工艺学重点

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石油化工工艺学重点

1. 按一般化工产品生产过程和作用划分，化工工艺流程可概括为哪几个过程？

按一般化工产品生产过程的划分和它们在流程中所担负的作用可概括为以下几个过程：

（1）生产准备过程——原料工序

包括反应所需的主要原料、氧化剂、氮化剂、溶剂、水等各种辅助原料的贮存、净化、干燥以及配制等等。

为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格，根据具体情况，不同的原料需要经过净化、提浓、混合、乳

化或粉碎（对固体原料）等多种不同的预处理。

（2）催化剂准备过程——催化剂工序

包括反应使用的催化剂和各种助剂的制备、溶解、贮存、配制等。

（3）反应过程——反应工序

是化学反应进行的场所，全流程的核心。经过预处理的原料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达

到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。

通过化学反应，获得目的产物或其混合物。以反应过程为主，还要附设必要的加热、冷却、反应产物输送以及反

应控制等。

（4）分离过程——分离工序

将反应生成的产物从反应系统分离出来，进行精制、提纯、得到目的产品。并将未反应的原料、溶剂以及随

反应物带出的催化剂、副反应产物等分离出来，尽可能实现原料、溶剂等物料的循环使用。分离精制的方法很多，

常用的有冷凝、吸收、吸附、冷冻、蒸馏、精馏、萃取、膜分离、结晶、过滤和干燥等，对于不同生产过程可以

有针对性的采用相应的分离精制方法。

（5）回收过程——回收工序

对反应过程生成的一些副产物，或不循环的一些少量的未反应原料、溶剂，以及催化剂等物料均应有必要的

精制处理以回收使用，因此要设置一系列分离、提纯操作，如精馏、吸收等。

（6）后加工过程——后处理工序

将分离过程获得的目的产物按成品质量要求的规格、形状进行必要的加工制作，以及贮存和包装出厂。

（7）辅助过程

除了上述六个主要生产过程外，在流程中还有为回收能量而设的过程（如废热利用），为稳定生产而设的过程

（如缓冲、稳压、中间贮存），为治理三废而设的过程（如废气焚烧）以及产品贮运过程等。这些虽属于辅助过程，

但也不可忽视。

化工过程通常包括多步反应转化过程，因此除了起始原料和最终产品外，尚有多种中间产物生成，原料和产

品也可能是多个；因此化工过程通常由上述步骤交替组成，以化学反应为中心，将反应与分离有机地组织起来。

4.催化剂的基本特征有哪些？催化剂的评价指标有哪些？

催化剂有以下三个基本特征：

（1）催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。因此催化剂在生产过程

中可以在较长时间内使用。

（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡。即当反应体系的始末状态相同时，

无论有无催化剂存在，该反应的自由能变化、热效应、平衡常数和平衡转化率均相同。因此催化剂不能使热力学

上不可能进行的反应发生；催化剂是以同样的倍率提高正、逆反应速率的，能加速正反应速率的催化剂，必然也

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能加速逆反应。因此，对于那些受平衡限制的反应体系，必须在有利于平衡向产物方向移动的条件下来选择和使用催化剂。

（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。催化剂的这一特性在有机化学领域中起了非常重要的作用，因为有机反应体系往往同时存在许多反应，选用合适的催化剂，可使反应向需要的方向进行。对于副反应在热力学上占优势的复杂体系，可以选用只加速主反应的催化剂，则导致主反应在动力学竞争上占优势，达到抑制副反应的目的。

1. 组成石油的烃类有很多种，按其本身化学结构的不同可分为哪三大类？石油中的非烃化合物主要包括哪些化合物，它们对石油的质量鉴定和炼制加工有哪些重要影响？

石油中的烃类有很多种，按其本身化学结构的不同可分为三大类，即烷烃、环烷烃、芳香烃。

石油中的非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物，它们对石油的质量鉴定和炼制加工有着重要影响。

