基本有機(jī)化工原料分類5種基本有機(jī)化工原料簡(jiǎn)介基本有機(jī)化工原料分類
原料分類
基本有機(jī)化工的直接原料包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、丙烯、C4以上脂肪烴、苯、甲苯、二甲苯乙苯等(它們來(lái)源于石油、天然氣和煤)。從原油、石油餾分或低碳烷烴的裂解氣、煉廠氣,以及煤氣,經(jīng)過(guò)分離處理,可以制得用于不同目的的脂肪烴原料;從催化重整的重整汽油、烴類裂解的裂解汽油、以及煤干餾的煤焦油中,可以分離出芳烴原料;適當(dāng)?shù)氖宛s分也可直接用作某些產(chǎn)品的原料;由濕性天然氣可以分離出甲烷以外的其他低碳烷烴;從煤氣化和天然氣、煉廠氣、石油餾分或原油的蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化可以制得合成氣;由焦炭制得的碳化鈣、或由天然氣、石腦油裂解均能制得乙炔。此外,還可以從農(nóng)林副產(chǎn)獲得原料。
產(chǎn)品分類
基本有機(jī)化工產(chǎn)品也可按所用原料分類:①合成氣系產(chǎn)品(見(jiàn)合成氣)。②甲烷系產(chǎn)品(見(jiàn)甲烷)。③乙烯系產(chǎn)品(見(jiàn)乙烯)。④丙烯系產(chǎn)品(見(jiàn)丙烯)。⑤C4以上脂肪烴系產(chǎn)品(見(jiàn)碳四餾分;碳五餾分)。⑥乙炔系產(chǎn)品(見(jiàn)乙炔)。⑦芳烴系產(chǎn)品(見(jiàn)芳烴)。從以上每一類原料出發(fā),都可制得一系列產(chǎn)品。
產(chǎn)品用途
基本有機(jī)化工產(chǎn)品的用途可概括為三個(gè)主要方面:①生產(chǎn)合成橡膠、合成纖維、塑料和其他高分子化工產(chǎn)品的原料,即聚合反應(yīng)的單體;②其他有機(jī)化學(xué)工業(yè),包括精細(xì)化工產(chǎn)品的原料;③按產(chǎn)品所具性質(zhì)用于某些直接消費(fèi),例如用作溶劑、冷凍劑、防凍劑、載熱體、氣體吸收劑,以及直接用于醫(yī)藥的麻醉劑、消毒劑等。由上可以看出基本有機(jī)化工的重要性,它是發(fā)展各種有機(jī)化學(xué)品生產(chǎn)的基礎(chǔ),是現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)中的主要組成部分。5種基本有機(jī)化工原料
乙烯
乙烯在常溫下為無(wú)色、易燃燒、易爆炸氣體,以它的生產(chǎn)為核心帶動(dòng)了基本有機(jī)化工原料的生產(chǎn),是用途最廣泛的基本有機(jī)原料,可用于生產(chǎn)塑料、合成橡膠,也是乙烯多種衍生物的起始原料,其中生產(chǎn)聚乙烯、環(huán)氧乙烷、氯乙烯、苯乙烯是最主要的消費(fèi),約占總產(chǎn)量的85%裂解的原料烴有氣態(tài)和液態(tài)之分,氣態(tài)的有煉廠氣、天然氣的凝析液,液態(tài)的有汽油、煤油、柴油。原油在高溫的裂解爐管內(nèi)生成焦炭,不能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),自今未能在工業(yè)應(yīng)用。氣態(tài)原料裂解溫度高,乙烯收率高(可達(dá)85%),操作方便(裂解管不易結(jié)焦),但原料資源少,副產(chǎn)少。液態(tài)原料來(lái)源廣泛,裂解溫度低,收率較低(乙烯收率為25%~30%),但副產(chǎn)物多,便于綜合利用,生產(chǎn)中需定時(shí)清除爐管內(nèi)的焦炭。我國(guó)以輕柴油為主要原料,美國(guó)以天然氣為主,西歐、日本以輕汽油為主。為減少在爐管中生成焦炭,裂解原料中加入水蒸氣。裂解爐有多種型式,核心是放在爐膛內(nèi)成排的爐管,采用專門的燃燒器向爐管供熱。物料離開(kāi)裂解爐的溫度為850~900℃。爐管采用耐熱合金鋼制成。乙烯可由煤焦?fàn)t所產(chǎn)煤氣中分離,也可由乙醇(酒精)脫水制取。自1923年開(kāi)始采用裂解法后,上述兩種方法不斷減少,目前只有少量生產(chǎn)。