異丁烯

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更新時間: 2013-09-18

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異丁烯英文是Isobutene,分子式為C4H8。易與多種化學品發生反應。易燃、易爆。丁基橡膠的主要原料。工業上高濃度異丁烯主要用於生產聚異丁烯以及和異戊二烯共聚生產丁基橡膠。

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1 異丁烯 -簡介

異丁烯表徵圖譜

異丁烯英文名是Isobutylene.常溫下為無色透明氣體,加壓后可成透明液體。不溶於水,易溶於有機溶劑,易聚合,易與多種化學品發生反應。易燃、易爆。用於合成聚異丁烯橡膠、丁基橡膠、異戊二烯的主要單體,也廣泛用作醫藥、農藥、抗氧劑、合成高級潤滑油、汽油添加劑和其他精細化工產品的原料。

2 異丁烯 -概述

異丁烯 
異丁烯

(CH3)2C=CH2又稱2-甲基丙烯。易燃、易爆氣體(爆炸極限1.7%~9.0%體積),沸點-6.90°C,臨界溫度144.75°C,臨界壓力4.00MPa。工業上,異丁烯幾乎都是由煉廠氣和裂解C4餾分(見碳四餾分)中獲得。煉廠氣中異丁烯的含量一般為5%~12%,裂解C4餾分中一般為20%~30%。少數情況下用氧化鉻-氧化鋁催化劑由異丁烷催化脫氫而製得。以丙烯和異丁烷為原料用共氧化法生產環氧丙烷時,異丁烯其是聯產物。

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3 異丁烯 -製備方法

由碳四餾分分離異丁烯,通常是在先分出其中的丁二烯以後進行的。最常用的分離異丁烯方法是硫酸吸收法,所得異丁烯純度>99%,回收率達92%。分子篩吸附法,採用一定孔徑範圍(約3~10┱)的分子篩,從C4餾分抽余液中選擇性地分離出丁烯及正丁烷,所得異丁烯純度達99%。離子交換樹脂法也可得高純度異丁烯,但因反應效率低,應用不廣。此外,還有以陽離子交換樹脂為催化劑,以甲醇與C4餾分中異丁烯反應生成甲基叔丁基醚,以及在酸性催化劑作用下將異丁烯齊聚生成二異丁烯及異丁烯的三聚物,從而與C4餾分抽余液中的其他組分分離等方法。甲基叔丁基醚法較有前途(見碳四餾分分離)。 

異丁烯在工業上幾乎都是由煉廠氣和裂解C4餾分中獲得。煉廠氣中異丁烯的含量一般為5%-12%,裂解C4,餾分中一般為20%-30%。少數情況下用氧化鉻-氧化鋁催化劑由異丁烷催化氫而製得。以丙烯和異丁烷為原料用共氧化法生產環氧丙烷時,異丁烯是其聯產物。工藝流程:

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(1)C4餾分分離法,該法有硫酸吸收法和鹽酸吸收法。

A、硫酸吸收法,該法是利用異丁烯對硫酸的吸收速度比正丁烯類大150-300倍的原理,從C4餾分選擇性地吸收異丁烯后,將硫酸層加熱再生異丁烯。採用的硫酸含量為45%-65%(質量),原料採用不含丁二烯的C4餾分。

先將含約25%異丁烯的C4烴與50%的硫酸以(0.9-1.0):1的比例,在每小時1-1.2平方立米進料量下進入反應器,該反應器I,II,III的壓力分別為0.35MPa,0.31MPa,0.26MPa,溫度分別為36℃,25℃,15℃。在三段出口氣中的異丁烯含量為1%以下,生成的酸性叔丁基硫酸酯,再用水稀釋后,在較低溫度下分解,於塔底獲得50%的硫酸循環使用,塔頂氣體經處理后可得99%以上異丁烯和85%以上叔丁醇。

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異丁烯和叔丁醇之比隨操作條件不同而異,但是由於此法腐蝕嚴重,難以長周期運轉,因此,設備、材料的防腐蝕工作,便成為50%硫酸法萃取分離丁二烯工藝的關鍵。

50%硫酸與65%的硫酸比較,前者不需要進行酸的稀釋和濃縮,簡化工藝過程,節省了熱量,同時可以處理含高濃度丁二烯(35%)和C4餾分,回收的異丁烯濃度也較高,可達99%以上。
消耗定額(t/t):C4餾分(異丁烯16%)4.4,工業硫酸(50%)4.7。

