有機(jī)化學(xué)合成原理在工業(yè)中的應(yīng)用

周峰，張彥文(武漢有機(jī)實(shí)業(yè)有限公司，湖北 武漢 430080)

1 有機(jī)化學(xué)合成的基本原料和生產(chǎn)技術(shù)

1.1 基本原料

有機(jī)化學(xué)合成的基本原材料有兩種，分別為乙烯和丙烯，采用這種兩種材料的應(yīng)用生產(chǎn)有機(jī)物合成產(chǎn)品。目前，我國(guó)在進(jìn)行烯烴產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)以石油作為基礎(chǔ)原料。但是隨著工業(yè)發(fā)展，石油應(yīng)用量不斷加大，石油數(shù)量不斷減少，這也就導(dǎo)致烯烴產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)目標(biāo)無(wú)法得到實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致烯烴需求無(wú)法得到滿足。在此背景下，合理應(yīng)用烯烴合成技術(shù)，通過(guò)合理方式對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用是必要的[1]。乙烯和丙烯相比，丙烯更受市場(chǎng)和人們歡迎。從現(xiàn)階段世界整體生產(chǎn)丙烯工藝情況來(lái)看，采用的制造方法不盡相同。但是，發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展國(guó)家相比，制備工藝水平更高，因此能夠滿足現(xiàn)代市場(chǎng)需求，我國(guó)在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，要不斷加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)設(shè)備工藝研究，不斷加強(qiáng)對(duì)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，進(jìn)而提高烯烴產(chǎn)品數(shù)量和產(chǎn)量[2]。

1.2 生產(chǎn)技術(shù)

我國(guó)石油資源短缺，但是天然氣、煤炭資源相對(duì)豐富，受我國(guó)資源特點(diǎn)影響，采用甲醛生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)烯烴類(lèi)原料生產(chǎn)，即在生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)控制化學(xué)生產(chǎn)反應(yīng)條件，滿足制備產(chǎn)品需求。常見(jiàn)原材料類(lèi)型有的丙烯目標(biāo)產(chǎn)品，乙烯和丙烯目標(biāo)產(chǎn)品。

2 有機(jī)化學(xué)合成原理概述

2.1 生產(chǎn)乙烯步驟

生產(chǎn)乙烯反應(yīng)步驟如下：(1)采用甲醇生產(chǎn)二甲醚；(2)采用乙醚生產(chǎn)低碳烯烴；(3)烴轉(zhuǎn)移。

在該生產(chǎn)過(guò)程中，乙烯和丙烯目標(biāo)產(chǎn)品反應(yīng)可以被簡(jiǎn)稱(chēng)為MTO，在利用乙醚生產(chǎn)低碳烯烴過(guò)程中，相關(guān)工作人員要對(duì)反應(yīng)原理進(jìn)行重點(diǎn)分析，對(duì)反應(yīng)原理的具體應(yīng)用進(jìn)行全面探究，這對(duì)于相關(guān)生產(chǎn)工藝的應(yīng)用、優(yōu)化、工藝提升等都發(fā)揮著重要作用[3]。通過(guò)對(duì)有機(jī)化學(xué)合成原理分析，人們可以能夠掌握有機(jī)化學(xué)合成原理，進(jìn)而可以在工業(yè)生產(chǎn)中更好的應(yīng)用有機(jī)化學(xué)合成原理，從而做好相應(yīng)的生產(chǎn)工作，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)。

2.2 分析機(jī)理

2.2.1 碳池機(jī)理

20世紀(jì)末期，人們提出了的碳池機(jī)理，該機(jī)理圍繞碳鍵對(duì)機(jī)理進(jìn)行適當(dāng)拓展，對(duì)機(jī)理進(jìn)行適當(dāng)解釋?zhuān)谠撨^(guò)程中對(duì)烴類(lèi)產(chǎn)物進(jìn)行全面分析，從而使碳池在在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中的輔助作用能夠得到合理發(fā)揮，碳池指的就是碳?xì)浠衔?，其在具體生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展期間發(fā)揮出的關(guān)鍵作用就是吸附[4]。碳池機(jī)理原理的具體解釋容易被接受，應(yīng)用起來(lái)也容易，可以對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，并且進(jìn)行推廣，同時(shí)，也能夠?yàn)樵囼?yàn)驗(yàn)證提供支持。

