3.6　石油化工产业在国民经济中的作用

石油化学工业简称石油化工，是指以石油和天然气为原料生产石油产品和石油化工产品的加工工业。石油经过炼制，制造各种油品，包括各种燃料油（汽油、煤油、柴油等）和润滑油以及液化石油气、石油焦炭、石蜡、沥青等。石油化学工业则是利用石油和天然气原料，应用先进的催化、裂化、重整加氢等技术，制造出成千上万种产品，广泛地应用于国民经济的各个领域，为人们的现代化生活提供了极大的便利。利用石油可以制造出很多有机化合物，如药品、染料、炸药、杀虫剂及人造纤维。裂化过程中所产生的乙烯、丙烯、丁烯、石蜡和芳香剂等产品，容易与其他化学物品化合，可用来制造出大量石油化工产品。例如把90L轻馏分石油炼成汽油，可供汽车行驶800km左右。但如果用这些石油原料也可制成20件聚酯（涤纶）衬衫。167m聚氯乙烯管、20件丙烯酸（腈纶）毛衣或500套尼龙紧身运动衣。所以石油化学工业的发展带动了汽车制造业、机械电子业、建筑业等各行各业的发展和进步，为国民经济的发展提供了巨大的支持。

3.6.1　石油化工技术的革新

在20世纪60年代，石油化工经历了全球的大发展，带来了技术上的突破。其中最主要的有催化技术、催化裂化技术、催化重整技术与加氢精制和裂化技术。

（1）催化技术

在化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质可以降低反应的活化能，因而能加速化学反应和控制产物的选择性及立体规整性，这第三种物质就称为催化剂。加入了借助于催化剂的反应称为催化反应。催化反应使许多原来缓慢的化学反应提高了反应速率。

20世纪50年代，发明了Ziegler-Natta催化剂，高密度聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、顺丁橡胶和乙丙橡胶等一批重要的合成材料实现了工业化。到了20世纪60年代，多相和均相催化技术相继出现，络合催化剂、沸石分子筛催化剂、多组分负载催化剂和各种新型催化剂纷纷出现，使石油化工涌现了一系列新工艺、新产品，奠定了石油化工在国民经济中的地位。

现代化工和石油加工过程约有90%是催化过程。

（2）催化裂化技术

热裂化是依靠温度和压力的作用，在无催化剂的条件下，将重质石油馏分裂化成轻质石油馏分的操作过程。目的是将重烃裂解以改变其化学结构，提高轻质油品的收率。但热裂化操作温度高，选择性差，副产物多，加重了后序分离的负担，致使能耗大，效益差。催化裂化的主要作用是在催化剂的作用下，将重质油品裂化成高品质的轻质油品，是原油二次加工中最重要的一个加工过程，不仅可以克服能耗高的缺点，还可以通过催化剂的高选择性，减少副产物的产生，提高目标产物的产量。催化裂化技术已成为石油炼制的核心工艺之一。

（3）催化重整技术

在催化剂作用下将汽油馏分的分子重新排列成新的分子结构的化学方法称为催化重整。采用铂催化剂的通常称铂重整；采用铂铼催化剂或多金属催化剂的通常称铂铼重整或多金属重整。

如果为了生产高辛烷值汽油，催化重整以馏程范围80～180℃的直馏汽油馏分为原料，经过重整反应，生产出高辛烷值汽油，同时副产氢气。若为了生产芳烃，应选择馏程范围60～145℃的烷烃和环烷烃。经重整反应，生产出芳烃。

（4）加氢精制和加氢裂化

为了清除油品中的硫、氮、氧等杂原子以及金属杂质，改善油品的使用性能，在催化剂及一定的温度和压力的操作条件下，原料油与氢发生氢化反应，使油中的烯烃双键饱和，使烃类的硫、氮、氧化合物分别生成硫化氢、氨、水而被脱除，同时催化剂还能吸附原料油中的金属杂质，这一技术称为加氢精制。

在一定的温度下，以无定形硅酸铝（或硅酸镁）和非贵金属（Ni、W、Co、Mo）组成的催化剂的作用下，使重质原料油发生裂化、加氢、异构化等反应，生产各种轻质油品，这一过程称为加氢裂化。通过加氢精制和加氢裂化可以提高油品的质量，并增加轻质油的产量，同时大量生产有机化工产品所需要的原料。

3.6.2　石化产品的应用

除了人们所熟知的各种油品之外，还生产大量的石油化工产品。

（1）石油化工基础原料

石油化工基础原料包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯及二甲苯，这三烯三苯是生产有机化工原料和合成树脂、合成纤维、合成橡胶三大合成材料的基础原料。

①乙烯　乙烯在常温常压下为无色可燃性气体，具有烃类特有的臭味。炼厂催化裂化或热裂化气中含有大量乙烯，是乙烯的一个主要来源。其他来源于含C₂馏分的干气和焦炉气，干气中含有8%～12%的乙烯，焦炉气中也可以分离出约3%的乙烯。

乙烯最主要的用途是生产聚乙烯原料。乙烯聚合成为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙丙橡胶等。高、低密度聚乙烯可以制造薄膜、电缆衬套、管材等。乙丙橡胶用来制造轮胎、电线外皮、防水材料等。

