;S、N、O—1%.S:H2S,RSH,RSR,RSSR,COS,Ar-SH分类:特性因素石蜡基石油、中间基石油、环烷基石油石油的来源与开采天然气-----石油伴生气即油田气二、石油产品及其牌号汽油(50-200℃):90#、93#、95#、97#、(70#)。辛烷值航煤(145-230℃):1#、2#、3#、4#.结晶点等煤油(180-310℃):灯用级、信号灯级、拖拉机级柴油(260-350℃):5、0、-10、-20、-35、-50.凝点润滑油(350-520℃):汽机油、柴机油、机械油、工艺油重油(≧520℃):锅炉级船用级石蜡:45、50、52、……、60.熔点地蜡:67、75、80.滴点沥青: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]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、石油的二次加工催化裂化催化重整催化加氢热裂化延迟焦化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、0.1~0.3MPa和450~530℃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]双塔吸收稳定工艺流程1－吸收塔；2－脱吸塔；3－再吸收塔；4－脱丁烷塔；5－平衡罐；6－冷凝器；7－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 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。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。是我国目前最大的原油加工、合成树脂、合成橡胶、烧碱、化肥、炼油催化剂和沥青生产基地之一。齐鲁石化--生产装置与产品结构本章作业与思考题：利用网络或查阅其他资料，了解煤化工、糠醛的生产。化学工业的特点有哪些？糠醛的下游产品有哪些？利用网络或查阅其他资料，了解石油的加工过程。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？简述催化裂化的原理、催化剂和工艺过程。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。 2010年中国企业500强 2002年中国企业100强 1 中国石油化工集团公司13919亿元 1 中国石油化工集团公司 2 国家电网公司 2 中国石油天然气集团公司 3 中国石油天然气集团公司 3 国家电网公司 4 中国移动通信集团公司 4 中国工商银行股份有限公司 5 中国工商银行 5 中国移动通信集团公司 15 中国中化集团公司 6 中国建设银行股份有限公司 19 中国海洋石油总公司 7 中国人寿保险（集团）公司 33 神华集团有限责任公司 8 中国银行股份有限公司 54 中国化工集团公司 9 中国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 中国海洋石油总公司 76 山西焦煤集团有限责任公司 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本章结束----谢谢各位！双组份分离（精馏）原理示意图化学工业原料矿产资源海洋资源动物植物空气水或其它林、农业的副产品化学矿煤石油天然气 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“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。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。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。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0～15个单位.辛烷值指数等于二者的平均值。(RON+MON)/2例如：车用汽油GB17930-2011规定，93#RON≮93，(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 柴油(轻柴油),划分柴油标号的依据是柴油的凝固点 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。 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） 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500万吨/年燃料型炼油企业。经过30年的建设发展，已逐步发展成为集炼油、化工、化纤于一体的综合型炼化企业，2007年成为河南省首批营业收入超过300亿元的企业。 现拥有800万吨/年炼油、26万吨/年芳烃抽提、21.5万吨/年对二甲苯、32.5万吨/年精对苯二甲酸、20万吨/年聚酯、10万吨/年长丝、25万吨/年短纤维、8万吨/年聚丙烯、2万吨/年双向拉伸薄膜生产能力。 主要产品有汽油、柴油、煤油、溶剂油、液化气、丙烯、工业硫磺、石油焦、道路沥青、石油苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、精对苯二甲酸、聚酯切片、涤纶长丝和短纤维、聚丙烯、双向拉伸薄膜等60多种。 中国石化中原石油化工有限责任公司（以下简称中原石化）地处冀、鲁、豫交界的河南省濮阳市，是中国石油化工股份有限公司下属的控股子公司。    中原石化是由河南省人民政府和原中国石油天然气总公司合资兴建的国家“八五”重点建设项目，1988年11月国家计委批准工程可行性研究报告，1993年7月正式开工建设，1996年7月建成投产，1998年工程通过国家竣工验收。1995年6月河南省政府和原中国石油天然气总公司按照《公司法》组建中原石油化工有限责任公司，1998年石油石化两大集团重组时，经国务院批准划归中国石化集团公司。2005年1月1日中原石化被收购上市，进入中石化股份公司。    中原石化主要包括乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁烯－1、苯抽提等生产装置及公用工程、生产辅助系统。主装置采用20世纪九十年代世界先进技术成套从国外引进。经2000年技术改造，乙烯装置由原设计14万吨/年改造至18万吨/年；聚乙烯装置由原设计12万吨/年改造至20万吨/年；聚丙烯装置由原设计4万吨/年改造至6万吨/年；丁烯-1和苯抽提装置2004年建成投产，丁烯-1生产能力为1.7万吨/年，丁烯-2为2万吨/年，苯为5万吨/年。*