碳四馏分即C4馏分。指含有四个碳原子的烃类混合物。主要成分有正丁烷、异丁烷、异丁烯、1,3-丁二烯、1-丁烯、2-丁烯(顺式2-丁烯、反式2-丁烯)等。
中文名称 | 碳四馏分 | 别名 | C4馏分 |
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释义 | 有四个碳原子的烃类混合物 | 主要成分 | 正丁烷、异丁烷等 |
采用萃取精馏法分离碳四馏分,也可用吸收法、分子筛法、络合法等分离。
用作有机合成、合成橡胶、合成树脂及甲基叔丁基醚等的原料,也可直接作工业、民用燃料。
碳四馏分;C4 fraction
指含有四个碳原子的烃类混合物。主要成分有正丁烷、异丁烷、异丁烯、1,3-丁二烯、1-丁烯、2-丁烯等。主要来自炼油生产过程和裂解制乙烯的联产物。炼油厂的碳四馏分除烷烃外,还含有大量烯烃,但不含或极少含丁二烯和炔烃。裂解联产碳四馏分中烷烃含量少,主要为丁烯和丁二烯。
化学式CCl4,又称四氯甲烷,有令人愉快的气味,能起麻醉作用,有毒。四氯化碳用途广泛,以往曾用作驱虫剂、干洗剂。目前主要作为化工原料,用于制造氯氟甲烷、氯仿和多种药物;作为有机溶剂,性能良好,用于油、...
是。碳的最外层有四个电子,它的每一个电子均与一个氯原子形成一个共用电子对,这样,四个最外层电子共与四个氯原子形成了四个共用电子对。碳原子的最外层就有8个电子了(包括共用电子对的电子),达到了稳定状态。
即C4馏分。主要为含四个碳原子的多种烷烃、烯烃、二烯烃和炔烃的混合物。因原料来源和加工过程不同,所得C4馏分组成各异。C4馏分是一种可燃气体,但通常是以液态贮运。可作为燃料,或经分离作基本有机化工原料。具有工业意义的C4烃主要有七个组分(表1),其中尤以1,3-丁二烯(以下简称丁二烯)更为重要。
碳四馏分
碳四馏分来源
C4馏分来源于天然气、石油炼制过程生成的炼厂气和石油化工生产中烃类裂解的裂解气,来源不同,组成各异(表2)。由天然气回收的C4馏分主要含C4烷烃,而后两个过程则提供了几乎全部的C4烯烃。各国工业用 C4烯烃的来源有些不同,美国大约95%的C4烯烃来自炼厂气C4馏分;西欧和日本来自炼厂气C4馏分与裂解C4馏分的量大致相等;中国情况类似西欧和日本。
有两种情况:一种是从含有较多乙烷、丙烷及丁烷以上组分的湿性天然 气中回收。这种天然气因含有1%~8%的易液化的C3烷烃和C4烷烃,在长距离气体输送前,必须先将它们脱除回收。另一种是从油田气中分离得到。油田气的组成与湿性天然气很接近,主要成分是甲烷,但含有较多的丙烷、丁烷,甚至汽油组分,低碳烷烃含量也较多,随着油田开采时间的延长,油田气量降低,组成中高碳烷烃含量增加。
炼厂气中含氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、C4烃以及少量C5烃,是一种很好的化工原料,炼厂气经压缩、冷凝、分馏可得C4馏分,这种C4馏分通常含有大量C4烯烃,其基本组成除决定于原油的性质外,与加工方法也有关。在中国,年加工 1.2Mt油品的催化裂化装置,可得C4馏分105kt,其中(kt)正丁烷7.3、异丁烷28.7、1-丁烯15.3、顺-2-丁烯29.6、反-2-丁烯13.6、异丁烯10.2。热裂化过程在较高温度下进行,不用催化剂,异构化反应少,所生成的C4馏分中正丁烷、正丁烯的含量比催化裂化过程要高得多。在炼厂中,这两种气体一般合并使用。
烃类裂解生产乙烯、丙烯时也副产C4烃,习惯称裂解C4馏分,其含量(%)及组成随裂解原料及条件而异。通常在裂解石脑油或柴油时,副产的C4馏分为原料总量的 8%~10%(质量)。特点是烯烃和二烯烃含量(%)高达92~95,其中丁二烯含量40~50(甚至更高),其余为异丁烯22~27、1-丁烯14~16、顺-2-丁烯4.8~5.5、 反-2-丁烯5.8~6.5、丁烷(正、异)3~5。裂解C4馏分是生产丁二烯最经济、最方便的原料。
