石油化工工艺学(邹长军)第3章课件.ppt
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- 石油化工 工艺学 邹长军 课件
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1、 第第3章章 碳一及其碳一及其 化工生产工艺化工生产工艺目录n合成气的生产n天然气生产乙炔工艺n甲醇生产工艺n甲醛的生产n天然气制氢氰酸n天然气生产乙烯和丙烯n天然气生产合成油技术n广义碳一化学:凡含一个碳原子的物质都可定义为碳一化学。如:甲烷、CO、CO2、HCNn碳一化工:指包括以合成气(天然气、煤层气、煤、重质油等转化而得)和甲烷(来自天然气或煤层气等)为原料,合成碳数为2或2个以上化合物的化学及工艺。3.1合成气的生产n合成气合成气:指一氧化碳和氢气的混合物。指一氧化碳和氢气的混合物。H2/CO(摩尔比)(摩尔比)由由1/2到到3/1。n生产方法:生产方法:、以煤为原料。煤制合成气中、
2、以煤为原料。煤制合成气中H2/CO比值较低,适于合成比值较低,适于合成有机化合物。有机化合物。、以天然气为原料。目前工业上多采用水蒸气转化法,、以天然气为原料。目前工业上多采用水蒸气转化法,H2/CO比值理论值为比值理论值为3,有利于制造合成氨或氢气。,有利于制造合成氨或氢气。、以重油或渣油为原料、以重油或渣油为原料。主要是部分氧化法。主要是部分氧化法。n(1)天然气水蒸气转化的)天然气水蒸气转化的主要反应主要反应:可能发生的副反应:可能发生的副反应:4223CHHO COH422224CHHO COH222CO HO COH42222CHCOCOH22CO C CO22CO HC HO 42
3、2CHCH天然气水蒸气转化制合成气天然气水蒸气转化制合成气甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素n1、温度、温度 提高反应温度对平衡有利。提高反应温度对平衡有利。采取两段反应。采取两段反应。n2、水碳比的影响、水碳比的影响 提高水碳比有利于甲烷转化。提高水碳比有利于甲烷转化。n3、压力的影响、压力的影响 低压有利平衡。低压有利平衡。n4、空间速度、空间速度 提高空速提高空速有利有利。但空速不宜过高。但空速不宜过高。天然气水蒸气转化制合成气的基本步骤天然气水蒸气转化制合成气的基本步骤氧气或空气天然气脱硫一段转化二段转化变换脱碳合成气水蒸气1234567原料天然气合成气锅
4、炉给水锅炉给水过热蒸汽图图3-1 3-1 天然气连续蒸汽转化工艺流程天然气连续蒸汽转化工艺流程天然气水蒸气转化工艺流程天然气水蒸气转化工艺流程1-钴钼加氢反应钴钼加氢反应器;器;2-氧化锌脱氧化锌脱硫罐;硫罐;3-对流预对流预热段;热段;4-转化炉转化炉;5-汽包;汽包;6-辅辅助锅炉;助锅炉;7-烟囱烟囱 天然气部分氧化制合成气天然气部分氧化制合成气原理原理422222CHOCOH O 42222CHCOCOH4223CHH OCOH 422122CHOCOH 总反应总反应:主要反应:主要反应:213456燃气天然气富氧空气转化气图图3-2 3-2 天然气催化部分氧化工艺流程天然气催化部分氧
