1、化工概論化工概論典型化工工藝典型化工工藝主要內容主要內容1. 乙烯生產工藝乙烯生產工藝2. 聚乙烯生產工藝聚乙烯生產工藝主要內容主要內容1. 乙烯生產工藝乙烯生產工藝2. 聚乙烯生產工藝聚乙烯生產工藝1.1 乙烯生產的重要性乙烯生產的重要性 石油化學工業石油化學工業是國民經濟的基礎工業，其發展促進了是國民經濟的基礎工業，其發展促進了國民經濟的巨大發展國民經濟的巨大發展； 什么是石油化學工業？什么是石油化學工業？簡稱石油化工，以石油和天然氣為原料，生產簡稱石油化工，以石油和天然氣為原料，生產石油產品石油產品和和石油化工產品石油化工產品的加工工業。的加工工業。石油產品：又稱油品，主要包括各種燃料油

2、石油產品：又稱油品，主要包括各種燃料油( (汽油、煤油、汽油、煤油、柴油等柴油等) )和潤滑油以及液化石油氣、石油焦碳、和潤滑油以及液化石油氣、石油焦碳、石蠟、瀝青等，都是通過石蠟、瀝青等，都是通過石油煉制石油煉制過程完成；過程完成；石油化工產品：對煉油過程提供的原料油和氣進一步化學石油化工產品：對煉油過程提供的原料油和氣進一步化學加工獲得。加工獲得。1.1 乙烯生產的重要性乙烯生產的重要性石油化工產品的生產石油化工產品的生產第一步，對原料油和氣第一步，對原料油和氣( (如丙烷、汽油、柴油等如丙烷、汽油、柴油等) )進行裂進行裂解，生成以解，生成以“三烯三苯三烯三苯”為代表的基本化工原料。為代

3、表的基本化工原料。“三烯三苯三烯三苯”是生產各種有機化工原料和三大合成材料是生產各種有機化工原料和三大合成材料的基礎材料；的基礎材料；第二步，以基本化工原料生產多種第二步，以基本化工原料生產多種有機化工原料有機化工原料( (約約200200種種) )及三大合成材料及三大合成材料( (合成樹脂、合成纖維、合成橡膠合成樹脂、合成纖維、合成橡膠) )。4000m21600km240000km21.1 乙烯生產的重要性乙烯生產的重要性“三烯三苯三烯三苯”的特點的特點分子中都有分子中都有雙鍵存在雙鍵存在，故，故化學性質活潑化學性質活潑，容易與多種物，容易與多種物質發生加成反應，又容易聚合成高分子化合物；

4、質發生加成反應，又容易聚合成高分子化合物；由于自然界中沒有烯烴的存在，因此需要采用人工合成由于自然界中沒有烯烴的存在，因此需要采用人工合成的方法制備的方法制備( (工業上大多采用烴類工業上大多采用烴類熱裂解法熱裂解法制取烯烴制取烯烴) )；在熱裂解法生產乙烯的過程中，伴隨著許多副產品的生在熱裂解法生產乙烯的過程中，伴隨著許多副產品的生成成( (丙烯、丁二烯、苯、甲苯及二甲苯等丙烯、丁二烯、苯、甲苯及二甲苯等) )。* 乙烯生產技術是石油化工的核心技術，乙烯裝置是石油乙烯生產技術是石油化工的核心技術，乙烯裝置是石油化工的核心裝置。化工的核心裝置。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件裂解原料裂

5、解原料主要來源于兩個方面：主要來源于兩個方面：1. 1.天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；2.2.煉油廠的加工產品煉油廠的加工產品( (煉油裝置產品煉油裝置產品) )，如煉廠氣，如煉廠氣( (甲烷、乙甲烷、乙烷、丙烷、丁烷烷、丙烷、丁烷) )、輕油、輕油( (石腦油、拔頭油、抽余油石腦油、拔頭油、抽余油) )、煤、煤油、柴油、重油、渣油等。油、柴油、重油、渣油等。我國的烴類裂解原料產地：我國的烴類裂解原料產地： 大慶、華北油田：以煉制出的大慶、華北油田：以煉制出的石腦油石腦油、輕柴油為原料，、輕柴油為原料，烯烴收率高，烯烴收率高，結

