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丁二烯

2023-03-16 20:39自然百科人已围观

[拼音]：ding'erxi

[外文]：butadiene

工业上主要是1，3-丁二烯，CH₂＝CH—CH＝CH₂。是易燃、易爆的气体，加压冷却易液化。沸点-4.41℃，临界温度152℃，临界压力4.32MPa。是丁苯橡胶的重要单体。其异构体为1，2-丁二烯CH₂＝C＝CH－CH₃，对聚合反应不利，无重要工业用途。

沿革

丁二烯的生产与合成橡胶工业的发展密切相关。20世纪20年代，德国开始用乙炔生产丁二烯，进而生产了合成橡胶。第二次世界大战期间，对天然橡胶的大量需求，促使人们寻求合成橡胶的单体──丁二烯的生产途径。当时，除德国采用乙炔法外，美国、苏联等采用乙醇法生产丁二烯。稍后，美国又发展了从石油出发生产丁二烯。到战争结束，美国年产丁二烯550kt，其中约60％来自石油化工。战后，石油化工的发展促进了丁二烯的生产。

生产方法

有碳四馏分分离和合成法（包括丁烷脱氢、丁烯脱氢、丁烯氧化脱氢等）两种。目前除美国外，世界各国丁二烯几乎全部直接来自烃类裂解制乙烯时的副产碳四馏分（又可写为C₄馏分）。美国丁二烯的来源，大约一半来自丁烷、丁烯脱氢，一半直接来自裂解C₄馏分。

由C₄馏分分离

以石脑油或柴油为裂解原料生产乙烯时，副产的C₄馏分一般为原料量的8％～10％（质量），其中丁二烯含量高达40％～50％（质量），所以，从裂解C₄馏分中分离丁二烯是经济的生产方法。工业上均采用萃取精馏的方法，即由馏分中加入乙腈、甲基甲酰胺等溶剂增大丁二烯与其他C₄烃的相对挥发度，通过精馏分离（见碳四馏分分离）得到丁二烯。（见彩图）

丁烷脱氢

由天然气或C₄馏分中分离所得的丁烷，可脱氢制取丁二烯。丁烷脱氢是强吸热过程，需要输入大量的热量才能获得有经济价值的转化率，但同时裂解和产物二次反应也显得突出。因此，过程的关键是选择一种高活性的催化剂，并要求尽可能降低温度。有两种工艺方法已在工业上得到应用：

（1）菲利浦法　即二步法，第一步反应使用铬铝(氧化铬载在氧化铝上)催化剂，温度600℃，将丁烷脱氢为丁烯，转化率30％，选择性80％；第二步反应使用类似催化剂，温度650℃，将丁烯脱氢为丁二烯，转化率27％，选择性76％。此法生产步骤多，操作麻烦，工业应用不广。

（2）胡德利法　该法在600℃、15kPa和绝热条件下使丁烷一步脱氢成丁二烯。催化剂为浸渍了18％～20％氧化铬的活性氧化铝，每反应4～10min进行一次催化剂再生。因系减压操作，催化剂再生十分麻烦，设备条件苛刻，要求配有大口径耐高温快速启闭的阀门及大容量真空设备。反应过程实际上是丁烷与丁烯的混合脱氢。反应气体分出丁二烯后进行循环，并与新鲜的丁烷混合进入脱氢反应器。以原料丁烷计，单程转化率28％，选择性55％～60％，此法只在美国采用，近年产量日趋减少。

丁烯脱氢

美国在40年代末开发的方法，其工艺过程的基本原理与菲利浦法的第二步反应相似，但反应过程作了很多改进，主要是在丁烯原料中加入大量蒸汽以降低烃分压，在有利于脱氢平衡条件下进行反应。此法所用催化剂（氧化铬和稳定的钙－镍磷酸盐）寿命较长，丁二烯选择性较高（约90％），但蒸汽用量大，60年代后被丁烯氧化脱氢法取代。

丁烯氧化脱氢

丁烯催化脱氢反应是可逆反应，转化率因受化学平衡限制而不高，氧化脱氢法是在脱氢时通入氧气（空气），改脱氢反应为氧化反应，从而大幅度提高丁烯的转化率及丁二烯的选择性，其反应式为：

C₄H₈+1/2O₂─→C₄H₆+H₂O

丁烯氧化脱氢(见图)是1965年在美国石油－得克萨斯化学公司工业化，过程采用铁尖晶石催化剂（见金属氧化物催化剂），反应器温度入口约350℃、出口约580℃，丁烯转化率可达78％～80％，丁二烯选择性92％～95％。氧化脱氢法的丁烯转化率及选择性较其他脱氢法高得多，因此，此法问世后被广泛使用。在美国，70年代末有70％厂家采用此法生产丁二烯。中国丁烯制丁二烯装置也均采用此法。

其他还有乙醇法和乙炔法。前者为苏联人С.Β.列别捷夫发明，于40年代工业化，过程采用氧化镁－氧化硅催化剂使乙醇一步转化为丁二烯。因丁二烯的选择性仅60％左右，生产成本高，目前仅少数国家尚采用此法。后者是德国在第二次世界大战期间生产丁二烯的主要方法。即先将乙炔制成乙醛，再缩合成丁醇醛，进而加氢得 1，3-丁二醇，最后将1，3-丁二醇脱水即得丁二烯。此法生产流程长，原料及能量消耗大，战后未得到推广。

用途

丁二烯是重要的聚合物单体，能与多种化合物共聚制造各种合成橡胶和合成树脂。其每年消耗量中，大约有90％以上用于合成丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶及ABS树脂等;少量用于生产环丁砜、1，4-丁二醇（见丁二醇）、己二腈、己二胺、丁二烯低聚物及农药克菌丹等。

安全

丁二烯极易着火，与空气混合能形成爆炸性气体，爆炸极限2％～11.5％(体积)。丁二烯与氧接触能形成过氧化物，如在室温下与空气接触一昼夜时能生成120ppm过氧化物，50℃下则可生成460ppm。过氧化物的存在能导致严重的爆炸事故。因此，贮运时必须与空气隔绝，并加入适量的阻聚剂。另外，丁二烯对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用，8小时操作时空气中含量不允许超过1000ppm。