乙烯生产工艺文献综述

乙醇脱水制乙烯研究进展

学生：郭新东：乙烯的性质用途和乙烯的生产方法文献查找

涂吉：乙烯制备的催化剂和反应条件文献查找

陈雪桥：内循环无梯度反应文献查找

匡向伟：归纳整理

指导老师：邹琳玲江汉大学化学与环境工程学院

摘要：乙烯是一种重要的化工原料，目前广泛的应用于工农业、医学领域，随着下游工业的发展，目前国内乙烯处于供不应求的状况，同时由于能源的压力，乙醇脱水制乙烯工艺引起了广泛的关注。本文综述了乙烯的生产方法，着重介绍了乙醇脱水制乙烯工艺的研究现状。

关键词：乙烯；乙醇；无梯度

Abstraction：Ethylene is an important chemical raw material, which is widely used in industry and agriculture and medicine. With the development of downstream industry, the domestic ethylene is in an unfavorable situation. At the same time, due to the pressure of energy, ethanol dehydration to ethylene technology has aroused widespread concern. In this paper, the production method of ethylene is reviewed, and the research status of the technology of ethanol dehydration to ethylene is introduced emphatically.

Key word：Ethylene; Ethanol; No Gradient

1. 乙烯的性质用途

1.1 乙烯理化性质

乙烯是具有碳碳双键(C=C)的最简单的化合物。其物理性质如下表：

表1 乙烯的物理性质

乙烯由于含有不饱和双键结构，可以和亲电物质生成一次衍生物，也可以发生自身聚合反应形成高分子聚合物。乙烯化学性质很活泼，能够发生聚合、齐聚、氧化、卤化、烷基化、加氢、水合、羰基化等化学反应，通过这些反应来生成所需的化工产品，这使其具有广泛的工业用途[1]。

1.2乙烯的用途

乙烯不仅具有以上的理化性质，而且具有生物特性，因而被广泛应用到工农业、医学领域。

工业方面：乙烯是重要的有机化工基本原料，主要用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯、乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等；在有机合成方面，乙烯被广泛的用于合成乙醇、环氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛丙酸及其衍生物等多种有机合成原料；乙烯经卤化，可制氯代乙烯、氯代乙烷、溴代乙烷；经齐聚可制α-烯烃，进而生产高级醇、烷基苯等。

农业方面：乙烯是重要的激素，能够调节果实成熟，雌雄开花，抗病虫害。人们通过抑制植物体内乙烯合成可以对蔬果进行保鲜和长途运输。

医学方面：高浓度乙烯和氧气的混合气体是良好的麻醉剂[2]。

2. 乙烯的供需状况

近年来，随着国民经济的快速发展，我国乙烯工业发展迅速，成为仅此于美国的世界第二大乙烯生产国，据统计2015年我国的乙烯生产能力为2119.0万t/a。按照对目前国内各类乙烯项目实施进度的调查，预计2020年我国乙烯的生产能力将达到约3230万t/a。但仍然存在供不应求的局限。在未来几年，我国的乙烯仍需要依靠大量从国外进口，主要从周边的韩国、日本、和中国台湾地区进口[3-4]。

3. 乙烯的生产方法

目前乙烯的生产方法主要有乙醇制乙烯，甲烷制乙烯，甲醇制乙烯，乙烷制乙烯，合成气制乙烯，石油裂解制乙烯。

3.1乙醇制乙烯

乙醇在加热催化条件下脱水生成气态产物乙烯。该技术在工业装置上获取乙烯，是在20世纪20年代之后，所使用的催化剂主要为活性氧化铝，这是一个非均相的表面催化过程。1982年Hassan提出了乙醇在固体酸碱催化剂上反应的催化机理，认为乙醇首先吸附在催化剂表面的酸碱中心上并形成吸附态化合物，然后吸附态中间产物脱水生成最终产物并恢复酸碱中心。但对具体反应过程，目前仍存在争论。乙醇脱水反应在不同温度下的主要产物是乙烯和乙醚。有的观点认为乙醇脱水生成乙烯、乙醚的过程是平行反应过程，也有的认为是平行连续反应过程，即存在乙醇脱水先生成乙醚，乙醚进一步脱水生成乙烯的过程。

反应方程式如下：

CH

OH

→[5]

CH2

H

C

O

H

3+

2

2

4

由于原料乙醇可通过生物法制得，该方法无论是经济效应上还是环保上，都具有一

定优势。

3.2甲烷制乙烯

甲烷可通过化学反应转化为乙烯

（1）烷基化偶联制乙烯

反应式如下：

O H H C O H H C 242224221212

1+++→→44CH CH

近十年来，甲烷氧化偶联制乙烯催化剂的研究虽取得了一些新的成果，研究范围也更加广泛和深入，但从催化性能，尤其是从C 2单程收率看，仍未有大的突破，在填充固定床反应器中测试的催化性能，最高的C2单程收率仍在25%左右[6]。

（2）烷氯化裂解制乙烯

反应式如下：

此法尚处于试验阶段，生产风险大；若不循环，大量耗氯，大量副产盐酸，供销，如何平衡存在很大的问题。若采用循环方案，投资和乙烯成本将大幅度增加，无经济效益，当前此方法尚不具备建立工业装置的条件[7]。

3.3 甲醇制乙烯

反应式如下：

该方法日前在世界被广泛研究，在我过已取得较好的成果。2007年燕山石化的100t/d 甲醇制乙烯装置投产，甲醇转化率高达99.5%，选择性达81%。2006年，大连化物所、洛阳石化工程公司和陕西省投资公司合作运用该方法生产，于2010年8月投料试车一次成功[8]。

3.4 乙烷制乙烯

乙烷制乙烯反应式如下：

26222C H CH CH H O →=+

乙烷催化氧化制乙烯反应在低温下进行，目前尚未发现低温高活性、高选择性、稳定性好、抗积炭能力强的工业催化剂。而乙烷氧化裂解能够节省能耗，在最佳反应条件