化学工艺学电子教案

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第二章常减压蒸馏及催化裂化2.1石油炼制概述 2.2石油的性质 2.3石油的加工方案 2.4石油的常减压蒸馏 2.5催化裂化化学工程与工艺教研室

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2.1石油炼制概述2.1.1石油炼制工业在国民经济中的地位 石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的40%依赖于石油产品，汽车、飞机、轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是石油产品，有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业，世界石油总产量的约10%用于生产有机化工原料。

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2.1.1石油炼制工业在国民经济中的地位世界能源需求比例表%能源石油天然气煤核能水力及其他合计 1995年 40.13 22.94 27.10 7.26 2.57 100.00 2000年(预测) 40.04 23.23 26.89 7.08 2.76 100.00

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2.1.1石油炼制工业在国民经济中的地位世界主要炼油大国的炼油能力及其石油储量和产量国家或地区美国俄罗斯日本中国中东地区加拿大英国法国德国委内瑞拉挪威全世界原油蒸馏能力106t/a 795 615 248 148 252 92 91 93 109 59 15 3915储量108t/a 30.3 66.8 0.08 33 899 6.6 6.9 0.2 0.6 98 14 1402产量106t/a 320 295 0.05 160 988 94 131 1.8 2.7 159 158 3247化学工程与工艺教研室

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2.1.2石油炼制的主要产品 ①燃料：如各种牌号的汽油、航空煤油、柴油、重质燃料油等。 ②润滑油：如各种牌号的内燃机油、机械油等。 ③有机化工原料：如生产乙烯的裂解原料、各种芳烃和烯烃等。 ④工艺用油：如变压器油、电缆油、液压油等。 ⑤沥青：如各种牌号的铺路沥青、建筑沥青、防腐沥青、特殊用途沥青等。 ⑥蜡：如各种食用、药用、化妆品用、包装用的石蜡和地蜡。 ⑦石油焦炭：如电极用焦、冶炼用焦、燃料焦。

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2.1.3石油炼制工业的发展概况 1823年，第一座釜式蒸馏炼油厂 1860年,美国建立了原油分馏装置。 20世纪初，内燃机的发明和汽车工业的发展，尤其是第一次世界大战对汽油的需求推动了炼油工业的迅速发展。 1958年，我国第一座现代化的炼油厂。 20世纪60年代，大庆油田发现。

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2.1.4炼油技术发展趋势 ①重质油轻质化 ②环境保护 ③原料的品种和数量上对炼油业提出更多的要

求。 ④计算机技术的应用对提高炼油技术水平的作用日益重要。

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2.2石油的性质2.2.1石油的一般性状 石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体，相对密度一般介于0.80~0.98之间。世界各地所产的石油在性质上都有不同程度的差异。与国外原油相比，我国主要油区原油的凝点及蜡含量较高、庚烷沥青质含量较低、相对密度大多在 0.85~0.95之间，属偏重的常规原油。 除了上述类型原油外，近年来国内外相继对蕴藏量很丰富的重质原油(或称稠油)进行开采。这类原油的相对密度一般大于 0.93,而且粘度较高。此外，还有一类相对密度小于0.80的轻质石油，该类石油的特点是相对密度小、轻油收率高、渣油含量少，这类原油目前在世界上的探明储量及产量均较少。

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2.2.2石油的元素组成 原油基本上由五种元素即碳、氢、硫、氮、氧所组成。碳的质量分数一般为83.0%~87.0%,氢的质量分数为 11.0%~14.0%,硫的质量分数为 0.05%~8.00%,氮的质量分数为0.02%~ 2.00%,氧的质量分数为0.05%~2.00%。 在组成原油的五种主要元素中，碳、氢这两种元素一般占95%以上，而硫、氮、氧等杂原子总含量不到5%。一般说来，轻质原油或石蜡基原油，其氢碳原子比较高(约为1.9),而重质原油或环烷基原油其氢碳原子比较低(约1.5左右)。氢碳原子比还包含着重要的结构信息，它是一个与其化学结构有关的参数。对于不同系列的烃类，在相对分子质量相近的情况下(碳原子数相同)其氢碳原子比大小顺序是：烷烃>环烷烃>芳香烃。

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2.2.2石油的元素组成 在石油元素组成中除了碳、氢外，还有硫、氮、氧以及一些微量元素。石油中非碳氢元素也称杂原子，其含量一般不超过5%(质量分数)。大多数原油含氮量很低，一般为千分之几至万分之几。含硫低、含氮高是我国原油的特点.虽然非碳氢元素在石油中的含量较少，但是这些非碳氢元素都是以碳氢化合物的衍生物形态存在于石油中，因而含有这些元素的化合物所占的比例就大得多。这些非碳氢元素的存在对于石油的性质和石油加工过程有很大的影响，必须充分予以重视。除了碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素，在地下与石油共存的水相中溶有 K、Na、 Ca、Mg等的氯化物，易于脱除，它们的含量一般为百万分之几甚至十亿分之几，这些元素虽然含量甚微，但它们对石油加工，尤