B、鹽酸吸收法,此法主要是在金屬氯化物(如ZnCL2,SbCl3,BiCl3,SnCl2,HgCl2)催化劑存在下,分為四步進行分離:在室溫下,C4餾分與含有催化劑的鹽酸溶液接觸,異丁烯即在催化劑溶液中生成叔丁醇;含高叔丁醇的溶液加熱水解;在85-120℃下使異丁烯再生;經凈化得純度為99.9%以上的異丁烯。

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(2)離子交換法,採用離子交換樹脂分離C4餾分中的異丁烯,其工藝過程分為無離子水製備、水合、脫水、精餾四部分。在反應溫度80℃、壓力1.77-1.96MPa、C4:水=1:(1-2)的條件下,每體積樹脂每小時通過1體積C4和水的混合物,C4中的異丁烯和水在樹脂下反應生成叔丁醇和其他組分。水合單程轉化率為45%-55%。水合的叔丁醇經二元共沸蒸餾至70%以後,用相同樹脂作催化劑,在溫度95-105℃、壓力0.29-0.39MPa條件下,使其脫水為異丁烯,單程轉化率為84%-92%,再經精餾提純即得99.9%以上的異丁烯。此法避免了硫酸的嚴重腐蝕,但其萃取液中異丁烯含量較高(達2%-3%),影響其收率。

(3)甲基叔丁基醚法    在高溫下甲基叔丁基醚與酸酸性催化劑接觸分解成異丁烯和甲醇。分解反應條件隨催化劑不同而有所變化,一般是溫度150-300℃,壓力0.1-0.98MPa,液體體積時空速度為1-5h-1。
(4)異丁烷脫氫法    以異丁烷為原料,經催化脫氫制異丁烯有美國UOP公司的Olegex的技術。

該公司採用pt/Al2O2催化劑及與連續化重整相同的移動床反應-再生雙器反應系統;反應溫度620-650℃壓力0.2-0.25MPa;在此工藝條件下,異丁烷脫氫單程化率為40%-45%(質量),異丁烯的產率為89%(質量),氫氣產率為2.5%-3%。在嚴格控制原料雜質的條件下,催化劑壽命可達2.5年。

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(5)以工業異丁烯為原料(異丁烯99%),經乾燥脫水、精餾提純即可。

(6)(1).液相脫水:在1升三頸燒瓶上安裝溫度計、迴流冷凝器和滴液漏斗,回
流冷凝器頂端借彎玻璃管連接一支向下的水汽冷凝器,後者再接在冰浴中的抽濾瓶上,抽濾瓶的側管連接0℃的冷阱。在三頸瓶中放入222克叔丁醇和15毫升濃硫唆。煮沸,直到氣體放出停止。得82%的粗產物。如果用更多的硫酸,產量會降低;如果太少則脫水作用要長時間才能完成,將粗產品經過分餾柱以15:1的迴流比蒸餾,收集中間餾分。

(2).氣相脫水:將叔丁醇以75克/小時的速率通過長50厘米,直徑2厘米,填充6一8目氧化鋁的玻璃管,保持溫度375-425℃。得100%純度的異丁烯。

4 異丁烯 -用途

(1)丁基橡膠的主要原料。工業上高濃度異丁烯主要用於生產聚異丁烯以及和異戊二烯共聚生產丁基橡膠。異丁烯與異丁烷進行烷基化反應,可生產高辛烷值烷基化汽油,與甲醇反應所得甲基叔丁基醚是優良的汽油添加劑,齊聚所得二聚物及三聚物經加氫后是汽化器燃料的添加劑,也適用於作芳烴的烷基化原料。二異丁烯還可作為羰基合成的原料生產異壬醇,進一步製造增塑劑。此外,異丁烯可經氧化得甲基丙烯酸,經氨化氧化得甲基丙烯腈,再水合可製得叔丁醇。

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(2)異丁烯又名2-甲基丙烯(2-methylpropene),是一種重要的石油化工原料,在農藥工業上,主要用於製備有機磷殺蟲劑特丁硫磷、擬除蟲菊酯、殺蟲劑氯菊酯以及殺蟎劑噠蟎靈等品種,同時,異丁烯還廣泛用於輕工、煉油、醫藥、香料、建材及其他精細化工等部門。