2.2.2 氧鎓離子機(jī)理

氧鎓離子這一中間體成為機(jī)理命名的主要依據(jù)，對(duì)碳碳鍵這樣解釋?zhuān)貉蹑f離子反應(yīng)作用形成 DMO+、乙基二甲基氧鎓離子，這一過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)集中于分子間。其中，乙烯獲取主要借助氧鎓離子，乙烯消除方法即組織化學(xué)反應(yīng)—β反應(yīng)。從實(shí)際情況來(lái)看，這一解釋存在一定不足之處，即使可以證明氧鎓離子存在，但是，對(duì)于加快MTO反應(yīng)速度來(lái)說(shuō)并不顯著。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，針對(duì)碳鍵形成機(jī)理理論內(nèi)容的形成實(shí)踐無(wú)法全面經(jīng)受實(shí)踐推敲?？偠灾?，只有部分理論和實(shí)踐能夠得到支持，在日后工作開(kāi)展期間，要加強(qiáng)對(duì)相應(yīng)機(jī)理的研究。

3 有機(jī)化學(xué)合成原理在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展使化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)不斷增多，工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)量也不斷加重。因此，在工業(yè)生產(chǎn)期間，為了提高化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)效率，要在合理分析基礎(chǔ)上，科學(xué)應(yīng)用化學(xué)合成原理，提高化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)效率以及最終生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。在工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展期間大范圍、合理應(yīng)用有機(jī)化學(xué)合成原理，能夠滿足我國(guó)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)需求，迎合化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)需求。

3.1 有機(jī)化學(xué)合成原理應(yīng)用意義體現(xiàn)

現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展在提高人們生活質(zhì)量的同時(shí)，也加大了的各種能源消耗量，特別是石油資源消耗量巨大。而我國(guó)能源短缺，受這一因素影響，有機(jī)化學(xué)合成原理—甲醇制造烯烴技術(shù)應(yīng)用重要性變?cè)絹?lái)越突出，這一方面為該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展提供了一定發(fā)展空間，另一方面也能夠?qū)ο鄳?yīng)理論內(nèi)容的研究提供支持。通過(guò)不斷實(shí)踐對(duì)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行豐富，從而能夠更好地完成工業(yè)生產(chǎn)工作。合理應(yīng)用有機(jī)化學(xué)合成原理，對(duì)于我國(guó)甲醛生產(chǎn)烯烴技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)大能夠起到一定促進(jìn)作用。此外，還可以使原材料利用效率得到進(jìn)一步提高，從而為日后化工生產(chǎn)作業(yè)順利進(jìn)行提供支持。甲醛生產(chǎn)烯烴技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)就得到人們的重視，而且不斷加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究，而隨著人們對(duì)這一技術(shù)研究的不斷深入，該技術(shù)被改造、升級(jí)為合成氣經(jīng)二甲醚生產(chǎn)低碳烯烴的一種新工藝方法，該方法簡(jiǎn)稱(chēng)為SDTO，該技術(shù)在具體應(yīng)用過(guò)程中的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

(1)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新使原有熱力學(xué)局限被打破，能夠更好的完成相應(yīng)的生產(chǎn)工作；

(2)大幅度減少大量設(shè)備、投資成本，可以提高生產(chǎn)制造的經(jīng)濟(jì)效益；

(3)小孔磷硅鋁(SAPO-34)分子篩催化劑的乙烯性更高，能夠滿足人們應(yīng)用需求；

(4)采用的硫化床反應(yīng)器在具體應(yīng)用期間，受反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和自身特點(diǎn)影響，能夠?qū)崿F(xiàn)快速傳熱，這也就確保了在后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展時(shí)，反應(yīng)連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展；

(5)SDTO 靈活性高，其不僅能夠獨(dú)立應(yīng)用，而且也能夠聯(lián)合應(yīng)用，整體應(yīng)用效果良好；

(6)工藝經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究與應(yīng)用實(shí)踐，技術(shù)已經(jīng)十分成熟，將該項(xiàng)工藝應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，不僅效率高，而且能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。

