乙烯

海川百科 · 发表于 2020-9-16 15:19:43

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简介

乙烯，化学式为C2H4，分子量为28.06，常温常压下为无色可燃性气体，略有烃类特有的气味。是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。两个碳原子之间以双键连接。乙烯存在于植物的某些组织、器官中，是由蛋氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。
发现历史

中国古代就发现将果实放在燃烧香烛的房子里可以促进采摘果实的成熟。19世纪德国人发现在泄露的煤气管道旁的树叶容易脱落。第一个发现植物材料能产生一种气体，并对邻近植物能产生影响的是卡曾斯，他发现橘子产生的气体能催熟与其混装在一起的香蕉。直到1934年甘恩（Gane）才首先证明植物组织确实能产生乙烯。随着气相色谱技术的应用，使乙烯的生物化学和生理学研究方面取得了许多成果，并证明在高等植物的各个部位都能产生乙烯，1966年乙烯被正式确定为植物激素。

发展现状

随着中国经济的快速发展，中产阶级生活水平得到了很大的提升，中国对乙烯衍生物市场终端产品的需求在快速增长;印度的市场需求也在同步增长，但基数相对较小。2010年，东北亚地区将成为世界乙烯需求量最大的地区，占全球乙烯市场需求比例由2000年的21%增长到35%;预计2014年中国乙烯需求将占世界总需求的36%。
资料显示，虽然我国乙烯行业发展迅猛，在世界乙烯市场占有举足轻重的地位，但依然有些不可规避的风险存在。
首先，市场竞争风险。中东乙烯企业主要以乙烷为原料生产乙烯，该地区的乙烷成本很低，即使加上运费，也比美国、西欧和世界其他地区包括中国的成本低得多，具有相当强的竞争力。廉价的中东乙烯下游产品聚乙烯、乙二醇等大量涌入亚太和中国市场，必将对我国市场相关产品构成严重的威胁。
其次，环境保护风险。乙烯工业生产过程中存在一定程度的环境污染问题，但在当今的环保技术下，乙烯的生产会对大气、水体造成一定程度的污染。随着新建项目的陆续投产以及中国**在未来出台更为严格的环保标准，将对乙烯企业的环保工作提出更高的要求，企业存在因增加环保治理费用而使经营成本上升的风险。
此外还有石油进口风险。乙烯装置的大量建设，也加大了对化工用油的需求。与中国面临着石油短缺制约一样，国内发展石化工业也面临着资源制约矛盾，来国内原油产量一直在2亿吨左右，远低于石油需求的增长速度。随着今后乙烯工业的发展，化工用油短缺的矛盾也将日益突出。

乙烯是石油化工最基本原料之一，广泛用于聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等塑料的制造。其中HDPE具有耐热、强度高等特点，并且对酸、碱、油、油脂、溶剂和洗涤剂等化学品具有很强的耐受性，因此它被广泛用于食品、药品、化妆品、油漆、粘合剂等的包装，还用于建筑材料、汽车零件、玩具甚至服装的生产。2024年我国的乙烯产量为3493.4万吨，同比增长0.7%。
此外，乙烯也可用于氧乙烯焊接和切割金属。还可用于二氯乙烷、乙二醇、烷基铝、氯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烷、氯丙烷、乙醛、乙醇、苯乙烯、丁苯橡胶、聚酯树脂、三氯乙烯等化工产品的生产。

工业上主要以石油路线乙烯工艺来制取，分为管式炉蒸汽裂解制乙烯、石脑油催化裂解制乙烯、重油催化裂解制乙烯、原油直接裂解制乙烯。及非石油路线乙烯工艺
分子结构
分子式：C2H4
结构简式:：CH2=CH2
最简式：CH2。

