有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論課件

緒論有機化工生產(chǎn)技術(shù)有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論一、化學(xué)工業(yè)二、有機化工的原料來源三、生產(chǎn)過程的常用指標四、有機化工生產(chǎn)技術(shù)有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論一、化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)分類有機化工產(chǎn)品化學(xué)工業(yè)又稱化學(xué)加工工業(yè)，指利用化學(xué)反應(yīng)改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)而生產(chǎn)化學(xué)品的制造工業(yè)。廣義的化學(xué)加工工業(yè)包括加工過程主要表現(xiàn)為化學(xué)反應(yīng)過程的所有生化學(xué)工業(yè)又稱化學(xué)加工工業(yè)，指利用化學(xué)反應(yīng)改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)而生產(chǎn)化學(xué)品的制造工業(yè)。廣義的化學(xué)加工工業(yè)包括加工過程主要表現(xiàn)為化學(xué)反應(yīng)過程的所有生產(chǎn)部門。狹義的化學(xué)工業(yè)則是指“化學(xué)工業(yè)部”所管轄的那部分行業(yè)和企業(yè)的整體。隨著行政管理體制的變更，化學(xué)工業(yè)部所管轄的范圍時大時小，那么這樣劃分是不科學(xué)的。一般認為化學(xué)工業(yè)應(yīng)介于上述廣義和狹義的定義之間?；瘜W(xué)工業(yè)按產(chǎn)品的元素構(gòu)成大體可分為兩大類：無機物化學(xué)工業(yè)和有機物化學(xué)工業(yè)，簡稱無機化工和有機化工。雖然組成有機化合物的元素品種并不多，但有機化合物的數(shù)量卻十分龐大。有機化工涉及的范圍較廣，如石油煉制工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、有機精細化工、高分子化工、食品化工等等。如果考慮原料的來源和加工特點，化學(xué)工業(yè)則可分為石油化工、煤化工、天然氣化工等。從石油、天然氣、煤等自然資源出發(fā)，經(jīng)過化學(xué)加工得到的以碳氫化合物及其衍生物為主的基本有機化工產(chǎn)品，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇（乙炔、萘）等產(chǎn)品，此類產(chǎn)品是有機化工的基礎(chǔ)原料，產(chǎn)量很大。由這些烴類產(chǎn)品經(jīng)過各種化學(xué)合成過程可以生產(chǎn)出種類繁多、品種各異、用途廣泛的有機化工產(chǎn)品，如由乙烯為原料進一步合成生產(chǎn)氯乙烯、環(huán)氧乙烷，由丙烯為原料生產(chǎn)丙烯腈等產(chǎn)品。本教材的內(nèi)容也是根據(jù)這一思路進行編排，即前五章講解乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等基本有機原料的生產(chǎn)，后五章則是介紹以這些產(chǎn)品為原料進一步生產(chǎn)其它有機化工產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論二、有機化工原料的來源（一）煤及其利用

