石油與天然氣的化工應(yīng)用

1、石油與天然氣的化工應(yīng)用簡介19石油、天然氣是具有廣泛用途的礦產(chǎn)資源。它們的利用是隨著人類生產(chǎn)實(shí)踐 和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐步擴(kuò)大。從遠(yuǎn)古時(shí)代開始并在相當(dāng)長的歷史時(shí)期， 古人只是直接、簡單、零星的用作燃料、潤滑、建筑、醫(yī)藥等方面。隨著人們 經(jīng)驗(yàn)的積累，18世紀(jì)末，開始認(rèn)識(shí)到把石油通過蒸餾并依次冷卻冷凝而獲得不 同的油品，如煤油和汽油等。初期的煉制由于對汽油和重油尚找不到用途而廢 棄或燒掉，因而主要生產(chǎn)自1782年發(fā)明了煤油燈以后用量急劇增多的煤油。 世紀(jì)以來，由于內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，擴(kuò)大了對石油產(chǎn)品的利用，有力地推進(jìn)了石油 加工技術(shù)的發(fā)展。又隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，各類以內(nèi)燃機(jī)做驅(qū)動(dòng)力的運(yùn)載 工具如汽

2、車、柴油機(jī)、飛機(jī)、船只等數(shù)量巨增以及用于軍事的坦克、裝甲車、 軍艦的相繼出現(xiàn)，不僅要求質(zhì)量不同的油品，而且用量也大大增加，石油的用 途不斷擴(kuò)大。20世紀(jì)中葉，有機(jī)合成技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，進(jìn)一步拓寬了石油天 然氣的應(yīng)用范圍。因此，石油就成為當(dāng)今人類社會(huì)中極其重要的動(dòng)力資源和化 工原料，石油天然氣的應(yīng)用石油、天然氣是不同烴化合物的混合物，簡單作為燃料是極大的浪費(fèi)，只有 通過加工處理，煉制出不同的產(chǎn)品，才能充分發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。石油經(jīng) 過加工，大體可獲得以下幾大類的產(chǎn)品：汽油類（航空汽油、軍用汽油、溶劑 汽油）；煤油（燈用煤油、動(dòng)力煤油、航空煤油）；柴油（輕柴油、中柴油、 油）；燃料油；潤滑油；潤

3、滑油脂以及其他石油產(chǎn)品（凡士林、石油蠟、瀝青、 石油焦碳等）。經(jīng)過加工石油而獲得的各類石油產(chǎn)品，在不同的領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的、不同的 用途。石油產(chǎn)品（汽油、煤油、柴油）作為優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力燃料，已經(jīng)不可替代地 成為現(xiàn)今工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸以及軍事上使用的各種機(jī)械“發(fā)動(dòng)機(jī)的糧食”。沒有“油料”各種運(yùn)載工具都會(huì)癱瘓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛四噸載重汽車百噸公里耗 油5kg； 輛載重4噸的柴油汽車百噸公里耗柴油3kg； 標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)拖拉機(jī)年耗柴 油4t以上；一架噴氣式客機(jī)（如波音707飛機(jī)）飛行1000km耗噴氣燃料6t。1994年，我國主要油氣的消費(fèi)量：汽油 2697萬t ;煤油為452萬t ;柴油為3 803萬t ;燃料油

4、為3 594.89萬t，總計(jì)10 547.2萬t。尤其是隨著經(jīng) 濟(jì)的快速發(fā)展，技術(shù)的提高，不僅用量增加，油品品種增多，而且對油品的質(zhì) 量、檔次將會(huì)有更高的要求。石油及其產(chǎn)品以及天然氣作為化工原料生產(chǎn)的石油化工產(chǎn)品，包括合成纖 維、合成橡膠、塑料、化肥、農(nóng)藥、炸藥、化妝品、合成洗滌劑等，增長迅速， 潛力巨大，領(lǐng)域廣闊。合成纖維（錦綸、滌綸、維尼綸和丙綸等），由于能夠織成各種花色的紡 織品，因此擁有廣闊的市場。錦綸（聚酰胺纖維）也稱尼龍，由于結(jié)實(shí)耐磨、 不怕蟲蛀、不發(fā)霉，因此是制繩索、漁網(wǎng)等的良好材料。滌綸（聚脂纖維）也 叫的確良，具有耐磨不皺、干得快、不霉、蟲不蛀，既是好的制衣材料，又可 做人造

