正丁烷异构化和正异丁烷分离生产异丁烷工艺设计(6)
②氧化脱氢：异丁烷还用于催化脱氢制异丁烯；
③共氧化： 异丁烷与丙烯共氧化生产环氧丙烷(丙烯转化成环氧丙烷，异丁烷则变成叔丁醇，后者很容易脱水生成高纯度异丁烯)；
④精细化工：异丁烷还应用于制冷行业、气雾剂领域。高纯度异丁烷R600a的ODP及GWP值均为0，远远小于0.1，是氟利昂的理想替代产品之一；
⑤芳构化：C4芳构化
1.4.3 设计的任务
本课题产品为异丁烷，生产规模：1.5万吨/年，一年按300天计算。
1.4.4 设计的目标
本课题对异丁烷的生产进行工艺设计，物料衡算，热量衡算，主要设备的设计和计算，绘制工艺流程图及生产车间布置图，设备的平面、立面布置图。本课题工作量适中，具有一定的广度和深度。
1.4.5 生产工艺条件
年产1.5万吨异丁烷，正丁烷进料先经脱异丁烷塔分离出异丁烷，塔底主要是正丁烷，与氢混合后经加热进入反应器。反应压力约2.1～2.8mpa,温度 145～205℃,氢、烃摩尔比为0.1～0.5，空速3～5h-1。反应产物经分离器分出氢(循环使用)，再经稳定塔分出少量裂解气(用作燃料气)后去脱异丁烷塔，得到异丁烷。塔底正丁烷循环进行反应，可使异丁烷产率可达90％以上。
2 工艺流程设计
2.1 工艺路线及其基本原理
2.1.1 工艺路线
本工艺采用临氢加压装置，利用高压连续微反-色谱联合装置考察催化剂的异构化性能，原料和产品采用在线分析的方法，将装置与GC色谱联用。反应压力为2.5MPa，温度180℃，氢烃摩尔比为3.0，液体空速为1.25 h-1。催化剂装量为6ml，约2g~4g左右，具有操作灵活简便和操作参数易于改变的优点。催化剂粒度在20目~40目。
2.1.2 反应流程
反应装置气源部分包括原料正异丁烷气体、临氢原料高纯氢气以及稳压气体氮气。载气为氢气，由氢气发生器提供。由于正丁烷常温下为气态，故我们冲入3MPa 压力的氮气，倒置。将正丁烷冲入水压罐中使用。在水压罐中采用N2 保压的方式将正丁烷文持在液体形态。采用双柱塞微量泵打入反应系统之内。氢气通过截止阀，经过减压阀后进入质量流量计，该流量计测量精度适中，可控范围广，易于流量的控制。经过质量流量计控速后，与正丁烷混合。
2.1.3 催化剂装填
反应器由Φ38不锈钢管加工而成，床层高8m，下段填充玻璃棉，加热炉恒温段装填催化剂，每次装料为6m3，由上端加入，见图2.1 和2.2。
图2.1 反应器及催化剂装填
图2.2 反应器剖面图及俯视图
2.1.4 负载金属改性[7]
以Pt/KBY 催化剂制备方法为例，KBY 为酸性载体，贵金属Pt 为活性组分，采用等体积浸渍法负载贵金属活性组分Pt(Pt 原料为氯铂酸)，经静置、干燥、焙烧得催化剂(以下简称Pt/Hβ)。以Pt/Hβ-0.3%为载体，采用等体积浸渍法负载一系列非贵金属(非贵金属的质量分数均为1%)，经静置、干燥、焙烧得催化剂，方法同KBY 催化剂制备方法。同样方法制备Pd/Hβ 催化剂，Pd 原液为氯化钯粉末溶于高浓度盐酸制得。
2.2 烷烃加氢异构反应机理[7]~[9]
在双功能催化剂上正丁烷发生以下反应：首先，正丁烷在贵金属位上脱氢形成烯烃，然后一部分烯烃转移到酸性位上异构化，后在贵金属位上选择加氢，形成异丁烷；另一部分烯烃加氢裂解生成甲烷、乙烷、丙烷等较小烷烃。双功能催化剂用于加氢异构化反应时，反应产物的组成由反应温度、催化剂加氢活性和裂解活性决定。
图2.3正丁烷异构化双功能反应机理
图2.4正丁烷异构化双功能反应
另外，有一种锁匙机理说法存在，既当碳原子数≥12的长链正构烷烃在较大孔口的分子筛上发生加氢异构化反应时，带支链的长链分子一端吸附在分子筛的一个孔道中，另一端可以钻入相邻的孔道内发生异构化反应，这种机理称为锁匙催化。
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