吳指南《基本有機化工工藝學(xué)》課件-概論

《基本有機化工工藝學(xué)》

BasicOrganicChemicalIndustryTechnology

化學(xué)化工學(xué)院2010.09《基本有機化工工藝學(xué)》

BasicOrganicChem概論（4學(xué)時）基本要求：了解化學(xué)工業(yè)的分類、發(fā)展史、主要化工原料及產(chǎn)品。重點：化工原料及主要產(chǎn)品難點：介紹化學(xué)工業(yè)發(fā)展史以及化學(xué)工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和作用，使學(xué)生認識到化工工藝在化工生產(chǎn)、科研中的主導(dǎo)地位，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。概論（4學(xué)時）（一）基本有機化學(xué)工業(yè)的任務(wù)（二）乙烯的產(chǎn)量是一個國家基本有機化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的標志。（一）基本有機化學(xué)工業(yè)的任務(wù)第一節(jié)基本有機化學(xué)工業(yè)的原料（一）一碳化學(xué)技術(shù)（C1chemistrytechnology）第一節(jié)基本有機化學(xué)工業(yè)的原料（一）一碳化學(xué)技術(shù)（C1ch一、天然氣及其加工利用1.1天然氣（NG：naturalgas）

自地下自然噴出或人工開采出的可燃性氣體的總稱。其主要成分是甲烷，另外還有少量的乙烷、丙烷、丁烷等及微量的硫化氫、水、氮氣等。天然氣按組成可分為干氣（甲烷體積含量在90%以上）和濕氣（甲烷體積含量在90%以下）。一、天然氣及其加工利用1.1天然氣（NG：natural一、天然氣及其加工利用1.2天然氣按儲存方式可分為：氣井氣：由氣井采出的天然氣；氣井只出氣而不出油的井，來自純氣藏（一般屬于干氣）；油田氣：伴隨采油采出的天然氣，來自油氣藏（屬于濕氣）；凝析氣氣井氣：來自凝析氣藏（一般屬于濕氣）。一、天然氣及其加工利用1.2天然氣按儲存方式可分為：一、天然氣及其加工利用1.3天然氣加工利用主要有以下幾方面

（1）天然氣制氫氣和合成氨；（2）天然氣經(jīng)合成氣路線的催化轉(zhuǎn)化制燃料和化工產(chǎn)品；

（3）天然氣直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品；（4）天然氣熱裂解制化工產(chǎn)品；

（5）甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制化工產(chǎn)品；（6）濕性天然氣中C2一C4烷烴的利用

一、天然氣及其加工利用1.3天然氣加工利用主要有以下幾方面二、石油及其加工利用

石油化工自20世紀50年代開始蓬勃發(fā)展，至今，基本有機化工、高分子化工、精細化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品大約有90％來源于石油和天然氣。90%左右有機化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔和萘，還有甲醇。其中的三烯主要由石油制取，三苯、萘和甲醇可由石油、天然氣和煤制取。

二、石油及其加工利用石油化工自20世紀5二、石油及其加工利用2.1石油（Petroleum）的組成

石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色粘稠狀液體，密度與組成有關(guān)，相對密度大約在0.75～1.0。有些油田常伴生油田氣。石油是由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的化合物構(gòu)成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上均有。石油中合量最大的兩種元素是C和H，其質(zhì)量含量分別為碳83％～87％、氫11％～14％，兩者主要以碳氫化合物形式存在。其他元素的含量因產(chǎn)地不同而有較大的波動，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等金屬元素只含微量，由十億分之幾到百萬分之幾。在地下與石油共存的水相中溶有K、Na、Ca、Mg等的氯化物，易于脫除。石油中的化合物可以分為烴類、非烴類以及膠質(zhì)和瀝青三大類。二、石油及其加工利用2.1石油（Petroleum）的組成二、石油及其加工利用（1）烴類化合物

