CN102584518A - 一种异丁烯的工业化生产方法及生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异丁烯的工业化生产方法，以叔丁醇浓度≥50wt%的叔丁醇水溶液或纯叔丁醇为原料，步骤：将原料升温至160～320℃；原料升温后加入反应器中，在气体空速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；混合气体进入水洗塔，用水除去大部分水和叔丁醇；水洗后的气体进入萃取塔，进一步除去叔丁醇；萃取后的异丁烯进入脱重塔中，脱除叔丁醇和水等重组分，最终得高纯度异丁烯产品。此外，本发明还公开了异丁烯的生产装置。本发明优化了生产工艺和装置，降低了生产能耗，实现了资源的充分利用，保护了环境，所得异丁烯产品纯度可达99.98%，容易实现工业化生产。

Description

一种异丁烯的工业化生产方法及生产装置

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***，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。

具体的，本发明所用的杂多酸催化剂为H₃PMo₁₂O₄₀、H₃PW₁₂O₄₀、H₄PVW₁₁O₄₀、H₄SiW₁₂O₄₀、H₉CeW₁₈O₃₆、H₈CeMoO₄₂、H₅AlW₁₂O₄₀、H₃NaSiW₁₂O₄₀、H₆P₂W₁₈O₆₂和H₃KSiW₁₂O₄₀中的一种或几种，催化剂负载在活性氧化铝球或/和二氧化硅上。优选的，催化剂为H₃PMo₁₂O₄₀（磷钼酸）、H₃PW₁₂O₄₀（磷钨酸）、H₄PVW₁₁O₄₀（磷钒钨酸）、H₄SiW₁₂O₄₀（硅钨酸）、H₈CeMoO₄₂（铈钼酸）和H₉CeW₁₈O₃₆（铈钨酸）中的一种或几种。最优选的，催化剂为H₃PMo₁₂O₄₀（磷钼酸）、H₃PW₁₂O₄₀（磷钨酸）、H₈CeMoO₄₂（铈钼酸）和H₉CeW₁₈O₃₆（铈钨酸）中的一种或几种。

进一步的，步骤（3）中水洗后所得的水洗液进入脱水塔，通过加热将叔丁醇从水洗液中分离出来，塔顶所得浓度较高的叔丁醇水溶液进入步骤（1）的汽化室作为原料循环利用，塔釜剩余的高温水溶液进入预热器为叔丁醇预热提供物理热能，冷却后的水溶液一部分进入萃取塔作为萃取剂循环利用，另一部分作为冷却水回收利用。

进一步的，萃取塔中所得的水溶液进入水洗塔循环使用；脱重塔塔釜中的叔丁醇、水等重组分进入步骤（1）的汽化室作为原料循环利用。

进一步的，水洗塔中，混合气体的流速为2.0-2.5吨/小时，水的喷洒速度为15～30m³/h，水的温度为35-45℃；萃取塔中，压缩得到的液体以1.5-2.5吨 /小时的速度进入萃取塔，水与压缩得到的液体的质量比为0.4-0.6，萃取塔的温度为20-45℃；脱重塔中，异丁烯进入脱重塔的流速为1.5-2.5吨 /小时，脱重塔理论塔板数为20块，回流比为1.0～1.5，塔釜温度为50-100℃。

优选的，叔丁醇裂解反应的温度为200～280℃,气体空速（每秒钟进的气体质量相对于催化剂体积的比）为0.30-0.55kg/m².s。

本发明特别组装了适合于降低能耗、提高产品纯度和叔丁醇转化率的异丁烯的工业化生产装置，其特征是：依次包括原料加热装置、进行裂解反应的反应器、对裂解所得的混合气体进行水洗的水洗塔、对水洗后的气体进行压缩的压缩机、对压缩后的液体进行萃取的萃取塔和对萃取后的气体进行精馏的脱重塔，所述原料加热装置包括依次连接的预热器、汽化器、以反应器中的混合气体为物理热源的换热器和过热器，所述过热器与反应器连接，所述反应器通过换热器与水洗塔相连，使反应器中的混合气体通过换热器换热进入水洗塔，所述水洗塔通过管道与萃取塔相连，使萃取塔中的萃取液进入水洗塔，所述脱重塔通过管道与汽化器相连，使脱重塔中精馏后的重组分进入汽化器。