6、焦結焦周期長；周期長；1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件石腦油石腦油(Naphtha)俗稱輕油、白電油，是石油提煉后的一種產物，主要由俗稱輕油、白電油，是石油提煉后的一種產物，主要由不同的碳氫化合物混合組成，成分是含不同的碳氫化合物混合組成，成分是含511個碳原子的個碳原子的鏈烷烴、環烷烴或芳烴鏈烷烴、環烷烴或芳烴; ;管式爐裂解制取乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯的重要管式爐裂解制取乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯的重要原料原料; ;作為裂解原料，要求石腦油組成中烷烴和環烷烴的含量作為裂解原料，要求石腦油組成中烷烴和環烷烴的含量不低于不低于70%(70%(體積體積) )1.2 熱裂解的工藝條件

7、熱裂解的工藝條件裂解原料裂解原料主要來源于兩個方面：主要來源于兩個方面：1. 1.天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；2.2.煉油廠的加工產品煉油廠的加工產品( (煉油裝置產品煉油裝置產品) )，如煉廠氣，如煉廠氣( (甲烷、乙甲烷、乙烷、丙烷、丁烷烷、丙烷、丁烷) )、輕油、輕油( (石腦油、拔頭油、抽余油石腦油、拔頭油、抽余油) )、煤、煤油、柴油、重油、渣油等。油、柴油、重油、渣油等。我國的烴類裂解原料產地：我國的烴類裂解原料產地： 大慶、華北油田：以煉制出的大慶、華北油田：以煉制出的石腦油石腦油、輕柴油為原料，、輕柴油為原料，

8、烯烴收率高，烯烴收率高，結焦結焦周期長；周期長；1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件烴類熱裂解過程中烴類熱裂解過程中結焦的危害結焦的危害由于熱裂解過程中產生的過度脫氫作用，生成了結焦副產由于熱裂解過程中產生的過度脫氫作用，生成了結焦副產物，并不斷地累積在裂解爐爐管的內表面上，危害如下：物，并不斷地累積在裂解爐爐管的內表面上，危害如下：a)a) 增加了管壁的增加了管壁的粗糙度粗糙度，使管內流體壓降升高，影響了管，使管內流體壓降升高，影響了管內物料的流動；內物料的流動；b)b) 嚴重情況下，還會嚴重情況下，還會堵塞堵塞爐管，使裂解爐無法運行；爐管，使裂解爐無法運行；c) c) 降低了管壁的降低

9、了管壁的傳熱系數傳熱系數，使爐管傳熱效率惡化；，使爐管傳熱效率惡化；d)d) 滲碳作用滲碳作用會縮短爐管壽命。會縮短爐管壽命。總之，結焦會降低產品收率、降低裂解深度、增加能耗和總之，結焦會降低產品收率、降低裂解深度、增加能耗和維護費用。維護費用。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件裂解原料裂解原料主要來源于兩個方面：主要來源于兩個方面：1. 1.天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；天然氣加工廠的輕烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；2.2.煉油廠的加工產品煉油廠的加工產品( (煉油裝置產品煉油裝置產品) )，如煉廠氣，如煉廠氣( (甲烷、乙甲烷、乙烷、丙烷、丁烷烷、丙烷、丁烷) )

10、、輕油、輕油( (石腦油、拔頭油、抽余油石腦油、拔頭油、抽余油) )、煤、煤油、柴油、重油、渣油等。油、柴油、重油、渣油等。我國的烴類裂解原料產地：我國的烴類裂解原料產地： 大慶、華北油田：以煉制出的石腦油、輕柴油為原料，大慶、華北油田：以煉制出的石腦油、輕柴油為原料，烯烴收率高，結焦周期長；烯烴收率高，結焦周期長； 勝利油田：以煉制出的石腦油、輕柴油為原料，烯烴收勝利油田：以煉制出的石腦油、輕柴油為原料，烯烴收率低，結焦周期短；率低，結焦周期短； 遼河油田：芳烴高、含氫低，不宜裂解。遼河油田：芳烴高、含氫低，不宜裂解。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件裂化反應與裂解反應裂化反應與裂解反

