第一章基本有机化学工业的原料

第二节
天然气的化工利用
一、天然气的分类和组成 二、天然气的初步加工 三、天然气的分离和净化 四、天然气的化工利用
一、天然气的分类和组成

干气（贫气） CH4>90%～99.8%
（C2H6、 C3H8、C4H10、CO2、N2、H2S、NH3） 热值高，很好的燃料制造合成氨和甲醇的好原料

湿气（富气） ： C2—C4>15～20%
>25%
注

意：
煤及其化工利用 ——煤炭
无烟煤不是煤化程度最深的煤种，可转化为石墨 煤的分子结构随煤化程度的加深愈加复杂 做为原料制取芳烃、稠环和杂环等类化合物，比 石油方便
煤及其化工利用 ——煤炭
中国煤炭资源比石油和天然气丰富。
在20世纪50年代前，煤炭曾是制取有机化学品的主要资源。 有机化学工业是以煤－电石－乙炔为基础建立起来的。
炼焦
成型
低热值煤气
合成气
电能
热
还原气
氢
燃料气
车用 燃料
化学品
冶金焦
型焦
存在问题:

煤及其化工利用 ——煤炭

综合利用率低 污染环境
技术上：



加强洁净煤技术研究 煤气化、加氢液化等新技术，提高利用率 合理利用余热 大力发展煤电转化 提高煤岩使用过程废弃物综合利用
一、煤的干馏
煤及其化工利用 ——煤炭
2、原油的精馏




原油精馏塔一般为带外部汽提 装置的复杂塔。 原油由第一段中部进入，塔底 分出重油，汽油、柴油、煤油 在这一段被蒸出。 在塔的第二段被分离成沸点不 同的重柴油、轻柴油等油品。 提馏段操作是在外部塔中进行 的。 第三段底部分离出煤油，汽油 从塔顶蒸出。
2.1常减压精馏装置及流程
预防腐蚀措施
(1)控制原油电脱盐标准。 (2)脱盐后的原油注碱，将氯化钙和氯化镁 转化为氯化钠，中和氯化氢、硫化氢等。 (3)塔顶馏出线注氨，中和残存氯化氢、硫 化氢，调节PH值。 (4)塔顶馏出线注缓蚀剂，吸附在金属表面 形成抗水性保护膜。 (5)塔顶馏出线注碱性水，冲洗注氨生成的 铵盐，中和冷凝的酸性水。
表1-1 煤的主要元素组成（质量分数） 种类 组成 W（Ｃ）％ W（Ｈ）％ W（Ｏ）％
泥炭
６０～７０ ５～６ ２５～３５
褐煤
７０～８０ ５～６ １５～２５
烟煤
８０～９０ ４～５ ５～１５
无烟煤
９０～９８ １～３ １～３
煤及其化工利用 ——煤炭
煤的分子结构以芳核为主，配以烷基侧链和含氧，含氮，含硫基团， 近似组成为(C135H97O9NS)m
一般分为三段：初馏、常压精馏和减压精馏。
燃料型原油蒸馏典型工艺流程图
化工资源及初步加工
图2-1 原油常减压蒸馏流程图
——石油
原油常减压蒸馏装置图
原油常减压蒸馏装置: 常压塔和减压塔
原油常减压蒸馏装置: 冷换框架和换热系统
2.2常减压蒸馏设备防腐蚀




原油虽经脱盐脱水，但仍含有少量无机盐，可引起设 备腐蚀。 主要腐蚀反应 CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2HCl(g) MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 + 2HCl(g) HCl遇水则可引起腐蚀。 Fe + 2HCl(aq) FeCl2 + H2 H2S + Fe F2S + H2 FeS + 2HCl(aq) FeCl2 + H2S
CaO + 3C ⇌CaC2 + CO－468.83kJ/mol CaC2+2H2O→CH三CH （气体）+Ca(OH)2
提示语
煤及其化工利用 ——煤炭
目前国际石油资源紧缺的情况下, 我国富煤少油的资源特点,积极发展煤 化工、煤炭的综合利用，对长远摆脱对 石油资源的过度依赖具有意义。
作业