进一步的，水洗塔还连接有对其塔釜中的水洗液进行脱水的脱水塔，脱水塔的顶部连接冷凝器，冷凝器连接回流槽，回流槽通过管道与汽化器相连，脱水塔顶部的气体经冷凝器冷凝为液体，一部分液体重新进入脱水塔，另一部分液体通过管道进入汽化器，脱水塔的底部通过预热器与萃取塔相连，使脱水塔塔釜中的水溶液经过预热器换热进入萃取塔。

 

本发明提供了生产异丁烯的方法和适用于该方法的装置，整个工艺流程包括三个大步骤，一为反应原料的升温，二为原料的裂解，三为反应产物的后期精制、纯化。本发明所用的原料为含有叔丁醇的混合物或者纯的叔丁醇，在混合物中，其他成分应该不影响反应的进行。原料经四个升温过程达到预定的温度，首先是预热器预热、再是汽化器汽化，然后是换热器换热，最后是过热器加热至预定温度，本发明之所以设置4个加热阶段是为了充分利用反应自身产生的热源，以达到资源利用、减少能耗的目的。优选的，预热器和换热器中的热能为工艺本身的热介质实现的，不需要外加热源，汽化器和过热器中的热源来自于外界热源。其中，预热器的热源来自于产物后期精制、纯化所产生的物理热能，换热器的热源来自于高温混合气体产物的物理热能。当然，预热器和换热器也可以用外加热源。

经加热后的原料温度达到160-320℃，满足反应所需的温度要求，原料从过热器出来后直接进入固定床反应器，反应器中加有催化剂，在催化剂的作用下进行裂解反应生成异丁烯和水的混合气体，另外混合气体中应该还含有少量没有反应的叔丁醇原料、生成的水及原料中可能含有的微量不参与裂解反应的杂质（这些杂质是在生产叔丁醇时所不可避免带有的杂质，例如水、C4、异丁烯、仲丁醇等，但C4、异丁烯及仲丁醇含量一般在2%以下，正常在1%以下）。混合气体带有高热，先进入换热器为未反应的原料提供热能，然后降温后的冷却气体进入后续设备进行精制、纯化。精制、纯化过程为：混合气体经过换热器后直接进入水洗塔进行水洗，因为水和叔丁醇都溶于水，因此水洗后能将大部分的易溶于水的成分从混合气体中洗脱出来，使混合气体中异丁烯纯度升高，水洗塔中的水通过管式分布器喷淋，水的喷淋速度为15-30m³/h，经水洗后，异丁烯的纯度在99.8%。水洗塔中设有循环冷却器，将塔底的水洗液循环用于水洗混合气体，节约水源，另外，循环冷却器还保证水温不会升的太高，以加强水和叔丁醇的脱出，一般水洗所用水的温度在45℃以下，通常在35-45℃。水洗后的混合气***于水洗塔的顶部，水洗液位于塔釜底部。塔顶的混合气体进入压缩机，经压缩成为液体。压缩后的液体以1.5-2.5吨 /小时的速度进入萃取塔，在萃取塔中设有萃取剂——水，优选的保持萃取塔中的水与压缩液体质量比为0.4-0.6，液态产品从塔底部进入，穿过塔中的萃取剂，从而使部分水和叔丁醇脱出，萃取塔保持温度为20-45℃，压缩后的气体进入后最终还会变为气体，从塔顶进入脱重塔。萃取后的产品进入脱重塔，对产品进行最后的纯化，计算脱重塔的塔板数和回流比，将异丁烯从塔顶分馏出来，然后通过分子筛进一步除水，最终得到纯度在99.9%以上的异丁烯。