11、應裂化反應裂化反應在高溫在高溫( (480500 ) )和隔絕空氣的條件下，烷烴分子中和隔絕空氣的條件下，烷烴分子中的的C-C鍵和鍵和C-H鍵發生斷裂，由較大分子轉變成較小分鍵發生斷裂，由較大分子轉變成較小分子的過程。子的過程。裂解反應裂解反應采用比裂化更高的溫度采用比裂化更高的溫度( (700800，甚至，甚至1000以上以上) )，使石油分餾產物中的長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等短鏈使石油分餾產物中的長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等短鏈烴的加工過程，是一種更深度的裂化。烴的加工過程，是一種更深度的裂化。n在我國，習慣上把從重質油生產汽油和柴油的過程稱在我國，習慣上把從重質油生產汽油和柴油的過程稱為為裂化

12、裂化；把從輕質油生產小分子烯烴和芳香烴的過程；把從輕質油生產小分子烯烴和芳香烴的過程稱為稱為裂解裂解。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件烴類熱裂解過程烴類熱裂解過程高溫下，烴類的裂解過程存在高溫下，烴類的裂解過程存在一次反應一次反應和和二次反應二次反應：一次反應一次反應由原料烴由原料烴( (特別是烷烴特別是烷烴) )經裂解生成乙烯和丙烯的反應；經裂解生成乙烯和丙烯的反應；二次反應二次反應一次反應的生成物發生進一步的反應生成多種產物，甚一次反應的生成物發生進一步的反應生成多種產物，甚至最后生成焦或碳，對生產過程具有至最后生成焦或碳，對生產過程具有危害危害：a)a) 消耗原料，降低烯烴產率；

13、消耗原料，降低烯烴產率；b)b) 吸收大量熱量，消耗能源；吸收大量熱量，消耗能源；c) c) 反應生成的焦和碳又會堵塞設備和管道，影響裂解操反應生成的焦和碳又會堵塞設備和管道，影響裂解操作的穩定。作的穩定。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件烴類熱裂解過程的工藝條件烴類熱裂解過程的工藝條件烴類裂解的產品收率與烴類裂解的產品收率與裂解原料裂解原料的性質密切相關，的性質密切相關，同時還取決于同時還取決于裂解過程的工藝條件裂解過程的工藝條件。因此，需要合。因此，需要合理地選擇工藝條件，使生產平穩、產品收率高、損理地選擇工藝條件，使生產平穩、產品收率高、損耗少，并保證合理的清焦周期：耗少，并保證合

14、理的清焦周期：裂解溫度裂解溫度停留時間停留時間壓力壓力稀釋劑稀釋劑1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件裂解溫度裂解溫度* 從熱力學分析，裂解是吸熱反應，需要在高溫下從熱力學分析，裂解是吸熱反應，需要在高溫下才能進行，但同時有利于一次反應和二次反應的才能進行，但同時有利于一次反應和二次反應的進行；進行；* 從動力學角度分析，升高溫度，有利于提高一次從動力學角度分析，升高溫度，有利于提高一次反應對二次反應的相對速率。反應對二次反應的相對速率。 發揮一次反應在動力學上的優勢，并克服二次反發揮一次反應在動力學上的優勢，并克服二次反應在熱力學上的優勢，最適宜的溫度在應在熱力學上的優勢，最適宜的溫度在

