有机化工原料大全：基本有机化工原料全解析

有机化工原料大全：基本有机化工原料全解析

一、基本有机化工原料分类

（一）原料分类

基本有机化工的直接原料来源广泛且种类多样。其中包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、丙烯、C4 以上脂肪烃、苯、甲苯、二甲苯乙苯等，这些原料主要来源于石油、天然气和煤。从原油、石油馏分或低碳烷烃的裂解气、炼厂气，以及煤气经过分离处理，能够制得用于不同目的的脂肪烃原料。例如，从催化重整的重整汽油、烃类裂解的裂解汽油以及煤干馏的煤焦油中，可以分离出芳烃原料。适当的石油馏分也可直接用作某些产品的原料。由湿性天然气可以分离出甲烷以外的其他低碳烷烃。从煤气化和天然气、炼厂气、石油馏分或原油的蒸汽转化或部分氧化能够制得合成气。由焦炭制得的碳化钙、或由天然气、石脑油裂解均能制得乙炔。此外，农林副产也可为基本有机化工提供原料，如某些植物油脂可用于生产生物柴油等化工产品，体现了资源的多元化利用。

（二）产品分类

基本有机化工产品依据所用原料可进行分类：

1、合成气系产品：合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）可用于生产甲醇、合成氨等众多产品。甲醇是一种重要的基础化工原料，可进一步合成甲醛、醋酸等多种化工产品，在塑料、涂料、胶粘剂等行业有着广泛应用。合成氨则是生产氮肥的关键原料，对农业生产起着至关重要的作用。

2、甲烷系产品：甲烷可用于制造合成气、卤代甲烷（如氯甲烷、二氯甲烷等）等。卤代甲烷在制冷剂、溶剂、灭火剂等领域有应用，例如二氯甲烷常用作溶剂，在涂料脱漆剂、医药萃取剂等方面有着重要用途。

3、乙烯系产品：以乙烯为基础可生产聚乙烯、环氧乙烷、氯乙烯、苯乙烯等大量产品。聚乙烯是最常见的塑料之一，广泛应用于包装、管材、薄膜等领域。环氧乙烷除了用于生产乙二醇外，还在生产表面活性剂等多种化工原料方面有应用，在日化、纺织等行业有着重要地位。氯乙烯是生产聚氯乙烯（PVC）的单体，PVC 在建筑材料、电线电缆外皮等方面用量巨大。苯乙烯用于制造聚苯乙烯塑料、丁苯橡胶等多种聚合物，在塑料制品和橡胶制品行业应用广泛。

4、丙烯系产品：丙烯可用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等产品。聚丙烯是一种性能优良的塑料，在注塑、纤维、薄膜等领域应用广泛。丙烯腈是合成纤维（腈纶）、合成橡胶（丁腈橡胶）、合成塑料（ABS）的主要单体，在纺织、橡胶、塑料等行业有着重要地位。环氧丙烷可用于生产聚氨酯泡沫塑料、丙二醇等产品，在建筑保温材料、涂料、化妆品等领域有应用。

5、C4 以上脂肪烃系产品：如丁二烯可用于生产合成橡胶（如顺丁橡胶、丁苯橡胶等），在轮胎制造等橡胶工业领域有着关键作用。异丁烯可用于生产甲基叔丁基醚（MTBE），作为汽油添加剂可提高汽油的辛烷值，改善汽油的燃烧性能。

6、乙炔系产品：乙炔可用于生产聚乙炔、氯乙烯等产品。聚乙炔具有特殊的导电性能，在电子材料等领域有潜在的应用前景。氯乙烯已如前述，是生产聚氯乙烯的重要单体。

7、芳烃系产品：包括苯、乙苯、对二甲苯、甲苯和邻二甲苯等。苯可用于生产苯乙烯、苯酚、环己烷等众多产品。乙苯是制苯乙烯的原料，苯乙烯在塑料和橡胶行业应用广泛。对二甲苯主要用于生产聚酯纤维（如涤纶）和聚酯树脂，在纺织和塑料工业中占据重要地位。甲苯可用于生产炸药、苯甲酸等产品，在化工和军工等领域有应用。邻二甲苯可用于生产邻苯二甲酸酐等产品，在塑料增塑剂等行业有应用。从每一类原料出发，都可制得一系列产品，这些产品相互关联又各自独立，构成了庞大而复杂的基本有机化工产品体系。

（三）产品用途

基本有机化工产品的用途主要涵盖三个重要方面：

1、聚合反应单体：是生产合成橡胶、合成纤维、塑料和其他高分子化工产品的基础原料。例如，乙烯是聚乙烯、聚氯乙烯等塑料以及合成橡胶的单体；丙烯是聚丙烯等塑料和合成橡胶的单体；苯乙烯是聚苯乙烯塑料和丁苯橡胶等的单体。这些单体通过聚合反应形成高分子聚合物，从而具备各种优异的物理化学性能，满足不同领域的使用需求，如塑料在包装、建筑、电子等行业的广泛应用，合成橡胶在轮胎、橡胶制品等领域的不可或缺性。

