油的基础知识
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二章化工工艺基础
2.1 原料资源及其加工
2.1.1.1 主要无机化学矿
盐矿,硫矿,磷矿,钾盐矿,铝土矿,硼矿,锰矿,钛矿,锌矿,钡矿,天然沸石,硅藻土等.
2.1.1.2 磷矿和硫铁矿的加工
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,生
产磷肥的方法有两大类:
酸法用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石,最常用的是硫酸.
热法利用高温分解磷矿石,并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐.
硫铁矿用于制造硫酸,生产硫酸的过程主要有以下步骤:
2.1.2 石油及其加工
石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展.
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90%来源于石油和天然气.
90%左右的有机化工产品上有原料可归结为三烯(乙烯,丙烯,丁二烯),三苯(苯,甲苯,二甲苯),乙炔,萘和甲醇.
三烯主要由石油制取,三苯,萘和甲醇可由石油,天然气和煤制取.
2.1.2.1 石油的组成
石油是一种有气味的棕黑色或黄褐色粘稠状液体,相对密度大约在0.75~1.0.
石油是由分子量不同,组成和结构不同,数量众多的化合物构成的混合物,其中化合物的沸点从常温到500℃以上均有.
石油中的化合物可以分为烃类,非烃类以及胶质和沥青三大类.
烃类化合物在石油中占绝大部分,约几万种.其中链式饱和烃含量最多,有正构烷烃和异构烷烃,在石油中约占50~70%(质量).
环烷烃含量仅次于链烷烃,具饱和环状结构.芳香烃具有不饱和环状结构,有单环的苯系芳烃,双环的萘及其衍生物和联苯系芳烃,以及稠环芳烃.
以上烃类化合物都是有机化工的基本原料,石油中几乎没有烯烃和炔烃这两类化合物,它们确是石油化工的重要原料.
非烃化合物中有硫化物,氮化物,含氧化合物和金属有机化合物.它们的含量虽然很低,但对石油加工过程以及石油产品的性质有很大影响,
有的还使催化剂中毒,有的腐蚀管道和设备,有的使用时污染环境等,所以石油加工时均需要脱硫,脱氮,脱金属预先将其除去和回收利用.
胶质和沥青质主要存在于渣油中,多为相对分子质量很大的稠环环烷烃,稠环芳香烃和含S,N等杂原子的环状化合物.
2.1.2.2 油品的概念
根据沸程的不同,将油品分类
石脑油(轻汽油) 50-140℃
汽油140-200℃
航空煤油140-230℃
煤油180-310℃
柴油260-350℃
润滑油350-520℃
重,渣油>520℃
(1)汽油
汽油主要来源于常减压蒸馏得到直馏汽油和催化裂化重整得到催化汽油.辛烷值是汽油质量主要的评价指标,是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,测定方法有研究法(RON),马达法(MON).
将异辛烷规定为100,正庚烷为0,两者以不同比例混合,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.
(2)柴油
十六烷值是评定柴油发火性能(自燃性)的指标,指在单缸发动机中,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. 馏程闪点:评定柴油蒸发性能的指标,主要是50%和90%的馏出温度凝点:在规定的实验条件下,试样开始失去流动性的温度冷滤点:通过过滤器的流量每分钟不足20ml时的最高温度柴油标号的依据是柴油的凝固点,根据使用时的气温选用不同标号.
5#: 8℃以上
0#: 8℃至4℃
-10#: 4℃至-5℃
-20#: -5℃至-14℃
-35#: -14℃至-29℃
-50#: -29℃至-44℃
2.1.2.3 石油的加工
为了充分利用宝贵的石油资源,对石油进行一次加工和二次加工,在生产燃料油的同时还制取各类化工原料.
(1) 石油的一次加工
一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏,是利用原油中各组分沸点的差别进行分离. 常压蒸馏和减压蒸馏均为没有化学反应的传质,传热物理过程,以加工得到各种油品为主要目的.
大型石油化工联合企业中的炼油厂蒸馏装置多采用燃料-化工-润滑油型流程,见图2-1所示.原油由输油泵1打入换热器2与蒸馏产品换热得到预热,然后进入脱盐罐3脱除盐和水分,再经另一换热器与蒸馏产品换热.到加热炉4升温至370℃后送入常压蒸馏塔5,塔顶馏出C1~C4烷烃和低沸程的汽油馏分(亦称为石脑油),塔侧由上至下分别引出不同沸程的馏分,汽提塔7的作用是将各侧线产品中的轻馏分吹出,送回塔5中,以免影响各馏分的性质(如轻柴油的闪点).常压塔出来的石脑油含有C5~C10烷烃和环烷烃及少量轻芳烃,轻石脑油的沸程为30~150℃,重石脑油的沸程为150~220℃,石脑油是汽油和催化重整的原料.煤油沸程175~275℃,含C9~C16烃类,煤油作喷气式飞机和拖拉机的燃料.轻柴油沸程200~300℃,含C15~C18烃类.沸程更高一些的馏分是重柴油,国外称之为瓦斯油(gas oil).塔底流出的常压重油也称为拔顶原油,沸点高于350℃,其中大部分是瓦斯油和润滑油成分,但如果继续在常压下分离,则需将其加热至400℃以上,这会导致重油馏分中大分子化合物发生分解和缩合反应,产生许多气体和焦炭,降低油品产率和质量,结焦堵塞而缩短设备的生产周期.因此需要减压以降低沸点,才能继续进行蒸馏.
常压重油经另一加热炉加热,温度限制在400℃以下,然后进入减压蒸馏塔9,由塔顶真空系统造成负压,塔底压力8kPa,塔顶低于4kPa.通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸出正常沸点低于550℃的馏分,由减压塔不同高度塔板处可分别取出不同沸程馏分油,