化学工艺学重难点知识.ppt

化学工艺学,主讲内容：化学工艺学重难点知识 ——原料 ——化学反应 ——产物（物理化学性质） ——化学反应工程与工艺过程 ——化学设备 ——反思与总结应用,第 一 章 绪 论,绪 论,绪 论,课程任务,了解化学工业的特点和发展方向；了解化学工艺学的研究范畴； 掌握典型化工产品的生产工艺流程，反应原理，生产影响因素，工艺条件确定，主要设备结构及其发展现状； 强化化工工程意识，培养理论联系实际的能力；,《化学工艺学》，黄仲九、房鼎业主编，高等教育出版社 《化学工艺学》，米镇涛主编，化学工业出版社 《化工工艺学》，徐绍平、殷德宏编，大连理工大学出版社 《化工工艺学》，曾之平、王扶燕主编，化学工业出版社,绪 论,教材及参考书,成 绩,绪 论,教学、考核安排,绪 论,化学工业及其分类,化学工业：借助化学反应将原料制成化工产品的过程工业按学科分类分,绪 论,按原料性质和来源分,绪 论,化学工业的特征,技术密集型工业 能源密集型工业 连续性和自动化程度高 大型化、综合化、精细化 治理“三废” 、节能,绪 论,化学工业的发展方向,积极发展高新技术，缩短开发周期，加速产品更新换代 最充分、最彻底地利用原料 大力发展绿色化工 化工过程要高效、节能和智能化 实施废弃物再生利用工程,绪 论,,工艺,制备产品的用途、市场需求,工艺条件：热力学及动力学研究确定最佳操作条件,工艺流程与设备：操作单元的组织、反应器系统主要设备,生产原理：主、副反应；反应原理；催化剂及其特性等,化学工艺学的研究范畴,原料的选择和预处理； 生产方法的选择及方法原理； 设备(反应器和其他)的作用、结构和操作； 催化剂的选择和使用； 其他物料的影响； 操作条件的影响和选定；,绪 论,流程组织；生产控制； 产品规格和副产物的分离与利用； 能量的回收和利用； 对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。

绪 论,介绍典型产品的生产原理（包括主、副反应、反应机理、催化剂组成等），工艺条件（包括从热力学和动力学上分析影响因素和寻找最佳工艺条件）和工艺流程与设备（包括反应器选型、组织原则、生产方法比较及最新进展）绪 论,化工工艺计算,物料衡算：质量守恒定律 热量衡算：热力学第一定律系统中积累 = 输入 – 输出 + 生成 – 消耗 化工过程的主要指标：,,主要指标,生产能力 : kg / h; t / a; wt /a,转化率、收率、选择性,生产强度: kg／(h·m3)、t/(d·m3)、 kg／(h·m2)，t/(d·m2),第二章 化工资源及其初步加工,主 要 内 容,2-1 化学矿2-2 煤炭2-3 石油2-4 天然气2-5 其他化工资源,矿产资源,化学工业原料来源,海洋资源,农、林、牧、渔及其副产物,,动、植物,空气、水,2-1 化 学 矿,化学矿的资源特点和分布状况： （1）资源比较丰富，但分布不均衡（2）高品位矿储量比较少（3）选矿比较困难，利用较为复杂,2-2 煤 炭,化学组成及分子结构： 主要由碳、氢、氧及少量的氮、硫、磷等元素构成煤基本结构单元为缩合芳烃及环烷烃及多种侧链，杂原子及官能团。

分类： 一般分为腐植煤、残植煤和腐泥煤根据煤化程度的不同，腐植煤分为泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤不同煤的主要元素组成,煤的加工利用：,2-2 煤 炭,煤化工范畴内煤的加工过程主要有煤的干馏、气化、液化等: 煤的干馏:在隔绝空气的条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程，也称为煤的热解或热分解 高温干馏：煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000℃左右，经过干馏的一系列阶段，最终得到焦炭，该过程称为高温炼焦或简称炼焦 低温干馏：煤在终温500~700℃下进行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物2-2 煤 炭,2-2 煤 炭,煤的气化：以煤或煤焦（半焦）为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温（900~1300℃）通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程气化时所得到的气体称为煤气，其有效部分包括一氧化碳、氢气和甲烷等煤的液化：通过化学加工将煤转化为液体燃料的过程 直接加氢液化：在高压（10 - 20 MPa）、高温（420 - 480 ℃）和催化剂作用下转化成液态烃的过程 间接液化：将煤预先制成合成气，然后在催化剂的作用下是合成气转化成烃类燃料、含氧化合物燃料的过程。

