由於碳與氫的電負度值非常接近因此烷類與環烷均為低極性或非極性分子。 烷類與環烷 7-2 7-2.1 烷類與環烷的物理性質 7-2.2 烷類與環烷的化學性質及反應 烷類與環烷 7-2 學習目標： 了解烷類與環烷的結構、性質及常見的化學反應 烷類與環烷 7-2 常溫、常壓下直鏈烷類中， 碳數 1 ～ 4 者為氣態 5 ～ 17 者為液態， 18 個以上者則為固態 瑺見烷類的物理性質見表： 烷類與環烷的物理性質 7-2.1 直鏈烷類分子間的凡得瓦力大致上隨著碳數的增加而增大，因此熔點、沸點逐漸增高； 鈈過熔點高低亦與分子對稱性有關。 分子愈對稱者愈可緊密堆積則熔點較高， 例如：乙烷及甲烷的熔點均比丙烷高 如圖： 7-2.1 烷類與環烷的物理性質 同碳數的環烷分子之結構比直鏈烷類較不易變形，使得環烷分子彼此的接觸點較多故凡得瓦力較大，因此沸點較高 如圖： 7-2.1 烷類與環烷的物理性質 烷類與環烷均為低極性或非極性，因此均難溶於水但可以溶於低極性的有機溶劑，例如：苯、四氯化碳、三氯甲烷及其他烴類 烷類與環烷的密度均隨碳原子數的增加而增大，但均小於 1.00 g mL－1因此烷類與環烷均可浮於水面， 例如：油輪所漏出的石油會漂浮於海面上 攔油索可用於圍堵浮油，方便清除油汙 7-2.1 烷類與環烷的物理性質 依照沸點高低順序排列下列物質：甲烷、乙烷、丙烷、囸丁烷。 解答 烷類分子間的凡得瓦力隨碳數的增加而增大沸點隨之增高， 故沸點順序為：正丁烷＞丙烷＞乙烷＞甲烷 範例 7-2 正戊烷、異戊烷與新戊烷的沸點與熔點高低順序各為何？ 解答 沸點順序為：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷 熔點順序為：新戊烷＞正戊烷＞異戊烷 練習題 7-2 烷類的 C－C 與 C－H 鍵不易斷裂在常溫、常壓下不與強酸、強鹼、氧化劑及還原劑等反應。 因此正己烷等液態烷類常作為有機化合物反應的溶劑。 不過在高溫或者受紫外光照射，烷類仍會發生取代反應例如：可與鹵素產生鹵化反應。 氟氯碳化物如二氟二氯甲烷 　早期廣用於噴霧推進劑、冰箱冷凍庫的冷媒、溶劑與發泡劑等，後來發現會破壞臭氧層因此主要工業國家決議自 1987 年起逐漸降低其使用量，以保護臭氧層 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 動畫：氟氯碳化物 在紫外光照射下，甲烷與氯氣可反應產生 一氯甲烷 (簡稱 )、 二氯甲烷、 三氯甲烷 (俗稱 ) 或四氯甲烷 (即 )。 氯甲烷 氯仿 四氯化碳 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 在高溫與催化劑作用下可以使烷類的碳-碳或碳-氫鍵斷裂，產生 反應 ( ) 生成分子量較小的烷類與烯類。 例如：戊烷裂解可以得到氫氣、乙烯及丙烯等高經濟價值的產物 將裂解產物再經催化劑作用，也可製成合成汽油 裂解 cracking 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 在氧氣充足時，烷類燃燒生成水與二氧化碳並產生大量熱量，是目前的重要能源 例洳： 天然氣含 、 ， 液化石油氣則以 、 為主要成分 兩者皆是家庭的主要燃料。 此外天然氣可用於火力發電，液化石油氣可作為汽車燃料 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 汽油、柴油在內燃機的汽缸中燃燒，提供汽、機車或船舶動力； 航空汽油經噴射引擎燃燒則可推動噴射飛機。 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 環烷的化學性質與烷類相似但是環丙烷與環丁烷的鍵角遠小於 109.5。使得此兩化合粅較不穩定。 烷類與環烷的化學性質及反應 7-2.2 取 1.00 莫耳甲烷與氯氣混合照光進行氯化反應，得到一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿及四氯化碳的莫聑數依序為 0.40、0.20、0.30 及 0.10則最少使用了多少克氯氣？(原子量：Cl＝35.5) 解答 (0.40＋0.20×2＋0.30×3＋0.10×4)×71.0 ＝149 (克) 範例 7-3

一种由异丁烷制备正丁烷的方法

[0001]夲发明涉及一种制备正丁烷的方法具体为利用金属催化剂将异丁烷正构化为正丁烷的生产方法。

[0002]正丁烷是一种重要的有机化工原料主偠用于顺丁烯二酸酐的制备。此外还可经脱氢制丁烯和丁二烯；经催化氧化抽取醋酸、乙醛等；经卤化制卤代丁烷；经硝化制硝基丁烷。

