必修2第4章《化学与可持续发展》教学资源2_huaxuehelaoshi的空间_百度空间

5.石油的成分

在石油中由碳、氢两种元素组成的化合物的成分很复杂。按其结构可分为烷烃(包括直链和支链烷烃)、环烷烃(多数为烷基环戊烷和烷基环己烷)和芳香烃(多数是烷基苯)。在石油中一般不含烯烃。

在石油中含硫的化合物主要有硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫化物(RSSR)和噻吩等。

在石油中含氧的化合物主要有环烷酸和酚(以苯酚为主),此外还含有少量的脂肪酸。环烷酸是指分子中含有一个或多个骈合脂环、碳原子数为11~30个的羧酸。羧基既可以在脂环上,也可以在侧链上。在炼油生产中,常将环烷酸和酚统称为石油酸。

在石油中含氮的化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺类(RNH2)等。因吡咯在空气中容易被氧化,颜色逐渐变深,这与汽油久存后颜色变深有关。

石油的化学组成不是固定的,而是随产地的不同而不同。根据石油中所含烃的成分的不同,一般将石油分为烷烃基石油、环烷基石油、混合基石油和芳烃基石油等几大类。但各产油国常根据本国资源的情况有不同的分类。

6.我国的石油资源

在我国960×104 km2的土地上,经过地质普查,发现有300多个可供勘探石油的沉积盆地,沉积岩面积达450×104 km2,约占国土总面积的44%。其中面积大于10×104 km2的沉积盆地有10个,总面积超过254×104 km2。

此外,还有大量的中小盆地油气资源也很丰富,有些已经发现了油田或工业油流。如酒泉盆地、苏北盆地和百色盆地等。

地质学家根据大量的科学资料分析以后,估计我国陆上石油的储量大约为300×109 t~600×109 t。

除了陆上石油外,我国还拥有18 000 km的海岸线,其大陆架的面积约占世界大陆架总面积的1/20。根据近几年的勘查结果,先后在渤海、黄海南部、东海、台湾浅滩、珠江口、莺歌海、北部湾等海域发现了7个油气盆地,总面积约为100×104 km2。从发展远景来看,我国近海石油的储量不亚于陆上石油的储量。我国专家估计,我国近海石油的储量为200×109~500×109 t,国外人士估计我国近海石油的储量为200×109~900×109 t。

7.石油分馏的工艺过程

(1)原油加工前的预处理

在原油中含有一定量的石油气、水、盐类和泥沙等杂质,如不除去这些杂质,将会给以后的工序带来困难。预处理的步骤是先通过油气分离器,将石油气分离出去。再进入沉降池中除去泥沙及部分水和盐类。{zh1},在15~25 kV的高压电场下脱盐、脱水。

(2)初馏

将预处理后的原油在初馏塔中加热到220~250 ℃,从塔顶蒸出轻汽油和残留的水分。

(3)常压分馏

用泵将从初馏塔底得到的拔顶油送入加热炉中加热到360~370 ℃后,再送入常压分馏塔中。经分馏,在塔顶可得到低沸点汽油馏分,经冷凝和冷却到30~40 ℃时,一部分作为塔顶回流液,另一部分作为汽油产品。此外,还设有1~2个中段回流。在常压塔中一般有3~4个侧线,分别馏出煤油、轻柴油。侧线产品是按人们的不同需要而取的不同沸点范围的产品,在不同的流程中并不相同。有的侧线产品仅为煤油和轻柴油,而重油为塔底产品;有的侧线为煤油、轻柴油和重柴油,而塔底产品为常压渣油。

(4)减压分馏

原油在常压分馏塔中只能分馏出沸点较低的馏分。要分馏出沸点约在500 ℃以上的裂化原料和润滑油原料,就会出现一定的问题。因为这些馏分所含有的大分子烃类在450 ℃以上就会发生裂解反应,使馏出的油品变质,并生成焦炭,影响生产的正常进行。为了解决这个问题,就必须在减压下进行蒸馏。因此,将从常压塔底出来的重油经加热炉加热到410 ℃左右后,送入减压分馏塔中。为了使塔顶残压保持在2.7 kPa~10.7 kPa,需要用真空设备抽出不凝性气体。同时在减压塔底吹入过热蒸气以降低塔内的油气分压,增加馏分的拔出率。在减压蒸馏塔的塔顶得到的是重柴油;在侧线分别得到轻润滑油、中润滑油、重润滑油;经汽提塔汽提后,在塔底得渣油。

8.汽油

汽油是一种重要燃料,主要用于化油器式发动机。如汽车、摩托车等。在发动机中,汽油应在燃烧冲程燃烧。但有的汽油在压缩过程就燃烧爆炸,不仅影响气缸的正常运行,而且由于强烈地震动,影响发动机的寿命。这种汽油在气缸中的不正常的燃烧现象,称为汽油的爆震性。

