第二章生产单体的原料路线-聚合物合成工艺学-课件.ppt

第二章 生产单体的原料路线第一节 石油化工原料路线第二节 煤炭原料与其它原料路线1、重点与难点：石油化工得到主要合成聚合物的单体及溶剂路线2、教学要求（1）了解石油化工、煤炭原料路线、其它原料路线得到的 主要原材料（2）理解石油化工及煤炭路线对聚合物合成工艺的重要意义（3）掌握石油化工路线得到的重要单体原料、有机溶剂及其 反应原理。3、教学时数：4（含课堂交流）概 述：高分子合成树脂的发展极为迅速，2001 年统计的几种重要高分子树脂的世界产量：PE 产量 6570 万吨，年增长率 6.1；PP 产量 3790 万吨，年增长率 6；PS 产量 710 万吨；PVC 产量 1050 万吨；ABS 产量 450 万吨。聚合物生产的主要原料为有机化合物，它主要来源于各种资源，如石油、天然气、煤炭和各种动植物。第一节 石油化工原料路线 据统计，我国石油探明储量约 940 亿 t，占世界第 8 位。天然气储量 38 万亿 m3 居世界第 16 位。到 1998 年我国已建立了 25 个油气生产基地(其中海洋 4 个)。全国年产原油1.6 亿 t，天然气 223 亿 m3，分别居世界第 5 和第 18 位。1998 年我国原油加工和主要石化产品生产能力（万 t/年）石油主要存在于地球表面以下的一种有气味的从黄色到黑色的粘稠液体。主要为碳、氢两种元素所组成的各种烃类混合物，并含有少量的含氮、含硫、含氧化合物。根据所含主要碳氢化合物类别，原油可分为石蜡基石油、环烷基石油、芳香基石油以及混合基石油。我国所产石油大多数属于石蜡基石油。石油炼制：主要是常压蒸馏(300-400oC以下)分出石油气、石油醚、汽油、煤油、轻柴油等馏分。高沸点部分再经减压蒸馏得到柴油、含蜡油等馏分。不能蒸出的部分称做渣油。1.石油的组成及炼制2.石油裂解生产烯烃裂解：将沸点 350 以下的液态烃（C18），在稀释剂水蒸汽存在下，于 750-800 高温热裂解为低级烯烃、二烯烃的过程。裂解原料：沸点 350 以下的液态油品（轻柴油）、裂解副产物乙烷，C4 馏分、天然气。裂解产物：裂解气（包括氢、甲烷、乙炔、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、C4 馏分)；裂解轻油（裂解汽油、燃料油和柴油）。高温裂解生成的产品成分非常复杂！轻柴油裂解流程及裂解产物石油裂解过程 概念：石油裂解装置主要是以生产乙烯、丙烯、芳烃为主要产品的装置。其生产规模通常以年产的乙烯量为标准，因此石油裂解装置工业上称为“乙烯装置”，大型乙烯装置年产 60 万吨以上。装置构成：管式裂解炉（裂解）、蒸馏塔、热交换器、油水分离器、干燥装置、急冷锅炉。说明（1）使用急冷锅炉可将 800 的裂解气用水冷却，同时水被加热成高温高压的水蒸气，作为动力使用；（2）为减少副反应，提高烯烃收率，液态烃在高温裂解区的停留时间仅 0.2-0.5 秒；（3）水蒸汽稀释目的在于减少烃类分压，抑制副反应，并减缓裂解炉内的结焦速度；（4）为了避免裂解管内结焦，必须采用沸点较低的油品。轻柴油裂解生产烯烃方块流程图将 C1、C2、C3、C4 和裂解汽油等高级馏分逐一分离P 27 图2-23、石油裂解-催化重整生产芳烃 苯、甲苯、二甲苯等芳烃是重要的化工原料，过去主要来自煤焦油，现在则开发了由石油烃裂解-催化重整制取芳烃的路线。石油裂解 催化重整的主要产物：苯、甲苯、二甲苯原料：全馏程石脑油，即由原油经常压法直接蒸馏得到的沸点 220 的直馏汽油，也称粗汽油、石脑油。过程 2：将石脑油中沸点低于 65 和高于145 的馏分进行裂解得到裂解轻油（裂解汽油），然后在镍、钴、钼催化剂作用下，使其中烯烃被氢所饱和，同时含 S、N、Cl 的化合物被加氢而脱除，同时催化发生脱氢、环化、异构化和裂解反应，得到含芳烃的加氢裂解轻油。