石油化学工业的发展和作用

石油化工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。

石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是对原料油和气（如丙烷、汽油、柴油等）进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。

第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料（约200种）及合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶）。这两步产品的生产属于石油化工的范围。

有机化工原料继续加工可制得更多品种的化工产品，习惯上不属于石油化工的范围。

一、石油化工的作用

⒈ 石油化工是能源的主要供应者

石油化工，主要指石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者。目前，全世界石油和天然气消费量约占总能耗量60%；我国因煤炭使用量大，石油的消费量不到20%。石油化工提供的能源主要作汽车、拖拉机、飞机、轮船、锅炉的燃料，少量用作民用燃料。能源是制约我国国民经济发展的一个因素，石油化工约消耗总能源的8.5%，应不断降低能源消费量。

⒉ 石油化工是材料工业的支柱之一

金属、无机非金属材料和高分子合成材料，被称为三大材料。全世界石油化工提供的高分子合成材料目前产量约1.45亿吨。除合成材料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料，在属于化工领域的范畴内，除化学矿物提供的化工产品外，石油化工生产的原料，在各个部门大显身手。

⒊ 石油化工促进了农业的发展

农业是我国国民经济的基础产业。石化工业提供的氮肥占化肥总量的80%，农用塑料薄膜的推广使用，加上农药的合理使用以及大量农业机械所需各类燃料，形成了石化工业支援农业的主力军。

⒋ 各工业部门离不开石化产品

现代交通工业的发展与燃料供应息息相关，可以毫不夸张地说，没有燃料，就没有现代交通工业。金属加工、各类机械毫无例外需要各类润滑材料及其它配套材料，消耗了大量石化产品。建材工业是石化产品的新领域，如塑料建材、门窗、铺地材料、涂料被称为化学建材。轻工、纺织工业是石化产品的传统用户，新材料、新工艺、新产品的开发与推广，无不有石化产品的身影。当前，高速发展的电子工业以及诸多的高新技术产业，对石化产品，尤其是以石化产品为原料生产的精细化工产品提出了新要求，这对发展石化工业是个巨大的促进。

二、石油化工的发展

石油炼制起源于19世纪20年代。

20世纪20年代汽车工业飞速发展，催化裂化工艺开发成功，加上其他加工工艺的开发，形成了现代石油炼制工艺。为了利用石油炼制副产品的气体，1920年开始以丙烯生产异丙醇，这被认为是第一个石油化工产品。

20世纪50年代在裂化技术基础上，开发了以制取乙烯为主要目的的烃类水蒸汽高温裂解，简称裂解技术，裂解工艺的发展为发展石油化工提供了大量原料。同时，一些原来以煤为基本原料，通过电石、煤焦油生产的产品陆续改由石油为基本原料，如氯乙烯等。

在20世纪30年代，高分子合成材料大量问世。按工业生产时间排序为：

1931年为氯丁橡胶和聚氯乙烯；

1933年为高压法聚乙烯；

1935年为丁腈橡胶和聚苯乙烯；

1937年为丁苯橡胶；

1939年为尼龙66。

第二次世界大战后石油化工技术继续快速发展。

1950年开发了腈纶；

1953年开发了涤纶；

1957年开发了聚丙烯。

石油化工高速发展的原因是：

⑴ 有大量廉价的原料供应，50-60年代，原油每吨约15美元；

⑵ 有可靠的、有发展潜力的生产技术；

⑶ 产品应用广泛，开拓了新的应用领域。

原料、技术、应用三个因素的综合，实现了由煤化工向石油化工的转换，完成了化学工业发展史上的一次飞跃。

20世纪70年代以后原油价格上涨，1996年每吨约170美元，石油化工发展速度下降，新工艺开发趋缓，并向着采用新技术、节能、优化生产操作、综合利用原料、向下游产品延伸等方向发展。一些发展中国家大力建立石化工业，使发达国家所占比重下降。1996年全世界原油加工能力为38亿吨，生产化工产品用油约占总量的10%。

三、石油化工产品与人们的生活

⒈ 腈纶纤维

过去人们常说：“羊毛出在羊身上”，这似乎是个不容怀疑的真理。但石油化学工业的飞速发展已改变了人们只向自然索取的习惯。以前，人们穿的衣料，都是来自棉、毛、丝、麻这些天然纤维。而在今天，化学纤维的比例，已经远远超过了天然纤维。

