石油化工工艺学 教学课件 ppt 作者 邹长军 主编第5章

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1、第5章 碳二及其 化工产品生产,目录,聚乙烯的生产 环氧乙烷与乙二醇的生产及化工利用 乙醇的生产及化工利用 乙醛的生产及化工利用 乙醛氧化生产乙酸及化工利用 乙烯氧化生产醋酸乙烯及化工利用 氯乙烯的生产及化工利用 烃类氧化反应注意事项,聚合物命名,橡胶：许多橡胶是共聚物，常从单体中各取一字，后附“橡胶”。 树脂：习惯上泛指化工厂合成出来的未经加工成型的任何高分子化合物。 尼龙：代表聚酰胺一大类。 涤纶：聚酯类一种 纶：合成纤维商品的后缀。,塑料、橡胶、纤维,塑料：以合成树脂为主要原料，加助剂成型。 橡胶：有机高分子弹性化合物。原材料有生胶，再生胶和各种配合剂 生胶：包括天然橡胶和合成橡胶 再生

2、胶：废硫化橡胶，通过脱硫，可恢复一定的可塑性，可部分代替生胶。 合成纤维：线性高分子聚合物，有一定柔韧性的纤细物质。,5.1聚乙烯的生产,聚乙烯是产量最大的聚合物品种。,表5-1 聚乙烯的主要用途,聚合原理: 在高温高压下，以氧或过氧化物作引发剂，按自由基机理进行聚合。产物为低密度聚乙烯。 工艺条件 乙烯纯度 聚合级乙烯气体的纯度不低于99.9%。 聚合温度 聚合温度一般控制在180200。 聚合压力 聚合压力一般控制在150300MPa，,高压聚合生产聚乙烯,高压法生产工艺流程,图1 高压法生产工艺流程,低压聚合生产聚乙烯,聚合原理: 用Ziegler-Natta引发剂（TiCl4-AlCl

3、3），在温和温度和压 力下按配位机理进行聚合，所得产物为高密度聚乙烯。 工艺条件 : 聚合温度 一般在6090。 聚合压力 生产中压力一般控制在0.21.5MPa。,低压法生产工艺流程,工艺流程主要包括：聚合、高聚物的分离、净化与干燥、溶剂回收等。,图2 低压法生产工艺流程,5.2环氧乙烷与乙二醇的生产及化工利用,环氧乙烷的性质： 又称氧化乙烯，常温下为无色有醚味气体，低温时为无色易流动的液体，能与水以及许多有机溶剂以任意比互溶，沸点10.5，熔点为111.3，燃点429。环氧乙烷易燃，易爆，有毒，与空气能形成爆炸性混合物。环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯的第二位重要化工产品。 乙二醇的

4、性质： 常温下，为无色略具甜味的黏稠液体，有吸湿性，能与水、多种有机溶剂以任意比例混合，沸点为197.6，凝固点为-13。乙二醇能与酸作用生成酯，醇羟基可被卤素取代等。,反应原理： 催化剂： 主催化剂 金属银，其含量一般在1020（质）。 载体 一般多采用-氧化铝或含少量SiO2和-氧化铝的惰性物质。 通常采用钡、钙等金属或其氧化物、氢氧化物为助催化剂。 抑制剂 非金属Cl、Br、S、Se和Fe等化合物避免深度氧化。,乙烯直接氧化法生产环氧乙烷, 反应温度: 一般反应温度控制在220260，当用空气作氧化剂时，反应为240290；若用氧气为氧化剂时，为230270。 反应压力 : 一般为2.0

5、2.3MPa。 原料纯度及配比 原料气纯度 乙烯纯度在98（体）以上； 炔、硫化物会使催化剂永久性中毒； 含铁离子会引起选择性下降； H2、C3以上烃类物质，使反应热效应增加； 氩和H2会引起氧的爆炸极限浓度降低。,反应工艺条件, 原料气配比与致稳气的作用 一般乙烯浓度选为1530。 一般二氧化碳的浓度控制在7（体）左右 惰性物质含量适当，过高将使乙烯放空损失增加 加入约13ppm的二氯乙烷抑制剂增加选择性 致稳气或稀释剂:惰性气体如二氧化碳、氮气、氩气或甲烷或乙烷，能显著提高乙烯和氧的爆炸浓度极限。,乙烯氧气氧化法生产环氧乙烷工艺流程,图3 乙烯氧气氧化法生产环氧乙烷工艺流程 1原料混合器；

