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【轉自石化科普知識】第七講 我們身邊的碳三系列深加工產品
發布時間:2018年04月08日   發布部門:辦公室   瀏覽次數:4777

  眾所周知,石油化工最早興起于美國,其開創者西?埃力斯經過十年的潛心鉆研,終于在1917年以石油煉廠氣中的丙烯為原料制成了世界上最早的石油化工產品——異丙醇,并于1920年由美孚石油公司實現工業化生產,從此掀開了現代石油化工發展的序幕。作為石油碳三餾分的代表組分,丙烯幾乎存在于所有的裂解氣體(石油在很高的溫度下斷裂分解成的復雜的混合氣體)中,而且它的含量不受裂解條件的影響,一般都在1 00~300%。目前,大量的丙烯是在乙烯生產中作為副產物取得的,而且已成為丙烯的主要來源,占丙烯總產量的64%。石油煉化產品中的碳三系列深加工工藝主要是依靠對丙烯進行一系列轉化而實現,作為一種重要的基礎化工原材料,許多化工產品都是從丙烯出發經深加工而得到的。
  或許有人會問:丙烯本身是一種裂解氣體,為何能由其生產制備得到多種多樣的產品呢?我想告訴大家,這是因為丙烯分子中含有一個碳碳雙鍵,碳碳雙鍵是一個不飽和鍵,它能發生多種化學反應,從而得到不同的產物,然后根據產物的物理化學性質,進一步設計深加工路線,最終就能得到形形色色的產品了。圖7-1較為詳細地描述了丙烯是如何通過各種路徑轉化為我們日常生活中熟知的生活生產用品的。


圖7-1 從丙烯到人們日常生活中所熟知產品的深加工路線圖

  由圖7-1可知,通過改變反應條件,丙烯可發生不同的化學反應,經過一步或者多步轉化后,可制備得到許多種合成樹脂及塑料、合成橡膠、合成纖維等其他我們熟知的材料或產品。接下來,分別對由丙烯所得到的各類產品進行逐一簡單的介紹。
  首先,由很多丙烯分子通過聚合反應(由單體合成聚合物的反應過程)可生成高分子聚合物(即各種合成樹脂),合成樹脂為可塑物質,一般在常溫常壓下是固體,也有些是黏稠液體。往合成樹脂中加入添加劑后,再經過成型加工,即可制成各種各樣的塑料制品。有的合成樹脂既可加工為合成纖維又可作為塑料,而且合成樹脂與塑料之間的概念劃分并沒有明確的界限。
  說到塑料,我想它應該是大家都很熟悉并且在日常生活用品中最常見的。塑料杯子、塑料涼鞋、燈頭及開關、電話外殼、常用的塑料水壺、塑料雨衣、塑料網袋及薄膜等都是塑料制品。由于具有價格便宜、攜帶方便、輕巧耐用、能耐酸堿等優點,塑料制品受到廣大人民群眾的歡迎。塑料除了可用來制作生活用品外,在工農業生產和國防工業方面還有著極為廣泛的用途,機械、電器、汽車、建筑、家具等工業部門中使用塑料可以節約大量鋼材、有色金屬和木材。塑料主要由合成樹脂組成,合成樹脂在塑料中的含量約為40%~100%。因此,塑料的基本性能主要取決于所含樹脂的性質,不過添加劑有時也能起到重要作用,通過加入添加劑,可大幅度提高塑料的性能。