5、化工艺流程1-加热炉加热炉 2-脱硫罐脱硫罐 3-脱硫罐脱硫罐 4-换热器换热器 5-转化炉转化炉 6-废热锅炉废热锅炉(1)催化部分氧化工艺催化部分氧化工艺蒸汽氧气天然气无烟尘合成气金属灰尘废水高压蒸汽5123476 图图3-3 Shell3-3 Shell公司公司SGPSGP工艺流程图工艺流程图 1-反应器反应器 2-废热锅炉废热锅炉 3-急冷塔急冷塔 4-炭黑分离器炭黑分离器 5-除尘器除尘器 6-洗涤罐洗涤罐 7-泵泵(2)非催化部分氧化工艺非催化部分氧化工艺n由减压渣油转化为由减压渣油转化为CO和和H2等气体的过程等气体的过程。目前常用技术是部分氧化法目前常用技术是部分氧化法。n渣油
6、制合成气的加工步骤主要为:渣油制合成气的加工步骤主要为:渣油氧水蒸气脱硫与脱碳气化变换水煤气变换气合成气渣油气化渣油气化n 渣油部分氧化过程工艺原理渣油部分氧化过程工艺原理:n完全燃烧:完全燃烧:n部分氧化:部分氧化:222()42mnnnC HmOmCOH O22()242mnmnnC HOmCOH O2222mnmnC HOmCOH1、温度、温度反应器出口温度为反应器出口温度为13001400。2、氧油比、氧油比当要求只生成当要求只生成CO和和H2 时,氧分子数与碳原子数之比为时,氧分子数与碳原子数之比为0.53、蒸汽油比、蒸汽油比一般控制在一般控制在0.30.6kg(蒸汽)(蒸汽)/kg
7、(油)。(油)。4、压力、压力加压,提高温度。加压,提高温度。5、原料的预热温度、原料的预热温度 120150。氧的预热温度一般在。氧的预热温度一般在250以下。以下。n渣油部分氧化操作条件渣油部分氧化操作条件3.2天然气生产乙炔工艺天然气生产乙炔工艺n乙炔的性质乙炔的性质:温度温度/甲醇甲醇丙酮丙酮乙酸甲乙酸甲酯酯N-甲基甲基吡咯吡咯烷酮烷酮二甲基二甲基甲酰胺甲酰胺20100-2014011.515.020.038.077.52028408016419.527.035.563.0115.038.447.563.090.0374660108190表表3-1 3-1 乙炔的溶解度与温度及溶剂种类
8、的关系乙炔的溶解度与温度及溶剂种类的关系n天然气制乙炔的原理天然气制乙炔的原理:甲烷在高温(甲烷在高温(1500K)下的热裂解生成乙炔的反应是强)下的热裂解生成乙炔的反应是强吸热过程吸热过程:4222278CHOCOH OHkJ422223381CHC HHkJ22241.9COH OCOHkJ2222227C HCHkJ1 1、原料气中氧含量、原料气中氧含量:氧含量氧含量影响影响氧化深度、反应温度,从而影响乙炔收率。氧化深度、反应温度,从而影响乙炔收率。2 2、原料气的均匀混合与适当的高流速、原料气的均匀混合与适当的高流速:影响乙炔收率,还可避免局部组成进入气体爆炸范围。影响乙炔收率,还可避
9、免局部组成进入气体爆炸范围。3 3、稳定的燃烧火焰、稳定的燃烧火焰 稳定氧流量占总氧量的稳定氧流量占总氧量的3 355。4 4、适宜的反应时间和足够的反应温度、适宜的反应时间和足够的反应温度5 5、良好的淬冷装置、良好的淬冷装置 要求快速、准确和均匀地淬冷。要求快速、准确和均匀地淬冷。影响乙炔收率的主要因素影响乙炔收率的主要因素12345678氧气天然气循环水浮升炭黑去 焚烧炉去水处理去提浓水循环水 图图3-4 BASF3-4 BASF法天然气生产乙炔的工艺流程法天然气生产乙炔的工艺流程1-氧预热炉氧预热炉 2-天天然气预热炉然气预热炉 3-裂裂解反应器解反应器 4-冷却冷却塔塔 5-电除尘器
