探秘正丁烷：能源与化工领域的多面能手

1.物理性质：

    正丁烷是无色气体，有轻微刺激性气味。相对蒸气密度为 2.05，饱和蒸气压高，在 0℃时为 106.39kPa。燃烧热大，达 2653kJ/mol。临界温度为 151.9℃，临界压力为 3.79MPa。闪点低，为 - 60℃。爆炸上下限有一定范围，爆炸上限为 8.5%（V/V），爆炸下限为 1.5%（V/V）。不溶于水，易溶于醇、氯仿等。

2.化学性质：

    正丁烷稳定性易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氧化剂接触会猛烈反应。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

3.毒理学数据：

高浓度的正丁烷有窒息和麻醉作用。大鼠吸入 LC50 为 658000ppm（4h）。人在 23.73g/m³ 浓度下停留 10 分钟有嗜睡反应，但无全身反应。

1.以碳四烷烃为原料，经过脱轻塔除去轻组分，送入丁烷塔分离得到异丁烷，再将异丁烷送入正构化反应器，经催化反应后在底部得到粗正丁烷，最后送入脱重塔除去碳四重组分，得到质量分数为 97.5 - 99% 的正丁烷产品。具体步骤如下：

    首先，将原料送入脱轻塔，除去轻组分。在这个过程中，原料中的较轻组分被分离出来，留下较重的碳四烷烃等组分继续进行后续处理。

    接着，将脱轻塔处理后的物料送入丁烷塔进行分离，得到异丁烷。丁烷塔通过特定的精馏工艺，将不同碳链结构的烷烃分离，塔顶分离出异丁烷。

    然后，把丁烷塔塔顶分离出的异丁烷送入正构化反应器。在正构化反应器中，异丁烷在催化剂的作用下发生催化反应，转化为正丁烷，同时在反应器底部得到粗正丁烷和残料。

    最后，将粗正丁烷送入脱重塔，除去其中的碳四重组分。在脱重塔的塔顶得到质量分数为 97.5 - 99% 的高纯度正丁烷产品。

2.还可将正构化反应器的残料送入加氢反应器，进行加氢反应，冷凝分离后得到正构化产物，再送入脱烃塔，重复上述步骤处理得到正丁烷产品。具体流程为：

    首先，将正构化反应器产生的残料送入加氢反应器进行加氢反应。在加氢反应器中，残料中的异丁烯、丙烯、1 - 丁烯、2 - 丁烯等组分进行加氢反应，得到包含甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、氢气的加氢产物。

    接着，对加氢产物进行冷凝分离。通过特定的冷凝温度（10 - 30℃）和 2 - 4 级冷却操作，除去气相产品，即甲烷、乙烷、丙烷和氢气，得到由正丁烷和异丁烷组成的正构化产物。

    然后，将正构化产物送入脱烃塔。在脱烃塔中，按照上述第一种生产方法的步骤，依次经过脱轻塔除去轻组分、丁烷塔分离异丁烷、正构化反应器催化反应、脱重塔除去碳四重组分等步骤处理，最终得到正丁烷产品。

1.除直接用作燃料外，还用作溶剂、制冷剂和有机合成原料。正丁烷可以在家用液化石油气中与丙烷混合，大量用于家庭取暖、炊事和工业加热。同时，它还可用作亚临界生物技术提取溶剂、烯烃剂格勒聚合溶剂等。此外，作为制冷剂，正丁烷临界体积为 225cm³/mol，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿及其他烃类，如 R600 制冷剂即为正丁烷，具有对臭氧层完全没有破坏、温室效应小等环保优势。

2.在催化剂存在下脱氢生成丁烯或丁二烯，异构成为异丁烷，可作为烃化剂与烯烃反应生成抗爆性能好的支链烃。例如，由正丁烷制备丁二烯的方法，先将含正丁烷的原料气流引入第一脱氢区，非氧化性地催化脱氢为 1 - 丁烯、2 - 丁烯和任选的丁二烯，得到第一产物气流；再将第一产物气流引入第二脱氢区，将 1 - 丁烯和 2 - 丁烯氧化性地脱氢为丁二烯，最后从产物气流中回收丁二烯。同时，正丁烷异构化可制异丁烷，目前工业上正丁烷异构化反应主要使用 Pt/Cl - Al₂O₃ 类催化剂，而固体酸催化剂如沸石分子筛、杂多酸盐和 SO₄²⁻促进的金属氧化物催化剂也是研究较多的三大类烷烃异构化催化剂。正丁烷异构化产物异丁烷是烷基化反应的主要原料和合成甲基叔丁基醚等汽油添加剂的重要前驱体，广泛用于染料、化学合成致冷剂、合成橡胶、航空汽油、照明等。

3.经催化氧化可制顺丁烯二酸酐、乙酸、乙醛等；经卤化可制卤代丁烷；经硝化可得硝基丁烷；在高温下催化可制取二硫化碳；经水蒸气转化可制取氢气。如采用正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐的方法，将二氧化硅气凝胶作为壳层包裹钒磷氧催化剂，制备得到核壳型复合催化剂，提高了催化剂的催化效率和稳定性，采用串联反应器的方式，对反应尾气进行利用，提高了顺丁烯二酸酐的收率。此外，还有超详细正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐的试验，通过固定床反应器进行反应，利用气相色谱分析气体含量，掌握气体校正因子的运算和气体真实含量的运算，同时采用自动化控制外表在试验中应用，学会不同外表的使用和温度设置，明白气体质量流量计的原理和使用，并掌握气体流量的测试方法。

4.可做马达燃料掺和物、重油精制脱沥青剂、油井中蜡沉淀剂、用于二次石油回收的流溢剂，树脂发泡剂，海水转化为新鲜水的致冷剂，以及烯烃剂格勒聚合溶剂等。与丙烷混合作为液化石油气大量用于家庭取暖、炊事和工业加热。

1.健康危害：高浓度的正丁烷有窒息和麻醉作用。急性中毒主要症状有头晕、头痛、嗜睡和酒醉状态，严重者可昏迷。慢性影响方面，接触以丁烷为主的工人有头晕、头痛、睡眠不佳、疲倦等。例如，根据职业病危害告知牌以及相关文档记载，接触正丁烷的工人会出现类似的不良症状。同时，急性中毒和慢性影响可能会对工人的身体健康造成严重损害，影响其正常的工作和生活。

2.燃爆危险：正丁烷易燃，具窒息性。它与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氧化剂接触猛烈反应。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。如发生泄漏，应迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断火源后，应急处理人员应戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服等进行妥善处理。正丁烷的燃爆危险特性在其生产、储存、运输和使用过程中都需要高度重视，以防止发生严重的安全事故。

1.随着全球经济的发展和工业化进程的加速，正丁烷市场需求将继续增长。

2.技术水平不断提高，生产工艺不断升级，有助于提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

3.政策环境逐渐趋严，企业需提高环保标准，同时也有望获得更多市场机遇和政策支持。