（二）天然氣及利用

（三）石油及利用有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論（一）煤及利用煤是古代的植物埋在地下，在幾乎沒有空氣的情況下，經(jīng)過長期的煤化作用而形成的固體燃料。煤的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，但都含有芳核結(jié)構(gòu)，所以煤是由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物組成。煤與大多數(shù)工業(yè)上重要的有機化工產(chǎn)品相比，含氫太少，而且有稠環(huán)結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)產(chǎn)品，需要進行深度加工。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論1.煤的焦化（或高溫干餾）在隔絕空氣的條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦爐氣。其中在煤焦油中可獲得萘，在粗苯中可得到苯、甲苯、二甲苯等。2.煤的氣化煤氣化是以煤或煤焦為原料，以氧氣、水蒸汽等做氣化劑在高溫下通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦油轉(zhuǎn)化為含氫、一氧化碳等氣體的過程。由氫和一氧化碳等氣體組成的混合物稱為合成氣。合成氣是一種重要的化工原料，除用于生產(chǎn)合成氨外，還可生產(chǎn)有機化工產(chǎn)品，如甲醇等。利用有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論3.煤的液化煤液化是指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。煤液化分為直接液化和間接液化。煤的直接液化是采用加氫的的方法，使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，液化產(chǎn)品也稱為人造石油，可進一步加工成各種液體燃料。煤的間接液化是預(yù)先制成合成氣，然后通過催化劑作用將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類燃料、含氧化合物燃料。在20世紀50年代，煤曾作為有機化工的主要原料。60年代后，由于石油化工的發(fā)展，使煤在化工原料中的位置下降。但由于石油及天然氣儲量有限，所以近年來煤化工又逐漸發(fā)展起來。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論（二）天然氣及其利用天然氣是埋藏在地下的主要含甲烷的可燃性氣體。21世紀被人們稱為天然氣時代，天然氣不僅作為一種清潔優(yōu)質(zhì)的能源，而且也是一種重要的化工原料。根據(jù)天然氣的組成可將天然氣分為干氣和濕氣。干氣主要成分是甲烷，其次還有少量的乙烷、丙烷和丁烷及更重的烴烴，也會有CO2、N2、H2S和NH3等。對它稍加壓縮不會有液體產(chǎn)生，故稱為干氣；濕氣除甲烷和乙烷等低碳烷烴外，還含有少量輕汽油，對它稍加壓縮就有稱為凝析油的液態(tài)烴析出來，故稱為濕氣。干氣是生產(chǎn)合成氨和甲醇的重要化工原料。濕氣中C2以上烴類含量高，這些烴類都是熱裂解制低級烯烴的優(yōu)質(zhì)原料。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論（三）石油及其利用石油是化石燃料之一，從地下深處開采出來的黃色乃至黑色的可燃性粘稠液體，常與天然氣并存。它是由遠古海洋或湖泊中的生物在地下經(jīng)過漫長的地球化學(xué)演化而形成的復(fù)雜混合物。石油不是一種單純的化合物，而是由數(shù)百種碳氫化合物組成的混合物，成分非常復(fù)雜。按化學(xué)組成可分為烴類和非烴類兩大類。烴類主要是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，一般不含烯烴。非烴類主要是含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物及膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等。將原油加工成各種石油產(chǎn)品的過程稱為石油煉制。石油在開采和加工過程中，得到許多氣體和液體產(chǎn)品，它們都是有機化工的原料。因此，有機化工原料的來源與石油煉制工業(yè)有密切的關(guān)系，必須對石油煉制工業(yè)有一個大概認識。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論與有機化工原料關(guān)系密切的主要石油煉制過程有：常減壓蒸餾催化裂化催化重整催化加氫延遲焦化有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論工藝流程見圖0－1常減壓工藝流程圖原油經(jīng)常減壓蒸餾后，得到拔頂氣、汽油、煤油、柴油、催化裂化原料或潤滑油原料等。拔頂氣中乙烷占2～4%，丙烷約占30%，丁烷約占50%，其余為C5以上的組分，可用作燃料或生產(chǎn)烯烴的裂解原料；初餾塔頂和常壓塔頂?shù)玫降妮p汽油和（重）汽油，稱為直餾汽油，也稱石腦油，它是有機化工中裂解生產(chǎn)低級烯烴的很好的原料，經(jīng)過重整處理還可得制取石油芳烴和高質(zhì)量汽油原油直接蒸餾得到的煤油、柴油等也稱為直餾煤油、直餾柴油，它們除進一步加工制取合格的燃料油外，都是重要的裂解原料。常壓塔三、四線產(chǎn)品和減壓塔側(cè)線產(chǎn)品，并稱為“常減壓餾分油”，可作為煉油廠的裂化原料或生產(chǎn)潤滑油的原料，也可作為化工廠生產(chǎn)烯烴的裂解原料。1.原油的常減壓蒸餾。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論

減壓渣油可作鍋爐燃料，也可進一步分離出高粘度潤滑油和地蠟，或氧化得石油瀝青，焦化得石油焦，并副產(chǎn)氣態(tài)烴、汽油和柴油等。原油的常減壓蒸餾過程只是物理過程，并不發(fā)生化學(xué)變化，所以得到的輕質(zhì)燃料無論是數(shù)量和質(zhì)量都不能滿足要求，例如：汽油的收率一般不足25%，辛烷值只有30～40。

