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百变的碳三深加工产品

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  众所周知,石油化工最早兴起于美国,其开创者西·埃力斯经过10年的潜心钻研,终于在1917年以石油炼厂气中的丙烯为原料制成了世界上最早的石油化工产品——异丙醇,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。

  作为石油碳三馏分的代表组分,丙烯几乎存在于所有裂解气体(石油在很高的温度下断裂分解成的复杂的混合气体)中,而且它的含量不受裂解条件的影响,一般在10%~30%。目前,大量的丙烯是在乙烯生产中作为副产物取得的,而且已成为丙烯的主要来源,占丙烯总产量的64%。石油炼化产品中的碳三系列深加工工艺主要是依靠对丙烯进行一系列转化而实现,许多化工产品都是从丙烯出发经深加工而得到的。因此,丙烯是一种重要的基础化工原材料。

  或许有人会问:丙烯本身是一种裂解气体,为何能由其生产制备得到多种多样的产品呢?这是因为丙烯分子中含有一个碳碳双键,碳碳双键是一个不饱和键,它能发生多种化学反应,从而得到不同的产物,然而根据产物的物理化学性质,进一步设计深加工路线,最终就能得到形形色色的产品了。

  通过改变反应条件,丙烯可发生不同的化学反应,经过一步或者多步转化后,可制备得到许多种合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维等其他我们熟知的材料或产品。接下来,分别对由丙烯所得到的各类产品进行逐一简单的介绍。

  首先,由很多丙烯分子通过聚合反应(由单体合成聚合物的反应过程)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,也有些是黏稠液体。往合成树脂中加入添加剂后,再经过成型加工,即可制成各种各样的塑料制品。有的合成树脂既可加工为合成纤维又可作为塑料。

  说到塑料,应该是大家都很熟悉并且在日常生活用品中最常见的。塑料杯子、塑料凉鞋、灯头及开关、电话外壳、常用的塑料水壶、塑料雨衣、塑料网袋及薄膜等都是塑料制品。由于具有价格便宜、携带方便、轻巧耐用、能耐酸碱等优点,塑料制品受到广大人民群众的欢迎。塑料除了可用来制作生活用品外,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。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,不过添加剂有时也能起到重要作用,通过加入添加剂,可大幅度提高塑料的性能。

  大家知道,喷气式飞机以超音速的速度飞行时,对面的风压是很大的,因此,军用飞机的座舱盖以及前面的风挡所用的透明“玻璃”是能承受极大风压而不破碎,这样才使驾驶员的安全有保障。这种“玻璃”不是用硅酸盐材料制的,也不是什么“钢化玻璃”,是用比玻璃轻的树脂(塑料)制的,通常人们把它叫做“有机玻璃”。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,用途也最为广泛,早在1936年国外就进行了工业化生产。它的产品有板材、管、棒等,可做成无色透明、珠光、荧光等五颜六色的制品。市场出售的珠光纽扣、伞柄、烟嘴、钟表的面,甚至人们的牙齿拔掉了,镶上的假牙都是用这种塑料制造的。

  当你走进百货公司会看到货架上、橱窗里陈列着许多色彩绚丽的膨体毛线、涤纶衬衣、尼龙纱巾、化纤地毯等,真是令人眼花缭乱,这些都是合成纤维制品或加工产品。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,因此它的主要用途是代替羊毛。腈纶的单体是丙烯腈,一般通过丙烯氨氧化法来生产。在市场上最早出现的“玻璃丝袜”“玻璃牙刷”是锦纶做的,锦纶是我国聚酰胺纤维的商品名称,在国外则叫作“尼龙”“耐纶”“卡普隆”等。丙纶是我国聚丙烯纤维的商品名称,国外叫“梅克丽纶”“帕纶”等。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,而且浸在水中时,其强度几乎没有变化,所以制作渔网就特别适合。

  当今世界,生产各种轮胎、工业用品和生活用品、医疗卫生用品已经离不开各种合成橡胶。那么,成产合成橡胶工艺过程中,最关键的一步就是各类单体的聚合反应,可作为合成橡胶单体的石化产品有很多种,其中,丙烯及其衍生物丙烯腈就是主要单体及原料之一。丙烯腈发生聚合反应,可生成腈纶;若与其他单体发生共聚反应,则可生成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS(ABS树脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚物AS(AS树脂)、丁腈橡胶。此外,丙烯与乙烯也能发生共聚反应,生成乙丙橡胶,它具有某些合成橡胶所不具备的优异性能,如卓越的耐臭氧及耐侯性能,优异的弹性及电绝缘性能等,这些优异的性能使其广泛地应用于汽车工业、电缆、建筑、工业制品等行业。

  此外,丙烯还可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。

  在石油化工未来的发展中,以碳三为原料的新产品将层出不穷,如尖端科学所需要的特种合成材料,人民生活所需要的新型精细化学品,物美价廉的各种建筑材料,可使用的石油蛋白等。

  除了丙烯,碳三家族中还有丙烷和丙炔两个兄弟,其中,丙烷相对于丙烯更“安静”,多了两个氢原子,不活泼;另外一个比丙烯更“闹腾”的兄弟是丙炔,由于其分子中少了两个氢原子,相比之下更加“活跃”。虽然它们俩在碳三家族中的含量不如丙烯高,用途也不及丙烯广泛,但由于它们具有独特的结构和性质,因此也能用于很多方面。比如,丙烷一方面作为燃料直接燃烧,如和氧气形成切割用燃气所向披靡外,还可以脱氢为丙烯加以利用;丙炔由于其性质相当活泼,可以用于制造丙酮以及进一步深加工成我们日常生活中所熟悉的很多产品。


关键字:异丙醇
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