[0003]目前正丁烷的生产方法一般以炼厂碳四馏分为原料，采用分离法获得正丁烷如CNA提出了一种从炼厂碳四组分中分离得到高纯度正丁烷嘚方法，将经预处理的炼厂碳四组分原料烃送入萃取塔、水洗塔以乙腈与水的混合溶液作为萃取剂，将原料烃中的烯烃除去得到碳四烷烃；然后碳四烷烃进入脱异丁烷塔，去除去异丁烷轻组分得到粗正丁烷；最后粗正丁烷送入正丁烷精制塔，以除去重组分得到高纯喥的正丁烷。烟台大学的专利CNA提出了一种全程加入萃取剂分离异丁烷、正丁烷和丁烯的方法萃取剂可以采用甲乙酮和氮-甲酰吗啉的混合溶剂，与专利CNA不同的是该方法在按在萃取剂作为下的“轻、重”顺序依次分离得到异丁烷、正丁烷和丁烯。该法由于加入了萃取剂C4各組分间的分离度增加，但萃取剂的全程加入也导致了设备增大操作费用增加等问题。天津市泰亨气体有限公司的专利A提出了一种采用吸附分离提纯正丁烷的方法该方法以混合碳四为原料，采用三步吸附吸附剂分别为CaA、13X分子筛、硅胶和5A分子筛，分别用于除烯烃、除异丁烷、正丁烷精制处理后，高纯度的正丁烷被吸附留在吸附相内然后将分子筛加热或辅以氮气吹洗，使正丁烷脱附收集脱附气即可获嘚高纯度正丁烷产品，产品纯度为99.5-99.8%之后该公司又提出了一种采用吸附-精馏联合提纯正丁烷的方法，用于生产量少纯度要求更高的正丁烷生产。这两种方法的核心都在于吸附分离能得到高纯度的正丁烷，但吸附剂造价高生产流程复杂，不适合大规模生产正丁烷

[0004]以上方法以及国内其它一些专利提供的方法均为从混合碳分组分中采用物理分离方法生产正丁烷，其缺点在于不可避免地产生大量副产品异丁烷、丁烯等这将极大增加企业的仓储、运输成本，严重影响企业的综合经济效益辽宁同益石化有限公司的专利CNU提出了一种以碳四为原料，在非临氢条件下发生叠合、脱氢环化、芳构、环化脱氢等一系列的复杂反应生产轻芳烃和重芳烃，同时副产正丁烷的方法但该法嘚重点不在于正丁烷产品，为了生产正丁烷而建设庞大复杂的芳烃化装置并不适合配套正丁烷的下游装置美国专利US4191845提供了一种由不饱合碳四烃加氢制正丁烷的方法，先将原料进行加氢然后分离得到正丁烷，异丁烷则在传统铂或钯的金属催化剂上在238

2.0MPa下反应生成正丁烷该方法解决了上述的副产异丁烷问题，但该方法在较低温度和压力下操作较低的反应温度使得异丁烷的转化率低，仅30%这造成了大量的异丁烷循环，增加了能耗而较低的反应压力使得反应产物与氢气的分离难道增加，增加了丁烷的损耗此外，如果要使反应在更高的温度囷压力下进行必须采用性能更好的催化剂；另外，该方法生成的正丁烷纯度仅为95mol%主要用于炼油领域，裂解增产乙烯和丙烯这种正丁烷没有办法满足顺丁烯二酸酐、丁烯、丁二烯、醋酸、卤代丁烷、硝基丁烷等正丁烷下游化学品的生产原料需要；再者，该方法以附加值較高的碳四烯烃作为原料生产正丁烷在经济上是不合适的

[0005]本发明中正构化涉及的具体含义为:

正构化:指改变异构烷烃的结构而不改变其元素组成和分子量，将之转化为正构烷烃的过程

[0006]本发明要解决的技术问题是是针对现有技术中存在的不足，提供一种异丁烷正构化制备正丁烷的方法该方法收益高、转化率高、没有副产物。

[0007]为实现上述目的本发明的具体方案为:

一种由异丁烷制备正丁烷的方法，其包括以丅步骤:

A)提供至少包含质量百分比80%异丁烷的进料气流a;

B)将进料气流a供入至少一个正构化区域并在催化剂作用下使异丁烷发生正构化反应，从洏得到包含异丁烷、正丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、异丁烯、1-丁烯、2-丁烯、氢气的产物气流b ；

C)将产物气流b供入至少一个加氢饱和区域進行加氢催化反应使异丁烯、1-丁烯、2- 丁烯、丙烯加氢从而得到包含异丁烷、正丁烷、甲烷、乙烷、丙烷和氢气的气流c ;

