化学工业原料资源和其加工.doc

第一章化学工业原料资源及其加工利用

第一节无机化学矿及其加工利用

第二节石油及其加工利用 1

第三节天然气及其加工利用 1

第四节煤及其加工利用 2

第五节生物质及其加工利用 1

第六节再生资源的开发利用0.5

第七节空气和水0.5

主要内容：了解和掌握石油的组成、性质及其加工利用，了解和掌握天然气、煤、生物质及其加工利用，了解再生资源、空气和水的开发利用。

授课方式：重点采用课堂讲授，利用启发式、提问式与讲解式相结合的方法，并将理论与实际化工厂相结合进行讲解，同时选部分内容让学生自学。

重点和难点：石油的组成、性质及其加工利用，天然气、煤、生物质及其加工利用。

第一节无机化学矿及其加工利用

一、主要无机化学矿

二、磷矿和硫铁矿的加工利用

第二节石油及其加工利用

石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展，至今，基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品大约有90％来源于石油和天然气。90%左右的有机化工产品上游原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔和萘，还有甲醇。其中的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。

一、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，密度与组成有关，相对密度大约在0.75～1.0。有些油田常伴生油田气。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。石油中合量最大的两种元素是C和H，其质量含量分别为碳83％～87％、氢11％～14％，两者主要以碳氢化合物形式存在。其他元素的含量因产地不同而有较大的波动，硫含量0.02％-5.5％，氮含量0.02-1.7％，氧含量0.08％-1.82％。而Ni、V、Fe、Cu等金属元素只含微量，由十亿分之几到百万分之几。在地下与石油共存的水相中溶有K、Na、Ca、Mg等的氯化物，易于脱除。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。

（1）烃类化合物烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分约几万种。

①链式饱和烃。含量最多，有正构烷烃和异构烷烃，两者在石油中约占50％-70％（质量），仅有极少数油田的石油中链烷烃低于10％-15％。C1-C4烷烃是溶解在石油中的气态烃，C5-C16烷烃为液态，C17及以上烷烃为溶解在液态烃中的固态烃。

②环烷烃。含量仅次于链烷烃，具饱和环状结构，多为五员环和六员环的单环结构，例如环戊烷和环己烷及其带侧基的衍生物，此外还有少量双环和三环结构的环烷烃。

③芳香烃。具不饱和环状结构，有单环的苯系芳烃（苯、甲苯、二甲苯、乙苯及其他苯的衍生物）、双环的萘及其衍生物（例如甲基萘、其他烷基萘）和联苯系芳烃，以及三个或三个以上苯环叠合在一起的稠环芳烃。

以上烃类化合物都是有机化工的基本原料，许多烃类还是汽油、航空煤油、柴油的组分。石抽中几乎没有烯烃和炔烃这两类化合物，然而它们却是石油化工的重要原料，尤其是烯烃更为重耍，只有通过对石油的化学加工才能获得这些化合物。

（2）非烃化合物含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。

①硫化物。多为有机硫化物，例如硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二疏化物（RSSR）、噻吩（C4H4S硫杂环化合物）及其衍生物等。硫醇拂点较低，原油经蒸馏加工后，硫醇多存在于汽油、煤油产品中；硫醚和部分二硫化物则在中等沸

程馏分（如柴油）中；二硫化物、噻吩等则多留在高沸程的重油、渣油和沥青中。

②氮化物。多为吡啶、喹啉等不饱和氮杂环结构的有机物，它们的沸点较高，石油加工后多留在沸点高于500℃的渣油中。

③氧化合物。有环烷酸、酚类和很少量的脂肪酸，总称为石油酸。其中环烷酸含量较多，在石油加工分离后，环烷酸多存在于250—400℃沸程的馏分中。

④金属有机化合物。含量甚微，主要以金属络合物的形式存在。

二、石油的常压蒸馏和减压蒸馏

为了充分利用宝贵的石油资源，要对石油进行一次加工和二次加工，在生产出汽油、航空煤袖、柴油、锅炉燃抽和液化气的同时，制取各类化工原料。

石油开采出来尚未加工时称为原油，一次加工方法为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。常减压蒸馏流程有三类：

①燃料型。以生产汽油、煤油、柴油等为主，没有充分利用石油资源，现巳很少采用；

②燃料-润滑油型。除生产轻质和重质燃料油外，还生产各种品种润滑油和石蜡；

③燃料-化工型。除生产汽油、煤油、柴油等燃料油外，还从石脑油馏分抽提芳烃，利用石脑油或柴油热裂解制取烯烃和芳烃等重要有机化工基本原料，炼油副产的气体也是化工原料。有的工厂还采用燃料一润滑油一化工型流程，主耍产品是燃料和化工产品。

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。

三、馏分油的化学加工

常、减压蒸馏只能将原油切割成几个馏分，主产的燃料量有限，不能满足需求，直接能用作化工原料的也仅是塔顶出来的气体。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。加工的方法很多，主要是化学加工方法，下面简介主要的几种加工过程。

1催化重整（catalytic reforming）

催化重整是在含铂的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。催化重整装置能提供高辛烷值汽油，还为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料以及提供液化气和溶剂油，并副产氢气。固定床催化重整工艺流程见图2-2。

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的加工过程。

原料可以是直馏柴油、重柴油、减压柴油或润滑油馏分，甚至可以是渣油焦化制石油焦后的焦化馏分油。它们所含烃类分子中的碳数大多在18个以上。

裂化反应在450～530℃和0 .1—0 .3 MPa下进行。催化剂为微球形，颗粒直径10～100 μm。催化裂化包括反应器（包括反应部分和沉降部分）和再生器。根据两者相对位置来分，有等高并列式、高低并列式（错列式）和同轴式三种。等高并列式催化裂化装置见图2-3。高低并列式催化裂化装置及流程见图2-4，同轴式装置的沉降器位于同一垂直轴的再生器之上，两者外侧连有提升反应管。