化学纤维有两种类型。

人类较早利用的是人造纤维，它是用木材或野生植物等这些含有纤维素的物质为原料，经过化学处理和机械加工而制成的纤维，它的品牌产品有粘胶纤维和醋酸纤维（人造丝）等。

近现代开始利用的是合成纤维。它所用的原料，是煤、石油、天然气这些本身并不含纤维素的物质，经过一系列的化学过程而合成的。它的三个品牌，就是大家所熟悉的锦纶（尼龙）、涤纶（的确凉）、腈纶。在合成纤维的总产量中，三大品牌占了10％以上。

被人们称作人造羊毛的腈纶，就是用石油的裂解产物丙烯，结构简式：CH2=CH-CH3为原料进行生产的。首先让丙烯在一定温度（400～500℃）、一定压力（2～3大气压）和有催化剂存在的条件下，跟氨气、氧气等发生反应，生成丙烯腈（CH2=CHCN）：

2CH2=CH-CH3＋2NH3＋3O2→2CH2=CH-CN＋6H2O

（丙烯） （丙烯腈）

丙烯腈在一定条件下能聚合得到白色粉末状物质聚丙烯腈。再把这种白色粉末用适当溶剂溶解，得到纺线溶液后，即可进行纺丝。

腈纶纤维以质轻、柔软、保暖性好等著称，它的外观很像羊毛，其强度比真羊毛还要高两倍，并具有高膨松性，可加工制成各种五颜六色的膨体纱。因此，腈纶问世不久，便夺得了纺织界的品牌，成为人们普遍欢迎的织物原料。这不仅为合成纤维这个新名争得了荣誉，也为它的出身——石油增添了不少光彩。

⒉ 塑料

在我们的生活中，塑料是一种运用十分广泛的化学有机合成物。它是以石油为来源并形成了当今世界的一门新兴的产业，并获得了飞速的发展。1970年，世界塑料总产量为2965万吨，到今天已经超过了２亿多吨，产量迅速增加。它的品种也呈加速度增长，本世纪初，还只有酚醛塑料（电木）一个品种，今天已经发展到一千多种。

塑料品种虽然很多，但也可分为两大类：通用塑料和工程塑料。

通用塑料是指一般应用较广，没有多少特殊要求的一般塑料。

工程塑料是指能代替金属用于制造轴承、齿轮、阀门等机器零件及外壳的塑料，技术含量较高。

大家熟悉的聚乙烯塑料，就是在世界产量居首位的一个通用塑料的品种。它是以聚乙烯为原料，在一定温度和压力下聚合而成。常用它制造塑料薄膜、各种容器、电缆皮及泡沫塑料等。

近三十多年来，塑料薄膜在农业上被越来越普遍的推广。我国是个农业大国，每年的需求量都在百万吨以上。人们用它来制造塑料薄膜温室，既可透光又可保温，使农作物既可进行充分的光合作用，又不致由于温度过低而停止或放慢生长发育的速度，甚至在冬天还会发生冻伤、冻死的现象。在薄膜温室中，可以生产一年四季的蔬菜品种，并且还能缩短蔬菜等农作物的生长成熟期，提高作物的产量。

通用塑料耐高温，耐低温的性能较差，热了变软，冷了变脆，一般只能在60℃范围内才能保持正常。显然，这种通用塑料难以用作工程材料。1950年，一种聚四氟乙烯的塑料品种诞生后，改变了它的尴尬局面。它具有不怕严寒酷暑的本领，可在200～250℃之间保持性能不变，并具有不怕强酸强碱以至王水的腐蚀。这就是被称为“塑料王”的最早的工程塑料。

今天的工程塑料，已经产生了许多性能更为优良的品种。聚四氟乙烯虽有“塑料王”之称，但它不易加工，在高温下使用会产生对人体有害的有毒气体。今天我们广泛使用的是ABS工程塑料，克服了上述这些缺点。它是用丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种原料，共同聚合而成，因而它集中了丙烯腈的耐热、抗腐蚀性，丁二烯的高弹性，苯乙烯的易加工的特点，受到工程师们的空前热烈的欢迎，成为新的“塑料王”。

在空间技术方面，随着现代宇航事业的发展，一些高强度的工程塑料也占有了一席之地。一种能在1500℃高温下，处理聚丙腈而得到的碳纤维材料，在一定时间里，可以经受4000℃通用的高温，可用来做火箭头部结构的材料，满足了空间技术材料的要求而受到空间材料专家的青睐。

塑料不仅在航天方面，工程方面有着广泛的用途，在人类医疗器材的发展上也有着许多独特的贡献。在人造医疗用塑料制品上，发挥了金属发挥不了的作用。它们被用于制造人造血管、人造食道、人造骨骼以及人造角膜等塑料制品，已经在人体中得到了成功的运用。人们把一个塑料心脏，换在牛的体内，这头小牛居然活了两星期。我们可以预料，在人体内使用塑料心脏以挽救心脏功能衰竭病人生命的日子，已经为期不远了。