石油路线乙烯工艺

1.管式炉蒸汽裂解制乙烯

2.石脑油催化裂解制乙烯

3.重油催化裂解制乙烯

4.原油直接裂解制乙烯

非石油路线乙烯工艺

1.甲醇制烯烃

甲醇制烯烃技术是以天然气或煤为原料转化为合成气，合成气生成粗甲醇，再经甲醇制备乙烯、丙烯的工艺，突破了石油资源紧缺、价格起伏大的限制。代表性工艺有UOP/Hydro的甲醇制烯烃（MTO）工艺、Lurgi的甲醇制丙烯（MTP）工艺、中国科学院大连化学物理研究所的DMTO技术和中国石化上海石油化工研究院的S-MTO技术，都已实现工业化应用。

2.生物乙醇制乙烯

国内外已有多家公司可提供由生物乙醇原料生产乙烯及其副产品的技术，2010年9月，巴西Braskem石化公司的20万吨/年绿色乙烯装置建成投产，这是世界上第一套以甘蔗乙醇（采用蔗糖发酵）为原料生产乙烯再生产聚乙烯的装置。

3.合成气制乙烯

由合成气合成乙烯大多采用H2/CO进料比为1以下，温度为250～350℃，压力低于2.1MPa。通常认为设计和研制催化剂体系达到调控产物选择性的目的是费托合成领域研究的重点之一。

4.甲烷直接制乙烯

甲烷氧化偶联制乙烯

2010年，美国锡卢里亚公司（Siluria）使用生物模板精确合成纳米线催化剂，可在低于传统蒸汽裂解操作温度200～300℃的情况下，在5～10个大气压下，高效催化甲烷转化成乙烯，活性是传统催化剂的100倍以上。该公司设计的反应器分为两部分：一部分将甲烷转化成乙烯和乙烷；另一部分将副产物乙烷裂解成乙烯。这种设计使反应器的给料既可以是天然气也可以是乙烷，提高乙烯收率，同时节约能耗。

甲烷无氧制乙烯

近年来中国科学院大连化学物理研究所等单位对催化甲烷无氧转化技术进行了深入研究。大连化学物理研究所基于“纳米限域催化”新概念，开发出硅化物（氧化硅或碳化硅）晶格限域的单中心铁催化剂，实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。当反应温度为1090℃，每克催化剂流过的甲烷为21L/h时，甲烷单程转化率高达48.1%，生成产物乙烯、苯和萘的选择性大于99%，其中生产乙烯的选择性为48.4%。催化剂在测试的60h内，保持了很好的稳定性。与天然气转化的传统路线相比，该研究彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程，大大缩短了工艺路线，反应过程本身实现了CO2的零排放，碳原子利用效率达到100%。

乙烯有4个氢原子的约束，碳原子之间以双键连接。所有6个原子组成的乙烯是共面。H-C-C角是121.3°；H-C-H角是117.4 °，接近120 °，为理想sp2混成轨域。这种分子也比较僵硬：旋转C=C键是一个高吸热过程，需要打破π键，而保留σ键之间的碳原子。VSEPR模型为平面矩形，立体结构也是平面矩形。双键是一个电子云密度较高的地区，因而大部分反应发生在这个位置。

生理作用是：三重反应、促进果实成熟、促进叶片衰老、诱导不定根和根毛发生、打破植物种子和芽的休眠、抑制许多植物开花（但能诱导、促进菠萝及其同属植物开花）、在雌雄异花同株植物中可以在花发育早期改变花的性别分化方向等。
物理性质
通常情况下，乙烯是一种无色稍有气味的气体，密度为1.178g/L，比空气的密度略小，难溶于水，易溶于四氯化碳等有机溶剂。
外观与性状：无色气体，略具烃类特有的臭味。少量乙烯具有淡淡的甜味。
吸收峰：吸收带在远紫外区
pH：水溶液是中性
凝固点：-169.4℃
折射率：1.363
相对密度(水=1)：0.61
相对蒸气密度(空气=1)：0.99
饱和蒸气压(kPa)：4083.40(0℃)
燃烧热(kJ/mol)：1411.0
临界温度(℃)：9.2
临界压力(MPa)：5.04
闪点(fp)：无意义
引燃温度(℃)：425
爆炸上限%(V/V)：36.95
爆炸下限%(V/V)：2.74
溶解性：不溶于水，微溶于乙醇、同、苯，溶于醚。溶于四氯化碳等有机溶剂。

