在石油化工工藝學(xué)中，碳四（C4）和碳五（C5）餾分是重要的中間原料。它們主要來源于石油煉制過程中的催化裂化、蒸汽裂解等裝置，組分復(fù)雜且富含烯烴、二烯烴及烷烴，是生產(chǎn)多種高附加值化工產(chǎn)品的寶貴資源。本章將系統(tǒng)闡述碳四、碳五餾分的來源、分離方法及其主要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。

一、碳四、碳五餾分的來源與組成

1. 碳四餾分來源與組成：主要來自催化裂化（FCC）和乙烯裝置的裂解汽油副產(chǎn)物。典型組成包括正丁烷、異丁烷、1-丁烯、2-丁烯、異丁烯以及重要的共軛二烯烴——1,3-丁二烯。
2. 碳五餾分來源與組成：主要來自蒸汽裂解制乙烯裝置的副產(chǎn)物。其組成更為復(fù)雜，主要包括異戊二烯、環(huán)戊二烯、間戊二烯等二烯烴，以及戊烷、戊烯等單烯烴和烷烴。

二、碳四、碳五餾分的分離

由于組分沸點(diǎn)接近且存在共沸物，分離需采用特殊技術(shù)。

• 碳四分離：通常采用萃取精餾（如以DMF或N-甲基吡咯烷酮為溶劑）優(yōu)先分離出高純度的1,3-丁二烯。剩余的餾分可通過醚化（如與甲醇反應(yīng)生成MTBE）、選擇性加氫、精密精餾等方法進(jìn)一步分離異丁烯、正丁烯等組分。
• 碳五分離：分離難度更大，核心目標(biāo)是提取異戊二烯、環(huán)戊二烯和間戊二烯。工業(yè)上主要采用萃取精餾（常用溶劑為乙腈或DMF）、熱二聚分離環(huán)戊二烯以及精密精餾等組合工藝。

三、主要碳四化工產(chǎn)品生產(chǎn)

1. 1,3-丁二烯：最重要的產(chǎn)品之一，是合成橡膠（如順丁橡膠、丁苯橡膠）和工程塑料（如ABS樹脂）的核心單體。分離提純后直接作為商品。
2. 甲基叔丁基醚（MTBE）：曾廣泛使用的汽油添加劑，由異丁烯與甲醇在酸性催化劑下醚化制得。隨著燃料清潔化發(fā)展，其化工利用（如裂解制高純度異丁烯）愈發(fā)重要。
3. 丁烯聚合物與共聚物：正丁烯可齊聚生產(chǎn)庚烯、辛烯等用于增塑劑醇原料，或與乙烯共聚生產(chǎn)線性低密度聚乙烯（LLDPE）。
4. 順丁烯二酸酐（馬來酸酐）：可由正丁烷或丁烯催化氧化制得，是生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、富馬酸等重要化學(xué)品的關(guān)鍵中間體。
5. 其他產(chǎn)品：異丁烯可水合制叔丁醇，也可聚合生產(chǎn)聚異丁烯；正丁烷可脫氫制丁烯或丁二烯。

四、主要碳五化工產(chǎn)品生產(chǎn)

1. 異戊二烯：關(guān)鍵產(chǎn)品，主要用于合成異戊橡膠（天然橡膠的替代品），也是合成香料、藥品中間體的重要原料。
2. 環(huán)戊二烯及其衍生物：環(huán)戊二烯通過二聚體形式（雙環(huán)戊二烯，DCPD）分離，可加氫制環(huán)戊烯、環(huán)戊烷，或與順丁烯二酸酐反應(yīng)生成降冰片烯衍生物，進(jìn)而生產(chǎn)乙丙橡膠第三單體、農(nóng)藥、阻燃劑等。
3. 間戊二烯：主要用于生產(chǎn)石油樹脂（如C5脂肪族石油樹脂），用作膠粘劑、橡膠增粘劑和涂料組分。
4. 碳五石油樹脂：以間戊二烯、異戊二烯等為原料經(jīng)陽離子聚合制得，是重要的增粘樹脂。
5. 加氫石油樹脂：上述石油樹脂經(jīng)加氫飽和后，顏色淺、穩(wěn)定性好，用于高端膠粘劑和衛(wèi)生用品。

五、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望

碳四、碳五餾分的綜合利用正朝著精細(xì)化、高值化方向發(fā)展：

• 分離技術(shù)優(yōu)化：開發(fā)更高效、低能耗的分離工藝與新型溶劑。
• 下游產(chǎn)品延伸：大力發(fā)展以異丁烯、丁二烯、異戊二烯等為原料的專用化學(xué)品和高端聚合物材料。
• 催化技術(shù)創(chuàng)新：如開發(fā)新型催化劑，實(shí)現(xiàn)選擇性定向轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)更高價(jià)值的含氧化合物或精細(xì)化學(xué)品。
• 產(chǎn)業(yè)鏈整合：與C2、C3產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提升整體經(jīng)濟(jì)效益。

碳四、碳五餾分是連接石油煉制與下游精細(xì)化工、合成材料工業(yè)的關(guān)鍵橋梁。通過高效的分離和轉(zhuǎn)化技術(shù)，這些組分得以“物盡其用”，生產(chǎn)出種類繁多、關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要化工產(chǎn)品，其技術(shù)發(fā)展對(duì)石油化工產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。