第二章 化學原料及其初步加工課件

1、 化工工藝學化工工藝學 化學原料及其初步加工化學原料及其初步加工 化工工藝學化工工藝學 化學礦物化學礦物是化肥工業(yè)、化工、冶金及是化肥工業(yè)、化工、冶金及其相其相 關(guān)工業(yè)的原料，主要有磷礦、關(guān)工業(yè)的原料，主要有磷礦、硫鐵礦和硼礦。硫鐵礦和硼礦。 化工工藝學化工工藝學 l 磷礦磷礦 化工工藝學化工工藝學 l酸法磷肥酸法磷肥l熱法磷肥熱法磷肥 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 l酸法磷肥酸法磷肥：又稱為濕法工藝，利用硫酸、硝酸、磷酸或者混酸分解磷礦粉，一般獲得磷酸鈣，磷酸銨以及硝酸磷肥等。l熱法磷肥熱法磷肥：指添加某些助劑在高溫下分解磷礦石，經(jīng)過進一步處理制成可被農(nóng)作

2、物吸收的磷肥，主要有：鈣鎂磷肥、脫氟磷肥等。 化工工藝學化工工藝學 l天然氣天然氣 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 l 干氣干氣 甲烷含量高于甲烷含量高于90% l 濕氣濕氣 C2C4烷烴含量烷烴含量15%20%l油田伴生氣油田伴生氣 天然氣于石油伴生天然氣于石油伴生l煤層氣（瓦斯氣）煤層氣（瓦斯氣） 吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷l天然氣水合物天然氣水合物 凍土帶和海底甲烷與水組成凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物的籠形化合物 化工工藝學化工工藝學 l 制氫氣和合成氨制氫氣和合成氨 l 經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品 l 直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)

3、品 l 熱裂解制化工產(chǎn)品熱裂解制化工產(chǎn)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 濕氣中濕氣中C2 C4烷烴的利用烷烴的利用天然氣的化工利用天然氣的化工利用 化工工藝學化工工藝學 l石油石油是指氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類混合是指氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類混合物，具有天然的狀態(tài)。原油是指石油的物，具有天然的狀態(tài)。原油是指石油的基本類型，儲存在地下巖層內(nèi)，在常壓基本類型，儲存在地下巖層內(nèi)，在常壓下呈液態(tài)。下呈液態(tài)。l石油化工自石油化工自20世紀世紀50年代開始蓬勃發(fā)展年代開始蓬勃發(fā)展l基本有機化工、高分子化工、精細化工基本有機化工、高分子化工、精細化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有

4、及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有90%來源來源于石油和天然氣于石油和天然氣 化工工藝學化工工藝學 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、天然氣和煤制取石油、天然氣和煤制取 化工工藝學化工工藝學 l由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的化合物構(gòu)成的眾多的化合物構(gòu)成的混合物混合物，其中化合，其中化合物的沸點從常溫到物的沸點從常溫到500以上。以上。l石油中的化合物分為石油中的化合物分為 烴類烴類 非烴類非烴類 膠質(zhì)和瀝青膠質(zhì)和瀝青 化工工藝學化工工藝學 l烴類化合物烴類化合物l非烴化合

5、物非烴化合物 l膠質(zhì)和瀝青質(zhì)膠質(zhì)和瀝青質(zhì) 鏈式飽和烴鏈式飽和烴 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 芳香烴芳香烴 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物 稠環(huán)烴類等稠環(huán)烴類等 化工工藝學化工工藝學 l為什么要進行原油預處理？ （1）原油中的水會增加燃料消耗和蒸餾塔頂冷凝冷卻器的負荷； （2）原油中的無機鹽受熱后易水解生成鹽酸，腐蝕設(shè)備，結(jié)垢，增加熱阻，降低傳熱效果； （3）影響油品二次加工過程及產(chǎn)品的質(zhì)量。 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化