化学性质
①常温下极易被氧化剂氧化。如将乙烯通入酸性KMnO4溶液，溶液的紫色褪去，乙烯被氧化为二氧化碳，由此可用鉴别乙烯。
②易燃烧，并放出热量，燃烧时火焰明亮，并产生黑烟。
CH2═CH2+3O2→2CO2+2H2O
③烯烃臭氧化：

加成反应
CH2═CH2+Br2→CH2Br—CH2Br（常温下使溴水褪色）

CH2═CH2+Cl2→CH2Cl—CH2Cl
加成反应：有机物分子中双键(或三键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
加聚反应
nCH2═CH2→-[CH2—CH2]-n （制聚乙烯）
在一定条件下，乙烯分子中不饱和的C═C双键中的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相形成很长的键且相对分子质量很大（几万到几十万）的化合物，叫做聚乙烯，它是高分子化合物。
这种由相对分子质量较小的化合物(单体)相互结合成相对分子质量很大的化合物的反应，叫做聚合反应。这种聚合反应是由一种或多种不饱和化合物（单体）通过不饱和键相互加成而聚合成高分子化合物的反应，所以又属于加成反应，简称加聚反应。
乙烯是最简单的烯烃，化学式为CH2=CH2 ，少量存在于植物体内，是植物的一种代谢产物，能使植物生长减慢，促进叶落和果实成熟。无色易燃气体。熔点-169.4℃，沸点-103.80℃。几乎不溶于水，难溶于乙醇，易溶于乙醚和丙同。
乙烯分子里的C=C双键的键长是1.33×10 -10 m，乙烯分子里的2个碳原子和4个氢原子都处在同一个平面上。它们彼此之间的键角约为120°。乙烯双键的键能是615kJ/mol，实验测得乙烷C—C单键的键长是1.54×10 -10 m，键能348kJ/mol。这表明C=C双键的键能并不是C—C单键键能的两倍，而是比两倍略少。因此，只需要较少的能量，就能使双键里的一个键断裂。这是乙烯的性质活泼，容易发生加成反应等的原因。
在形成乙烯分子的过程中，每个碳原子以1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp 2 杂化轨道而成键。这3个sp2 杂化轨道在同一平面里，互成120°夹角。因此，在乙烯分子里形成5个σ键，其中4个是C—H键，1个是C—C键，两个碳原子剩下未参加杂化的2个平行的p轨道在侧面发生重叠，形成另一种化学键：π键，并和σ键所在的平面垂直。如：乙烯分子里的C=C双键是由一个σ键和一个π键形成的。这两种键的轨道重叠程度是不同的。π键是由p轨道从侧面重叠形成的，重叠程度比σ键从正面重叠要小，所以π键不如σ键牢固，比较容易断裂，断裂时需要的能量也较少。

