丙烯（有机烯烃化合物）
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更新时间：2023-05-22
丙烯
有机烯烃化合物
丙烯（英文：Propylene），又可叫做1-丙烯或甲基乙烯，一种有机烯烃化合物，丙烯是烯烃同系列中第二个成员，化学式为C₃H₆、CH₃-CH=CH₂，是仅次于乙烯和苯的重要有机工业原料。丙烯是一种无色气体，具有淡淡的石油气味，微溶于水，25 ℃时在水中溶解度仅为0.33 g/L，易溶于醇、醚等有机溶剂，熔点为-185.2 ℃，沸点为-47.4 ℃。丙烯为易燃气体，高浓度的丙烯对人有麻醉和窒息急性中毒作用。丙烯通常在石油裂解时被生产，分子中含有不饱和的碳碳双键的特性，可与氢气、卤素、卤化氢等发生加成反应，加聚反应，也可以发生羰基化反应，烷基化反应等生产一系列有价值的衍生物，如丙烯腈、聚丙烯、乙丙烯橡胶、氧化丙烯、丙酮，利用这些衍生物可以制作合成树脂、合成橡胶、合成纤维和塑料等产品。
基本信息
中文名
丙烯
英文名
Propylene
别名
丙烯-1-烯或甲基乙烯
拼音
bǐng xī
CAS号
115-07-1
性质
化学式
C₃H₆、CH₃-CH=CH₂
结构式
摩尔质量
42.08 g/mol
外观
无色气体
气味
略微带有石油的芳香气味
密度
温度为25 °C，压力大于1 atm时为0.505 g/cm³
熔点
-185.2 ℃
沸点
-47.4 ℃
溶解性
微溶于水，易溶于醇、醚等有机溶剂
25 ℃在水中的溶解度为0.33 g/L
log P
1.77
黏度
83.4 mPa.s 16.7 °C时
KH
1.96X10⁻¹ atm-cu m/mol at 25 °C
蒸气压
37.7 °C时为15.4 atm
危险性
NFPA 704
爆炸极限
1.0%-15.0%（Ⅴ）
闪点
-108 °C
自燃温度
460 ℃
化学结构
丙烯也称作甲基乙烯，乙烯分子中的一个氢原子被甲基取代可得到丙烯。丙烯的官能团是碳碳双键，形成碳碳双键的碳原子为sp²杂化，3个sp²杂化轨道形成3个σ键，在同一平面上，彼此之间键角为120°，还有一个未参与杂化的p轨道，垂直于三个σ键所在的平面上（如下图所示），p轨道与p轨道之间“肩并肩”重叠形成π键。
理化性质
物理性质
丙烯是一种无色气体，比空气略重，具有淡淡的石油气味，微溶于水，25 ℃时在水中溶解度仅为0.33 g/L，易溶于醇、醚等有机溶剂，25 °C时密度为0.505 g/cm³，熔点为-185.2 ℃，沸点为-47.4 ℃，丙烯以气态存在的最高压强和温度为4.56 MPa与92 ℃。丙烯是一种易燃物质，且在一定压力下会产生爆炸。丙烯的自燃温度为460 ℃，闪点为-108 °C，爆炸极限为11.1%（V）。丙烯具有双键π电子容易极化，导致其折光率比丙烷要高。在同样温度下，丙烯的传递性质位于乙烯和丁烯之间，液态丙烯与丁烯和高碳烯烃相比，粘度、表面张力等物理性质要高。
化学性质
加成反应
丙烯属于烯烃化合物，由于分子内存在π键，可以发生类似其他烯烃一样的特征反应。丙烯中π键上的电子作为亲电子反应的电子供体。典型的反应：加成反应。
加氢反应
丙烯与单双键烯烃一样，在加氢过程中放出约12.56 KJ/mol。该反应目前在工业上并无价值。
