接下来是石油当中最丰富的中质石油加工工艺,姒启打算从里面获取润滑油、腈纶、锦纶、丙纶、氨纶、维纶,氯纶、芳纶、乙纶等塑料用品。
(接下来讲述的硬核石油工业,不喜欢的可以直接跳过以下流程。喜欢理工科的,可以看看。本章字数4200字,以弥补只看剧情的朋友。)
姒启从馏分塔中部,将中质石油底部剩下的常压油渣取出来,打算先用来制作润滑油,以替代蒸汽机和内燃机的润滑剂使用。
他将中质石油底部的常压渣油送入特制的另一个蒸汽机减压蒸馏塔,通过降低塔内压力,使渣油在较低温度下进一步汽化。在减压条件下,可蒸出减压馏分油,这些馏分油是生产润滑油的重要原料,塔底得到减压渣油。
姒启用化学溶剂糠醛、苯酚将减压馏分油与选定的溶剂按一定比例混合,在一定温度和压力下,使溶剂与油充分接触,非理想组分溶解于溶剂中,形成萃取相,而理想组分则大部分留在萃余相中。
然后通过分离萃取塔,将萃取相和萃余相分离,萃余相经过溶剂回收等处理后得到精制的润滑油基础油。
再将基础油中加入溶剂甲基乙基酮、甲苯等化学试剂,将混合物冷却至较低温度,将温度控制在-20c至-40c左右,使蜡结晶形成固体颗粒。接着通过过滤设备转鼓真空过滤机将蜡与油分离,滤液经过溶剂回收等处理后得到脱蜡后的润滑油基础油。
接下还有一个加氢精制工艺,这个工艺需要将脱蜡油的基础油与氢气混合后,进入加氢反应器,在300c-400c的温度下进行、姒启将压力设定在为14mpa左右,在催化剂的作用下进行加氢反应。
反应后的产物经过分离,除去未反应的氢气和生成的水等杂质,得到加氢精制后的润滑油基础油。
但是姒启只有少量的试验氢气,还是俘虏了一个雷电系的修仙者,通过电解水的方式获得了少量的实验用氢。而润滑油使用量大,为了节省氢气,所以可以暂时忽略这个工艺。在发电机制造出来后可以通过电解水的方式得到氢气,那时候再完善这个工艺。但是不加氢的润滑油的后果是缩短润滑油的使用寿命、低温流动性不佳,性能差一些,不过只需要增加加油频率,就足够现在的机械使用了。
最后是通过搅拌等方式使添加抗氧化剂、抗磨损剂、清净分散剂、防锈剂等,最后经过质量检测合格后,即可得到成品润滑油。
接下来是石油中的八大塑料中的其余七个。
前面姒启已经将聚酯纤维交给玛丽,那么就只剩下剩余七大塑料。
塑料在现代工业中是可塑性最强的材料之一,虽然在二十一世纪初期就根据使用场景,人类研究制作了近百种不同的塑料。但是都基于这八种塑料的工艺基础上进行改进调整的。
在未来二十一世纪中期,食品级别的塑料大多采用树脂或者生物可降解塑料,随着塑料工艺的发展,原料也不仅仅局限于石油。从树脂再到玉米木薯淀粉淀粉,华夏的材料科学家们将塑料玩到了世界的巅峰,不仅如此,在二十一世纪二十年代初期就经过发酵聚合工艺技术,研究出制成的可降解环保pLA塑料,这种塑料纤维用于手术缝合线,可以被人体吸收,减少患者拆线的痛苦。
总的来说,不是吹牛,塑料的伟大作用,无论是在民用军工还是航天探险建材装修医疗,都离不开塑造性极强的塑料。
姒启认为人类的科技树一共有两颗,一颗是更先进的能源,另一颗是更优质的材料。
光有清洁的能源是远远不够的,没有合适的材料,科学的梦想永远只是梦想。而塑料就是一棵巨大的科技树的一根分支,超强的多变性让它的存在成为人类工业发展不可替代的枝干。
因为篇幅问题,作者就大致讲解姒启如何在一战的工艺水平下,将丙纶、乙纶以及最简单的腈纶和锦纶四种塑料的制作出来。
丙纶的主要原料和聚酯纤维一样,也是石脑油;
首先在裂解炉中将石脑油的温度加热到800度左右,通过高温将石脑油“打碎成”乙烯和丙烯两种物质。
