從應(yīng)用層面來看，α- 烯烴依據(jù)碳鏈長度的差異，在眾多行業(yè)中都發(fā)揮著不可或缺的作用。其中，碳數(shù)處于 C? - C??（或 C??）區(qū)間的直鏈 α- 烯烴成為了應(yīng)用的核心領(lǐng)域，尤其是 C?、C?和 C?等關(guān)鍵組分，更是在塑料工業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。以 1 - 丁烯、1 - 己烯和 1 - 辛烯為例，它們作為生產(chǎn)高密度聚乙烯（HDPE）和線型低密度聚乙烯（LLDPE）的共聚單體，能夠顯著優(yōu)化聚乙烯產(chǎn)品的抗撕裂性能與拉伸強(qiáng)度，在 α- 烯烴的總體消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，這部分應(yīng)用的占比超過了 50%，有力地推動(dòng)了塑料產(chǎn)品在包裝、建筑、汽車等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與性能提升。
在 α- 烯烴的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)過長期的研究與實(shí)踐，已經(jīng)形成了幾種主要的工藝路線，每種路線都有其獨(dú)特的技術(shù)原理和原料基礎(chǔ)。
首先是蠟裂解法，其涵蓋熱裂解法和催化裂解法兩種方式。該工藝主要依賴餾程在 350℃ - 480℃的精制蠟作為起始原料。在裂解反應(yīng)過程中，精制蠟的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂和重排，生成一系列產(chǎn)物，其中直鏈 α- 烯烴是重要的組成部分，其在最終生成物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于 5% - 30% 的區(qū)間范圍，并且絕大部分為直鏈結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得其在后續(xù)的應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢，例如在某些聚合反應(yīng)中能夠提供較為規(guī)整的鏈結(jié)構(gòu)，有助于提升聚合物的性能。
混合 C?分離法的原料來源主要是熱裂解裝置或者催化裂化裝置產(chǎn)生的 C?餾分。其工藝流程相對復(fù)雜且精細(xì)，第一步需要運(yùn)用萃取技術(shù)精準(zhǔn)脫除丁二烯，這是因?yàn)槎《┑拇嬖跁?huì)對后續(xù)產(chǎn)品的純度和性能產(chǎn)生不利影響；接著利用化學(xué)方法有效去除異丁烯；之后通過精密精餾或催化萃取的手段來實(shí)現(xiàn)高純 1 - 丁烯的制備。當(dāng)原料為催化裂化的 C?餾分時(shí)，還需要額外增加一系列預(yù)處理步驟，包括脫硫、脫水以及加氫脫除二烯烴和炔等雜質(zhì)，然后進(jìn)行二聚反應(yīng)以徹底脫除殘余的異丁烯，最終經(jīng)過精餾工序獲得高純度的 1 - 丁烯產(chǎn)品，滿足工業(yè)生產(chǎn)對高純度原料的嚴(yán)格要求。
乙烯齊聚法在 α- 烯烴的生產(chǎn)工藝中占據(jù)著重要地位，應(yīng)用最為廣泛。該方法以乙烯為核心原料，在特定催化劑的催化作用下發(fā)生齊聚反應(yīng)。通過精確調(diào)控反應(yīng)條件和催化劑的種類與活性，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)碳數(shù)在 C? - C??的偶數(shù)碳線性 α- 烯烴的目標(biāo)，為不同領(lǐng)域提供了多樣化的 α- 烯烴產(chǎn)品選擇。在實(shí)際生產(chǎn)中，常見的工藝類型有 Gulf 法、Ethyl 法、SHOP 法和 Linde 法等，每種工藝在催化劑體系、反應(yīng)設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝操作條件等方面都存在一定的差異，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的收率、純度以及成本等方面也有所不同，企業(yè)可根據(jù)自身的技術(shù)實(shí)力、市場需求和經(jīng)濟(jì)成本等因素綜合選擇合適的工藝路線。
植物油法具有獨(dú)特的工藝路線，其起始步驟是將植物油進(jìn)行加氫處理，使植物油中的脂肪酸甘油三酯轉(zhuǎn)化為脂肪醇，這一過程需要在特定的溫度、壓力和催化劑條件下進(jìn)行，以確保反應(yīng)的高效性和選擇性。隨后，脂肪醇經(jīng)過脫水反應(yīng)生成 α- 烯烴。該技術(shù)的歷史較為悠久，早在二戰(zhàn)之前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。由于天然植物油的主要成分大多是 C?? - C??脂肪酸甘油三酯，因此通過這種方法得到的 α- 烯烴碳數(shù)一般也處于 C?? - C??的范圍，在某些特定領(lǐng)域，如生產(chǎn)高性能潤滑油、表面活性劑等方面具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。
費(fèi)托合成法，也被稱為萃取分離法，在煤炭間接液化產(chǎn)生的輕質(zhì)烴類中找到了豐富的原料來源。煤炭間接液化過程中產(chǎn)生的輕質(zhì)烴類富含超過 60% 的 α- 烯烴，并且具有顯著的優(yōu)勢 —— 不含硫、氮、芳烴等雜質(zhì)，這使得其成為生產(chǎn) α- 烯烴的一種極為優(yōu)質(zhì)的高端有機(jī)原料。對于我國眾多煤制油企業(yè)而言，充分利用這一工藝路線生產(chǎn) α- 烯烴，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)多元化、精細(xì)化發(fā)展的重要途徑。在過去的發(fā)展歷程中，煤制油項(xiàng)目大多采用將費(fèi)托產(chǎn)品的烯烴進(jìn)行加氫處理的傳統(tǒng)模式，主要生產(chǎn)常規(guī)穩(wěn)定輕烴和液體石蠟等產(chǎn)品。然而，這種發(fā)展模式在市場競爭中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是在 2020 年初，受到新冠疫情的全球蔓延以及國際油價(jià)的斷崖式下跌的雙重沖擊，煤制油企業(yè)遭受了嚴(yán)重的虧損。因此，為了充分發(fā)揮煤制油的獨(dú)特優(yōu)勢，企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，依據(jù)費(fèi)托合成產(chǎn)品無芳烴、無硫氮、α- 烯烴豐富的顯著優(yōu)勢，大力拓展多元化的產(chǎn)品路線，將生產(chǎn) α- 烯烴作為企業(yè)發(fā)展的重要方向之一。