15、750900之間。之間。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件停留時間停留時間裂解原料從進入裂解輻射管到離開該管所經過的時裂解原料從進入裂解輻射管到離開該管所經過的時間，即反應原料在反應管中停留的時間。間，即反應原料在反應管中停留的時間。* 若裂解原料在反應區內停留時間太短，則轉化率若裂解原料在反應區內停留時間太短，則轉化率降低；降低；* 若停留時間過長，有利于一次反應若停留時間過長，有利于一次反應( (提高轉化率提高轉化率) )，又有促進了二次反應的進行又有促進了二次反應的進行( (降低收率降低收率) )。 選擇合適的停留時間，既可使一次反應充分，又選擇合適的停留時間，既可使一次反應充分，

16、又能有效地抑制二次反應。能有效地抑制二次反應。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件壓力壓力* 從熱力學角度分析：從熱力學角度分析： 一次反應一次反應( (烴類裂解烴類裂解) )的分子數增加且不可逆；的分子數增加且不可逆； 二次反應二次反應( (聚合、脫氫、結焦聚合、脫氫、結焦) )的分子數減少。的分子數減少。降低壓力有利于一次反應，不利于二次反應的進行。降低壓力有利于一次反應，不利于二次反應的進行。* 從動力學角度分析：從動力學角度分析：降低壓力會使氣相的反應分子濃度減少，即降低了反降低壓力會使氣相的反應分子濃度減少，即降低了反應速度。應速度。 一次反應是單分子反應；一次反應是單分子反應；

17、 二次反應是雙分子和多分子反應。二次反應是雙分子和多分子反應。降低壓力可增大一次反應相對二次反應的響度速度。降低壓力可增大一次反應相對二次反應的響度速度。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件稀釋劑稀釋劑* 使用稀釋劑的原因：使用稀釋劑的原因： 由上可知，在烴裂解生產中需采用減壓操作，以提由上可知，在烴裂解生產中需采用減壓操作，以提高乙烯產率；高乙烯產率； 直接減壓易產生原料和產物直接減壓易產生原料和產物泄露泄露( (引起爆炸引起爆炸) )，同時，同時還會增加后續分離過程的還會增加后續分離過程的負荷負荷，故使用稀釋劑來降，故使用稀釋劑來降低烴原料的分壓低烴原料的分壓。* 工業上都是使用水蒸氣

18、作為稀釋劑，其優點如下：工業上都是使用水蒸氣作為稀釋劑，其優點如下： 容易實現稀釋劑與裂解氣的分離；容易實現稀釋劑與裂解氣的分離； 減少焦炭形成，延長了爐管運轉周期；減少焦炭形成，延長了爐管運轉周期； 穩定爐管溫度，防止爐管過熱；穩定爐管溫度，防止爐管過熱； 水蒸氣降低烴分子的效果明顯。水蒸氣降低烴分子的效果明顯。1.2 熱裂解的工藝條件熱裂解的工藝條件結論結論在極短的時間里將原料加熱到所需高溫，并給裂解反在極短的時間里將原料加熱到所需高溫，并給裂解反應提供所需的熱，具體工藝條件如下：應提供所需的熱，具體工藝條件如下：1.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程裂解爐裂解爐裂解爐是裂解設備的核心，

19、管式裂解爐是最為常見的樣式。 管式裂解爐的基本結構管式裂解爐的基本結構1.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程裂解氣凈化與分離流程裂解氣凈化與分離流程 基本原理基本原理將裂解氣壓縮制冷至低溫(深冷)，液化除甲烷和氫氣以外的氣體，進而通過一系列精餾塔逐一進行分離。 深冷分離工藝流程深冷分離工藝流程壓縮、凈化、順序分離1.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程壓縮壓縮 基本原理基本原理將裂解氣壓縮制冷至低溫(深冷)，液化除甲烷和氫氣以外的氣體，進而通過一系列精餾塔逐一進行分離。 工藝條件工藝條件 裂解氣經壓縮后溫度會顯著升高(高溫下易聚合，致閥門和管路堵塞)，出口溫度應低于105； 壓縮過程中還應凈