6、工工藝學化工工藝學 l煉油工業(yè)與汽車工業(yè)緊密相關(guān)l汽車工業(yè)的發(fā)展對石油產(chǎn)品提出汽車工業(yè)的發(fā)展對石油產(chǎn)品提出更多、更高的要求更多、更高的要求l石油的化學加工方法應(yīng)運而生石油的化學加工方法應(yīng)運而生 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 l原油蒸餾是整個石油加工過程的龍頭為后續(xù)的加工提供原料直接獲得相應(yīng)的直流產(chǎn)品 化工工藝學化工工藝學 l如何實現(xiàn)原油到產(chǎn)品的第一步原油組成原油組成十分復雜十分復雜l沸點：常溫到沸點：常溫到800以上以上l分子量：幾十到幾千分子量：幾十到幾千諸多的輕組分和重組分諸多的輕組分和重組分蒸蒸餾餾 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 根據(jù)沸程

7、的不同，將石油分類根據(jù)沸程的不同，將石油分類l石腦油（輕汽油）石腦油（輕汽油） 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潤滑油潤滑油 350520l重、渣油重、渣油 520 化工工藝學化工工藝學 利用原油中各組分沸點的差別進行分離利用原油中各組分沸點的差別進行分離常壓蒸餾常壓蒸餾減壓蒸餾減壓蒸餾 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 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 少量氣體少量氣體黑硬的焦炭黑硬的焦炭 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 二次加工二次

8、加工 餾分油的化學加工調(diào)整烴類的組成餾分油的化學加工調(diào)整烴類的組成u催化裂化催化裂化:最重要的二次加工過程最重要的二次加工過程輕質(zhì)燃料需求量大輕質(zhì)燃料需求量大重質(zhì)油重質(zhì)油輕質(zhì)化輕質(zhì)化p熱裂化熱裂化p催化裂化催化裂化取代取代 化工工藝學化工工藝學 l催化裂化是一種使用催化劑的裂化過程。l催化裂化的目的目的是要增加汽油的產(chǎn)量。l我國的汽油生產(chǎn)中，催化裂化汽油約占80% 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 催化催化裂化裂化產(chǎn)品產(chǎn)品特點特點l催化柴油催化柴油l催化氣體催化氣體l催化汽油催化汽油我國的汽油生產(chǎn)中，我國的汽油生產(chǎn)中，催化裂化汽油約占催化裂化汽油約占80%，含有

9、較多的烯烴和硫含有較多的烯烴和硫質(zhì)量較差，需要后續(xù)加工質(zhì)量較差，需要后續(xù)加工C3、C4成分較多，成分較多，可用作液化氣或石油化工原料可用作液化氣或石油化工原料 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 l來源來源 常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油 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 汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，抗爆震性能的指標。汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，抗爆震性能的指標。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量也愈好也愈好 l 測定方法：研究法測定方法：研究法(RON)、馬達法、

10、馬達法(MON) 汽油的來源和指標汽油的來源和指標 化工工藝學化工工藝學 將異辛烷規(guī)定為將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為，正庚烷為0，兩者以，兩者以不同比例混合，制成標準汽油。將待測汽油不同比例混合，制成標準汽油。將待測汽油與標準汽油相比較，若兩者在標準汽油機中與標準汽油相比較，若兩者在標準汽油機中抗爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同抗爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同測標準汽油中異辛烷的百分含量測標準汽油中異辛烷的百分含量 93 ？ 90 辛烷值定義辛烷值定義 化工工藝學化工工藝學 l1.添加四醋酸鉛；l2.用催化裂化、催化重整方法得到的芳烴、環(huán)烷烴和異構(gòu)烷烴調(diào)整汽油；l3.添加高辛烷值組