讨论：在裂解-催化重整工艺过程中为什么要加氢？因为烯烃易氧化、易聚合、且干扰后续芳烃的抽提。同时含 S、N、Cl 的毒害性化合物被加氢而脱除。石脑油裂解生产芳烃方块流程图混合芳烃收率为石脑油总量 30-33 P 29 图2-34.由 C4 馏分制取丁二烯 C4 馏分：丁烷、丁烯、丁二烯及其异构体组成的混合物。来源：石油炼制和液态烃高温裂解。例如，石油炼制得到的炼厂气 C4 馏分中各种丁烯的含量超过 50，丁烷 40，不含有丁二烯，而轻柴油裂解得到的 C4 馏分丁烷很少，主要是丁烯和丁二烯。C4 馏分制取丁二烯的途径：(1)由裂解气分离得到的 C4 馏分中抽取丁二烯，萃取精馏方法。(2)用炼厂气或轻柴油裂解气 C4 馏分分离出来的丁烯为原料进行氧化脱氢制取丁二烯。二甲基甲酰胺 DMF 萃取精馏丁二烯的流程图1-第一萃取塔，2-第一汽提塔，3-第二萃取塔 4-丁二烯回收塔，5-第一精馏塔，6-第二精馏塔 C4 馏分 第一萃取塔、除去丁烷和丁烯 第一汽提塔、粗 1，3丁二烯 压缩液化 第二萃取塔、二次萃取 第一精溜塔、除去甲基乙炔 第二精溜塔、1，3丁二烯成品。第二萃取塔、含丁二烯的 DMF 液体 丁二烯回收塔。由乙烯获得的化工产品P 31由丙烯获得的化工产品P 32由丁二烯获得的化工产品P 34由甲苯、二甲苯烯获得的化工产品 目前我国大部分氯乙烯单体和部分醋酸乙烯、丙烯腈等单体以乙炔为原料生产的：一、煤的干馏 将煤隔绝空气加热，随着温度升高，煤中有机物逐渐开始分解，其中挥发性物质呈气态逸出，残留下不挥发产物就是焦炭。按加热的温度不同可分为三种：900-1100 高温干馏 700-900 中温干馏 500-600 低温干馏 煤焦油中约有 l 万余种化合物，已测定出分子结构和性能的有 561 种。发达国家能生产的焦化产品 250 多种。我国 70 多种。二、乙炔的生产及由乙炔获得的化工产品(1)植物的主要化学成分是天然高分子化合物纤维素。所有的植物都含有纤维素如稻麦草、高梁秆、玉米秆、棉子壳、花生壳、稻壳、棉花秆。以棉花纤维的纤维素含量最高。（一）纤维素(2)纤维素是葡萄糖苷经 l,4 葡萄糖苷键连接起来的聚合物，聚合度在 l000 l0000。纤维素的衍生物（二）淀粉(1)来源植物主要有玉米、土豆、木薯、甘薯、小麦、大米等，其中产量最大的是玉米淀粉（80%）。(4)淀粉可以用来生产可降解塑料，薄膜制品等。(2)由淀粉可生产乙醇、丙醇、丙酮、甘油、甲醇、甲烷、醋酸、柠檬酸、乳酸等一系列化工产品。(3)淀粉衍生物工业生产的有磷酸淀粉、醋酸淀粉、醚化淀粉、氧化淀粉等。作为一种新型化工材料广泛应用于食品、造纸、纺织、医药、涂料、塑料、环保和日用化妆品等。（三）农副产品糠醛(1)糠醛是一种重要的有机化工原料，原料资源主要有玉米芯、甘蔗渣、燕麦壳、棉籽壳、稻壳等。(2)用植物纤维原料中的多缩戊糖生产。多缩戊糖在酸存在条件下经加热水解为戊糖，戊糖在酸性介质中加热脱水而转化为糠醛。n糠醛糠醛类树脂的特点是耐化学腐蚀性优良，用来制造耐酸涂层等。糠醛获得的化工产品（四）采用生物技术从可再生资源中合成化学品 生物技术中的化学反应，酶反应大多条件温和，设备简单，选择性好，副反应少，产品性质优良而又不产生新的污染。（五）海洋也是我们的原料基地（六）废旧高分子材料的回收利用。天然产物 煤炭 石油天然气20 世纪21 世纪本章课堂作业1、画出课本P27页图2-2轻柴油裂解生产烯烃流程图，并加以说明。2、画出课本P31-34页的以乙烯、丙烯、苯、丁二烯、甲苯、二甲苯为主要原料合成得到的单体及聚合物的路线图，并加以说明。课堂讨论1、举例说明以石油为主要原材料生产的聚合物品种，合成原理，产品用途，前景分析。2、举例说明以煤炭为主要原材料生产的聚合物品种，合成原理，产品用途，前景分析。3、举例说明以可再生动植物资源为主要原材料生产的聚合物品种，制备原理，产品用途，前景分析。