《石油化工基础》课件

石油化工基础课程概述课程目标学习内容12掌握石油化工的基本概念、工石油化工概述、石油炼制基艺流程和关键技术培养分析础、石油化工基本原料、烯烃和解决石油化工实际问题的能生产工艺、芳烃生产工艺、合力了解石油化工行业的发展成氨生产工艺、聚合物生产工趋势和挑战艺、石油化工设备、石油化工自动化、石油化工安全与环保考核方式第一章石油化工概述定义发展历史在国民经济中的地位石油化工是以石油和天然气为原料，生石油化工起源于世纪末，随着石油工石油化工在国民经济中占据重要地位，19产各种化工产品，包括烯烃、芳烃、合业的发展而兴起世纪以来，石油化是能源、交通、农业、轻工、纺织、建20成树脂、合成橡胶、合成纤维等石油工技术不断进步，生产规模不断扩大，材等行业的重要支撑石油化工的发展化工是现代工业的重要组成部分，为国产品种类不断丰富石油化工已成为一水平直接影响着国民经济的发展速度和民经济发展提供重要的基础原料个高度技术密集型和资本密集型产业质量石油化工产业链原油天然气/石油化工的起点，提供基础原料炼油将原油加工成各种燃料和中间产品化工原料提供乙烯、丙烯、苯等基本化工原料聚合物生产聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料最终产品塑料制品、合成橡胶、合成纤维等石油化工的主要原料原油天然气主要成分是碳氢化合物，是石油主要成分是甲烷，是重要的化工化工最主要的原料，通过炼油工原料，可以用来生产合成氨、甲艺可以得到汽油、柴油、煤油等醇、乙烯等天然气还是一种清燃料，以及石脑油、蜡油等化工洁能源，在能源结构中扮演着越原料来越重要的角色煤煤化工是以煤为原料，生产各种化工产品煤化工可以用来生产合成氨、甲醇、烯烃等煤化工是缓解石油资源短缺的重要途径原油的组成和性质组成1主要由碳、氢两种元素组成，还含有少量的硫、氮、氧等元素碳氢化合物是原油的主要成分，包括烷烃、环烷烃、芳烃等密度2原油的密度是指单位体积原油的质量，是原油的重要物理性质密度越大，原油越重原油的密度通常用克立方厘米或度表示/API粘度3原油的粘度是指原油流动的阻力，也是原油的重要物理性质粘度越大，原油越难流动原油的粘度通常用厘泊（）表示cP硫含量4原油中的硫含量是指原油中硫元素的质量分数，是衡量原油质量的重要指标硫含量越高，原油的质量越差原油的硫含量通常用质量分数（）表示%原油的分类按密度分类按硫含量分类根据密度的大小，原油可以分为轻质原油、中质原油和重质原根据硫含量的大小，原油可以分为低硫原油、中硫原油和高硫原油轻质原油密度小，易于加工，可以得到更多的汽油等轻质燃油低硫原油硫含量低，质量好，可以直接加工成燃料高硫原料重质原油密度大，加工难度大，可以得到更多的柴油等重质油硫含量高，质量差，需要进行脱硫处理才能加工成燃料燃料天然气的组成和性质组成1主要成分是甲烷（₄），还含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮气、CH硫化氢等甲烷是天然气的主要成分，含量通常在以上80%热值2天然气的热值是指单位体积天然气燃烧时释放的热量，是衡量天然气质量的重要指标天然气的热值通常用兆焦立方米（）表示/MJ/m³密度3天然气的密度是指单位体积天然气的质量，是天然气的重要物理性质天然气的密度通常用千克立方米（）表示/kg/m³硫含量4天然气中的硫含量是指天然气中硫化氢（₂）的含量，是衡量天然气质量的重H