3.6　石油化工產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用

石油化學(xué)工業(yè)簡稱石油化工，是指以石油和天然氣為原料生產(chǎn)石油產(chǎn)品和石油化工產(chǎn)品的加工工業(yè)。石油經(jīng)過煉制，制造各種油品，包括各種燃料油（汽油、煤油、柴油等）和潤滑油以及液化石油氣、石油焦炭、石蠟、瀝青等。石油化學(xué)工業(yè)則是利用石油和天然氣原料，應(yīng)用先進的催化、裂化、重整加氫等技術(shù)，制造出成千上萬種產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，為人們的現(xiàn)代化生活提供了極大的便利。利用石油可以制造出很多有機化合物，如藥品、染料、炸藥、殺蟲劑及人造纖維。裂化過程中所產(chǎn)生的乙烯、丙烯、丁烯、石蠟和芳香劑等產(chǎn)品，容易與其他化學(xué)物品化合，可用來制造出大量石油化工產(chǎn)品。例如把90L輕餾分石油煉成汽油，可供汽車行駛800km左右。但如果用這些石油原料也可制成20件聚酯（滌綸）襯衫。167m聚氯乙烯管、20件丙烯酸（腈綸）毛衣或500套尼龍緊身運動衣。所以石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展帶動了汽車制造業(yè)、機械電子業(yè)、建筑業(yè)等各行各業(yè)的發(fā)展和進步，為國民經(jīng)濟的發(fā)展提供了巨大的支持。

3.6.1　石油化工技術(shù)的革新

在20世紀60年代，石油化工經(jīng)歷了全球的大發(fā)展，帶來了技術(shù)上的突破。其中最主要的有催化技術(shù)、催化裂化技術(shù)、催化重整技術(shù)與加氫精制和裂化技術(shù)。

（1）催化技術(shù)

在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)分子原有的某些化學(xué)鍵，必須解離并形成新的化學(xué)鍵，這需要一定的活化能。在某些難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的體系中，加入有助于反應(yīng)分子化學(xué)鍵重排的第三種物質(zhì)可以降低反應(yīng)的活化能，因而能加速化學(xué)反應(yīng)和控制產(chǎn)物的選擇性及立體規(guī)整性，這第三種物質(zhì)就稱為催化劑。加入了借助于催化劑的反應(yīng)稱為催化反應(yīng)。催化反應(yīng)使許多原來緩慢的化學(xué)反應(yīng)提高了反應(yīng)速率。

20世紀50年代，發(fā)明了Ziegler-Natta催化劑，高密度聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、順丁橡膠和乙丙橡膠等一批重要的合成材料實現(xiàn)了工業(yè)化。到了20世紀60年代，多相和均相催化技術(shù)相繼出現(xiàn)，絡(luò)合催化劑、沸石分子篩催化劑、多組分負載催化劑和各種新型催化劑紛紛出現(xiàn)，使石油化工涌現(xiàn)了一系列新工藝、新產(chǎn)品，奠定了石油化工在國民經(jīng)濟中的地位。

現(xiàn)代化工和石油加工過程約有90%是催化過程。

（2）催化裂化技術(shù)

熱裂化是依靠溫度和壓力的作用，在無催化劑的條件下，將重質(zhì)石油餾分裂化成輕質(zhì)石油餾分的操作過程。目的是將重?zé)N裂解以改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，提高輕質(zhì)油品的收率。但熱裂化操作溫度高，選擇性差，副產(chǎn)物多，加重了后序分離的負擔(dān)，致使能耗大，效益差。催化裂化的主要作用是在催化劑的作用下，將重質(zhì)油品裂化成高品質(zhì)的輕質(zhì)油品，是原油二次加工中最重要的一個加工過程，不僅可以克服能耗高的缺點，還可以通過催化劑的高選擇性，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量。催化裂化技術(shù)已成為石油煉制的核心工藝之一。

（3）催化重整技術(shù)

在催化劑作用下將汽油餾分的分子重新排列成新的分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法稱為催化重整。采用鉑催化劑的通常稱鉑重整；采用鉑錸催化劑或多金屬催化劑的通常稱鉑錸重整或多金屬重整。

如果為了生產(chǎn)高辛烷值汽油，催化重整以餾程范圍80～180℃的直餾汽油餾分為原料，經(jīng)過重整反應(yīng)，生產(chǎn)出高辛烷值汽油，同時副產(chǎn)氫氣。若為了生產(chǎn)芳烴，應(yīng)選擇餾程范圍60～145℃的烷烴和環(huán)烷烴。經(jīng)重整反應(yīng)，生產(chǎn)出芳烴。

