乙烷作为最简单的含碳-碳单键的烷烃，是化工生产中的重要基础原料，广泛应用于乙烯制备、制冷剂、燃料等领域。其制备方法随着化工技术的发展不断创新，目前已形成工业分离与人工合成并存的多元技术体系。以下从实验室合成、工业生产及前沿技术三个维度，系统介绍乙烷的制备方法及其技术特点。

一、实验室制备方法：基础化学反应路径

实验室制备乙烷主要依赖化学合成法，利用特定化学反应实现碳链构建，常用方法包括羧酸盐水解法和偶联反应两大类。

1. 羧酸盐水解法（脱羧反应）

以丙酸钠与碱石灰（氢氧化钠与氧化钙混合物）为原料，通过加热脱羧生成乙烷，反应方程式为：

CH₃CH₂COONa + NaOH → CH₃CH₃↑ + Na₂CO₃

该方法是实验室模拟工业脱羧过程的经典方案，反应条件温和（约300℃），但产率较低（通常低于60%），且需严格控制原料配比以避免副反应生成烯烃杂质。

2. 偶联反应

● 武兹合成法：通过卤代乙烷与金属钠反应实现碳链偶联：

2CH₃CH₂Br + 2Na → CH₃CH₂CH₂CH₃ + 2NaBr

该反应易生成副产物丁烷，需通过分馏提纯乙烷，适用于低碳烷烃的交叉偶联研究。

● 格氏试剂法：利用乙基卤化镁（CH₃CH₂MgBr）与卤代乙烷反应，在无水乙醚中生成乙烷，反应选择性较高，但试剂成本昂贵，仅限小规模制备。

二、工业生产方法：规模化分离与提纯

工业上乙烷主要来源于天然资源分离，依托石油、天然气等化石燃料加工过程实现规模化生产，具有成本低、产量高的特点。

1. 天然气分离法

天然气中乙烷含量约5%-10%，通过冷凝分离技术实现与甲烷的分离：

● 深冷分离：将天然气冷却至-162℃以下，利用甲烷（沸点-161.5℃）与乙烷（沸点-88.6℃）的沸点差异，通过多级精馏获得纯度99%以上的乙烷。

● 吸附法：采用活性炭或分子筛吸附剂，利用乙烷与甲烷在吸附剂上的吸附容量差异实现分离，适用于低浓度乙烷的富集回收。

2. 石油分馏法

石油炼制过程中，通过常压分馏塔分离石油气组分：

● 原油经脱盐、加热至385℃后进入分馏塔，乙烷因沸点低（-88.6℃）富集于塔顶石油气中，与丙烷、丁烷等组成“液化石油气（LPG）”；

● 进一步通过精馏塔分离LPG，控制塔顶温度-80℃可获得高纯度乙烷，该方法占工业乙烷产量的60%以上。

3. 裂解气回收法

在石油裂解制乙烯过程中，副产乙烷可通过选择性加氢去除烯烃杂质后回收：

● 裂解气经压缩、碱洗脱硫后，进入脱甲烷塔分离低碳烃，乙烷馏分再经加氢反应器脱除乙炔，最终通过精馏得到聚合级乙烷（纯度≥99.9%）。

三、前沿技术突破：室温光催化转化新路径

传统工业方法依赖化石资源且能耗高，近年来光催化甲烷转化技术为乙烷制备提供了绿色替代方案。中国科学院大连化学物理研究所团队开发的Ni₁-CeO₂单原子催化剂，实现了甲烷在室温下高效转化制乙烷，相关成果发表于《美国化学会志》（JACS）。

技术原理

● 催化剂设计：通过DFT计算筛选3d过渡金属单原子，发现Ni单原子（Ni₁）修饰的CeO₂载体可高效活化甲烷C-H键，同时抑制过度氧化生成CO₂。

● 反应机制：CeO₂表面的Lewis酸性位点增强甲烷吸附，Ni₁促进光生电荷分离，二者协同实现甲烷分子的C-C偶联，乙烷选择性高达90%。

● 性能指标：在可见光照射下，催化剂连续运行350小时仍保持稳定活性，乙烷产率达243μmol·g⁻¹·h⁻¹，优于现有非贵金属光催化体系。