原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾稱為原油的一次加工，為了生產(chǎn)更多的燃料和化工原料需對各個餾分進行二次加工，即常減壓餾分油需經(jīng)進一步化學(xué)加工過程，如催化裂化、催化重整、催化加氫、延遲焦化等。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論催化裂化是煉油廠中提高原油加工深度，生產(chǎn)汽油、柴油和液化氣的最重要的一種重油輕質(zhì)化的工藝過程。催化裂化是重質(zhì)油在酸性催化劑存在下，在500℃左右、1×105～3×105Pa下發(fā)生裂解，生成氣態(tài)烴、汽油、柴油和焦炭的過程。

C1～C2的氣體稱為干氣，約占10～20%，其余C3～C4氣體被冷凝為液態(tài)烴，稱為液化氣。干氣中含有10～20%的乙烯，液化氣中丙烯和丁烯含量可達50%左右，它們都是基本有機化工原料。液化氣中還含有丙烷和丁烷可作為生產(chǎn)烯烴的裂解原料。催化裂化生產(chǎn)的汽油和柴油產(chǎn)品中因含有較多的烯烴，不宜做裂解的原料。2.催化裂化有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論催化重整是生產(chǎn)石油芳烴和高辛烷值汽油組分的主要工藝過程，是煉油和石油化工的重要生產(chǎn)工藝之一。催化重整是以C6～C11石腦油為原料，在一定的操作條件和催化劑的作用下，使輕質(zhì)原料油（石腦油）的烴類分子結(jié)構(gòu)重新排列整理，轉(zhuǎn)變成富含芳烴的高辛烷值汽油（重整汽油）并副產(chǎn)液化石油氣和氫氣的過程。催化重整最初是用來生產(chǎn)高辛烷值汽油，但現(xiàn)在已成為生產(chǎn)芳烴的重要方法。由于產(chǎn)物中芳烴和異構(gòu)烷烴多，所以汽油的辛烷值很高，達90以上；經(jīng)反應(yīng)后所得重整生成油中含30～60%的芳烴，還含有烷烴和少量的環(huán)烷烴。重整油經(jīng)抽提出芳烴后，抽余油可作汽油組分，也可作為生產(chǎn)烯烴的裂解原料。3.催化重整有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論

催化加氫裂化是在加熱、高氫壓和采用具有裂化和加氫兩種作用的雙功能催化劑存在的條件下，使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)烴、汽油、噴氣燃料（航煤）、柴油等的過程。催化加氫裂化的產(chǎn)品中，氣體產(chǎn)品主要成分為丙烷和丁烷，可作為裂解的原料；汽油（石腦油）可以直接作為汽油組分或溶劑油等石油產(chǎn)品，也可作為催化重整原料或生產(chǎn)烯烴的裂解原料；加氫裂化噴氣燃料（航煤）烯烴含量低，芳烴含量少，結(jié)晶點低，煙點高，是優(yōu)質(zhì)的噴氣燃料；加氫裂化柴油硫含量很低，芳烴含量也較低，十六烷值＞60，安定性高，適合用來調(diào)和生產(chǎn)低硫車用柴油。加氫裂化尾油芳烴指數(shù)（BMCI）低，是裂解制乙烯的良好原料。4.加氫裂化有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論

焦化是以貧氫的重質(zhì)油，如減壓渣油、裂化渣油等為原料，在高溫下進行深度的熱裂解和縮合反應(yīng)的熱加工過程。延遲焦化只是在加熱爐管中控制原料油基本上不發(fā)生裂化反應(yīng)，而延緩到專設(shè)的焦炭塔中進行裂化反應(yīng)，故稱“延遲焦化”。焦化過程的產(chǎn)物有氣態(tài)烴、汽油、柴油、蠟油和焦炭。氣態(tài)烴中含乙烯、丙烯和丁烯直接回收利用，氣態(tài)烴中所含大量的甲烷和乙烷，可作為基本有機化工的原料；焦化汽油和焦化柴油中不飽和烴含量高，必須經(jīng)過加氫精制后才能作為汽油和柴油產(chǎn)品的調(diào)和組分，加氫焦化汽油還可作為催化重整原料或裂解的原料；焦化蠟油主要用作催化裂化原料；焦炭可作為冶煉工業(yè)或其它工業(yè)的燃料。5.延遲焦化有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論