（4）加氫精制和加氫裂化

為了清除油品中的硫、氮、氧等雜原子以及金屬雜質(zhì)，改善油品的使用性能，在催化劑及一定的溫度和壓力的操作條件下，原料油與氫發(fā)生氫化反應(yīng)，使油中的烯烴雙鍵飽和，使烴類的硫、氮、氧化合物分別生成硫化氫、氨、水而被脫除，同時催化劑還能吸附原料油中的金屬雜質(zhì)，這一技術(shù)稱為加氫精制。

在一定的溫度下，以無定形硅酸鋁（或硅酸鎂）和非貴金屬（Ni、W、Co、Mo）組成的催化劑的作用下，使重質(zhì)原料油發(fā)生裂化、加氫、異構(gòu)化等反應(yīng)，生產(chǎn)各種輕質(zhì)油品，這一過程稱為加氫裂化。通過加氫精制和加氫裂化可以提高油品的質(zhì)量，并增加輕質(zhì)油的產(chǎn)量，同時大量生產(chǎn)有機化工產(chǎn)品所需要的原料。

3.6.2　石化產(chǎn)品的應(yīng)用

除了人們所熟知的各種油品之外，還生產(chǎn)大量的石油化工產(chǎn)品。

（1）石油化工基礎(chǔ)原料

石油化工基礎(chǔ)原料包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯及二甲苯，這三烯三苯是生產(chǎn)有機化工原料和合成樹脂、合成纖維、合成橡膠三大合成材料的基礎(chǔ)原料。

①乙烯　乙烯在常溫常壓下為無色可燃性氣體，具有烴類特有的臭味。煉廠催化裂化或熱裂化氣中含有大量乙烯，是乙烯的一個主要來源。其他來源于含C₂餾分的干氣和焦?fàn)t氣，干氣中含有8%～12%的乙烯，焦?fàn)t氣中也可以分離出約3%的乙烯。

乙烯最主要的用途是生產(chǎn)聚乙烯原料。乙烯聚合成為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙丙橡膠等。高、低密度聚乙烯可以制造薄膜、電纜襯套、管材等。乙丙橡膠用來制造輪胎、電線外皮、防水材料等。

乙烯經(jīng)氧化后生成環(huán)氧乙烷和乙醛兩類化合物。環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成乙二醇，用來制造聚酯纖維；反應(yīng)生成聚醚，用來制造泡沫材料、彈性材料、黏合劑、表面活性劑等。

乙醛氧化反應(yīng)生成乙酸，進一步深加工后可以制造染料、藥物、維尼綸、塑料等。

將乙烯烷基化后，可以制造塑料、絕緣材料、工程材料和涂料等。乙烯鹵化后，可以制成溶劑、冷凍劑、阻燃劑等。

②丙烯　丙烯在常溫常壓下為無色、可燃性氣體，在高濃度下對人體有麻醉性，嚴重時可導(dǎo)致窒息。丙烯同樣來源于煉廠催化裂化或熱裂化氣，與乙烯聯(lián)產(chǎn)。

丙烯最大的用途是制造聚丙烯。聚丙烯是制造塑料和合成纖維的原料。丙烯通過氨氧化，生成丙烯腈，可以用來制造丁腈橡膠、ABS樹脂、尼龍等。

丙烯通過烷基化，生成異丙苯，可以用來制造苯酚、丙酮、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。

③C₄烯烴　C₄烯烴包括丁二烯、丁烯、丁烷等七種產(chǎn)品，經(jīng)化學(xué)加工可制成高辛烷值汽油和化工產(chǎn)品。其中丁二烯是最重要的產(chǎn)品。

C₄烯烴主要來源于煉廠催化裂化或熱裂化裝置所產(chǎn)的C₄餾分，裂解制乙烯時也聯(lián)產(chǎn)C₄。

丁二烯聚合，可以制造順丁橡膠，與苯乙烯共聚生成丁苯橡膠；與丙烯腈共聚生成丁腈橡膠；與苯乙烯、丙烯腈共聚用來制造ABS塑料。丁二烯二聚，可以生成環(huán)辛二烯，用來制造尼龍8，三聚可以生成環(huán)十二烯，用來制造尼龍12。

正丁烯氧化生成順丁烯二酸酐，可以制造增強塑料和農(nóng)藥。正丁烯聚合生成聚1-丁烯，可以制造薄膜和管材，聚合生成聚異丁烯，可以制造黏合劑和密封膠。

異丁烯與甲醛反應(yīng)，生成異戊二烯，用來制造合成橡膠。與甲醇醚化，生成汽油添加劑——甲基叔丁基醚（MTBE）。

正丁烷氧化生成乙酸，裂解生成乙烯和丙烯。

④芳烴　芳烴是一類很重要的石油化工產(chǎn)品，特別是苯、甲苯、二甲苯尤為重要。這三種產(chǎn)品簡稱BTX芳烴（B—苯、T—甲苯、X—二甲苯）。在總數(shù)約八百萬種的已知有機化合物中，芳烴化合物約占30%。芳烴是制造合成樹脂、合成纖維、合成橡膠的基本原料。