3.2 有機(jī)化學(xué)合成原理應(yīng)用實(shí)踐分析

我國(guó)生產(chǎn)低碳烯烴路徑最早由大連物化研究所、陜西省新興煤化工科技發(fā)展有限公司、洛陽(yáng)石化工程公司聯(lián)合三方相互合作共同建立，支持支持聯(lián)合生產(chǎn)低碳烯烴。該實(shí)踐過(guò)程就是MTO工藝的首次實(shí)踐，同時(shí)也是MTO工藝確認(rèn)的一個(gè)關(guān)鍵階段，聯(lián)合協(xié)作可以為MTO工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行以及后續(xù)相應(yīng)工作開(kāi)展提供了強(qiáng)有力的支持，并且對(duì)低碳烯烴煤化路線進(jìn)行了適當(dāng)拓展。整個(gè)工程一共投資了6 000萬(wàn)元，工程中安裝的各種試驗(yàn)裝置的減少時(shí)間長(zhǎng)度為一年，裝置運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度約為6個(gè)月。當(dāng)裝置完成安裝之后，讓裝置試運(yùn)行，待試運(yùn)行結(jié)束之后，裝置方可被投入應(yīng)用。在該過(guò)程中，要對(duì)采用的TMO工藝進(jìn)行選擇。具體選擇時(shí)，要依據(jù)實(shí)際情況而定，最終選擇一個(gè)最佳的MTO工藝，使其能夠滿足應(yīng)用需求。同時(shí)，還要對(duì)設(shè)備類(lèi)型的進(jìn)行適當(dāng)選擇，采用合理設(shè)備對(duì)后續(xù)設(shè)備應(yīng)用，以及生產(chǎn)工作開(kāi)展提供支持，從而在工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展過(guò)程要不斷對(duì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行積累與豐富。此外，我國(guó)許多地區(qū)也都在MTO工藝中進(jìn)行了探究，而且針對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容做出了積極努力，在工業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)對(duì)有機(jī)化學(xué)合成原理進(jìn)行應(yīng)用，而且取得了良好成績(jī)。例如：A煤田年產(chǎn)203.5萬(wàn)噸甲醇、63.28萬(wàn)噸丙烯；B煤田年產(chǎn)165.3萬(wàn)噸甲醛、28.5萬(wàn)噸乙烯、23.12萬(wàn)噸乙烯。已有成功經(jīng)驗(yàn)為MTO工藝應(yīng)用，以及推廣都提供都能夠起到一定支持，相關(guān)煤炭產(chǎn)業(yè)在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的投入大量資金、人才，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，深入挖掘工藝應(yīng)用潛力，進(jìn)而使該工藝優(yōu)勢(shì)能夠得到合理發(fā)揮。

將甲醇生產(chǎn)烯烴原理應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，可以采用不同工藝生產(chǎn)烯烴，具體生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展過(guò)程中的工藝有MTO、SMTO、MTP三種。三種工藝在具生產(chǎn)中都采用流化床作為反應(yīng)器，采用的原材料都為MeOH，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，采用的工藝不同，生產(chǎn)效果也會(huì)有所不同。采用MTO工藝進(jìn)行生產(chǎn)，獲取到的乙烯量約為47%，獲取到丙烯量則約為34%；采用SMTO工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)生產(chǎn)獲取到的乙烯量為0%，獲取到的丙烯量約為78.23%；采用MTP工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)生產(chǎn)獲取到的乙烯量為0%，獲取到的丙烯量約為72%。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)中常用的MTO、SMTO、MTP三種工藝進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用MTO工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)生產(chǎn)，最終能夠獲取到的乙烯和丙烯總量約為81%，而采用SMTO工藝雖然可以獲取到較高量的丙烯，但是乙烯產(chǎn)量為0，MTP工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用原理也是如此。

目前，現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)于乙烯和丙烯的需求量高，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對(duì)低碳烯烴的總體需求量大。因此，在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，為了使市場(chǎng)這一需求能夠得到滿足，在工業(yè)生產(chǎn)中，加強(qiáng)對(duì)MTO工藝的應(yīng)用與推廣迫在眉睫。通過(guò)對(duì)工藝進(jìn)行應(yīng)用，能夠滿足現(xiàn)代市場(chǎng)發(fā)展需求，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)健康發(fā)展。由此可見(jiàn)，在現(xiàn)代工業(yè)中，加強(qiáng)對(duì)化學(xué)合成原理的研究，將化學(xué)合成原理應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用具有巨大探究?jī)r(jià)值。因此，相關(guān)研究學(xué)者在日后工作中，應(yīng)對(duì)加強(qiáng)對(duì)有機(jī)化學(xué)合成原理的研究，在對(duì)正確認(rèn)知這一原理基礎(chǔ)上，掌握有機(jī)化學(xué)合成原理在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用技巧以及應(yīng)用方式，完成工業(yè)生產(chǎn)工作，一方面能夠使我國(guó)石油資源緊張情況得到緩解，另一方面也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的推動(dòng)，確保工業(yè)健康發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了減少石油資源消耗量，提高煤炭資源利用率，減少煤炭資源應(yīng)用，合理配置資源，要加強(qiáng)對(duì)有機(jī)化學(xué)合成原理的研究。通過(guò)合理方式將有機(jī)化學(xué)合成原理應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，這一方面能夠?yàn)槲覈?guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型、發(fā)展提供支持，另一方面也能夠?yàn)榧涌旃I(yè)升級(jí)。通過(guò)對(duì)利用甲醇生產(chǎn)烯烴這一有機(jī)化學(xué)合成原理進(jìn)行應(yīng)用，掌握這一原理在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用情況，希望能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)人員生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展提供一個(gè)新思路，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。