兰州理工大学过控创新大赛论文.doc

兰州理工大学第一届过程装备工程兰州理工大学第一届过程装备工程 实践与创新大赛作品实践与创新大赛作品 课题名称课题名称 石油的作用及其转变为汽油 煤油和化学 品的工艺和关键设备 学校名称学校名称 兰州理工大学 专业名称专业名称 化学工程与工艺 成员姓名成员姓名 指导教师指导教师 递交日期 递交日期 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 1 石油的作用及其转变为汽油 煤油和化学品的工艺和关键 设备 摘摘 要要 论文对石油的组成 作用进行考察 探究石油转化为汽油 煤油等化学品 的工艺和生产的关键设备 并加以创新 应用到化工产品生产中催化裂化 聚合 缩聚加成 消去等生产工艺 并 对生产设备进行考察 研究设备的材料 特性和应用领域 并对设备进行研 究 改进 关键词关键词 石油 化学品工艺 化工设备 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 2 目目 录录 第一章石油的作用 3 1 1 石油的作用 3 1 1 1 原油 3 1 1 2石油的作用 4 第二章 石油的转变 5 2 1 石油制取汽油 煤油及关键设备 5 2 1 1 石油制取汽油及关键设备 5 2 2 石油转变为化学品的工艺及关键设备 7 2 2 1 石油转变为化学品的工艺 7 2 2 2 某些化工产品的生产工艺及关键设备 8 2 2 3 石油转变成化学品流程图 9 参考文献 10 致谢 10 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 3 第一章石油的作用 1 1 石油的作用石油的作用 1 1 1 原油 原油 即未加工处理的石油 是一种黄褐色至黑褐粘稠液体 相对密度在 0 75 1 之间 其组成十分复杂 是由不同碳素 不同分子量和不同分子结构的烃类组成的混合物 包括烷烃 环烷烃和芳烃 另外还有少量的硫 氮 氧的化合物和胶质等 石油的沸 点范围很宽 从常温到 500 以上 相对分子质量范围从数十到数千 在不同的地域出产的原油中 各族烃类含量相差较大 在同一种原油中 各族烃类 在各个馏分中的分布也有很大的差异 烃类是组成石油的主要成分之一 随着分子量 的增加 烷烃分为气 液 固三态存在于石油中 在常温下 从烷烃到丁烷是气态 它是天然气和炼厂气的主要成分 在常温下 C5 C15的烷烃为液态 其沸点随相对分 子量的增加而上升 它主要存在于汽油和煤油中 在蒸馏石油时 C5 C15的烷烃多进 入汽油馏分中二 C11 C15的烷烃则进入煤油馏分的组成中 在常温下 C16以上的烷烃 为固态 一般多以溶解状态存在于石油中 当温度降低时 就有结晶析出 工业上称 这种固体烃类为蜡 我国所产石油大多属于烷烃石油 原油中的第二大成分是烷烃 它是润滑油的主要组分 在原油中的环烷烃以环戊 烷和环己烷及其衍生物为主 环戊烷在石油各馏分的含量是不同的 汽油馏分中的环 烷烃主要是单环环烷烃 在煤油和柴油馏分中除含有单环环烷烃外 还有双环和三环 环烷烃 油中的第三大成分是芳香烃 在轻汽油 低于 120 中含量较少 而在较高沸点 200 300 的馏分中含量较多 原油的组成和性质对石油化工生产影响很大 对于以烯烃及其衍生物为主要产品 的生产 应尽量选用富含直链烷烃的烷基原油做原料 而不宜用环烷烃原油 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 4 1 1 2石油的作用 石油的作用各种各样 从石油中得到的产品大致可分为四大类 1 石油燃料 点燃式发动机燃料 如航空汽油 车用汽油等 喷气式发动机燃料 如航空煤油 压燃式发动机燃料 如高速 中速 低俗柴油 液化石油气燃料 即液态烃 作为工业或家庭用燃料 锅炉燃料 如炉用燃料油船舶用燃料油等 2 润滑油和润滑脂 润滑油和润滑脂是一类重要的石油产品 所有带有运动部件的机器几乎都需要 润滑 便否则无法正常工作 因此它起到减少机件之间的摩擦 保护机件 延长使用 寿命并节省动力的作用 虽然它们的数量只占全部石油产品的 5 左右 但其品种繁 多 按其使用目的的不同可分为内燃机润滑油 齿轮油 电器用油 液压油 机械 油 工艺用油等 除此之外 还有冷冻机油 汽缸油 压缩机油 仪表油 真空泵油 等特种润滑油 3 蜡 沥青和石油焦 这种油类是在生产燃料和润滑油时加工得到的 其产量约占所加工原油的百 