ブテン骨格のイソブテンへの異性化の操作手順や技術に関する質問応答を学びたい*

半日かけて検索してあげたよ。見つからないよ。 情報を調べてみました。お役に立てば幸いです。 関連する問題について相談できる海友の皆さん@zhangqi1234 @zhjy200311、@wsh7014 @河边水草@那疼、绕心弦 @紫藤 @liu421454805 @hu792016761です。私自身がこの装置の操作員ですので、解決策を詳しく説明してください：
1. 正ブテンの異性化の問題
http://bbs.hcbbs.com/thread-1235316-1-1.html （出典：海川化工フォーラム）
2. 1-ブテンおよび2-ブテンの異性化によるイソブテン製造の工程について
http://bbs.hcbbs.com/thread-424427-1-1.html （出典：海川化工フォーラム）
3. 正ブテンの骨格異性化
http://bbs.hcbbs.com/thread-896890-1-1.html （出典：海川化工フォーラム）
イソブタン脱水素法 – これは競争力のあるイソブテン製造プロセスの一種です。これは、油田ガスに含まれる20％～40％のイソブタンを利用し、脱イソブタン塔で分離した後、塔頂から出てきたイソブタンを脱水素装置に送って目的物であるイソブテンに変換するものです。化学原料を得るだけであれば、得られたイソブテンはそのまま利用できる。高純度の製品を得るためには、イソブテンをMTBE合成装置に送り、塔底から出てくるノルマルブタンを異性化装置に送る。異性化生成物は脱イソブタン塔に戻り、さらに脱水素装置に戻ってイソブテンが製造される。このようにしてC4炭化水素資源が十分に活用されるため、多くの生産者に好まれている。技術の鍵は、優れた触媒を持つことです。イソブタンの脱水素は強い吸熱反応であり、動力学的制御を受ける。高温は収率の向上に寄与するが、高温下では触媒が容易に不活性化する；低い水素圧は脱水素に有利だが、実際の運用ではコークの発生を抑制し炭素堆積物を除去するために水素雰囲気が必要となるため、このプロセスを実現するのはある程度困難である。現在、海外で開発されている工業化技術には、UOP社のOleflexプロセス、Lummus社のCatofinプロセス、Phillips社のSTARプロセス、Snamprogetti社のFBD-4プロセス、Linde社のLindeプロセスがある。 同社のイソブタン脱水素によるイソブテン製造プロセスは、反応、触媒の連続再生、および製品回収の3つの部分から構成されており、使用される触媒は白金を主成分とする多金属で、球状アルミナが担体として用いられている。この方法により、イソブタンをイソブテンに変換する全選択性は91％～93％（モル）に達する。 . g* U; W1 {7 F* W. v+ c$ ]$ L 旧ソビエト連邦では、アルミニウムクロム酸触媒を用いた沸騰床式装置によってイソブタン（およびノルマルブタン、またはイソブタンとノルマルブタンの混合物）の脱水素が行われていた。この方法は効果的で、イソブタンの転換率は50％～55％、イソブテンへの選択性は82％～86％であった。国内でロシアと接点を持つ企業は少なくないが、実質的な段階に入るのは盤錦と運だろう。- }' Z. o" S( B7 Y6 s0 @ イソブタン脱水素は、その後のイソブテンの活用次第であり、ポリイソブテン、ブチルゴム、イソパラゴム、またはMMAへとさらに深加工する場合、利益は非常に大きい。! D+ イソブタン脱水素の単位消費量は1.16tのイソブタン/ tのイソブテンで、国内では既にロシアのYARSINTEZ合成研究所の技術を導入し、イソブタン脱水素用の工業装置が建設されている。ここでは流動層プロセスが採用されており、転換率は50％以上である。また契約により、ロシア側は契約締結後4年間はどちらの当事者にもこの技術を譲渡しないことになっている。0 c: o' l* 山東玉皇は、中国国外で既に工業化されている装置を建設しており、その規模はいずれも20万トン前後である。8 C' Y( P1 F, N5 T( Z 投資額が大きいため、- m7 |5 G3 }5 イソブテンをブチルゴムやイソプレンなどに加工して高度利用しない限り、10万トンでは絶対に経済的な規模には達しない。当社は炭素数4の化合物を高度に加工する専門の民間企業です。現在ではMEBEや高純度イソブテン、正ブテンの異性化、芳香族化といった製品を手がけており、ご指摘のイソブタン脱水素も当社の事業展開の方向性の一つです。ちなみに、お客様の方では既に工業化されているのでしょうか、それともまだ実験室レベルのデータなのでしょうか。また、芳香族化処理後の排ガス中のオレフィン量はどの程度でしょうか。