基本有机化工原料介绍

    乙烯
 
　　乙烯在常温下为无色、易燃烧、易爆炸气体，以它的生产为核心带动了基本有机化工原料的生产，是用途最广泛的基本有机原料，可用于生产塑料、合成橡胶，也是乙烯多种衍生物的起始原料， 其中生产聚乙烯、环氧乙烷、氯乙烯、苯乙烯是最主要的消费，约占总产量的85％裂解的原料烃有气态和液态之分，气态的有炼厂气、天然气的凝析液，液态的有汽油、煤油、柴油。原油在高温的裂解炉管内生成焦炭，不能长期运转，自今未能在工业应用。气态原料裂解温度高，乙烯收率高（可达85％），操作方便（裂解管不易结焦），但原料资源少，副产少。液态原料来源广泛，裂解温度低，收率较低（乙烯收率为25％ ~ 30％），但副产物多，便于综合利用，生产中需定时清除炉管内的焦炭。我国以轻柴油为主要原料，美国以天然气为主，西欧、日本以轻汽油为主。为减少在炉管中生成焦炭，裂解原料中加入水蒸气。裂解炉有多种型式，核心是放在炉膛内成排的炉管，采用专门的燃烧器向炉管供热。物料离开裂解炉的温度为850 ~ 900℃。 炉管采用耐热合金钢制成。乙烯可由煤焦炉所产煤气中分离，也可由乙醇（酒精）脱水制取。自1923年开始采用裂解法后，上述两种方法不断减少，目前只有少量生产。烃类裂解也有多种具体实施方法，至今只有管式炉法独领风骚，占生产能力的99％以上，各公司开发的技术都有自己的特点。同是管式炉，也有不同的结构， 总体上看是大同小异。乙烯的生产示意流程图见图3 － 1。原料经加热后进入裂解炉，产生的高温裂解气先入急冷锅炉快速降温（产生的高压水蒸气可带动压缩机），然后再用冷油和水降温，冷却后的气体进分离工序。以柴油原料获得的裂解气组成十分复杂， 主要是乙烯，丙烯（合计占45％），其余为氢和甲烷（约10％），乙烷和丙烷（约10％），碳四馏分（约10％）以及碳五和以上馏分（约20％）。少量有害杂质为水、硫化氢、二氧化碳、乙炔等。通常采用加压低温精馏的方法分离乙烯及各种有用产物，具体工艺流程的安排与裂解气组成及产品纯度要求有关。 分离提纯中安排有压缩（加压）、脱水、脱硫、脱炔等工序和多个精馏塔，分离后获得乙烯、丙烯（产量与原料有关，以柴油为原料时，产量约为乙烯的40％），其余为氢 － 甲烷，乙烷、丙烷（重新裂解）、碳四馏分（另设装置加以回收利用）、裂解汽油（另设装置生产芳烃）。整个裂解分离过程需要材料、设备多，尤其是炉管、废热锅炉、大型压缩机、制冷设备、低温换热设备、大型精馏塔都需大量资金投入，而且技术密集，加上生产流程复杂，物料处理最大， 整个生产装置形成了庞大的集群。 

    芳烃 

    还应指出，二甲苯有三种异构体：邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。对二甲苯需求量最大，邻二甲苯居中，间二甲苯最小；供应量却是间二甲苯最大，邻二甲苯和对二甲苯相近。为满足要求（主要是生产涤纶），首先把对二甲苯分离出来（采用吸附法和低温结晶法），通过异构化反应， 把间二甲苯转化成对二甲苯。此外把资源较多的甲苯（由7个碳原子组成）和应用较少的碳九芳烃（由9个碳原子组成）进行反应，可制成碳八芳烃（二甲苯的混合物）。芳烃的制取方法说明：只有深入开展科学研究，掌握和利用规律，才能充分利用已有资源， 满足人们日益增长的需求。 