煤,低温干馏,焦炉煤气,含氢、甲烷、乙烯等,低温煤焦油,酚类、烷烃、环烷烃等,半焦,气化,合成气,高温干馏,焦炉煤气,粗苯,分离,苯,二甲苯,甲苯,氧（杂）茚,茚,煤焦油,分离,苯酚、甲酚、二甲酚,萘、烷基萘,蒽,其他化工原料,气化,合成气,合成,氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等,高压加氢液化,汽油、煤油、柴油等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,焦炭,,,,2-3 石 油,一、石油的性质、组成和分类 原油是一种褐黄色或黑色的粘稠液体，具有特殊气味，原油的化学组成非常复杂，主要有碳和氢两种元素所组成的各种烃类，并含有少量的氮、氧、硫化合物，是多种烃类的复杂混合物原油按组成可分为： 石蜡基原油：较多的石蜡，烷烃含量超过50%，密度小，凝固点高，含硫 及胶质较少，大庆原油属于此类 环烷基原油：较多的环烷烃和芳香烃，密度较大，凝固点低，含硫及 胶质较多，沥青亦较多 中间基原油：性质介于前两类之间2-3 石 油,燃料油：汽油、煤油、柴油,石油加工产品,润滑油,基本化工产品： “三烯”、“三苯”、液化石油气等,,沥青,石油焦,为充分利用石油资源，对石油进行一次加工和二次加工，在生产出汽油、航空煤油、柴油、锅炉燃油和液化气的同时，制取各类化工原料。

2-3 石 油,,石油加工,一次加工：常压蒸馏、减压蒸馏,二次加工,2-3 石 油,石油的加工的主要途径和产品,2-3 石 油,杂质：水，氯化钙，氯化镁等盐类,油田 原油,,危害：水---浪费燃料盐----腐蚀设备、结垢，堵塞管路,处理：脱水 脱盐 盐含量 ＜３ｍｇ/Ｌ， 水含量 ＜ ０.２％二、原油的预处理及常、减压蒸馏 1. 原油的预处理,2-3 石 油,,油品的概念,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℃,2-3 石 油,2. 原油的常、减压蒸馏 直接从原油中提取石脑油、汽油、煤油、轻柴油及燃料油。

柴油标号,2-3 石 油,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,,,,,,三、催化裂化和加氢裂化,重质馏分油 高质量汽油，柴油、锅炉燃油、液化气、气体等,2-3 石 油,,∆,催化剂,,减压塔釜渣油,常减压馏分油,润滑油,石蜡精制,催化裂化回练油,延迟焦化重质馏分油,Ⅰ 催化裂化（ Fluid Catalytic Cracking, FCC ）,,,450 -530 ℃,硅酸铝；分子筛,1. 化学反应,2-3 石 油,,催化裂化反应,大分子烷烃-C-C-键断裂生成小分子烷烃、烯烃等,直链烷烃脱氢生成烯烃及氢气,正构烷烃异构化,支链烷烃脱氢环化生成芳烃,环烷烃脱氢生成芳烃,烯烃脱氢环化或聚合结焦,芳烃脱氢缩合结焦等,扩散吸附反应脱附再扩散 速率控制步骤,2. 反应-再生系统及催化裂化工艺流程,2-3 石 油,,反-再系统,固定床,移动床,流化床,等高并列式,高低并列式,同轴式,,,提升管式反应器,返混严重，引发严重的二次反应,,活塞流，减少返混，改善产品,,,分馏 系统,稳定 系统,取 热 器,,,,,液化气,汽油,柴油去加氢精制,油浆(焦化),原料,主风,烟机,2-3 石 油,3. 催化裂化产物,2-3 石 油,,产物,气体（10－17%）：乙烯、丙烯、丁烯、烷烃等,固体——少量焦炭,液体,催化裂化汽油：烯烃含量高，硫含量高,催化裂化柴油：含大量芳烃,重质油馏分：回催化裂化装置或用作加氢裂化原料,,（30－40%）,（40－50%）,,我国商品汽油的主要组分,,抽提法回收芳烃的原料,重油轻质化基本原理是改变油品的相对分子质量和氢碳比。

