第二章 化学原料及其初步加工课件

1、 化工工艺学化工工艺学 化学原料及其初步加工化学原料及其初步加工 化工工艺学化工工艺学 化学矿物化学矿物是化肥工业、化工、冶金及是化肥工业、化工、冶金及其相其相 关工业的原料，主要有磷矿、关工业的原料，主要有磷矿、硫铁矿和硼矿。硫铁矿和硼矿。 化工工艺学化工工艺学 l 磷矿磷矿 化工工艺学化工工艺学 l酸法磷肥酸法磷肥l热法磷肥热法磷肥 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 l酸法磷肥酸法磷肥：又称为湿法工艺，利用硫酸、硝酸、磷酸或者混酸分解磷矿粉，一般获得磷酸钙，磷酸铵以及硝酸磷肥等。l热法磷肥热法磷肥：指添加某些助剂在高温下分解磷矿石，经过进一步处理制成可被农作

2、物吸收的磷肥，主要有：钙镁磷肥、脱氟磷肥等。 化工工艺学化工工艺学 l天然气天然气 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 l 干气干气 甲烷含量高于甲烷含量高于90% l 湿气湿气 C2C4烷烃含量烷烃含量15%20%l油田伴生气油田伴生气 天然气于石油伴生天然气于石油伴生l煤层气（瓦斯气）煤层气（瓦斯气） 吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷l天然气水合物天然气水合物 冻土带和海底甲烷与水组成冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物的笼形化合物 化工工艺学化工工艺学 l 制氢气和合成氨制氢气和合成氨 l 经合成气路线制燃料和化工产品经合成气路线制燃料和化工产品 l 直接催化转化成化工产品直接催化转化成化工产

3、品 l 热裂解制化工产品热裂解制化工产品 l 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化l 湿气中湿气中C2 C4烷烃的利用烷烃的利用天然气的化工利用天然气的化工利用 化工工艺学化工工艺学 l石油石油是指气态、液态和固态的烃类混合是指气态、液态和固态的烃类混合物，具有天然的状态。原油是指石油的物，具有天然的状态。原油是指石油的基本类型，储存在地下岩层内，在常压基本类型，储存在地下岩层内，在常压下呈液态。下呈液态。l石油化工自石油化工自20世纪世纪50年代开始蓬勃发展年代开始蓬勃发展l基本有机化工、高分子化工、精细化工基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品中大约有

4、及氮肥工业等的产品中大约有90%来源来源于石油和天然气于石油和天然气 化工工艺学化工工艺学 l三烯三烯乙烯、丙烯、丁二烯乙烯、丙烯、丁二烯 l 石油制取石油制取l三苯三苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 l 石油、天然气和煤制取石油、天然气和煤制取 化工工艺学化工工艺学 l由分子量不同、组成和结构不同、数量由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的众多的化合物构成的混合物混合物，其中化合，其中化合物的沸点从常温到物的沸点从常温到500以上。以上。l石油中的化合物分为石油中的化合物分为 烃类烃类 非烃类非烃类 胶质和沥青胶质和沥青 化工工艺学化工工艺学 l烃类化合物烃类化合物l非烃化合

5、物非烃化合物 l胶质和沥青质胶质和沥青质 链式饱和烃链式饱和烃 环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物 稠环烃类等稠环烃类等 化工工艺学化工工艺学 l为什么要进行原油预处理？ （1）原油中的水会增加燃料消耗和蒸馏塔顶冷凝冷却器的负荷； （2）原油中的无机盐受热后易水解生成盐酸，腐蚀设备，结垢，增加热阻，降低传热效果； （3）影响油品二次加工过程及产品的质量。 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化

6、工工艺学化工工艺学 l炼油工业与汽车工业紧密相关l汽车工业的发展对石油产品提出汽车工业的发展对石油产品提出更多、更高的要求更多、更高的要求l石油的化学加工方法应运而生石油的化学加工方法应运而生 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 l原油蒸馏是整个石油加工过程的龙头为后续的加工提供原料直接获得相应的直流产品 化工工艺学化工工艺学 l如何实现原油到产品的第一步原油组成原油组成十分复杂十分复杂l沸点：常温到沸点：常温到800以上以上l分子量：几十到几千分子量：几十到几千诸多的轻组分和重组分诸多的轻组分和重组分蒸蒸馏馏 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 根据沸程

