异丁烯的来源与制备
2018年第十二届全国大学生化工设计竞赛的任务是以异丁烯为原料生产非燃料用途的有机化工产品。异丁烯的主要来源有哪些呢？又如何从含异丁烯的原料中分离提纯出异丁烯呢？本次中国石油大学（北京）化工设计协会请到了化工学院孟祥海老师为大家作出简要解答。孟祥海老师是国家科学技术二等奖——复合离子液体碳四烷基化新技术完成人之一，曾担任化工设计大赛总决赛评委以及设计大赛特等奖团队指导老师。
异丁烯来源
目前，异丁烯主要来自碳四资源。碳四资源有4种来源：石化厂和炼油厂的副产，以及油田气和天然气的副产。
石化厂的碳四主要来自于蒸汽裂解工艺，在石脑油蒸汽裂解制乙烯的过程中副产大量的碳四，其产量约为乙烯产量的30%，组成特点是烯烃含量高、烷烃含量低，且烯烃中丁二烯含量高，异丁烯含量低。
炼油厂碳四资源主要来自于催化裂化、催化裂解、延迟焦化、加氢裂化、催化重整等工艺的副产。催化裂化副产碳四是碳四资源又一大来源，其产率约为原料的5%~10%，组成特点是烯烃含量高于烷烃含量，且烯烃中异丁烯与2-丁烯含量高，丁二烯含量很低，烷烃中异丁烷含量高。催化裂解可以看作是以低碳烯烃为目标产物的深度催化裂化，其碳四组成与催化裂化碳四组成相似。延迟焦化副产少量的碳四，其组成特点是烷烃含量高于烯烃含量。加氢裂化和催化重整会副产少量的碳四，其组成特点是基本不含烯烃，且异丁烷含量较高。油田气与天然气副产的碳四，其组成为烷烃，不含烯烃。
异丁烯分离制备方法
从碳四资源中获得异丁烯的方式有分离法、反应转化法、吸附分离法等。碳四组分的沸点差别不大，特别是异丁烯与1-丁烯的沸点相差不到1℃，难以通过普通精馏的方法得到高纯度的异丁烯和1-丁烯，这是碳四组分分离的重点和难点。在碳四的分离流程中，可以先通过萃取精馏法分离出丁二烯，常用的萃取剂有二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈等；或者通过选择性加氢的办法饱和丁二烯（适用于丁二烯含量很低的情况）。之后通过反应转化法得到高纯的异丁烯；剩余的碳四，经过精馏可得到高纯的1-丁烯、2-丁烯。
2013年国内异丁烯主要下游产品分布（来源：卓创资讯）
通过反应转化法可以从碳四中得到高纯度的异丁烯。常用的反应转化法包括甲基叔丁基醚（MTBE）合成-裂解法、异丁烯水合-脱水法、醋酸酯化-分解法、硫酸萃取/吸收分离法等。MTBE合成-裂解法是目前从碳四中获得高纯异丁烯的主要方法，相对简单易行。该方法先是甲醇选择性地与碳四馏分中的异丁烯反应生成MTBE，分离出的MTBE经裂解可得到高纯的异丁烯。异丁烯水合-脱水法与MTBE合成-裂解法的原理相似，先是碳四馏分中的异丁烯发生选择性水合反应生成叔丁醇（TBA），分离出的TBA经脱水分离后得到高纯的异丁烯。醋酸酯化-分解法利用醋酸和碳四馏分中的异丁烯发生选择性酯化反应生成醋酸叔丁酯，酯化产物再分解得到高纯的异丁烯。硫酸萃取/吸收分离法，用一定浓度的硫酸萃取或吸收碳四馏分中的异丁烯，之后进入再生器用蒸汽再生得到TBA，TBA脱水得到异丁烯。
水合-脱水法分离制备高纯异丁烯流程
（来源专利公开号：CN 102633588 A）
吸附分离法是用分子筛选择性吸附碳四馏分中的正构烃类（正丁烷、正丁烯），之后用萃取精馏法除去剩余组分中的异丁烷，进而得到异丁烯。也有报道用分子筛选择性吸附碳四馏分中的1-丁烯，剩余碳四馏分通过精馏法的得到异丁烯。
此外，乙烯二聚-异构、异丁烷脱氢、正丁烷脱氢异构等工艺也能够得到异丁烯。
希望同学们在工艺方案设计时考虑异丁烯原料的合适来源，通过此次化工设计作品的完成，为企业异丁烯资源探寻更加合理、更加高效的利用途径，推动我国甚至世界石油化工技术的发展与进步，同时提升自己的综合能力。
——孟祥海老师往期精彩（点击文字即可查看）
资料丨新年第一份大礼包请查收 | 往届优秀作品展示
软件丨化工设计大赛软件简介 | Endnote，让你管理参考文献不再烦恼
节能丨多效精馏
本期排版：叶阳