工业与应用化学

石油化工精炼、裂化、重整

追踪原油分馏及后续转化装置，了解如何将较重、价值较低的馏分转为燃料和石化原料。

直觉炼油厂是分离与反应组成的网络

原油是复杂混合物，并非具有单一沸点的纯化合物。炼制先按较宽的沸程分馏，再转化选定馏分、脱除杂质，并调和各股物流以满足燃料和原料规格。

可以把它想成一座高塔，将混合物分成较宽的馏分：较易汽化的组分倾向于从较高处引出，较难挥发的物质则留在下部。这是富集过程，并非对每个分子的完美分类。

定义: 馏程范围，而非纯物质

炼油馏分是沸腾行为在一定范围内重叠的一组烃。切割点是操作选择，改变它会同时影响收率和质量；实际精馏塔并不能按碳数将每个分子完全分开。

分馏塔中热蒸气上升、液体下降。反复汽化与冷凝使轻组分富集于塔顶、重组分富集于塔底。常压渣油并非直接丢弃：减压蒸馏降低沸点，使重质物料能在较少热裂解的条件下分离。

\text{fractionation: } y_i\text{ (vapour)} \rightleftharpoons x_i\text{ (liquid)},\qquad K_i=\frac{y_i}{x_i}

流化催化裂化（FCC）在酸性沸石催化剂上将减压瓦斯油转化为较轻产品。焦炭会逐渐沉积在催化剂上，因此循环系统将待再生催化剂送入再生器，用空气烧除焦炭后把热催化剂送回反应器。蒸汽裂解则以极高温度和短停留时间生产乙烯等烯烃。

\text{long-chain hydrocarbons} \xrightarrow[\text{heat}]{\text{catalyst or steam}} \text{shorter hydrocarbons + olefins}

催化重整将直链和环烷烃转化为支链、环状和芳香族分子，从而提升石脑油品质。这些产物可提高汽油辛烷值，也能提供芳烃化工原料。副产氢可用于加氢处理，以脱除其他物流中的硫、氮化合物。

The Chemistry and Technology of Petroleum · James G. Speight, 2014
Petroleum Refining: Technology and Economics · James H. Gary, Glenn E. Handwerk, Mark J. Kaiser, 2007
Fundamentals of Petroleum Refining · Mohammed A. Fahim, Taher A. Al-Sahhaf, Amal S. Elkilani, 2010