石油與汽油-省賽獲獎(jiǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)

石油與汽油1.石油的成分在石油中由碳、氫兩種元素組成的化合物的成分很復(fù)雜。按其結(jié)構(gòu)可分為烷烴（包括直鏈和支鏈烷烴）、環(huán)烷烴（多數(shù)為烷基環(huán)戊烷和烷基環(huán)己烷）和芳香烴（多數(shù)是烷基苯）。在石油中一般不含烯烴。在石油中含硫的化合物主要有硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二硫化物（RSSR）和噻吩等。在石油中含氧的化合物主要有環(huán)烷酸和酚（以苯酚為主），此外還含有少量的脂肪酸。環(huán)烷酸是指分子中含有一個(gè)或多個(gè)駢合脂環(huán)、碳原子數(shù)為11～30個(gè)的羧酸。羧基既可以在脂環(huán)上，也可以在側(cè)鏈上。在煉油生產(chǎn)中，常將環(huán)烷酸和酚統(tǒng)稱(chēng)為石油酸。在石油中含氮的化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺類(lèi)（RNH2）等。因吡咯在空氣中容易被氧化，顏色逐漸變深，這與汽油久存后顏色變深有關(guān)。石油的化學(xué)組成不是固定的，而是隨產(chǎn)地的不同而不同。根據(jù)石油中所含烴的成分的不同，一般將石油分為烷烴基石油、環(huán)烷基石油、混合基石油和芳烴基石油等幾大類(lèi)。但各產(chǎn)油國(guó)常根據(jù)本國(guó)資源的情況有不同的分類(lèi)。2.我國(guó)的石油資源在我國(guó)960×104km2的土地上，經(jīng)過(guò)地質(zhì)普查，發(fā)現(xiàn)有300多個(gè)可供勘探石油的沉積盆地，沉積巖面積達(dá)450×104km2，約占國(guó)土總面積的44%。其中面積大于10×104km2的沉積盆地有10個(gè)，總面積超過(guò)254×104km2。此外，還有大量的中小盆地油氣資源也很豐富，有些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油田或工業(yè)油流。如酒泉盆地、蘇北盆地和百色盆地等。地質(zhì)學(xué)家根據(jù)大量的科學(xué)資料分析以后，估計(jì)我國(guó)陸上石油的儲(chǔ)量大約為300×109t～600×109t。除了陸上石油外，我國(guó)還擁有18000km的海岸線，其大陸架的面積約占世界大陸架總面積的1/20。根據(jù)近幾年的勘查結(jié)果，先后在渤海、黃海南部、東海、臺(tái)灣淺灘、珠江口、鶯歌海、北部灣等海域發(fā)現(xiàn)了7個(gè)油氣盆地，總面積約為100×104km2。從發(fā)展遠(yuǎn)景來(lái)看，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量不亞于陸上石油的儲(chǔ)量。我國(guó)專(zhuān)家估計(jì)，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為200×109～500×109t，國(guó)外人士估計(jì)我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為200×109～900×109t。3.石油分餾的工藝過(guò)程（1）原油加工前的預(yù)處理在原油中含有一定量的石油氣、水、鹽類(lèi)和泥沙等雜質(zhì)，如不除去這些雜質(zhì)，將會(huì)給以后的工序帶來(lái)困難。預(yù)處理的步驟是先通過(guò)油氣分離器，將石油氣分離出去。再進(jìn)入沉降池中除去泥沙及部分水和鹽類(lèi)。最后，在15～25kV的高壓電場(chǎng)下脫鹽、脫水。（2）初餾將預(yù)處理后的原油在初餾塔中加熱到220～250℃，從塔頂蒸出輕汽油和殘留的水分。（3）常壓分餾用泵將從初餾塔底得到的拔頂油送入加熱爐中加熱到360～370℃后，再送入常壓分餾塔中。