烴類裂解也有多種具體實(shí)施方法,至今只有管式爐法獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷,占生產(chǎn)能力的99%以上,各公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)都有自己的特點(diǎn)。同是管式爐,也有不同的結(jié)構(gòu),總體上看是大同小異。乙烯的生產(chǎn)示意流程圖見(jiàn)圖3-1。原料經(jīng)加熱后進(jìn)入裂解爐,產(chǎn)生的高溫裂解氣先入急冷鍋爐快速降溫(產(chǎn)生的高壓水蒸氣可帶動(dòng)壓縮機(jī)),然后再用冷油和水降溫,冷卻后的氣體進(jìn)分離工序。以柴油原料獲得的裂解氣組成十分復(fù)雜,主要是乙烯,丙烯(合計(jì)占45%),其余為氫和甲烷(約10%),乙烷和丙烷(約10%),碳四餾分(約10%)以及碳五和以上餾分(約20%)。少量有害雜質(zhì)為水、硫化氫、二氧化碳、乙炔等。通常采用加壓低溫精餾的方法分離乙烯及各種有用產(chǎn)物,具體工藝流程的安排與裂解氣組成及產(chǎn)品純度要求有關(guān)。分離提純中安排有壓縮(加壓)、脫水、脫硫、脫炔等工序和多個(gè)精餾塔,分離后獲得乙烯、丙烯(產(chǎn)量與原料有關(guān),以柴油為原料時(shí),產(chǎn)量約為乙烯的40%),其余為氫-甲烷,乙烷、丙烷(重新裂解)、碳四餾分(另設(shè)裝置加以回收利用)、裂解汽油(另設(shè)裝置生產(chǎn)芳烴)。整個(gè)裂解分離過(guò)程需要材料、設(shè)備多,尤其是爐管、廢熱鍋爐、大型壓縮機(jī)、制冷設(shè)備、低溫?fù)Q熱設(shè)備、大型精餾塔都需大量資金投入,而且技術(shù)密集,加上生產(chǎn)流程復(fù)雜,物料處理最大,整個(gè)生產(chǎn)裝置形成了龐大的集群。
芳烴
芳烴指結(jié)構(gòu)上含有苯環(huán)的烴。作為基本有機(jī)原料應(yīng)用最多的是苯、乙苯、對(duì)二甲苯,此外還有甲苯和鄰二甲苯。芳烴的來(lái)源有:煉油廠重整裝置;乙烯生產(chǎn)廠的裂解汽油;煤煉焦時(shí)副產(chǎn)。目前通過(guò)煤煉焦獲得的芳烴已不占重要地位。不同來(lái)源獲得的芳烴其組成不同,因此獲得的芳烴數(shù)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。乙苯在這兩種油中都少。這種資源與需求的矛盾促進(jìn)了芳烴生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。乙苯是制苯乙烯的原料,苯乙烯是聚苯乙烯、丁苯橡膠(在合成橡膠中產(chǎn)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。甲苯資源較多,但應(yīng)用較少,為彌補(bǔ)苯的不足,可由甲苯制苯。目前這一工藝應(yīng)用很少,一是苯供應(yīng)充足;二是技術(shù)上困難較多;三是經(jīng)濟(jì)上不夠合理。還應(yīng)指出,二甲苯有三種異構(gòu)體:鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯。對(duì)二甲苯需求量最大,鄰二甲苯居中,間二甲苯最小;供應(yīng)量卻是間二甲苯最大,鄰二甲苯和對(duì)二甲苯相近。為滿足要求(主要是生產(chǎn)滌綸),首先把對(duì)二甲苯分離出來(lái)(采用吸附法和低溫結(jié)晶法),通過(guò)異構(gòu)化反應(yīng),把間二甲苯轉(zhuǎn)化成對(duì)二甲苯。此外把資源較多的甲苯(由7個(gè)碳原子組成)和應(yīng)用較少的碳九芳烴(由9個(gè)碳原子組成)進(jìn)行反應(yīng),可制成碳八芳烴(二甲苯的混合物)。芳烴的制取方法說(shuō)明:只有深入開(kāi)展科學(xué)研究,掌握和利用規(guī)律,才能充分利用已有資源,滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。
環(huán)氧乙烷和乙二醇的生產(chǎn)及應(yīng)用