10、;电除尘器;6-气柜气柜 7-炭黑浮升器炭黑浮升器8-凉水塔凉水塔裂解气裂解气甲烷甲烷石脑油石脑油乙炔乙炔氢气氢气COCO2甲烷甲烷乙烯乙烯其他(其他(N2、O2、烃、烃类)类)8.45726.4340.2194337.8450.21表表3-2 3-2 不同原料不同原料BASFBASF工艺裂解气组成工艺裂解气组成/%/%天然气生产乙炔主要工艺步骤天然气生产乙炔主要工艺步骤n裂解气净化裂解气净化:裂解气的压缩、酸性气体的脱除、脱炔裂解气的压缩、酸性气体的脱除、脱炔、脱一氧化碳、脱除水分等。、脱一氧化碳、脱除水分等。n乙炔分离乙炔分离:1 1、高温溶剂吸收法、高温溶剂吸收法 2 2、低温溶剂吸收法
11、、低温溶剂吸收法天然气制乙炔技术发展趋势天然气制乙炔技术发展趋势n甲烷氯化法甲烷氯化法:天然气中的主要成分甲烷与氯气在天然气中的主要成分甲烷与氯气在1700-20001700-2000的高温的高温下以极短的反应时间(下以极短的反应时间(10-80ms10-80ms)进行反应,生成乙烯和)进行反应,生成乙烯和乙炔,甲烷转化率为的乙炔,甲烷转化率为的85%85%。n等离子裂解法等离子裂解法:德国德国HoechstHoechst公司等在电弧法基础上开发等离子裂解法公司等在电弧法基础上开发等离子裂解法、用氢或氩、氦、水蒸气等在电弧作用下形成等离子体,、用氢或氩、氦、水蒸气等在电弧作用下形成等离子体,将
12、原料烃加入炽热的等离子流中进行裂解。将原料烃加入炽热的等离子流中进行裂解。乙炔乙炔加加HCl 氯乙烯氯乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯薄膜、塑料制品、合成纤维薄膜、塑料制品、合成纤维加醋酸加醋酸醋酸乙烯醋酸乙烯二聚二聚乙烯基乙炔乙烯基乙炔合成纤维、涂料、粘结剂合成纤维、涂料、粘结剂丙酮加成丙酮加成乙炔基异丙醇乙炔基异丙醇加加HF氟乙烯氟乙烯氯化氯化三氯乙烯、四氯乙烯三氯乙烯、四氯乙烯加加HCN丙烯腈丙烯腈水合水合乙醛乙醛乙酸乙酸季戊四醇季戊四醇醇酸树酯醇酸树酯巴豆醛巴豆醛山梨酸山梨酸加甲醛加甲醛1,4-丁炔二醇丁炔二醇1,4-丁二醇丁二醇四氢呋喃四氢呋喃聚酯树脂聚酯树脂-丁内酯丁内酯粘合剂粘合剂丁二烯丁二
13、烯2-氯丁二烯氯丁二烯氯丁橡胶氯丁橡胶异戊二烯异戊二烯合成橡胶合成橡胶聚氟乙烯聚氟乙烯溶剂溶剂合成纤维合成纤维乙炔化工的下游产品乙炔化工的下游产品3.33.3甲醇生产工艺甲醇生产工艺n合成甲醇的基本原理:合成甲醇的基本原理:主反应:主反应:副反应:副反应:232COHCH OH22323COHCH OHH O233224COHCH OCHH O2423COHCHH O2492483COHC H OHH O222COHCOH O合成甲醇的影响因素合成甲醇的影响因素1 1、反应温度、反应温度提高温度都对转化反应有利。但温度对炉管的寿命影响严重提高温度都对转化反应有利。但温度对炉管的寿命影响严重。2
14、 2、压力、压力加压的同时,可采取改变水碳比及温度等措施。加压的同时,可采取改变水碳比及温度等措施。3 3、水碳比、水碳比在满足工艺要求的气体下,要尽可能降低水碳比。在满足工艺要求的气体下,要尽可能降低水碳比。4 4、空速、空速较高。较高。一般需要提高操作温度与水碳比来弥补一般需要提高操作温度与水碳比来弥补。5 5、二氧化碳添加量、二氧化碳添加量原料气中含有一定量的原料气中含有一定量的COCO2 2有利。有利。n高压法(高压法(19.6-29.4MPa19.6-29.4MPa)n低压法(低压法(5.0-8.0MPa5.0-8.0MPa)n中压法(中压法(9.8-12.0MPa9.8-12.0M
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