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1、第一节 石油化学工业发展概况一、石油化学工业概貌1、定义2、分类：按加工用途划分。两大分支一 是石油经过炼制生产各种燃料油、润滑油、石蜡、沥青、焦炭等石油产品石油炼制工业体系。二 是把石油分别成原料馏分进行热裂解，得到基本有机原料，用于合成生产各种石油化学制品石油化工体系。1第四章 石油化工原料和产品第一节 石油气和合成气其次节 碳一化学品第三节 乙烯及其衍生物第四节 丙烯及其衍生物第五节 碳四烃及其应用第六节 芳烃的生产第七节 重要的芳烃衍生物第八节 重要的副产物的综合利用2第一节 石油气和合成气一、石油气 一般指自然气、油田气和炼厂气。自然气：从有气无油的气井中开采出来的。油田气：又称油田
2、伴生气，是伴随石油从油 井中开采出来的。炼厂气：是指炼油厂的生产，特殊是破坏加工时所产生的气体，一般产率占炼厂所加工原油的5%10%。3自然气（natural gas）又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为自然气；石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。自然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体，密度多在0.60.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气。自然气系古生物遗骸长期沉积地下，经渐渐转化及变质裂解而产生之气态碳氢
3、化合物，具可燃性，多在油田开采原油时伴随而出。自然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。有机硫化物和硫化氢(HS)是常见的杂质，在大多数利用自然气的状况下都必需预先除去。4主要来源于原油蒸馏、催化裂化、热裂化、石油焦化、加氢裂化、催化重整、加氢精制等过程。不同来源的炼厂气其组成各异,主要成分为C4以下的烷烃、烯烃以及氢气和少量氮气、二氧化碳等气体。炼厂气的产率随原油的加工深度不同而不同，深度加工的炼厂气一般为
4、原油加工量的 6%（质量）左右。5石油气体的利用途径主要有：干脆作为燃料。制造高辛烷值汽油组分。叠合汽油、烷基化汽油、工业异辛烷等。作为石油化工生产的原料。（例如：合成橡胶、塑料、化学肥料、化学纤维、酒精、洗涤剂、溶剂、人造皮革、油漆、颜料、合成润滑油及高能燃料等）无色至微黄色液体。石油加工过程生成的碳三或碳四烯烃，在磷酸或硅酸铝催化剂上经正碳离子反应叠合生成较大分子的烯烃，通过限制反应条件，可生成主要含碳九至碳十二烯烃的馏分。其初馏点不低于80，终馏点不高于210。马达法辛烷值达82MON，探讨法辛烷值达9396RON。催化剂(氢氟酸或硫酸)存在下，使异丁烷和丁烯（或丙烯、丁烯、戊烯的混合物
5、）通过烷基化反应，以制取高辛烷值汽油组分的过程。6石油气脱硫石油气在运用和加工前须经过预处理，依据加工过程的特点和要求，进行不同程度的脱硫和干燥。在二次加工含硫原油时，原油中的硫化物大部分转化为硫化氢，存在与炼厂气中，很多自然气中也含有硫化氢。以这样的含硫气体作为石油化工生产的原料和燃料时，会引起设备和管线的腐蚀，是催化剂中毒危害人体健康，污染大气等。硫化氢也是制造硫磺和硫酸的原料，因而需将石油气脱硫化氢。我国四川从含硫自然气回收的硫磺，约占我国硫磺产量的30%，全世界硫磺产量50%来自含硫自然气。7脱硫方法分类脱硫方法分类液体吸取法：化学吸取法；物理吸取法；物理液体吸取法：化学吸取法；物理吸
6、取法；物理-化学吸取法化学吸取法吸取氧化法：费罗克斯法；砷碱法吸取氧化法：费罗克斯法；砷碱法(Thylox法法)；改良砷碱法改良砷碱法(G-V法法)；蒽醌二磺酸钠法；蒽醌二磺酸钠法(ADA法法)；络合铁法络合铁法(铁基工艺铁基工艺)；氨水催化法；氨水催化法(Perox法法)；PDS工艺工艺干法：铁法干法：铁法；氧化铁法；氧化铁法；NCA固体吸取法；氧固体吸取法；氧化锌法；活性炭法；分子筛法；锰矿脱硫；离子化锌法；活性炭法；分子筛法；锰矿脱硫；离子交换树脂法；电子束照射分解法；膜分别法；生交换树脂法；电子束照射分解法；膜分别法；生化脱硫法化脱硫法新工艺：微生物脱硫技术；臭氧氧化法；电化学新工艺：