6、2反应器；3循环压缩机；4环氧乙烷吸收塔；5二氧化碳吸收塔；6碳酸钾再生塔； 7环氧乙烷解吸塔；8环氧乙烷再吸收塔；9乙二醇原料解吸塔；10环氧乙烷精制塔,反应原理: 主要副反应：乙二醇与环氧乙烷反应生成一缩、二缩和多缩乙二醇。 反应条件: 水与环氧乙烷的摩尔比为1520：1。 酸催化剂在常压、5070液相中进行；也可不用催化剂，在140230、23MPa条件下进行。 水合时间为3540min。,环氧乙烷水合法制乙二醇,环氧乙烷加压水合制乙二醇工艺流程,图4 环氧乙烷加压水合制乙二醇工艺流程 1混合器；2水合反应器；3一效蒸发器；4二效蒸发器；5脱水塔；6乙二醇精馏塔；7一缩乙二醇精馏塔,新工

7、艺制取乙二醇简介: 环氧乙烷催化水合法 碳酸乙烯酯法 乙二醇和碳酸二甲酯联产法 以合成气为原料的直接或间接合成乙二醇,5.3乙醇的生产及化工利用,乙醇的性质和用途： 乙醇俗称酒精，分子式为C2H6O，相对分子质量46.07，相对密度d4200.789，熔点-117.1，沸点78.5。乙醇为无色透明易挥发易燃液体，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.319.0。 在低级醇中乙醇的产量次于甲醇和异丙醇，居第三位，是重要的基本化工原料。,乙醇深加工系列产品图,乙醇的生产方法：,乙烯直接水合法制取乙醇反应原理: 主反应: 副反应： 催化剂：H3PO4SiO2。,工艺条件： （1）反应温度 ：

8、对于H3PO4SiO2催化剂，温度在 295左右最适宜。 （2）反应压力：一般采用7.0MPa左右。 （3） 原料配比： 当总压为7.0MPa，温度为 280290时，水烯比控制在0.60.7左右为宜。 在反应后期，水烯比应高些；在反应初期，水烯比应降至0.4左右。,图5 乙烯气相水合制乙醇工艺流程图 1压缩机；2加热炉；3反应器；4高压分离器；5气体洗涤塔；6低压分离器；7提馏塔；8加氢塔；9，14分离器；10中间贮槽；11轻馏分分馏塔；12脱醚塔；13精馏塔；15贮槽,5.4乙醛的生产及化工利用,乙醛的性质： 乙醛分子式为C2H4O，相对分子质量44.06，相对密度d1840.783。乙醛

9、是一种无色透明具有特殊刺激性气味的液体，其溶点123.5，沸点20.8，闪点2738，自燃点140。溶于水，易燃与空气能形成爆炸混合物，爆炸极限为457。 乙醛对眼、皮肤有刺激作用，在厂房中最大允许浓度为 0.1mg/l，浓度很大时会引起气喘、咳嗽、头痛。,乙醛深加工系列产品图：,乙醛生产方法： 乙炔水合法 从乙醇制乙醛 C3/C4烷烃氧化制乙醛 乙烯直接氧化法 原料便宜，成本低，乙醛收率高，副反应少目前，世界上有70的乙醛用此法生产。,乙烯络合催化氧化生产乙醛反应原理： 总化学反应式：,反应机理:通过乙烯与钯盐形成络合物而进行。,一步法工艺的影响因素, 原料纯度 :乙烯纯度大于99.5，乙炔

10、小于310-5，硫化物小于310-6，氧的纯度在99.5以上。 原料配比： 采用乙烯大大过量的方法，以保证安全，循环乙烯中氧的含量在8左右，乙烯的含量在65左右。 反应压力及温度： 一般控制在0.30.35MPa。 空速：必须选择适当的空速。 催化剂组成： 催化剂液体，含有氯化钯、氯化铜、氯化亚铜、盐酸和水等，溶液呈较强的酸性。,图6 一步法工艺流程 1水环泵；2气-液分离器；3反应器；4除沫分离器；5，6，7第一，二，三冷凝器；8水吸收塔；9脱氢组分塔； 10精馏塔；11丁醛提取塔；12粗乙醛槽；13水洗涤塔；14分离器；15分解器,一步法工艺流程,二步法反应部分工艺流程,图7 二步法反应部

