碳四、碳五资源及其化工产品生产概述

在石油化工工艺学中，碳四（C4）和碳五（C5）馏分是重要的中间原料。它们主要来源于石油炼制过程中的催化裂化、蒸汽裂解等装置，组分复杂且富含烯烃、二烯烃及烷烃，是生产多种高附加值化工产品的宝贵资源。本章将系统阐述碳四、碳五馏分的来源、分离方法及其主要化工产品的生产技术。

一、碳四、碳五馏分的来源与组成

1. 碳四馏分来源与组成：主要来自催化裂化（FCC）和乙烯装置的裂解汽油副产物。典型组成包括正丁烷、异丁烷、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯以及重要的共轭二烯烃——1,3-丁二烯。
2. 碳五馏分来源与组成：主要来自蒸汽裂解制乙烯装置的副产物。其组成更为复杂，主要包括异戊二烯、环戊二烯、间戊二烯等二烯烃，以及戊烷、戊烯等单烯烃和烷烃。

二、碳四、碳五馏分的分离

由于组分沸点接近且存在共沸物，分离需采用特殊技术。

• 碳四分离：通常采用萃取精馏（如以DMF或N-甲基吡咯烷酮为溶剂）优先分离出高纯度的1,3-丁二烯。剩余的馏分可通过醚化（如与甲醇反应生成MTBE）、选择性加氢、精密精馏等方法进一步分离异丁烯、正丁烯等组分。
• 碳五分离：分离难度更大，核心目标是提取异戊二烯、环戊二烯和间戊二烯。工业上主要采用萃取精馏（常用溶剂为乙腈或DMF）、热二聚分离环戊二烯以及精密精馏等组合工艺。

三、主要碳四化工产品生产

1. 1,3-丁二烯：最重要的产品之一，是合成橡胶（如顺丁橡胶、丁苯橡胶）和工程塑料（如ABS树脂）的核心单体。分离提纯后直接作为商品。
2. 甲基叔丁基醚（MTBE）：曾广泛使用的汽油添加剂，由异丁烯与甲醇在酸性催化剂下醚化制得。随着燃料清洁化发展，其化工利用（如裂解制高纯度异丁烯）愈发重要。
3. 丁烯聚合物与共聚物：正丁烯可齐聚生产庚烯、辛烯等用于增塑剂醇原料，或与乙烯共聚生产线性低密度聚乙烯（LLDPE）。
4. 顺丁烯二酸酐（马来酸酐）：可由正丁烷或丁烯催化氧化制得，是生产不饱和聚酯树脂、富马酸等重要化学品的关键中间体。
5. 其他产品：异丁烯可水合制叔丁醇，也可聚合生产聚异丁烯；正丁烷可脱氢制丁烯或丁二烯。

四、主要碳五化工产品生产

1. 异戊二烯：关键产品，主要用于合成异戊橡胶（天然橡胶的替代品），也是合成香料、药品中间体的重要原料。
2. 环戊二烯及其衍生物：环戊二烯通过二聚体形式（双环戊二烯，DCPD）分离，可加氢制环戊烯、环戊烷，或与顺丁烯二酸酐反应生成降冰片烯衍生物，进而生产乙丙橡胶第三单体、农药、阻燃剂等。
3. 间戊二烯：主要用于生产石油树脂（如C5脂肪族石油树脂），用作胶粘剂、橡胶增粘剂和涂料组分。
4. 碳五石油树脂：以间戊二烯、异戊二烯等为原料经阳离子聚合制得，是重要的增粘树脂。
5. 加氢石油树脂：上述石油树脂经加氢饱和后，颜色浅、稳定性好，用于高端胶粘剂和卫生用品。

五、技术发展趋势与展望

碳四、碳五馏分的综合利用正朝着精细化、高值化方向发展：

• 分离技术优化：开发更高效、低能耗的分离工艺与新型溶剂。
• 下游产品延伸：大力发展以异丁烯、丁二烯、异戊二烯等为原料的专用化学品和高端聚合物材料。
• 催化技术创新：如开发新型催化剂，实现选择性定向转化，生产更高价值的含氧化合物或精细化学品。
• 产业链整合：与C2、C3产业链协同，实现资源优化配置，提升整体经济效益。

碳四、碳五馏分是连接石油炼制与下游精细化工、合成材料工业的关键桥梁。通过高效的分离和转化技术，这些组分得以“物尽其用”，生产出种类繁多、关乎国计民生的重要化工产品，其技术发展对石油化工产业的提质增效和可持续发展具有重要意义。