11、分如甲基叔丁基醚（MTBE）、異構(gòu)化油等方法1，含鉛，禁用；方法3，MTBE致癌，不能長久使用 化工工藝學化工工藝學 近年來，駕車人近年來，駕車人士有一個印象，汽士有一個印象，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？ 化工工藝學化工工藝學 l加氫裂化時催化裂化技術(shù)的改進加氫裂化時催化裂化技術(shù)的改進，是在加氫條件下進行的催化裂化反應(yīng)，可抑制催化裂化時發(fā)生的脫氫縮合反應(yīng)，也避免了焦炭的生成。l催化劑催化劑：具有加氫活性和裂化活性的雙功能催化劑。主要有非貴金屬和貴金屬催化劑兩種。l反應(yīng)器主要有固定床、沸騰床和懸浮床 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化

12、工工藝學 化工工藝學化工工藝學 l方法方法:用輕度熱裂化方法來調(diào)整原料油中的烴類結(jié)構(gòu)。l工藝參數(shù)工藝參數(shù)：反應(yīng)溫度525575， 壓力27MPa,裂化時間為1020s。l目的目的：高壓下使低辛烷值汽油變成高辛烷值汽油。l缺點缺點：汽油的收率低、辛烷值低、穩(wěn)定性差 化工工藝學化工工藝學 l催化劑：鉑鉑l發(fā)生五類反應(yīng) 化工工藝學化工工藝學 l催化重整工藝流程催化重整工藝流程（1）預脫砷和預分離（）預脫砷和預分離（2）預加氫（）預加氫（3）催化重整（）催化重整（4）后加氫（后加氫（5）穩(wěn)定系統(tǒng)（）穩(wěn)定系統(tǒng)（6）芳烴抽提（）芳烴抽提（7）芳烴分離）芳烴分離 化工工藝學化工工藝學 （6）芳烴抽提（）芳烴

13、抽提（7）芳烴分離）芳烴分離 化工工藝學化工工藝學 石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 l中國擁有世界第二可采儲量的煤，1/4在山西，又稱煤都。 化工工藝學化工工藝學 l成煤植物和生成條件不同，煤可分為：成煤植物和生成條件不同，煤可分為： 腐植煤：高等植物形成的煤 殘植煤：由高等植物中穩(wěn)定組分富集而 形成的煤 腐泥煤：由低等植物和浮游生物經(jīng)過部 分腐敗分解形成的煤 化工工藝學化工工藝學 l成煤過程的程度不同腐植煤分為成煤過程的程度不同腐植煤分為 泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤lC%含量順序含量順序l 泥炭泥炭褐煤褐

14、煤 煙煤煙煤褐煤褐煤 煙煤煙煤無煙煤無煙煤 化工工藝學化工工藝學 思考：煤和碳表示的是同一種物質(zhì)嗎？思考：煤和碳表示的是同一種物質(zhì)嗎？煤是由煤是由許多有機化合物和無機化合許多有機化合物和無機化合物組成的混合物物組成的混合物, ,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,還有還有S S、P P、N N等。碳等。碳是單質(zhì)。是單質(zhì)。 化工工藝學化工工藝學 l煤化學結(jié)構(gòu)的研究方法： （1）物理研究方法，如紅外光譜 （2）物理化學研究方法，如溶劑抽提和吸附性能等。 （3）化學研究方法，如氧化，加氫 化工工藝學化工工藝學 l煤鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)單元煤鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)單元 煤的單體彼此相似，具體組成并不

15、完全相同。煤的單體彼此相似，具體組成并不完全相同。但在煤的顯微組成中鏡質(zhì)組一般占大部分，它但在煤的顯微組成中鏡質(zhì)組一般占大部分，它在煤化過程中變化比較均勻，故在煤的研究中在煤化過程中變化比較均勻，故在煤的研究中一般以鏡質(zhì)組的結(jié)構(gòu)單元作為研究對象一般以鏡質(zhì)組的結(jié)構(gòu)單元作為研究對象 化工工藝學化工工藝學 l煤的結(jié)構(gòu)模型（1）希爾施（希爾施（Hirsch）物理結(jié)構(gòu)模型）物理結(jié)構(gòu)模型 化工工藝學化工工藝學 （2）威斯（威斯（Wise）化學結(jié)構(gòu)模型）化學結(jié)構(gòu)模型比較直觀的煤分子結(jié)構(gòu)模型，反映了大部分煤分子化學結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代概念，可以解釋煤的熱解、加氫、氧化、水解等化學反應(yīng)現(xiàn)象。 化工工藝學化工工藝學 1.煤