7、微生物脱硫技术；臭氧氧化法；电化学法法8化学吸取法化学吸取法基本原理：化学吸取法是利用碱性脱硫剂溶液在常温下与H2S、CO2等酸性气反应生成盐来脱硫，所得吸取富液再通过升温分解盐来释放出H2S、CO2，从而实现脱硫剂溶液的循环运用。吸取液：一般为弱碱性的醇胺溶液或热的碳酸钾溶液。如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和三乙醇胺(TEA)等。液体吸取法液体吸取法9HO-CH2-CH2-NH2 一乙醇胺Monoethanolamine HO-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-OH 二乙醇胺Diethanolamine CH3-CH(OH)-C
8、H2-NH-CH2-CH(OH)-CH3 二异丙醇胺Diisopropanolamine HO-CH2-CH2-N(CH3)-CH2-CH2-OH 甲基二乙醇胺Methyldiethanolamine NH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH二甘醇胺(Diglycol Amine)10为什么选择醇铵？羟基能降低化合物蒸汽压，并增加在水中的溶解度;而氨基则在水溶液中供应了所需的碱度，以促使对酸性气体的吸取。11化学反应：HO-CH2-CH2-NH2+H2S OH-CH2-CH2-NH3HS在20-40 oC时形成铵盐，而在105 oC以上时，溶液再生放出H2S。适用性：适用性：比较适合于
9、较低的操作压力比较适合于较低的操作压力,是运用最多的自然气是运用最多的自然气脱硫方法。全世界脱硫方法。全世界2000多套气体脱硫装置中，有多套气体脱硫装置中，有半数以上接受醇胺法脱硫。半数以上接受醇胺法脱硫。重烃含量高时，宜用醇胺法。（吸取剂含水）重烃含量高时，宜用醇胺法。（吸取剂含水）1213溶剂法脱硫工艺流程烃水和少量胺液水和少量胺液酸性气酸性气14流程叙述流程叙述 含硫自然气自吸取塔底进入与由上而下的醇胺液逆流接触，脱除酸气后从吸取塔顶部出来，成为湿净化气。吸取了硫化氢的醇胺液叫富液，从吸取塔底出来后进入闪蒸罐降压闪蒸，脱除烃类气，再经贫富液换热器升温后进入再生塔解吸，再生完全的醇胺液叫
10、贫液，经降温后泵送回吸取塔顶部接着循环运用。15溶剂法脱硫工艺流程烃水和少量胺液水和少量胺液酸性气酸性气16Claus工艺回收硫磺工艺回收硫磺化学反应2H2S+3O2 2H2O+2SO22H2S+SO2 2H2O+3S催化反应常用的催化剂：自然矾土，氧化铝，硅酸铝对于含高浓度H2S（5%）的自然气，有时也用Claus法干脆脱除H2S。17物理吸取法 物理吸取法包括冷甲醇法、N一甲基吡咯烷嗣法、聚乙二醇二甲醚法、磷酸三丁酯法N一甲基-己内酰胺法等。冷甲醇法(Rectisol法)以低温甲醇为溶剂,主要用于氨厂或甲醇厂在液氮洗涤前净化合成气以及在液化自然气深冷前进行净化。N一甲基吡咯烷嗣法用于对酸性
11、气体进行粗脱。处理后的H2S含量可降至符合管输标准。聚乙二醇二甲醚法(Selexol法),旨在脱除气体中的CO2和H2S。该法在工业上的应用至今仍限于相对低的H2S负荷气(2.29g/m3)。其优点是溶剂无腐蚀,损耗小,存在缺点是溶剂还能吸取重烃。磷酸三丁酯法(Estasolvan法)是西德Friedrich Unde公司提出,可用于气体脱硫和回收烃。TBP对H2S比CO2更具选择性,可将含H2S的气体处理至达到管输标准。N-甲基-己内酰胺法(NMC法)最适合于脱除气体中的有机硫化物,特殊是硫醇,此外,对H2S的选择性要强于C02,故亦可用于脱除H2S。NMC法目前尚缺乏好用数据,其工业脱硫应
12、用尚不比熟。18化学一物理吸取法 这是一种将化学吸取剂与物理吸取剂联合应用的脱硫方法,目前以环丁砜法最为常用。环丁砜脱硫法是一种较新的脱硫方法,具有明显的优点,近年来在国内外引起了普遍的重视。环丁砜法的独到之处在于兼有物理溶剂法和胺法的优点,其溶剂特性来自环丁砜,而化学特性来自二异丙醇胺和水。在酸性气体分压高的条件下,物理吸取剂环丁砜容许很高的酸性气体负荷,而化学溶剂DIPA可使处理过的气体中残余酸气浓度减小到最低。所以环丁砜法明显超过常用的乙醇胺溶液的实力,特殊在高压和酸性组分浓度高时处理气流是有效的。环丁砜脱硫法所用溶剂一般是由DIPA、环丁砜和水组成。试验表明,溶液中环丁砜浓度高,适于脱