1） 含硫化合物

硫是石油的重要组成元素之一。它在石油中的含量变化甚大，从万分之几到百分之几。硫在石油中可以呈元素硫以游离状态悬浮于石油之中，或多呈硫化氢和有机含硫化合物出现。

石油中所含的硫是—种有害杂质，因为它容易产生硫化氢、硫化铁、亚硫酸或硫酸等化合物，对金属设备造成严重腐蚀，所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。

2）含氮化台物

石油中主要为含氮的杂环化合物，其中有意义的是卟啉化合物。

3）含氧化合物

氧在石油中均以有机化合物状态存在，可分为酸性氧化物和中性氧化物两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称石油酸；后者有醛、酮等，含量极少。石油酸中，以环烷酸最重要，约占石油酸的90%左右。

2. 天然气的组成分为烃类和非烃两大类，烃类组成主要成分是哪些成分？天然气中的非烃种类组成常见的有哪些？

分为烃类和非烃两大类。天然气的烃类组成十分简单，主要成分为低分子烷烃。以甲烷为主，其含量一般大于70％；乙烷次之，其含量一般小于10％；丙院及丁烷含量更少。此外，某些类型天然气可含有少量的碳五与碳六（也称为汽油蒸汽)。在常温、常压下，甲烷、乙烷、丙烷及异丁烷呈气态，正丁烷呈液态(沸点+15℃)。天然气中的非烃种类较多，常见的有H 2S ，CO 2，N 2，CO ，H 2，有时也有He ，Ne ，Kr ，Xe 等惰性稀有气体。非烃气体在天然气中含量一般很低，但某些气藏可以有很高的非烃气含量。

4.油气藏形成最重要的基本条件有哪些？

油气藏的形成过程，就是在各种因素的作用下，油气从分散到集中的转化过程。能否有丰富的、足够数量的油气聚集，形成储量丰富的油气藏，并且被保存下来，主要决定于是否具备生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存等六个条件。对于研究油气藏形成的基本条件而言，充足的油气来源和有效的圈闭将成为两个最重要的方面。

1）充足的油气来源

在一个沉积盆地中，能否形成储量丰富的油气藏，充足的油气来源是重要前提。而油气来源是否充足，取决于盆地内生油层系的发育情况，所含原始有机质的多少及其向油气转化的程度。地壳运动的多周期性，使沉积盆地经历多个生油期，在剖面上出现多生油层系。衡量油气来源丰富程度的具体标志是生油凹陷面积的大小及凹陷持续时间的长短（生油层系的厚薄）。但是，需要指出的是，不能因此就认为较小的盆地就没有丰富的油气资源。面积大小固然重要，但那并不是唯一的决定因素。有些盆地面积虽然较小，但沉积岩厚度大，含油岩系所占的比