20、化CO2和H2S氣體(凈化)。1.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程凈化凈化 操作原因操作原因 CO2 的沸點高于乙烯和乙烷氣體，故在裂解氣液化過程中形成干冰，堵塞管道； H2 S對設備有腐蝕作用，易引起后續工藝中使用的催化劑中毒； 水也在裂解氣液化過程中結冰，同時還與烴形成結晶物，堵塞管道和閥門管件。 處理方法處理方法 采用10%的NaOH堿液(堿洗塔)除去CO2和H2 S ，操作壓力在1MPa左右； 重組分塔和干燥器除去水分。1.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程深冷分離深冷分離 分離順序分離順序甲烷和氫氣乙烯乙烷丙烯丙烷 裂解氣中的組分氣體裂解氣中的組分氣體標況下沸點標況下沸點()氫

21、 氣-252.8甲 烷-161.5乙 烯-103.9乙 烷-88.6丙 烯-47.7丙 烷-42.11.3 熱裂解的工藝流程熱裂解的工藝流程裂解氣凈化與分離的工藝流程裂解氣凈化與分離的工藝流程主要內容主要內容1. 乙烯生產工藝乙烯生產工藝2. 聚乙烯生產工藝聚乙烯生產工藝2.1 聚乙烯簡介聚乙烯簡介 聚乙烯(polyethylene，PE)是以乙烯為單體，經多種工藝方法生產的一類具有多種結構和性能的通用熱塑性樹脂，是目前世界合成樹脂工業中產量最大、應用最廣的品種； 我國聚乙烯生產發展迅速，產量約占合成樹脂總產量的25%； 聚乙烯生產在化工產業鏈中處于重要環節： 原油石腦油乙烯聚乙烯塑料制品。2

22、.1 聚乙烯簡介聚乙烯簡介 物理性能：物理性能： 無味、無毒、乳白色蠟狀固體；無味、無毒、乳白色蠟狀固體； 密度密度0.910.96g/cm3； 透水率低而透氣性較大，易燃透水率低而透氣性較大，易燃 力學性能：力學性能：一般，軟而韌一般，軟而韌 取決因素：密度取決因素：密度(結晶度結晶度)、分子量、分子量 化學穩定性：良好化學穩定性：良好 60以下一般不溶于溶劑，只是不耐強氧化劑以下一般不溶于溶劑，只是不耐強氧化劑熱性能：耐熱性不高熱性能：耐熱性不高LDPE使用溫度使用溫度80 ，HDPE使用溫度使用溫度121； 2.1 聚乙烯簡介聚乙烯簡介 表面能低，粘附性差表面能低，粘附性差 電性能：優異

23、（無極性、吸濕性低）電性能：優異（無極性、吸濕性低） PE的介電損耗和常數幾乎與溫度和頻率無關，可用于高頻的介電損耗和常數幾乎與溫度和頻率無關，可用于高頻絕緣絕緣 環境性能：環境性能： 日光照射使制品變脆原因：氧化生成的日光照射使制品變脆原因：氧化生成的羰基羰基吸收光波吸收光波 某些高能射線照射，引起交聯和變色；某些高能射線照射，引起交聯和變色；環境應力開裂：環境應力開裂：PE在活性物質（酯類、金屬皂類、磺化醇在活性物質（酯類、金屬皂類、磺化醇類、有機硅液體、潮濕土壤等）作用下產生應力開裂現象。類、有機硅液體、潮濕土壤等）作用下產生應力開裂現象。2.1 聚乙烯簡介聚乙烯簡介 根據根據生產工藝條件生產工藝條件不同，聚乙烯可分為不同，聚乙烯可分為:低密度聚乙烯低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene, LDPE)，又，又稱高壓聚乙烯；稱高壓聚乙烯；高密度聚乙烯高密度聚乙烯(High Density Polyethylene, HDPE)，又，又稱低壓聚乙烯；稱低壓聚乙烯；線形低密度聚乙烯線形低密度聚乙烯(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE)31常用聚乙烯的用途用途用途占樹脂的比例占樹脂的比例制品制品薄膜類制品薄膜類制品LDPE的的50%HDPE的的10%LLDPE的的70%用于食品、日用品、蔬菜、