烴類即碳氫化合物，在石油中占絕大部分約幾萬種。①鏈式飽和烴。含量最多，有正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴，兩者在石油中約占50％-70％（質(zhì)量），僅有極少數(shù)油田的石油中鏈烷烴低于10％-15％。C1-C4烷烴是溶解在石油中的氣態(tài)烴，C5-C16烷烴為液態(tài)，C17及以上烷烴為溶解在液態(tài)烴中的固態(tài)烴。②環(huán)烷烴。含量僅次于鏈烷烴，具飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，多為五員環(huán)和六員環(huán)的單環(huán)結(jié)構(gòu)，例如環(huán)戊烷和環(huán)己烷及其帶側(cè)基的衍生物，此外還有少量雙環(huán)和三環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)烷烴。③芳香烴。具不飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有單環(huán)的苯系芳烴（苯、甲苯、二甲苯、乙苯及其他苯的衍生物）、雙環(huán)的萘及其衍生物（例如甲基萘、其他烷基萘）和聯(lián)苯系芳烴，以及三個或三個以上苯環(huán)疊合在一起的稠環(huán)芳烴。二、石油及其加工利用（1）烴類化合物二、石油及其加工利用（2）非烴化合物含有碳、氫及其他雜原子的有機化合物。①硫化物。多為有機硫化物，例如硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二疏化物（RSSR）、噻吩（C4H4S硫雜環(huán)化合物）及其衍生物等。硫醇拂點較低，原油經(jīng)蒸餾加工后，硫醇多存在于汽油、煤油產(chǎn)品中；硫醚和部分二硫化物則在中等沸程餾分（如柴油）中；二硫化物、噻吩等則多留在高沸程的重油、渣油和瀝青中。②氮化物。多為吡啶、喹啉等不飽和氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的有機物，它們的沸點較高，石油加工后多留在沸點高于500℃的渣油中。③氧化合物。有環(huán)烷酸、酚類和很少量的脂肪酸，總稱為石油酸。其中環(huán)烷酸含量較多，在石油加工分離后，環(huán)烷酸多存在于250—400℃沸程的餾分中。④金屬有機化合物。含量甚微，主要以金屬絡(luò)合物的形式存在。二、石油及其加工利用（2）非烴化合物二、石油及其加工利用2.2石油的、減壓蒸餾（atmosphericandvacuumdistillation）

石油開采出來尚未加工時稱為原油，一次加工方法為常壓蒸餾和減壓蒸餾。蒸餾是一種利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別（沸點不同）進行分離的方法，是一種沒有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)、傳熱物理過程，主要設(shè)備是蒸餾塔。常減壓蒸餾流程有三類：①燃料型;②燃料-潤滑油型;③燃料-化工型。二、石油及其加工利用2.2石油的、減壓蒸餾（atmosph二、石油及其加工利用

大型石油化工聯(lián)合企業(yè)中的煉油廠蒸餾裝置多采用燃料-化工-潤滑油型流程，見圖2-1。

二、石油及其加工利用大型石油化工聯(lián)合企業(yè)中的煉油二、石油及其加工利用2.3餾分油的化學(xué)加工常、減壓蒸餾只能將原油切割成幾個餾分，主產(chǎn)的燃料量有限，不能滿足需求，直接能用作化工原料的也僅是塔頂出來的氣體。為了生產(chǎn)更多的燃料和化工原料，需要對各個餾分油進行二次加工。加工的方法很多，主要是化學(xué)加工方法，下面簡介主要的幾種加工過程。二、石油及其加工利用2.3餾分油的化學(xué)加工二、石油及其加工利用⑴

催化重整（catalyticreforming）

催化重整是在含鉑的催化劑作用下加熱汽油餾分（石腦油），使其中的烴類分子重新排列形成新分子的工藝過程。催化重整裝置能提供高辛烷值汽油，還為化纖、橡膠、塑料和精細化工提供苯、甲苯、二甲苯等芳烴原料以及提供液化氣和溶劑油,并副產(chǎn)氫氣。固定床催化重整工藝流程見圖2-2。二、石油及其加工利用⑴催化重整（catalyticref二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用⑵

催化裂化（catalyticcracking）催化裂化是在催化劑作用下加熱重質(zhì)餾分油，使大分子烴類化合物裂化而轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的汽油，并副產(chǎn)柴油、鍋爐燃油、液化氣和氣體等產(chǎn)品的加工過程。原料可以是直餾柴油、重柴油、減壓柴油或潤滑油餾分，甚至可以是渣油焦化制石油焦后的焦化餾分油。它們所含烴類分子中的碳數(shù)大多在18個以上。二、石油及其加工利用⑵催化裂化（catalyticcra二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用2.4催化加氫裂化（catalytichydrocracking）

