化工资源及初步加工

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1、第二章 化工资源及其初步加工,第一节 化学矿 第二节 煤炭 第三节 石油 第四节 天然气 第五节 其他化工资源,引言 化工资源包括以下几种 1.矿产资源 2.海洋资源 3.其他工业、农业和林业的副产品 4.水,化工资源及其初步加工,第一节 化学矿,一、中国化学矿资源 中国化学矿资源丰富。已探明储量的有20多个矿种。 二、中国化学矿资源的特点和分布 1.资源比较丰富，但分布不均。 2.高品位矿储量比较少。 3.选矿比较困难。,返回,三、矿资源利用对策 1.加强矿石采选技术的研究，走人工富集的道路。 2.加强矿产的综合利用技术研究，尽量从综合体或 复盐中提炼出有用的副产品以提高开采企业的经 济效益

2、。 3.针对中国现有矿藏品位低，运输费用高，因而经 济效益不好的现实状况，国家允许从国外进口高 品位的矿石。,化工资源及其初步加工 化学矿,第二节 煤炭,引言 中国煤炭资源比石油和天然气丰富，可供开采的量为0.1145Tt，占世界可供开采量的12.6%，居世界第3位。2005年的开采量达2.19Gt，居世界第 1位。 煤炭在20世纪50年代前，曾是制取有机化学品的主要资源。有机化学工业是以煤电石乙炔为基础建立起来的。20世纪50年代后，逐渐被石油和天然气取代。,返回,有机化学工业主要由石油和天然气为原料制得。但随着石油资源的日益枯竭，煤化工和天然气化工将会取代石油化工，成为获取有机化学品的主要

3、来源，有机化学工业也会发生质的飞跃。,一、煤的种类和特征 1.煤的种类 a.腐植煤 由高等植物形成的煤，在自然界中分布最广。又可细分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。 b.残植煤 由高等植物中稳定组分富集而形成的煤。在自然界中分布不广，储量也不大。 c.腐泥煤 主要由湖沼、泻湖中的藻类等浮游生物在还原环境下经过腐败而形成的。储量不多，研究也比较少，可细分为藻煤、胶泥煤和油页岩等。 d.其他 由藻类和较多的腐植质煤形成的煤，称为腐植腐泥煤，储量也不多。,化工资源及其初步加工 煤炭,2.煤的特征 a.腐植煤类和腐泥煤类的主要特征见表 腐植煤类和腐泥煤类的几种主要特征,化工资源及其初步加工 煤炭,b.各种

4、腐植煤的特征，腐植煤又可细分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类： （1）泥炭，又称草炭，呈棕褐色或黑褐色。 （2）褐煤，大多呈褐色或暗褐色 （3）烟煤，呈灰黑色至黑色 （4）无烟煤，俗称白煤或红煤，呈灰黑色，有金属光泽。 （5）其他,化工资源及其初步加工 煤炭,化工资源及其初步加工 煤炭,二、煤的化学组成和分子结构 1.煤的化学组成 煤中有机物主要由C,H,O及少量的N,S和P等元 素构成。 煤的元素组成,化工资源及其初步加工 煤炭,2.煤的分子结构 煤的分子结构以芳核为主，配以烷基侧链和含氧、含氮、含硫基团，近似组成为(C135H97O9NS)n。 不同类型煤的基本结构单元示意图,化工资源及其

5、初步加工 煤炭,三、腐植煤的生成过程及其岩相组成 1.腐植煤的生成过程 A.聚煤期 a.古生代的石炭纪和三叠纪，造煤植物主要是孢子植物。 b.中生代的侏罗纪和白垩纪，造煤植物主要是裸子植物。 c.新生代的第三纪，造煤植物主要是被子植物。,化工资源及其初步加工 煤炭,B.成煤条件 a.具有均匀的较高温度和潮湿的气候。 b.地形起伏易形成大的沼泽。 c.地壳运动速度与死亡植物堆积速度相适应。 C.成煤阶段 a.泥炭化阶段 堆积在沼泽中的植物残体，逐渐与空气隔绝，先经历弱氧化环境，喜氧菌分解植物残体，然后进入还原环境，在厌氧菌作用下，将煤中的含氧基团分解，煤被还原。,化工资源及其初步加工 煤炭,b.