丙烯是用来制作丙纶的,而乙烯是用来制作乙纶的。
此刻乙烯和丙烯是混合在一起的,这时候需要将两者分离。姒启采用温差分离法,所知乙烯沸点是-103.7度,而丙烯的沸点是-47.6度,姒启通过冷却塔在冷却中控制温度,以此分离出乙烯和丙烯。
这时候丙烯和乙烯都是处于小分子状态,需要加入催化剂进行反应,使这些小分子能够“粘”在一起。
这个过程需要将丙烯加入再聚合反应器中,再加入催化剂四氯化钛和三乙基铝,在催化剂的作用下,丙烯分子会连接起来,形成聚丙烯颗粒。
当然如果没有催化剂,可以在1-10mpa的低压和60-100c的温度下使小分子排列粘合,只不过这种方式产生的丙纶的性能有所不同。
接着把催化剂从聚丙烯中分离出来。
聚丙烯颗粒是塑料丙纶的成品,我们需要把它加热到300度融化,然后像挤面条一样挤成细丝,这就是丙纶纤维。
而乙纶和丙纶的生产过程差不多,只不过两者是分开进行的。乙纶用的是乙烯作为原料进行粘合催化,而丙纶用的是丙烯。
最后是较为复杂的腈纶和腈纶,但是实际上原理和工艺流程是差不多的。
它们都是从石油中获取原料,然后处理后进行粘合催化反应后得到不同性能的塑料。
接着说腈纶合成与生产工艺流程的设计。
腈纶的原料也是丙烯,丙烯的获取就不再复述了。
姒启获得丙烯后,将丙烯与氨气在催化剂的作用下发生氨氧化反应来制取丙烯腈,这是生产腈纶的关键中间体。
常见的催化剂为钼铋系催化剂,反应通常在固定床反应器或流化床反应器中进行,反应温度一般在400-500c,反应压力为0.1-0.5mpa。反应后的产物经过冷却、吸收、精馏等工序,分离出丙烯腈,得到纯度较高的丙烯腈产品。
姒启忙完这里,又点燃了一锅旱烟,眯着眼思考着接下来将丙烯腈产品制作成聚丙烯腈的工艺流程。
花汐指着图纸上的“聚丙烯腈”说道:“为什么聚丙烯腈,聚乙烯,聚酯纤维,丙烯又要加工成聚丙烯?为什么都有一个聚字?”
姒启回过神,看向花汐,解释道:“如果把乙烯,丙烯……这些所有的塑料初代原材料在微观层面上,它们的分子就像一个个珍珠。而我们需要把这些珍珠用催化剂当作线将它们串联起来,变成美丽的珍珠项链,使它们更结实。所以只要带一个“聚”字的化学品,那么从微观分子层面上,它的分子结构就像一条有珠子的项链被黏连起来的。聚酯纤维,聚乙烯,聚丙烯类似都是如此,它们都是在催化剂和高温高压下串联起来的分子形态。”
姒启用通俗易懂的方式解释了半天,但是花汐还是感觉一知半解,他又继续解释道:“嗯……你看腈纶这个塑料中的“纶”,它其实与聚字是一样的,它也是表达它是有规律的排列的同类型的纤维分子结构。”
“我们可以简单理解为一个丙烯腈分子就是一个小珠子,而聚丙烯腈就是将这些珠子串成一条有不同颜色珠子的长项链。”
“而这个过程需要大量的化学试剂,首先是第二单体丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯,第三单体如衣康酸、丙烯磺酸钠,这些单体试剂加入后会让丙烯腈份子游动。然后加入引发剂偶氮二异丁腈、过硫酸铵。这些试剂会给分子一个信号,让他们手拉手的连接起来,行成长长的链路。最后是稳定剂二甲基亚砜活着二甲基甲酰胺,他可以保证聚合反应在均相体系中进行……”
说到这里,他转过头看向花汐,发现她已经趴在桌上,睡着了……一阵凉风从窗外涌入,他苦笑摇摇头,将墙上一件崭新的白大褂取下给花汐披上。
吸完最后一口,他将烟锅中的烟灰抖了出来,随后揉揉肩膀看着眼前的偌大的反应釜,他招呼着工人上前。
最后是腈纶融合工艺,这个工艺需要一个耐高压低压腐蚀的反应釜。
