什么是碳四馏分
即C4馏分。主要为含四个碳原子的多种烷烃、烯烃、二烯烃和炔烃的混合物。因原料来源和加工过程不同,所得C4馏分组成各异。C4馏分是一种可燃气体,但通常是以液态贮运。可作为燃料,或经分离作基本有机化工原料。具有工业意义的C4烃主要有七个组分(表1),其中尤以1,3-丁二烯(以下简称丁二烯)更为重要。
来源
C4馏分来源于天然气、石油炼制过程生成的炼厂气和石油化工生产中烃类裂解的裂解气,来源不同,组成各异(表2)。由天然气回收的C4馏分主要含C4烷烃,而后两个过程则提供了几乎全部的C4烯烃。各国工业用 C4烯烃的来源有些不同,美国大约95%的C4烯烃来自炼厂气C4馏分;西欧和日本来自炼厂气C4馏分与裂解C4馏分的量大致相等;中国情况类似西欧和日本。
由天然气回收C4馏分
有两种情况:一种是从含有较多乙烷、丙烷及丁烷以上组分的湿性天然气中回收。这种天然气因含有1%~8%的易液化的C3烷烃和C4烷烃,在长距离气体输送前,必须先将它们脱除回收。另一种是从油田气中分离得到。油田气的组成与湿性天然气很接近,主要成分是甲烷,但含有较多的丙烷、丁烷,甚至汽油组分,低碳烷烃含量也较多,随着油田开采时间的延长,油田气量降低,组成中高碳烷烃含量增加。
炼厂气C4馏分
炼厂气中含氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、C4烃以及少量C5烃,是一种很好的化工原料,炼厂气经压缩、冷凝、分馏可得C4馏分,这种C4馏分通常含有大量C4烯烃,其基本组成除决定于原油的性质外,与加工方法也有关。在中国,年加工 1.2Mt油品的催化裂化装置,可得C4馏分105kt,其中(kt)正丁烷7.3、异丁烷28.7、1-丁烯15.3、顺-2-丁烯29.6、反-2-丁烯13.6、异丁烯10.2。热裂化过程在较高温度下进行,不用催化剂,异构化反应少,所生成的C4馏分中正丁烷、正丁烯的含量比催化裂化过程要高得多。在炼厂中,这两种气体一般合并使用。
裂解气C4馏分
烃类裂解生产乙烯、丙烯时也副产C4烃,习惯称裂解C4馏分,其含量(%)及组成随裂解原料及条件而异。通常在裂解石脑油或柴油时,副产的C4馏分为原料总量的 8%~10%(质量)。特点是烯烃和二烯烃含量(%)高达92~95,其中丁二烯含量40~50(甚至更高),其余为异丁烯22~27、1-丁烯14~16、顺-2-丁烯4.8~5.5、 反-2-丁烯5.8~6.5、丁烷(正、异)3~5。裂解C4馏分是生产丁二烯最经济、最方便的原料。
用途
C4馏分广泛用作燃料和化工基础原料(见图),
用作燃料的C4馏分大部分为C4烷烃。C4烷烃的贮运很方便,除作为工业燃料外,还可供民用。在石油炼制工业中,C4烷烃用做汽油添加剂,提高汽油蒸气压,以适应在冬天或寒冷地区使用;在非化工利用方面还有一些用途,其用量不大,如作为冷冻剂、重质油加工脱沥青溶剂、油田井管脱蜡剂、树脂发泡剂及烯烃聚合溶剂等。
在化工利用方面,正丁烷主要用于四个方面:
(1)异构化制异丁烷;
(2)裂解制乙烯(见烃类裂解);
(3)催化脱氢制丁烯或丁二烯;
(4)氧化制醋酸、丙酸、顺丁烯二酸酐等。异丁烷则主要用来与正丁烯、异丁烯进行烷基化反应制成高辛烷值汽油(见石油烃烷基化)。在苏联,异丁烷还用于催化脱氢制异丁烯。在美国这一过程是通过异丁烷与丙烯共氧化而实现的(丙烯转化成环氧丙烷,异丁烷则变成叔丁醇,后者很容易脱水生成高纯度异丁烯)。
C4馏分中的正丁烯、异丁烯、丁二烯等不饱和烃更适合于化工利用,广泛用于制取多种合成橡胶,也用于合成甲基乙基酮、己二酸、香料、农药等多种产品。
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