5、血管和電絕緣材料。腈綸（丙稀腈纖維），成線強(qiáng)度高，可編織各種毛 衣等混紡織品，其特點(diǎn)松軟且具彈性。丙綸（聚丙稀纖維）、維尼綸（聚乙稀 醇纖維）在許多領(lǐng)域也均有廣泛用途。1994年，我國年產(chǎn)合成纖維246.72萬 t O以石油、天然氣為原料制造的合成橡膠，既可制造汽車、飛機(jī)、拖拉機(jī)輪胎 及一般橡膠產(chǎn)品，也可制造一些適應(yīng)特殊需要的橡膠，如耐酸堿腐蝕，耐油性能 強(qiáng)的特種橡膠，如氯丁橡膠、丁腈橡膠等。我國天然橡膠產(chǎn)地地域有限（海南、 云南部分地區(qū)），因而合成橡膠的擴(kuò)大生產(chǎn)將是最重要的補(bǔ)充。1994年，我國年產(chǎn)合成橡膠44. 35萬t o以石油為原料的多種多樣的塑料制品，是市場上最為普遍的商品之一。塑料

6、 重量小，強(qiáng)度高，耐磨并具良好的電絕緣性能，越來越多的代替金屬制品。石 油化工產(chǎn)品的聚氯乙稀，可制作機(jī)械零件、育秧薄膜、管道、涼鞋等工、農(nóng)業(yè) 以及日常生活用品；聚乙稀塑料，具有無毒、透氣、不透水的特點(diǎn)，主要用以 生產(chǎn)食品、藥品包裝和飲用器具等。聚丙稀塑料可制作耐高溫（150C ）的器具,如醫(yī)療器具、耐熱管線等。酚醛塑料（電木）可制各種電器殼、座、開關(guān)等； 有機(jī)玻璃廣泛用在制作艙蓋、風(fēng)檔、鐘表以及各種裝飾品。1994年，我國生產(chǎn)塑料401. 4萬t o農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大量化肥。用石油、天然氣為原料制造合成氨并進(jìn)一步生產(chǎn)硝 酸胺、硫酸氨、尿素。1994年,我國合成氨年產(chǎn)量2 436. 8萬t。 石油產(chǎn)

7、品幾乎在人類社會(huì)的各個(gè)方面都顯示其作用和存在。因此石油不僅被人 們譽(yù)為“工業(yè)的血液”，而且更為可贊的是它全身是寶，沒有一點(diǎn)廢物。隨著 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴(kuò)大。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、潔凈、燃用方便的能源，也是優(yōu)質(zhì)的化工原料，用途隨著 技術(shù)的發(fā)展日趨廣泛。天然氣化工的發(fā)展迅速。以天然氣為原料可以生產(chǎn)合成氨、乙炔、甲醇、氫氰 酸、液態(tài)烴、甲烷氯化物、二硫化碳、炭黑等產(chǎn)品。天然氣發(fā)電在世界上發(fā)達(dá)國家發(fā)展快。1994年，美國天然氣發(fā)電量達(dá) 466.8TW?h占總發(fā)電量的13.6%;日本為220.0TW?h居其火力發(fā)電的首位。 據(jù)報(bào)道，采用的燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，建設(shè)周期3036個(gè)月，

8、為建燃煤電廠周期的70%建每千瓦裝機(jī)容量大約400500美元，投資費(fèi)用僅為煤 和核能發(fā)電裝置的2/3左右；過程用水減少50%幾乎不排放SO2 CO2排放減 少50%無粉塵，供電效率均在45%以上，最好的可超過55%我國燃?xì)怆姀S比 例甚小，隨著天然氣開發(fā)的擴(kuò)大，燃?xì)怆姀S將發(fā)揮特殊的作用。天然氣汽車在世界上許多國家正積極發(fā)展。目前以壓縮天然氣驅(qū)動(dòng)的汽車 數(shù)已達(dá)到80萬輛。據(jù)介紹，以天然氣替代汽油作為燃料的優(yōu)點(diǎn)包括：效率相同， 但CO2發(fā)生量減少25% SO2排放量為0; CH4分子量小于空氣平均分子量，即 使有所泄漏，也會(huì)很快擴(kuò)散，不會(huì)大量滯留地面，造成事故；可燃深度范圍寬； 自然點(diǎn)火溫度高，點(diǎn)火