分之几 在建筑 精细化工等生产中得到应用 4 石油化工品 石油化工包括基本有机化工 有机化工 和高分子化工 基本有机化工生产是以石油和天然气为起始原料 经过炼制加工制得乙烯 丙烯 丁烯 苯 甲苯 二甲苯 乙炔和萘等基本有机原料 有机化工是把以上加工成的基本有机原料 通过各种合成步骤 经过各种聚 合 缩合步骤 制成合成纤维 合成塑料 合成橡胶等最终产品 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 5 第二章 石油的转变 2 1 石油制取汽油 煤油及关键设备石油制取汽油 煤油及关键设备 2 1 1 石油制取汽油及关键设备 石油制取汽油 煤油采用常压蒸馏的方法 在接近常压下 将原油预热至 200 240 后送入蒸馏塔 塔顶蒸出大部分轻汽油 塔底油 送至常压加热炉加热至 360 370 进入常压塔 常压塔顶汽油馏分 沸点为 130 与 蒸馏塔的轻汽油合并 称直馏汽油 或石脑油 它是催化重整生产芳烃的原料 也是 裂解制乙烯的重要原料 关键设备 蒸馏塔 蒸馏塔是稀有金属钛等材料及其合金材料制造的化工设备具有强度高 韧性大 耐 高温 耐腐蚀 比重轻等特性 因此被广泛应用与化工 石油化工 冶金 轻工 纺 织 制碱 制药 农药 电镀 电子等领域 常压塔 1 常压塔是一个复合塔 原油通过常压蒸馏要切割成汽油 煤油 轻柴油 重柴 油和重油等四 五种产 品馏分 按照一般的多元精馏办法 需要有 n 1 个精馏塔才能 把原料分割成 n 个馏分 而原油常压精馏塔却是在 塔的侧部开若于侧线以得到如上所 述的多个产品馏分 就像 n 个塔叠在一起一样 故称为复合塔 2 常压塔的原料和产品都是组成复杂的混合物 原油经过常压蒸馏可得到沸点范围 不同的馏分 如汽油 煤油 柴油等轻质馏分油和常压重油 这些产品仍然是复杂的 混合物 其质量是靠一些质量标准来控制的 如 汽油馏程的干点不能高于 205 35 150 是石脑油 naphtha 或重整原料 130 250 是煤油馏分 250 300 是柴油馏分 300 350 是重柴油馏分 可作催化裂化原料 350 是常压重油 3 汽提段和汽提塔 对石油精馏塔 提馏段的底部常常不设再沸器 因为塔底温度 较高 一般在 350 左 右 在这样的高温下 很难找到合适的再沸器热源 因此 通 常向底部吹入少量过热水蒸汽 以降低塔内的油 汽分压 使混入塔底重油中的轻组分 汽化 这种方法称为汽提 汽提所用的水蒸汽通常是 400 450 约为 3M PA 的过 热水蒸汽 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 6 2 1 2 石油制取煤油及关键设备 煤油纯品为无色透明液体 含有杂质时呈淡黄色 略具臭味 沸程 180 310 不 是绝对的 在生产时常需根据具体情况变动 凝固点 47 40 for JET A 平均 分子量在 200 250 之间 密度大于 0 84g cm3 闪点 40 以上 运动黏度 40 为 1 0 2 0mm2 s 不溶于水 易溶于醇和其他有机溶剂 易挥发 易燃 挥发后与空气 混合形成爆炸性的混合气 爆炸极限 2 3 燃烧完全 亮度足 火焰稳定 不冒黑 烟 不结灯花 无明显异味 对环境污染小 不同用途的煤油 其化学成分不同 同一种煤油因制取方法和产地不同 其理化 性质也有差异 各种 煤油 煤油的质量依次降低 动力煤油 溶剂煤油 灯用煤油 燃料煤油 洗涤煤油 煤油因品种不同含有烷烃 28 48 芳烃 20 50 或 8 15 不饱和烃 1 6 环烃 17 44 碳原子数为 11 16 此外 还有少量的杂质 如硫化物 硫醇 胶质等 其 中硫含量 0 04 0 10 不含苯 二烯烃和裂化馏分 煤油以石蜡基原油沸点 230 左右的馏分或环烷基原油 215 左右的馏分 经蒸 馏 深度精制而得 关键设备 常压塔 同 P5 常压塔 ROCC V 型重油催化裂化装置 催化裂化装置主要用于裂解重油 得到航空煤油 柴油等所需原料 反应 再生系统采用同轴式布置 自上而下依次是沉降器 第一再生器和第二 再生器 第一再生器采用常规再生方式 第二再生器采用完全再生方式 二再含 氧烟气通过特殊设计的分布器全部进入一再床层 二再烟气中过剩氧参与一再烧 焦使氧气得到充分利用 以降低主风单耗 为了提高一再烧焦效果 在一再上采 用了待生催化剂均配技术 再生器采用内 外结合的取热技术 反应提升管采用 高效喷嘴 预提升段和快速终止反应设施 