S要指标硫含量越高，天然气的质量越差天然气的硫含量通常用毫克立方米/（）表示mg/m³第二章石油炼制基础炼油工艺概述主要工艺产品石油炼制是指将原油加原油蒸馏是炼油的第一炼油的产品主要包括汽工成各种燃料和化工原步，将原油按沸点高低油、柴油、煤油、液化料的过程炼油工艺主分离成不同的馏分催石油气、石脑油、蜡要包括蒸馏、催化裂化裂化是将重质油转化油、润滑油、沥青等化、催化重整、加氢等为轻质油的重要工艺汽油和柴油是主要的燃单元操作催化重整是将低辛烷值料，石脑油是重要的化的汽油馏分转化为高辛工原料烷值的汽油馏分的重要工艺加氢工艺可以用来脱硫、脱氮、加氢裂化等原油蒸馏常压蒸馏减压蒸馏在常压下进行的原油蒸馏，主要分离出汽油、煤油、柴油等馏在真空条件下进行的原油蒸馏，主要分离出蜡油和渣油减压蒸分常压蒸馏是炼油的第一步，也是最基本的工艺常压蒸馏塔馏可以降低重质油的沸点，防止其在高温下裂解减压蒸馏塔的通常高达几十米，内部有大量的塔板，用来提高分离效率结构与常压蒸馏塔类似，但需要在真空条件下操作原油蒸馏装置流程图原油首先经过脱盐脱水处理，然后进入加热炉加热到一定温度，再进入常压蒸馏塔在常压蒸馏塔中，原油按沸点高低分离成不同的馏分，包括汽油、煤油、柴油等塔底的重质油进入减压蒸馏塔，进一步分离出蜡油和渣油各种馏分经过冷却、分离等处理后，成为最终产品催化裂化原理工艺流程催化裂化是在催化剂的作用下，将重质油转化为轻质油的过程原料油与催化剂混合后进入反应器，在高温下进行裂解反应反催化剂可以加速裂解反应，提高轻质油的收率常用的催化剂是应产物经过分离，得到汽油、液化石油气等产品催化剂需要进分子筛催化剂，具有较高的活性和选择性行再生，以恢复其活性再生后的催化剂可以循环使用催化重整目的工艺特点提高汽油的辛烷值，满足汽车发动机对汽油品质的要求催化重采用贵金属催化剂，例如铂、铼等反应条件苛刻，需要在高温整可以将低辛烷值的汽油馏分转化为高辛烷值的汽油馏分，例如高压下进行反应过程中会产生大量的氢气，可以回收利用催将烷烃转化为芳烃化重整装置通常采用固定床反应器加氢工艺加氢精制去除原料油中的硫、氮、氧等杂质，提高油品的质量加氢精制可以在催化剂的作用下，将杂质转化为硫化氢、氨气、水等，然后通过分离将其去除加氢裂化将重质油转化为轻质油，提高轻质油的收率加氢裂化是在催化剂和氢气的作用下，将重质油分子裂解成较小的分子，例如将蜡油转化为汽油和柴油延迟焦化原理应用将重质油在高温下进行裂解，生成焦炭和油气延迟焦化是一种主要用于处理炼油过程中的渣油，生产焦炭和油气焦炭可以作深度加工工艺，可以将渣油等重质油转化为焦炭和油气，提高资为燃料或用于生产电极油气可以进一步加工成汽油、柴油等产源的利用率品延迟焦化装置通常采用间歇操作第三章石油化工基本原料三烯三芳乙烯、丙烯、丁二烯是重要的烯烃类基1苯、甲苯、二甲苯是重要的芳烃类基本本化工原料，广泛用于生产各种聚合化工原料，广泛用于生产各种聚合物、2物、有机中间体等溶剂、医药等乙烯性质用途无色气体，具有轻微的甜味易燃易爆，需要安全储存和运输最重要的石油化工基本原料，用于生产聚乙烯、乙二醇、氯乙乙烯分子中含有一个碳碳双键，具有较高的反应活性烯、乙苯等聚乙烯是产量最大的塑料，广泛用于包装、农业、建筑等领域乙二醇是重要的防冻剂和聚酯纤维原料氯乙烯是生产聚氯乙烯的原料乙苯是生产苯乙烯的原料丙烯性质用途无色气体，具有轻微的甜味易