碳四馏分用途
C4馏分广泛用作燃料和化工基础原料(见图),用作燃料的C4馏分大部 分为C4烷烃。C4烷烃的贮运很方便,除作为工业燃料外,还可供民用。在石油炼制工业中,C4烷烃用做汽油添加剂,提高汽油蒸气压,以适应在冬天或寒冷地区使用;在非化工利用方面还有一些用途,其用量不大,如作为冷冻剂、重质油加工脱沥青溶剂、油田井管脱蜡剂、树脂发泡剂及烯烃聚合溶剂等。
在化工利用方面,正丁烷主要用于四个方面:①异构化制异丁烷;②裂解制乙烯(见烃类裂解);③催化脱氢制丁烯或丁二烯;④氧化制醋酸、丙酸、顺丁烯二酸酐等。异丁烷则主要用来与正丁烯、异丁烯进行烷基化反应制成高辛烷值汽油(见石油烃烷基化)。在苏联,异丁烷还用于催化脱氢制异丁烯。在美国这一过程是通过异丁烷与丙烯共氧化而实现的(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)。
C4馏分中的正丁烯、异丁烯、丁二烯等不饱和烃更适合于化工利用,广泛用于制取多种合成橡胶,也用于合成甲基乙基酮、己二酸、香料、农药等多种产品。
通过对船用馏分燃料油总氮含量进行检测分析,进而了解船用馏分燃料油的总氮含量,此举对于保护环境及检验监管措施具有重要意义。
在切割温度90℃下对FCC汽油进行馏分切割。采用氧化-吸附工艺脱除FCC汽油重馏分中的硫化物。以H2O2为氧化剂,HCOOH-H2SO4杂多酸为催化剂,抚顺二厂混合平衡催化剂为吸附剂,考察工艺条件对脱硫效果的影响,并对脱硫前后油品的硫类型分布进行检测分析。结果表明,在V(H2O2)∶V(H2SO4)∶V(HCOOH)=23∶1.5∶3、氧化温度为60℃、m(吸附剂)∶m(油)=0.5、吸附温度为70℃、吸附时间为60 min的条件下,体系脱硫率为72.4%。
从化合物组成来看,石油中主要含有烃类和非烃类这两大类物质。烃类和非烃类存在于石油的各个馏分中,但因石油的产地及种类不同,烃类和非烃类的相对含量差别很大。有的石油(轻质石油)烃类含量可高达90%以上,但有的石油(重质石油)烃类含量甚至低于50%。在同一原油中,随着馏分沸程增高,烃类含量降低而非烃类含量逐渐增加。在最轻的轻油馏分中,非烃类的含量很少,烃类占绝大部分,即使从含硫原油中得到的汽油馏分,烃类的含量也可达98%~99%。反之,在高沸点的石油馏分,尤其是在减压渣油中,烃类的含量明显降低。
为了了解石油的烃类组成,必须首先了解烃类组成的表示方法。石油的元素组成,这种烃类组成的表示方法最为简单,而且氢碳原子比也是表征石油的平均化学结构的重要参数。但仅从元素组成来认识石油是不够的,往往不能满足生产和科研上的要求。为了进一步认识石油中的烃类组成,另有三种表示方法。
1.单体烃组成
单体烃组成表明石油及其馏分中每一单体化合物的含量。石油及其馏分中的单体化合物数目繁多,而且随着石油馏分沸程的增高(或相对分子质量增大),其单体化合物数目急剧增加。由于分析和分离手段有限,目前单体烃组成表示法还只限于阐述石油气及石油低沸点馏分的组成时采用。例如,利用气相色谱技术已可分析鉴定出汽油馏分中的几百种单体化合物。
2.族组成
单体烃组成表示法过于细繁,在实际应用中不需要或不可能进行单体化合物分析时,常采用族组成表示法。所谓“族”,就是化学结构相似的一类化合物。至于要分成哪些族则取决于分析方法以及实际应用的需要。一般对于汽油馏分的分析,以烷烃、环烷烃、芳香烃的含量来表示。如果要分析裂化汽油,因其含有不饱和烃,所以需增加不饱和烃的分析。如果对汽油馏分要求分析更细致些,则可将烷烃再分成正构烷烃和异构烷烃,将环烷烃分成环己烷系和环戊烷系,将芳香烃分为苯和其他芳香烃等。