    环氧乙烷和乙二醇的生产及应用
 
　　环氧乙烷是以乙烯为原料生产的产品，产量仅次于聚乙烯塑料，居第二位。它是低沸点（10.4℃）的易燃易爆气体（在空气中含3％ ~ 100％ 均可爆炸）。乙二醇是环氧乙烷与水的反应物，是最重的环氧乙烷衍生物。它是粘稠液体，沸点197.6℃, 有毒。除乙二醇外，环氧乙烷产量的10％ ~ 20％ 用于生产表面活性剂及其它多种化工原料。乙二醇的主要应用是制取涤纶纤维和聚酯树脂，其次是用于汽车冷却系统的抗冻剂（与水混合后， 结冰温度可以降至－ 70C）以及溶剂、润滑剂、增湿剂、炸药等。环氧乙烷与乙二醇通常安排在一个装置生产。环氧乙烷的生产几经变化，目前广泛采用的是在银催化剂存在下，用氧气直接氧化，反应温度为250 ~ 290℃，反应压力为2兆帕。乙二醇的生产方法变化较小，都是采用环氧乙烷与大量水在150 ~ 200℃， 2 ~ 2.5 兆帕的条件下直接水合。

    乙苯、苯乙烯的生产及应用 

　　乙苯是具有芳香味的可燃液体，沸点为136.2℃。炼油厂的重整装置和烃类裂解制乙烯是都有乙苯生成，但产量低，分离提纯困难。通常都采用乙烯与苯反应合成乙苯。乙苯绝大部分用于制苯乙烯。苯乙烯也是有芳香味的可燃液体，沸点145.2℃。苯乙烯极易聚合，除非立刻使用，否则需加入阻聚剂（如对苯二酚）。苯乙烯是重要的聚合物单体，主要用于生产聚苯乙烯塑料、丁苯橡胶，还可制造泡沫塑料，可与多种单体共同聚合，生产多种工程塑料以及热塑性弹性体，产品用途极为广泛。乙烯与苯合成乙苯时，催化剂可以用三氯化铝（液相法）、磷酸、硅藻土、三氟化硼 － 三氧化二铝或分子筛（牌号为ZSM - 5）。使用ZSM - 5 分子筛催化剂时，反应温度为370~425℃，1.4 ~ 2.8兆帕，过程无腐蚀，也无污染。为维持连续生产，采用两个反应器交替使用， 以便催化剂除焦再生时不停产。乙苯脱氢制苯乙烯是当前的主要生产方法（产量占90％）。在催化剂（主要是铁的氧化物）存在下，反应温度为610 ~ 660℃。 采用蒸馏法分离未反应乙苯和少量副产物. 

    丙烯腈的生产和应用 

　　丙烯腈是无色有毒液体，沸点77.3℃。丙烯腈是合成纤维（腈纶）、合成橡胶（丁腈橡胶）、合成塑料（ABS）主要的单体，地位十分重要，还是生产多种有机化工原料的原料。 由丙烯腈生产的丁腈橡胶可耐冷油和一些有机溶剂的侵泡。在第二次世界大战以前采用环氧乙烷法。为满足战争需求，开发了乙炔法，原料费用下降。 1960年，开发了丙烯法，现已淘汰了乙炔法。采用丙烯、氨、空气一步合成，合成丙烯腈被认为是基本有机原料合成方法的重大变革之一。该法具有原料来源丰富，不使用剧毒物（氢氰酸），反而生产氢氰酸（可就近加工成有机玻璃的原料）。生产丙烯腈时使用的催化剂由含磷、钼、铋、铁的氧化物组成，反应温度约为450℃。

　　芳烃指结构上含有苯环的烃。作为基本有机原料应用最多的是苯、乙苯、对二甲苯，此外还有甲苯和邻二甲苯。芳烃的来源有：炼油厂重整装置；乙烯生产厂的裂解汽油；煤炼焦时副产。目前通过煤炼焦获得的芳烃已不占重要地位。不同来源获得的芳烃其组成不同，因此获得的芳烃数量也不相同。裂解汽油中苯和甲苯多，二甲苯少； 重整汽油是苯少，甲苯和二甲苯多。乙苯在这两种油中都少。这种资源与需求的矛盾促进了芳烃生产技术的发展。 乙苯是制苯乙烯的原料，苯乙烯是聚苯乙烯、丁苯橡胶（在合成橡胶中产量最大）的原料，因此， 乙苯通常采用合成法，即由乙烯和苯制成乙苯，再由乙苯制苯乙烯。甲苯资源较多，但应用较少，为弥补苯的不足，可由甲苯制苯。目前这一工艺应用很少，一是苯供应充足；二是技术上困难较多；三是经济上不够合理。