16、的主體是三維空間的高分子化合物2.結(jié)構(gòu)單元的核心為縮合芳香環(huán)3.結(jié)構(gòu)單元的外圍為烷基側(cè)鏈和官能團4.氧、氮和硫的存在形式5.結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵6.煤的相對分子質(zhì)量7.低分子化合物8.不同煤化程度的結(jié)構(gòu)差異：低煤化程度的煤含有較多的非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團，芳香核心較小 化工工藝學化工工藝學 l煤的工業(yè)分析和元素分析是工業(yè)上最基本的煤質(zhì)分析方法。l目的：表征煤的化學組成和性質(zhì)的最基本數(shù)據(jù)。1.煤的工業(yè)分析水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）和固定碳（FC） 化工工藝學化工工藝學 l煤是多孔性固體，其水分含量隨煤化程度的增加而降低，到高煤化程度時又略回升，水分的變化可反映煤的表面和空隙的變化 化工工藝

17、學化工工藝學 l概念：將1g分析煤樣在（815左右）的溫度下完全燃燒，剩余殘渣的質(zhì)量百分率即為煤的灰分。 l煤中礦物質(zhì)和灰分的來源： （1）原生礦物質(zhì) （2）次生礦物質(zhì) （3）外來礦物質(zhì) 化工工藝學化工工藝學 揮發(fā)分（揮發(fā)分（V）：）： 煤在特定條件下隔絕空氣加熱后，揮發(fā)性有機物質(zhì)的產(chǎn)率（%，質(zhì)量）即為揮發(fā)分 Vad=(G-G1)/G *100-Mad 揮發(fā)分和煤的成因、煤巖組成以及煤化程度等因素有關(guān)。腐泥煤的揮發(fā)分高于腐植煤。 化工工藝學化工工藝學 l固定碳：煤中除去水分，灰分和揮發(fā)后的殘 留物質(zhì) 。 FC ad=100-(Mad +Aad +Vad) 化工工藝學化工工藝學 l煤的元素分析主

18、要包括碳、氫、氧、氮和硫的分析 l煤中碳和氫的測定方法主要有燃燒法。原理：將盛有分析煤樣的瓷舟放入燃燒管中，通入通入氧氣，在氧氣，在800溫度下使煤樣充分燃燒，煤中的碳溫度下使煤樣充分燃燒，煤中的碳和氫分別生成水和二氧化碳，用裝有無水氯化鈣和氫分別生成水和二氧化碳，用裝有無水氯化鈣或過氯酸鎂的吸管先吸水，再以裝有堿石棉或鈉或過氯酸鎂的吸管先吸水，再以裝有堿石棉或鈉石灰的吸管吸收二氧化碳。根據(jù)吸管的增重即可石灰的吸管吸收二氧化碳。根據(jù)吸管的增重即可計算煤中碳和氫的含量。計算煤中碳和氫的含量。 化工工藝學化工工藝學 l一般采用凱氏法或改良凱氏法，包括以下步聚： （1）消化 （2）蒸餾 （3）吸收

