二、石油的煉製
石油中所含化合物種類繁多。必須經過多步煉製,才能使用。主要過程有分餾、裂化、重整、精製等。
分餾烴(碳氫化合物)的沸點隨碳原子數增加而升高,在加熱時,沸點低的烴類先氣化,經過冷凝先分離出來;溫度升高時,沸點較高的烴再氣化再冷凝,借此可以把沸點不同的化合物進行分離,這種方法叫分餾,所得產品叫餾分。分餾過程在一個高塔裏進行,分餾塔裏有精心設計的層層塔板,塔板間有一定的溫差,以此得到不同的餾分。分餾先在常壓下進行,獲得低沸點的餾分,然後在減壓狀況下獲得高沸點的餾分。每個餾分中還含有多種化合物,可以進一步再分餾。表2-5列舉石油分餾主要產品概況,以此為線索可以瀏覽一下石油世界。
在石油煉製過程中,沸點最低的C1至C4部分是氣態烴,來自分餾塔的廢氣和裂化爐氣,統稱石油氣。其中有不飽和烴,也有飽和烴。不飽和烴如乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)都有雙鍵,容易發生加成反應和聚合反應,所以這些烯烴都是寶貴的化工原料。如乙烯以O2為催化劑在150℃,20MPa條件可製得高壓聚乙烯(反應式),日常生活中用的食品袋、食品匣、奶瓶等就是用這種材料成型的:
若用TiCl4做催化劑在100℃常壓下,則可製得強度較高的低壓聚乙烯(反應式②),它可製造臉盆、水桶等器皿。乙烯也可以用銀做催化劑在250℃和常壓條件下生成環氧乙烷(反應式③),這是製造環氧樹脂的原料之一。乙烯在KMnO4催化下可加水成為乙二醇(反應式④),它是製造滌綸的原料之一。如在H2SO4催化下加水,乙烯也可加成為乙醇(反應式⑤),乙烯和HCl加成為氯乙烷(反應式⑥),乙烯和Cl2生成二氯乙烷(反應式⑦)等等。
眾多的乙烯產品廣泛用於工農業、交通、軍事等領域,它是現代石油化學工業的一個龍頭產品,是一個國家綜合國力的標誌之一。我國目前乙烯年產量200多萬噸,居世界第8位。
丙烯(CH3CH=CH2)可以製造聚丙烯塑料、聚丙烯腈(人造羊毛)化學纖維、甘油等等。丁烯(CH3CH2CH=CH2)經過氧化脫氫變成丁二烯(反應式⑧),然後可以聚合生成順丁橡膠(反應式⑨),它的彈性很好,適合做輪胎。丁二烯和苯乙烯共聚可以製造丁苯橡膠(反應式⑩),這是人造橡膠中用量最大的品種,它的鏈節一端帶有苯環,具有熱穩定性好,耐磨、耐光、抗老化等優點。
將石油氣中這些不飽和烴分離後,剩下的飽和烴中以丁烷(C4H10)為主,它的沸點為-0.5℃,稍加壓力即可液化儲於高壓鋼瓶中。當打開閥門減壓時即可氣化點燃使用,城市居民用石油液化氣的主要成分就是丁烷。另外還含有在液化時帶進的一定量的戊烷(C4H10)和己烷(C5H12),它們的沸點分別是36℃和69℃,在煉油廠爐氣溫度高時和丁烷等混在一起,加壓液化時也就混入鋼瓶,用戶在室溫打開閥門時,這些雜質沸點較高,在室溫不能氣化,而以液態沉積於鋼瓶中。
在30~180℃沸點範圍內可以收集C5~C6餾分,這是工業常用溶劑,這個餾分的產品也叫溶劑油。在40~180℃沸點範圍內可以收集C6~C10餾分,這是需要量很大的汽油餾分。按各種烴的組成不同又可以分為航空汽油、車用汽油、溶劑汽油等。汽油質量用“辛烷值”表示。在氣缸裏汽油燃燒時有爆震性,會降低汽油的使用效率。汽油中以C7~C8成分為主,據研究,抗震性能最好的是異辛烷,將其定標為辛烷值等於100,抗震性最差的是正庚烷,定其辛烷值為零。若汽油辛烷值為85,即表示它的抗震性能與85%異辛烷15%正庚烷的混合物相當(並非一定含85%異辛烷),商品上稱為85號汽油。