燃易爆，需要安全储存和运输重要的石油化工基本原料，用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷丙烯分子中含有一个碳碳双键，具有较高的反应活性等聚丙烯是产量第二大的塑料，广泛用于汽车、家电、包装等领域丙烯腈是生产腈纶的原料环氧丙烷是生产聚醚多元醇的原料丁二烯性质用途无色气体，具有刺激性气味易燃易爆，需要安全储存和运输重要的石油化工基本原料，用于生产合成橡胶，例如丁苯橡胶、丁二烯分子中含有两个碳碳双键，具有较高的反应活性顺丁橡胶、氯丁橡胶等合成橡胶广泛用于轮胎、密封件、胶带等领域苯性质用途无色液体，具有芳香气味易挥发，有毒，需要注意防护苯分重要的石油化工基本原料，用于生产苯乙烯、苯胺、己内酰胺子中含有一个苯环，具有特殊的化学性质等苯乙烯是生产聚苯乙烯的原料苯胺是生产染料、农药的原料己内酰胺是生产尼龙的原料6甲苯性质用途无色液体，具有芳香气味易挥发，有毒，需要注意防护甲苯重要的石油化工基本原料，用于生产苯、二甲苯、甲苯二异氰酸分子中含有一个苯环和一个甲基酯（）等苯可以通过甲苯脱烷基制得二甲苯可以通过甲TDI苯歧化制得是生产聚氨酯的原料TDI二甲苯性质用途无色液体，具有芳香气味易挥发，有毒，需要注意防护二甲重要的石油化工基本原料，用于生产对苯二甲酸（）、邻PTA苯分子中含有一个苯环和两个甲基，有邻、间、对三种异构体苯二甲酸酐（）等是生产聚酯纤维的原料是生PA PTAPA产增塑剂的原料第四章烯烃生产工艺乙烯生产工艺概述乙烯是石油化工最重要的基本原料之一，其生产工艺复杂，技术含量高乙烯生产工艺主要包括原料预处理、裂解、急冷、压缩、脱酸、干燥、分离等步骤乙烯装置原料轻质烃重质烃包括乙烷、丙烷、丁烷等，是乙烯装置的优质原料轻质烃裂解包括石脑油、蜡油等，也可以作为乙烯装置的原料重质烃裂解可以得到较高的乙烯收率轻质烃的来源主要是天然气和炼厂可以得到乙烯、丙烯、丁二烯等多种产品，但乙烯收率相对较气低重质烃的来源主要是原油乙烯装置工艺流程图乙烯装置的工艺流程复杂，包括多个单元操作原料首先经过预处理，然后进入裂解炉进行裂解反应裂解气经过急冷、压缩、脱酸、干燥、分离等步骤，最终得到乙烯产品裂解炉结构及原理结构原理裂解炉是乙烯装置的核心设备，主要由炉膛、辐射段、对流段、原料在高温下进行裂解反应，生成乙烯、丙烯等产品裂解反应燃烧器等组成炉膛是进行裂解反应的场所，辐射段是加热原料需要在高温、低压、短停留时间下进行，以提高乙烯的收率裂的主要区域，对流段是回收烟气热量的区域，燃烧器是提供热量解炉的温度通常在℃之间800-900的装置急冷系统作用工艺流程迅速降低裂解气的温度，防止乙烯等产品发生二次反应急冷系裂解气首先进入一次急冷器，用急冷油进行冷却然后进入二次统可以提高乙烯的收率急冷系统通常采用直接喷水或喷油的方急冷器，用水进行冷却冷却后的裂解气进入后续的压缩系统式进行冷却压缩系统目的设备提高裂解气的压力，使其能够进入后续的分离系统压缩系统是压缩机是压缩系统的主要设备，常用的压缩机类型包括离心式压乙烯装置的重要组成部分压缩系统通常采用多级压缩的方式缩机和往复式压缩机离心式压缩机适用于大流量、低压力的场合往复式压缩机适用于小流量、高压力的场合脱酸系统原理工艺流程去除裂解气中的酸性气体，例如二氧化碳、硫化氢等酸性气体裂解气首先进入吸收塔，与吸收剂接触，酸性气体被吸收剂吸会腐蚀设备，影响产品质量脱酸系