丙烯是做什么用的?
丙烯有很多功用,不仅是制造三大合成材料塑料、合成橡胶、合成纤维的基本原料,甚至在纺织,制备药品,军工领域都有极其重要的价值。
那么丙烯又是什么呢?
丙烯是一种气体,闻起来有一股甜甜的味道,可以作为中枢神经的抑制剂。
简单的说具有镇静的功效,但不能过度,一旦过度就会产生遗忘、昏迷、甚至是窒息死亡的严重后果。
它还没有颜色,点火就着,在空气中的含有量占到2%到11.1%的时候,一点就炸。
所以丙烯很危险,举个例子就明白了。
这是一次被叫做西班牙圣卡罗迪拉丙烯槽车爆炸的事件。
圣卡罗迪拉是一个休闲露营区,事件发生的时间是在1978年的七月十一号。
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这个休闲露营区还挺热闹,事发当天大概有近一千人在这里露营。
一辆拉着23.5吨液态丙烯的槽车,从炼油厂出来,上了高速公路,经过了露营区附近。
这辆槽车本身是超载的,这样就会给予油箱非常大的压力,结果这辆槽车还没有装排出多余积压的安全阀。
导致的结果就是,一路驶来一路泄气。
气体泄露之外,当时还属于夏天,炎热的太阳产生的高温就不必说了。
两个条件撞在一起,于是槽车就炸了。
槽车一分为二,车头被气体推着向前,尾部向后,车头击中了二百米外的一家餐馆。
听到这里,感觉这次爆炸没什么,槽车仅仅一分为二,感觉能够有效的控制起来。
但别忘记了,丙烯是爆炸性气体。
当时的高速公路和露营区是持平的,槽车爆炸之后,丙烯很快就覆盖了露营区。
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当时就在露营区里产生出了两千度的高温火球,一百五十人当场死亡。
在这个露营区的旁边,还有十二座乡间别墅,庆幸的是,营地的中间有一栋建筑物,将这场灾害给挡住了,要不然两千度的高温是会波及到整个区域。
最可怕的是,当时露营区旁边的海水都沸腾了。
着火的人,慌不择路跳入海水中,结果可想而知。
这次受害的人数达到了五百八十三人,其中包括二百一十七人死亡。
但就是这么一个危险的东西,全球的工业都离不开,目前全球的主要经济体,对于丙烯的需求日益增长中。
说说丙烯的需求。![](http://image.uc.cn/s/wemedia/s/upload/2024/d50eda35dbd2dc2cceb2ecc9f4175ab8.jpg)
以中国为例,2010年开始中国对于丙烯每年的需求,逼近两千万吨,当时的供需差额就在五百万吨以上。
就拿东方石油化工这家企业来说,作为一个中石化系统内的企业,每年需要的丙烯是七万吨,其中有两到三万吨是需要从日本和韩国进口。
可以说在当时中国对于丙烯的缺口是非常大的。
根据国外一些机构的资料显示,在2010年到2015年之间,全球对于丙烯的需求增长速度是3.8%,而中国远远超过了这个数字是5.3%。
从2015年开始,中国对于丙烯的需求以5%到7%的速率在增长。
那么需求的速率增长,这就会牵扯到丙烯生产量的提高。
而生产工艺又分为两种,一种叫石脑油蒸汽裂解,一种叫石油炼制催化裂化。
通过石脑油蒸汽裂解获得丙烯,这是一种传统工艺,在2013年之前,这种工艺生产的丙烯,占据全球的70%的份额。
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而是由炼制催化裂化仅仅占据20%到25%。
石脑油蒸汽裂解,虽然占了主导地位,但这种工艺首要生产的是乙烯,生产出来的丙烯最多只有乙烯的一半,所以丙烯相当于这套工艺的副产品。
这些年生产乙烯有了很大的变化,比如页岩气的大规模使用,使得制造乙烯的工厂,开始使用价格更加低廉的乙烷来进行生产。
(注:更改了原料之后,成本只有原来工艺的38%,毛利则上升了三倍。)
这些工厂的用料成本是降低了,但它的副产品丙烯却在这种变动中,大幅度的减少,仅为过去产量的六分之一。
那么丙烯作为一种副产品,不可能主导这种工艺使用原料的变更。
根据美国相关机构的调查,整个美国截止到2013年的时候,丙烯的出厂量减少了二百三十万吨到二百七十万吨。
而这个趋势还在扩大。
国际上新建立起来的装置,丙烯的产量也缩减到了2%。
相对于原有传统生产模式中,丙烯的生产一再减小,但需求却在日益增长的,这种传统工艺显然是跟不上时代发展的需求。
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于是丙烯的制作,就开始转向了石油炼制催化炼化。
比如丙烷脱氢法制备丙烯。
