作為石油化工基石的乙烯，是如何生產的？（一）

乙烯是什麼

前幾期介紹的石油加工工藝，無論是常減壓蒸餾，催化裂化還是加氫裂化，其最終的目的都是為了獲取油品。

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這些工藝本質上還是煉油工業的產物，還沒有進入石油化工層面。在整個20世紀30年代以前，石油在化工領域的應用還是非常有限。最根本的原因還是是因為石油裡頭烷烴較多，烷烴的飽和鍵幾乎沒有化學活性。

乙烯的出現開啟了石油化工的時代

真正開啟石油在化工領域上應用的還是不飽和烴。比如我們所熟悉的三烯（乙烯，丙烯，丁二烯），三苯（苯，甲苯，二甲苯）就是其中的代表。不飽和烴由於含有雙鍵，化學活性大，因此可以作為合成的原料。在三烯三苯中最重要的就是乙烯，乙烯產量甚至被作為衡量一個國家化工發展水平的指標。

乙烯下游產品

乙烯是當今最重要的工業產品，本身可以做成聚乙烯以及乙丙共聚物。乙烯鹵化後生成鹵代烴可以加工聚氯乙烯作為溶劑或者阻燃劑。乙烯氧化或水化後生成的醋酸，乙醛和乙醇都是常見工業原料，可以製作染料，藥物，香料等產品。烷基化後生成乙苯是苯乙烯的重要原料，是丁苯橡膠，聚苯乙烯，abs塑膠的上游產品。環氧化得到的環氧乙烷水解後可得到乙二醇，還可以生產聚酯纖維。

人類發現乙烯的歷史也非常久遠，可以追溯到18世紀末。1779年荷蘭化學家卡斯貝特森首先製備出乙烯。他採用的方法就是中學化學常見的乙醇與硫酸共熱。在這個過程中他還發現乙烯具有易燃性，密度與空氣接近，同時如果與氯氣接觸還能生成油狀液體。當時人們只能簡單測定乙烯的化學組成，對其結構並不瞭解，因此一度將它命名為二碳化氫。

乙烯還是一種植物激素，可以催熟果實。最初人們發現在煤氣管道周圍的樹木落葉相對較早，後來才發現煤氣中的少量乙烯有催熟作用。而成熟的果實本身就能產生乙烯要等到1934年由於氣相色譜的出現才得到證實。

乙烯是氣體使用並不方便，因此現在普遍使用的催熟劑是乙烯利。乙烯利在鹼性條件下可以水解緩慢釋放出乙烯。

雖然焦爐煤氣中含有少量乙烯，但焦爐煤氣是混合物難以分離。因此在早期製備乙烯，還是要採用乙醇脫水的工藝，而乙醇的來源則是糧食發酵。在最初的生產工藝中，人們沿用硫酸作為脫水劑，後來隨著催化科學的發展，後續發現將乙醇蒸汽透過氧化鋁床層也能生成乙烯。乙醇脫氫法原料成本高，在經濟上並不合理。這實際上和我們今天的生產流程恰恰相反，當今由於乙烯容易獲得，我們通常用乙烯水化來生產乙醇。20世紀30年代以前，乙烯的用量不大，因此這樣落後的生產技術也可以滿足當時的需求。

乙炔加氫機理

另一種乙烯的合成工藝是乙炔加氫，乙炔可以透過電石加水得到。乙炔加氫工藝在20世紀初風靡一時。如今乙炔加氫主要用於去除乙烯中殘留的乙炔，提升其純度。另外在甲烷制烯烴中乙炔加氫也有重要作用。

到了20世紀初，隨著煉油工業的進步，在石油蒸餾過程中產生了大量的煉廠氣。最初的煉廠氣來源於石油的蒸餾，後來隨著催化裂化等工藝的出現，這些工藝也會副產大量煉廠氣。如何進一步利用這些煉廠氣提高經濟效益也成為了各個石油公司研究的課題。對於煉廠氣最早的利用實際上是在1917年，當時美國新澤西標準石油公司利用煉廠氣中的丙烯合成了異丙醇。採用的工藝是將丙烯與硫酸反應，生成硫酸脂，隨後水解生成異丙醇。

石油的煉廠氣就是煉化過程中產生的C4以下的烴類。包含烷烴，烯烴，氫氣，以及少量氮氣，二氧化碳等等。

實際上煉廠氣中就含有少量乙烯，由於煉廠氣是混合物，為了利用這一部分乙烯必須進行氣體分離。1919年林德公司利用深冷技術將煉廠氣冷卻為液體，然後利用各種組分沸點不同，實現了煉廠氣中各成分的分離，從中提取出了少量的乙烯。

煉廠氣組要成分沸點

20世紀30年代以後，隨著樹脂與合成纖維行業的發展，乙烯的需求量猛增。擴大乙烯的來源成為了迫在眉睫的需求，在這種背景下，我們今天熟悉的熱裂化工藝誕生了。下一期，我們就來說一說熱裂化技術的演變。