化学工艺学教案

石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展。
原油的物理性质及组成
（1）物理性质：有气味的棕黑色或黄褐色粘稠液体，密度与组成有关，相对密度大约在0.75～1.0。
（2）组成：石油组成非常复杂，由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物。其中化合物沸点从常温到500℃以上均有。石油中含量最大的两种元素是C和H。
作用：催化加氢裂化不仅可以防止如催化裂化过程中大量积炭的生成，还可以将原油中的氮、氧、硫等原子的有机化合物杂质通过加氢从原料中除去，并且可以使反应过程中生成的不饱和烃转化为饱和烃。
④烃类热裂解(heat breakdown of hydrocarbon):烃类热裂解的主要目的是生产乙烯，同时可得丙烯、丁二烯以及苯、甲苯、二甲苯、二甲苯、乙苯等芳烃及其他化工原料，是石油化工必不可少的加工过程。
C：83～87%；
H：11～14%；
O、S、N：1%左右。
（3）石油中的化合物的分类：
石油加工方法：
原油一般不能直接使用，需要进行一次加工和二次加工，加工后可提高其利用率。
（1）一次加工
一次加工方法主要包括常压蒸馏和减压蒸馏。蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥发度的差别（沸点不同）进行分离的方法，是一种没有化学反应的传质、传热物理过程，主要设备是蒸馏塔。
磷肥按生产工艺来分可分为酸法与热法两大类。
2.1.1.2硫铁矿
硫铁矿是一种重要的化学矿物原料，主要用于制造硫酸，部分用于化工原料以生产硫磺及各种含硫化合物等。
以硫铁矿制硫酸为例：
硫铁矿用于制硫酸，世界上硫酸总产量的一半以上用于生产磷酸和氮肥。硫铁矿生产硫酸的过程主要有以下几个步骤：
2.1.2煤、石油、天然气及其加工利用
2.1.1无机化学矿及其加工
我国化学矿产资源丰富，已经形成了一个比较完整的矿石加工利用工业体系，生产的化学肥料和无机化工产品品种齐全。
提高矿石资源的综合利用，实施科学的矿床开发技术，其经济效益必将会大大提高。由于我国磷矿、硫铁矿及硼矿的储量居世界前列且产量很大。
2.1.1.1磷矿
磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料，85%以上的磷矿用于制造磷肥。
2.1.2.3天然气及其加工利用
天然气是埋藏在地下的古生物经过亿万年高温和高压等作用形成的可燃性的气体，是一种无色无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。
天然气的主要成分是甲烷，另有少量乙烷、丙烷、丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮以及微量惰性气体。
3.理解化工生产过程及流程
4.掌握化工过程的主要效率指标
教学重点及难点：
重点：石油一次加工方法、二次加工方法、化工过程主要指标和化工生产流程。
难点：催化重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解。
教学基本内容
方法及手段
第2章化学工艺基础
2.1化学工业原料资源及其加工利用
原料是化工产品生产的物质基础，种类繁多，用途广泛。化工原料根据物质来源可分为无机原料和有机原料两大类。
化学工艺学课程教案
课次
2
课时
2
课型
（请打√）
理论课√讨论课□
实验课□习题课□
其他□
授课题目（教学章、节或主题）：
第2章化学工艺基础
2.1化学工业原料资源及其加工利用
2.2化工生产过程及流程
2.3化工过程的主要效率
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1.了解无机化学矿及其加工方法
2.掌握煤、石油、天然气及其加工方法
②催化裂化(catalytic cracking):催化裂化是在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化而转化成高质量的汽油，并副产柴油、锅炉燃油、液化气和气体等产品。
催化裂化装置常用反应器有固定床、移动床和流化床三类，目前多采用流化床反应器。
③催化加氢裂化(catalytic hydrocracking):催化加氢裂化是在催化剂及高氢压下加热重质油，使其发生一系列加氢和裂化反应，转变成航空煤油、柴油、汽油（或重整原料）和气体等产品的加工过程，它是催化裂化技术的改进。
2.1.2.2石油及其加工利用
原油：从油田中开采出来没有经过加工处理的石油叫原油，它是一种有气味的棕黑色或黄褐色黏稠液体。
石油中所含的化合物大致可分为烃类、非烃类、胶纸和沥青三大类。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95%-99%；含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油中应尽量除去。
减压蒸馏操作是为了避免在高温下重组分的分解（裂解）。
根据目的不同，常减压蒸馏流程分为燃料型、燃料-润滑油型和燃料-化工型-润滑油型三种。
（2）二次加工（为了生产更多的燃料和化工原料，需要对各个馏分油进行二次加工）
原料经过常减压蒸馏只能切割成几个馏分，生产的燃料品种数量有限，不能满足需求，而且直接作为化工原料使用的也只是塔顶出来的气体。
2.1.2.1煤及其加工利用
煤是自热界中储备最丰富的化石燃料，它是由含碳与氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、钙、镁等无机矿物质组成。
根据成煤过程时间的不同，可将煤分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤等。
煤的化学加工方法：
煤的干馏（高温和低温）、煤的气化、煤的液化（直接和间接）。煤气化是今后发展煤化工的主要途径。
不同产地的石油中，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类。通常以烷烃为主的石油称烷基石油（石蜡基石油）；以环烷烃、芳香烃为主的石油称环烷基石油（沥青基石油）；介于二者之间的称为中间基石油。
原油一般不直接利用，须经过加工制成各类石油产品。根据不同的需要对油品的沸程的化分也略有不同，一般可分为：轻汽油（50～140℃）；汽油（140～200℃）；航空煤油（145～230℃）；煤油（180～310℃）；柴油（260～350℃）；润滑油（350～520℃）；重油（渣油）（>520℃）。
常用的二次加工方法主要由催化重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解四种。
①催化重整（catalytic reforming）：是在珀催化剂作用下加热汽油馏分（石脑油），使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程。
催化重整的原料是石脑油，在催化重整的过程中，主要发生环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成芳烃的反应，还有烷烃的异构化和加氢裂化等反应。根据生成目的产品不同，催化重整的工艺流程也不一样。