工程建设标准化2023年7期

制取丙烯的化学工艺综述

周扬

天津渤海石化有限公司 天津市 300452

摘要：本文对制取丙烯的化学工艺进行了综述。丙烯是一种重要的工业原料，在合成树脂、塑料、纺织品和涂料等领域有广泛的应用。本文首先介绍了丙烯的性质和用途，然后分析了传统的丙烯制备工艺及其存在的问题。接着介绍了一些新型的丙烯制备技术，包括煤气化制取丙烯、生物质制取丙烯和CO2催化制取丙烯等。最后，对未来丙烯制备技术的发展进行了展望。

关键词：丙烯，化学工艺，制备技术，煤气化，生物质，CO2催化

一、引言

丙烯是一种重要的烯烃化合物，其化学式为C3H6，结构中含有双键，使其具有较高的反应活性。丙烯是工业上最重要的烯烃之一，广泛应用于合成树脂、塑料、纺织品、涂料、橡胶和化妆品等领域。丙烯具有一系列特殊的化学性质，使其在工业上有广泛的应用。首先，丙烯具有高度的反应活性，容易进行聚合反应，因此广泛用于合成各种聚合物，如聚丙烯和聚丙烯酸。其次，丙烯可以通过加氢、氧化、加聚等多种反应得到多种有机化合物，如丙醇、丙烯酸等。此外，丙烯还可以用作燃料，其燃烧产生的热量高，热值大。在工业上，丙烯主要用于生产聚丙烯和丙烯酸，聚丙烯是一种重要的塑料原料，广泛应用于包装材料、纤维、家具等领域；丙烯酸是合成高分子材料和特种化学品的重要原料，用于制备各种树脂、胶粘剂和表面涂料。此外，丙烯还用于制备合成橡胶、丙烯腈纤维、丙烯醛和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。

二、传统丙烯制备工艺

2.1 裂解法制取丙烯

裂解法是传统丙烯制备中最主要的方法之一。该方法通过热裂解烃烷类烃化合物，将较大的烃烷分子裂解成较小的烯烃分子，其中包括丙烯。常见的裂解原料是丙烷、丁烷、乙烯等。在裂解过程中，原料在高温（通常在500-900°C）和催化剂的作用下发生热裂解反应。该方法的优点是原料来源广泛、工艺成熟，丙烯产率较高。然而，裂解法制取丙烯也存在一些问题，第一，裂解反应是一个高温高压的过程，对设备和催化剂要求较高，造成能源和成本的浪费；第二，裂解反应是一个复杂的多相反应过程，容易产生副产物，影响丙烯纯度和产率。

2.2 丙烷氧化法制取丙烯

丙烷氧化法是另一种重要的传统丙烯制备方法。该方法将丙烷与空气或氧气在催化剂的存在下进行氧化反应，生成丙烯和其他氧化产物。丙烷氧化法的优点是反应条件相对温和，不需要高温高压条件，丙烯的纯度较高。同时，丙烷氧化法还能够在反应中实现一些副产物的回收，降低资源的浪费。然而，该方法的缺点是需要使用氧气或空气，而空气中的氮气会导致反应中的一些问题，如催化剂中毒、产物分离困难等。

2.3 其他传统工艺及问题

除了裂解法和丙烷氧化法，还有一些其他传统的丙烯制备工艺，如丙醇脱水法、乙炔脱氢法等。然而，这些方法都存在一些问题，如原料限制、副产物多、工艺复杂等。传统的丙烯制备工艺面临的主要问题是能源消耗大、副产物多、环境污染等，无法完全满足现代工业对绿色、高效生产的需求。

三、新型丙烯制备技术

3.1 煤气化制取丙烯

煤气化是一种将固体煤转化为气体混合物的过程，在这个过程中产生的合成气（含CO、H2等）可以进一步转化为丙烯。该方法可以有效利用煤这种广泛资源，为丙烯的制备提供了新的途径。煤气化制取丙烯的优点在于原料来源广泛且价格较低，可以减少对石化原料的依赖，对能源和资源的利用效率较高。然而，煤气化制取丙烯技术面临着一些挑战，首先，煤气化过程复杂，需要处理多种反应产物，包括气态和液态产物，这对设备和工艺设计提出了较高要求；其次，合成气中含有大量的CO和H2，需要进行精细调控和转化才能得到高纯度的丙烯。

