α-烯烃(α-olefin, Alpha Olefins)指双键在分子链端部的单烯烃,其分子式是R-CH=CH2,其中R为烷基。若R为直链烷基,则称为直链α-烯烃(LAO)。α-烯烃的来源多种多样,主要包括以下几种途径:
一、石油加工过程
催化裂化:在石油加工过程中,催化裂化是一种重要的工艺,其生成物中含有α-烯烃。这些α-烯烃的生成是石油馏分在高温和催化剂的作用下发生裂化反应的结果。
热裂解:热裂解法也是获取α-烯烃的一种途径。在高温条件下,石蜡等原料分子中的碳-碳键断裂,生成不同链长的α-烯烃。这种方法在历史上曾得到广泛应用,但随着乙烯低聚法的发展,热裂解法已逐渐被淘汰。
二、煤制油过程
利用煤制油技术生产α-烯烃是近年来兴起的另一种途径。煤基合成油粗产品组分复杂,含有正构烷烃、醇等多种有机化合物。通过精馏、萃取等分离技术,可以从煤基合成油中提纯出α-烯烃。这种方法有利于煤制油企业多元化、精细化发展,尤其是在石油资源日益紧张的背景下,具有重要的战略意义。
三、其他合成方法
乙烯低聚法:乙烯低聚法是目前工业上生产α-烯烃的主要方法。该方法以乙烯为原料,在催化剂的作用下发生低聚反应,生成不同碳链长度的α-烯烃。这种方法具有产品质量高、生产规模大的优点,是当前市场上α-烯烃的主要来源。
费托合成:费托合成是一种将合成气(一氧化碳和氢气)转化为烃类化合物的化学过程。在费托合成产物中,α-烯烃的含量较高且碳数分布较窄,有利于进一步加工提纯。通过精馏等分离技术,可以从费托合成产物中分离出高纯度的α-烯烃。
四、天然来源
虽然天然来源的α-烯烃在工业上应用较少,但某些植物油和动物脂肪在加氢处理过程中也可以生成α-烯烃。然而,这种方法由于成本较高且产量有限,因此在工业上并不常见。
α-烯烃常作为POE的共聚单体去使用,当其质量分数达到20%以上时,所得聚烯烃树脂就会由热塑体向弹性体转变。这种转变使得POE既具有塑料的硬度和稳定性,又具有橡胶的弹性和柔韧性。那么,α-烯烃,到底如何影响了POE,影响了POE的哪些方面呢?
一、对POE性能的影响
力学性能:α-烯烃的含量越高,POE的力学性能通常越好。高比例的α-烯烃能够形成更长的共聚单体支链,这些支链在POE中产生了柔软链卷曲结构,有助于形成具有橡胶弹性的无定形区域(橡胶相),同时聚乙烯链段的结晶区则起到物理交联点的作用。这种结构使得POE在室温或低温下表现出优异的弹性,在高温下则容易转变为熔融流体,便于加工。
加工性能:以α-烯烃作为原料制作POE,获得的POE分子内没有不饱和双键,因此其耐候性优于其他弹性体。同时,POE具有较强的剪切敏感性和熔体强度,这些特性使得其在加工过程中能够实现高挤出,提高生产效率。此外,POE良好的流动性也有助于改善填料的分散效果,提高制品的熔接强度。
二、对POE产量的影响
原料供应:目前,α-烯烃是制约POE生产的“卡脖子”要素之一。由于国内α-烯烃的合成技术相对落后,特别是高碳数(如C8、C10等)的α-烯烃主要依赖于进口。这导致POE的生产成本较高,且供应链存在不确定性。
技术壁垒:α-烯烃的核心在于催化剂的选用和聚合工艺的控制。国内企业在这些方面仍处于产业化阶段,与国际先进水平存在差距。因此,突破α-烯烃的关键技术对于降低POE生产成本、提高产品质量具有重要意义。
不难看出,α-烯烃对POE的性能和生产来讲发挥着举足轻重的作用,但随着国内企业对α-烯烃和POE生产技术的不断研发和改进,POE的国产化进程也在加速推进。目前国内在建、拟建的α-烯烃项目如下:
一、卫星化学α-烯烃综合利用高端新材料产业园项目
项目规模:总投资高达266亿元,共建设5套10万吨/年α-烯烃(LAO)装置,3套20万吨/年聚烯烃弹性体(POE)装置。
项目进展:项目已于2024年6月24日正式动工,预计将在2025年建成投产。其中,α-烯烃工业试验项目已经完成,10万吨装置工艺包开发也已基本完成,计划2025年底建成。POE中试开展顺利,工业化项目将与α-烯烃同步建设。
二、浙石化α-烯烃项目
项目规模:浙石化拥有1000吨/年α-烯烃中试装置,该装置于2023年成功开车,顺利产出优等产品1-己烯。
项目进展:浙石化还在规划更大规模的α-烯烃生产项目,以满足市场对高端聚烯烃的需求。
三、湛江中捷精创新材料科技有限公司α-烯烃及POE项目
项目规模:年产5万吨α-烯烃、10万吨POE。
项目进展:该项目于2023年6月1日进行环评公示,目前正处于建设阶段。
四、东方盛虹α-烯烃及POE项目
项目规模:整体规划50万吨POE配套30万吨α-烯烃,一期10万吨POE项目即将开工建设。
项目进展:项目已进入环评公示阶段,计划在未来几年内逐步建成投产。
五、兰州石化α-烯烃项目
项目规模:拟建2万吨/年1-辛烯装置。
项目进展:该项目作为兰州石化公司转型升级乙烯改造项目的一部分,正在进行环评公示,预计将在未来几年内建成投产。
六、蒲城清洁能源化工有限责任公司乙烯齐聚制备高碳α-烯烃千吨级中试项目
项目规模:新建1000吨/年高碳α-烯烃装置。
项目进展:项目已进入环评公示阶段。
七、新浦化学(泰兴)有限公司500吨/年高碳α烯烃项目
项目规模:500吨/年高碳α-烯烃。
项目进展:新建石化项目中试生产装置,不属于 规模化生产,中试装置运行周期为2年。
八、洪宇集团5万吨/年乙烯齐聚联产1-辛烯及1-己烯项目
项目规模:联产1-辛烯33300吨/年及1-己烯16700吨/年
项目进展:项目已进入环评公示阶段。
九、茂名石化5万吨/年1-辛烯
项目规模:5万吨/年1-辛烯
项目进展:茂名市生态环境局拟对环评文件作出批准决定的公示
十、万华化学α烯烃综合利用高端新材料项目
项目规模:2套10万吨/年α-烯烃装置(丁烯-1),1套10万吨/年α-烯烃装置(己烯-1、辛烯-1)
项目进展:万华化学子公司万融新材料α烯烃综合利用高端新材料项目2月4日备案。
越来越多的化工企业聚焦于α-烯烃和POE的生产上,这将大大有助于打破国外企业的垄断地位,降低POE的市场价格,促进其在更多领域的应用。