2、精细化工原料：作为其他有机化学工业，尤其是精细化工产品的原料。精细化工产品种类繁多，如医药、农药、染料、香料、涂料、胶粘剂等行业都依赖于基本有机化工产品。例如，苯可用于生产多种药物中间体；甲苯可用于制造染料中间体；环氧乙烷可用于生产表面活性剂，进而用于洗涤剂、化妆品等精细化工产品的生产。这些精细化工产品在提高人们生活质量、保障农业生产、促进工业发展等方面发挥着重要作用。

3、直接消费用途：按产品所具性质用于某些直接消费领域。例如，用作溶剂（如乙醇、丙酮等）在涂料、油墨、化工合成等过程中用于溶解其他物质，促进反应进行或使产品具有合适的粘度和涂布性能；冷冻剂（如氟利昂替代品如四氟乙烷等）用于制冷设备，实现低温环境的创造；防冻剂（如乙二醇）用于汽车冷却系统，防止冷却液在低温下结冰，保护发动机正常运行；载热体（如导热油）在化工生产过程中用于传递热量，保证反应温度的稳定；气体吸收剂（如氢氧化钠溶液可吸收二氧化碳等酸性气体）在废气处理等环保领域有应用；以及直接用于医药的麻醉剂（如乙醚曾在医学上用作麻醉剂）、消毒剂（如乙醇在医疗消毒方面应用广泛）等。基本有机化工的重要性不言而喻，它是发展各种有机化学品生产的基石，是现代工业结构中的核心组成部分，支撑着众多行业的发展与进步。

二、5 种基本有机化工原料

（一）乙烯

乙烯的性质与地位：乙烯在常温下呈现为无色、易燃烧、易爆炸的气体状态。它在基本有机化工领域占据着极为核心的地位，其生产带动了整个基本有机化工原料的生产体系。乙烯是用途最为广泛的基本有机原料之一，是众多化工产品的起始原料。

乙烯的生产原料与工艺：乙烯的生产原料烃有气态和液态之分。气态原料包括炼厂气、天然气的凝析液等，这类气态原料裂解温度较高，可使乙烯收率高达 85％，并且操作相对简便，因为裂解管不易结焦。然而，气态原料的资源相对匮乏，且副产物较少。液态原料如汽油、煤油、柴油等则来源广泛，不过其裂解温度较低，乙烯收率一般在 25％ - 30％之间，且副产物较多，但便于进行综合利用。在我国，主要以轻柴油作为乙烯生产的原料；美国则以天然气为主；西欧和日本多采用轻汽油。为了减少在炉管中生成焦炭，在裂解原料中通常会加入水蒸气。裂解炉作为乙烯生产的关键设备，有多种型式，其核心部件是放置在炉膛内成排的炉管，通过专门的燃烧器向炉管供热，使物料在炉管内发生裂解反应，物料离开裂解炉时的温度通常在 850 - 900℃之间，炉管需采用耐热合金钢制成以承受高温环境。乙烯的生产方法除了烃类裂解外，还可由煤焦炉所产煤气中分离，或由乙醇（酒精）脱水制取，但自 1923 年裂解法开始应用后，这两种方法的使用逐渐减少，目前仅有少量生产。烃类裂解有多种具体实施方法，其中管式炉法占据绝对主导地位，其生产能力占比高达 99％以上，各公司开发的管式炉技术虽各有特点，但总体结构相似。乙烯的生产示意流程如下：原料首先经加热后进入裂解炉，在炉内发生裂解反应产生高温裂解气，裂解气先进入急冷锅炉快速降温（在此过程中产生的高压水蒸气可带动压缩机），然后再用冷油和水进一步降温，冷却后的气体进入分离工序。以柴油为原料获得的裂解气组成极为复杂，主要成分包括乙烯、丙烯（二者合计占 45％左右），其余还有氢和甲烷（约 10％），乙烷和丙烷（约 10％），碳四馏分（约 10％）以及碳五和以上馏分（约 20％），同时还含有少量有害杂质如水、硫化氢、二氧化碳、乙炔等。

乙烯的分离提纯：通常采用加压低温精馏的方法对乙烯及各种有用产物进行分离，具体工艺流程的安排与裂解气组成及产品纯度要求密切相关。在分离提纯过程中，设置有压缩（加压）、脱水、脱硫、脱炔等工序以及多个精馏塔。经过分离后，可获得乙烯、丙烯（其产量与原料有关，以柴油为原料时，产量约为乙烯的 40％），其余产物包括氢 - 甲烷、乙烷、丙烷（可重新进行裂解）、碳四馏分（需另设装置加以回收利用）、裂解汽油（另设装置生产芳烃）。整个裂解分离过程需要大量的材料和设备投入，尤其是炉管、废热锅炉、大型压缩机、制冷设备、低温换热设备、大型精馏塔等都需要巨额资金投入，并且该过程技术密集，生产流程复杂，物料处理量巨大，使得整个生产装置形成了庞大而复杂的集群。