私の感覚では、お客様の脱水素触媒と異性化触媒には類似点があるように思えます。国内では既にロシアのYARSINTEZ合成研究所の技術が導入され、イソブタン脱水素の工業的なプラントが建設されている。ここでは流動層式のプロセスが採用されており、転換率は50％以上である。また契約上の取り決めにより、ロシア側は契約締結後4年間はどちらの当事者にもこの技術を譲渡しないことになっている。カーボン4の総合的な利用法としては、ブタンは主にシュウアンヒドリドやブタジエンの製造に使用され、ABS、SBS、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴムなどの合成材料として利用される。ブタジエン法によるアジピン酸ニトリルは、BASFの最先端技術である。カーボン4はエチレンの分解原料として利用され、イソブタレンはMTBEやtert-ブタノールとして使用され、さらに高純度のイソブタレンが生産され、これをもとにメタクリル酸メチル、ブチルゴム、ポリイソブテン、潤滑油用分散剤などが製造される。ブテン-1とブテン-2はエチレンやプロピレンの製造に利用されるほか、脱水素処理によってブタジエンも生産される。 説明2：イソブタンはその性質が不活性であるため、高度な加工が困難であり、化学工業分野での利用は少ない。主に直接アルキル化してガソリンを製造するために使用され、ノルブタンは過酸化によってマレイン酸アンヒドリド（マレイン酸アンヒドラート）を生成することができる。イソブテンの最も広く利用されている用途は、メタノールと反応させてMTBEを生成することですが、現在ではイソブテンを原料としてメチルメタクリレート（MMA）を製造する例が多くなっています。 正ブテンは主に酸化脱水反応によってブタジエンやシクロヘキサノンを製造したり、メチルエチルケトンを作るために使用されます。また、1-ブテンはポリエチレンのモノマー、sec-ブタノール、および気相重合製品の生産原料として使用される。一方、無水マレイン酸の生産原料である2-ブテンの主な用途は：（1）間接アルキル化技術を利用してアルキレートガソリンを製造することであり、これが2-ブテンの主要な用途で、2-ブテン使用量の約90％を占める。（2）2-ブテンとエチレンからプロピレンを製造する。（3）2-ブテンの水素化によりセコバレルアルコールを生成し、その後脱水してメチルエチルケトンを得る。ブタジエンは1990年代初頭にはすべて合成ゴムの製造に使用されていたが、次第に合成樹脂、熱可塑性エラストマー、スチレンブタジエンラテックス、その他の有機化学製品の製造にも利用範囲が拡大してきた。特にアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ABS）樹脂、スチレンとブタジエンのブロック共重合体（SBS）熱可塑性エラストマー、スチレンブタジエンラテックスなどの需要が大幅に増加している。さらに、ブタジエンはブタンジオール、**フラン、スチレン、ヘキサナイロン、ラクタム、ブタルデヒド/ブタノール、および2-エチルエタノールや1-オクテン/1-オクタノールといったいくつかの基本原料を直接合成することもできる。三イソブテン（IB）53％とエタノール（EtOH）47％を組み合わせることでETBE（エチル・テルシアリー・エーテル）が合成される。ETBEは、優れた性能を持つ高オクタン価ガソリンの調整成分である。ETBEはエタノールやMTBEと同様に高オクタン価のガソリン改質剤であり、「バイオガソリン添加剤」とも呼ばれる。 M8 o9 X$ @$ GガソリンにおけるETBEの最大添加量は17Vol%です。ETBEはガソリンのオクタン価を向上させる効果があるだけでなく、共溶剤としても使用できます。ETBEの沸点は高く、炭化水素類と混合しても共沸混合物を生成しない。これにより、エンジン内の空気抵抗を減らすとともに、蒸発損失も低減できる。ETBEは好気性微生物によっても分解される。 したがって、ETBEはガソリンのオクタン価を向上させるだけでなく、ガソリンの経済性や安全性も改善できるため、非常に大きな市場ポテンシャルを持つ優れた添加剤と言えます。 背景資料1、「高オクタン価ガソリン」とその発展傾向
