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生活中的“碳三家族”
来源:战略发展部日期:2016年09月27日
  

石油化工起源于美国,其开创者西·埃力斯经过十年的潜心钻研,终于于1917年以石油炼气场中的丙烯为原料制成了世界上最早的石油化工产品-异丙烯,并于1920年由美孚石油公司实现工业化生产,从此掀开了现代石油化工发展的序幕。

丙烯,作为石油碳三馏分的代表组分,几乎存在于所有的裂解气体(石油在很高的温度下碳链断裂分解成复杂的混合气体)中。奇怪的是,它的含量不受裂解条件的影响,一般都在10%-30%。目前,在乙烯生产中作为副产物提炼而得的丙烯,占丙烯总产量的64%,是丙烯的主要来源。

丙烯是碳三系列深加工化工产品的源头原料,何以至此呢?因为丙烯分子中含有一个碳碳双键,碳碳双键是一种不饱和键,不饱和键比较活泼,容易发生多种化学反应,从而得到不同的化学产物,根据产物的物理化学性质,进一步设计深加工路线,最终得到形形色色的化工产品。

由图一可知,通过改变化学反应条件,丙烯可以发生不同的化学反应,经过一步或多步转化后,可自备得到许多种合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维等各种被人们熟知的材料和产品。

 

图一:以丙烯为原料深加工可得到的化工产品

由许多丙烯分子通过聚合反应可生成高分子聚合物(即各种合成树脂),合成树脂为可塑物质,一般在常温常压下是固体,也有些是粘稠液体。往合成树脂中加入添加剂后,在经过成型加工,即可制成各种各样的塑料制品。有的合成树脂既可加工成合成纤维又可制成塑料,合成树脂与塑料之间的概念划分并没有明显的界限。

塑料主要由合成树脂组成,合成树脂在塑料中的含量约为40%-100%,因此,塑料的基本性能主要取决于所含树脂的性质。除此之外,添加剂也起到了非常重要的作用,添加剂可大幅度提高塑料的性能。塑料由于其价格便宜、携带方便、轻巧耐用、能耐酸碱等优点,塑料制品在人们的日常生活中很受欢迎,例如塑料杯子、塑料凉鞋、灯头及开关、电话外壳、塑料水壶、塑料雨衣和薄膜等。当然,塑料不限于制作生活用品,在工农业生产和国防工业方面还有着极为广泛的用途,机械、电器、汽车、建筑、家具等工业部门中使用塑料可以节约大量钢材、有色金属和木材。

 

在日常生活中我们可能还听说过“有机玻璃”这个词,这种玻璃不同于一般的玻璃,它不是用硅酸盐材料制成的,而是用塑料制成的。喷气式飞机的座舱盖以及挡风玻璃就是用有机玻璃做成的,有机玻璃的化学名为聚甲基丙烯酸甲酯,在丙烯酸类塑料中,它的年产量最大,用途也最广泛,可以做成板材、管、棒、烟嘴、汽车尾灯罩、假牙等等,都是用这种塑料制造的。

 

由丙烯经过反应还能得到合成纤维,即腈纶、锦纶和丙纶。腈纶是我国聚丙烯腈纤维的商品名称,腈纶的特点是轻、有弹性、保暖、耐气候、耐日光,外观和手感都很像羊毛,主要用途也是替代羊毛做成针织品原料。腈纶的单体是丙烯腈,一般通过丙烯氨氧化法生产而得。锦纶,是我国聚酰胺纤维的商品名称,在国外,则叫做“尼龙”、“耐伦”或“卡普隆”,市场上最早出现的“玻璃丝袜”和“玻璃牙刷”就是锦纶做的。丙纶,是我国聚丙烯纤维的商品名称,国外叫“梅克丽纶”或“帕伦”,丙纶是合成纤维中最轻的,相对密度只有0.91相当于棉花的3/5,丙纶的强度大,浸在水中时,其强度几乎没有变化,所以比较适合作渔网。

 

丙烯和其衍生物丙烯腈也是合成橡胶的主要原料之一。丙烯腈能发生聚合反应生成腈纶;丙烯腈与其他原料(单体)发生共聚反应(两种或多种单体共同参与反应)可生成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS(一种树脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚物AS(也是树脂)和丁腈橡胶。丙烯和乙烯发生共聚反应生成乙丙橡胶,它有某些合成橡胶所不具备的优异性能,如卓越的耐臭氧、耐候性、优异的弹性和电绝缘性,这些优异的性能使其广泛应用于各行各业。此外,丙烯还广泛应用于合成有机溶剂、医药品、化妆品、调味品、洗涤剂等行业。

              

除了丙烯,碳三家族中还有丙烷和丙炔两兄弟,丙烷没有前面所说的丙烯的“双键”,表现不及丙烯“活泼”,比较安静;而丙炔则比丙烯更“活泼”和“闹腾”,因为丙烯分子中含有一个碳碳三键,它是一种比丙烯分子中所含的碳碳双键更活泼的化学键。丙烷和丙炔在“碳三家族”中的含量不如丙烯高,用途不及丙烯广泛,但它们具有各自独特的结构和性质,因此也用于很多方面。比如,丙烷可以作为燃料直接燃烧,也可以和氧气形成切割用燃气,还可以脱氢为丙烯加以利用;丙炔可以用于制造丙酮,然后进一步深加工成我们日常生活中的许多产品。

              

惠州大亚湾石化区落户企业-中海石油能源发展股份有限公司(五厂、六厂)生产的每年20万吨丙烯酸及酯和每年5万吨的丙烯酸树脂系列产品就是以丙烯为原料生产的,总投资额达到了32.78亿元;日本三菱丽阳株式会社全额投资的惠州惠菱化成有限公司,每年9万吨甲基丙烯酸甲酯(MMA)也是以丙烯为主要原料来生产的,总投资额1.321亿美元;惠州联宏化工有限公司生产的丙烯酸聚合物也是以丙烯为主要原料生产的;中海石油炼化有限责任公司和韩国LG化学共同出资成立的中海油乐金化工有限公司每年生产30万吨的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物),其原料之一-丙烯腈也是以由丙烯转化而来。由此可见,大亚湾石化区从事碳三石油化工行业的落户企业相对较多,是大亚湾石化区形成完整石油化工产业链中的重要一环。

供稿人:宋波