在高温，催化剂的条件下，反应方程式为：
与卤素的反应
在室温条件下或气相光照条件下和催化剂的作用下，丙烯与卤素反应生成1，2-二卤甲烷，反应方程式为：
除反应式中生成的氯醇，该反应还会产生一定的氯代副产物。
不对称加成反应
丙烯属于不对称烯烃，在和不对称试剂发生加成反应时按照不对称规律——马尔科夫尼科夫（Markovnikov）规则进行加成反应，即当不对称烯与不对称试剂发生反应时，氢原子主要加到含氢较多的双键碳原子上。
与卤化氢反应
反应通式如下：
无过氧化物的反应：
过氧化物存在的反应：
与其他不对称试剂反应
丙烯与水可以在强酸的催化作用下的加成生成醇，也叫水合反应。
丙烯可以在一定条件下与硫酸加成，产生可溶硫酸的烷基硫酸氢酯。反应方程式如下：
硫酸氢异丙酯可在加热条件下脱水形成异丙醇
取代反应
丙烯双键两旁的碳原子上的氢原子受双键影响性质变得活泼，可在一定条件下发生取代反应。
在500 ℃-520 ℃高温条件下，与氯气反应，甲基氢原子会被氯原子取代生成3-氯丙烯。化学反应方程式如下：
聚合反应
二聚反应
丙烯分子可以发生二聚反应，即两分子丙烯聚合，在一定条件下，二聚形成4-甲基-2-戊烯。反应方程式为：
加聚反应
丙烯也可以与乙烯发生加聚反应，合成乙丙橡胶。
低聚与共低聚
丙烯在酸性条件，催化剂的作用下低聚可生成壬烯和十二烯；丙烯可与丁烯混合共低聚反应，产物中庚烯占绝大部分。
丙烯在固体磷酸催化剂上的低聚物
原料 | 聚合物（% mol） | |||||||
C₆ | C₇ | C₈ | C₉ | C₁₀，C₁₁ | C₁₂ | 高聚物 | ||
丙烯（16%丙烯，51%饱和烃） | 16 | 5 | 5 | 53 | 6 | 20 | ||
丙烯-丁烯（混合物19%丙烯，30%C，15%饱和烃） | 4 | 33 | 17 | 9 | 20 | 12 | 4 | |
歧化反应
氧化反应
丙烯也可在氧化铜的催化，温度为370 ℃的条件下被氧气氧化生成醛。反应方程式如下：
羰基化反应
在Fe(CO)₅的催化下，在碱性介质中，丙烯与CO与H₂O反应可获得醇。反应方程式如下：
改用强无机酸如硫酸作催化剂时，丙烯与CO与H₂O反应可获得酸。反应方程式如下：
烷基化反应
氢甲酰化反应
通常情况下，产物中正丁醛与异丁醛之比为（3-10）:1，该比例取决于反应条件。可采用钴膦络合物作催化剂，提高正丁醛比例，且该方法反应压力低，但过程中会发生连续反应和副反应使醛加氢转换为醇。也可采用铑膦催化剂，提高正丁醛比例。
环氧化反应
因为丙烯分子中的甲基较活泼，被优先氧化生成副产物丙烯醛，影响环氧丙烷的合成。同时过程中使用的银催化剂存在活性低和选择性差的缺点，因此不常使用直接氧化丙烯制环氧丙烷。
共氧化法利用有机过氧化物首先产生氧自由基，通过催化剂的作用将过氧自由基转移到丙烯上生成环氧化物。反应方程式如下：
催化氧化反应
丙烯可催化氧化制备丙烯醛、丙酮与丙烯酸等物质。
Sohio法选择采用钼酸或磷钼酸盐作为催化剂催化氧化合成丙烯醛。选择性可达到75%-84%。
丙烯在氯化钯的催化，温度为100 ℃，压强为1.03 MPa下与氯化铅反应可生成丙酮。化学反应方程式为：
丙烯部分催化氧化法制备丙烯酸的主要反应方程式如下：