7、的不同，将石油分类根据沸程的不同，将石油分类l石脑油（轻汽油）石脑油（轻汽油） 50140l汽油汽油 140200l航空煤油航空煤油 140230l煤油煤油 180310l柴油柴油 260350l润滑油润滑油 350520l重、渣油重、渣油 520 化工工艺学化工工艺学 利用原油中各组分沸点的差别进行分离利用原油中各组分沸点的差别进行分离常压蒸馏常压蒸馏减压蒸馏减压蒸馏 4、石油的加工、石油的加工一次加工一次加工 油品的加工油品的加工 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 少量气体少量气体黑硬的焦炭黑硬的焦炭 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 二次加工二次

8、加工 馏分油的化学加工调整烃类的组成馏分油的化学加工调整烃类的组成u催化裂化催化裂化:最重要的二次加工过程最重要的二次加工过程轻质燃料需求量大轻质燃料需求量大重质油重质油轻质化轻质化p热裂化热裂化p催化裂化催化裂化取代取代 化工工艺学化工工艺学 l催化裂化是一种使用催化剂的裂化过程。l催化裂化的目的目的是要增加汽油的产量。l我国的汽油生产中，催化裂化汽油约占80% 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 催化催化裂化裂化产品产品特点特点l催化柴油催化柴油l催化气体催化气体l催化汽油催化汽油我国的汽油生产中，我国的汽油生产中，催化裂化汽油约占催化裂化汽油约占80%，含有

9、较多的烯烃和硫含有较多的烯烃和硫质量较差，需要后续加工质量较差，需要后续加工C3、C4成分较多，成分较多，可用作液化气或石油化工原料可用作液化气或石油化工原料 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 l来源来源 常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油 催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油l辛烷值辛烷值 汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。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，汽油的质量辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好也愈好 l 测定方法：研究法测定方法：研究法(RON)、马达法、

10、马达法(MON) 汽油的来源和指标汽油的来源和指标 化工工艺学化工工艺学 将异辛烷规定为将异辛烷规定为100，正庚烷为，正庚烷为0，两者以，两者以不同比例混合，制成标准汽油。将待测汽油不同比例混合，制成标准汽油。将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中抗爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同抗爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量测标准汽油中异辛烷的百分含量 93 ？ 90 辛烷值定义辛烷值定义 化工工艺学化工工艺学 l1.添加四醋酸铅；l2.用催化裂化、催化重整方法得到的芳烃、环烷烃和异构烷烃调整汽油；l3.添加高辛烷值组

11、分如甲基叔丁基醚（MTBE）、异构化油等方法1，含铅，禁用；方法3，MTBE致癌，不能长久使用 化工工艺学化工工艺学 近年来，驾车人近年来，驾车人士有一个印象，汽士有一个印象，汽油辛烷值越高越好。油辛烷值越高越好。到底是否辛烷值越到底是否辛烷值越高就越好？高就越好？ 化工工艺学化工工艺学 l加氢裂化时催化裂化技术的改进加氢裂化时催化裂化技术的改进，是在加氢条件下进行的催化裂化反应，可抑制催化裂化时发生的脱氢缩合反应，也避免了焦炭的生成。l催化剂催化剂：具有加氢活性和裂化活性的双功能催化剂。主要有非贵金属和贵金属催化剂两种。l反应器主要有固定床、沸腾床和悬浮床 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化

12、工工艺学 化工工艺学化工工艺学 l方法方法:用轻度热裂化方法来调整原料油中的烃类结构。l工艺参数工艺参数：反应温度525575， 压力27MPa,裂化时间为1020s。l目的目的：高压下使低辛烷值汽油变成高辛烷值汽油。l缺点缺点：汽油的收率低、辛烷值低、稳定性差 化工工艺学化工工艺学 l催化剂：铂铂l发生五类反应 化工工艺学化工工艺学 l催化重整工艺流程催化重整工艺流程（1）预脱砷和预分离（）预脱砷和预分离（2）预加氢（）预加氢（3）催化重整（）催化重整（4）后加氢（后加氢（5）稳定系统（）稳定系统（6）芳烃抽提（）芳烃抽提（7）芳烃分离）芳烃分离 化工工艺学化工工艺学 （6）芳烃抽提（）芳烃

