乙烯装置副产碳四烃的综合利用

乙烯装置副产碳四烃的

综合利用

袁霞光

(中国石油化工股份有限公司,北京,100029)

摘要:介绍了乙烯装置副产碳四烃资源情况,以及国外碳四烃利用技术的进展。针对我国现有乙烯装置副产碳四烃的利用现状,提出碳四烃开发利用的建议。特别是要提高碳四烃在燃料利用方面的技术水平,统筹考虑碳四烃资源的综合利用及下游产品的市场容量,拓宽丁烯及丁二烯利用的途径,以及开发碳四烃利用的关键技术。

关键词:乙烯装置;碳四烃;综合利用

乙烯装置在生产乙烯、丙烯等重要化工原料的同时,也副产碳四以上烃类化合物。20世纪80年代以前,蒸汽裂解碳四馏分,除其中丁二烯用作合成橡胶的原料外,大部分用作工业和民用燃料。随着甲基叔丁基醚、甲基丙烯酸甲酯、正丁烯直接水合制甲乙酮等新工艺的开发成功,以及正丁烷制顺酐、1,4-丁二醇、四氢呋喃和γ-丁内酯等生产新技术的出现,碳四烃的利用率明显提高[1]。近几年,国际市场原油价格波动比较大,而且长时间处于较高的价格水平,为提高蒸汽裂解装置的综合效益,世界许多国家都在研究新的碳四烃利用技术,以提高碳四烃类副产物的利用率和附加值。国外刚工业化和即将工业化的碳四烃利用新途径,如丁烯二聚和加氢制烷基化油技术、碳四烃与碳五烃催化裂解制低碳烯烃工艺、乙烯与丁烯歧化制丙烯工艺等研究开发工作也取得了许多重要进展[2]。

1　乙烯装置副产碳四烃的基本情况[3]

裂解碳四烃收率主要与原料的种类有关,还与裂解苛刻度有关[4]。

乙烯装置副产碳四烃以烯烃为主,约占总碳四烃量的90%以上。2003年全球乙烯产量为9511 Mt,其裂解原料构成大致为:石脑油54%、乙烷29%、液化石油气10%、柴油6%。按不同裂解原料碳四烃收率估计,可供碳四烃量为27Mt。其中丁二烯为1117Mt,正丁烯为713Mt,异丁烯为619 Mt,丁烷为112Mt。

2003年,我国乙烯生产能力为61118Mt,裂解碳四烃总量为1183～2126Mt。在裂解碳四烃中, 2003年我国丁二烯生产能力和产量已分别达01933Mt和01858Mt。

2　乙烯装置副产碳四烃的主要利用途径

碳四烃中最有化工利用价值的组分是丁二烯、正丁烯和异丁烯,其次是异丁烷。传统碳四烃的利用包括燃料利用和化工利用两方面。

211　燃料利用

全球大量碳四烃主要用作燃料,以丁烯为例,约90%用于燃料,仅10%用于化学品市场。相对

收稿日期:2005-04-08;修改稿收到日期:2005-06-02。

作者简介:袁霞光(1972-),男,湖南省岳阳县人,硕士,工程师,现从事乙烯技术开发管理工作。

综　述乙烯工业　2005,17(2)　1～5

ETHY LE NE I NDUSTRY

碳四烃直接作燃料使用而言,将碳四烃加工成烷基化油、甲基叔丁基醚及车用液化石油气等各种液体燃料或添加剂则具有较高的应用价值。

碳四烃生产甲基叔丁基醚作为汽油调合组分和辛烷值改进剂,是全球少数几个发展极为迅速的石化产品。但由于甲基叔丁基醚对饮用水的污染,导致美国部分地区从2004年1月起限制或禁用甲基叔丁基醚。全球甲基叔丁基醚产能和需求量已呈明显下降趋势。

相比之下,发展烷基化油是碳四烃燃料利用的一条重要途径。2003年,全球烷基化产能已达到82112Mt,比2001年增长了514%。固体酸烷基化工艺由于在环保和安全方面的明显优势而得到广泛关注,它代表了烷基化工艺技术的发展方向。目前,世界上有多家专利商正在开发固体烷基化工艺,部分已完成中试试验。而近年来开发的间接烷基化工艺由于适应原料范围更宽,生产成本更低而被石油石化界普遍看好。

总之,生产具有较高附加值的碳四烃燃料产品,开发和应用环保型碳四烃利用新技术,是国外发展碳四烃燃料利用的总趋势,也是我国石油石化行业的必然选择。

212　化工利用

乙烯装置副产碳四烃的化工利用途径主要有已工业化的丁二烯抽提制合成橡胶、1-丁烯作乙烯的共聚单体、正丁烷或混合碳四制顺酐、正丁烯水合脱氢制甲乙酮、以异丁烯生产环丁砜等精细化学品。另外,国内外已开发成功多项碳四烯烃制丙烯/乙烯的技术,其中碳四烯烃转化制丙烯已实现工业化,碳四烯烃催化裂解制丙烯/乙烯技术也已具备了工业化的条件[5,6]。

21211　丁二烯

裂解碳四烃溶剂抽提法是目前世界上生产丁二烯的主要方法[7]。1999年,全世界来自乙烯副产丁二烯装置的生产能力约占总生产能力的92%。

丁二烯的下游产品包括弹性体和非弹性体两大类。弹性体有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等;非弹性体有苯乙烯-丁二烯共聚胶乳、己二腈/己二胺、ABS树脂及其它聚合体和其它精细化学品。

丁苯橡胶和顺丁橡胶是全球产量最大的两个合成橡胶品种,主要用于轮胎工业。氯丁橡胶和丁腈橡胶也有着广泛的用途。

丁苯胶乳包括羧基丁苯橡胶、丁吡胶乳和丁苯吡胶乳等,是丁二烯在非弹性体中的最大用途。己二腈加氢为己二胺是尼龙66的重要单体之一。ABS树脂由丁二烯、苯乙烯和丙烯腈共聚而成,因其优异的性能而在电子、机械和家电等方面被广泛应用。

丁二烯还可用于其它聚合物的生产,如热塑性弹性体的生产。丁二烯在其它方面用途主要是精细化学品,如1,5,9-环十二烷三烯、乙叉降冰片烯、1,4-己二烯、四氢苯酐、环丁砜和2,6-萘二甲酸二甲酯等。

目前,国外已经开发成功和即将开发成功的丁二烯化工利用新途径包括基于丁二烯的1,4-丁二醇和四氢呋喃[8];基于丁二烯的丁醇和辛醇;丁二烯制1-辛烯;丁二烯氢氰化制己内酰胺/己二胺;丁二烯羰基化制己内酰胺/己二胺;丁二烯环化二聚制乙苯和苯乙烯;丁二烯与临二甲苯烯基化制二甲基萘等新工艺和新技术。

21212　正丁烯

正丁烯和异丁烯约90%用于燃料生产,如烷基化油、叠合汽油、二聚物以及甲基叔丁基醚(甲基叔丁基醚)等含氧化合物。丁烯还可与丙烷、丁烷共同作为液化石油气出售。

目前发达国家正丁烯化工利用主要集中在仲丁醇/甲乙酮生产、1-丁烯利用和辛烯生产等方面。近年来,国内外研究的热点是通过烯烃歧化或催化裂解方法,使低价值的碳四烯烃转化成高附加值的丙烯和乙烯产品[9,10]。烯烃歧化工艺已在多家企业实现工业化生产,碳四/碳五烯烃裂解制低碳烯烃国外在近期可能实现工业化。

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・乙烯工业第17卷