制备烯烃的各类原料的现状与发展前景研究

2022-10-14

前言

世界经济的发展少不了石油的发展, 石油工业是世界经济发展的重要力量, 而在石油工业中占主要地位的是乙烯工业, 石油和天然气是生产乙烯的主要原料。但是目前在能源行业的现状是石油的价格不断波动, 总体呈上升趋势, 而天然气的价格也在逐渐上涨, 怎么为乙烯工业的发展另辟蹊径是各国都在研究的问题。除传统能源之外的新能源的开发在各国普遍重视的问题, 这就使制乙烯的原料来源更为多元化。目前全球较盛行的制烯烃的方法是生物乙醇脱水制烯烃和煤制烯烃, 并且其研究已经出具规模得到了较广泛的应用, 是未来制烯烃发展的方向。

一、油气制烯烃

目前世界上绝大多数国家制造烯烃都采用石油和天然气, 其方法包括蒸汽裂解法、丙烯歧化法、催化裂化法等。在这三种方法中最常用的是蒸汽裂解法, 全球大部分的乙烯都是用这种方法生产出来的;丙烯歧化法也是生产乙烯的一种方式, 但是由于其生产丙烯的市场往往好于乙烯的市场, 这就导致这种方法仅停留在技术层面, 没有在实践中进行应用;使用催化裂化法能产生质量分数约为百分之一的乙烯, 但是这种制乙烯的装置规模有限, 再加上原材料组成的原因, 除了美国通过相关技术对这部分乙烯进行回收外, 很少有国家的企业采取这种方法制乙烯。

世界上超过一半的丙烯是通过生产乙烯生产出来的, 还有一部分丙烯是通过炼油的副产品得来的, 最近几年人们对丙烯的供应情况关注度很高, 聚丙烯的生产量提高使得人们对丙烯的需求量也大大提高, 此外由于受到蒸汽裂解乙烯以及催化裂解汽油生产的限制, 其供应量一直以来不是很稳定。目前人们正致力于研究专门生产乙烯的装置, 很可能过不了几年就会投入生产进行使用, 这有利于乙烯生产量稳定性的提高。

以乙烷为基础的裂解装置产生的副产品比较少, 大量的属于附属的回收设备都可以被省略, 对其进行的投入资金最少;在石脑油基础上的裂解装置的投入是对乙烷投入的1.5倍, 以柴油为基础的裂解装置地投入则是1.7倍。各国都会根据本国的能源资源状况和市场供求关系来自主决定是石油馏分生产乙烯还是以天然气为原料生产乙烯。中东和非洲基本上采用乙烷这种原料来生产乙烯, 加拿大次之但是也占绝大多数, 美国则灵活地选用各种烷类来制造乙烯, 其余西欧等地由于天然气资源有限不采用轻烃生产乙烯。

近年来在蒸汽裂解生产乙烯的过程中化工用的丙烯的生产量也随之增加, 但是通过这种方式生产出的丙烯大部分都用来生产化工产品, 只有很少的一部分用来做燃料。炼油厂生产的丙烯由于受各种因素的影响供应量极为不稳定。

二、乙醇脱水制烯烃

上世纪四十年代之前, 基本上世界上所有的乙烯都是靠把乙醇脱水生产出来的, 后来石化工业飞速发展产生了一种生产乙烯的新工艺, 即蒸汽裂解法, 这是以石油的大量开采以及低廉的石油价格为保证的, 具有经济实惠的特点, 后来石油价格直线上涨, 这使得以石油为原料制取乙烯的方法受到很大冲击, 再加上石油资源的大量消耗储备减少和原油价格一路上涨, 乙醇脱水制取乙烯的方法又重新被人们广泛地采用。

进入新世纪以来, 矿物能源的地位受到了很大动摇, 随之兴起的是新兴能源, 不管是能源储量较大的国家还是能源较为稀缺的国家都纷纷调整了能源战略。目前在生物能源中发展最为迅速的是燃料乙醇, 与此同时, 国内外的生物发酵技术都取得了相当大的进步, 已经较为成熟, 这就为乙醇脱水制烯烃做了很好的铺垫。绝大部分的化工产品都是乙烯, 所以生物脱水制乙烯意义重大。

相比石油制乙烯, 生物乙醇制乙烯的利润空间更大, 制取的过程较为简单, 产生的副产品比较单纯并且容易分离, 所以分离提纯的过程也并不复杂, 不需要建成一整套的加工联动装置, 所以投资较小、操作简单, 技术要求不高。

国际上大型的制取乙烯的装置主要在印度、巴西、秘鲁和巴基斯坦, 其中印度的装置最大。很多国家都发展了这种绿色化工项目如美国, 并且有多个公司开展这种项目研发, 所以技术较为先进。未来乙醇脱水制取乙烯技术的发展趋势是装置更加一体化大型化, 耗能要低, 为了降低催化剂的成本, 催化剂的性能要进一步提高。

我国将生物乙醇脱水制乙烯列入“863计划”生物和现代农业领域的“生物能源技术开发与产业化”项目指南中。同国外相比我国的乙醇制取烯烃的规模还比较小, 与国外差距很大。国内主要进行乙醇制烯烃的研究的主要有清华大学、北京化工大学、南京工业大学以及南开大学等, 最早进行研究的是南开大学, 但南京工业大学和中国石化上海石油化工研究院所做的研究最多。目前我国制取乙醇的原料主要是粮食作物包括玉米, 但是玉米的产量有限, 而且我国人口众多, 应首先满足十几亿人的温饱问题, 所以把粮食作物作物乙醇燃料有很大的局限, 而纤维素乙醇还处在实验阶段, 技术方面很不成熟, 总体上讲我国在生物乙醇制取乙烯这项技术上投入的人力、物力和财力明显不足。

小结

在制烯烃的原料多元化的今天, 虽然各个国家都进行了新技术的研发, 但是还应该重视国与国之间的合作研发, 共同解决技术难题, 这样才能促进整个世界的能源发展, 减少全球性的技术和环境问题, 也使得国与国之间相互依存度提高, 有利于世界的和平与发展, 希望在全球共同合作下能有新的有益于全人类发展的技术出现。

摘要：在很长的一段时期内制烯烃的主要原料是传统的油气资源, 但是国际上原油和天然气的价格普遍上涨, 再加上各国的油气资源都是有限的, 所以各国都在探索制造烯烃的新途径和新方法, 并取得了一定成效。本文介绍了目前较为普遍的几种制造烯烃的工艺:煤制烯烃和生物乙醇脱水制烯烃。

关键词：制备烯烃,原料,发展现状,前景