其是石油的催化加工中的催业剂有很大的影响，必须引起充分重视。

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2.2.3石油的馏分组成 原油是一个多组分的复杂混合物，其沸点范围很宽，从常温一直到500℃以上。所以，无论是对原油进行研究或进行加工利用，都必须对原油进行分馏。分馏就是按照组分沸点的差别将原油“切割”成若干“馏分”,每个馏分的沸点范围简称为馏程或沸程。 馏分常冠以汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品的名称一般把原油中从常压蒸馏开始馏出的温度(初馏点)到 200℃(或180℃)之间的轻馏分称为汽油馏分(也称轻油或石脑油馏分),常压蒸馏200(或180℃)~350℃之间的中间馏分称为煤柴油馏分或称常压瓦斯油。由于原油从350℃开始即有明显的分解现象，所以对于沸点高于350℃的馏分，需在减压下进行蒸馏，将相当于常压下350~500℃的高沸点馏分称为减压馏分或称润滑油馏分或称减压瓦斯油；而减压蒸馏后残留的>500℃的油称为减压渣油；同时人们也将常压蒸馏后>350℃的油称为常压渣油或常压重油。所以常压渣油实际上也包含了减压渣油这部分。

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2.2.3石油的馏分组成石油中化合物可分为烃类、非烃类、胶质和沥青。 (1)烃类化合物烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分，约几万种。包括链式饱和烃、环烷烃、芳香烃。 ①链式饱和烃。含量最多，约点50~70%,有正构烷烃和异构烷烃。C1~C4烷烃是溶解在石油中的气态烃，C5~C16烷烃为液态，C17及以上烷烃为溶解在液态烃中的固态烃。 ②环烷烃。含量仅次于链烷烃，多为五员环和六员环的单环结构。此外还有少量双环和三环结构的环烷烃。 ③芳香烃。有单环的苯系芳烃、双环的萘及其衍生物和联苯系芳烃，以及三个或三个以上苯环叠合在一起的稠环芳烃。

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2.2.3石油的馏分组成 (2)非烃化合物含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。 ①硫化物。多为有机硫化物。 ②氮化物。多为不饱和氮杂环结构的有机物，它们的沸点较高，石油加工后多留在沸点高于500℃的渣油中。 ③含氧化合物。有环烷酸、酚类和很少量的脂肪酸，总称为石油酸。其中环烷酸含量较多，在石油加工分离后，环烷酸多存在于250~400℃沸程的馏分中。 ④金属有机化合物。含量甚微，主要以金属络合物的形式存在。沸点也较高，在高温加热处理中发生分解，生成的金属沉积在设备内或催化剂表面，造

成污垢，并使产品产率下降。 非烃化合物会使催化剂中毒，有的会腐蚀管道和设备，有的使用时污染环境等等。所以脱硫、脱氮、脱金属是石油化学加工重要的过程之一。 (3)胶质和沥青质，沸点高于500℃的馏分是渣油，在渣油中含有相当数量的胶质和沥青质。

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2.3石油的加工方案 为利用原油，需进行一次加工和二次加工，一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏。二次加工方法主要是化学方法，主要有催化裂化，催化重整，加氢裂化，热裂解，延时焦化等。 根据目的产品的不同，原油加工方案大体上可以分为三种基本类型： (1)燃料型：主要产品是用作燃料的石油产品。除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。 (2)燃料—润滑油型：除了生产用作燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还被用于生产各种润滑油产品。 (3)燃料—化工型：除了生产燃料产品外，还生产化工原料及化工产品。这种加工方案体现了充分合理利用石油资源的要求，也是提高炼厂经济效益的重要途径，是石油加工的发展方向。

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2.3石油的加工方案

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2.3石油的加工方案

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2.3石油的加工方案

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2.4石油的常减压蒸馏2.4.1精馏原理 精馏是分离液相混合物的很有效的手段。图是一连续式精馏塔，它有两段：进料段以上是精馏段，进料段以下是提馏段，因而是一个完全精馏塔。精馏塔内装有提供汽、液两相接触的塔板或填料。塔顶送入轻组分浓度很高的液体，称为塔顶回流。通常是把塔顶馏出物冷凝后，取其一部分作为塔顶回流，而其余部分作为塔顶产品。塔底有再沸器，加热塔底流出的液体以产生一定量的气相回流，塔底气相回流是轻组分含量很低而温度较高的蒸气。由于塔顶回流和塔底气相回流的作用，沿着精馏塔高度建立了两个梯度：①温度梯度，即自塔底至塔顶温度逐级下降。②浓度梯度，即气、液相物流的轻组分浓度自塔底至塔顶逐级增大。

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2.4.1精馏原理

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2.4.2常减压蒸馏流程 所谓工艺流程，就是一个生产装置的设备、机泵、工艺管线和控制

仪表按生产的内在联系而形成的有机组合。有时，为了简单明了起见，在图中只列出主要设备、机泵和主要的工艺管线，这就称为原理流程图。化学工程与工艺教研室

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2.4.2常减压蒸馏流程

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