以上是异丁烯生产的三个步骤，按照该流程所得的异丁烯纯度高，叔丁醇转化率高，异丁烯纯度可以达到99.98%，水份含量小于50ppm，而且反应流程简洁，还利用了一部分自身的能源，成本得到一定降低，效果良好。

为了更进一步的增加产品的工业化效应，可以进一步的对工艺进行优化，以得到更好的效果，例如，虽然本发明采用了特殊的催化剂，但是叔丁醇仍不能100%转化，因此为了提高叔丁醇的转化率，可以将反应产物中未反应的叔丁醇分离出来回用于反应。为了分离叔丁醇，在反应装置中还可以设置一脱水塔，脱水塔承接水洗塔底部的水洗液，虽然水洗液可以循环使用，但是不能无限次的使用，要间歇式的进入脱水塔，当水洗液中叔丁醇浓度达到5%时将水洗液通入脱水塔中进行脱水。因为水洗液中叔丁醇浓度很低，在5%以下时不能直接用于反应原料，因此只有将水洗液进行进一步的脱水。水洗液在脱水塔中进行加热使叔丁醇与水分离，由于叔丁醇与水混溶，因此蒸馏出来的馏分含有水分，但叔丁醇的浓度应该在50%以上，可以作为反应原料，塔顶出来的馏分经过冷凝器、回流槽进入汽化器作为原料回用。而脱水塔底部剩余的水洗液因为具有高温，可以进入预热器为预热器提供热源，冷却后的水洗液可以进入萃取塔作为萃取剂，多余的水洗液可以作为冷却水排放到厂区循环水***再利用。

进一步的萃取叔丁醇时，萃取塔中萃取后的水溶液可以回用于吸收塔，萃取塔中的水溶液也是间歇式的进入吸收塔，其在叔丁醇含量达到1%时，换一批萃取剂将上一批萃取液回用于水洗塔水洗混合气体。

进一步的脱重后的塔釜剩余液体可以回用于汽化器作为原料，以进一步的提高叔丁醇转化率。

经实验验证，经过叔丁醇的循环回用，其转化率可以达到99.8%以上，叔丁醇裂解选择率可以达到99%以上。

本方法通过寻找一种更适合于叔丁醇裂解为异丁烯的专用催化剂，选择率达99%，使叔丁醇裂解更加稳定，转化率提高至99.8%以上，另外，通过对异丁烯的进一步精制和脱水，可达到高纯低水的聚合级异丁烯，异丁烯纯度可达99.98%，含水量小于50pm。

另外，通过对工艺和反应装置的优化，将反应中的热源回用于工艺本身，例如通过换热器对原料的预热和对反应混合气的换热以及对气相异丁烯进行压缩，降低了生产能耗，比较容易的实现了能源的充分利用和节能降耗的目的；通过叔丁醇脱水塔对未反应的叔丁醇和裂解生成水进行回收利用，实现了资源的充分利用，保护环境，节约能源，实现了产品的可持续发展；通过对工艺的合理布局和优化，整个反应易于控制，异丁烯纯度可达99.98%，容易实现工业化生产。 

附图说明

图1为本发明异丁烯工业化生产装置的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

图1是本发明装置的最佳优选示意图，图中，异丁烯的工业化生产装置依次包括原料加热装置、进行裂解反应的反应器、对裂解所得的混合气体进行水洗的水洗塔、对水洗后的气体进行压缩的压缩机、对压缩后的液体进行萃取的萃取塔和对萃取后的气体进行精馏的脱重塔，所述原料加热装置包括依次连接的预热器、汽化器、以反应器中的混合气体为物理热源的换热器和过热器，所述过热器与反应器连接，所述反应器通过换热器与水洗塔相连，使反应器中的混合气体通过换热器换热进入水洗塔，所述水洗塔设有循环冷却器，水洗塔通过管道与萃取塔相连，使萃取塔中的萃取液进入水洗塔，所述脱重塔通过管道与汽化器相连，使脱重塔中精馏后的重组分进入汽化器，最后脱重塔塔顶的气体经过塔顶冷凝器、第二回流槽、分子筛得到异丁烯产品。