綜上所述，從石油和天然氣中獲得基本有機原料的途徑有兩個方面，一是天然氣加工廠的輕烴，如乙烷、丙烷、丁烷等，二是煉油廠的加工產(chǎn)品，如煉廠氣（煉油廠生產(chǎn)的氣體總稱）、石腦油、柴油、重油等，以及煉油廠二次加工油，如焦化加氫汽油、加氫裂化汽油等。

具體情況見圖0－2所示。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論三、生產(chǎn)過程的常用指標生產(chǎn)能力

產(chǎn)率（或選擇性）收率消耗定額轉(zhuǎn)化率有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論一、生產(chǎn)能力化工裝置在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或在單位時間內(nèi)處理的原料量，稱為生產(chǎn)能力。其單位為kg／h，t／d，kt／a，Mt／a等?；ぱb置在最佳條件下可以達到的最大生產(chǎn)能力稱為設(shè)計能力。二、轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是原料中某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉的量（摩爾）與初始反應(yīng)物的量（摩爾）的比值，它是化學(xué)反應(yīng)進行程度的一種標志工業(yè)生產(chǎn)中有單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率，其表達式為：有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論單程轉(zhuǎn)化率＝×100%

＝×100%例0－1以乙烷為裂解原料生產(chǎn)乙烯，在一定的生產(chǎn)條件下，通入裂解爐的乙烷量為7000kg/h，反應(yīng)后，尾氣中含乙烷2450kg/h，求乙烷的轉(zhuǎn)化率。解：單程轉(zhuǎn)化率＝×100%

＝×100%

＝65%（1）單程轉(zhuǎn)化率有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論對于有循環(huán)和旁路的生產(chǎn)過程，常用總轉(zhuǎn)化率?？傓D(zhuǎn)化率＝×100%例0－2用乙烷作原料裂解生產(chǎn)乙烯，通入裂解爐的新鮮原料乙烷為5000kg/h，裂解氣分離后，沒有反應(yīng)的乙烷2000kg/h又返回了裂解爐進行反應(yīng)，最終分析裂解氣中含乙烷1500kg/h，求乙烷的總轉(zhuǎn)化率。解：總轉(zhuǎn)化率＝×100%

＝×100%

＝70%（2）總轉(zhuǎn)化率有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論產(chǎn)率表示了參加主反應(yīng)的原料量與參加反應(yīng)的原料量之間的數(shù)量關(guān)系。即參加反應(yīng)的原料有一部分被副反應(yīng)消耗掉了，而沒有生成目的產(chǎn)物。產(chǎn)率越高，說明參加反應(yīng)的原料生成的目的產(chǎn)物越多。產(chǎn)率＝×100%

例0－3用乙烷作裂解原料生產(chǎn)乙烯，在一定的生產(chǎn)條件下，通入裂解爐的乙烷量為7000kg/h，反應(yīng)后，尾氣中含乙烷2450kg/h，得到乙烯量為3332kg/h，求乙烯的產(chǎn)率。3．產(chǎn)率（或選擇性）有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論解：C2H6→C2H4+H2

3028X3332生成目的產(chǎn)物所消耗的原料量X＝3332×

＝3570kg/h產(chǎn)率＝×100%

＝×100%

＝78.5%有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論表示進入反應(yīng)器的原料與生成目的產(chǎn)物所消耗的原料之間的數(shù)量關(guān)系。收率越高，說明進入反應(yīng)器的原料中，消耗在生產(chǎn)目的產(chǎn)物上的數(shù)量越多。收率也有單程收率和總收率之分。單程收率＝×100%總收率＝×100%例0－4條件同例0－3，求乙烯的收率。解：單程收率＝×100%

