物理性質
丙烯在常壓下是一種無色氣體,比空氣略重,有輕微芳香味。
化學性質
聚合
丙烯的化學性質由它的雙鍵和烯丙基上的氫原子所決定。丙烯分子結構中,由于僅在主平面上的投影顯示出低度對稱性,使得它成為最小的穩定态不飽和碳氫化合物。這種不對稱性,同樣也表現在丙烯的偶極矩僅為0.35D,容易發生各種不同類型的化學反應。1位和2位上的碳原子同乙烯分子結構一樣,在同一個三角形平面上,由于雙鍵的存在而不能自由旋轉而3位碳原子象甲烷一樣處于四面體内,可以自由旋轉,烯丙基上的氫原子為該碳原子所吸引。烯丙基上的氫原子是使得它的化學性質與乙烯不同的主要原因。
丙烯分子可以進行自身加成反應,當用磷酸、氟化硼或硫酸載于固體上作催化劑時反應按正碳離子機理進行,在低溫下,丙烯二聚的主要廣物是4-甲基-2-戊烯。
如用烷基堿金屬和某些堿金屬化合物作催化劑,使丙烯進行二聚反應,反應按負碳離子方向進行,産物主要是4-甲基-1-戊烯。由于丙烯分子的不對稱性和同時進行着雙鍵的位移、順反結構的轉換,其産物組成可能包含各種己烯異構體和C6以上的烯烴。C6烯烴可作為合成高聚物的原料,汽油摻和劑等。
丙烯在酸性催化劑上低聚後生成壬烯和十二烯,當丙烯與丁烯混合物共低聚時,其聚合物含有大量的庚烯。
以烷基鋁和三氯化钛作催化劑或茂金屬和甲基鋁氧烷為催化劑,在一定溫度和壓力下,以本體、乳液或氣相法進行丙烯聚合,得聚丙烯。
丙烯還可以在可溶性釩鋁催化體系溶液中與乙烯共聚,合成乙丙橡膠。
加氫
丙烯與其它含有一個雙鍵的烯烴一樣,在加氫反應中每摩爾放出的熱量是一樣的,約為12.56kJ/mol。但丙烯加氫反應無工業價值。
水合
丙烯在酸的作用下可間接水合,在固體催化劑存在時,可直接水合得異丙醇以硫酸為催化劑進行水合時,丙烯首先與硫酸反應生成硫酸酯,硫酸酯水解得異丙醇,反應方程表示如下:
CH3-CH=CH2+H2SO4→(CH3)2CH-O-SO3H
CH3-CH=CH2+(CH3)2CH-O-SO3H→(CH3)2CH-O-SO2-O-CH(CH3)2
(CH3)2CH-O-SO3H+H2O→CH3-CH(OH)-CH3+H2SO4
上述反應異丙醇收率可達95%。
也可直接水合得異丙醇,其反應方程為:
CH3CHCH2+H2O→(CH3)2CHOH
催化氧化
丙烯催化氧化制丙烯醛。
Sohio法采用钼酸铋或磷钼酸鹽作催化劑是丙烯醛生産在經濟上的新突破,很多公司還開發了高選擇性多組分催化劑體系,選擇性以丙烯計可達到75~84%。
用氯化钯作催化劑氧化丙烯得到丙酮,收率達92%,反應方程如下:
CH3CH=CH2+PbCl2+H2O→CH3COCH3+Pb+2HCI
與鹵素反應
丙烯與鹵素在不同條件下可進行兩種加成反應。
在室溫下或在氣相光照作用下或有催化劑的情況下,丙烯與鹵素反應
X2+CH3CH=CH2→CH3CHXCH2X(1,2-二鹵丙烷)
在水中的反應:
CH3CH=CH2+CI2+H2O→CH3CH(OH)CHCI+HCI或CH3CHClCH2OH+HCl
與溴化氫反應
不對稱烯烴與鹵化氫加成,雖然都按不對稱加成規律進行。但在反應時,若有過氧化物存在,溴化氫與氯化氫、碘化氫不同。生成的是1-溴丙烷而不是2-溴丙烷。
CH3CH=CH2+HBr→CH3CH2CH2Br(過氧化物做催化劑)
CH3CH=CH2+HBr→CH3CH2BrCH3
環氧化反應
共氧化法是利用有機過氧化物産生氧自由基,在催化劑的作用下将過氧部分的氧轉移到丙烯上生成環氧化物,這樣使得氫過氧化物轉化成醇或酮、将過酸轉化成酸。
主要用途
丙烯可聚合生成聚丙烯,與乙烯共聚生成乙丙橡膠,苯烴化生成異丙苯,水合生成異丙醇,氧化生成環氧丙烷等。
危險性概述
健康危害:本品為單純窒息劑及輕度麻醉劑。
急性中毒:人吸入丙烯可引起意識喪失,當濃度為15%時,需30分鐘;24%時,需3分鐘;35%~40%時,需20秒鐘;40%以上時,僅需6秒鐘,并引起嘔吐。慢性影響:長期接觸可引起頭昏、乏力、全身不适、思維不集中。個别人胃腸道功能發生紊亂。
環境危害:對環境有危害,對水體、土壤和大氣可造成污染。
燃爆危險:本品極度易燃。
消防措施
危險特性:易燃,與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與二氧化氮、四氧化二氮、氧化二氮等激烈化合,與其它氧化劑接觸劇烈反應。氣體比空氣重,能在較低處擴散到相當遠的地方,遇火源會着火回燃。
有害燃燒産物:一氧化碳、二氧化碳。
滅火方法:切斷氣源。若不能切斷氣源,則不允許熄滅洩漏處的火焰。噴水冷卻容器,可能的話将容器從火場移至空曠處。
滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳、幹粉。
防護措施
呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,但建議特殊情況下,佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。