什么意思呢?丙烷的分子有三个碳原子和八个氢原子组成,而丙烯的分子是由三个碳原子和六个氢原子组成。
两个物质从分子结构上进行对比,仅仅多了两个氢原子而已。
说道这里,应该明白这个丙烷脱氢法制备丙烯是一个什么过程了。
使用催化剂,将两个氢原子提取出来,生产丙烯的同时,还可以得到氢气。
这种方法还有一个好处,如果使用的丙烷原料纯度高,那么得到的丙烯的纯度也一样的高。
在2018年之前,这种丙烷脱氢制备丙烯的工艺,主要就掌握在美国的两家公司中。
目前世界上运行最大的丙烷脱氢装置,就是他们生产的。
中国在2010年的时候,也引进了该工艺生产线,年产量可以达到六十万吨一年。
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截止到2018年之前,中国拥有这样的生产线有十二条,不过全部都是从国外进口的。
就算是这样,中国对于丙烯的缺口依然很大。
为了降低企业进口丙烯的成本,进口的关税,也从最初的5%,下调到2%,到了2012年更是降低到了1%。
所以从这里就能看出中国的丙烯是需求巨大。
抛开进口的不谈,就说这些进口的生产线,虽然解决了生产问题,但整条生产线的核心催化剂,还是掌握在外国的手里。
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所以每年消耗的催化剂,完全依靠进口。
说道这里,其实已经很明显了,中国的丙烯工业的链条,其实是掌握在西方发达国家手里的。
这么些年下来,很多人都应该明白一个道理,一旦技术不在自己的手里,就很容易在关键时刻变成卡脖子技术。
对于中国来说,是一个非常不利的被动局面。
而在能源领域的研究人员中流传这么一句话:
“谁掌握了更高效的催化剂,谁就掌握了烯烃工业的未来。”
催化剂![](http://image.uc.cn/s/wemedia/s/upload/2024/649ec47a661a5dd44b6e31bcc7d2b1b4.jpg)
中国的科研人员对丙烷脱氢制备丙烯的催化剂发起挑战。
那么这种催化剂又是怎么催生的呢?
丙烷脱氢技术,它是一个吸收热量的反应,所以在制备丙烯的时候,需要在一个高温条件才能实施制备。
但问题是在高温的反应中,生成物会发生热裂解、聚合等等的副反应,在这些反应下,一般的催化剂就会因为积碳的原因失去活性。
所以使用的催化剂,需要有着频繁再生的能力,而这种能力的催生,又需要繁琐的工艺,增加成本。
但能找出来的最好的催化剂,也就是铂基催化剂。
一般情况下,需要五到七天的催化使用之后,就要进行催化剂再生了。
不说这个操作过程,就说这个催化剂的再生时间,间隔太短,生产效率肯定会跟不上。
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所以虽然在当时都知道使用的是铂基催化剂,但这里边添加的助剂和载体,就成为了研究铂基催化剂的关键。
在2018年的时候,天津大学的研究团队终于克服了困难,将一款高效的铂基催化剂研发了出来。
天津大学研发出来的这款高效铂基催化剂,不仅填补了中国这一领域的空白,还比国外的同类产品具备两个更大的优势。
其一,在高温还原的过程中,催化剂会形成一个纯铂覆盖核壳的表面。
还记得上文提到的再生吗?显然出现的这个现象,将大大延缓再生时间。
其二,表面覆盖的铂,被改变了电子状态,比其他的同类催化剂有着更高的催化性。
也就是说,它可以进一步提高丙烯的生产效率。
这是2018年的产品。
天津大学再接再厉,如今又利用五年的的时间潜心研究。
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丙烷脱氢技术中的催化剂再进一步,研发出了全新的催化剂——氧化钛-镍复合催化剂。
那么这种全新的催化剂有什么好处呢?
过去在丙烷脱氢制备丙烯的工艺中的催化剂,使用的是贵金属,或者具有高毒性的元素进行制作。
所以天津大学就开始思索,是不是可以将制作价格低廉,而且对环境没有破坏性的东西,促进催化效果。
有了这一思路,天津大学就在这方面进行了投入,最终就研发出了这款全新的氧化钛-镍复合催化剂。
首先钛和镍这两种元素,在中国有着丰富的储藏,而且效果比之前的催化剂节约30%到50%的成本。
真正实现了无毒化和低能耗化。
当然这个成果还停留在实验室内,但从实验室走出来,它必然会成为丙烯制作工艺中的一环,真正让整套工艺实现高效,廉洁和环保相结合的生产。
最后在说一句,这项成果,在今年的七月十九号发布在《科学》杂志上。