石油化学与炼制概论.ppt

石油化学与炼制,油料应用教研室,课程简介,任务掌握石油及其产品的化学组成及与性质的关系、我国主要原油的特性、石油炼制各种工艺的目的、基本原理和产品性质。了解各种工艺的原理流程。,性质研究石油及其产品的化学组成和石油炼制工艺的基本原理及其对产品组成和性质影响。,能源的地位与作用,1、能源在人类社会的发展中占据重要地位。它是人类社会发展的基本条件，是发展农业、工业、科学技术和提高人民生活水平重要物质基础。能源开发利用的广度和深度是衡量一个国家的科技和生产水平的主要标志之一。能源、材料、信息是人类发展的三大支柱产业。,2、能源科学技术的每一次重大突破，都引起生产技术的革命，化学在能源的研究和利用过程中扮演重要角色。能源发展经历三个时期A柴草时期火的发现－18世纪产业革命，用于烧制陶瓷和冶炼金属；B煤炭时期13世纪开采，18世纪中大规模开采，1769年瓦特发明蒸汽机，产生第一次产业革命；C石油时期60年代超过煤。,三次重大突破,A发明蒸汽机，产生第一次产业革命；B电力发明使人们的生产活动进入电气时期；C原子能发明进入核能时期。,能源的分类,,,,,世界和中国能源的现状与发展趋势,近一百年世界能源消耗增长了20倍年份19501960197019801990世纪末万吨标准煤239194292420643956852391114761020Gt中国6968（1955）30189292916027598703能源消耗最多的是美国人口占4.9％，能耗占24.4％；印度人口占15.4％，能耗占2.3％；我国1996年人均能耗1.14吨，排名86（世界人均2.4、北美10、欧洲苏联5）20世纪60年代以前煤是世界最重要能源，后来，石油上升较快，发达国家以石油为主。美国、日本56.3％；我国、印度仍以煤为主，我国75.8％,印度67.8％.,能源形势－－能源危机,能源危机迫在眉睫世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。,1995版世界能源大会能源资源调查能源储量1993年能源产量储采比煤1031.6Gt4.474Gt230石油140.7Gt3.197Gt44（我国23年）天然气14.1Tm30.2485Tm357核能2.23Mt铀32171t（装机358GW，年发电量2.171012KWh水能理论蕴藏量3.51013KWh/a,技术可开发资源1.461013KWh/a,经济可开发资源0.91013KWh/a,装机7.2108KW,发电量2.381012KWh/a,石油储量1180-1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050左右年宣告枯竭。,世界石油储量增长变化美国OilandGasJournal2007,2007年世界主要国家石油剩余可采储量美国OilandGasJournal2007,天然气储备估计在131800-152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在57-65年内枯竭。,2007年世界主要国家天然气剩余探明可采储量美国OilandGasJournal2007,煤的储量约为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。核聚变到2050年还没有实现的希望。,禁运后，石油在两个月内涨价4倍，至1979年涨了近10倍。1973年美国缺少1.16亿吨标准煤能源生产损失930亿美元；日本缺少0.6亿吨，损失485亿美元，致使1974年日本国民生产总值下降。（在这之前日本每年递增10％）,石油由西方石油公司（“石油七姐妹”）垄断，西方利用廉价石油，改造产业结构，经济繁荣。