主题词:乙烯 芳烃 环氧乙烷 乙二醇 丙烯腈

基本有机化工原料介绍

2020-05-26 中国化工投资网
 

    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。

 
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