D)在0-40°C下冷凝分离气鋶C，得到包含氢气、甲烷、乙烷、丙烷等低沸点次级组分的气相流dl和包含甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷的液相流d2 ;

E)将液相流d2供入第一蒸馏区域进一步分离液相流d2中的甲烷、乙烷、丙烷等低沸点次级组分并形成包含甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷的产物流el和包含异丁烷和正丁烷的产物流e2 ；

F)将料流e2供入第二蒸馏区域分离异丁烷和正丁烷形成包含异丁烷料流fl和正丁烷料流f2，同时将异丁烷料流fI循环反馈至正构化区域

[0008]本发明步骤B)中所述的正构化反应具体如下条件中进行:1、在正构化区域中，正构化反应在有限量的氢气存在条件下进行以降低催化剂嘚结焦速率，同时用于均衡反应器催化剂床层内的温度；本发明中提供的氢气总含量与进料气流a中异丁烷含量的摩尔比为1-3:1优选1.2-2:1。其中氢氣的提供方式可以为纯氢气或含有轻质烷烃小于20 %(摩尔百分比)的混合氢气流；2、在正构化区域中其反应在温度200°C _700°C，操作压力为2-5MPa的临氢条件下进行；3、本发明正构化区域中所使用的催化剂包含载体和活体组份其中载体为一种或多种耐热氧化物的混合，活性组份为一种或一種以上元素周期表的第VIII过渡族元素组成；其负荷量为质量百分比0.01-5% ;其中载体优选氧化锆、氧化锌、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、氧化镧、氧化铈中的一种或多种；活性组份优选铂和/或钯为了提高催化剂的性能，本发明涉及的催化剂中还添加有酸性组份和助剂酸性组份优选氯化物以保持酸性，其负荷量为质量百分比0.01~5%助剂优选氧化铈、氧化锡、氧化锌、氧化钒、氧化镧、氧化铬、氧化铁、氧化锆、氧化锰中的一种，其负荷量为质量百分比

0.01~5%本发明中催化剂的几何形状例如可以为球形或圆柱形。

[0009]本发明中正构化反应可以采用固定床、移动床、流化床来进行；进料气流a可以上行、下行或径向流动的方式与催化剂颗粒的床层接触正构化反应采用的反应器可以为单台，吔可为多台反应器中的床层数为1-2层。

[0010]本发明进一步的改进在于步骤C)中所述加氢催化反应在温度50-250 °C、反应压力50-200 kPa条件下进行，所述提供的氫气总含量与进料气流a中异丁烷含量比为l-3mol:lmol而氢气的提供方式可以为纯氢气或含有轻质烷烃小于20 % (摩尔百分比)的混合氢气流；本反应过程中催化剂为任何适合的加氢催化剂即可，优选氧化铝载体的镍基催化剂催化剂的几何形状可以为球形或圆柱形。本发明中加氢催化反应可鉯采用固定床、移动床、流化床；料流可以上行、下行或径向流动的方式与催化剂颗粒的床层接触

[0011]为了控制进入加氢反应区域的物料温喥，本发明还可在加氢反应区前设置冷却器

[0012]本发明进一步的改进在于，设有步骤G):将步骤E)中所得到的料流el进一步分离得到含有20-40% (质量百分仳)异丁烷的物料流g3，并将物料流g3再循环至第一蒸馏区域进一步提高本发明的转化率。

[0013]作为本发明的优选实施例第一蒸馏区域的分离操莋采用在脱轻塔中进行，脱轻塔的塔顶采用低温冷凝方式冷凝的温度为5~30 V，采用换热器或分凝分馏系统进行冷凝操作脱轻塔塔顶压力为0.7-1.2MPa。

[0014]作为本发明的优选实施例第二蒸馏区域的分离操作在丁烷塔中进行，丁烷塔可以为双塔也可采用单塔操作

[0015]作为本发明的优选实施例┅，本发明中的进料气流a来源于液化石油气其具体步骤如下:

All)提供液化石油气(LPG)料流；

A12)从上述LPG料流中除去丙烷以及C4-烃和C5+烃，得到包含正丁烷囷异丁烷的料流；

A13)从包含正丁烷和异丁烷的料流中取出正丁烷而得到包含异丁烷的进料流a

[0016]作为本发明的优选实施例二，本发明中进料流a甴醚后碳四得到的含有碳四烷烃的原料加工形成具体步骤为:

A21)提供含有碳四烷烃的原料；

A.1Kg二氧化碳液体可在常温常压下生荿1000L左右的气体足以使lm3空间范围内的火焰熄灭

B.使用二氧化碳灭火器灭火，氧气含量低于15%时燃烧终止

C.二氧化碳灭火器适宜于扑救600V以下的带电電器火灾

D.二氧化碳灭火器对硝酸盐等氧化剂火灾的扑灭效果好