统通常采用化学吸收或物理收吸收剂经过再生，释放出酸性气体，可以循环使用脱酸后吸收的方式进行脱酸的裂解气进入后续的干燥系统干燥系统作用方法去除裂解气中的水分，防止设备腐蚀，影响产品质量干燥系统常用的干燥方法包括分子筛吸附、冷凝干燥等分子筛吸附是一可以提高分离效率干燥系统通常采用吸附或冷凝的方式进行干种高效的干燥方法，可以去除裂解气中的微量水分冷凝干燥是燥利用低温将水分冷凝出来深冷分离系统原理流程利用各组分沸点的差异，在低温下将裂解气分离成乙烯、丙烯、裂解气首先经过预冷，然后进入分离塔，在不同的温度下分离出丁二烯等产品深冷分离是一种高效的分离方法，可以得到高纯不同的组分分离出的各组分经过进一步处理，得到最终产品度的产品深冷分离需要在低温下进行，通常采用液氮或液氢作为冷源第五章芳烃生产工艺芳烃生产概述芳烃是重要的石油化工基本原料，广泛用于生产各种聚合物、溶剂、医药等芳烃生产工艺主要包括重整制芳烃、芳烃抽提、歧化和异构化等步骤重整制芳烃原理工艺流程利用催化重整反应，将石脑油中的烷烃和环烷烃转化为芳烃催石脑油首先经过预处理，然后进入重整反应器，在催化剂的作用化重整反应需要在催化剂的作用下进行，常用的催化剂是铂催化下进行重整反应重整产物经过分离，得到芳烃产品剂催化重整反应可以提高汽油的辛烷值，同时生产芳烃芳烃抽提目的方法将重整产物中的芳烃与非芳烃分离芳烃抽提可以提高芳烃的纯常用的溶剂包括砜烷、甲基吡咯烷酮（）等溶剂与重N-NMP度芳烃抽提通常采用溶剂抽提的方式进行整产物混合，芳烃溶解在溶剂中，非芳烃不溶解然后将溶剂与芳烃分离，得到高纯度的芳烃产品歧化和异构化原理应用通过歧化反应，将甲苯转化为苯和二甲苯通过异构化反应，将歧化和异构化反应可以调节芳烃的组成，满足市场需求歧化和二甲苯中的间二甲苯和邻二甲苯转化为对二甲苯对二甲苯是生异构化反应通常需要在催化剂的作用下进行产的重要原料PTA第六章合成氨生产工艺合成氨的重要性合成氨是重要的化工产品，是生产化肥的主要原料化肥可以提高农作物产量，保障粮食安全合成氨还用于生产炸药、塑料、纤维等合成氨原料气制备煤气化天然气转化将煤转化为合成气，合成气的主要成分是一氧化碳和氢气煤气将天然气转化为合成气，合成气的主要成分是氢气和二氧化碳化需要在高温下进行，通常采用水煤气或半水煤气工艺煤气化天然气转化通常采用蒸汽转化或部分氧化工艺天然气转化是目是煤化工的重要组成部分前最常用的合成气制备方法变换反应原理工艺条件将合成气中的一氧化碳转化为二氧化碳和氢气变换反应可以提变换反应的温度通常在℃之间采用铁铬催化剂或铜200-400高氢气的含量，满足氨合成的要求变换反应需要在催化剂的作锌催化剂需要控制水气比，以提高反应速率和平衡转化率用下进行脱碳系统方法流程去除合成气中的二氧化碳，防止二氧化碳中毒催化剂脱碳系统合成气首先进入吸收塔，与吸收剂接触，二氧化碳被吸收剂吸通常采用化学吸收或物理吸收的方式进行脱碳常用的吸收剂包收吸收剂经过再生，释放出二氧化碳，可以循环使用脱碳后括胺液、碳酸钾溶液等的合成气进入后续的甲烷化系统甲烷化目的反应条件将合成气中残留的一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷，防止一氧化甲烷化反应的温度通常在℃之间采用镍催化剂需200-300碳中毒催化剂甲烷化反应需要在催化剂的作用下进行要控制空速，以提高反应转化率氨合成反应原理工艺条件氮气和氢