環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品,產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯塑料,居第二位。它是低沸點(diǎn)(10.4℃)的易燃易爆氣體(在空氣中含3%~100%均可爆炸)。乙二醇是環(huán)氧乙烷與水的反應(yīng)物,是最重的環(huán)氧乙烷衍生物。它是粘稠液體,沸點(diǎn)197.6℃,有毒。除乙二醇外,環(huán)氧乙烷產(chǎn)量的10%~20%用于生產(chǎn)表面活性劑及其它多種化工原料。乙二醇的主要應(yīng)用是制取滌綸纖維和聚酯樹(shù)脂,其次是用于汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的抗凍劑(與水混合后,結(jié)冰溫度可以降至-70C)以及溶劑、潤(rùn)滑劑、增濕劑、炸藥等。環(huán)氧乙烷與乙二醇通常安排在一個(gè)裝置生產(chǎn)。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)幾經(jīng)變化,目前廣泛采用的是在銀催化劑存在下,用氧氣直接氧化,反應(yīng)溫度為250~290℃,反應(yīng)壓力為2兆帕。乙二醇的生產(chǎn)方法變化較小,都是采用環(huán)氧乙烷與大量水在150~200℃,2~2.5兆帕的條件下直接水合。
乙苯、苯乙烯的生產(chǎn)及應(yīng)用
乙苯是具有芳香味的可燃液體,沸點(diǎn)為136.2℃。煉油廠的重整裝置和烴類裂解制乙烯是都有乙苯生成,但產(chǎn)量低,分離提純困難。通常都采用乙烯與苯反應(yīng)合成乙苯。乙苯絕大部分用于制苯乙烯。苯乙烯也是有芳香味的可燃液體,沸點(diǎn)145.2℃。苯乙烯極易聚合,除非立刻使用,否則需加入阻聚劑(如對(duì)苯二酚)。苯乙烯是重要的聚合物單體,主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯塑料、丁苯橡膠,還可制造泡沫塑料,可與多種單體共同聚合,生產(chǎn)多種工程塑料以及熱塑性彈性體,產(chǎn)品用途極為廣泛。乙烯與苯合成乙苯時(shí),催化劑可以用三氯化鋁(液相法)、磷酸、硅藻土、三氟化硼-三氧化二鋁或分子篩(牌號(hào)為ZSM–5)。使用ZSM–5分子篩催化劑時(shí),反應(yīng)溫度為370~425℃,1.4~2.8兆帕,過(guò)程無(wú)腐蝕,也無(wú)污染。為維持連續(xù)生產(chǎn),采用兩個(gè)反應(yīng)器交替使用,以便催化劑除焦再生時(shí)不停產(chǎn)。乙苯脫氫制苯乙烯是當(dāng)前的主要生產(chǎn)方法(產(chǎn)量占90%)。在催化劑(主要是鐵的氧化物)存在下,反應(yīng)溫度為610~660℃。采用蒸餾法分離未反應(yīng)乙苯和少量副產(chǎn)物.
丙烯腈的生產(chǎn)和應(yīng)用
丙烯腈是無(wú)色有毒液體,沸點(diǎn)77.3℃。丙烯腈是合成纖維(腈綸)、合成橡膠(丁腈橡膠)、合成塑料(ABS)主要的單體,地位十分重要,還是生產(chǎn)多種有機(jī)化工原料的原料。由丙烯腈生產(chǎn)的丁腈橡膠可耐冷油和一些有機(jī)溶劑的侵泡。在第二次世界大戰(zhàn)以前采用環(huán)氧乙烷法。為滿足戰(zhàn)爭(zhēng)需求,開(kāi)發(fā)了乙炔法,原料費(fèi)用下降。1960年,開(kāi)發(fā)了丙烯法,現(xiàn)已淘汰了乙炔法。采用丙烯、氨、空氣一步合成,合成丙烯腈被認(rèn)為是基本有機(jī)原料合成方法的重大變革之一。該法具有原料來(lái)源豐富,不使用劇毒物(氫氰酸),反而生產(chǎn)氫氰酸(可就近加工成有機(jī)玻璃的原料)。生產(chǎn)丙烯腈時(shí)使用的催化劑由含磷、鉬、鉍、鐵的氧化物組成,反應(yīng)溫度約為450℃.
化工原料的存儲(chǔ)與保養(yǎng)對(duì)環(huán)境的濕度要求是非常高的,倉(cāng)庫(kù)中必須配備有加濕器、除濕器、大型工業(yè)除濕機(jī)、或者工業(yè)加濕器,當(dāng)然有條件也可以配備一臺(tái)恒溫恒濕機(jī),這樣就能有效控制空氣濕度,將空氣濕度調(diào)整到一個(gè)存儲(chǔ)的化學(xué)品安全的濕度范圍,以此避免相應(yīng)安全事故的發(fā)生。
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