13、除有机硫（COS），反之,低的环丁砜浓度则使溶液适合于脱除H2S。19干法脱硫干法脱硫（利用化学反应脱硫的）干法技术通常用于低含硫气体处理，特殊是用于气体精细脱硫。201铁法铁法碱性条件下：2Fe(OH)3+3H2SFe2S3+6H2O 酸性条件下：2Fe(OH)3+3H2S2FeS+S+6H2O 2Fe(OH)3+FeS3Fe(OH)2+S 基本原理基本原理：以Fe(OH)3为脱硫剂，与H2S反应来脱硫。21脱硫剂的再生：在有足够的水份条件下，依靠氧气来完成。2Fe2S3+6H2O+3O24Fe(OH)3+6S 4FeS+6H2O+3O24Fe(OH)3+4S 再生反应速度比脱硫速度慢，是整
14、个过程的限制步骤。222氧化铁法（海绵铁法）氧化铁法（海绵铁法）基本原理：以浸渍在木屑上的Fe2O3为脱硫剂，与H2S等反应来脱硫。反应：Fe2O3+3H2SFe2S3+3H2O再生：2Fe2S3+3O22Fe2O3+6S 总反应：6H2S+3O26H2O+6S 适用：H2S含量低（45kg/d）原料自然气需脱除有机硫时通常应接受砜胺法原料气H2S含量低的状况下选用干法高压、高酸气浓度的自然气可考虑物理吸取法重烃含量高时，宜用醇胺法。（吸取剂含水）41合成气（synthesis gas or syngas)CO和H2的混合物 合成气中H2和CO比例随原料和生产方法不同而异，其H2/CO(mol
15、)从0.53。用途生产氢气;生产CO;有机合成原料之一原料来源煤、自然气、石油馏分、农林废料、城市垃圾 不同用途要求的合成气组成不同用途要求的合成气组成 用途合成氨合成甲醇羰基合成高级醇生产氢气CO/H21:31:21:1H295%421.2 1.2 合成气的生产方法合成气的生产方法以煤为原料的生产方法以煤为原料的生产方法以自然气为原料的生产方法以自然气为原料的生产方法以重油或渣油为原料的生产方法以重油或渣油为原料的生产方法43 发展背景 煤气化技术是发呈现代煤化工、煤造油等重要工业化生产的龙头。而我国绝大多数煤气化企业技术落后，能耗高、效率低，烟尘和污水排放量大。天然气、石油、煤炭作为燃料时
16、污染物排放量天然气、石油、煤炭作为燃料时污染物排放量(kg/t(kg/t当油量当油量)煤煤44当今世界公认的干净、优质能源，其开采量逐年增大。当今世界公认的干净、优质能源，其开采量逐年增大。自然气制气的成本最低。自然气制气的成本最低。化工利用的关键在于价格。大化肥装置的自然气承受能化工利用的关键在于价格。大化肥装置的自然气承受能 力在力在0.50元元m3以下。以下。自然气自然气油油重油、渣油从价格、用途来考虑不是许久之计。重油、渣油从价格、用途来考虑不是许久之计。自然气为主，煤制合成气补充。自然气为主，煤制合成气补充。45（1）以煤为原料的生产方法）以煤为原料的生产方法高温条件下，以水蒸气和氧
17、气为气化剂；高温条件下，以水蒸气和氧气为气化剂；合成气的生产方法合成气的生产方法特点：特点：H2/CO比值较低，适于合成有机化合物比值较低，适于合成有机化合物 （煤化工）（煤化工）46（2）以自然气为原料的生产方法）以自然气为原料的生产方法水蒸气转化法水蒸气转化法特点：目前工艺多接受的方法，特点：目前工艺多接受的方法，H2/CO3，以自然气为原料的大型合成氨厂广泛接受。以自然气为原料的大型合成氨厂广泛接受。Steam reforming强吸热反应强吸热反应47 非催化部分氧化法非催化部分氧化法特点：无催化剂，反应温特点：无催化剂，反应温度高度高1000-1500；H2/CO2，更适合于甲醇，更
18、适合于甲醇的合成和的合成和F-T汽油合成；汽油合成；消消耗氧气，投资和生产费用耗氧气，投资和生产费用较高，需廉价氧较高，需廉价氧。Partial oxidation48合成气的生产方法合成气的生产方法（3）重油或渣油为原料的生产方法）重油或渣油为原料的生产方法部分氧化法部分氧化法在反应器中通入氧和水蒸气；在反应器中通入氧和水蒸气；氧氧与部分烃类燃烧，与部分烃类燃烧，放出热量并产生高温放出热量并产生高温 另一部分烃类与另一部分烃类与水蒸气水蒸气发生吸热反应生成发生吸热反应生成合成气合成气 49几种方法的比较几种方法的比较1.以自然气为原料制合成气的成本最低；以自然气为原料制合成气的成本最低；2.