课本P25，1-2，1-3第一问
2.3 常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施

提高热回收率是原油蒸馏设备节能的关键。通常采用 下列措施来提高原油换热终温： 1．分馏塔取热合理分配，增加高温热源的热量 适当减少塔顶回流，从塔的中下部取出高温位热源. 2．充分利用中、低温热源 3．优化换热流程 应用夹点设计技术 ,用计算机计算优化的换热系统可 使 原 油 换 热 后 的 终 温 由 过 去 的 230~240℃ 提 高 到 285~310℃，减少常压炉的热负荷，燃料消耗量降低 约36 %~48 %。
OH O CH2 O H3CO CHOH C O H2C
低 挥 发 烟 煤
CH2
O H2C O
褐 煤
O
CHOH
OH O
高 挥 发 烟 煤
CH COOH CH3 OH
CH O 2 CC H O 2 H
CH2 HO OH
次 烟 煤
无 烟 煤
O
生成阶段
煤及其化工利用 ——煤炭
泥炭化
植物 泥炭
煤化
褐煤
烟煤
石油及其化工利用 ——石油
一、石油的性质、组成和分类 预处理 常减压蒸馏
二、原油加工过程
催化裂化和加氢裂化
催化重整 延迟焦化
一、石油的性质、组成和分类

石油及其化工利用 ——石油
轻质原油 中质原油
粘稠液体、有气味 API分类 黄、黑褐色 重质原油 相对密度0.75~1 特稠原油 热值43.5~46MJ/kg 低硫原油 多种烃类的混合物 含硫量分类 含硫化物、腐蚀性 高硫原油 含氮化物—胶质 石蜡基 含氧化物:环烷酸和酚类 化学组成分类 中间基
20世纪50年代后，逐渐被石油和天然气取代。 有机化学工业主要由石油和天然气为原料制得。
随着石油资源的日益枯竭，煤化工和天然气化工将会取代石油化工，或为获
取有机化学品的主要来源，有机化学工业也会发生质的飞跃。
化学组成：C、H、O、N、S（少量）

煤及其化工利用 ——煤炭
分子结构随煤化程度加深而愈加复杂。
三类煤岩显微组分与四种宏观成分之间的关系
洗煤和煤的储存

煤及其化工利用 ——煤炭


选煤厂加工环节 原煤准备 洗煤脱水
储存
尽量与空气隔绝（防 止风化） 水分、气温－煤风化 －发热量少、热加工 产率低、粘结性坏、 火焰短 煤堆通风散热
煤泥精选回收、洗水澄清 生产技术检查 产品运销

矿井
或
原煤受煤设施
煤干馏（coal carbonization）是在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、 煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。煤干榴过程又分以 下两类。
按温度不同，煤的干馏
高温干馏：1173—1373K （炼焦） 中温干馏：973—1173K 低温干馏：773—973K
二、煤的气化和液化
煤气化（ coal gasification）是指在高温900～1300℃）下使煤、焦炭或半 焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。生 成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方法、气化条件的不同而有 差别。气化剂主要是水蒸气、空气或氧气。
天然气脱水主要方法： 溶剂吸收法、固体吸附法
四、 天然气的化工利用
转化 合成气 氧化 甲醇 甲醛 高级醇、合成氨
裂解
甲烷 氨氧化
天然气
乙炔
炭黑 氢氰酸
氯化
硝化 乙烷 丙烯 裂解 裂解 氧化
氯化甲烷
硝基甲烷 乙烯
丙烯
乙醛
丁烷 氧化 脱氢
醋酸
丁二烯
图 6.1
作 业
课本P25,1-4
第三节

石油及其化工利用
3 催化裂化
石油及其化工利用 ——石油
3.1 催化裂化的化学反应



催化裂化由于有催化剂存在，反应选择性好， 轻质油收率高，汽油安定性好，辛烷值高。 催化裂化过程在催化剂表面仍有结焦，所以催 化剂使用一段时间后必须再生。 再生反应为放热反应，而裂化反应为吸热反应， 反应装置必须处理好这一矛盾。
热裂化减粘装置
第一章
基本有机化学工业的原料
第一节煤及其化工利用

2课时
煤炭 一、煤的干馏 二、煤的气化与液化 三、煤生产电石
1～21
第二节天然气的化工利用

2课时
22～31
一、天然气的分类和组成 二、天然气的初步加工 三、天然气的分离与净化 四、天然气的化工利用
第三节石油及其化工利用

第一节 煤及其化工利用
煤炭 一、煤的干馏 二、煤的气化与液化 三、煤生产电石
煤的种类和特征
特征 种类 成煤 颜色 植物 光泽 水 分 硬度 热值
MJ/kg
用 火 柴 燃 烧
不 燃 烧
有机 物的 氢含 量
一般 W<6%
低温焦 油产率
腐 植 煤
泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤 高等植 物
棕褐色
无光泽
多
很低
<20%
入厂原煤 筛分 选矸 大块矸石 装运 选后煤 破碎 或经原煤质量均匀化设施 入洗原煤 洗选和脱水
洗矸
中煤
块精煤
末精煤
煤泥水
煤泥回收及洗水澄清
浮选精煤 总精煤 装运 脱水或干燥
浮选尾煤 （损失） 循环水 装运
选煤厂常用的加工程序图
转化利用
原煤
预处理
煤及其化工利用 ——煤炭
精燃料
燃烧
气化
液化
残渣
热解
半焦
煤液化（coal liquefaction）是指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。煤 液化可分为直接液化和间接液化两大类过程。
三、生产电石
将煤与CaO在2000～2200℃及电弧炉作用下反应生成 CaC2（电石）的过程。 电石水解可生成乙炔（此法占乙炔来源的一半以上），由乙炔出发可生成一 系列化工产品。
3课时
一、石油的性质、组成和分类 二、原油加工过程 1．预处理 2.原油的精馏 3.催化裂化 4.加氢裂化 5.催化重整 6.延迟焦化
32～77
第四节生物质及其化工利用