ガソリンは自動車のエンジン内で燃焼する際、シリンダー内の酸素が不足しているために完全に燃焼せず、機械が激しく振動し、その結果出力が低下したり部品が損傷したりします。これがガソリンの抗爆性です。ガソリンの抗爆性を示す数値指標がオクタン価で、これが一般的に言われるガソリンのグレードです。「90#」や「93#」といった表記は、そのガソリンの抗爆性を示しており、数値が高いほど抗爆性は優れています。 高オクタン価のガソリンを使用することは、自動車のエンジンを保護し、運転性能を向上させるための重要な手段となる。 ガソリンの抗爆性を向上させる方法は、ガソリンに他の化学剤を添加することです。かつては一般的にテトラエチル鉛が添加され、その結果、鉛を含むガソリンが作られました。しかし、鉛が人体に与える害のため、テトラエチル鉛は1997年に世界中で使用が禁止されました。現在一般的に使用されている高オクタン価ガソリンには、92、93、95、97、98オクタン価の無鉛ガソリンがあります。エーテル系化合物には、メチルトリブチルエーテル（MTBE）、エチルトリブチルエーテル（ETBE）、メチルトリペンチルエーテル（TAME）などがあり、これらは無鉛で酸素を含み、高オクタン価のガソリンを製造するための優れた調合成分です。 時代の流れとともに、環境問題はますます人々の関心を集めるようになってきました。自動車の排気ガスによる大気汚染を減らすため、世界各国ではますます厳格なガソリン規格が次々と定められている。過去10年間、メチル第三ブチルエーテル（MTBE）は、アメリカの新規ガソリン配合剤（RFG）や、多くの国・地域（台湾を含む）のガソリンにおいて、ガソリンのオクタン価を向上させ、自動車からの排出汚染を低減するための主要な添加剤として使用されてきました。しかし近年、アメリカ国内のいくつかの州（特にカリフォルニア州）でタンクからの漏れやMTBEによる地下水汚染が発生し、各方面の懸念とパニックを引き起こしている。近年の科学研究により、MTBEの欠点が明らかになった。それは分解しにくく、地下水をある程度汚染するからである；わずかな臭いがあり、運転者を不快にさせ、吐き気や目の痛み、水疱ができるなどの症状を引き起こすことがある。アメリカは最近、「クリーン燃料法」を可決し、2004年から4年間でMTBEの使用を禁止することになった。 MTBEの使用が禁止されれば、ガソリンのオクタン価を代替する化合物は何か、関連する生産設備の処遇、そして原料であるイソブテンの用途といった問題が生じる。既存のMTBEの代替品の中では、エタノール（アルコール）が最も注目されているが、アメリカでは国内での供給量が不足しており価格も高いという問題がある。現在は税制上の優遇措置があるものの、その持続性には疑問が残る。また、エタノールのラウール蒸気圧はかなり高く（18psia）、そのため低RVPの混合原料であるイソオクテンの方が理想的である。さらに、ほこりや水溶性の不純物を吸収しやすいという特性があり、パイプラインでの輸送には適していない。そのため、混合作業は通常、石油倉庫で行われる。イソブテンの処理法については、現在積極的に研究が進められており、一つ目はイソブテンを重合させてイソオクタンにし、さらに水素化して高オクタン価のガソリン添加剤であるイソオクタンにする方法、二つ目はエタノールと反応させてエチル第三ブチルエーテル（ETBE）を合成する方法です；ETBEはMTBEと同じカテゴリーに属しますが、オクタン価が高く（111）、ライ氏蒸気圧も低い（4psia）うえ、MTBEよりも水に溶けにくいため、ガソリンの酸素含有添加剤としてエタノールよりも適しています。さらに、ETBEとイソオクタンの蒸留範囲は狭く、ドライバビリティ指数を向上させることができます； DI）および混合時のVOC（揮発性有機化合物）の管理について、現在米国財務省は、ETBEをガソリンに混合して使用する場合にエタノール分に対する税制上の優遇措置を認めることに合意している。ヨーロッパはMTBEの第2位の市場であり、欧州議会は2010年までに輸送用燃料の消費量（エネルギー含有量ベース）の5.75％（体積比、エネルギー含有量ベース）をバイオ燃料で賄うという目標を掲げた指令を発布している。バイオディーゼルが主要なバイオ燃料となるでしょう。欧州におけるエタノールの需要増加の大部分は、エチルトリブチルエーテル（ETBE）形態からもたらされる見込みであり、すでにいくつかのMTBE製造プラントがETBEの生産に転換されている。その他のプラントの転換に加えて、新たに建設されるETBE製造プラントもあわせると、2010年までに完了する見込みであり、ETBEの使用量は年間215万～257万トンにまで増加すると予想される。ヨーロッパにおけるエタノールの使用量（直接混合成分またはETBEの原料として）は、107万～150万トン/年まで増加する見込みです。 将来を見据えると、世界のガソリン規制はますます厳しくなっていく。酸素含有量や硫黄含有量といった規制に加えて、高オクタン価、低RVP、低オレフィン含有量、低芳香族炭化水素含有量といった要件も増えてきており、これらがガソリンのコストを上昇させる要因となる。将来的には、「運転適性指標」（DI）という項目も追加されるかもしれない