經(jīng)分餾，在塔頂可得到低沸點(diǎn)汽油餾分，經(jīng)冷凝和冷卻到30～40℃時(shí)，一部分作為塔頂回流液，另一部分作為汽油產(chǎn)品。此外，還設(shè)有1～2個(gè)中段回流。在常壓塔中一般有3～4個(gè)側(cè)線，分別餾出煤油、輕柴油。側(cè)線產(chǎn)品是按人們的不同需要而取的不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)品，在不同的流程中并不相同。有的側(cè)線產(chǎn)品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產(chǎn)品；有的側(cè)線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底產(chǎn)品為常壓渣油。（4）減壓分餾原油在常壓分餾塔中只能分餾出沸點(diǎn)較低的餾分。要分餾出沸點(diǎn)約在500℃以上的裂化原料和潤(rùn)滑油原料，就會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。因?yàn)檫@些餾分所含有的大分子烴類(lèi)在450℃以上就會(huì)發(fā)生裂解反應(yīng)，使餾出的油品變質(zhì)，并生成焦炭，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就必須在減壓下進(jìn)行蒸餾。因此，將從常壓塔底出來(lái)的重油經(jīng)加熱爐加熱到410℃左右后，送入減壓分餾塔中。為了使塔頂殘壓保持在kPa～kPa，需要用真空設(shè)備抽出不凝性氣體。同時(shí)在減壓塔底吹入過(guò)熱蒸氣以降低塔內(nèi)的油氣分壓，增加餾分的拔出率。在減壓蒸餾塔的塔頂?shù)玫降氖侵夭裼?；在?cè)線分別得到輕潤(rùn)滑油、中潤(rùn)滑油、重潤(rùn)滑油；經(jīng)汽提塔汽提后，在塔底得渣油。4.汽油汽油是一種重要燃料，主要用于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)。如汽車(chē)、摩托車(chē)等。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽油應(yīng)在燃燒沖程燃燒。但有的汽油在壓縮過(guò)程就燃燒爆炸，不僅影響氣缸的正常運(yùn)行，而且由于強(qiáng)烈地震動(dòng)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。這種汽油在氣缸中的不正常的燃燒現(xiàn)象，稱(chēng)為汽油的爆震性。汽油的爆震性與汽油的成分有密切的關(guān)系，以芳烴的抗震性最好（即爆震性最小），環(huán)烷烴和異構(gòu)烷烴次之，烯烴再次之，烷烴中正構(gòu)（直鏈）烷烴的抗震性小。汽油的抗震性能用辛烷值來(lái)表示。提高汽油辛烷值的方法之一，是增加汽油中的芳烴的含量，減少正構(gòu)烷烴的含量；另一種方法是加入少量的四乙基鉛〔Pb(C2H5)4〕。一般來(lái)說(shuō)，只要在汽油中加%～%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的四乙基鉛就可以顯著地提高汽油的抗震性。但是，在汽油中使用四乙基鉛存在著許多的問(wèn)題。一方面是四乙基鉛有毒，只需少量就可以使人體中毒。因此，加入四乙基鉛的汽油通常被染成紅色或藍(lán)色。另一方面是四乙基鉛在氣缸中燃燒后，其中的鉛會(huì)變成氧化鉛沉積下來(lái)，增加積炭量，引起氣缸過(guò)熱，增大發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常在四乙基鉛中加入一種導(dǎo)出劑，使鉛成為揮發(fā)性物質(zhì)從氣缸中排出?？墒?，含鉛化合物的排放，造成了一定程度的環(huán)境污染。目前，我國(guó)的一些城市，如北京、廣州已經(jīng)禁止汽車(chē)使用含鉛汽油，以減少對(duì)大氣的污染和對(duì)人體健康的危害。5.催化裂化催化裂化就是將原油（常用的餾分是重質(zhì)油，如減壓餾分、焦化柴油及石蠟等，也可使用常壓重油）在催化劑的存在下，在460℃～520℃及100kPa～200kPa的壓強(qiáng)下進(jìn)行裂解反應(yīng)。