提升管出口采用 直联 对口软连 接技术 反应沉降器内部设置粗旋及单级旋风分离器 反应汽提段采用高效汽提 技术 ROCC V 型重油催化裂化技术在青岛石油化工厂 1 0Mt a 催化裂化装置上进 行了工业放大试验 达到了预期的目标 用残炭为 2 99 的蜡油及渣油混合进料 时 轻质油收率为 71 98 液化石油气收率为 10 88 干气产率为 3 23 包 括损失 汽油辛烷值 RON 为 90 2 轻柴油十六烷值为 33 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 7 2 2 石油转变为化学品的工艺及关键设备 2 2 1 石油转变为化学品的工艺 石油转变为化学品的过程 包括石油烃烷基化 异构化 烯烃叠合等 1 石油烃类裂解制烯烃 烃类裂解是石油系原料中的较大分子的烃类在高温下发生断链反应和脱氢反应生成 较小分子的乙烯和丙烯的过程 它包括脱氢 断链 异构化 脱烷环化 聚合 缩合 和焦化等诸多反应 十分复杂所以裂解是许多化学反应的综合过程 烃类裂解法 间接加热 直接加热 自供热 管式炉裂解 固体热载体 液体热载体 气体热载体 固定床 流化床 熔盐炉 高温蒸汽裂解 蓄热炉 砂子炉 部分氧化裂解 烃类裂解方法 上述反应为烃类裂解方法 反应条件设置了反应炉 裂解炉是裂解系统的核心 它 供给裂解反应所需的能量 并使反应在确定的高温下进行 依据供热方式的不同 可 将裂解炉分成不同的类型 例如管式炉 砂子炉 原油高温水蒸气裂解炉 原油部分 燃烧裂解炉等 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 8 2 2 2 某些化工产品的生产工艺及关键设备 1 环氧乙烷 氯醇法 第一步是将乙烯和氯气通入水中 生成 2 氯乙醇 第二步是用碱 通常为石灰乳 与 2 氯乙醇反应 生成环氧乙烷 乙烯经次氯酸 化生成氯乙醇 然后与氢氧化钙皂化生成环氧乙烷粗产品 再经分馏 制得环氧乙烷 2 二氯乙烷和氯乙烷 乙烯在液相中以三氯化铁做催化剂 与氯气发生氯化反应生成二氯乙烷 反应在 90 温度和 0 015Mpa 压力下进行 二氯乙烷加压后进入裂解炉的顶部 在强制通过热盘管时被 气化和裂解 裂解炉 管的入口温度为 40 出口温度为 515 使二氯乙烷的转化率达到 55 3 乙苯和苯乙烯 乙苯是一个芳香族的有机化合物 主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的 中间体 所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品 聚苯乙烯 尽管在原 油里存在少量的乙苯 但大批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应 乙苯经过 催化脱氢 生成氢气和聚苯乙烯 乙苯也存在与某些颜料中 苯乙烯是不饱和芳烃最简单最重要的成员 广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料 传统方法是苯和乙烯烷基化生成乙苯进而脱氢生成苯乙烯 4 关键设备 裂解炉 用于对有机物的裂解 急冷塔 用于急速冷却 分离器 用于分离产物和副产物 干燥塔 用于干燥产品 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 9 2 2 3 石油转变成化学品流程图 石油 常减压蒸馏 气体 炼厂气分离 甲烷 乙烷 丙烷 丁 烷 裂解 裂解 乙炔 液化气 水蒸气转化 乙烯 合成气 CO H2 直馏汽油 石脑油 脱硫 制硫硫磺 催化重整分离重整汽油 氢气 直馏煤油 烃类 热裂解 净化分离 裂解汽油芳烃抽提 苯 甲苯 二甲苯 裂解气分离 乙烯乙烯 丙烯丙烯 正丁烯正丁烯 异丁烯异丁烯 丁二烯丁二烯 异戊二烯异戊二烯 直馏柴油 减压柴油加氢处理 催化裂化脱硫 硫化物 分离 C1 C3烷 乙烯 丙烯 正 异丁烷 丁烯 加压蒸汽气化合成器 脱硫 制硫 硫磺 催化加氢裂 化 H2 气体催化裂化柴油 重芳烃回收 萘 其它芳烃 航空煤油 柴油 石油转变成化学品流程图 兰州理工大学第一届过程装备工程实践与创新大赛 10 参考文献参考文献 1 王宝仁 孙乃友 石油产品分析 化学工业出版社 2004 7 2 欧风 石油产品应用技术手册 中国石化出版社 1998 6 3 邢晓林 化工设备 化学工业出版社 2005 7