气在催化剂的作用下合成氨氨合成反应是可逆反应，氨合成反应的温度通常在℃之间压力通常在400-50010-需要在高温高压下进行，以提高氨的收率之间采用铁催化剂或钌催化剂需要控制氢氮比，以30MPa提高反应速率和平衡转化率氨合成塔结构工作原理氨合成塔是氨合成装置的核心设备，主要由塔体、催化剂床层、氮气和氢气进入氨合成塔，经过预热后进入催化剂床层，在催化换热器等组成塔体承受高温高压，催化剂床层是进行氨合成反剂的作用下合成氨合成氨的反应热被换热器回收，用于预热原应的场所，换热器用于回收反应热料气合成氨产品经过冷却、分离后输出第七章聚合物生产工艺聚合物概述聚合物是由许多小分子（单体）聚合而成的大分子聚合物具有优异的性能，广泛用于塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等领域常见的聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等聚乙烯生产工艺高压法低压法在高压下进行乙烯聚合反应高压法生产的聚乙烯密度较低，柔在低压下进行乙烯聚合反应低压法生产的聚乙烯密度较高，强软性较好，主要用于生产薄膜、电线电缆等高压法生产工艺简度较好，主要用于生产管材、板材、容器等低压法生产工艺复单，但能耗较高杂，但能耗较低聚丙烯生产工艺气相法液相法在气相条件下进行丙烯聚合反应气相法生产的聚丙烯颗粒较在液相条件下进行丙烯聚合反应液相法生产的聚丙烯颗粒较大，流动性较好，适用于生产各种聚丙烯产品气相法生产工艺小，强度较好，适用于生产高强度聚丙烯产品液相法生产工艺简单，但控制难度较大复杂，但产品质量较好聚氯乙烯生产工艺悬浮法乳液法将氯乙烯单体悬浮在水中，进行聚合反应悬浮法生产的聚氯乙将氯乙烯单体乳化在水中，进行聚合反应乳液法生产的聚氯乙烯颗粒较大，适用于生产各种聚氯乙烯产品悬浮法生产工艺简烯颗粒较小，适用于生产高纯度聚氯乙烯产品乳液法生产工艺单，但产品纯度较低复杂，但产品纯度较高第八章石油化工设备设备分类石油化工设备种类繁多，按功能可分为换热器、反应器、塔设备、储存设备、输送设备等按材质可分为碳钢设备、不锈钢设备、合金钢设备等按压力可分为常压设备、低压设备、高压设备等换热器类型工作原理常用的换热器类型包括列管式换热器、板式换热器、螺旋板式换利用两种不同温度的介质进行热量传递高温介质将热量传递给热器等列管式换热器结构简单，适用范围广板式换热器传热低温介质，使低温介质温度升高，高温介质温度降低换热器的效率高，占地面积小螺旋板式换热器适用于处理高粘度介质传热效率取决于介质的温度差、流速、物性等因素反应器固定床流化床催化剂固定在床层中，原料气通过床层进行反应固定床反应器催化剂颗粒悬浮在气流中，原料气与催化剂充分接触进行反应结构简单，操作方便，适用于气相反应固定床反应器容易出现流化床反应器传热传质效率高，适用于气固相反应流化床反应沟流现象，影响反应效率器容易出现催化剂磨损和飞溅现象塔设备精馏塔吸收塔利用各组分沸点的差异，将液体混合物分离成不同的组分精馏利用吸收剂吸收混合气体中的某种组分吸收塔广泛用于气体净塔广泛用于石油化工产品的分离精馏塔的传质效率取决于塔板化吸收塔的传质效率取决于吸收剂的性质、液气比、温度等因或填料的结构、液气比、回流比等因素素第九章石油化工自动化自动化系统概述石油化工自动化是指利用计算机、仪表、控制阀等设备，实现石油化工生产过程的自动控制自动化系统可以提高生产效率、降低生产成本、保障安全生产石油化工自动化是现代石油化工的重要组成部分系统DCS结构功能系统（集散控制系统）主要由操作站、控制站、现场仪系统可以实现数据采集、过程控制、报警显示、趋势记DCS