进一步的，水洗塔还连接有对其塔釜中的水洗液进行脱水的脱水塔，脱水塔的顶部连接冷凝器，冷凝器连接第一回流槽，第一回流槽通过管道与汽化器相连，脱水塔顶部的气体经冷凝器冷凝为液体，一部分液体重新进入脱水塔，另一部分液体通过管道进入汽化器，脱水塔的底部通过预热器与萃取塔相连，使脱水塔塔釜中的水溶液经过预热器换热进入萃取塔。

在生产异丁烯时，工艺流程为：

首先，选择浓度在50wt%以上的叔丁醇水溶液作为原料，因为生产关系，在原料中存在不可避免的杂质，例如水、C4、仲丁醇等，这些杂质并不影响裂解反应的进行，也不参与裂解反应。将原料经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，原料升温至160-320℃，将原料进入固定床反应器，在反应器中设有杂多酸类催化剂（杂多酸类指的是杂多酸或杂多酸的混合物），原料气体在160-320℃、0.1-0.7kg/m².s气体空速的条件进行裂解反应，生成含有异丁烯的混合气体；

混合气体经过换热器冷却后以2.0-2.5吨 /小时的流速进入水洗塔，水洗塔中的水从塔顶喷淋下来吸收了混合气体中的部分反应原料（叔丁醇）、副产物（水）及杂质（原料中带有的仲丁醇及少量C4等）。水洗塔中的水通过管式分布器喷淋，水的喷淋速度为15-30M³/h。为了节约用水，塔底的水通过循环冷却器冷却后又上升到塔顶喷淋下来，喷淋所用水的温度始终保持在45℃以下；

水洗后的混合气体中异丁烯的纯度在99.8%以上，混合气体从水洗塔塔顶进入压缩机，通过压缩成为液体以1.5-2.5吨 /小时的速度进入萃取塔中，萃取塔的底部通有萃取剂——水，塔温度保持在20-45℃，压缩后的液体从塔底进入，穿过萃取剂然后汽化成气体（异丁烯沸点很低，在20-45℃下会变为气态）到达塔顶，通过萃取又进一步的除去了叔丁醇，其中水与压缩的液体的质量比为0.4:-0.6；

萃取塔塔顶的气体从塔顶排出进入脱重塔，速度为1.5-2.5吨/小时，在脱重塔中对气体进行精馏，进一步除去叔丁醇和其他杂质，最佳的理论塔板数为20块，回流比为1.0～1.5，塔釜温度为50-100℃。经脱重塔后的气体从塔顶放出，经冷凝器冷凝、回流槽回流、分子筛除水，最终得到纯度达99.98%的高纯异丁烯。

上述是制备异丁烯的主要反应过程，进一步的为了节约能源，降低成本，提高原料转化率，还可以对工艺进行以下优化：

1、为了提高叔丁醇的转化率，在设备中还可以增加一脱水塔，用于回收未反应的叔丁醇重新用于反应。脱水塔与吸收塔的底部连接，主要提纯吸收塔底部水洗液中的叔丁醇。操作过程是：水洗塔中的水循环用于洗脱混合气体中的叔丁醇和水，当塔底的水洗液中的叔丁醇达到5%，将水洗液通入脱水塔中进行脱水，脱水的过程是加热，叔丁醇就会从塔顶蒸出然后进入汽化器回用。脱水塔底部剩余的高温水溶液则进入汽化器为其提供热源，冷却的水溶液一部分进入萃取塔作为萃取剂，剩余的部分可作为冷却水备用，排入厂区循环水***。

2、脱重塔塔底剩余的重组分中也含有叔丁醇，为了提高其转化率，塔底的重组分也进入汽化器循环回用。

3、为了节约用水，萃取塔中萃取后的水溶液可以回用于吸收塔，操作步骤为：萃取液是间歇式进入吸收塔的，水溶液中的叔丁醇浓度达到1%时，换一批萃取剂将上一批萃取液回用于水洗塔水洗混合气体。

