基本信息
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内容简介
目录
前言
第1 章 烯烃及其生产技术概述1
1.1 烯烃的性质和用途1
1.1.1 烯烃的性质2
1.1.2 烯烃的用途4
1.1.3 聚烯烃5
1.2 烯烃在现代化学工业中的地位7
1.3 烯烃的生产技术9
1.3.1 蒸汽裂解技术10
1.3.2 脱氢技术14
1.3.3 催化裂解技术17
1.3.4 烯烃复分解技术21
1.3.5 生物乙醇制乙烯技术22
1.3.6 其他烯烃生产技术24
1.4 甲醇制烯烃的作用与地位27
1.4.1 石油烯烃的现状27
1.4.2 中国石油化工产业现状及缺陷27
1.4.3 甲醇制烯烃在中国的地位28
1.4.4 甲醇制烯烃与石油化工的关系29
书摘
第1章 烯烃及其生产技术概述
烯烃(olefin或alkene)是指含有碳碳双键的碳氢化合物[1],按碳链结构，烯烃可分为环烯烃和链烯烃，按双键数量可分为单烯烃,双烯烃,三烯烃等,含有2~4 个碳原子的烯烃在常温常压下是气体，含有5 个以上碳原子的烯烃在常温常压下是液体[1],烯烃种类繁多,用途广泛，可以作为燃料使用，同时也是重要的化工原料，用于制备各种化工产品,例如:汽油中含有大量的烯烃组分，质量分数约20% [2];汽车工业中大量使用的顺丁橡胶(顺式1，4-聚丁二烯橡胶)就是由含两个双键的烯烃—1，3 丁二烯通过聚合反应生成[3];性能优异的全合成润滑油基础油聚α-烯烃(PAO)就是由末端为双键的α-烯烃通过可控聚合反应而获得[4，5],
在众多的烯烃化合物中，最简单的两种小分子烯烃—乙烯(ethylene)和丙烯(propylene)的用途最为广泛[6]:它们可以通过自聚或共聚反应合成各种塑料,橡胶等高分子材料，也可以通过氧化,卤化,歧化,烷基化等反应生成各种化工中间体，进而合成种类繁多的化工产品，其应用遍布国计民生各个领域，因此乙烯和丙烯在整个石油化工产业中占有极其重要的地位,
乙烯,丙烯生产技术和生产能力是衡量一个国家石油化工技术发展水平和产业发达水平的重要标志[7],乙烯,丙烯的生产，尤其是乙烯的生产，主要采用高温蒸汽裂解技术，也称之为管式炉裂解技术[8],烃类催化裂解[9-14],低碳烷烃脱氢[15-19],烯烃歧化[20-22]等技术也应用到乙烯,丙烯的生产过程中，目前近一半的丙烯就是通过这些技术来获得的[23],近年来，甲醇制烯烃技术(methanol to olefin， MTO)的工业应用为乙烯,丙烯生产技术注入了新的活力[24，25]，由于该技术可以摆脱烯烃生产对石油资源的依赖，特别适合贫油富煤的中国国情，中国的甲醇制烯烃生产能力预计2015 年可以达到1000 万t/a以上[26]，能够大幅度提高中国烯烃消费的自给率,另外生物乙醇制烯烃[27],甲烷制烯烃[28-30],合成气制烯烃[31，32]等新的烯烃合成技术也在积极地发展和探索中,
1.1 烯烃的性质和用途
乙烯和丙烯属于小分子烯烃，只含有一个碳碳双键,乙烯分子含有两个碳原子四个氢原子，两个碳原子分别以一个sp2 杂化轨道形成σ 键，两个碳原子的其余四个sp2 杂化轨道分别与氢原子形成碳氢键,乙烯分子中所有碳,氢原子处于同一平面上，其中两个碳原子未杂化的2p 轨道与这个平面垂直，它们之间互相平行，彼此肩并肩重叠形成π键,所以，乙烯分子中的碳碳双键是由一个σ 键与一个π 键组成,碳氢键与碳碳双键的夹角是121.3°，同一碳原子上碳氢键的夹角是117.4(图1.1),
乙烯分子中的一个氢原子被甲基取代后就成为丙烯分子，丙烯分子含有三个碳原子六个氢原子,乙烯和丙烯分子都含有碳碳双键，碳碳双键区域的电子云密度较高(图1.2)，
因此乙烯和丙烯分子能够发生与该区域密切相关的各种各样的化学反应，从而得到许多具有特殊性质的产品，这也是乙烯和丙烯用途广泛的本质原因,
图1.1 乙烯的分子结构
图1.2 丙烯的分子结构
1.1.1 烯烃的性质
1. 物理性质
在常温常压下，乙烯和丙烯都是气体，其主要物理性质如表1.1 所示,