19、（4）滴定 化工工藝學化工工藝學 l煤中硫的存在形式有無機硫和有機硫兩類。全硫的測定方法：艾氏法、高溫燃燒法無機硫的測定方法： 硫酸鹽硫Ss用稀鹽酸溶解煤樣中的 硫酸鹽，然后測定鹽酸中的SO42-。硫鐵礦硫Sp直接測定法。有機硫So的測定就是全硫減去無機硫 化工工藝學化工工藝學 思考：煤燃燒有哪些缺點？思考：煤燃燒有哪些缺點？ 產(chǎn)生大量的煤灰、煤渣、廢氣（二氧化硫、產(chǎn)生大量的煤灰、煤渣、廢氣（二氧化硫、氮的氧化物、碳的氧化物和煙塵等）、污染環(huán)境，氮的氧化物、碳的氧化物和煙塵等）、污染環(huán)境，燃燒效率低燃燒效率低！ 化工工藝學化工工藝學 2、煤的綜合利用、煤的綜合利用主要有：煤的氣化、煤的液化、煤

20、的干主要有：煤的氣化、煤的液化、煤的干餾。餾。（1）煤的氣化：）煤的氣化：把煤中的有機物轉(zhuǎn)化成氣體作為燃料或化工原料氣。把煤中的有機物轉(zhuǎn)化成氣體作為燃料或化工原料氣。 化工工藝學化工工藝學 （2） 煤的液化煤的液化煤的液化把煤轉(zhuǎn)化成液態(tài)清潔的煤的液化把煤轉(zhuǎn)化成液態(tài)清潔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)。水煤氣在一定條件下可合成含氧有機物水煤氣在一定條件下可合成含氧有機物8CO+17H2=C8H18+8H2OCO+2H2=CH3OH 化工工藝學化工工藝學 “煤變油煤變油”是是20世紀世紀20年代德國的兩位科學家發(fā)年代德國的兩位科學家發(fā)明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭

21、為原料制取汽明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭為原料制取汽油、柴油、液化石油氣的技術(shù)。油、柴油、液化石油氣的技術(shù)。 化工工藝學化工工藝學 化工工藝學化工工藝學 (2 )煤的干餾：煤的干餾： 把煤把煤隔絕空氣加強熱隔絕空氣加強熱使它分解的過程，使它分解的過程，叫做煤的干餾叫做煤的干餾3U形管底部還有還有一種黑形管底部還有還有一種黑褐色粘稠的油狀物生成，這是褐色粘稠的油狀物生成，這是煤焦油。煤焦油。煤的干餾實驗裝置煤的干餾實驗裝置2點燃導管尖嘴處，有淡藍點燃導管尖嘴處，有淡藍 色火焰燃燒色火焰燃燒 焦爐煤氣：氫氣、甲烷、乙烯、焦爐煤氣：氫氣、甲烷、乙烯、 一氧化碳一氧化碳1玻璃管中的煙煤粉最后變玻璃

22、管中的煙煤粉最后變 成黑灰色固體物質(zhì)成黑灰色固體物質(zhì) 這是這是焦炭；焦炭； 化工工藝學化工工藝學 通過干餾，可以得到氣態(tài)的焦爐煤氣、液態(tài)的煤焦通過干餾，可以得到氣態(tài)的焦爐煤氣、液態(tài)的煤焦油和固態(tài)的焦炭。油和固態(tài)的焦炭。從煤焦油中可以分離出苯、甲苯、二甲苯等多種有從煤焦油中可以分離出苯、甲苯、二甲苯等多種有機物。機物。 化工工藝學化工工藝學 煤的綜合利用干餾氣化液化原理原理使煤隔絕空使煤隔絕空氣加強熱，氣加強熱，使其分解的使其分解的過程過程把煤中的有把煤中的有機物轉(zhuǎn)化為機物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體可燃性氣體的過程的過程把煤轉(zhuǎn)化為把煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的液體燃料的過程過程原料原料煤煤煤煤煤煤產(chǎn)品產(chǎn)品焦炭、煤焦焦炭、煤焦油、焦爐氣油、焦爐氣氫氣、一氧氫氣、一氧化碳化碳液體燃料液體燃料（甲醇、汽（甲醇、汽油等）油等）總總 結(jié)結(jié) 化工工藝學化工工藝學 化學史介紹化學史