1973年阿拉伯国家成立“石油输出国组织欧佩克（OPEC）”（中东储量占65％，出口占80％）向西方强国禁运石油,10月战争,专家认为，当一国的石油进口超过5000万吨时，国际市场的行情变化就会影响该国的国民经济运行；进口量超过1亿吨以后，就要考虑采取外交、经济、军事措施以保证石油供应安全。一方面是我国的石油进口量在逐年增加，极易受到国际油价上涨的影响；另一方面国际油价又极易受到政治、军事、经济等各种因素的牵制。由此，石油安全问题对我国也就成了一个日益紧迫的问题。2002年底，当美国以“推翻萨达姆”为目的的军事行动已经箭在弦上之时，中国政府已紧急斥资15.7亿美元，购买了5000万桶约690万吨石油作为战略储备，这相当于目前中国25天的进口量。,能源对环境污染,（1）化石燃料，产生大量CO2，导致温室效应；（2）化石燃料，产生大量NOX、SO2，导致酸雨；（3）化石燃料及生物质燃料，产生NXO，导致氧空洞；,由于以煤为主，形成了以煤烟型污染为主的严重环境问题。例如1995年，全国烟尘排放量约1744万吨，其中70％来自煤的燃烧；全国SO2排放量约2370万吨，其中85％来自煤的燃烧；全国CO2排放量约30亿吨，占全球的14％，只比美国的22％低，（人均排放量还很低）。而燃煤在我国1/3以上是用于火力发电。由低水平的燃煤所造成的酸雨、光化学雾及温室效应等环境问题日益突出。而在大城市中，机动车排放所造成的环境污染，也日益严重。,（4）热污染，一座1000MW火电厂，排热4.61012J/a；（5）放射性污染；（6）影响人体健康。,我国能源的现状,（1）我国能源资源,有关国家能源结构特点,5.7,中国一次能源储量和产量,中国目前已经成为全球煤炭第一大消费国，基本能源消费占到世界总消费量的十分之一，同时，中国也是继美国之后的世界第二大石油和电力消费大国。,1999年我国石油开采量约1.6亿吨，但是消耗量已上升到1.9亿吨，到2010年预计消耗量将达到3亿吨。,1993年后我国已成为石油净进口国。2000年原油进口已超过7000万吨。天然气近年生产量已有较大幅度增加，新的气田也有所发现，也在计划从俄国（独联体国家）进口一些天然气，西气东输也在实施，但花一千多亿的投资，东输200多亿米3/年天然气。,A、人均能源拥有量低（1996年人均能耗，排名86位）；B、能源生产和消费结构依然以煤为主（75.8％年耗13亿吨）煤1/3以上是用来发电的，直接燃烧利用热能为主,2我国能源工业面临的问题,C、能源资源分布不均匀。（北煤南运，西电东送，南水北调。煤炭集中华北地区，水能集中西南地区）能源产地和主要利用能源的经济发达地区分布不平衡.地区华北东北西南西北华东中南能源丰度吨/人268029312181216141142,D、能源利用率低，造成的污染严重。单位GDP能耗是日本的6倍，美国的3倍，韩国的4.5倍；,石油消费量与国内生产总值的关系,目前中国产品能耗极高，主要用能产品单位产品能耗比发达国家高25％-90。比如，每千克油当量的能源，日本企业平均可以创造出10.2美元的产值，中国只能创造出0.7美元。我国单位能源使用产生的GDP，目前只有发达国家平均水平的1/5至1/16左右。,E、农村商品能源短缺（人口8.6亿，能耗12.6亿吨，2／3靠柴薪）F、环境污染严重。由于我国是以煤为主的国家。煤炭的含氢量低，一般来说，相对于天然气，必然会带来CO2排放量大的问题。如何在经济发展中，控制CO2的排放量，已经成为重要的课题。中国CO2排放量已在世界上位居第二，占14，美国为22。以煤为主、能效低是主要原因。G、能源建设周期长，耗能多；能源输送路线比较长，占去国家相当大的运力H、能源工业装备落后；I、价格末能反映成本不合理,我国的石油资源,中国是最早发现和利用石油的国家之一，但近代石油炼制工业是在中华人民共和国成立后，随着大庆油田的开发和原油产量的增长才得到迅速发展的。