與熱裂化相比較，催化裂化的條件，如溫度和壓強(qiáng)要低一些，但對(duì)原料的要求卻相對(duì)高一些。如果在原料中含有鎳、鐵、銅、釩等重金屬，就會(huì)影響催化劑的催化效率，使其選擇性顯著降低，從而會(huì)降低汽油的產(chǎn)量，增加氣體和焦炭的產(chǎn)量。所以，催化裂化所用的原料油中重金屬的含量必須要有一定限制。在催化裂化中常用的催化劑是硅酸鋁，它的主要成分是SiO2和Al2O3。按照硅酸鋁分子的結(jié)構(gòu)，又可以分為無(wú)定形（叫做普通硅酸鋁催化劑）和結(jié)晶形（叫做分子篩催化劑）兩種。目前最常用的是分子篩催化劑，它的催化活性和選擇性都比較好，汽油的產(chǎn)率較高。催化裂化所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與熱裂化的反應(yīng)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。除了發(fā)生分解反應(yīng)，使碳鏈較長(zhǎng)的烴發(fā)生碳碳鍵斷裂而生成碳鏈較短的烴以外，由于有催化劑的存在，使得異構(gòu)化和芳構(gòu)化的反應(yīng)加速。例如，十四烷在催化裂化的條件下，首先分解為庚烷和庚烯：C114H30→C7H16+C7H14生成的庚烷和庚烯可以進(jìn)一步發(fā)生異構(gòu)化、芳構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)。異構(gòu)化反應(yīng)是指正構(gòu)烷烴變成異構(gòu)烷烴，如帶側(cè)鏈的環(huán)戊烷變成環(huán)己烷，使產(chǎn)品中異構(gòu)烴的含量增加。芳構(gòu)化反應(yīng)是指開(kāi)鏈烷烴變成環(huán)狀化合物、環(huán)狀化合物脫氫生成芳烴等，使產(chǎn)品中的芳烴含量增加。例如，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)是指烴類(lèi)在反應(yīng)中產(chǎn)生的氫與烯烴反應(yīng)而生成飽和烴。例如，除了上述反應(yīng)外，分解反應(yīng)的產(chǎn)物還可以進(jìn)一步發(fā)生碳碳鍵的斷裂，生成分子中碳原子數(shù)較少的裂化氣。6.石油的重整重整常用鉑或錸作催化劑，所以，又叫做鉑錸重整。重整的目的有兩個(gè)，一是提高汽油的辛烷值；二是制取芳香烴。重整用的原料要視目的的不同而定，如果重整的目的是為了提高汽油的辛烷值，一般選用沸點(diǎn)范圍為60～200℃的直餾汽油餾分（或經(jīng)過(guò)加氫的裂化汽油餾分）。如果重整的目的是為了生產(chǎn)芳香烴，則需選用沸點(diǎn)范圍為60℃～130℃的直餾汽油餾分（或經(jīng)過(guò)加氫的裂化汽油餾分），因?yàn)檫@一餾分中含C6～C8的環(huán)烷烴較多，經(jīng)重整后有利于轉(zhuǎn)化為芳香烴。鉑催化劑主要是將鉑分散在氧化鋁載體上，通常鉑含量在%～%的范圍內(nèi)。自1968年以來(lái)，出現(xiàn)了鉑-錸雙金屬催化劑和鉑-錸-銥等多金屬催化劑，從而大大提高了芳香烴的轉(zhuǎn)化率和汽油的辛烷值，并延長(zhǎng)了重整裝置的操作周期。鉑催化劑對(duì)砷、銅、汞等重金屬的化合物特別敏感，尤其是砷能與鉑形成合金，造成催化劑中毒并使其失去活性。為了保證催化劑的使用壽命，對(duì)原料中的有害物質(zhì)必須加以清除。經(jīng)過(guò)除砷、鉛、硫、氮等雜質(zhì)的原料油進(jìn)入重整反應(yīng)器中，在溫度為400℃～500℃，2500～3000kPa的壓強(qiáng)下，通過(guò)鉑催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)。（5）石油污染及危害在石油的開(kāi)采、貯運(yùn)、煉制及使用過(guò)程中，由于原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成污染。當(dāng)前，石油對(duì)海洋的污染，已成為世界性的嚴(yán)重