与氧氨混合物反应
反应条件：混合气摩尔比例丙烯:氨气:氧气=1:1:2，一定催化剂，温度450 ℃，压强0.2 MPa，接触时间1s。
主要反应方程式为：
制备方法
工业上制备丙烯，主要是依靠联产品，在全球乙烯副产丙烯占大部分，炼厂生产其次，丙烷脱氢占小部分。炼厂催化裂化气经蒸馏除去C₂和C₄馏分，得到丙烯、丙烷馏分，再经精馏得丙烯。石油烃类经高温裂解也可以联产获得丙烯。丙烷在特定催化剂和反应温度下脱氢制取丙烯，相关的脱氢技术在不断的发展中。
炼厂气生产丙烯
回收炼厂气制备丙烯
回收炼厂气中丙烯和其他物质，一般采用吸收精馏法，相较于深冷精馏法更加经济，一般回收C₃和C₄馏分。利用重质液态烃馏分或C₃、C₄馏分作为吸收油，吸收炼厂气中的丙烯及较重部分，然后将丙烯从富油层分馏出来。在工厂中，通常使用吸收精馏塔或吸收汽提塔，在一定温度下，采用C₃馏分做吸收剂（C₃馏分占比较大，且C₃馏分中丙烷占比较大）。流程图如下图所示。
炼厂气丙烯精制技术
此过程可以获得纯度较高的丙烯产品，但若要求更高的产品质量，需再一次经过脱硫塔和干燥器，保证丙烯达到聚合级要求。
中国石油化工有限公司开发了一种室温液相丙烯精制技术，该技术使用组合催化剂去除丙烯中的微量硫、羰基硫、一氧化碳、氧气、水和其他杂质，去除反应在净化塔中进行。精炼丙烯的纯度可与裂解丙烯的纯度相当。采用一系列自主研发的高效聚丙烯载体催化剂，可以得到物理力学性能与相应的裂解丙烯几乎相同的丙烯产品。
催化裂化技术
利用减压蜡油、重油、混合残渣等原料，利用多种催化裂化方式制取丙烯，如深度催化裂解工艺（DCC技术）、多产异构烯烃催化裂化技术（MIO技术），重油选择性裂解工艺 （MCP） 技术。
如MIO技术，该方法采用RFC催化剂，对提升管反应技术进行了改良，在特定工艺条件下，以重质馏分油与部分残渣混合为原料，最大限度地生产异烯烃和高辛烷值汽油，丙烯的生产效率得到了有效的提高。
流化催化裂化(FCC)
世界各国的机构都在研究优化传统的FCC技术的方法，其中具有代表性的是UOP石油公司的Petro FCC工艺和Rx Pro工艺和埃克森美孚和KBR联合开发的Maxofin FCC工艺等工艺。
这些方法分别在不同的工艺条件上进行优化来促进和提升丙烯产品的质量和产量
丙烷制丙烯（PDH）
如Catofin工艺以丙烷脱氢催化剂Catofin311作为催化剂大大提高了丙烯选择性。以下为Catofin工艺的流程图。
甲醇制丙烯（MTP）
MTP是以甲醇为原料在一定的反应温度和压力，通过催化剂的作用在固定床或流化床反应器上进行反应生产丙烯的方式。该方法由德国鲁奇公司（Lurgi）开发；清华大学等单位联合研发的FMTP工艺，中国科学院大连化学物理研究所开发的DMTP工艺对该法进行了一定的优化和改良。
烯烃制丙烯
烯烃可通过烯烃歧化和烯烃裂解转化制丙烯。世界上常见的烯烃转化制丙烯的方法主要有：BASF公司Automatathesis工艺，鲁奇公司的Propylur工艺。
烯烃转化制丙烯的主要操作是，选择一定反应温度和反应压力，在一定的催化剂的作用下，反应物烯烃在特定的反应器中反应生成产物丙烯。
蒸汽裂解联产丙烯
丙烯最广泛的生产方式就是通过乙烯原料蒸汽裂解联产而获得。在一定反应温度和压力下，以石脑油、轻柴油等为底料，在裂解炉中进行的烃类热裂解反应，在生产乙烯的同时，联产丙烯。