表1.1 乙烯和丙烯的主要物理性质[33]
2. 化学性质
乙烯:化学性质活泼，能够发生以下化学反应,
与氧气在催化剂存在下发生氧化反应生成乙醛[34]:
与氯[35],溴[36],氯化氢[37],氢[38],水[39]等分子发生加成反应分别生成二氯乙烷,
二溴乙烷,氯乙烷,乙烷和乙醇:
与苯烷基化反应生成乙苯[40]:
烯烃(olefin或alkene)是指含有碳碳双键的碳氢化合物[1],按碳链结构，烯烃可分为环烯烃和链烯烃，按双键数量可分为单烯烃,双烯烃,三烯烃等,含有2~4 个碳原子的烯烃在常温常压下是气体，含有5 个以上碳原子的烯烃在常温常压下是液体[1],烯烃种类繁多,用途广泛，可以作为燃料使用，同时也是重要的化工原料，用于制备各种化工产品,例如:汽油中含有大量的烯烃组分，质量分数约20% [2];汽车工业中大量使用的顺丁橡胶(顺式1，4-聚丁二烯橡胶)就是由含两个双键的烯烃—1，3 丁二烯通过聚合反应生成[3];性能优异的全合成润滑油基础油聚α-烯烃(PAO)就是由末端为双键的α-烯烃通过可控聚合反应而获得[4，5],
在众多的烯烃化合物中，最简单的两种小分子烯烃—乙烯(ethylene)和丙烯(propylene)的用途最为广泛[6]:它们可以通过自聚或共聚反应合成各种塑料,橡胶等高分子材料，也可以通过氧化,卤化,歧化,烷基化等反应生成各种化工中间体，进而合成种类繁多的化工产品，其应用遍布国计民生各个领域，因此乙烯和丙烯在整个石油化工产业中占有极其重要的地位,
乙烯,丙烯生产技术和生产能力是衡量一个国家石油化工技术发展水平和产业发达水平的重要标志[7],乙烯,丙烯的生产，尤其是乙烯的生产，主要采用高温蒸汽裂解技术，也称之为管式炉裂解技术[8],烃类催化裂解[9-14],低碳烷烃脱氢[15-19],烯烃歧化[20-22]等技术也应用到乙烯,丙烯的生产过程中，目前近一半的丙烯就是通过这些技术来获得的[23],近年来，甲醇制烯烃技术(methanol to olefin， MTO)的工业应用为乙烯,丙烯生产技术注入了新的活力[24，25]，由于该技术可以摆脱烯烃生产对石油资源的依赖，特别适合贫油富煤的中国国情，中国的甲醇制烯烃生产能力预计2015 年可以达到1000 万t/a以上[26]，能够大幅度提高中国烯烃消费的自给率,另外生物乙醇制烯烃[27],甲烷制烯烃[28-30],合成气制烯烃[31，32]等新的烯烃合成技术也在积极地发展和探索中,
1.1 烯烃的性质和用途
乙烯和丙烯属于小分子烯烃，只含有一个碳碳双键,乙烯分子含有两个碳原子四个氢原子，两个碳原子分别以一个sp2 杂化轨道形成σ 键，两个碳原子的其余四个sp2 杂化轨道分别与氢原子形成碳氢键,乙烯分子中所有碳,氢原子处于同一平面上，其中两个碳原子未杂化的2p 轨道与这个平面垂直，它们之间互相平行，彼此肩并肩重叠形成π键,所以，乙烯分子中的碳碳双键是由一个σ 键与一个π 键组成,碳氢键与碳碳双键的夹角是121.3°，同一碳原子上碳氢键的夹角是117.4(图1.1),
乙烯分子中的一个氢原子被甲基取代后就成为丙烯分子，丙烯分子含有三个碳原子六个氢原子,乙烯和丙烯分子都含有碳碳双键，碳碳双键区域的电子云密度较高(图1.2)，
因此乙烯和丙烯分子能够发生与该区域密切相关的各种各样的化学反应，从而得到许多具有特殊性质的产品，这也是乙烯和丙烯用途广泛的本质原因,
图1.1 乙烯的分子结构
图1.2 丙烯的分子结构
1.1.1 烯烃的性质
1. 物理性质
在常温常压下，乙烯和丙烯都是气体，其主要物理性质如表1.1 所示,
表1.1 乙烯和丙烯的主要物理性质[33]
2. 化学性质
乙烯:化学性质活泼，能够发生以下化学反应,
与氧气在催化剂存在下发生氧化反应生成乙醛[34]:
与氯[35],溴[36],氯化氢[37],氢[38],水[39]等分子发生加成反应分别生成二氯乙烷,
二溴乙烷,氯乙烷,乙烷和乙醇:
与苯烷基化反应生成乙苯[40]:
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