,大庆油田,胜利油田,石油如何形成石油如何开采,无机生成假说,石油生成假说,有机生成假说,,,①地深成因说烃类起源于地球深处。在火山喷出的气体及熔岩流中含烃，来自地下深处的岩浆岩中发现有C1～C2的烷烃及可供生成烃类的化学元素；变质岩、岩浆岩等中也见到含油显示。,②宇宙成因说烃类在宇宙形成阶段即已生成。在天体中常有碳、氢、氧诸元素及其化合物的存在。例如，彗星头部的气圈中含有CO、CO2和甲烷等；在太阳系行星的大气圈中也存在一定浓度的甲烷；在陨石中也已鉴定出烃类化合物。,石油是有机物变成的，即由动物和植物的尸体在适当的环境下变成的。,具有工业价值的石油应当是有机成因的。石油勘探的大量实践表明，世界上99％以上的油气田分布在富含有机质的沉积岩区，与含有工业油流的火成岩、变质岩与沉积岩毗邻。油源对比的研究结果表明，这些火成岩或变质岩中储存的石油，都是由附近沉积岩中生成的石油运移而来。因此，石油无机成因说未能得到石油地质学界的普遍赞同和支持。,中东油气富集的认识波斯湾地区几十个油气田分布在一条500英里长的地带，占地球表面积不到2，却拥有世界可采储量的50以上。这些油气藏显示了很宽的地质年龄谱；而且烃类产在构造和地层变化都很大的环境中，这里的石油组成极为相同，因而推测它们是同一来源。但这个来源是什么呢不少地质学家认为可能是地幔来的无机成因烃源。从这一点上说，也许有机学说认为石油枯竭之时，正是无机学说可以定论之时。,石油、天然气的形成（录像）,原油开采录像,石油炼制生产各种燃料油（汽油、煤油、柴油等）和润滑油以及液化石油气、石油焦碳、石蜡、沥青等石油产品的加工过程，简称炼油。,,全世界所需能源的40依赖于石油产品，汽车等交通工具使用的原料几乎全部是石油产品，有机化工原料也主要来源于石油炼制工业，世界石油总产量的约10用于生产有机化工原料。例一架波音707飞机飞行1000km要用喷气燃料6t;一辆4t载重汽车百吨公里耗油约5kg。,世界能源结构,重要性石油炼制工业和国民经济的发展十分密切。,减少机件的磨擦和延长使用寿命润滑剂。,1823年俄国杜比林兄弟公司建立第一座釜式蒸馏炼油厂1860年美国建立原油分馏装置20世纪初，内燃机发明，汽车工业，第一次世界大战对汽油的需求，推动了炼油工业的迅速发展20世纪中叶炼油工业成为技术先进、规模宏大产业,,雏形,炼油发展历程,1907年建立陕西石油官矿局炼油房1949年全国仅有几个小规模的炼油厂，炼油规模仅几万吨，“洋油”占领中国市场1958年建立我国第一座现代化的处理量为100104t／a的炼油厂。20世纪60年代在大庆油田的发现和开发的带动下，我国炼油工业迅速发展。目前我国炼油能力已经达到3.5亿吨/年，世界第二，预计2010年将达到4亿吨/年,中国的炼油工业,世界大石油公司炼油能力,炼油技术发展历程最早生产家用煤油（简单蒸馏）20世纪初汽车工业和一战对汽油需求激增，产生热裂化技术20世纪30、40年代催化裂化取代热裂化生产汽油20世纪50年代催化重整技术产生，生产高辛烷值汽油20世纪60年代加氢技术成熟20世纪70年代分子筛催化剂得到应用；石油禁运，促进节能技术发展20世纪80年代炼油规模和技术相对稳定,催化对炼油技术发展的贡献,我国轻质油品平均收率只有60％左右，重油产率高达24％，商品重油达18．9％，与发达国家差距很大。石油产品档次较低，油品质量和规格都难以适应日趋严格的环保要求，与国际先进水平有较大差距。汽油烯烃含量和含硫量都比较高，柴油安定性差，十六烷值低，含硫量高，柴油一级品以上的比例只占73％。柴汽比低，不能适应我国市场需求是突出问题，1997年生产柴汽比1.40，消费柴汽比是1.54，因此不得不进口大量柴油。我国润滑油生产能力居世界第三位，但产品档次不高，中高档润滑油加剂量比发达国家多10％-20％，多级油比例只有9％，大路货比例很大。