19、重质油与煤炭制造合成气的成本差不多，重质油与煤炭制造合成气的成本差不多，重油和渣油制合成气可以使石油资源得到重油和渣油制合成气可以使石油资源得到充分的综合利用；充分的综合利用；3.轻质油价格很贵，用它来制造合成气的轻质油价格很贵，用它来制造合成气的成本较高，而它很简洁经其他方法加工成成本较高，而它很简洁经其他方法加工成液体燃料和化工原料，不必走合成气路途。液体燃料和化工原料，不必走合成气路途。501.已工业化的主要产品已工业化的主要产品(1)合成氨合成氨2.2 2.2 合成气的应用实例合成气的应用实例(2)合成甲醇合成甲醇甲基叔丁基醚甲基叔丁基醚MTBE二甲醚二甲醚CH3OCH3(3)合成醋酸
20、合成醋酸美国美国Monsantod低压工艺低压工艺51（4）烯烃的氢甲酰化产品）烯烃的氢甲酰化产品（5）合成自然气、汽油和柴油）合成自然气、汽油和柴油煤制合成气通过费托合成可生产液体烃燃料煤制合成气通过费托合成可生产液体烃燃料南非南非SASOL工艺工艺522.合成气应用新途径合成气应用新途径（1）干脆合成乙烯等低）干脆合成乙烯等低C烯烃烯烃BASF、Mobil、UOP、Exxon等工艺等工艺中科院大化所与陕西新兴煤化工公司和洛阳石化中科院大化所与陕西新兴煤化工公司和洛阳石化工程公司合作已建成工程公司合作已建成万吨万吨/日工业化示范装置。日工业化示范装置。（2）合成气经甲醇再转化成烃类）合成气经
21、甲醇再转化成烃类Mobil工艺（工艺（9095RON）53（3）甲醇同系化制乙烯）甲醇同系化制乙烯（4）合成低）合成低C醇醇低碳醇：低碳醇：C1C5醇类混合物，掺烧燃料。醇类混合物，掺烧燃料。特点：燃烧特性优于甲醇；是甲醇和汽油的特点：燃烧特性优于甲醇；是甲醇和汽油的助溶剂。助溶剂。2.合成气应用新途径合成气应用新途径54三、合成氨NH3，无色气体，有猛烈的刺激臭味，熔点：-77.7，沸点：-33.5，易溶于水，溶于醇和乙醚。在不太高的压力下可变成液氨，一种无色液体，含氮量为82.3%，在水存在下对铜有猛烈的腐蚀作用。空气中含有1625%的氨时，会发生爆炸，用水吸取气态氨可得2829%氨水溶液
22、，呈碱性，有极强的刺激性气味。55二、合成氨的工业发展简介二、合成氨的工业发展简介 1、氨的发觉与制取、氨的发觉与制取562、氰化法制氨、氰化法制氨 早在1898年A.富兰克和N.卡罗发觉碳化钙与氮气反应生成氰氨化钙，并获得专利。CaC+N2CaCN2+C CaCN2在200下碱性介质中水解成氨。人们称氰氨化钙制得氨的方法称为氰化法。1905年在德国建成第一套工业装置，一次世界大战期间德国、美国接受此法制氨，用于制造炸药。57氮气与氢气合成氨的化学反应式为氮气与氢气合成氨的化学反应式为 N2+3H23、干脆合成法、干脆合成法2NH358 1908年7月，哈伯在试验室用N2和H2在600、200
23、个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。59 氨合成反应的特点主要是在催化剂允许的温度范围内转化氨合成反应的特点主要是在催化剂允许的温度范围内转化率很低，必需接受高压来提高转化率；必需接受循环流程以提率很低，必需接受高压来提高转化率；必需接受循环流程以提高原料利用率。高原料利用率。合成氨的生产是消耗能量的生产，它所用的原料恰好又都是合成氨的生产是消耗能量的生产，它所用的原料恰好又都是能源，因此节约能源是合成氨生产的又一突出的特点。能源，因此节约能源是合成氨生产的又一突出的特点。合成氨反应的特点：合成氨反应的特点：60 氨的合成使人类从自然界制取含氮化合物的最重要方法。氮则是进一步合
24、成含氮化合物的最重要原料，而含氮化合物在人民生活中都是必不行少的。19771978年，世界含氮化合物产量为4935万吨氮，19801981则达6284万吨。A：氨除了本身可以作为肥料外，它是进一步制取各种：氨除了本身可以作为肥料外，它是进一步制取各种氮肥的原料。氮肥是现代农业生产比不行少的，年增加氮肥的原料。氮肥是现代农业生产比不行少的，年增加率达率达7%。目前有氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝。目前有氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。氨用于生产各种酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。氨用于生产各种氮肥约占其总产量的氮肥约占其总产量的80%90%。合成氨的重要性合