11、分工艺流程 1乙烯缓冲器；2闪蒸塔；3过滤器；4钛泵；5鼓风机；6空气缓冲器；7分离器；8贮槽；9再生器,5.5乙醛氧化生产乙酸及化工利用,乙酸的性质： 乙酸俗称醋酸，分子式C2H4O2，相对分子质量60.05，相对密度d204=1.092。沸点118，熔点16.6，闪点38，自燃点426，是具有特殊刺激性气味的无色透明液体。又叫冰醋酸。 能与水以任意比例互溶，也能与醇、苯等有机液体相混合。 乙酸蒸气易燃，乙酸蒸气在空气中爆炸极限是4。 乙酸蒸气刺激呼吸道及黏膜，特别是对眼睛的黏膜有刺激作用，浓乙酸能灼伤皮肤。,乙酸用途：,乙酸生产概况：,乙醛氧化制取乙酸反应原理： 重要的工艺参数： 氧化剂：

12、采用氧气。 氧的扩散和吸收： 多段通入，并设置氧气分布器。 反应温度：控制在5585。 反应压力：反应器顶部压力控制在0.15MPa左右。 催化剂： 乙酸锰。 原料纯度: 严格控制水，三聚乙醛、甲酸。,外冷却型氧化塔乙醛氧化制乙酸工艺流程,图8 外冷却型氧化塔乙醛氧化制乙酸工艺流程 1氧化塔；2氧化液循环泵；3氧化液冷却器；4氧化液中间贮槽；5蒸发器； 6低沸塔；7高沸塔8乙醛塔；9乙酸甲酯塔；10甲酸塔；11回收乙酸蒸发器,5.6乙烯氧化生产醋酸乙烯及化工利用,醋酸乙烯的性质: 醋酸乙烯又称醋酸乙烯酯或乙酸乙烯酯。分子式C4H6O2，相对分子质量86.05，相对密度d=0.9312。熔点10

13、0.2，沸点72.5，闪点5，自燃点427。它是一种无色透明的可燃性液体，在空气中的爆炸极限2.613.4（体积）。,工艺条件: 催化剂： 组成为钯0.12.0，金0.031.0%，乙酸钾120%，加入适量水。含水量约为6%（摩尔）。 反应温度： 160180，根据催化剂选择。 反应压力： 0.60.8MPa。 原料气配比： 乙烯：氧：乙酸915：1：34（摩尔）。 空速 采用钯-金-醋酸钾-硅胶催化剂，当反应温度为160180、压力为0.8MPa时，最佳的空速经综合考虑选为2100h-1。,乙烯气相法制取醋酸乙烯反应原理,乙烯气相合成醋酸乙烯的工艺流程,图9 乙烯气相合成醋酸乙烯的工艺流程,

14、1醋酸蒸发器；2氧气混合器；3反应器；4冷却系统；5吸收塔；6初馏塔；7脱气槽；8汽提塔；9脱水塔；10水洗塔；11二氧化碳吸收塔；12解吸塔；13脱轻馏分塔；14脱重馏分塔,氯乙烯的性质： C2H3Cl，相对分子质量力62.5，相对密度0.974。在常温常压下是一种无色的具有乙醚香味的气体。熔点159.7，沸点13.9。稍加压力可得到液体氯乙烯。 氯乙烯易燃，在空气中爆炸极限为421.7。对人体有毒，在空气中允许的最高浓度为500g/g。微溶于水，在水中的溶解度是0.0001g/L。 氯乙烯在储存或运输时，应当加阻聚剂。 氯乙烯是目前塑料产量最大的品种之一。,5.7氯乙烯的生产及化工利用,氯

15、乙烯深加工产品的用途：,平衡氧氯化法生产氯乙烯： 总反应式为： 乙烯直接氯化： 二氯乙烷裂解： 乙烯氧氯化,氯乙烯的生产工艺示意流程图：,第一步： 乙烯直接氯化 工艺条件： 乙烯与氯的配比： 乙烯与氯气的摩尔比通常为1.1：1。尾气中氯含量为00.5%，乙烯含量不超过1.5%。 反应温度： 一般温度控制在50左右。 反应压力： 反应一般在常压下进行。 空速： 若采用塔径为450mm的塔进行反应，混合气空速设为98.1h-1比较合适。,图10 乙烯液相氯化生产二氯乙烷的工艺流程 1氯化塔；2循环冷却器；3催化剂溶解槽；4过滤器；5，6洗涤分层器；7低沸塔进料槽； 8低沸塔；9高沸塔；10脱水塔,乙烯液相氯化生产二氯乙烷的工艺流程,第二步：二氯乙烷裂解 主反应： 副反应： 影响因素: 反应温度: 500550。 反应压力: 0.61.5MPa。 原料纯度 : 1，2二氯丙烷小于0.3。铁离子小于110-4，水分小于510-6以下。 短停留时间:10s左右。,图11 二氯乙烷裂解生产工艺流程 1二氯乙烷贮槽；2裂解反应炉；3气-液分离器；4二氯