催化加氫裂化系指在催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成航空煤油、柴油、汽油（或重整原料）和氣體等產(chǎn)品的加工過程。加氧裂化的原料油可以是重柴油、減壓柴油，甚至減壓渣油，另一原料是氫氣。按操作壓力分有高壓法和中壓法。高壓法的操作壓力高于10MPa，反應(yīng)溫度370～450℃；中壓法壓力5～10MPa，反應(yīng)溫度370～380℃。加氫裂化過程的方框圖見圖2-5。二、石油及其加工利用2.4催化加氫裂化（catalytic二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用二、石油及其加工利用2.5烴類熱裂解（pyrolysisofhydrocarbons）烴類熱裂解的主要目的是為了制取乙烯和丙烯，同時副產(chǎn)丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳烴及其他化工原料。它是每個石油化工廠必不可少的首要過程。烴類熱裂解不用催化劑，將烴類加熱到750～900℃使其發(fā)生熱裂解，反應(yīng)相當復(fù)雜，主要是高碳烷烴裂解生成低碳烯烴和二烯烴同時伴有脫氫、芳構(gòu)化和結(jié)焦等許多反應(yīng)。熱裂解的原料較優(yōu)者是乙烷、丙烷和石腦油，因為碳數(shù)少的烷烴分子裂解后產(chǎn)生的乙烯產(chǎn)率高。

二、石油及其加工利用2.5烴類熱裂解（pyrolysis三、煤及其加工利用1.1煤（coal）煤（coal）是由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物質(zhì)組成。從煤中可以得到多種芳香族化合物，它們是精細有機合成的主要原料。三、煤及其加工利用1.1煤（coal）三、煤及其加工利用1.2煤化工范疇內(nèi)的幾種煤加工路線（1）煤的干餾煤干餾（coalcarbonization）是在隔絕空氣條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦爐氣的過程。煤干榴過程又分以下兩類。①煤的高溫干餾（煉焦）。②煤的低溫干餾。三、煤及其加工利用1.2煤化工范疇內(nèi)的幾種煤加工路線三、煤及其加工利用

（2）煤的氣化煤氣化（coalgasification）是指在高溫900～1300℃）下使煤、焦炭或半焦等固體燃料與氣化劑反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成主要含有氫、一氧化碳等氣體的過程。生成的氣體組成隨固體燃料性質(zhì)、氣化劑種類、氣化方法、氣化條件的不同而有差別。氣化劑主要是水蒸氣、空氣或氧氣。三、煤及其加工利用（2）煤的氣化三、煤及其加工利用

（3）煤的液化煤液化（coalliquefaction）是指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。煤液化可分為直接液化和間接液化兩大類過程。（4）生產(chǎn)電石(carbide)將煤與CaO在2000～2200℃及電弧爐作用下反應(yīng)生成CaC2（電石）的過程。電石水解可生成乙炔（此法占乙炔來源的一半以上），由乙炔出發(fā)可生成一系列化工產(chǎn)品。三、煤及其加工利用（3）煤的液化煤液化（coa四、生物質(zhì)及其加工利用

農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)產(chǎn)品及其廢棄物（殼、芯、稈、糠、渣）等生物質(zhì)通過化學(xué)或生物化學(xué)方法可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)化學(xué)品或中間產(chǎn)品，例如葡萄糖、乳酸、檸檬酸、乙醇、丙酮、高級脂肪酸等。加工過程涉及一系列化學(xué)工藝，如化學(xué)水解、酶水解、微生物水解、皂化、催化加氫、氣化、裂解、萃取等等，有些還用到DNA技術(shù)。四、生物質(zhì)及其加工利用農(nóng)、林、牧、四、生物質(zhì)及其加工利用利用生物質(zhì)生產(chǎn)化學(xué)品舉例：

（1）糠醛的生產(chǎn)

農(nóng)副產(chǎn)品廢渣的水解是工業(yè)生產(chǎn)糠醛的唯一路線。其生產(chǎn)過程是：將含多縮戌糖的玉米芯、棉子殼、花生殼、甘蔗渣等投人反應(yīng)釜內(nèi)，用含量為6％的稀硫酸作催化劑并通入蒸汽加熱，控制溫度在180℃左右、壓力0.6～1.0MPa，反應(yīng)