2- 丁烯雙鍵異構化制1- 丁烯的工業應用

吳春雷

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

1- 丁烯是一種重要的化工原料，高純度的1-丁烯用于生產線性低密度聚乙烯樹脂（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丁烯（PB） 樹脂等，用途十分廣泛。

國內1- 丁烯主要來源為乙烯裝置及煉廠催化裂解裝置副產碳四餾分和乙烯二聚，以及煤制烯烴副產碳四。

對于煤制烯烴裝置而言，由于下游LLDPE 的產能較大，造成煤制烯烴裝置副產碳四中的1- 丁烯不能滿足LLDPE 的生產需求，所以對于1- 丁烯來說存在不同程度的缺口。

目前，以C4 烴為原料的抽提或分離工藝是全球1- 丁烯生產的主流技術路線，在此過程中，還將副產富含2- 丁烯的烴類混合物（主要是2- 丁烯及正丁烷）。

與1- 丁烯相比，2- 丁烯的工業應用價值相對較低。如果將2- 丁烯通過異構化反應轉化為1-丁烯，然后再進行循環分離，實現增產高純1- 丁烯的目的，對于提高C4 烴綜合利用價值，提升企業經濟效益的意義重大。

中國石化上海石油化工研究院開發的增產1-丁烯技術于2009 年在中原石化工業應用成功。在溫度為250～350 ℃，壓力為0.5～2.0 MPa 的工況下，1- 丁烯的收率為16%～21%。

丁烯異構法技術具有催化劑穩定性好、原料不需預處理、操作簡便等優點。

中煤陜西榆林能源有限公司（以下簡稱中煤榆林能化） 擁有180 萬t/a MTO 裝置以及下游裝置，1- 丁烯產能存在缺口。

采用中國石化上海石油化工研究院（以下簡稱上海石化院） 開發的2- 丁烯異構化制1- 丁烯成套技術，于2015 年10 月開始打樁，2016 年10 月異構化裝置建成投產，年增產1- 丁烯2 萬t，經濟效益顯著。

1 工業裝置技術特點

中煤榆林能化年產1- 丁烯（折純后） 2 萬t 工業裝置以1- 丁烯裝置的副產重C4 作為異構化原料，反應產物經初步分離后返回到1- 丁烯裝置，分離精制得到1- 丁烯產品。

丁烯異構化裝置包括異構化反應系統和1- 丁烯提濃系統兩部分。

丁烯異構化裝置的工藝流程如圖1 所示。

圖1 丁烯異構化裝置工藝流程Fig.1 Process flowof butene isomerization unit

由圖1 可以得出以下結論。

（1） 來自1- 丁烯裝置第2 精餾塔塔釜的副產重C4 與1- 丁烯提濃塔返回的C4 進入進料緩沖罐進行混合。

（2） 混合之后的產物再進入進料蒸發器進行氣化。

（3） 混合物與異構化反應的產物在進/出料換熱器中進一步換熱。

（4） 換熱之后的混合物進入加熱器中進行加熱，加熱到反應所需溫度后再進入反應器中。

（5） 混合物在反應器中進行異構化反應。

（6） 經進料換熱后的反應產物進入1- 丁烯提濃塔中，塔頂餾出物為提濃后的粗1- 丁烯產品。

（7） 將粗1- 丁烯送往1- 丁烯裝置進行精制，即得到高純度的1- 丁烯產品。

（8） 塔釜混合C4 餾分部分循環回到進料緩沖罐中，部分送往界外。

2 工業運行情況

2.1 主要操作參數影響的分析

影響丁烯雙鍵異構化反應的主要因素有反應溫度、反應壓力和空速。

（1） 反應溫度。

丁烯雙鍵異構化反應屬于典型的可逆反應，在一般情況下，丁烯異構化產物分布主要受熱力學因素的影響。

反應溫度越高，越有利于提高1- 丁烯的收率，而溫度越高，使得反應產物中雜質的含量也隨之增多。溫度過高，易導致催化劑的壽命縮短。

（2） 反應壓力。

丁烯雙鍵異構化過程中的主反應為等分子反應，從熱力學角度看，反應壓力不改變反應過程中1- 丁烯的平衡收率。因此，反應對壓力變化的影響不敏感。

（3） 空速。

空速是影響丁烯異構化過程非常重要的因素，空速的高低不僅在一定程度上影響到反應器的尺寸、催化劑的負荷、再生周期，而且對催化劑的壽命和目的產物的收率均會產生影響。

綜合各操作參數對丁烯雙鍵異構化反應的影響規律，以目標產品為依據，操作時進行綜合調整并跟蹤觀察分析。

確定反應器的主要操作參數的適宜范圍：反應溫度為300 ～320 ℃，反應器壓力為0.4 ～0.6 MPa，空速為 3 ～ 6 h-1。

2.2 工業應用運行情況

2016 年11 月初，該裝置一次投料開車成功，粗產品返回到1- 丁烯裝置分離系統，依托1- 丁烯裝置分離精制得到合格的1- 丁烯產品，實現了增產1- 丁烯的目的。

丁烯異構化裝置自投料開車以來，至今已穩定運行超過4 a。在C4 進料量為16.24 t/h，反應溫度為316 ℃，反應壓力為0.42 MPa 的條件下，1- 丁烯單程收率≥17.5%，折純后，1- 丁烯產量＞2 萬 t/a。

反應器進出口典型數據見表1。

表1 反應器進出口典型數據Table 1 Typical data of reactor inlet and outlet

3 結 論

（1） 中煤榆林能化年產2 萬t 的1- 丁烯（折純后） 工業裝置運行情況表明，上海石化院所研發的2- 丁烯雙鍵異構化制1- 丁烯的催化劑技術，具有抗雜質、抗干擾能力強、反應性能和穩定性好等特點。

（2） 丁烯異構化成套技術在中煤榆林能化成功工業應用后，運行平穩，操作簡便，有效解決了公司煤制烯烴 （MTO） 加線型低密度聚乙烯（LLDPE） 工藝路線下副產1- 丁烯不足的難題，提升了副產C4 資源的利用價值，提高了裝置的綜合效益。