在反应釜内通入氮气进行置换釜内的空气,再将反应釜的温度升高到设定的反应温度,一般在40-80c之间。依次加入丙烯腈、第二单体、第三单体和引发剂,在加入过程中,保持搅拌,使物料充分混合均匀。在聚合反应过程中,通过在线监测实时监测反应体系的粘度、转化率等参数,以了解反应的进行程度。当反应达到预期的转化率和分子量时,停止反应,腈纶就这样做出来了。
接下来是关于锦纶的生产流程;
中质石油要经过一系列的催化裂化以及加氢裂化工艺后,将重质的石油大分子转化为较小的烃类分子。在此过程中,会产生一些烯烃、芳烃等基础有机化工原料,其中就包括用于生产锦纶的重要原料环己烷、苯。
当然苯也可通过加氢反应生成环己烷,环己烷经过催化氧化反应,生成环己酮和环己醇的混合物,这一过程通常在一定的温度和压力条件用钴盐做催化剂下进行。然后环己酮经过肟化反应生成环己酮肟,一般是与羟胺反应来实现。环己酮肟在浓硫酸等催化剂作用下发生贝克曼重排反应,生成己内酰胺。
姒启将己内酰胺加入到聚合反应釜中,加入适量的水、引发剂等助剂。在250c高温和一定压力下,己内酰胺发生开环聚合反应,形成聚己内酰胺,即锦纶6。
姒启把己二酸和己二胺按照1:1溶解在水中,制成盐溶液。将溶液进行浓缩后,接着加入到聚合反应釜中,在高温240c和一定压力下进行缩聚反应,生成聚己二酰己二胺,也就是锦纶66。
完成这些一整套的流程规划后,又过去了一个月,但是聚酯纤维,腈纶,锦纶的生产可以极大提高青龙国的纺织业,让青龙国的服装达到近代工业初级水平。
最后是重质石油的提取生产了;
重质石油的主要产品是石油焦,石油焦是一种黑色或暗灰色坚硬固体石油产品,带有金属光泽,呈多孔性,由微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状构成的炭体物。
它的主要工业用途是制作石墨电极棒,只要拥有了它,就可以在未来电力时代,用电来炼钢了!相对焦煤炼钢,这种方法更加省钱更环保。其次就是电解铝特别就需要这种材料,一般在炼钢厂生产纯铝时,石油焦是作为预焙阳极的主要原料。预焙阳极在电解槽中作为阳极,参与电化学反应,将氧化铝还原为铝。石油焦的质量直接影响预焙阳极的性能,进而影响铝的生产质量和效率。
而且有了石油焦,在生产高碳钢时,适量添加石油焦可以使钢的性能达到超乎想象的高硬度标准。
最后在建材行业石油焦还可以替代燃料生产煅烧水泥,而且它的发热量较高,能够提供水泥熟料煅烧所需的热量,降低生产成本。同时,石油焦燃烧后的灰分可以作为水泥的一部分原料,参与水泥的水化反应,提高水泥的性能。
最后是众所周知的碳纤维,在航空航天领域使用的高性能碳纤维,它的强度可以达到钢铁的数倍,但是重量却只有钢铁的四分之一左右。而碳纤维也是需要石油焦制作的,就连钓鱼佬梦寐以求的碳纤维鱼竿,碳纤维跑车的外壳,都离不开石油焦的影子。
生产石油焦有延迟焦化和流化焦化两种工艺,姒启选择延迟焦化工艺。
首先将减压渣油先进入加热炉的对流段,被预热后再进入辐射段,在辐射段内迅速升温至反应温度。加热炉提供了焦化反应所需的高温能量,使渣油分子发生裂解和聚合反应。
接着将加热后的渣油进入焦炭塔,在塔内停留24小时时间进行焦化反应。在这个过程中,渣油中的大分子烃类逐渐分解成小分子烃类气体和液体产物,同时发生缩合反应,生成焦炭沉积在焦炭塔底部。
最后当焦炭塔内的焦炭积累到一定高度后,切换到另一个焦炭塔继续进行焦化反应。对已充满焦炭的焦炭塔进行除焦操作,通常采用水力除焦的方法。利用高压水通过特制的钻头将焦炭破碎成小块,从焦炭塔底部排出。排出的焦炭经过脱水、筛选等处理后,就得到了石油焦产品。