13、抽提（7）芳烃分离）芳烃分离 化工工艺学化工工艺学 石油的加工的主要途径和产品石油的加工的主要途径和产品 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 l中国拥有世界第二可采储量的煤，1/4在山西，又称煤都。 化工工艺学化工工艺学 l成煤植物和生成条件不同，煤可分为：成煤植物和生成条件不同，煤可分为： 腐植煤：高等植物形成的煤 残植煤：由高等植物中稳定组分富集而 形成的煤 腐泥煤：由低等植物和浮游生物经过部 分腐败分解形成的煤 化工工艺学化工工艺学 l成煤过程的程度不同腐植煤分为成煤过程的程度不同腐植煤分为 泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤lC%含量顺序含量顺序l 泥炭泥炭褐煤褐

14、煤 烟煤烟煤褐煤褐煤 烟煤烟煤无烟煤无烟煤 化工工艺学化工工艺学 思考：煤和碳表示的是同一种物质吗？思考：煤和碳表示的是同一种物质吗？煤是由煤是由许多有机化合物和无机化合许多有机化合物和无机化合物组成的混合物物组成的混合物, ,含量最高的元素含量最高的元素是是C,C,其次是其次是H,H,还有还有S S、P P、N N等。碳等。碳是单质。是单质。 化工工艺学化工工艺学 l煤化学结构的研究方法： （1）物理研究方法，如红外光谱 （2）物理化学研究方法，如溶剂抽提和吸附性能等。 （3）化学研究方法，如氧化，加氢 化工工艺学化工工艺学 l煤镜质组结构单元煤镜质组结构单元 煤的单体彼此相似，具体组成并不

15、完全相同。煤的单体彼此相似，具体组成并不完全相同。但在煤的显微组成中镜质组一般占大部分，它但在煤的显微组成中镜质组一般占大部分，它在煤化过程中变化比较均匀，故在煤的研究中在煤化过程中变化比较均匀，故在煤的研究中一般以镜质组的结构单元作为研究对象一般以镜质组的结构单元作为研究对象 化工工艺学化工工艺学 l煤的结构模型（1）希尔施（希尔施（Hirsch）物理结构模型）物理结构模型 化工工艺学化工工艺学 （2）威斯（威斯（Wise）化学结构模型）化学结构模型比较直观的煤分子结构模型，反映了大部分煤分子化学结构的现代概念，可以解释煤的热解、加氢、氧化、水解等化学反应现象。 化工工艺学化工工艺学 1.煤

16、的主体是三维空间的高分子化合物2.结构单元的核心为缩合芳香环3.结构单元的外围为烷基侧链和官能团4.氧、氮和硫的存在形式5.结构单元之间的桥键6.煤的相对分子质量7.低分子化合物8.不同煤化程度的结构差异：低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基团，芳香核心较小 化工工艺学化工工艺学 l煤的工业分析和元素分析是工业上最基本的煤质分析方法。l目的：表征煤的化学组成和性质的最基本数据。1.煤的工业分析水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳（FC） 化工工艺学化工工艺学 l煤是多孔性固体，其水分含量随煤化程度的增加而降低，到高煤化程度时又略回升，水分的变化可反映煤的表面和空隙的变化 化工工艺

17、学化工工艺学 l概念：将1g分析煤样在（815左右）的温度下完全燃烧，剩余残渣的质量百分率即为煤的灰分。 l煤中矿物质和灰分的来源： （1）原生矿物质 （2）次生矿物质 （3）外来矿物质 化工工艺学化工工艺学 挥发分（挥发分（V）：）： 煤在特定条件下隔绝空气加热后，挥发性有机物质的产率（%，质量）即为挥发分 Vad=(G-G1)/G *100-Mad 挥发分和煤的成因、煤岩组成以及煤化程度等因素有关。腐泥煤的挥发分高于腐植煤。 化工工艺学化工工艺学 l固定碳：煤中除去水分，灰分和挥发后的残 留物质 。 FC ad=100-(Mad +Aad +Vad) 化工工艺学化工工艺学 l煤的元素分析主