,石油及其附属品作用,石油探秘,石油化工,石油化学工业简称石油化工，是化学工业的重要组成部分，在国民经济的发展中有重要作用，是我国的支柱产业部门之一。石油化工指以石油和天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的加工工业。,第一步是对原料油和气（如丙烷、汽油、柴油等）进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料（约200种）及合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶）。,石油化工的发展,乙烯系产品的形成。一战以前德国比特菲尔德的化学工厂，用无定形氧化铝在３６０℃下使乙醇脱水生产乙烯。一战中各交战国又创造了几种制造乙烯的方法，使生产的乙烯用来制造芥子气。1920年美国联合碳化公司创造了将乙烷和丙烷的混合气体进行脱氢和高温裂解以制取乙烯的实验，将于１９２３年投入生产，建成了第一个石油化工基地。20世纪50年代，广泛以石油和天然气为原料，用烃类裂解制取烯烃已成为制取化工原料的重要方法。然后再以乙烯为原料制取环氧乙烷、乙醛、氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸乙烯等系列生产技术。,乙烯的用途视频,聚四氟乙烯的发明视频,丙烯系产品的形成。１８５１年，德国化学家雷诺（Reynolds）把戊醇蒸气通过红热的玻璃管，将生成的气体冷却、分离，发现了丙烯。在石油化学工业中，相继发现了生产丙烯的多种方法。如将高级烃裂化制造汽油时，副产物是丙烯；由乙烷、丙烷和丁烷裂解制乙烯时，可以生产丙烯；用轻汽油和更重要的石油馏分裂解制乙烯时，也可以生产丙烯。近５０年来，丙烯的利用迅速发展，一系列丙烯衍生物相继投入生产。,石油化工大事,1930年，德国法本公司用本体法生产聚苯乙烯，并与其他单体共聚生成一系列树脂（电子电器、薄膜包装，建筑材料）。,1931年，法本公司用乳液法生产聚氯乙烯（软塑料制品、薄膜、涂层制品、泡沫塑料、硬管和板材、门窗）。,1939年，美国杜邦公司生产出尼龙66纤维。,1931年，美国用本体法生产出聚甲基丙烯酸丙烯甲酯，即有机玻璃。,1939年，英国帝国化学公司发明高压气相法生产聚乙烯。,尼龙的诞生视频,1951年，英帝国化学公司创造了丙烯直接水合法制异丙醇（低成本溶剂、萃取剂）。1952年，美国田纳西州的伊斯特曼公司把丙烯转化成正丁醛和异丁醛，关实现了工业化。这样一来，原来以电石乙炔为原料的某些重要的有机合成中间体，如丙烯腈、丙烯醛和丙烯酸脂等逐渐改用廉价的石油丙烯做原料而大规模地生产。由丙烯做基本原料，创造了羰基合成醇、异丙苯、丙烯腈、丙烯酸、合成汽油等系列产品技术。,石油化工在国民经济中的作用,1．石油化工是能源的主要供应者。石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者。,2.石油化工是材料工业的支柱之一。金属、无机非金属材料和高分子合成材料，被称为三大材料。全世界石油化工提供的高分子合成材料目前产量约1.45亿吨。除合成材料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料，在属于化工领域的范畴内，除化学矿物提供的化工产品外，石油化工生产的原料，在各个部门大显身手。,3．石油化工促进了农业的发展。农业是我国国民经济的基础产业。石化工业提供的氮肥占化肥总量的80，农用塑料薄膜的推广使用，加上农药的合理使用以及大量农业机械所需各类燃料，形成了石化工业支援农业的主力军。,4．各工业部门离不开石化产品。金属加工、各类机械的润滑建材工业（塑料管材、门窗、铺地材料、涂料）轻工、纺织工业电子工业,