3.2 生物质制取丙烯

物质制取丙烯是一项有望推动绿色化工产业发展的重要技术。生物质是可再生资源，具有广泛的来源和种类，包括农作物秸秆、木材废料、城市固体废弃物等。通过生物质的气化、热解和催化反应等多个步骤，可以得到含有丙烯的混合气体。与传统的石化原料相比，生物质制取丙烯过程中产生的碳排放量更低，对环境的影响也较小，有利于减少温室气体的排放和环境保护。生物质制取丙烯还能有效解决生物质资源的利用难题。许多生物质资源在传统利用方式下容易产生废弃物，造成资源浪费和环境污染。通过将生物质转化为丙烯等高附加值产品，可以实现资源的高效利用和循环利用，促进可持续发展。

3.3 CO2催化制取丙烯

O2催化制取丙烯是一种有潜力的绿色丙烯制备技术。利用CO2作为原料，可以有效地将这种温室气体转化为有用的丙烯等化学品，从而实现了碳资源的高效利用和低碳排放。这种技术对于缓解温室气体排放和减少对石化原料的依赖具有重要意义。然而，CO2催化制取丙烯目前仍面临一些挑战。其中之一是催化剂的选择和设计。寻找高活性、高选择性的催化剂，使其在CO2转化反应中能够有效促进丙烯的产生，同时抑制副反应的发生，是目前研究的重点。此外，CO2转化反应是一个复杂的多相反应过程，涉及到催化剂表面吸附、解离、还原等多个步骤，对反应机理的理解还需要进一步深入研究。

四、未来发展展望

随着工业的不断发展和社会对环境友好型工艺的需求，丙烯的制备技术将迎来新的发展机遇和挑战。未来丙烯制备的发展将朝着绿色、高效和可持续的方向前进。

第一，新型丙烯制备技术将得到更广泛的应用。煤气化制取丙烯、生物质制取丙烯和CO2催化制取丙烯等新技术在研究阶段已经取得了一些成果，随着技术的不断成熟，预计将逐渐应用于工业生产。这些技术不仅可以实现丙烯的高效制备，还可以降低碳排放、减少环境污染，对于推动石化产业的绿色转型具有重要意义。

第二，新型催化剂的研发将促进丙烯制备的进一步优化。催化剂是丙烯制备中的关键因素，新型高活性、高选择性的催化剂的研发将有助于提高丙烯产率和纯度，降低生产成本。同时，研究催化剂的循环使用和再生技术，可以进一步提高丙烯制备的经济性和可持续性。

第三，绿色合成工艺的发展将促进丙烯制备技术的创新。绿色合成工艺强调在整个生产过程中减少对有毒有害原料和溶剂的使用，降低废弃物的生成。在丙烯制备过程中，研究开发更环保的催化剂和催化反应工艺，将是未来的发展方向之一。

五、结论

本文综述了制取丙烯的化学工艺，从传统丙烯制备工艺到新型丙烯制备技术进行了全面的介绍和分析。通过对丙烯的性质和用途的了解，我们了解到丙烯是一种重要的工业原料，在合成树脂、塑料、纺织品和涂料等领域有广泛的应用。传统丙烯制备工艺主要包括裂解法和丙烷氧化法，这些方法已经在工业生产中得到广泛应用。然而，传统工艺面临着能源消耗大、副产物多、环境污染等问题，难以满足现代工业对绿色、高效生产的需求。新型丙烯制备技术如煤气化制取丙烯、生物质制取丙烯和CO2催化制取丙烯等逐渐受到关注。这些技术具有更好的环保性、资源可持续性和碳排放控制，有望在未来取得更大的突破，为丙烯的可持续制备做出贡献。未来丙烯制备技术将朝着绿色、高效和可持续的方向前进。新型丙烯制备技术的应用、催化剂的研发和绿色合成工艺的推进将是未来的关键研究领域。通过不断的探索和创新，我们有信心在丙烯制备领域取得更多突破，为丙烯的可持续制备和工业发展做出贡献。

参考文献：

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[3] 郑瀚. 甲醇制丙烯工艺模拟与技术经济分析[D].北京化工大学,2019.