乙烯经氧化后生成环氧乙烷和乙醛两类化合物。环氧乙烷反应生成乙二醇，用来制造聚酯纤维；反应生成聚醚，用来制造泡沫材料、弹性材料、黏合剂、表面活性剂等。

乙醛氧化反应生成乙酸，进一步深加工后可以制造染料、药物、维尼纶、塑料等。

将乙烯烷基化后，可以制造塑料、绝缘材料、工程材料和涂料等。乙烯卤化后，可以制成溶剂、冷冻剂、阻燃剂等。

②丙烯　丙烯在常温常压下为无色、可燃性气体，在高浓度下对人体有麻醉性，严重时可导致窒息。丙烯同样来源于炼厂催化裂化或热裂化气，与乙烯联产。

丙烯最大的用途是制造聚丙烯。聚丙烯是制造塑料和合成纤维的原料。丙烯通过氨氧化，生成丙烯腈，可以用来制造丁腈橡胶、ABS树脂、尼龙等。

丙烯通过烷基化，生成异丙苯，可以用来制造苯酚、丙酮、环氧树脂、酚醛树脂等。

③C₄烯烃　C₄烯烃包括丁二烯、丁烯、丁烷等七种产品，经化学加工可制成高辛烷值汽油和化工产品。其中丁二烯是最重要的产品。

C₄烯烃主要来源于炼厂催化裂化或热裂化装置所产的C₄馏分，裂解制乙烯时也联产C₄。

丁二烯聚合，可以制造顺丁橡胶，与苯乙烯共聚生成丁苯橡胶；与丙烯腈共聚生成丁腈橡胶；与苯乙烯、丙烯腈共聚用来制造ABS塑料。丁二烯二聚，可以生成环辛二烯，用来制造尼龙8，三聚可以生成环十二烯，用来制造尼龙12。

正丁烯氧化生成顺丁烯二酸酐，可以制造增强塑料和农药。正丁烯聚合生成聚1-丁烯，可以制造薄膜和管材，聚合生成聚异丁烯，可以制造黏合剂和密封胶。

异丁烯与甲醛反应，生成异戊二烯，用来制造合成橡胶。与甲醇醚化，生成汽油添加剂——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芳烃　芳烃是一类很重要的石油化工产品，特别是苯、甲苯、二甲苯尤为重要。这三种产品简称BTX芳烃（B—苯、T—甲苯、X—二甲苯）。在总数约八百万种的已知有机化合物中，芳烃化合物约占30%。芳烃是制造合成树脂、合成纤维、合成橡胶的基本原料。

芳烃主要来源于石油馏分催化重整生成油和裂解汽油，将催化重整生成油或裂解汽油在高温下裂解制得乙烯，并副产BTX芳烃，用低碳烃类或液化石油气也可选择性地转化成BTX芳烃。

苯氧化生成氯苯，用来制造医药和染料中间体。苯加氢生成环己烷，可以用来制造聚酰胺纤维。苯还可以氧化生成顺丁烯二酸酐。

甲苯氧化生成苯甲酸，用来制造染料中间体和医药。甲苯与乙烯烷基化，生成甲乙苯，是制造塑料的原料。

二甲苯异构化成对二甲苯，用来制造聚酯树脂和涤纶。二甲苯氧化成邻苯二甲酸酐，用来制造增塑剂、医药和染料中间体。

（2）精细石油化工产品

精细石油化工产品是从石油产品中衍生出来的，通常它的产量不大，但品种多，产品附加值高。一般精细石油化工产品的投资为传统的石油化学品投资的1/3～1/2，能耗是传统石化产品的1/2，但附加值却比传统产品高2倍以上。而且这些产品大大丰富了人们的现代化生活。

精细石油化工产品有各种分类方法，大致包含以下几类：塑料、橡胶助剂；食品和饲料添加剂；颜料、染料和涂料；溶剂和黏合剂；农药；表面活性剂；信息化学品；功能高分子材料；催化剂、助剂和化工系统自用的化学品。

①塑料　塑料的主要成分为高分子树脂，由于树脂本身存在着各种缺陷，如耐热性差，受热易降解，加工性能差等。通过向其中添加助剂可以改善其性能，达到增强、耐久的目的，所以塑料助剂是塑料不可缺少的成分。塑料助剂中最主要的有增塑剂和稳定剂两类。

增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子间作用力，从而增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，也就是增加了聚合物的塑性。表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降，而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。绝大多数增塑剂是通过醇和酸的反应生成酯类物质，如苯二甲酸酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯等。

塑料在加工、储存和使用过程中，因受到光、氧、热、辐射和应力等方面的影响而导致其结构变化、性能变坏逐渐失去使用价值。在塑料加工中添加稳定剂可以改善上述因素的影响。稳定剂主要有抗氧剂，如对苯二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、十四烷基酯等。热稳定剂有硬脂酸、环氧大豆油、芳基亚磷酸盐等。光稳定剂有水杨酸酯、二苯甲酮、苯并三唑等。

②黏合剂　石油化工生产的黏合剂是黏合剂中数量最大的，主要有环氧树脂类、丙烯酸酯类、聚氨酯类和橡胶类。

环氧树脂类黏合剂有双酚A二甘油醚、丙三醇二甘油醚以及环氧基酚醛树脂等。

丙烯酸酯类黏合剂有以丙烯酸高级酯为主要成分的丙烯酸乳液，广泛应用于纺织工业、造纸工业和家具制造业。在丙烯酸乳液中加入光敏剂，可以用于黏结玻璃和有机玻璃等。

聚氨酯黏合剂的耐水性、耐热性、耐油性及耐低温性都十分优越，广泛应用于金属、皮革、橡胶、塑料和陶瓷等工业。聚氨酯黏合剂由异氰氨酯的自聚体，或由异氰氨酯与含多个烃基的化合物部分反应制得。

③表面活性剂　表面活性剂具有界面吸附、定向排列和生成胶束等性质，添加了表面活性剂，能显著降低乳液表面张力并改变体系界面状态。

表面活性剂主要有阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性表面活性剂。

阴离子表面活性剂有十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇磷酸酯等。

阳离子表面活性剂有烷基胺盐类和季铵盐类。