用途

工业领域
用途：制造塑料、合成乙醇、乙醛、合成纤维等重要原料。
乙烯（CH2=CH2），为一种植物激素，由于具有促进果实成熟的作用，并在成熟前大量合成，所以认为它是成熟激素，可抑制茎和根的增粗生长、幼叶的伸展、芽的生长、花芽的形成；另一方面可促进茎和根的扩展生长、不定根和根毛的形成、某些种子的发芽、偏上生长、芽弯曲部的形成器官的老化或脱离等。能促进凤梨的开花，促进水稻和水繁缕茎的生长。几乎所有作用的有效气中浓度的阈值为0.0-0.1微升/升，最大值为1-10微升/升。一部分菌类和大部分高等植物均可生成乙烯，而在成熟的果实里可大量的生成。若给营养组织以植物生长素或各种应力（接触、病伤害、药物处理等）则生成量可激增。在生物体内由甲硫氨酸生物合成，其第三、第四位碳转变为乙烯，但合成酶的性质不明。甲硫氨酸脱氨生成的α-同-4-甲硫丁酸，或后者进一步脱羧生成的甲硫丙醛，在过氧化氢、亚硫酸盐、单酚的存在下由于过氧化物酶的作用而有效地生成乙烯，因此曾被认为是乙烯生物合成的中间体，但甲硫丙醛在生物体内存在尚未被证实。梅普森和沃德尔（L.Mapson.D.Wardale）在体外用转氨酶、过氧化物酶和供给过氧化氢的葡萄糖氧化酶等三种酶的协同作用，显示出由甲硫氨酸合成乙烯的事实，但通过同位素标记化合物的实验，认为此反应系统在体内不起作用。乙烯也有从除甲硫氨酸以外的物质进行生物合成的情况。乙烯用量最大的是生产聚乙烯，约占乙烯耗量的45%；其次是由乙烯生产的二氯乙烷和氯乙烯；乙烯氧化制环氧乙烷和乙二醇。另外乙烯烃化可制苯乙烯，乙烯氧化制乙醛、乙烯合成酒精、乙烯制取高级醇。
主要用途：
1、乙烯是重要的有机化工基本原料，主要用于生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等；
2、石油化工最基本原料之一。在合成材料方面，大量用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯，乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等；在有机合成方面，广泛用于合成乙醇、环氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛、丙酸及其衍生物等多种基本有机合成原料；经卤化，可制氯代乙烯、氯代乙烷、溴代乙烷；经齐聚可制α-烯烃，进而生产高级醇、烷基苯等；
3、主要用作石化企业分析仪器的标准气；
4、乙烯用作脐橙、蜜桔、香蕉等水果的环保催熟气体；
5、乙烯用于医药合成、高新材料合成。

生态领域
乙烯“三重反应”(triple response of ethylene)：①抑制茎的伸长生长；②促进茎和根的增粗；③促进茎的横向增长。用乙烯处理黄化幼苗茎可使茎加粗和叶柄偏上生长。
由于乙烯可以促进RNA和蛋白质的合成，并可在高等植物体内使细胞膜的透性增加，加速呼吸作用，因而当果实中乙烯含量增加时，已合成的生长素又可被植物体内的酶或外界的光所分解，进一步促进其中有机物质的转化，加速成熟。常用乙烯利溶液浸泡未完全成熟的番茄、苹果、梨、香蕉、柿子等果实能显著促进成熟。
乙烯也有促进器官脱落和衰老的作用。乙烯在花、叶和果实的脱落方面起着重要的作用。
乙烯还可促进某些植物（如瓜类）的开花与雌花分化，促进橡胶树、漆树等排出乳汁。
乙烯还可诱导插枝不定根的形成，促进根的生长和分化，打破种子和芽的休眠，诱导次生物质的分泌等。

农业领域

乙烯是一种植物内源激素，高等植物的所有部分，如叶、茎、根、花、果实、块茎、种子及幼苗在一定条件下都会产生乙烯。它是植物激素中分子最小者，其生理功能主要是促进果实、细胞扩大。籽粒成熟，促进叶、花、果脱落，也有诱导花芽分化、打破休眠、促进发芽、抑制开花、器官脱落，矮化植株及促进不定根生成等作用。
乙烯是气体，难于在田间应用，直到开发出乙烯利，才为农业提供可实用的乙烯类植物生长调节剂。主要产品有乙烯利、乙烯硅、乙二肟、甲氯硝吡唑、脱叶膦、环己酰亚胺（放线菌同），它们都能释放出乙烯，或促进植物产生乙烯的植物生长调节剂，所以统称之为乙烯释放剂。国内外最为常用的仅是乙烯利，广泛应用于果实催熟、棉花采收前脱叶和促进棉铃开裂吐絮、刺激橡胶乳汁分泌、水稻矮化、增加瓜类雌花及促进菠萝开花等。
乙烯类植物生长调节剂中还有一些品种在植物体内通过抑制乙烯的合成，而达到调节植物生长的作用，则称之为乙烯合成抑制剂。国内市场上尚无此类产品，因而不予介绍。