DCS表、通讯网络等组成操作站是人机交互的界面，控制站是进行录、报表生成等功能系统可以提高生产过程的控制精度DCS控制运算的场所，现场仪表是测量生产过程参数的设备，通讯网和稳定性，保障安全生产络是连接各个设备的桥梁仪表与控制常用仪表控制回路常用的石油化工仪表包括温度计、压力计、流量计、液位计、分控制回路是指由传感器、变送器、控制器、执行器等组成的闭环析仪表等温度计用于测量介质的温度，压力计用于测量介质的控制系统控制回路可以实现对生产过程参数的自动调节，使其压力，流量计用于测量介质的流量，液位计用于测量液体的液保持在设定的范围内常见的控制回路包括温度控制回路、压力位，分析仪表用于分析介质的成分控制回路、流量控制回路、液位控制回路等第十章石油化工安全与环保安全生产概述石油化工生产具有高温、高压、易燃易爆等特点，安全风险较高安全生产是石油化工生产的生命线必须加强安全管理，采取有效的安全防护措施，保障安全生产主要危险因素火灾爆炸有毒有害物质石油化工生产过程中存在大量的易燃易爆物质，一旦发生泄漏，石油化工生产过程中使用和产生大量的有毒有害物质，例如硫化容易引发火灾爆炸事故必须加强防火防爆管理，采取有效的防氢、苯、甲苯等必须加强有毒有害物质管理，采取有效的防护火防爆措施措施，防止人员中毒安全防护措施个人防护设备防护进入生产现场必须佩戴安全帽、防护眼镜、防毒面具等个人防护对易燃易爆设备、有毒有害设备采取有效的防护措施，例如设置用品个人防护用品可以有效地保护人员免受伤害安全阀、压力表、液位计、报警器等设备防护可以有效地防止设备发生故障，引发事故环境保护废气处理废水处理石油化工生产过程中产生大量的废气，包括二氧化硫、氮氧化石油化工生产过程中产生大量的废水，包括含油废水、含硫废物、颗粒物等废气处理可以减少大气污染常用的废气处理方水、含酚废水等废水处理可以减少水污染常用的废水处理方法包括吸收法、吸附法、催化氧化法等法包括物理法、化学法、生物法等清洁生产概念实施方法清洁生产是指采用预防性的环境策略，将污染预防贯穿于产品和清洁生产的实施方法包括源头削减、过程控制、末端治理等源服务的全过程，从而减少对人类健康和环境的风险清洁生产是头削减是指从源头上减少污染物的产生过程控制是指在生产过一种可持续发展的生产模式程中采取措施，减少污染物的排放末端治理是指对产生的污染物进行处理，使其达到排放标准课程总结主要内容回顾1本课程主要介绍了石油化工的概述、石油炼制基础、石油化工基本原料、烯烃生产工艺、芳烃生产工艺、合成氨生产工艺、聚合物生产工艺、石油化工设备、石油化工自动化、石油化工安全与环保等内容学习要点2掌握石油化工的基本概念、工艺流程和关键技术培养分析和解决石油化工实际问题的能力了解石油化工行业的发展趋势和挑战注重安全环保，实现可持续发展结语与展望石油化工的未来发展新能源与石油化工的关系石油化工将朝着高效、清洁、安全、智能的方向发展新技术的新能源的发展将改变能源结构，减少对石油的依赖但石油化工应用将推动石油化工产业的升级石油化工将在国民经济中继续仍然是重要的产业，可以利用新能源生产化工产品新能源与石发挥重要作用油化工将相互补充，共同发展。