25、成氨的重要性61B：氨氨可用来制造硝酸、硝酸盐、铵盐、氰化物等无机物，也可用来制造胺、磺胺、腈等有机物。氨和这些含氮化合物是生产燃料、炸药、医药、合成纤维、塑料等的原料。鉴于氨在国民经济中的重要性，很多国家都集中主要力气解决与合成氨有关的技术和理论问题。如高压技术、煤的气化、深冷技术、气体净制、特种钢材、催化理论等。因此，合成氨的发展，又在理论上和技术上指导了其他新型的工业，如人造石油、甲醇、尿素的合成。乙烯的高压聚合等。62氨是用氢、氮合成的，所以合成氨的干脆原料为氢和氮氨是用氢、氮合成的，所以合成氨的干脆原料为氢和氮2合成氨的原料路途及原则流程合成氨的原料路途及原则流程天然气石脑油重油煤焦
26、投资/亿元能耗/（GJ。t-1）成本/（元。t-1）5.628302576.535.53094478.041.8220280/54.4500 各种原料制氨的经济指标各种原料制氨的经济指标从世界范围讲，以自然气，油田气为原料的工厂占从世界范围讲，以自然气，油田气为原料的工厂占60%以上。其以上。其次是与自然气接近的轻油和炼厂气。以煤为原料的只不过次是与自然气接近的轻油和炼厂气。以煤为原料的只不过10%。63 氨合成原则流程氨合成原则流程原料原料氨氨氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产原料的生产；原料气的净化原料气的净化；氨的合成氨的合成；氨的分离氨的分离
27、。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。都比较高。由于氨合成的转化率较低由于氨合成的转化率较低，反应后的气体经氨分离后循反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨生产的原则流程：环返回合成塔。氨生产的原则流程：造造 气气 净净 化化氨氨的的合合成成氨氨的的分分别别循环气循环气64在这个原则流程中，氨的合成是核心，原料气在这个原则流程中，氨的合成是核心，原料气的生产和净化工艺必需满足氨的合成要求，氨的生产和净化工艺必需满足氨的合成要求，氨的分别和循环气返回合成塔的工艺，也主要是的分别和循环气返回合成塔的工艺，也主要是依据合成反应的结果来确定的。依据
28、合成反应的结果来确定的。651.原料气的制备和净化：2.合成氨的氮一般是通过空气的液化分别得到的；3.原料氢的获得是以煤、自然气、轻质油馏分为原料，经高温水蒸气转化得到的合成气CO+H2，再用CO吸取和变换反应除去其中的CO，以提高气体中的H2比例，即所谓的“造气”过程。4.粗气经过除尘、水洗、脱硫脱碳等净化工序，最终制得只含H2/N2=3:1的合成气。662.氨的合成合成反应：N2+3H2 2NH3 是一个可逆过程，也是一个强放热反应。工业上，氨合成反应在400以上，反应压力为820 MPa。一般限制簇新气体 n(H2):n(N2)=3:1。67氨的合成反应是放热可逆和体积缩小的反应，在催化
29、剂的活氨的合成反应是放热可逆和体积缩小的反应，在催化剂的活性温度范围内转化率很低，为了提高转化率，反应需在高压性温度范围内转化率很低，为了提高转化率，反应需在高压下进行。由于转化率照旧较低，因而，接受了循环流程，原下进行。由于转化率照旧较低，因而，接受了循环流程，原料的利用率是很高的。因此，氨合成过程中除了考虑平衡氨料的利用率是很高的。因此，氨合成过程中除了考虑平衡氨含量外，主要优化目标不是原料利用率，而是降低动力消耗含量外，主要优化目标不是原料利用率，而是降低动力消耗和提高设备的生产强度。这些技术经济问题，必将是在探讨和提高设备的生产强度。这些技术经济问题，必将是在探讨工艺条件、合成塔构造以
30、及生产流程时将起着确定性的影响。工艺条件、合成塔构造以及生产流程时将起着确定性的影响。氨合成工艺条件的优化氨合成工艺条件的优化681.1.压强压强 提高压强有利于提高平衡氨的浓度，也有利于提高压强有利于提高平衡氨的浓度，也有利于加快反应速率。同时压力高时，氨分别流程还可以简加快反应速率。同时压力高时，氨分别流程还可以简化。但高压动力消耗大，对设备材料和加工制造要求化。但高压动力消耗大，对设备材料和加工制造要求高；高压和较高的温度下，催化剂运用寿命较短。高；高压和较高的温度下，催化剂运用寿命较短。60年头以前，合成氨的压强常接受年头以前，合成氨的压强常接受32MPa。后来因能。后来因能源费用增加
31、，才逐步降了下来。目前很多新建大型厂接受源费用增加，才逐步降了下来。目前很多新建大型厂接受1520 MPa，有的甚至用，有的甚至用78MPa。692.2.温度温度 氨的合成是气固催化反应，最优的工艺条件必需依据催氨的合成是气固催化反应，最优的工艺条件必需依据催化剂的性能而定。催化剂对工艺条件的限制，主要是活性温化剂的性能而定。催化剂对工艺条件的限制，主要是活性温度。由于氨的合成是可逆放热反应，最优反应温度由高而低度。由于氨的合成是可逆放热反应，最优反应温度由高而低地变更着。生产上选用的反应温度就是催化剂的活性温度地变更着。生产上选用的反应温度就是催化剂的活性温度（400520 400520 ）