18、要包括碳、氢、氧、氮和硫的分析 l煤中碳和氢的测定方法主要有燃烧法。原理：将盛有分析煤样的瓷舟放入燃烧管中，通入通入氧气，在氧气，在800温度下使煤样充分燃烧，煤中的碳温度下使煤样充分燃烧，煤中的碳和氢分别生成水和二氧化碳，用装有无水氯化钙和氢分别生成水和二氧化碳，用装有无水氯化钙或过氯酸镁的吸管先吸水，再以装有碱石棉或钠或过氯酸镁的吸管先吸水，再以装有碱石棉或钠石灰的吸管吸收二氧化碳。根据吸管的增重即可石灰的吸管吸收二氧化碳。根据吸管的增重即可计算煤中碳和氢的含量。计算煤中碳和氢的含量。 化工工艺学化工工艺学 l一般采用凯氏法或改良凯氏法，包括以下步聚： （1）消化 （2）蒸馏 （3）吸收

19、（4）滴定 化工工艺学化工工艺学 l煤中硫的存在形式有无机硫和有机硫两类。全硫的测定方法：艾氏法、高温燃烧法无机硫的测定方法： 硫酸盐硫Ss用稀盐酸溶解煤样中的 硫酸盐，然后测定盐酸中的SO42-。硫铁矿硫Sp直接测定法。有机硫So的测定就是全硫减去无机硫 化工工艺学化工工艺学 思考：煤燃烧有哪些缺点？思考：煤燃烧有哪些缺点？ 产生大量的煤灰、煤渣、废气（二氧化硫、产生大量的煤灰、煤渣、废气（二氧化硫、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等）、污染环境，氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等）、污染环境，燃烧效率低燃烧效率低！ 化工工艺学化工工艺学 2、煤的综合利用、煤的综合利用主要有：煤的气化、煤的液化、煤

20、的干主要有：煤的气化、煤的液化、煤的干馏。馏。（1）煤的气化：）煤的气化：把煤中的有机物转化成气体作为燃料或化工原料气。把煤中的有机物转化成气体作为燃料或化工原料气。 化工工艺学化工工艺学 （2） 煤的液化煤的液化煤的液化把煤转化成液态清洁的煤的液化把煤转化成液态清洁的燃料油燃料油和和化工原料化工原料（主要是（主要是CO和和H2)。水煤气在一定条件下可合成含氧有机物水煤气在一定条件下可合成含氧有机物8CO+17H2=C8H18+8H2OCO+2H2=CH3OH 化工工艺学化工工艺学 “煤变油煤变油”是是20世纪世纪20年代德国的两位科学家发年代德国的两位科学家发明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭

21、为原料制取汽明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。油、柴油、液化石油气的技术。 化工工艺学化工工艺学 化工工艺学化工工艺学 (2 )煤的干馏：煤的干馏： 把煤把煤隔绝空气加强热隔绝空气加强热使它分解的过程，使它分解的过程，叫做煤的干馏叫做煤的干馏3U形管底部还有还有一种黑形管底部还有还有一种黑褐色粘稠的油状物生成，这是褐色粘稠的油状物生成，这是煤焦油。煤焦油。煤的干馏实验装置煤的干馏实验装置2点燃导管尖嘴处，有淡蓝点燃导管尖嘴处，有淡蓝 色火焰燃烧色火焰燃烧 焦炉煤气：氢气、甲烷、乙烯、焦炉煤气：氢气、甲烷、乙烯、 一氧化碳一氧化碳1玻璃管中的烟煤粉最后变玻璃

22、管中的烟煤粉最后变 成黑灰色固体物质成黑灰色固体物质 这是这是焦炭；焦炭； 化工工艺学化工工艺学 通过干馏，可以得到气态的焦炉煤气、液态的煤焦通过干馏，可以得到气态的焦炉煤气、液态的煤焦油和固态的焦炭。油和固态的焦炭。从煤焦油中可以分离出苯、甲苯、二甲苯等多种有从煤焦油中可以分离出苯、甲苯、二甲苯等多种有机物。机物。 化工工艺学化工工艺学 煤的综合利用干馏气化液化原理原理使煤隔绝空使煤隔绝空气加强热，气加强热，使其分解的使其分解的过程过程把煤中的有把煤中的有机物转化为机物转化为可燃性气体可燃性气体的过程的过程把煤转化为把煤转化为液体燃料的液体燃料的过程过程原料原料煤煤煤煤煤煤产品产品焦炭、煤焦焦炭、煤焦油、焦炉气油、焦炉气氢气、一氧氢气、一氧化碳化碳液体燃料液体燃料（甲醇、汽（甲醇、汽油等）油等）总总 结结 化工工艺学化工工艺学 化学史介绍化学史