在 α- 烯烴的分離技術(shù)方面，由于煤基合成油粗產(chǎn)品的組分極為復(fù)雜，其中包含正構(gòu)烷烴、醇等多種有機(jī)化合物，這給 α- 烯烴的分離工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn) α- 烯烴的高效分離，首先必須去除其中的含氧有機(jī)物等雜質(zhì)，然后再通過精餾等技術(shù)手段獲得單組分烯烴。目前，在學(xué)術(shù)研究和工業(yè)實(shí)踐中，已經(jīng)探索出了多種 α- 烯烴的分離方法，如低溫分離法、提餾法、吸附法、吸收法、萃取精餾、膜分離法和分子蒸餾法等。然而，從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，除了少數(shù)方法已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到一定程度的應(yīng)用外，大多數(shù)技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究或小規(guī)模試驗(yàn)階段，在分離效率、成本控制、設(shè)備要求等方面還存在諸多問題需要進(jìn)一步解決。
在國內(nèi)，李永旺等科研人員取得了重要的研究成果，發(fā)明了一種從費(fèi)托輕油中提純 1 - 辛烯的有效方法。該方法首先對費(fèi)托輕油進(jìn)行二次餾分切割操作，精準(zhǔn)地獲取 C?餾分段，這一步驟的關(guān)鍵在于精確控制切割的溫度和壓力條件，以確保 C?餾分段的純度和收率。接著，利用乙醇和水作為共沸劑，通過共沸精餾的方式脫除 C?餾分中的有機(jī)含氧化合物，在這一過程中，共沸劑的選擇和用量需要經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，以達(dá)到最佳的脫除效果。之后，采用萃取精餾技術(shù)將 C?的烷烴與烯烴進(jìn)行分離，萃取精餾過程中的溶劑選擇、萃取塔的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的優(yōu)化是保證分離效果的核心因素。最后，通過精餾進(jìn)一步提純 C?烯烴，經(jīng)過多道嚴(yán)格的工序，最終得到符合聚合級標(biāo)準(zhǔn)的 1 - 辛烯產(chǎn)品，為工業(yè)生產(chǎn)提供了高質(zhì)量的原料保障。
在國際上，南非 Sasol 公司在 α- 烯烴分離技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。該公司首先采用碳酸鉀溶液對費(fèi)托輕質(zhì)油進(jìn)行洗滌處理，利用碳酸鉀與酸組分之間的化學(xué)反應(yīng)，有效地去除其中的酸組分，為后續(xù)的分離工序創(chuàng)造良好的條件。然后，通過精餾切割技術(shù)獲得 C?餾分，在這一過程中，精餾塔的操作條件和設(shè)備性能對 C?餾分的純度和收率有著重要的影響。接下來，將得到的餾分原料置于溶劑 N - 甲基吡咯烷酮（NMP）的環(huán)境中進(jìn)行萃取精餾操作，利用 NMP 對有機(jī)含氧化合物雜質(zhì)的良好溶解性，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的高效脫除，從而得到只含烷烴和烯烴的物流，這一技術(shù)已經(jīng)在 Sasol 公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，為全球 α- 烯烴的生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)參考。此外，Sasol 公司還研發(fā)出一種創(chuàng)新的方法，能夠一次性脫除酸和含氧化合物。具體操作是將費(fèi)托合成粗油進(jìn)行窄餾分切割得到 C?餾分后，在乙醇和水的共同作用下進(jìn)行共沸精餾，巧妙地利用乙醇和水與酸和含氧物之間的物理化學(xué)性質(zhì)差異，同時(shí)實(shí)現(xiàn)酸和含氧物的脫除，得到只含烷烴和烯烴的烴類物料。目前，Sasol 公司已經(jīng)成功建成并投產(chǎn)了一套從 F-T 合成產(chǎn)品中分離 1 - 戊烯、1 - 己烯的生產(chǎn)裝置，這一成果標(biāo)志著 α- 烯烴分離技術(shù)在工業(yè)化應(yīng)用方面取得了重要的突破，為全球煤制油企業(yè)生產(chǎn) α- 烯烴提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)示范。
綜上所述，費(fèi)托合成產(chǎn)物因其 α- 烯烴含量高、碳數(shù)分布相對較窄的突出特點(diǎn)，為企業(yè)發(fā)展提供了新的機(jī)遇與方向，即側(cè)重于加工提純 α- 烯烴精細(xì)化工品，同時(shí)適度減少油品生產(chǎn)的發(fā)展路線。隨著科技的不斷進(jìn)步和研究的深入開展，α- 烯烴的分離技術(shù)必將日益成熟，分離成本將持續(xù)降低，產(chǎn)品純度也將不斷提高。在這一發(fā)展趨勢下，費(fèi)托合成的中間產(chǎn)物通過精餾分離技術(shù)生產(chǎn)高附加值的 α- 烯烴，有望在未來的化工市場中占據(jù)重要地位，有效彌補(bǔ)以石油為原料裂解產(chǎn)物在高端精細(xì)化工原料方面的不足，推動(dòng)化工行業(yè)朝著更加多元化、精細(xì)化和可持續(xù)的方向發(fā)展。
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