32、。）。t/Cx/%TeTmT0绝热温升线绝热温升线中间冷却线中间冷却线t/C-rAx=0.70 x=0.90 x=0.80Tm可逆放热反应可逆放热反应70 3.空间速度空间速度 空间速度空间速度是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量（标准状态下的体积），单位是（标准状态下的体积），单位是 。空间速度的倒数为平均逗留时间，例如空间速度空间速度的倒数为平均逗留时间，例如空间速度30000 的平均逗留时间是的平均逗留时间是3600/30000=0.12s。在未达到平衡的前提下，在未达到平衡的前提下，空间速度越大，转化率越小。空间速度越大，转化率越小。气固催化
33、反应的空间速度越大，反应时间越短。对于气固催化反应的空间速度越大，反应时间越短。对于可逆反应，起先反应时，反应速率最快，随着反应的进行，可逆反应，起先反应时，反应速率最快，随着反应的进行，反应物的浓度渐渐降低和逆反应的增加，反应速率快速下反应物的浓度渐渐降低和逆反应的增加，反应速率快速下降。因此，空速越大，反应时间越短，生产强度（单位时降。因此，空速越大，反应时间越短，生产强度（单位时间单位容积的催化剂产出产物的量）越大。间单位容积的催化剂产出产物的量）越大。71 空速越大，气体流淌的阻力越大，能耗越高；空速越大，空速越大，气体流淌的阻力越大，能耗越高；空速越大，氨浓度越小，单位产量的气体处理
34、也就增加；氨分别器，循氨浓度越小，单位产量的气体处理也就增加；氨分别器，循环气压缩机等的设备费用都将有所增加。环气压缩机等的设备费用都将有所增加。空速/h-1氨浓度/%生产强度/（kg m-3h-1)1500030000450006000023.018.216.514.62657420457176745表表 空速与生产强度空速与生产强度空间速度要通过优化来确定。空间速度要通过优化来确定。724.氢氮比氢氮比化学动力学指出，氮的活性吸附是限制阶段，氢化学动力学指出，氮的活性吸附是限制阶段，氢氮比低于氮比低于3时比较有利。试验证明，在时比较有利。试验证明，在32MPa、450、催化剂粒度为、催化剂
35、粒度为1.22.5mm、空速为、空速为24000h-1 的条件下，氢氮比为的条件下，氢氮比为2.5时，出口氨时，出口氨浓度最大。生产上为了追求高速率，同时又要保浓度最大。生产上为了追求高速率，同时又要保持生产稳定，可以实行这种方法：簇新气体的氢持生产稳定，可以实行这种方法：簇新气体的氢氮比等于氮比等于3，循环气体略低于，循环气体略低于3（如（如2.8）73四、尿素 (NH2)2CO 尿素是以氨为原料制得的：2NH3+CO2 (NH2)2CO+H2O 该反应分两步进行：第一步生成氨基甲酸铵（简称甲铵）：2NH3(g)+CO2 NH2COONH4(l)其次步甲铵分解为尿素：NH2COONH4(l)
36、（NH2)2CO+H2O(l)74 工业上，尿素合成的反应温度为180200，反应压力1425 MPa。一般接受氨过量的措施，使氨与水结合降低水的活性，从而有利于尿素的生成。一般接受 NH3/CO2（摩尔比）=3：14：1。75 其次节 碳一化学品凡含有碳原子的化合物，如甲烷、CO、CO2、HCN、甲醇等参与的反应，都可以定义为C1化学。76甲醇纯甲醇是无色、易流淌、易挥发的可燃液体，带有乙醇相像的气味，可与水、乙醚、苯、酮等互溶，由于甲醇分子中含有烷基和羟基，因此氮、氦、氧等气体在甲醇中有良好的可溶性。甲醇是最重要的工业合成原料之一，是三大合成材料及农药、医药和染料的原料，大量用于生产甲醛和
37、对苯二甲酸二甲酯。77合成反应:CO+2H2 CH3OH（g）该反应以合成气为原料，接受铜系催化剂CuO-ZnO-Al2O3。该工艺的关键是铜系催化剂对硫和氯特殊敏感，因此要求原料气中基本不含硫和氯。78甲醛性质：无色气体，能与空气形成爆炸性混合物，其爆炸极限为7.073%。甲醛中常含有微量杂质，很简洁聚合。这种单体在工业上一般有3种形态：a、3555%的水溶液，其中99%以上的甲醛作为水合物或多聚甲醛聚合物；b、甲醛经酸催化反应可聚合生成环状三聚物，即三聚甲醛；c、甲醛的聚合物，也称聚甲醛，用甲醛水溶液蒸发制得。在热或酸作用下，可逆向分解为甲醛单体。79用途：除了干脆用甲醛溶液福尔马林作消毒