煤油、柴油及减压馏分,由于所用分析方法不同,所以其分析项目也不同。例如,若采用液固色谱法,则族组成通常以饱和烃(烷烃和环烷烃)、轻芳香烃(单环芳香烃)、中芳香烃(双环芳香烃)、重芳香烃(多环芳香烃)及非烃组分等的含量表示。若采用质谱分析法,则族组成可以烷烃(正构烷烃、异构烷烃)、环烷烃(单环、二环及多环环烷烃)、芳香烃(单环、二环及多环芳香烃)和非烃化合物的含量表示。
对于减压渣油,目前一般还是用溶剂处理法及液相色潜法将减压渣油分成饱和分、芳香分、胶质、沥青质四个组分,如有需要还可将芳香分及胶质分别再进一步分离为轻、中、重芳香分及轻、中、重胶质等亚组分。
3.结构族组成表示方法
由于高沸点馏分以及渣油中各种类型分子的数目繁多,而且由于相对分子质量增大,分子结构复杂,往往在一个分子中同时含有芳香环、环烷环以及相当长度和数目的烷基侧链。
分馏塔相邻两馏分之间,重质馏分的初馏点(或5%的馏出温度)高于轻质馏分的终馏点(或95%的馏出温度)的现象。用以衡量分馏塔相邻两馏分之间的分馏精确度。
馏分常冠以汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品的名称,但馏分并不就是石油产品,石油产品要满足油品规格的要求,还需将馏分进一步加一才能成为石油产品。各种石油产品往往在馏分范围之间有一定的重叠。例如,喷气燃料与轻柴油的馏分范围间有一段重叠。为了统一称呼,一般把原油在常压蒸馏时从开始馏出的温度(初馏点)到200℃(或180℃)之间的轻馏分称为汽油馏分(也称轻油或石脑油馏分),200℃(或180℃)~350℃之间的中间馏分称为煤柴油馏分,或称常压瓦斯油(简称AGO)。
由于原油从350℃开始即有明显的分解现象,所以对于沸点高于350℃的馏分,需在减压下进行蒸馏,再将减压下蒸出馏分的沸点换算成常压沸点。一般将相当于常压下350~500℃的高沸点馏分称为减压馏分或称润滑油馏分,或称减压瓦斯油(简称VGO);而减压蒸馏后残留的>500℃的油称为减压渣油(简称VR); 同时人们也将常压蒸馏后大于350℃的油称为常压渣油或常压重油(简称AR)。下表是国内外部分原油的馏分组成。
原油名称 |
馏分组成(质量分数),% |
|||
初馏点~200℃ |
200℃~350℃ |
350℃~500℃ |
>500℃ |
|
大庆 |
11.5 |
19.7 |
26.0 |
42.8 |
胜利 |
7.6 |
17.5 |
27.5 |
47.4 |
孤岛 |
6.1 |
14.9 |
27.2 |
51.8 |
辽河 |
9.4 |
21.5 |
29.2 |
39.9 |
华北 |
6.1 |
19.9 |
34.9 |
39.1 |
中原 |
19.4 |
25.1 |
23.2 |
32.3 |
新疆(输油管) |
15.4 |
26.0 |
29.9 |
29.7 |
新疆(库尔勒) |
19.6 |
31.1 |
26.1 |
23.2 |
新疆(九区) |
2.3 |
18.9 |
28.9 |
49.9 |
单家寺 |
1.2 |
12.2 |
18.3 |
68.3 |
沙特(轻质) |
23.3 |
26.3 |
25.1 |
25.3 |
沙特(轻重混合) |
20.7 |
24.5 |
23.2 |
31.6 |
阿联酋(麦瑞波) |
31.5 |
30.6 |
23.2 |
14.7 |
英国(北海) |
29.0 |
27.6 |
25.4 |
18.0 |
印尼(米纳斯) |
11.9 |
30.2 |
24.8 |
33.1 |
与国外原油相比,我国主要油区原油中的大于500℃减压渣油的含量较高,小于200℃的汽油馏分含量较少。原油中的汽油馏分含量低、渣油含量高是我国原油馏分组成的一个特点。
从石油直接分馏得到的馏分称为直馏馏分,它们基本上保留着石油原来的性质,例如基本上不含不饱和烃。石油直馏馏分经过二次加工(如催化裂化等)后,所得的馏分与相应直馏馏分的化学组成不同,例如催化裂化产物的化学组成中就含有不饱和烃(并非一切二次加工产物都含有不饱和烃)。