9、容易；辛烷值高，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比；可稀釋燃燒， 生成NO）少；發(fā)動(dòng)機(jī)低溫性能好。我國在四川、北京已建立了試驗(yàn)加氣站，女口 河北廊坊壓縮天然氣加氣站1995年開始接受30多輛汽車加氣，1996年已達(dá) 100輛以上。從方便居民，保護(hù)城市環(huán)境出發(fā)，城市民用天然氣的數(shù)量不斷增多。“八 五”以來，北京、天津、成都、重慶、鄭州、沈陽、齊齊哈爾等大中城市以及 油田城市用上了天然氣?！熬盼濉逼陂g，還將有一些大中城市用上天然氣。石油可以化工合成什么：石油是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。眾所周知，它是汽車飛機(jī)潛艇坦克等設(shè)備作力的 燃料，禾I用現(xiàn)有的技術(shù)，它還可以合成出各種纖維、橡膠、化肥等化合物。工 業(yè)上最常用的就是將石

10、油變成非常活潑的化合物乙烯，然后用乙烯可以合成多 種物質(zhì)。石油“大家庭”的產(chǎn)品（一）人人喜愛的塑料制品塑料是大家都很熟悉的東西，人們在日常生活中幾乎離不開它。塑料杯子，塑 料涼鞋，塑料水壺，塑料雨衣，塑料薄膜，以及塑料燈頭、開關(guān)、電話外殼等 等，都是塑料制品。它具有價(jià)錢便宜，顏色漂亮，攜帶方便，輕巧耐用等優(yōu)點(diǎn)。塑料除了可用來做生活用品外，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防工業(yè)方面還有極為廣泛的 用途。如果一輛汽車平均用45公斤塑料，就可以代替100多公斤的金屬材料； 假如將塑料薄膜用于農(nóng)業(yè)育秧，就可以保證苗床溫度，促使早熟，達(dá)到增產(chǎn)效 果。使用一噸塑料薄膜育秧，可增產(chǎn)十噸糧食。用于生產(chǎn)蔬菜時(shí)，可增加產(chǎn)量 13

11、 倍。塑料是以合成樹脂為基本原料，在一定條件下（如溫度、壓力等），塑制成的一 定形狀的材料，這種材料能夠在常溫下保持形狀不變。有的塑料制品，除了主 要成分是樹脂外，還加入一定量的增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等。塑料既然是以合成樹脂為基本原料，那么，什么是合成樹脂呢？近年來，人們 主要以石油、天然氣、煉廠氣等為原料，通過化學(xué)方法，合成一種性能比天然 樹脂更優(yōu)異的高分子聚合物，這就被人們說成是合成樹脂。根據(jù)塑料受熱后表現(xiàn)出來的共性，可分成熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。所謂熱塑性塑料，即它在受熱時(shí)就會(huì)變軟，甚至成為可流動(dòng)的粘稠物，這 時(shí)可將其塑制成一定形狀的制品，冷卻時(shí)保持塑形變硬。如果再加熱又可變

12、軟， 并可改變原來塑形為另一種塑形。如此可反復(fù)進(jìn)行多次。具有這種特性的塑料， 就叫熱塑性塑料。制成熱塑性塑料的合成樹脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯、聚碳酸靡、聚甲醛等。所謂熱固性塑料，它在受熱初期變軟，具有可塑性，可制成各種形狀的制 品。繼續(xù)加熱就硬化定形，再加熱也不會(huì)變軟和改變它的形狀。例如燈頭或電 插座等電木制品，就是這類塑料制成的，這些東西，就不能通過回收再加利用。 制取熱固性塑料的合成樹脂有：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、聚氨脂等。（二）五彩繽紛的合成纖維在日常生活中，人們常把許多長度要比其直徑大很多倍，并且具有一定柔 韌性的纖細(xì)物質(zhì)，統(tǒng)統(tǒng)叫做纖維。在自然界中，諸如從植物生長

13、出來的棉、麻； 從動(dòng)物身上產(chǎn)生出來的蠶絲、羊毛；從礦物中開采出來的石棉等，他們都是天 然纖維。近年來，人們主要從石油化工中取得原料來合成這類高分子聚合物， 然后再進(jìn)行抽絲成纖維，這就叫合成纖維。目前市場上合成纖維品種很多，小 品種除外尚有30種以上。從它們的性能、用途和工業(yè)水平等方面來看，發(fā)展最 大的有錦綸、滌綸、脂綸、丙綸、維綸、氯綸等六種。前三者產(chǎn)量幾乎占合成 纖維總產(chǎn)量的90%石油“大家庭”的第二代產(chǎn)品。（三）工農(nóng)業(yè)與國防工業(yè)的重要靠山-合成橡膠天然橡膠的生產(chǎn)受到地區(qū)和氣候條件的限制，己不能滿足目益發(fā)展的需要， 合成橡膠就必然蓬勃地發(fā)展起來了。合成橡膠所需要的大量原料，如：乙烯、丙烯、丁