例大，圈闭有效面积大，生油层总厚度大，油源丰富，也可形成丰富的油气聚集。油源的丰富程度除与生油岩的

3 体积有关外，还与生油岩的埋藏深度，以及生油岩与储集岩的接触关系、配合情况等有密切关系。

2）有利的生、储、盖组合

油气田的勘探实践证明，生油层、储集层、盖层的密切配合，是形成丰富的油气聚集，特别是形成巨大油气

藏必不可少的条件之一。有利的生、储、盖组合其含义是指生油层中生成的油气能及时地运移到储集层中，即具

有良好地输送通道，畅通的排出条件；同时盖层的质量和厚度又能保证运移至储集层中的油气不会逸散。这是形

成大油气藏极其重要的条件。

5. 石油开采有哪几种方式？

（1）自喷采油

油田开发过程中，油井一般都会经历自喷采油阶段。是利用地层自身的能量将原油举升到井口，再经地面管

线流到计量站。自喷采油设备简单、管理方使、产旦高、不需要人工补充能量，可以节省大旦的动力设备和维修

管理费用，是员简单、经济、高效的采油方法。

(2) 气举采油

气举采油是从地面将高压气体注入油井中，降低油管内气、液混合物的密度，从而降低井底流压的一种机械

采油方法。利用气体的膨胀能举升井简中液体，使停喷、间喷或自喷能力差的油井恢复生产或增强生产能力。气

举井与自喷井有许多相似之处，其井筒流动规律基本相同。自喷井依靠油层本身的能量生产，而气举井的主要能

量来自于高压气体。气举采油的优点很多，如排液量范围大、举升深度大、井下无机械磨损件、操作管理方便等。

(3)有杆泵采油

有杆泵（Rod Pump）采油（抽油）是最古老，也是国内外应用最广泛的机械采油方法，在各种人工举升方法

中目前仍居首要地位。有杆泵结构简单、适应性强、寿命长。典型的有杆抽油装置由三部分组成：抽油机、抽油

杆和抽油泵，如图2—1所示（游梁式抽油机）。抽油机是地面驱动设备。抽油泵是井下设备，借助于柱塞的上下

往复运动，使油管柱中的液体增压，将其抽汲至地面。抽油杆柱是传递动力的连接部件。就整个生产系统面言，

还包括供给流体的油层、作为举升通道的油管柱及其配件、环空及井口装置等。

(4) 无杆泵采油

无杆泵（Rodless Pump）采油也是油田生产中常见的机械采油方式。无杆泵采油无需抽油杆柱，减少了抽油

杆柱断脱和磨损带来的作业和修井费用，适用于开采特殊井身结构的油井。随着我国各大油田相继进人中后开采

期，地质条件越来越复杂，无杆泵将会得到更广泛的应用。无杆泵采油主要有潜油电泵、水力活塞泵、射流泵及

螺杆泵采油等。

1、合成气的生产方法有哪几种？

合成气的生产方法主要有以下三种：

⑴、以煤为原料的生产合成气的方法主要有间歇法和连续法两种操作方式。煤制合成气中H2/CO比值较低，

适于合成有机化合物，但投资和生产成本较高。

⑵、以天然气为原料的生产合成气的方法主要有转化法和部分氧化法。目前工业上多采用水蒸气转化法，该

法制得得合成气H2/CO比值理论值为3，有利于制造合成氨或氢气。天然气部分氧化法又可分为催化部分氧化和

非催化部分氧化。

⑶、以重油或渣油为原料生产合成气的方法主要是部分氧化法。

10、简述天然气制合成油的生产技术。

答：生产技术可分为两大类：直接转化和间接转化。直接转化工艺不需要采用合成气生产装置，但由于生产

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中甲烷分子非常稳定，因此技术上存在较大难度，现已开发的几种直接转化工艺均因经济上无吸引力，目前还没有实现商业化。间接转化主要是通过生产合成气，再经费-托法合成生产合成油，与前者相比，间接工艺的生产运行成本较低，已成为公认的合成工艺路线。间接合成法整个流程分为三个步骤：合成气的制备，F-T 合成及产品精制。

①合成气的制备，即天然气转化制合成气，其生产成本约占总生产成本的60％。合成气生产方法目前主要有蒸汽转化法（SMR ）、部分氧化法（POX ）和自热转化法(A TR)。

②F-T 合成，即在费-托反应器中，用合成气合成液态烃，约占总投资的25%~30%。费托合成技术可分为高温费托合成（HTFT ）和低温费托合成（LTFT ）两种。前者一般使用铁基催化剂，后者使用钴基催化剂。

③产品精制，即将得到的液体烃经过精制、改质等具体操作工艺，变成特定的液体燃料、石化产品或一些石油化工所需的中间体，约占总投资的10%~15%。

1、烃类裂解的目的:主要是生产低级烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯和丁二烯等产品。而生产这些产品的原料选择是一个重大的技术问题，原料选择的正确与否，对企业生产和国民经济的发展将产生重要影响。

烃类型解原料大致可分两大类：第一类为气态烃，如天然气、油田伴生气和炼厂气；第二类为液态烃，如轻油、柴油、原油、重油等。按密度可分为轻质烃和重质烃。一般认为乙烷、丙烷、丁烷、液态石油气属于轻质烃，石油脑、煤油、柴油、重油等属于重质烃。