38、剂、防腐剂以及作纺织、皮革、毛皮、造纸和木材工业助剂外，甲醛大部分用于制造酚醛、脲醛和三聚氰胺-甲醛树脂。无水纯甲醛或其三聚物可用来生产高分子热塑性塑料聚甲醛。此外，甲醛水合碳化可合成乙醇酸，经酯化加氢后生产乙二醇。80甲醇制甲醛的过程目前，工业生产上甲醛是以甲醇为原料，通过氧化脱氢来制取的。甲醇与空气的混合气体的爆炸范围甲醇浓度为637%（体积分数），因此合成反应必需在甲醇的爆炸范围以外进行。依据甲醇与空气混合比不同，有甲醇过量法和空气过量法两种不同的反应方式。81甲醇过量法：该法在爆炸范围之外，即甲醇浓度大于37%（体积分数），混合以少于理论所需量的空气，使混合气通过银催化剂，在60065
39、0温度下反应的方法，亦称为银催化剂法，主反应如下：CH3OH+1/2O2 HCHO+H2O CH3OH HCHO+H2 反应为放热反应。82第三节 乙烯及其衍生物83乙烯在常温常压下为无色可燃性气体，具有烃类特有的臭味，微溶于水。乙烯是烯烃中最简洁也是最重要的化合物之一，它具有活泼的双键结构，简洁引起各种加成聚合等反应。乙烯生产是石油化学工业的基础，乙烯工业的发展水平总体上代表了一个国家石油化学工业的水平。性质84乙烯参与的主要反应乙烯1.聚合2.氧化3.烷基化4.卤化5.水合6.齐聚7.羰基化85主要产品1.聚合低密度聚乙烯薄膜、电缆衬套。高密度聚乙烯薄膜、管材。乙烯共聚物薄膜、电绝缘材料、
40、粘合剂。乙丙橡胶轮胎、电线外皮、管材、织物涂层、防水材料862.氧化环氧乙烷乙醛乙二醇聚酯纤维、防冻剂聚乙二醇表面活性剂乙醇胺表面活性剂、气体吸取剂乙二醇醚溶剂聚醚泡沫材料、弹性材料、粘合剂表面活性剂87乙醛乙酸乙酐染料、药物、塑料、乙酸纤维素乙酸乙烯维尼纶、粘合剂、涂料乙酸脂溶剂、调味剂、香料氯乙酸除草剂过乙酸增白剂、引发剂丁醇增塑剂、引发剂季戊四醇醇酸树脂、涂料883.烷基化乙苯苯乙烯聚苯乙烯塑料不饱和聚酯涂料、绝缘材料苯乙烯共聚物绝缘材料、工程塑料丁苯橡胶橡胶ABS塑料增加塑料烷基铝聚合引发剂、催化剂聚甲基苯乙烯塑料、绝缘材料乙基甲苯塑料、绝缘材料894.卤化二氯乙烷氯乙烯聚氯乙烯管材、
41、人造革、塑料建材偏氯乙烯聚偏氯乙烯薄膜氯乙烷四乙基铅汽油抗震剂全氯乙烯溶剂三氯乙烯溶剂二溴乙烷溴乙烯阻燃剂溴乙烷溶剂、冷冻剂905.水合乙醇溶剂等6.齐聚-烯烃高碳伯醇洗涤剂、增塑剂、润滑油添加剂7.羰基化丙醛丙醇除草剂、溶剂丙酸除草剂、谷物爱护剂、果品和蔬菜催熟剂91环氧乙烷环氧乙烷是最简洁的乙烯部分氧化产物，与乙醛互为同分异构体，其化学活性强，是乙烯系主要中间体。性质：环氧乙烷也称为氧化乙烯，是易挥发的具有醚的刺激味的液体。分子式:C2H4O，无色，能与水和大多数有机溶剂相混合。环氧乙烷易燃，与空气能形成爆炸混合物，其爆炸极限为3%80%。92环氧乙烷用途：环氧乙烷有毒，在空气中的允许浓度
42、为510-5。它对昆虫的毒性更大，可作杀虫剂。环氧乙烷的干脆应用量很少，由于它具有易开环的三元环结构，化学性质特别活泼，工业上主要用于制乙二醇。另外，还可用于生产非离子型表面活性剂、医药、油品添加剂、抗氧剂、农药乳剂等。93工业生产方法：环氧乙烷的工业生产方法主要有氯醇法和乙烯干脆氧化法。环氧乙烷941.氯醇法生产环氧乙烷：乙烯次氯酸化生成氯乙醇，然后再加碱水解，环化得到环氧乙烷。C2H4+H2O+Cl2 ClCH2CH2OH+HCl2ClCH2CHOH+Ca(OH)2 2C2H4O+CaCl2+H2O 氯醇法因氯消耗高，盐的生成量大，腐蚀严峻，副产物多，已基本被淘汰。952.乙烯干脆氧化制环
43、氧乙烷干脆在银催化剂上乙烯用空气或纯氧氧化，除得到产物环氧乙烷外，主要副产物是二氧化碳和水，并有少量甲醛、乙醛生成。CH2=CH2+O2AgH2CCH2O+O2CO2+H2OHCHO+O2 该法与氯醇法相比具有原料单纯，工艺过程简洁，无腐蚀性，无大量废水排放处理，废热可综合利用等优点，顾得到迅猛发展。96乙二醇性质：乙二醇是环氧乙烷最重要的二次产品，也是最简洁的二元醇，分子式：C2H6O2。乙二醇是无色带有甜味的粘稠液体。它对粘膜有刺激性，在1 m3空气中乙二醇达300 mg 时对人体有害。97乙二醇用途：乙二醇与水互溶能大大降低水的冰点，因此是一种良好的抗冻剂，常用于汽车冷却系统中的抗冻液。
44、乙二醇是合成纤维涤纶的主要原料，另外，也是工业溶剂、增塑剂、润滑剂、树脂、炸药等的重要原料。98乙二醇工业上用环氧乙烷水合法制乙二醇，其反应式如下：H2CCH2+H2OOCH2CH2OHOH主要副反应为乙二醇接着与环氧乙烷反应生成一缩、二缩和多缩乙二醇。99第四节 丙烯及其衍生物丙烯在常温、常压下为无色、可燃性气体，具有烃类特有的臭味。在高浓度下对人有麻醉性，严峻时可导致窒息。以丙烯为原料合成的重要有机化工产品最大宗的是聚丙烯，其次如丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇、丙酮、苯酚等。100丙烯1.聚合2.氨氧化3.次氯酸化或过氧化4.水合5.氯化6.烷基化7.氢甲醛化1011.聚合聚丙烯塑料、合成纤维与