6、煤化阶段 （1）成岩作用阶段 泥炭被压实、脱水、增碳，孔隙度下降并逐渐固结，由无定形不均质的泥炭逐步转化为岩石状的褐煤，这一阶段称为成岩作用阶段。 （2）变质作用阶段 褐煤处在地下深处，受地热和上覆岩系的静压力的长期作用，进一步演化成烟煤和无烟煤，这种成煤区域很大，称为“区域变质作用”。,化工资源及其初步加工 煤炭,2.腐植煤的岩相组成 煤岩学的研究方法有宏观和微观研究法两种 a.宏观研究法 用肉眼观察煤的颜色、光泽、断口等来确定煤的煤岩成分，一般可将煤岩成分分为： （1）镜煤 呈黑色，光泽强。 （2）亮煤 是煤层中的主要成分。 （3）暗煤 呈灰黑色，致密。 （4）丝炭 外观像木炭，呈灰黑色。

7、,化工资源及其初步加工 煤炭,通常按同一断层剖面的煤的平均光亮程度，将煤分作光亮煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四种宏观煤岩类型： （1）光亮煤 主要由镜煤和亮煤组成。 （2）半亮型煤 以亮煤为主，由镜煤、亮煤和暗煤组成。 （3）半暗型煤 由暗煤和亮煤组成，以暗煤为主，有时也会有少量镜煤和丝炭。 （4）暗淡型煤 主要由暗煤组成，有时夹杂少量镜煤、丝炭透镜体。,b. 微观研究法 在显微镜下观察煤的显微组分,可分为 （1）凝胶化组分（镜质组） 由植物茎、叶的木质纤维组织，经凝胶化作用形成的各种凝胶体组成。 （2）丝炭化组分（丝质组） 由木质纤维组织经丝炭化作用形成。 （3）稳定组分（稳定组或壳质组

8、） 由植物中化学稳定组分组成。,化工资源及其初步加工 煤炭,三类煤岩显微组分与四种宏观成分之间的关系,化工资源及其初步加工 煤炭,四、洗煤和煤的储存 1.洗煤 开采出的煤中含有大量杂质。一般原煤均需洗煤，将大量杂质从煤中除去，选煤厂的加工工序见图 2-2-3，主要工序有： a.原煤准备作业 b.选煤和脱水作业 c.生产技术检查 d.产品运销作业,2.煤的储存 煤在空气中受氧气、水、温度的作用下会变质，称作煤的风化。变质的煤不仅热值会降低，炼焦和化工应用也会受到明显的影响，因此煤的储存也相当重要。采用的办法有： （1）隔绝空气。 （2）加强通风散热。 （3）计划使用和运输煤炭。,化工资源及其初步

9、加工 煤炭,五、煤炭的综合利用 1.泥炭的综合利用 （1）直接利用 做燃料、建筑材料、农用肥料、亦可做工业废水废气的处理剂。 （2）化学和生化处理 水解得小分子有机酸，一元或多元醇，以及葡萄糖等，水解残渣可制活性炭，溶剂抽提得泥炭蜡，碱液抽提得腐殖酸，磺化得离子交换树脂，氨化得优质化肥，生化处理可得肥料，饲料，甲烷等。 （3）泥炭热加工 可用作气化、液化、低温干馏的原料。由泥炭分出的纤维用金属盐浸渍，经碳化可得金属碳纤维，泥炭也可做活性炭。,化工资源及其初步加工 煤炭,2.褐煤的综合利用 （1）直接利用 用作燃料、肥料、建筑材料、植物生长刺激剂、吸附剂、铁矿石还原剂。 （2）褐煤的化学加工 用

10、稀硝酸处理可得土壤改良剂、杀虫剂，用重铬酸钾氧化可得铬腐殖酸，用作钻井泥浆的调整剂和稳定剂，经水解可得脂肪酸、苯酚等 。 （3）褐煤的热加工 是气化，液化和炼焦的原料，经焙烧可得炭素材料，经炭化可得活性炭。,化工资源及其初步加工 煤炭,3.烟煤和无烟煤的综合利用,几类煤种的主要利用途径,化工资源及其初步加工 煤炭,4.提高煤炭综合利用效率的几条主要途径 a.建立联合生产企业。 b.将几个单元合并成为“煤综合体”，以提高经济效益。,化工资源及其初步加工 煤炭,以煤炭加压气化生产城市煤气、联产柴油和F-T硬蜡工艺流程，是上述将几个煤炭反应单元合并成立煤综合体的一个具体例子。,第三节 石油 引言 存

11、在于地下的多孔的储油构造中，由低等动植物在地压和细菌作用下经复杂的化学变化和生化变化而形成。 表2-3-01某些国家的石油储量及产油量（亿吨）,返回,一、石油的性质、组成和分类 1.性质和组成 a.性质 石油是一种易燃易爆，有强烈气味的黏稠液体，呈黄到黑褐色或青色。 b.组成 烃类、含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物、胶状物质（俗称胶质）,化工资源及其初步加工 石油,2.分类 a. 按oAPI分类，见表2-3-02 表2-3-02 原油按oAPI分类标准,b.按含硫量分类 见表2-3-03 表2-3-03原油按含硫量分类标准 c.石油的工业分类，按化学组成分类 （1）石蜡基原油，烷烃含量大于5