14、烯和芳香烴，都可以來 自石油化工。先從石油中獲得生產(chǎn)合成橡膠的單體，然而通過聚合，也像塑料 中的聚合物分子一樣，連結(jié)成一條很長的“鏈條”。不過，它不是一條筆直的1鏈條，而是彎彎曲曲的，既能屈能伸，又能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的鏈條，這就使合成 橡膠單體聚聯(lián)成具有彈性的大分子固體。合成橡膠品種繁多，習(xí)慣上根據(jù)合成橡膠的主要用途，大致分為通用合成 橡膠和特種合成橡膠兩大類。一般通用橡膠產(chǎn)量較大，主要用來生產(chǎn)各種輪胎， 工業(yè)用品和生活用品及醫(yī)療衛(wèi)生用品。特種橡膠專門用作在特殊條件下使用的 橡膠制品。如：丁脂橡膠主要特點(diǎn)是耐油性好，廣泛用于制造各種耐油膠管、油 箱、密封墊片等。又如某些含氟橡膠不僅能耐高溫，而且不受

15、化學(xué)藥劑的侵蝕， 用這種橡膠制成的各種密封環(huán)在攝氏 200度腐蝕液中可以經(jīng)受6萬次反復(fù)變形, 而能保持性能不變。（四）農(nóng)田、果園的營養(yǎng)品化肥土地是需要不斷補(bǔ)充營養(yǎng)，才能為人們不斷地提供糧食、蔬菜、瓜果、棉 花等農(nóng)作物。土地的營養(yǎng)來自肥料。由于自然界中各種天然的有機(jī)肥，例如人畜的糞尿、廄肥、草木灰和各種 腐植質(zhì)等，己越來越滿足不了實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，所以，人們就逐步探索并 發(fā)展了采取化學(xué)的辦法來合成肥料，這種肥料就叫化學(xué)肥料。簡稱為化肥?；?肥中以氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大，目前世界上各國的化肥生產(chǎn)中，氮肥的生 產(chǎn)均占首位。氮肥的品種很多：常用的有尿素、硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨和 氯化銨。它們都是

16、白色顆粒狀晶體，并都易溶于水以便在土壤中被植物根部所 吸收。氮是農(nóng)作物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和葉綠素的重要組成成分，它能促進(jìn)作物 生長，使莖、葉茂盛，葉色濃綠，促進(jìn)植物的光合作用而使作物增長。如一斤 硫酸銨用于施肥可增產(chǎn)4斤糧食。而尿素比硫銨含氮高2倍以上，肥效更大， 并且可以在任何土壤中使用，不破壞土壤。目前我國不少化肥廠就是用這種方 法來制取氫氣的。人們從“空中取氮”，“油中取氫”后，將它們按要求比例 混合，然后，在一定條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，就可以得到合成氨了。有了氨，就 有了氮肥。有了氮肥，也就有了農(nóng)田增產(chǎn)的保證。除了以上介紹的產(chǎn)品外，以石油為原料還可以制得染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、洗 滌劑、炸藥、合成

17、蛋白質(zhì)以及其它有機(jī)合成工業(yè)用的原料?？傊?，禾I用現(xiàn)代的石油加工技術(shù)，從石油寶庫中人們已能獲取 5000種以上 的產(chǎn)品，可以說石油產(chǎn)品已遍及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通運(yùn)輸和人們?nèi)粘Ｉ?活的各個(gè)領(lǐng)域中去了。石油在工業(yè)生產(chǎn)中是一種重要的燃料動(dòng)力資源，它的許多優(yōu)點(diǎn)是其他燃料所 無法比擬的。如在物理性質(zhì)上，石油是可以流動(dòng)的液體，比重小于水，比其他 燃料容易開采；占有的容積小，容易運(yùn)輸。同時(shí)，與一般燃料比較，它的可燃 性好，發(fā)熱量高，1千克石油燃燒起來可以產(chǎn)生1萬多大卡的熱量，比煤炭的 發(fā)熱量高1倍，比木柴的發(fā)熱量高45倍。此外，石油又有易燃燒、燃燒充分 和燃后不留灰燼的特點(diǎn)，正合于內(nèi)燃機(jī)的要求。所以，在陸地、海上和空中交 通方面，以及在各種工廠的生產(chǎn)過程中，石油都是重要的動(dòng)力燃料。在現(xiàn)代國 防方面，新型武器、超音速飛機(jī)、導(dǎo)彈和火箭所用的燃料都是從石油中提煉出 來的。石油除用作工業(yè)燃料外，還是重要的化工原料?，F(xiàn)代有機(jī)化學(xué)工業(yè) 就建立在石油、煤炭、天然氣等資源的綜合利用之上。從石油中可提取幾百種