经过上述优化操作后，叔丁醇转化率可达99.8%，叔丁醇裂解选择率达99%，可得到质量含量达99.98%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例2

质量含量85%叔丁醇进料为2.0吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到260℃，升温后的原料连续进入装有磷钼酸（H₃PMo₁₂O₄₀）的活性氧化硅球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.45kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进入水洗塔的流速2.0-2.1吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为20m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.69吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.68吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为98℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.96%，叔丁醇裂解选择率达99.6%以上，可得到质量含量达99.98%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例3

质量含量55%叔丁醇进料为2.8吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到200℃，升温后的原料连续进入装有磷钼酸（H₃PMo₁₂O₄₀）的活性氧化铝球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.25-0.30kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进入水洗塔的流速2.75-2.85吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为15m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.53吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.53吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为85℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.93%，叔丁醇裂解选择率达99.3%以上，可得到质量含量达99.97%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例4

质量含量90%叔丁醇进料为2.2吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到280℃，升温后的原料连续进入装有磷钼酸（H₃PMo₁₂O₄₀）和磷钨酸（H₃PW₁₂O₄₀）的活性氧化铝球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.55kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进入水洗塔的流速2.15-2.25吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为30m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.98吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.98吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为60-70℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.93%，叔丁醇裂解选择率达99.5%以上，可得到质量含量达99.99%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例5

质量含量85%叔丁醇进料为2.5吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到320℃，升温后的原料连续进入装有硅钨酸（H₄SiW₁₂O₄₀）和磷钨酸（H₃PW₁₂O₄₀）的活性氧化铝球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.65kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进入水洗塔的流速2.45-2.55吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为30m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.80吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.80吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为60-70℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.92%，叔丁醇裂解选择率达99.4%以上，可得到质量含量达99.98%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例6

质量含量65%叔丁醇进料为2.5吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到275℃，升温后的原料连续进入装有铈钨酸（H₉CeW₁₈O₃₆）、磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀)和铝钨酸（H₅AlW₁₂O₄₀）的活性氧化铝球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.50kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进入水洗塔的流速2.45-2.55吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为26m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.62吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.62吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为85℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.92%，叔丁醇裂解选择率达99.5%以上，可得到质量含量达99.99%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

实施例7

质量含量65%叔丁醇进料为2.0吨/小时, 经过预热器预热、汽化器汽化，再进入换热器、过热器进一步换热升温后，温度达到160-170℃，升温后的原料连续进入装有磷钼钨酸（H₃PMo₁₂O₄₀）和磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀)的活性氧化铝球的固定床反应器中，在此温度、气体空速为0.45kg/m².s的条件下进行裂解反应，生成含异丁烯的混合气体；混合气体经过换热器冷却后进入水洗塔水洗，进平入水洗塔的流速1.90-2.10吨/小时，水洗塔中水的喷淋速度为20m³/小时，水温为35-45℃。水洗将混合气体中的大部分叔丁醇和水除去，剩余的混合气体从水洗塔顶部排出、经压缩机压缩为液相后进入萃取塔萃取。萃取塔的温度为20-45℃，压缩液体的进入速度为1.30吨/小时，水与压缩液体的质量比为0.4-0.6。萃取塔后，混合气体进一步的除去了异丁烯中含有的大部分叔丁醇，剩余的混合气体再进入异丁烯脱重塔脱除叔丁醇、水等重组分。气体进入脱重塔的速度为1.30吨/小时，脱重塔的理论塔板数为20块，回流比为1.0-1.5，塔釜温度为85℃。经脱重塔精馏后的气体聚集在塔顶，经冷凝后过分子筛脱水，即得高纯度异丁烯产品；水洗塔釜叔丁醇水溶液间歇采出至叔丁醇脱水塔，脱水塔顶为高含量叔丁醇水溶液，该高含量叔丁醇水溶液和异丁烯脱重塔釜含叔丁醇、水等重组分间歇返回汽化器，循环使用。叔丁醇脱水塔釜水经过换热冷却后一部分进入萃取塔，其余进入厂区循环水***，作为冷却水回收利用。萃取塔底部萃取水进入水洗塔循环使用。最终叔丁醇转化率达99.90%，叔丁醇裂解选择率达99.2%以上，可得到质量含量达99.97%，水份含量小于50ppm的高纯度异丁烯产品。