眼睛防護:一般不需要特殊防護,高濃度接觸時可戴化學安全防護眼鏡。
身體防護:穿防靜電工作服。
手防護:戴一般作業防護手套。
其他防護:工作現場嚴禁吸煙。避免長期反複接觸。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。
洩漏應急處理:迅速撤離洩漏污染區人員至上風處,并進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防靜電工作服。盡可能切斷洩漏源。用工業覆蓋層或吸附、吸收劑蓋住洩漏點附近的下水道等地方,防止氣體進入。合理通風,加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑收容産生的大量廢水。如有可能,将漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設适當噴頭燒掉。漏氣容器要妥善處理,修複、檢驗後再用。
儲存運輸
操作注意事項
密閉操作,全面通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統和設備。防止氣體洩漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、酸類接觸。在傳送過程中,鋼瓶和容器必須接地和跨接,防止産生靜電。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及洩漏應急處理設備。
儲存注意事項
儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與氧化劑、酸類分開存放,切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易産生火花的機械設備和工具。儲區應備有洩漏應急處理設備。
運輸注意事項
采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄闆,并用三角木墊卡牢,防止滾動。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置,禁止使用易産生火花的機械設備和工具裝卸。嚴禁與氧化劑、酸類等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。中途停留時應遠離火種、熱源。公路運輸時要按規定路線行駛,勿在居民區和人口稠密區停留。
生産工藝
目前增産丙烯的化學工藝研究主要集中在4個方面:一是改進FCC等煉油工藝,挖掘現有裝置潛力,增産丙烯的FCC裝置升級技術;二是充分利用煉油及乙烯裂解副産的C4-C8等資源,轉化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術、烯烴歧化技術;三是丙烷脫氫工藝;四是以天然氣、煤等為原料,生産乙烯、丙烯的甲醇制烯烴工藝等。
增産FCC工藝技術
與傳統的FCC相比,這類工藝技術操作條件更為苛刻,要求反應溫度、劑油比更高,催化時間更短。運用這些技術,雖然汽油收率會受到一定影響,但汽油中的烯烴含量降低,質量得以提高,丙烯的産量比傳統FCC髙2~4倍。我國煉油工業催化裂化加工能力大、摻渣比高,造成汽油中烯烴含量高,開發應用增産丙烯的FCC工藝技術,在提高油品質量的同時,為下遊提供更多的低碳烯烴,具有良好的市場前景。
低碳烯烴裂解工藝技術
低碳烯烴裂解是将C4~C8烯烴在催化劑作用下轉化為丙烯和乙烯的工藝,它不僅可以解決煉廠和石腦油裂解副産的C4~C8的岀路冋題,又可以增産高附加值的乙烯、丙烯産品,成為近年研究較為活躍的領域從投資費用、生産成本與綜合收益來看,烯烴裂解工藝均是最具吸引力的工藝。固定床工藝流程相對簡單,适于和現有蒸汽裂解結合;流化床工藝流程相對複雜,适于建設大規模生産裝置,可以納入烯烴聯合裝置,也可以單獨建立裝置。随着我國一批大型乙烯裂解裝置的擴建與新建,烯烴資源越來越豐富,對開發岀自主知識産權的烯烴裂解技術,解決C4烯烴副産、增産高附加值丙烯需求迫切。
烯烴歧化工藝技術
烯烴歧化技術多年以前已經開發成功,隻是因為近年來一些地區丙烯價格逐步走高,這一技術又重新引起了人們的重視。它是一種通過烯烴碳碳雙鍵斷裂并重新轉換為烯烴産物的催化反應,目前以乙烯和2-丁烯為原料歧化為丙烯的生産技術研究較為活躍,主要有ABB Lummus公司的OCT高溫催化劑工藝和法國石油研究院(IFP)的Meta4低溫催化劑工藝。
烯烴歧化工藝可應用于石腦油蒸汽裂解裝置增産丙烯,投資增加不多,即可提石油裂解裝置的丙烯/乙烯産量比,但缺點是每生産1t丙烯,要消耗掉0.42t乙烯,因此隻有在丙烯價格高于乙烯價格、乙烯産量過剩時才是經濟可行的。另外,歧化技術不能将異丁烯以及~C烯烴轉化為丙烯,應用受到一定限制。近年開發的自動歧化技術不用或用少量乙烯,應用前景看好。
另外還有丙烷脫氫制丙烯工藝技術、甲醇制烯烴工藝技術、烯烴裂解工藝與MTO組合等。