制备

自然形成
乙烯是一种气体激素。成熟的组织释放乙烯较少，而在分生组织，萌发的种子、凋谢的花朵和成熟过程中的果实乙烯的产量较大。它存在于成熟的果实；茎的节；衰老的叶子中。乙烯的产生具有“自促作用”（即乙烯的积累可以刺激更多的乙烯产生）。
植物在干旱、大气污染、机械刺激、化学胁迫、病害等逆境下，体内乙烯成几倍或几十倍的增加，这种在逆境下由植物体产生的乙烯称为应激乙烯或逆境乙烯（lstress ethylene）。

工业制法
工业上所用的乙烯，主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。

实验室制法
实验室里是把酒精和浓硫酸按1：3混合迅速加热到170℃，使酒精分解制得。浓硫酸在反应过程里起催化剂和脱水剂的作用。方程式为：

制取乙烯的反应属于液-液加热型
乙烯能使酸性KMnO4溶液很快褪色，这是乙烯被高锰酸钾氧化的结果，而甲烷等烷烃却没有这种性质。
乙烯的化学性质——加成反应
把乙烯通入盛溴水的试管里，可以观察到溴水的红棕色很快消失。
乙烯能跟溴水里的溴起反应，生成无色的1,2-二溴乙烷（CH2Br-CH2Br）液体。
这个反应的实质是乙烯分子里的双键里的一个键易于断裂，两个溴原子分别加在两个价键不饱和的碳原子上，生成了二溴乙烷。这种有机物分子里不饱和碳原子跟其它原子或原子团直接结合生成别的物质的反应叫做加成反应。
乙烯还能跟氢气、氯气、卤化氢以及水等在适宜的反应条件下起加成反应。
口诀：
硫酸乙醇三比一，温计入液一百七。
迅速升温防碳化，碱灰除杂最适宜。
解释：
1、硫酸乙醇三比一：在实验室里是用浓硫酸和乙醇（按3:1的比例）在烧瓶中混合加热的方法制取乙烯的。
2、温计入液一百七：“温计”指温度计，“温计入液”是说温度计的水银球必须浸入混合液中（但不能接触烧瓶底）；“一百七”是说此实验的温度必须控制在170℃左右。
3、迅速升温防碳化：加热时要将温度迅速升到170℃，否则乙醇易被浓硫酸氧化而碳化。
4、碱灰除杂最适宜：“碱灰”指碱石灰。通过碱石灰可除掉混在乙烯中的水蒸气和SO2。

安全相关

危险概述
侵入途径：吸入
健康危害：具有较强的麻醉作用。
急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。
慢性影响：长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。
环境危害：对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。
燃爆危险：易燃。

安全术语
S9：保持容器置于良好通风处。
S16：远离火源。
S33：采取措施，预防静电发生。
S46：若不慎吞食，立即求医并出示其容器或标签。

物质毒性
文献、期刊报道的毒性作用试验数据

毒性类型% W7 ^' t1 Y, f4 A	测试方法' A& ?2 @, J: I* q	测试对象- [2 V1 }9 m, {/ B/ u0 U% k	使用剂量 g) K1 P+ G, [2 p7 G	毒性作用 \|. i/ i. i' L
急性毒性 ' @/ M3 \|0 u2 X# e/ ?	吸入 ' B% `! U8 u6 Z* P	哺乳动物4 @, L) I6 K( ?8 i; V+ I* h	95000000 ppm/5M ) O( T& U3 q' l, d	详细作用没有报告除致死剂量以外的其他值6 i' `4 Q/ o8 ?; f- U

急救措施
皮肤接触：发生冻伤不要涂擦，不要使用热水。使用清洁、干燥的敷料包扎，就医治疗。
眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少30分钟。就医。
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
食入：饮足量温水，催吐。就医。

消防措施
危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
有害燃烧产物：一氧化碳。
灭火方法：切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：泡沫、二氧化碳、干粉。

应急处理
应急处理：迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

有害作用
该物质对环境有危害，对鱼类应给予特别注意。还应特别注意对地表水、土壤、大气和饮用水的污染。

检测储存
检测
现场监测：便携式气相色谱法；气体检测管法；气体速测管
实验室：气相色谱法《空气中有害物质的测定方法》(第二版)，杭士平编 5环境标准。
注意事项
操作注意事项：密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员穿防静电工作服。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、卤素接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂、卤素分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。