芳烴主要來源于石油餾分催化重整生成油和裂解汽油，將催化重整生成油或裂解汽油在高溫下裂解制得乙烯，并副產(chǎn)BTX芳烴，用低碳烴類或液化石油氣也可選擇性地轉(zhuǎn)化成BTX芳烴。

苯氧化生成氯苯，用來制造醫(yī)藥和染料中間體。苯加氫生成環(huán)己烷，可以用來制造聚酰胺纖維。苯還可以氧化生成順丁烯二酸酐。

甲苯氧化生成苯甲酸，用來制造染料中間體和醫(yī)藥。甲苯與乙烯烷基化，生成甲乙苯，是制造塑料的原料。

二甲苯異構(gòu)化成對二甲苯，用來制造聚酯樹脂和滌綸。二甲苯氧化成鄰苯二甲酸酐，用來制造增塑劑、醫(yī)藥和染料中間體。

（2）精細石油化工產(chǎn)品

精細石油化工產(chǎn)品是從石油產(chǎn)品中衍生出來的，通常它的產(chǎn)量不大，但品種多，產(chǎn)品附加值高。一般精細石油化工產(chǎn)品的投資為傳統(tǒng)的石油化學(xué)品投資的1/3～1/2，能耗是傳統(tǒng)石化產(chǎn)品的1/2，但附加值卻比傳統(tǒng)產(chǎn)品高2倍以上。而且這些產(chǎn)品大大豐富了人們的現(xiàn)代化生活。

精細石油化工產(chǎn)品有各種分類方法，大致包含以下幾類：塑料、橡膠助劑；食品和飼料添加劑；顏料、染料和涂料；溶劑和黏合劑；農(nóng)藥；表面活性劑；信息化學(xué)品；功能高分子材料；催化劑、助劑和化工系統(tǒng)自用的化學(xué)品。

①塑料　塑料的主要成分為高分子樹脂，由于樹脂本身存在著各種缺陷，如耐熱性差，受熱易降解，加工性能差等。通過向其中添加助劑可以改善其性能，達到增強、耐久的目的，所以塑料助劑是塑料不可缺少的成分。塑料助劑中最主要的有增塑劑和穩(wěn)定劑兩類。

增塑劑的主要作用是削弱聚合物分子間作用力，從而增加聚合物分子鏈的移動性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶性，也就是增加了聚合物的塑性。表現(xiàn)為聚合物的硬度、模量、軟化溫度和脆化溫度下降，而伸長率、曲撓性和柔韌性提高。絕大多數(shù)增塑劑是通過醇和酸的反應(yīng)生成酯類物質(zhì)，如苯二甲酸酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯等。

塑料在加工、儲存和使用過程中，因受到光、氧、熱、輻射和應(yīng)力等方面的影響而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變化、性能變壞逐漸失去使用價值。在塑料加工中添加穩(wěn)定劑可以改善上述因素的影響。穩(wěn)定劑主要有抗氧劑，如對苯二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、十四烷基酯等。熱穩(wěn)定劑有硬脂酸、環(huán)氧大豆油、芳基亞磷酸鹽等。光穩(wěn)定劑有水楊酸酯、二苯甲酮、苯并三唑等。

②黏合劑　石油化工生產(chǎn)的黏合劑是黏合劑中數(shù)量最大的，主要有環(huán)氧樹脂類、丙烯酸酯類、聚氨酯類和橡膠類。

環(huán)氧樹脂類黏合劑有雙酚A二甘油醚、丙三醇二甘油醚以及環(huán)氧基酚醛樹脂等。

丙烯酸酯類黏合劑有以丙烯酸高級酯為主要成分的丙烯酸乳液，廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)、造紙工業(yè)和家具制造業(yè)。在丙烯酸乳液中加入光敏劑，可以用于黏結(jié)玻璃和有機玻璃等。

聚氨酯黏合劑的耐水性、耐熱性、耐油性及耐低溫性都十分優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于金屬、皮革、橡膠、塑料和陶瓷等工業(yè)。聚氨酯黏合劑由異氰氨酯的自聚體，或由異氰氨酯與含多個烴基的化合物部分反應(yīng)制得。

③表面活性劑　表面活性劑具有界面吸附、定向排列和生成膠束等性質(zhì)，添加了表面活性劑，能顯著降低乳液表面張力并改變體系界面狀態(tài)。

表面活性劑主要有陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和兩性表面活性劑。

陰離子表面活性劑有十二烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇磷酸酯等。

陽離子表面活性劑有烷基胺鹽類和季銨鹽類。