2、烃类热裂解非常复杂，具体体现在以下三方面：

①原料复杂；②反应复杂；③产物复杂。

3、生成目的产物乙烯、丙烯的反应属于一次反应，这是希望发生的反应，在确定工艺条件，设计和生产操作中要干方百计设法促使一次反应的充分进行。乙烯、丙烯消失，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应是二次反应，是不希望发生的反应。

二次反应对烃裂解有何危害和影响是：这类反应的发生，不仅多消耗了原料，降低了主产物的产率，而且结焦生炭会恶化传热，堵塞设备，对裂解操作和稳定生产都带来极不利的影响，所以要干方百计设法抑制其进行。

6、目前工业上均采用水蒸气作稀释剂，其原因如下：

①裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难；

②水蒸气热容量大，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。

③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀，保护炉管。

④脱除结碳，水蒸气对已生成的碳有一定的脱除作用。

⑤减少炉管内结焦。

⑥廉价、易得、无毒等。

7、裂解过程影响因素主要有：（1）原料的组成。其中又包括以下几点：①族组成(PONA 值)② 氢含量③特性因数④关联指数（BMCI 值）（2）工艺条件。其中又包括以下几点：①裂解温度②停留时间③温度—停留时间效应④裂解压力⑤稀释剂。

8、裂解气是组成复杂的气体混合物，其中，既有目的产物乙烯、丙烯，又有副产物丁二烯、饱和烃类，还有一氧化碳、二氧化碳、炔烃、水和含硫化合物等杂质。为获取纯度单一的烯烃及其他馏分，必须对裂解气进行分离和提纯。裂解气分离的方法有多种。工业上，主要采用：①深冷分离法；②油吸收精馏分离法。

⒈答：石油化学工业是以石油和天然气为原料的化学工业，石油化工的基础产品是三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯），其中以乙烯为首的碳二系产品又构成了石油化工的基础。原因如下：

碳二系产品中最简单的烃类化合物是乙烷、乙炔和乙烯。乙烷的键具有饱和性，其反应活性较低，工业上主要用途是用于生产卤代烷，且可作为裂解生产乙烯的好原料；乙炔具有不饱和键，是化学反应极高的一种烃，许多有机工业产品都可以由乙炔及其衍生物合成制得，故乙炔被称为“有机合成之母”，在天然气或煤炭资源较丰富的地区，乙炔的发展比较大；乙烯是最重要的石油化工基础原料，其反应活性高、成本低、纯度高且易于加工利

5 用，乙烯及其衍生物主要用于生产合成纤维（如涤纶、维纶），合成塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯），合成橡胶（如乙丙橡胶、丁苯橡胶），另外，由乙烯出发还可生产溶剂、表面活性剂、增塑剂、合成洗涤剂、农药等，可以说，没有乙烯，石油化工就没有原料，更谈不上石油化工的发展。

由上所述，碳二系产品的生产构成了石油化工的基础。

⒌答：乙烯直接氧化生产环氧乙烷的工艺流程，根据所采用的氧化剂的不同，分为空气氧化法和氧气氧化法两种。从工艺流程图来看，用空气进行氧化时，需要两个反应器，才能使乙烯获得最大利用率，用氧气法生产环氧乙烷时，只需一个反应器。

