异丁烷正构化制正丁烷
瑞华化工 2014年12月
RUIHUA CHEMICAL
1
异丁烷正构化制正丁烷
概述
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。在乙烯工业中，以异构烷烃为原料裂解因结构的原因导致所获得的乙烯收率很低，而正构烷烃不存在这个问题。因而，如果将异丁烷正构化制成正丁烷再进行裂解，将大大提高乙烯的收率，提高装置的经济效益。另外，随着正丁烷法顺酐的发展，异丁烷正构化技术也可与顺酐装置配套使用，这样可使企业原料及产品灵活配置。同时能降低企业的仓储投资、运输、销售成本。
目前国外的异丁烷正构化专利技术出于美国UOP，但并不对外转让。瑞华化工经过多年研究，已形成了独具特色的异丁烷正构化制正丁烷专有技术。于2013年成功转让了年产12万吨正丁烷技术及配套的下游顺酐装置。
正构化工艺
瑞华化工的异丁烷正构化技术采用固定床反应器，使用金属铂催化剂。在临氢条件下，反应温度450~550℃，反应压力3.0MPa。主要产物为正丁烷，同时生成少量甲烷、乙烷、丙烷等副产物。
本技术原料适应性强，能够解决裂解装置中异丁烷的出路问题，最大限度地生产正丁烷。同时该工艺中能源消耗最大的丁烷塔采用热水加热，能利用工厂低品位热能，提高全厂热能利用率。
1. 工艺指标
配合目前合适的催化剂，异丁烷的单程转化率可达40%以上，正丁烷的总选择性达85%以上。
RUIHUA CHEMICAL
2
当异丁烷正构化技术用于下游裂解生产乙烯时，正构化反应生成的C2、C3副产品也同时成为目标产物。经过调整反应条件，目标产物（正丁烷、乙烷、丙烷）的总选择性可达95~98%。
2. 工艺流程
正构化工艺流程见图1。
图1 异丁烷正构化工艺流程图
如图，C4原料经过加氢脱除烯烃，再经过脱轻处理后，由丁烷塔分离得到异丁烷和粗正丁烷。粗正丁烷再经过脱重得到高纯度的正丁烷产品，而由丁烷塔分离得到的异丁烷则去正构化反应单元转化为正丁烷后再返回分离系统。
3. 配套下游的不同工艺
当异丁烷正构化装置与正丁烷下游装置（如顺酐装置）配套时，需要将烯烃、炔烃分离出来。此种情况有两种如下方案：
一种方案是在流程前布置全加氢反应单元及分离塔，将烯烃、炔烃全加氢后与异丁烷分离。另一种是流程前布置小型抽提装置（瑞华RExtra工艺），将烯烃从原料中分离。具体采用哪种方案需根据原料中烯烃含量的高低来选择合适的工艺。
RUIHUA CHEMICAL
3
为不使正构化催化剂中毒，需要加装保护床以去除硫、氮化合物及重金属。具体工艺需要视原料的组成而设计。
当正构化装置与乙烯装置配套时，由于乙烯装置并不要求特别高纯度的正丁烷进料，可以取消脱重塔及烯烃加氢步骤，以减少正构化装置的投资。
装置经济性分析
1. 作为顺酐原料的核算
以国内某企业的异丁烷正构化装置为例（为下游顺酐生产提供原料）：C4原料消耗为14万吨/年。原料组成为65%正丁烷、33%的异丁烷，年产12万吨的正丁烷。计算处理单位C4原料所需的成本。（以下估算均按2014年各项价格粗略估算，未计入人工、维修、仓储、运输、财务成本等费用）
表1 处理每吨C4原料的成本
序号 一 二 1 2 3 三 四 名称 C4原料 氢气 水耗量 新鲜水 循环水 冷冻水 电耗量 380V 蒸汽耗量 0.35MPa
RUIHUA CHEMICAL
单位 t/t C4原料 t/t C4原料 t/t C4原料 t/t C4原料 t/t C4原料 kW/t C4原料 t/t C4原料 单位耗量 1 0.0069 2.00 63.13 8.06 22.06 0.907 单价(元/吨) 20000 2 0.2 10 0.76 120 总价(元) 137.33 4.00 12.63 80.65 16.76 108.1 4
五 六 1 2 仪表空气 催化剂 正构化催化剂 加氢催化剂 Nm3/t C4原料 t/t C4原料 t/t C4原料 6.86 1.25E-06 2.25E-05 0.15 2,500,000 2000 1.03 3.13 0.05 3.46 单位C4原料的加工成本 表2 异丁烷单位耗量
序号 1 2 3 产品名称 正丁烷 燃料气 C3液化气 单位 t/t C4原料 t/t C4原料 t/t C4原料 单位耗量 0.90 11 0.0675 0.0336 由表1和表2可知，每吨C4原料的处理费用为365元。处理每吨C4原料后所得产品主要为正丁烷，有少量的燃料气及C3液化气。以14万吨/年的原料处理量为基础，每年生产12.6万吨正丁烷。如果正丁烷及副产品不用做下游生产而只以产品价格计算，该装置每年减去加工成本后可创造经济效益约为2~3千万元。
2. 作为裂解原料的核算
如果将异丁烷正构化技术用于裂解装置与乙烯配套，经过核算能够使每吨液化气的乙烯收率增加8%以上，效益增加约400元（数据来源扬子石化）。所以说异丁烷正构化生产正丁烷不仅本身具有较好的经济效益，与乙烯装置配套时工厂经济效益能大幅提高。
RUIHUA CHEMICAL
5
配套催化剂指标及原料要求
外 形：球形颗粒 直 径：Ф1.6～2.0mm 堆密度： 550～650g/L 强 度：≥35 N/cm
组 成：氧化铝载体，负载金属铂 铂含量：0.35wt% 催化剂再生周期：≥90天
催化剂总寿命：≥2年，预期3年。 原料要求
异丁烷纯度≥98% S含量＜2ppm N含量＜1ppm 烯烃含量＜1%
催化剂为贵金属催化剂，金属铂可回收再次使用。催化剂载体作为易耗品在经济核算中给出。 前期投资及设备占地
以国内某企业12万吨/年的正丁烷装置为例，异丁烷正构化制正丁烷装置，装置区内投资低于4千万元（不含催化剂），罐区投资（12台3000m3球罐）约5千万元，合计约9千万元。
且装置区占地面积小，需3.5亩（50×45m）。
RUIHUA CHEMICAL
6