Claims (10)

1.一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。

2.根据权利要求1所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：催化剂中，所述杂多酸为H₃PMo₁₂O₄₀、H₃PW₁₂O₄₀、H₄PVW₁₁O₄₀、H₄SiW₁₂O₄₀、H₉CeW₁₈O₃₆、H₈CeMoO₄₂、H₅AlW₁₂O₄₀、H₃NaSiW₁₂O₄₀、H₆P₂W₁₈O₆₂和H₃KSiW₁₂O₄₀中的一种或几种，催化剂负载在活性氧化铝球或/和二氧化硅上。

3.根据权利要求2所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：催化剂中，所述杂多酸为H₃PMo₁₂O₄₀、H₃PW₁₂O₄₀、H₄PVW₁₁O₄₀、H₄SiW₁₂O₄₀、H₈CeMoO₄₂和H₉CeW₁₈O₃₆中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：催化剂中，所述杂多酸为H₃PMo₁₂O₄₀、H₃PW₁₂O₄₀、H₈CeMoO₄₂和H₉CeW₁₈O₃₆中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：步骤（3）中，水洗塔中的水洗液进入脱水塔，通过加热将叔丁醇从水洗液中分离出来，塔顶所得浓度较高的叔丁醇水溶液进入步骤（1）的汽化室作为原料循环利用，塔釜剩余的高温水溶液进入预热器为叔丁醇预热提供物理热能，冷却后的水溶液一部分进入萃取塔作为萃取剂循环利用，另一部分作为冷却水回收利用。

6.根据权利要求1所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：萃取塔中所得的水溶液进入水洗塔循环使用；脱重塔塔釜中的叔丁醇、水等重组分进入步骤（1）的汽化室作为原料循环利用。

7.根据权利要求1所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：叔丁醇裂解反应的温度为200～280℃,气体空速为0.30-0.55kg/m².s。

8.根据权利要求1所述的异丁烯的工业化生产方法，其特征是：水洗塔中，混合气体的流速为2.0-2.5吨/小时，水的喷洒速度为15～30m³/h，水的温度为35-45℃；萃取塔中，压缩得到的液体以1.5-2.5吨 /小时的速度进入萃取塔，水与压缩得到的液体的质量比为0.4-0.6，萃取塔的温度为20-45℃；脱重塔中，异丁烯进入脱重塔的流速为1.5-2.5吨 /小时，脱重塔理论塔板数为20块，回流比为1.0～1.5，塔釜温度为50-100℃。

9.一种异丁烯的工业化生产装置，其特征是：依次包括原料加热装置、进行裂解反应的反应器、对裂解所得的混合气体进行水洗的水洗塔、对水洗后的气体进行压缩的压缩机、对压缩后的液体进行萃取的萃取塔和对萃取后的气体进行精馏的脱重塔，所述原料加热装置包括依次连接的预热器、汽化器、以反应器中的混合气体为物理热源的换热器和过热器，所述过热器与反应器连接，所述反应器通过换热器与水洗塔相连，使反应器中的混合气体通过换热器换热进入水洗塔，所述水洗塔通过管道与萃取塔相连，使萃取塔中的萃取液进入水洗塔，所述脱重塔通过管道与汽化器相连，使脱重塔中精馏后的重组分进入汽化器。

10.根据权利要求9所述的异丁烯的工业化生产装置，其特征是：水洗塔还连接有对其塔釜中的水洗液进行脱水的脱水塔，脱水塔顶部的气体经冷凝器冷凝为液体，一部分液体重新进入脱水塔，另一部分液体通过管道进入汽化器，脱水塔的底部通过预热器与萃取塔相连，使脱水塔塔釜中的水溶液经过预热器换热进入萃取塔。

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