正ブテン骨格の異性化によるイソブテン製造は、触媒の構成によってアルミナプロセスと分子ふるいプロセスの2種類に分けられる

アルミナ触媒法の利点は、触媒が安価で手に入りやすいことですが、活性が低く反応温度も高いため、熱力学的にはイソブテンの生成に不利です。この工程の収率は約30％で、アルミナ触媒の不活性化も早い。 分子ふるい触媒の活性はアルミナ触媒よりも大幅に向上し、反応温度は350～400℃まで低下し、収率も約40％に達した

解決策を詳しく説明してください：正ブテンの異性化によるイソブテン製造技術の反応原理は、高い選択性を持つ分子ふるい触媒の触媒作用により、炭素数4の原料中の正ブテンが骨格異性化反応を起こしてイソブテンが生成されるというものです。 正ブテンの異性化によるイソブテン製造技術の工程上の特徴は、反応に窒素、水素、水蒸気などの希釈ガスが不要であり、反応圧力が低い（約0.02～0.07MPa）、反応温度が適度（300～420℃）であること、また反応原料の厳格な精製処理が不要なため、工程がシンプルで投資費用や運転コストも低い。 反応機構は以下の通りである。一般的に、n-ブテンの骨格異性化反応は単分子反応機構であると考えられている。まずn-ブテンが触媒の酸性活性中心上で活性化され、正炭素イオン中間体が生成される。その後、この正炭素イオン中間体が再配列してプロトンを持つシクロプロパン中間体となり、シクロプロパン中間体が開裂することで1-ブチル正炭素イオンが形成され、最終的にイソブテンに変換される。この過程では、二重結合の異性化やエナンチオマー異性化も伴う。正ブテン骨格の異性化反応という主要な反応に加えて、反応過程においてはオレフィンの重合、分解、芳香族化、スラッジの生成といった副反応も起こる。ブテン分子は、酸性度の強い活性サイト上で二量体化または三量体化反応を起こし、生成されたオリゴマーはさらに裂解反応を起こして、プロピレンやペンテンなどの小分子量のオレフィンを生成する；これらのオリゴマーはさらに重合し、長い分子鎖を持つ炭化水素に変化するか、あるいは芳香族化して芳香族炭化水素分子になる；さらに、コークスが触媒表面に堆積し、酸性活性サイトを覆ったり触媒の孔を塞いだりして、触媒の不活性化を引き起こす。これらの副反応の発生は選択された触媒に関連しており、触媒の種類や構造を適切に最適化することで、副反応の発生を最大限に抑制することができる。 反応温度　反応器入口温度は、反応を調節するための主要な操作パラメータである。反応が進むにつれて、触媒の活性は徐々に低下し、イソブテンの転換率も下がる。イソブテンの転化率を確保するためには、反応温度を段階的に上昇させなければならない。反応機構からわかるように、改質反応には発熱反応と吸熱反応があり、全体としてはわずかな温度上昇が見られる。しかし、シクロアルカンの脱水素やアルカンの環化脱水素などの反応は吸熱過程であるため、適切に温度を上げることでブテンの転化率の向上に寄与する；化学動力学の観点から、反応温度を上げると化学反応速度が増加し、ブテン異性化により有利となる。しかし、反応温度が高すぎると熱分解などの副反応が促進され、コークス収率が増加する。同時に、熱安定性や炭素吸蔵能を含む触媒の安定性も影響を受ける。 反応過程において、触媒の活性はカーボン堆積によって低下する。十分な反応速度を維持するために、触媒の活性が低下するにつれて反応温度を段階的に上昇させる必要がある。 したがって、反応温度は370～430℃と設定する。この温度範囲では、製品の性質および製品分布が比較的適切となる。 供給空速 空速は反応時間の長さを示します。一定の反応器において、空速が大きくなるほど処理能力も大きくなる。より多くの反応空速を採用できるかどうかは、主に触媒の活性レベルに依存する。 非水素化反応において、空速が大きくなるほど、原料の触媒層内での滞留時間は短くなり、副反応は少なくなり、イソブテンの転換率は高くなる。しかし、空速が過大になると触媒の活性が急速に低下し、反応の温度上昇速度も加速するため、触媒の反応サイクルが短縮され、反応器の焼き付きが頻繁に発生する；逆に、供給空速が低すぎると、反応サイクルは長くなるものの副反応が多くなり、目的製品の収率が低下する。加工負荷を60～120％に制御することで、良好な製品分布が保証され、触媒の反応運転サイクルも長くなる。 反応圧力 現在の触媒は炭素保持能力が高く安定性に優れているため、より低い反応圧力で使用することができる。しかし、圧力が低すぎると空気圧縮機の動作に悪影響を及ぼします。したがって、反応圧力は0.10MPa(g)に制御するのが適切である。

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解決策を詳しく説明してください：UOPブタメルプロセス

この投稿は最終的に、2016年6月23日14時11分にnjdlmylによって編集されました。国内にはブテン異性化のプラントが20基以上あり、いずれも非常に成熟した技術です。プロセスは非常にシンプルで、反応システム、圧縮システム、蒸留システム、再生システムから成ります。私たちはたくさんデザインしています。

はい、最近作業手順を修正しており、参考になる資料を探しています