汽油的爆震性与汽油的成分有密切的关系,以芳烃的抗震性{zh0}(即爆震性最小),环烷烃和异构烷烃次之,烯烃再次之,烷烃中正构(直链)烷烃的抗震性小。汽油的抗震性能用辛烷值来表示。

提高汽油辛烷值的方法之一,是增加汽油中的芳烃的含量,减少正构烷烃的含量;另一种方法是加入少量的四乙基铅〔Pb(C2H5)4〕。一般来说,只要在汽油中加0.2%~0.5%(质量分数)的四乙基铅就可以显著地提高汽油的抗震性。但是,在汽油中使用四乙基铅存在着许多的问题。一方面是四乙基铅有毒,只需少量就可以使人体中毒。因此,加入四乙基铅的汽油通常被染成红色或蓝色。另一方面是四乙基铅在气缸中燃烧后,其中的铅会变成氧化铅沉积下来,增加积炭量,引起气缸过热,增大发动机零件的磨损。为了克服这个缺点,通常在四乙基铅中加入一种导出剂,使铅成为挥发性物质从气缸中排出。可是,含铅化合物的排放,造成了一定程度的环境污染。目前,我国的一些城市,如北京、广州已经禁止汽车使用含铅汽油,以减少对大气的污染和对人体健康的危害。

9.催化裂化

催化裂化就是将原油(常用的馏分是重质油,如减压馏分、焦化柴油及石蜡等,也可使用常压重油)在催化剂的存在下,在460 ℃~520 ℃及100 kPa~200 kPa的压强下进行裂解反应。与热裂化相比较,催化裂化的条件,如温度和压强要低一些,但对原料的要求却相对高一些。如果在原料中含有镍、铁、铜、钒等重金属,就会影响催化剂的催化效率,使其选择性显著降低,从而会降低汽油的产量,增加气体和焦炭的产量。所以,催化裂化所用的原料油中重金属的含量必须要有一定限制。

在催化裂化中常用的催化剂是硅酸铝,它的主要成分是SiO2和Al2O3。按照硅酸铝分子的结构,又可以分为无定形(叫做普通硅酸铝催化剂)和结晶形(叫做分子筛催化剂)两种。目前最常用的是分子筛催化剂,它的催化活性和选择性都比较好,汽油的产率较高。

催化裂化所发生的化学反应与热裂化的反应没有本质上的区别。除了发生分解反应,使碳链较长的烃发生碳碳键断裂而生成碳链较短的烃以外,由于有催化剂的存在,使得异构化和芳构化的反应加速。例如,十四烷在催化裂化的条件下,首先分解为庚烷和庚烯:

C114H30→C7H16+C7H14

生成的庚烷和庚烯可以进一步发生异构化、芳构化、氢转移等反应。

异构化反应是指正构烷烃变成异构烷烃,如带侧链的环戊烷变成环己烷,使产品中异构烃的含量增加。

芳构化反应是指开链烷烃变成环状化合物、环状化合物脱氢生成芳烃等,使产品中的芳烃含量增加。例如,

氢转移反应是指烃类在反应中产生的氢与烯烃反应而生成饱和烃。例如,

除了上述反应外,分解反应的产物还可以进一步发生碳碳键的断裂,生成分子中碳原子数较少的裂化气。

10.石油的重整

重整常用铂或铼作催化剂,所以,又叫做铂铼重整。重整的目的有两个,一是提高汽油的辛烷值;二是制取芳香烃。重整用的原料要视目的的不同而定,如果重整的目的是为了提高汽油的辛烷值,一般选用沸点范围为60~200 ℃的直馏汽油馏分(或经过加氢的裂化汽油馏分)。如果重整的目的是为了生产芳香烃,则需选用沸点范围为60 ℃~130 ℃的直馏汽油馏分(或经过加氢的裂化汽油馏分),因为这一馏分中含C6~C8的环烷烃较多,经重整后有利于转化为芳香烃。

铂催化剂主要是将铂分散在氧化铝载体上,通常铂含量在0.3%~0.7%的范围内。自1968年以来,出现了铂-铼双金属催化剂和铂-铼-铱等多金属催化剂,从而大大提高了芳香烃的转化率和汽油的辛烷值,并延长了重整装置的操作周期。

铂催化剂对砷、铜、汞等重金属的化合物特别敏感,尤其是砷能与铂形成合金,造成催化剂中毒并使其失去活性。为了保证催化剂的使用寿命,对原料中的有害物质必须加以xx。

经过除砷、铅、硫、氮等杂质的原料油进入重整反应器中,在温度为400 ℃~500 ℃,2 500~3 000 kPa的压强下,通过铂催化剂进行重整反应。
摘自人民教育出版社教师用书



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