1课时
78～81
一、生物质为原料的特点 二、生物质的化工利用
基本有机化学工业

基本有机化学工业的简称，也称基本有机合成 工业，是以石油、天然气、煤等为基础原料， 主要生产各种有机原料的工业。
褐色
黑色 灰黑色
无光泽
一定光泽 金属光泽
较多
少 较少
低
较高 高
23 ～27
27.2～37 33.4～33
残 植 煤
腐 泥 煤
树皮残植 煤
孢子残植 煤
高等植 物中稳 定组分 （角质、 树皮、 孢子、 树脂等）
藻类等 浮游生 物 褐色多数 暗
燃 烧
藻煤 胶泥煤 油页岩
燃 烧， 有 沥 青 味
一般 W>6%, 可达 11.5%
２
重整油 （汽油）
低凝点油、 液蜡
热 裂 化 减 粘 裂 化
芳 苯 烃 脱 分 乙苯 氢 苯乙烯 离 与 重芳烃 重芳 转 烃分 汽油调和油， 三、四甲苯 化 离 氧 沥青 化 沥 青
烃 化
炼油厂原油加工 示意图
热裂汽、柴油， 渣油
石油气、 粗汽油、 重油
溶 剂 脱 沥
延 迟 焦 化
润 滑 油
组分油、石蜡、 抽出油 蜡膏 石蜡或地蜡
稍加压缩有汽油析出
热裂解原料，民用燃料
煤层气（瓦斯气） 天然气水合物

组成

主要成份：烷烃 CH4, C2H6 次要成份：非烃气体CO2，H2S，H2，He 微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃 有害成份：硫化氢等。
二、天然气的初步加工
CO2
来自 气井
冷 凝 分 离 器
H2S
制硫装置
无烟煤
煤
炭
煤及其化工利用 ——煤炭

岩相组成：通过对煤的颜色、光泽、断口 来确定。 对其研究，可指导工业生产，指导煤炭分 类及炼焦配煤。
H2 OH OH H2 H2 CH2 CH2 N CH2
CH
C
Given:煤大分子模型
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 H3C N H2 H2
OH
O H2
煤及其化工利用 ——煤炭
硫磺 烃类 分离 分馏
送入输气管网
甲烷 乙烷 丙烷/丁烷 液化气
干 燥
H2O
分离CO2 和H2S
干 燥
H2O
三、天然气的分离与净化
1、 采出气的分离
分离目的：分离采出气中的液体、固体杂质。 重力分离法 分离方法： 旋风分离法 其它分离法
图 6.8
2、天然气的脱水
开采出的天然气经分离后仍然含有水分(操作 温度下的饱和蒸汽压决定)。
焦炭
焙 烧
溶剂 脱油 精制
石油焦 脱油沥青
调 和
各种沥青
1、预处理

石油及其化工利用 ——石油

破乳剂:非离子型表面活性剂等，用量极少。电压 一般为1635kV. （目的：原油脱水） 注意：注水的目的是溶解结晶盐。
二次注水
一级脱盐罐
破一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ乳次 剂注 水
二级脱盐罐
含盐废水
当原油含硫量高时，脱盐脱水完毕后在原油中还需要加图适量碱性中和 剂和缓蚀剂，以减轻在后续加工过程中，硫化物对炼油设备的腐蚀。
流化床催化裂化装置
催化裂化装置图
常 减 压 蒸 馏 和 催 化 裂 化 联 合 装 置
同高并列式催化裂化反应-再生及分馏系统流程
环烷基
Ｈ２
加 氢 精 制
加 氢 裂 化
干气、ＬＰＧ 轻、重石脑油 氢裂航煤、 柴油，尾油
常 减 原油 压 蒸 馏
ＬＰＧ， ＬＮ 直馏汽、煤 油、柴油 直馏重柴油、减 压柴油（蜡油） 减压渣油
催 化 干气、ＬＰＧ 裂 催裂汽、柴油， 化 尾油
石油气
尿 素 脱 蜡
催 化 重 整
石油及其化工利用 Ｈ 、液化气 ——石油