第一章化工原料

第一章 化工原料
第一章化工原料
第一节 概述
一、化学工业的原料与产品 通常生产化工产品的起始物料称为化工原料。化学工业的基 础原料可以是煤、石油、天然气等天然资源，也可以是某一 些生物质、水、空气以及无机矿物质等，它们经过一系列化 学加工，得到化工产品或新的化工基础原料。
对于某些产品需要用两种以上原料来合成时，往往是把提供 产品分子结构主体的原料称为主要原料，如乙醛氧化法制取 醋酸，乙醛为主要原料，而氧气是氧化剂。但有时也难分出 主次，如氮和氢合成氨，则难于分出主次。
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二、化学工业的基础原料与基本原料
化学工业的基础原料指的是一些可以用来加工生产化工 基本原料或产品的、在自然界天然存在的资源。它们既有有 机的，又有无机的。有机原料有石油、天然气、煤和生物质， 无机原料有空气、水、盐、矿物质和金属矿。
这些天然资源来源丰富，价格低廉，经过一系列化学加 工以后，即可得到很有价值的化工基本原料和化工产品。在 从天然资源加工得到的产物中，往往还可以利用那些价格低 廉的副产物进一步生产化工基本原料，这对降低原料成本更 有意义。如：利用石油炼制副产的轻汽油和炼厂气，煤焦化 副产的焦炉气和煤焦油等进一步生产化工原料等。
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第二节 石油和天然气的化工利用
一、原油的开采、加工及其与化学工业的关系
1．原油的组成与开采
石油是一种有气味的黏稠液体，色泽是黄色、褐色或黑褐 色，色泽深浅一般与其密度大小，所含组分有关。
石油不是一种单纯的化学物质，而是由众多碳氢化合物所 组成的混合物，成分非常复杂，且随产地不同而异。其中主要 是由碳、氢两元素组成的烷烃、环烷烃和芳香烃，此外还有少 量含氧、含氮、含硫的化合物，各种元素的含量一般约为：
C：83％～87％，H：11％～14％，O、N、S：1％。
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根据所含烃类的主要成分，可以把原油分成三大类：烷基 石油（石蜡基石油）、环烷基石油（沥青基石油）和混合基石 油。
中国多数油田为重质原油，部分产油区的原油性质如表1-2 所示。
大庆油田是中国目前最大的油田，所产原油属低硫、石蜡 基原油，硫含量一般在0.1％（质量），含蜡量高达22.8％～ 25.76％，石脑油含量较少。
18.0
417
343
克拉玛依 （井口混合采样）
867.9 -50
2.04
86.13 13.30 0.04 0.25
58 5
12 1.8
35 299
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小知识：
国际原油都是以桶计算的，怎么换算成吨或升? 1桶（bbl）=0.14吨（t）（原油，全球平均） 1吨（t）=7.3桶（bbl）(原油，全球平均) 1吨（t）=1000千克（kg）=2205磅（lb） 1美加仑（gal）=3.785升（l） 1桶（bbl）=0.159立方米（m3）=42美加仑（gal）
平均相对分子质量
860.1 31 25.76 0.12
883.7 36 22.8 2.5
900.5 28 14.6 5.1
85.87
13.73
0.31
0.13
0.38
86.26 12.20 0.41 0.80
75
108
96
2.5
1（413K）
2.0
7.5
2.5
4.0
12.0
4.5
7.5
23.0
16.0
20世纪没有出现石油和天然气紧缺，但在2000年以后， 由于原油的大幅涨价，以煤为原料的化学工业上升趋势明显。
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三、其他辅助材料
在化工企业，除消耗原料来生产目的产品以外，还要消 耗一些辅助材料，这些材料与原料一起统称为原材料。
辅助材料是相对主要原料而言的，它是反应过程中的辅 助原料成分，如助剂和各种添加剂，有些辅助材料则不进入 产品分子中，如催化反应使用的催化剂，溶液聚合法使用的 溶剂等。
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表1-2 中国部分原油的主要性质
原油产地

密度（293K）/（kg／m3） 凝固点/℃ 含蜡量（吸附法）/％ 沥青质/％
元素分析/％（质量） C H S N
馏程 初馏点／℃ 393K馏出／％（质量） 433K馏出／％（质量） 473K馏出／％（质量） 573K馏出／％（质量）
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2．石油炼制
从地下开采出来未经加工处理的石油称为原油。原油一般不 直接利用，而是经过加工处理制成各类石油产品。将石油加 工成各种石油产品的过程称为石油炼制。
石油炼制的主要目的是根据石油中各种成分沸点的不同，将 其按不同沸程分离得到不同质量的油品，作为不同性质和用 途的燃料油；
石油炼制的另一个目的是通过一定的加工方法，提高油品的 质量，即提高高质量油品的产量。
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20世纪80年代，由于石油和天然气开采加工技术成熟， 应用广泛以及运输和分配费用低等原因，使其无论在绝对数 量或在能源构成百分比上都成为主要的能源，其次是煤。
但从化工的观点看，石油产品作为能源（燃料）消耗是 不经济的。
石油和天然气的优势在于其所含化合物的碳氢比对化工 产品的生产更为有利。石油、天然气的碳氢比为1：2～1：4， 而煤的碳氢比仅大于1，因此采用石油和天然气生产碳氢比 为1：2的乙烯和丙烯成本较低。碳氢比为1：1的苯约有10 ％来自煤，碳氢比大于1的萘、蒽等芳烃则主要从煤中提取。
一个年处理原油能力为500万吨的炼油厂所能提供的轻柴 油可供一个年产30万吨乙烯装置的原料。
由于中国轻质原油少，因而馏分油裂解装置多以轻柴油， 甚至减压柴油为主要裂解原料。国外轻质油的油田较多，石脑 油收率多在20％以上，有的甚至高达50％，因而国外多以石 脑油作为重整法生产芳烃和裂解法生产烯烃的原料。
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化学工业的基本原料指的是一些低碳原子的烷 烃，烯烃（包括双烯烃）炔烃，芳香烃和合成气， 三酸、二碱、无机盐等。如最常用的乙烯，丙烯， 丁烯，丁二烯，苯，甲苯，二甲苯，乙炔，萘，甲 烷，乙烷，一氧化碳，氢气，氮气，水，氯化钠等。
由这些基本原料出发，可以合成一系列有机中 间产品和最终产品，也可以合成一系列无机产品， 如氨等。常见的由化工基础原料加工得到化工基本 原料的路线如下表所示。
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根据不同的需要，对油品沸程的划分略有不同，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℃），重油或渣油（>520℃）等。