⒊ 橡胶

橡胶也是人们生活中常用的一种材料，天然橡胶的生产受到地区和气候条件的限制，已不能满足日益发展的需要，合成橡胶就必然蓬勃地发展起来了。

人类对橡胶树中流出的乳胶进行了研究，结果发现它的基本成分是异戊二烯，于是人们就开始合成这种成分。终于在1914年第一次合成出具有弹性的材料，叫做甲基橡胶。近几十年来，由于合成橡胶不受天时地利条件的限制，生产效率大大超过天然橡胶，而且合成橡胶的性能在耐油、耐磨、耐高温、耐低温、气密性等方面都较天然橡胶优越。所以目前的产量已大大超过天然橡胶。

合成橡胶所需要的大量原料，如：乙烯、丙烯、丁烯和芳香烃，都可以来自石油化工。先从石油中获得生产合成橡胶的单体，然而通过聚合，连结成一条很长的“链条”。不过，它不是一条笔直的"链条"，而是弯弯曲曲的，既能屈能伸，又能作旋转运动的“链条”，这就使合成橡胶单体聚联成具有弹性的大分子固体。

合成橡胶品种繁多，习惯上根据合成橡胶的主要用途，大致分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两大类。一般通用橡胶产量较大，主要用来生产各种轮胎，工业用品、生活用品及医疗卫生用品。特种橡胶专门用作在特殊条件下使用的橡胶制品。如：丁腈橡胶主要特点是耐油性好，广泛用于制造各种耐油胶管、油箱、密封垫片等。又如某些含氟橡胶不仅能耐高温，而且不受化学药剂的侵蚀，用这种橡胶制成的密封环在200℃腐蚀液中可以经受6万次反复变形，而能保持性能不变。

⒋ 化肥

化肥同样是人们生活中常用的一种材料。土地的营养来自肥料。由于自然界中各种天然的有机肥，例如人畜的粪尿、厩肥、草木灰和各种腐殖质等，已越来越满足不了农业生产的需求，所以，人们就逐步探索并发展了采取化学的办法来合成肥料，这种肥料就叫化学肥料。简称为化肥。

化肥中以氮肥在农业生产中用量最大，目前世界上各国的化肥生产中，氮肥的生产均占首位。

氮肥的品种很多：常用的有尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵和氯化铵。它们都是白色颗粒状晶体，并都易溶于水，在土壤中易被植物根部吸收。氮是农作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要组成成分，它能促进作物生长，使茎、叶茂盛，叶色浓绿，促进植物的光合作用而使作物增长。如一斤硫酸铵用于施肥可增产4斤粮食。而尿素比硫铵含氮高2倍以上，肥效更大，并且可以在任何土壤中使用，不破坏土壤。

氨是氮肥的基本原料。我们常在通风不好的厕所都会闻到一股刺激性的臭味，这实际上就是氨所发出的气味。氨与硫酸作用，就生成硫酸铵；氨与硝酸作用，就可制得硝酸铵；氨与碳酸作用，就能生成碳酸氢铵；氨与盐酸作用，就能得到氯化铵；氨在一定条件下与二氧化碳作用，就能合成尿素。那么在工业上怎么制取氨呢？

制氨的原料是氮气和氢气。空气中五分之四是氮气，所以，制氨工业中用的氮气，不言而喻，即可取之于空气。

制氨工业中所需的氢气，可以有许多方法取得。其中以天然气、炼厂气为原料来制取氢，则具有成本低、纯度高等优点。目前我国不少化肥厂就是用这种方法来制取氢气的。人们从“空中取氮”，“油中取氢”后，将它们按要求比例混合，然后，在一定条件下进行化学反应，就可以得到合成氨。有了氨，就有了氮肥。有了氮肥，也就有了农田增产的保证。

有机合成材料从本世纪五十年代发展起来已经为人类作出了巨大的贡献，这不仅改善了人类的社会物质生产装备，也改变了人们的物质生活面貌。然而现阶段人类主要是以石油、煤、天然气为原料来发展有机化工工业，这些资源在自然界都是有限的，属不可再生的能源，因此人类迫切需要将化工研究的目光转向有着丰富资源的自然界，从有机物中发展有机化工并且还要研究从无机物中寻找合成材料。人类只有从无限的自然资源中寻求，从阳光、空气、水中探索新材料的发展才会使化学工业得到最终快速的发展。