另外，氧气氧化法虽然安全性不如空气氧化法好，但氧气氧化法反应选择性较好，乙烯单耗低，催化剂生产能力大，投资省，能耗低，故只有小规模生产时才采用空气氧化法。

⒔答：平衡氧氯化法生产氯乙烯，总反应式为：

Cl 21/2O 2H 2O +++CH 2H 2C 2CH H 2C Cl 2

此反应过程共包括三步反应：

①乙烯直接氯化

=-171.5kJ/mol +△H Cl 2ClCH 2CH 2Cl H 2C=CH 2

②二氯乙烷裂解

二氯乙烷加压至高温裂解脱氯化氢，是目前工业上生产氯乙烯的主要方法，发生的主要反应为：

ClCH 2CHCl H 2C=CHCl HCl △H =-79.5kJ/mol △+

这是一个可逆吸热反应，同时还发生若干平行和连串副反应。

ClCH 2CH 2Cl

H 2C HCl +H 22HCl 2C HC≡CH CH 3CHCl 2

+++H 2=CHCl ……

③乙烯氧氯化

乙烯氧氯化反应是以乙烯、氯化氢、氧或空气为原料，在催化剂存在下，生产1,2―二氯乙烷的反应。

2HCl 1/2O ClCH 2CH 2Cl +++H 2O CH 2H 2C

该反应为强放热反应，过程中主要副反应有三种：

乙烯的深度氧化反应

CH 2H 2C 2O 2CO 2H 2O 2CO 23O 2CH 2H 2C

++++2H 2O

生成二氯乙烷和氯乙烷反应 CHCl 2C 2CO CH 3CH 2Cl CH 2ClCH 2Cl CH 2H 2C ++CH 3CHCl 2-HCl

HCl O 2 1、简述碳三及其化工产品在化工生产中的作用。

解析：碳三系指含有三个碳原子的脂肪烃、脂肪族含卤化合物、脂肪醇、醚、环氧化合物、羧酸及其衍生物，他们均是重要的化工原料及产品。

在碳三中产量最大，用途最大的是丙烯。丙烯具有双键结构，因而它具有烯烃的反映，如加成反应、氧化反应、羧基化、烷基化及其聚合反应。主要的产品及用途如下所示：

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烯甘油、树脂

二氯丙烷氧氯丙烷

甘油

环氧树脂

丙烷

醛

甘油

丙二醇

聚丙二醇、聚氨基甲酸酯丙醛

制药原

料烯酸

塑料酸

水质稳定剂、添加剂、塑料甲基丙烯酸酯、溶剂

腈纤维、橡胶、树脂

胶

合成纤维、薄膜、成型制品医药、溶剂环氧丙烷聚氨酯塑料、表面活性剂辛醇增塑剂

丁醇溶剂、增塑剂

苯酚酚醛塑料、锦纶

丙酮溶剂、有机玻璃、化工原料

1、答：(1)碳四馏分主要来源有热裂解制乙烯的联产、炼厂催化裂化的联产，除此之外还来源于油田气(天然气)和 -烯烃联产等途径；碳五馏分主要来源有液态烃裂解制乙烯的联产、炼厂催化裂化的联产等途径。

(2)①裂解制乙烯联产裂解制乙烯的联产物碳四馏分的一般特点：烯烃(丁二烯、异丁烯、正丁烯)尤其是丁二烯的含量高，烷烃的含量很低，1-丁烯含量大于2-丁烯；碳五馏分的一般特点：二烯烃尤其是环戊二烯、间戊二烯、异戊二烯的含量高，其它烯烃、烷烃及组分含量较低。②炼厂催化裂化的联产碳四馏分的一般特点：丁烷(尤其是异丁烷)含量高，不含丁二烯(或者含量甚微)，2-丁烯的含量高于1-丁烯；碳五馏分的一般特点：主要含异戊烯和异戊烷，基本不含碳五二烯烃。总的来说通过裂解或裂化得到的碳四、碳五馏分组成存在较大差异，而且会因为工艺条件、原料、加工深度的不同存在进一步的差异。

2、答：苯、甲苯和二甲苯的化工利用途径有哪些？

还原苯胺燃料、医药、助剂等农药、染料、医药、香料等尼龙6尼龙66醇酸树脂、涂料、增塑剂丙酮苯酚有机玻璃、溶剂酚醛树脂、尼龙6等磺化洗涤剂

图8-1苯的化工利用

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甲苯三硝基甲苯TNT炸药

甲苯二异腈酸酯聚氨基甲酸酯

苯甲酸己内酰胺尼龙6

苯

对二甲苯

图8-2 甲苯的化工利用

二甲苯对二甲苯对苯二甲酸涤纶

二甲苯甲醛树脂芳香族树脂

图8-3二甲苯的化工利用