圖7-2 有機玻璃應用于制造軍用飛機座艙蓋

  大家知道,噴氣式飛機以超音速的速度飛行時,對面的風壓是很大的,因此,軍用飛機的座艙蓋(如圖7-2)以及前面的風擋所用的透明“玻璃”要能承受極大風壓而不破碎,這樣才使駕駛員的安全有保障。這種“玻璃”不是用硅酸鹽材料制的,也不是什么“鋼化玻璃”,是用比玻璃輕的樹脂(塑料)制的,通常人們把它叫作“有機玻璃”。有機玻璃的化學名為聚甲基丙烯酸甲酯,在丙烯酸類塑料中,它的年產量最大,用途也最為廣泛,早在1936年國外就進行了工業化生產。它的產品有板材、管、棒等,可做成無色透明、珠光、熒光等五顏六色的制品。市場上出售的珠光紐扣、傘柄、煙嘴、鐘表的面、汽車的尾燈罩,甚至人們的牙齒拔掉了,鑲上的假牙都是用這種塑料制造的。
  當你走進百貨公司會看到貨架上、櫥窗里陳列著許多色彩絢麗的膨體毛線、的確良襯衣、尼龍紗巾等,真是令人眼花繚亂,這些都是合成纖維制品或加工產品。由丙烯就能得到如下幾種合成纖維:腈綸、錦綸、丙綸。腈綸是我國聚丙烯腈纖維的商品名稱,腈綸的特點是輕、有彈性保暖、耐氣候、耐日光,外觀和手感都很像羊毛,因此它的主要用途是代替羊毛。腈綸的單體是丙烯腈,一般通過丙烯氨氧化法來生產。在市場上最早出現的“玻璃絲襪”、“玻璃牙刷”是錦綸做的,錦綸是我國聚酰胺纖維的商品名稱,在國外則叫作“尼龍”、“耐綸”、“卡普隆”等,丙綸(如圖7-3)是我國聚丙烯纖維的商品名稱,國外叫“梅克麗綸”、“帕綸”等。丙綸是合成纖維中最輕的,相對密度只有0.91,相當于棉花的3/5。丙綸的強度大,而且浸在水中時,其強度幾乎沒有變化,所以制作漁網就特別適合。


圖7-3 丙綸纖維產品

  當今世界,生產各種輪胎、工業用品和生活用品、醫療衛生用品已經離不開各種合成橡膠。那么,生產合成橡膠工藝過程中,最關鍵的一步就是各類單體的聚合反應,可作為合成橡膠單體的石化產品有很多種,其中,丙烯及其衍生物丙烯腈就是主要單體及原料之一。丙烯腈發生聚合反應,可生成腈綸;若與其他單體發生共聚反應(有兩種或多種單體共同參與的聚合反應),則可生成丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物ABS(ABS樹脂)、丙烯腈一苯乙烯共聚物AS(AS樹脂)、丁腈橡膠。此外,丙烯與乙烯也能發生共聚反應,生成乙丙橡膠(如圖7-4),它有某些合成橡膠所不具備的優異性能,如卓越的耐臭氧及耐候性能,優異的彈性及電絕緣性能等,這些優異的性能使其廣泛地應用于汽車工業、電纜、建筑、工業制品等行業。


圖7-4 乙丙橡膠防水材料

  此外,丙烯還可廣泛應用于合成有機溶劑、醫藥品、化妝品、調味品、洗滌劑等行業。在石油化工未來的發展中,以碳三為原料,尖端科學所需要的特種合成材料,人民生活所需要的新型精細化學品,物美價廉的各種建筑材料,可食用的石油蛋白等,預期都將不斷脫穎而出。
  除了丙烯,碳三家族中還有丙烷和丙炔兩個兄弟,其中,丙烷相對于丙烯更“安靜”,多了兩個氫原子,不活潑;另外一個比丙烯更“鬧騰”的兄弟是丙炔,由于其分子中少了兩個氫原子,相比之下更加“活躍”。雖然它們倆在碳三家族中的含量不如丙烯高,用途也不及丙烯廣泛,但由于他們具有獨特的結構和性質,因此也能用于很多方面j比如,丙烷一方面作為燃料直接燃燒,如和氧氣形成切割用燃氣所向披靡外,還可以脫氫為丙烯加以利用;丙炔由于其性質相當活潑,可以用于制造丙酮以及進一步深加工成我們日常生活中所熟悉的很多產品。


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