应用领域
化工合成
丙烯是仅次于乙烯和苯的重要有机工业原料，分子中含有不饱和的碳碳双键的特性，可与氢气、卤素、卤化氢等发生加成反应，加聚反应，也可以可以发生羰基化反应，烷基化反应等生产一系列有价值的衍生物，如丙烯腈、聚丙烯、乙丙烯橡胶、氧化丙烯、丙酮，利用这些衍生物可以制作合成树脂、合成橡胶、合成纤维和塑料等产品。
聚丙烯
丙烯是合成聚丙烯的原料。聚丙烯作为通用的热塑性树脂有广泛的应用价值，同时聚丙烯与高密度聚乙烯具有相似性能，其密度在热塑性树脂中最小、机械强度比聚乙烯优良、软化温度在热塑性树脂中最高。聚丙烯应用广泛，在纺织业、包装薄膜和汽车零件等行业中均广泛使用。
丙烯晴
丙烯氨氧化可以制得丙烯晴，可广泛用于生产纤维，橡胶和树脂。大部分丙烯晴用于生产丙烯晴纤维，丙烯晴纤维的质感柔软，用于代替羊毛。
运输与贮存
运输
丙烯可通过加压或冷冻的形式，采用汽车、火车、轮船运输，目前管道运输技术还不全面。汽车主要采用液化气槽车在加压条件下以液体形式运输。远洋丙烯运输多是冷冻船，相对吨位较大；而近洋运输可以为压力船，比液化气的压力等级略高。
槽车的丙烯罐必须可以承受相对温度的丙烯蒸气压，运输罐一般呈圆筒形，以碳钢为原材料制作，罐内设有挡板，限制液体在罐内的流动。同时也要设置压力，温度等表检测罐内数据，避免安全危险。
贮存
加压贮存
常温下丙烯蒸气压很高，以液体形式贮存的容器必须按照贮存所在地最高温度下的蒸气压设计。加压贮罐常以球形或圆柱形，需参考设计规范设置贮存罐之间的最小间距。丙烯工厂常把贮存罐与丙烯分离塔采用放空管道连接，可充分利用丙烯，同时也方便贮存。贮存罐中需要留存足够空间供丙烯膨胀。
冷冻贮存
冷冻贮存罐采用碳钢为原材料制作，可以有效避免外壳结冰和隆起，保证贮存安全。贮存罐结构一般为单层结构，外部使用带外壳的泡沫玻璃块或聚氨酯泡沫绝热材料保温。同时也有双层结构，在层与层之间填充绝热材料。当运输大量丙烯时，采用冷冻贮存的方法较为经济。
洞穴贮存
将丙烯用经过压力泵，在一定压力下转换成液态输送到天然矿石洞、盐洞。处理时需注意严格远离火源。
安全事宜
健康相关
皮肤或眼睛在接触液态丙烯时，会因丙烯液体的迅速蒸发，导致皮肤组织冻结、造成严重的冷灼伤或冻伤。
目前经过大鼠的动物实验研究暂时未发现丙烯对人类的致癌作用。
丙烯有麻醉和窒息急性中毒作用，与氧混合时表现为麻醉性。人在丙烯体积浓度大于60%的环境下，会感到轻微的晕眩，随着时间的增长，意识开始模糊，后期会导致昏迷。过多的吸入丙烯也可能引起窒息，故存放丙烯的地点需要保持良好的通风性能。
消防相关
丙烯是一种易燃易爆的有机化合物，在空气中的爆炸极限浓度为2%-11%，自燃温度为460 ℃，在空气中接触明火、氧化剂、受热可以自燃甚至发生爆炸。对于丙烯发生火灾处理时，请勿使用水来灭火，需要使用干粉或高倍数泡沫灭火器进行灭火。
急救措施
人体吸入丙烯会导致不适，需立即转移至新鲜空气处，同时立即对没有呼吸的患者进行人工呼吸，情况严重时立即进行心肺复苏。
眼睛接触时，需用清水流动冲洗接触的眼睛。如果发生呕吐，患者向前倾斜或放在左侧（如果可能的话，头朝下），以保持气道畅通并防止误吸。安抚患者心理，同时注意患者体温。