（二）芳烃

芳烃的定义与主要种类：芳烃是指结构上含有苯环的烃类化合物。在基本有机化工原料中，应用较多的芳烃主要有苯、乙苯、对二甲苯，此外还包括甲苯和邻二甲苯。

芳烃的来源：芳烃的来源较为广泛，主要包括炼油厂重整装置、乙烯生产厂的裂解汽油以及煤炼焦时的副产。不过，随着石油化工的发展，目前通过煤炼焦获得的芳烃在整个芳烃来源中已不再占据重要地位。不同来源的芳烃其组成存在差异，例如裂解汽油中苯和甲苯含量相对较多，二甲苯较少；而重整汽油则是苯含量较少，甲苯和二甲苯较多，且乙苯在这两种油中的含量都较低。这种资源与需求之间的矛盾有力地推动了芳烃生产技术的不断发展。

乙苯与苯乙烯的生产及应用：乙苯是制苯乙烯的关键原料，而苯乙烯又是聚苯乙烯、丁苯橡胶（在合成橡胶中产量最大）等的重要原料。由于炼油厂重整装置和烃类裂解制乙烯过程中生成的乙苯产量较低且分离提纯困难，通常采用乙烯与苯反应合成乙苯。乙苯绝大部分用于生产苯乙烯。苯乙烯是一种具有芳香味的可燃液体，沸点为 145.2℃，其化学性质活泼，极易发生聚合反应，因此除非立即使用，否则需要加入阻聚剂（如对苯二酚）进行保护。苯乙烯作为重要的聚合物单体，主要用于生产聚苯乙烯塑料、丁苯橡胶，还可用于制造泡沫塑料，并且能够与多种单体共同聚合，生产多种工程塑料以及热塑性弹性体，其产品用途极为广泛，在塑料制品、橡胶制品、建筑材料、电子电器等众多行业都有着大量应用。乙烯与苯合成乙苯时，可使用多种催化剂，如三氯化铝（液相法）、磷酸、硅藻土、三氟化硼 - 三氧化二铝或分子筛（牌号为 ZSM - 5）。当使用 ZSM - 5 分子筛催化剂时，反应温度在 370 - 425℃之间，压力为 1.4 - 2.8 兆帕，该过程具有无腐蚀、无污染的优点。为了维持连续生产，通常采用两个反应器交替使用，以便在催化剂除焦再生时能够保证生产不停顿。乙苯脱氢制苯乙烯是当前的主要生产方法，其产量占比高达 90％。在该过程中，催化剂主要是铁的氧化物，反应温度在 610 - 660℃之间，采用蒸馏法分离未反应的乙苯和少量副产物。

（三）环氧乙烷和乙二醇

环氧乙烷的性质与生产：环氧乙烷是以乙烯为原料生产的重要产品，其产量在化工产品中仅次于聚乙烯塑料，位居第二。环氧乙烷是一种低沸点（10.4℃）的易燃易爆气体，在空气中当浓度处于 3％ - 100％范围时均可发生爆炸，这使得其生产、储存和运输过程都需要采取极为严格的安全措施。环氧乙烷的生产方法经历了多次变革，目前广泛采用的是在银催化剂存在下，用氧气直接氧化乙烯的方法，反应温度控制在 250 - 290℃之间，反应压力为 2 兆帕。

乙二醇的性质、生产与应用：乙二醇是环氧乙烷与水的反应物，是最重要的环氧乙烷衍生物之一。它是一种粘稠液体，沸点为 197.6℃，具有一定毒性。除了约 80％ - 90％的环氧乙烷用于生产乙二醇外，其余 10％ - 20％的环氧乙烷产量用于生产表面活性剂及其它多种化工原料。乙二醇的主要应用领域是制取涤纶纤维和聚酯树脂，在纺织行业中，涤纶纤维是应用最为广泛的合成纤维之一，其具有强度高、耐磨、耐皱等优点；聚酯树脂则在塑料、涂料等行业有着大量应用。此外，乙二醇还可用于汽车冷却系统的抗冻剂，当与水混合后，能够显著降低冷却液的结冰温度，可使结冰温度降至－70℃，从而有效保护汽车发动机在低温环境下正常运行。乙二醇还可用作溶剂、润滑剂、增湿剂、炸药等。环氧乙烷与乙二醇通常在一个装置内进行生产，这样有利于提高生产效率和资源利用率，同时也便于对生产过程进行集中控制和管理。