(3)加水可制叔丁醇,氧化制、甲基丙烯醛和甲基丙烯酸,氨氧化制甲基丙烯腈等。

5 異丁烯 -質量標準

外觀Appearance無色氣體
紅外光譜鑒別Infrared spectrometry和對照匹配  
純度Purity≥99.5% (GC)  
1-丁烯1-butene ≤0.1%   
2-丁烯2-butene  ≤0.1%   
異丁烷isobutane ≤0.2%   
正丁烷n-butane≤0.2%   

6 異丁烯 -物性數據

1.    性狀:無色氣體
2.    相對蒸汽密度(g/mL,空氣=1):2.0
3.    溶度參數(J·cm-3)0.5:14.955
4.    van der Waals面積(cm2·mol-1):6.710×109
5.   van der Waals體積(cm3·mol-1):44.290
6.   偏心因子:0.189
7.   臨界壓縮因子:0.2749
8.   飽和蒸氣壓(kPa, 0ºC):131.52
9.   臨界密度(g·cm-3):0.235
10.   臨界體積(cm3·mol-1):238.8
11.   臨界壓力(KPa):4.0003
12.   液相標準熱熔(J·mol-1·K-1):131.0
13.   爆炸上限(%,V/V):9.0
14.   爆炸下限(%,V/V):1.7
15.   溶解性:不溶於水,易溶於乙醇、乙醚、硫酸等。
16.   液相標準燃燒熱(焓)(kJ·mol-1):-2721.0
17.   氣相標準燃燒熱(焓)(kJ·mol-1):-2700.4
18.   氣相標準聲稱熱(焓)( kJ·mol-1):-16.9
19.   氣相標準熵(J·mol-1·K-1) :293.20
20.   氣相標準生成自由能( kJ·mol-1):58.4
21.   氣相標準熱熔(J·mol-1·K-1):88.09
22.   液相標準聲稱熱(焓)( kJ·mol-1):-37.5

7 異丁烯 -分子結構數據

1、   摩爾折射率:20.14

2、   摩爾體積(m3/mol):89.4

3、   等張比容(90.2K):176.4

4、   表面張力(dyne/cm):15.1

5、   介電常數(F/m):1.93

6、   極化率(10-24cm3):7.89

8 異丁烯 -急性毒性

大鼠吸入LC5O:620gm/m3/4H;

小鼠吸入LC5O:415g/m3/2H。

9 異丁烯 -計算化學數據

 1、   疏水參數計算參考值(XlogP):2.1

2、   重原子數量:4

3、   複雜度:23

4、 共價鍵單元數量:1

10 異丁烯 -穩定性和反應活性

禁配物:強氧化劑。
避免接觸的條件:受熱。

11 異丁烯 -危險性概述

健康危害:主要作用是窒息、弱麻醉和弱刺激。急性中毒:出現粘膜刺激癥狀、嗜睡、血壓稍升高,有時脈速。高濃度中毒可引起昏迷。慢性影響:長期接觸異丁烯,工人有頭痛、頭暈、嗜睡或失眠、易興奮、易疲倦、全身乏力、記憶力減退。有時有粘膜刺激癥狀。

環境危害:對環境有危害,對水體、土壤和大氣可造成污染。

燃爆危險:本品易燃,具窒息性。

12 異丁烯 -急救措施

吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。

13 異丁烯 -消防措施

危險特性:與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。受熱可能發生劇烈的聚合反應。與氧化劑接觸猛烈反應。氣體比空氣重,能在較低處擴散到相當遠的地方,遇火源會著火回燃。

有害燃燒產物:一氧化碳、二氧化碳。

滅火方法:切斷氣源。若不能切斷氣源,則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉。

14 異丁烯 -泄漏應急處理

15 異丁烯 -操作處置與儲存

16 異丁烯 -接觸控制/個體防護

職業接觸限值 
中國MAC(mg/m3):未制定標準
前蘇聯MAC(mg/m3):100
TLVTN:未制定標準
TLVWN:未制定標準 
工程式控制制:生產過程密閉,全面通風。
呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,高濃度接觸時可佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。
眼睛防護:必要時,戴化學安全防護眼鏡。
身體防護:穿防靜電工作服。
手防護:戴一般作業防護手套。
其他防護:工作現場嚴禁吸煙。避免長期反覆接觸。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。

17 異丁烯 -廢棄處置

廢棄處置方法:處置前應參閱國家和地方有關法規。建議用焚燒法處置。

18 異丁烯 -運輸信息

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