12、0%，密度小，含蜡量高，凝点高，含硫、氮和胶质低。大庆原油和南阳原有属这一类。 （2）环烷基原油 环烷烃和芳烃含量高，密度大，凝点低，含硫、胶质、沥青质多，胜利油田的孤岛原油和单家寺原油属这一类。,化工资源及其初步加工 石油,（3）中间基原油，性质介于石蜡基原油和环烷基原油之间。 d.关键馏分分类法 1935年由美国矿务局提出，至今仍有所应用。 方法是在特定的简易蒸馏设备中按规定条件蒸馏原油，将250270oC切割出的馏分作第一关键组分。395425oC切割出的馏分作第二关键组分。依这两类油的密度作为分类标准，见表2-3-04和表2-3-05,表2-3-04 关键馏分分类标准 表2-3-05

13、关键馏分特性分类,化工资源及其初步加工 石油,表2-3-06 我国主要原油的一般性质,二、原油的预处理和常减压蒸馏 原油的加工方法可分为以下几种 a. 燃料型炼油厂 以加工油品为主 b. 燃料-化工型炼油厂 油品和化工并重 c. 化工-燃料型炼油厂 以化工产品为主，兼顾生产油品,化工资源及其初步加工 石油,图2-3-01原油加工过程示意图,化工资源及其初步加工 石油,1.原油的预处理 如图2-3-02所示,当原油含硫量高时，脱盐脱水完毕后在原油 中还需要加图适量碱性中和剂和缓蚀剂，以减轻在后续加工 过程中，硫化物对炼油设备的腐蚀。,图2-3-02,2.原油的常减压蒸馏 a.工艺流程 1） 原油

14、经预热至210225oC，进入初馏塔。轻汽油和水蒸气由塔顶蒸出。 2）初馏塔底油料经加热炉加热至360370oC，进入常压塔，塔顶出汽油，第一侧线出煤油，第二侧线出轻柴油。 3）常压塔釜重油在加热炉中加热至390400oC，进入减压塔。,化工资源及其初步加工 石油,图2-3-03 原油常减压蒸馏流程图,化工资源及其初步加工 石油,原油常减压蒸馏装置图,原油常减压蒸馏装置: 常压塔和减压塔,原油常减压蒸馏装置: 冷换框架和换热系统,b.工艺条件 初馏塔温度：210250oC 常压塔温度：360370oC 塔顶压力0.130.17MPa。 减压塔温度：390400oC 塔顶压力15kPa。 表2-

15、3-07 常压蒸馏塔切割的馏分,化工资源及其初步加工 石油,c.各塔产物及用途 （1）初馏塔 用作重整原料油、溶剂油汽油调和组分。 （2）常压塔 内燃机燃料：汽油（塔顶）、煤油（一线）、轻柴油（二线）、重柴油（三线）。 （3）减压塔 一线汽油用作内燃机燃料，二线、三线减压馏分油用作催化裂化原料或生产润滑油，塔底减压渣油用作燃料。 d.汽油和柴油的质量指标和相应标准 （1）汽油的质量指标和相应标准 （a）馏分组成。 （b）安定性。 （c）辛烷值。,化工资源及其初步加工 石油,表2-3-08欧美和日本等国家车用汽油标准,中国2005年实施的汽油标准要求烯烃含量不大于18%（体积分数），芳烃不大于4

16、0% （体积分数） ，含硫量不大于150mg.kg-1，苯含量不大于1.0% （体积分数），不允许人为加入铁、锰、铅等重金属，蒸气压不大于65kPa。,化工资源及其初步加工 石油,（2）柴油的质量指标和相应标准 柴油质量指标中最重要的是十六烷值，它是油品在内燃机中自燃性能的指标。表2-3-09列出了2002年版世界燃料规范的一些主要标准限值。 表2-3-09 2002年版世界燃料规范的一些主要标准限值,化工资源及其初步加工 石油,三.催化裂化和加氢裂化 引言 直馏汽油和柴油产量低，常减压馏分油、减压渣油、各工序生产的下脚油占30% 40%，用途不大，工业上通过热裂化、催化裂化和加氢裂化可将这些油料转化为汽油、柴油，可大大增加这两种油品的产量。 因此，催化裂化是现代炼油工业的必备装置。,化工资源及其初步加工 石油,1.热裂化 用纯粹加热的方法裂解重质原料油 a.工艺条件 高压热裂化 温度450550oC 压力2.07.0MPa。 低压热裂化 温度550770oC 压力0.10.5MPa b.产品 有热裂化气、裂化汽油、残油和石油 焦炭等，本法装置开工周期短，油品质量 差，已逐步被催化裂化所取代。 c.其他热裂化 常见的有减黏裂化。,