（四）乙苯、苯乙烯

乙苯的性质与合成：乙苯是一种具有芳香味的可燃液体，沸点为 136.2℃。虽然在炼油厂的重整装置和烃类裂解制乙烯过程中都会有乙苯生成，但产量较低且分离提纯难度较大。因此，在工业生产中，通常采用乙烯与苯反应合成乙苯的方法。该合成反应所使用的催化剂有多种选择，如三氯化铝（液相法）、磷酸、硅藻土、三氟化硼 - 三氧化二铝或分子筛（牌号为 ZSM - 5）等。其中，当使用 ZSM - 5 分子筛催化剂时，反应在特定的条件下进行，温度范围为 370 - 425℃，压力为 1.4 - 2.8 兆帕，此过程具有无腐蚀、无污染的优势，有利于环境保护和设备维护。为了确保生产的连续性，一般采用两个反应器交替使用的方式，这样在一个反应器进行催化剂除焦再生时，另一个反应器能够继续维持生产，从而保证整个生产过程不停产。

苯乙烯的性质、应用与生产方法：苯乙烯同样是一种有芳香味的可燃液体，沸点为 145.2℃。其化学性质极为活泼，极易发生聚合反应，所以在储存和运输过程中，如果不能立即使用，必须加入阻聚剂（如对苯二酚）以防止其聚合。苯乙烯作为一种极为重要的聚合物单体，在化工领域有着广泛的应用。它主要用于生产聚苯乙烯塑料，聚苯乙烯具有良好的透明度、绝缘性和加工性能，广泛应用于包装、电子电器、日用塑料制品等行业；同时，苯乙烯也是丁苯橡胶的重要原料，丁苯橡胶在轮胎制造、橡胶制品等行业中占据着重要地位。此外，苯乙烯还可用于制造泡沫塑料，并且能够与多种单体共同聚合，生产多种工程塑料以及热塑性弹性体，产品用途极为广泛，在建筑、汽车、航空航天等众多行业都有着不可或缺的应用。目前，乙苯脱氢制苯乙烯是最主要的生产方法，其产量占比高达 90％。在该生产过程中，需要在催化剂（主要是铁的氧化物）存在下进行，反应温度通常在 610 - 660℃之间，反应后采用蒸馏法分离未反应的乙苯和少量副产物，从而得到高纯度的苯乙烯产品，满足下游众多行业对苯乙烯的需求。

（五）丙烯腈

丙烯腈的性质与重要性：丙烯腈是一种无色有毒液体，沸点为 77.3℃。它在化工领域具有极其重要的地位，是合成纤维（腈纶）、合成橡胶（丁腈橡胶）、合成塑料（ABS）的主要单体。腈纶纤维具有柔软、保暖、耐光等优点，在纺织服装行业有着广泛应用；丁腈橡胶具有良好的耐油性、耐磨性和耐化学腐蚀性，在汽车工业、石油化工等领域用于制造密封件、胶管等橡胶制品；ABS 塑料是一种性能优良的工程塑料，具有良好的强度、韧性和加工性能，广泛应用于电子电器、汽车零部件、玩具等众多领域。此外，丙烯腈还是生产多种有机化工原料的原料，其在化工产业链中起着承上启下的关键作用。

丙烯腈的生产方法演变：在第二次世界大战以前，丙烯腈的生产主要采用环氧乙烷法。但随着战争对丙烯腈需求的急剧增加，为了降低原料成本，开发了乙炔法，该方法使得原料费用大幅下降。然而，到了 1960 年，丙烯法被开发出来，由于其具有原料来源丰富、不使用剧毒物（氢氰酸），反而还能生产氢氰酸,可就近加工成有机玻璃的原料等诸多优势，丙烯法迅速取代了乙炔法，成为目前丙烯腈的主要生产方法。在丙烯腈的生产过程中，使用的催化剂由含磷、钼、铋、铁的氧化物组成，反应温度约为 450℃。在这个反应体系中，丙烯、氨和空气在催化剂的作用下发生复杂的化学反应，一步合成丙烯腈。该反应过程需要精确控制反应条件，包括原料的配比、反应温度、压力以及气体的流速等参数，以确保丙烯腈的高产率和高选择性。同时，由于反应过程中涉及到有毒气体和高温高压等危险因素，生产装置需要配备完善的安全防护设施和废气处理系统，以保障操作人员的安全和环境的友好。例如，反应过程中产生的废气需要经过严格的处理，去除其中的有害物质，如氮氧化物、未反应的氨等，使其达到环保排放标准后才能排放。此外，为了提高生产效率和降低生产成本，生产企业还在不断探索和优化生产工艺，如研发新型催化剂、改进反应设备的结构和材质等，以进一步提升丙烯腈的生产技术水平，满足日益增长的市场需求，并在全球化工市场竞争中占据有利地位。