45、乙烯共聚乙丙橡胶三聚壬烯壬基苯酚四聚十二烯十二烷基苯合成洗涤剂102丙烯腈氨氧化2.丙烯丁腈橡胶ABS树脂聚丙烯腈AS树脂己二腈尼龙66103次氯酸化或过氧化3.丙烯环氧丙烷聚醚聚氨酯树脂环氧丙烷橡胶丙醛丙二醇不饱和树脂醇酸树脂聚氨基甲酸脂（泡沫塑料）104水合4.丙烯异丙醇丙酮二异丙醚汽油添加剂异丙醚萃取油脂溶剂5.丙烯氯化二氯丙烷氯丙烯二氯丙醇环氧氯丙烷环氧树脂甘油1056.丙烯烷基化异丙苯苯酚丙酮溶剂、甲基丙烯酸脂双酚-A环氧树脂酚醛塑料，尼龙67.丙烯CO+H2氢甲醛化异丁醛正丁醇正丁醛异辛醇增塑剂，溶剂106丙烯腈性质与用途：分子式:C3H3N，在室温顺常压下，是具有刺激性臭味的无色
46、液体，有毒。在空气中的爆炸极限3.0517.0%。能溶于很多有机溶剂中，与水能部分互溶，丙烯腈在水中的溶解度为3.3%，水在丙烯腈中的溶解度为3.1%，与水形成低共沸物，沸点71。丙烯腈分子中存在双键和氰基，性质活泼，易聚合，也易和其它不饱和化合物共聚，是三大合成材料的重要单体。107工业生产方法20世纪60年头以前，丙烯腈的生产方法有3种，按发展依次依次为：1.环氧乙烷法：Na2CO3MgCO3H2CCH2+HCN CH2CH2 CH2=CHC=N+H2OO5060OHCN2003001082.乙醛法：CH3CHO+HCNNaOH1020CH3CCNHOHH3PO4600700CH2=CH-
47、CN+H2O 3.乙炔法：CHCH+HCNCH2=CH-CNCH2Cl2-NH4Cl-HCl8090109以上三种生产方法原料贵，需用剧毒的HCN为原料以引进-CN，生产成本高，故限制了丙烯腈的发展，20世纪50年头末，巴杰尔公司成功开发了丙烯氨氧化一步合成丙烯腈的工艺，称索亥俄法，成为生产丙烯腈的第四种方法。1104.丙烯氨氧化法：CH3-CH=CH2+NH3+3/2O2CH2=CN-CN+3H2OP-Mo-Bi-O470此法原料价廉易得，对丙烯含量无严格要求，所用氨为一般化肥级或冷冻规格氨，用空气作氧化剂可一步合成，投资少，成本低，自1960年第一套工业扮装置问世以来，得到快速发展。目前，
48、世界上90%的丙烯腈由此法生产。111第五节 碳四烃及其应用C4资源及工业应用：炼油厂和石油化工厂联产大量工业C4烃（馏分），工业C4烃中包含丁二烯、丁烯、丁烷等七个主要组分。C4烃经化学加工可制成高辛烷值汽油和化工产品，因此综合利用C4烃馏分对于提高企业的经济效益有明显的作用。112碳四烃制得的基本有机化工主要产品：碳四烃1.丁二烯2.正丁烯3.异丁烯4.正丁烷1131.丁二烯聚合顺丁橡胶与苯乙烯共聚丁苯橡胶与丙烯腈、苯乙烯共聚二聚三聚2HCNCO+H2O与丙烯腈共聚乙酰氧基化、水解、加氢氧化丁腈橡胶ABS塑料环辛二烯尼龙8环十二三烯尼龙12己二腈尼龙66己二酸尼龙661，4-丁二醇聚酯树脂
49、顺丁烯二酸酐增加塑料、农药1142.正丁烯氧化顺丁烯二酸酐增加塑料、农药氧化甲乙酮溶剂水合2-丁醇脱氢或氧化脱氢丁二烯聚合聚-1-丁烯薄膜、管材与异戊二烯聚合丁基橡胶1153.异丁烯聚合聚异丁烯粘合剂、密封胶齐聚二异丁烯三异丁烯辛基酚表面活性剂、润滑油添加剂十二烷硫醇稳定剂、紫外线吸取剂抗氧剂甲醛异戊二烯 合成橡胶氨氧化甲基丙烯腈H2O甲基丙烯酸甲基丙烯酸甲酯CH3OH氧化甲基丙烯醛氧化甲基丙烯酸对甲苯酚、烷基化2，6-二叔丁基对甲酚塑料橡胶防老剂食品添加剂水合 叔丁醇溶剂、汽油添加剂甲醇、醚化甲基叔丁基醚汽油添加剂1164.正丁烷氧化脱氢裂解乙酸顺丁烯二酸酐丁二烯乙烯、丙烯117第六节 芳烃
50、芳烃是特别重要的化工原料，特殊是苯、甲苯、二甲苯等尤为重要。在总数约八百万种已知的有机化合物中，芳烃化合物约占了30%，其中BTX芳烃（B-苯、T-甲苯、X-二甲苯）被称为一级基本有机原料。随着合成树脂、合成纤维、合成橡胶工业的发展，芳烃的生产在石油化工领域占有越来越显要的位置。118芳烃的工业应用芳烃苯甲苯二甲苯萘119苯乙烯、烷基化丙烯、烷基化乙苯脱氢苯乙烯异丙苯丙酮苯酚十二烯或氯代十二烷十二烷基苯合成洗涤剂氯化氯苯染料中间体、医药加氢环己烷聚酰胺纤维氧化顺丁烯二酸酐120甲苯光气化法氧化乙烯、烷基化歧化脱甲基甲苯二异氰酸酯聚氨酯泡沫塑料聚氨酯橡胶苯甲酸染料中间体、医药甲乙苯甲基苯乙烯塑料