＝×100%＝51%4．收率有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論消耗定額是指生產(chǎn)單位產(chǎn)品所消耗的原料量，即每生產(chǎn)一噸100%的產(chǎn)品所需要的原料數(shù)量。消耗定額＝例0－5以乙烷為原料裂解生產(chǎn)乙烯，通入反應(yīng)器的乙烷為7000kg/h，參加反應(yīng)的乙烷量為4550kg/h，沒有參加反應(yīng)的乙烷的5%損失掉，其余都循環(huán)回裂解爐。得到乙烯3332kg/h，求乙烯的原料消耗定額。解：消耗的原料量＝4550＋2450×5%

＝4550＋122.5

＝4672.5kg/h消耗定額＝＝＝1.45．消耗定額有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論四、有機化工生產(chǎn)技術(shù)裝置或車間（一）基本概念化工過程化工單元過程化工單元操作化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)工藝工藝流程把多種設(shè)備、機器和儀表適當組合起來的加工過程稱為生產(chǎn)裝置。例如石油烴熱裂解裝置是由原料油貯罐、原料油預(yù)熱器、裂解爐、急冷換熱器、氣包、急冷器、油洗塔、燃料油氣提塔、裂解輕柴油氣提塔、水洗塔、油水分離器等設(shè)備，鼓風機、離心泵等機器，熱電偶、孔板流量計、壓力計等儀表和自控器適當組合起來的?；どa(chǎn)從原料開始到制成目的產(chǎn)物，要經(jīng)過一系列物理的和化學(xué)的加工處理步驟，這一系列加工處理步驟，總稱為化工過程。指各化工生產(chǎn)過程中以化學(xué)為主的處理方法，概括為具有共同化學(xué)反應(yīng)特點的基本過程。如氧化過程、加氫過程等?；すに嚰椿ぜ夹g(shù)或化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)，指將原料物主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程,包括實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的全部措施。化工生產(chǎn)過程一般可概括為三個主要步驟：

①原料預(yù)處理②化學(xué)反應(yīng)③產(chǎn)品精制指各化工生產(chǎn)過程中以物理為主的處理方法，概括為具有共同物理變化特點的基本過程。如精餾操作、吸收操作等。工藝是指利用生產(chǎn)工具對各種原材料、半成品進行加工處理，使之成為產(chǎn)品的方法。工藝除指技術(shù)外，還應(yīng)包括過程的理論、系統(tǒng)、各環(huán)節(jié)的安排，所以工藝是工程和技術(shù)、藝術(shù)的結(jié)合。原料經(jīng)化學(xué)加工制取產(chǎn)品的過程，是由單元過程和單元操作組合而成的。

工藝流程就是按物料加工的先后順序?qū)⑦@些單元表達出來。如果以方框來表達各單元，則稱為流程框圖；如果以設(shè)備外形或簡圖表達的流程圖則稱為工藝（原理）流程圖。有機化工生產(chǎn)技術(shù)緒論

根據(jù)前面所提到的“有機化工”和“化學(xué)工藝”（或化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)）兩個概念，大家就能總結(jié)出《有機化工生產(chǎn)技術(shù)》的研究內(nèi)容，即針對七大基本有機原料－乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇及其它們的衍生物的生產(chǎn)，主要介紹產(chǎn)品的性能及應(yīng)用；原料和生產(chǎn)方法的選擇；生產(chǎn)原理；操作條件的確定；工藝流程組織及所用典型設(shè)備的作用和結(jié)構(gòu)；實際操作等問題。

《有機化工生產(chǎn)技術(shù)》是一門專業(yè)技術(shù)課程，是基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用學(xué)科。學(xué)習(xí)時要注意理論聯(lián)系實際，將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐，運用基礎(chǔ)理論和知識解決實際問題；同時要關(guān)注實際生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)場的新知識和新技術(shù)與所學(xué)理論相結(jié)合，這樣才能達到很好的學(xué)習(xí)效果。（二