[发明专利]一种异丁烯的工业化生产方法及生产装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种异丁烯的工业化生产方法及装置，具体涉及一种由叔丁醇制备异丁烯的工业化生产方法及装置。

背景技术

异丁烯是制备丁基橡胶、聚异丁烯、异丁烯低聚物、塑料抗氧化剂及合成医药中间体的有机原料。在工业生产中，异丁烯多与饱和烷烃和不饱和烯烃存在，由于异丁烯和1-丁烯及其异构体之间沸点差值小或由于它们之间非常低的分离因子，因此通过蒸馏的方式从其混合物中分离出异丁烯是比较困难和不经济的。因此工业生产是由烃的混合物中的异丁烯转化为易于与其它烃类分离的衍生物，并将该分离的衍生物裂解为异丁烯和衍生化剂。

由C4馏份中的异丁烯与甲醇形成甲基叔丁基醚（MTBE），与水形成叔丁醇（TBA），经与其它烯烃类进行分离后可以再经催化剂裂解为高纯异丁烯。因TBA比MTBE更容易实现与其它烯烃类产品的分离和裂解，并且产生更少的副产物，所以工业化生产更倾向于用TBA进行催化裂解获得高纯度异丁烯产品。

TBA在气相中的脱水已有多种专利技术，如EP0255948所述在酸性铝硅酸盐催化剂上进行，或者如US3665048所述在氧化铝上进行或者WO93/21139所述在沸石上进行，这些方法都能实现TBA脱水裂解生产异丁烯，但其存在缺陷在于所用催化剂选择性差，在异丁烯裂解反应过程中二聚反应或低聚反应副产物较多。

在DE2953583中，TBA的脱水在塔中进行，该塔的下部用填料填充，而其上部用酸性离子交换树脂填充，在靠近离子交换树脂的下方连续将含水TBA溶液输送到该塔中，含异丁烯的物料作为塔顶产物获得，其另一塔中的精馏获得纯度为99.95%的异丁烯，TBA的转化率为99%。 

在CN1609082中，在反应器的固定床中布置强酸性离子交换树脂上实现叔丁醇裂解为异丁烯和水，并随后通过控制温度及压力的条件的改变将至少一种平衡反应产物的至少一部分转变为气相，将其从反应混合物中分离出来，但该方法理论上可以实现，但实际操作的难度较大，分离不彻底。同时为了保证选择率和转化率，需要多个反应器串联，这样即增加了控制难度和成本，又增加了能耗。

在CN101381273中公开了一种用叔丁醇制备异丁烯的方法及装置，但其没有公开该种方法的转化率及选择性，并且异丁烯气体是经过冷凝得到的，需要配备另外一套制冷系统，产生附加的生产成本，同时该方法由于受设备的限制，无法实现工业化大规模的生产。

专利CN 101300211A公开了一种异丁烯和叔丁醇的制造方法，该方法中异丁烯是通过微孔氧化铝球进行催化制得的，叔丁醇是由异丁烯通过杂多酸水溶液进行催化制得的。

发明内容

从背景技术中可以看出，现有技术中异丁烯的生产方法或存在催化剂选择性不高、叔丁醇转化率不理想的问题，或者存在副产物较多，异丁烯纯度不能进一步提高的问题，本发明为了克服这些问题，提供了一种异丁烯的工业化生产方法，该方法选择了合适的催化剂和工艺步骤，提高了叔丁醇转化率，所得产品纯度高。

本发明还提供了适合该工业化生产的设备，该设备仅用一个反应器即可完成反应，设备简洁、成本低，适合工业化大生产。

一种异丁烯的工业化生产方法，其特征是，以叔丁醇浓度≥50wt%的叔丁醇水溶液或纯叔丁醇为原料，包括以下步骤：

（1） 将原料依次经过预热器预热、汽化器汽化、换热器换热、过热器升温，使原料最终温度升至160～320℃；

（2） 保持原料的温度，将其加入到反应器中，在气体空速（每秒钟进的气体质量相对于催化剂体积的比）0.1～0.7kg/m²·s、杂多酸催化剂存在的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；

（3） 混合气体先进入步骤（1）中的换热器，为原料提供物理热能，然后进入水洗塔，用水将混合气体中的大部分水和叔丁醇从混合气体中脱除，剩余气体进入下一步继续纯化； 

（4） 水洗后的气体经压缩成为液体，进入萃取塔，以水为萃取剂进行萃取进一步除去异丁烯中的叔丁醇；

（5） 萃取后的异丁烯进入脱重塔中，精馏脱除叔丁醇和水等重组分，最终得高纯度异丁烯产品。