改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是加氢热加工过程，如焦化、催化裂化都属于脱碳过程，它们的共同特点是要减小一部分油料的氢碳比，因此不可避免地要产生一部分气体烃和氢碳比较小的缩合产物——焦炭和渣油,2-3 石 油,Ⅱ 加氢裂化－－催化裂化技术的改进,重质馏分油 + H2 航空煤油、柴油、汽油、气体等,催化剂,,∆,1. 化学反应,2-3 石 油,,催化裂化反应,大分子烷烃裂解生成小分子烷烃,环烷烃 + H2开环生成链烷烃,芳烃 + H2生成环烷烃,有机含硫化合物 + H2生成烷烃及硫化氢,有机含氮化合物 + H2生成烷烃及氨,有机含氧化合物 + H2生成烃及水,有机金属化合物+ H2生成烃及金属, 加氢裂化使产品中不饱和烃、重芳烃含量下降，油品安定性提高；  使S、N、O及重金属从烃类化合物中分解脱除，提高油品质量  H2抑制脱氢缩合反应，催化剂不结焦，产品不含焦油,加氢裂化是加氢和催化裂化反应过程的有机结合，一方面能使重质油品通过裂化反应转化为汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可防止像催化裂化那样生成大量焦炭，而且还可将原料中的硫、氮、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和。

加氢裂化具有轻质油收率高、产品质量好的突出优点所得汽油的辛烷值比催化裂化低，需再经重整提高辛烷值消耗大量氢气－－操作费用比催化裂化高加氢裂化是用来作为催化裂化的一个补充,,2-3 石 油,2. 反应器及加氢裂化工艺流程,2-3 石 油,,反应器,固定床,沸腾床－－工艺较复杂，自控要求高，国内尚未工业化,悬浮床－－装置投资大，国内处于开发阶段,加氢裂化工业装置按反应器中催化剂所处的状态不同，可分为固定床、沸腾床和悬浮床等几种型式根据原料及目的产品的不同，固定床加氢裂化流程大致分为以下几种：,固定床加氢裂化流程,串联加氢裂化流程,,单段加氢裂化流程,两段加氢裂化流程,2-3 石 油,换热 系统,反 应 器,,,煤油,柴油,原料,低压分离器,高压分离器,分 馏 塔,,氢气,,,,汽油去重整,尾油,加氢裂化原理：在催化剂作用下，烃类和非烃化合物加氢转化烷烃、烯烃进行裂化、异构化和少量环化反应；多环化物最终转化为单环化物加氢精制原理：对馏份油进行脱硫、脱氮、脱氧、脱金属和沥青等杂质及对烯烃、芳烃的加氢饱和，从而来改善油品的气味、颜色和安定性，提高油品的质量2-3 石 油,四、催化重整,汽油馏分 烃类分子重新排列成新分子,2-3 石 油,,∆,催化剂,催化重整原料：直馏汽油馏分（石脑油）。

为了扩大原料来源，也有用焦化汽油、加氢汽油 生产任务不同，所用原料的馏程也不同：① 生产高辛烷值汽油时，一般用80～180℃的 馏分(宽馏分）； ② 以生产BTX为主时，宜用60～145℃的馏分作原料(窄馏分） 产品：高辛烷值汽油、轻芳烃( BTX )、副产氢气和液化气,1. 化学反应,2-3 石 油,,催化重整反应,六元环烷烃的脱氢,五元环烷烃异构化后再脱氢,烷烃环化再脱氢,烷烃异构化,加氢裂化,催化重整由于主要反应是强吸热和体积增大的反应，操作应在加热和低压下进行但低压下催化剂表面容易结焦，使催化剂很快失活，因此一般在加压下进行2. 催化重整工艺流程,2-3 石 油,。