Butāna dehidrogenēšanu veic verdošā vai kustīgā hroma un alumīnija katalizatora slānī. Process tiek veikts temperatūrā no 550 līdz 575 grādiem. Starp reakcijas iezīmēm mēs atzīmējam tehnoloģiskās ķēdes nepārtrauktību.
Tehnoloģijas līdzekļi
Butāna dehidrogenēšanu galvenokārt veic kontaktadiabātiskajos reaktoros. Reakcija tiek veikta ūdens tvaiku klātbūtnē, kas būtiski pazemina mijiedarbībā esošo gāzveida vielu daļējo spiedienu. Virsmas reakcijas aparātos endotermiskā termiskā efekta kompensāciju veic, pievadot siltumu caur virsmu ar dūmgāzēm.
Vienkāršota versija
Butāna dehidrogenēšana vienkāršākajā veidā ietver alumīnija oksīda impregnēšanu ar hromanhidrīda vai kālija hromāta šķīdumu.
Iegūtais katalizators veicina ātru un kvalitatīvu procesu. Šis ķīmisko procesu paātrinātājs ir pieejams cenu diapazonā.
Ražošanas shēma
Butāna dehidrogenēšana ir reakcija, kurā nav sagaidāms ievērojams katalizatora patēriņš. Produktiizejmateriāla dehidrogenēšana tiek nogādāta ekstrakcijas destilācijas blokā, kur tiek izolēta nepieciešamā olefīna frakcija. Butāna dehidrogenēšana par butadiēnu cauruļveida reaktorā ar ārēju karsēšanas iespēju nodrošina labu produkta ražu.
Reakcijas specifika ir tās relatīvajā drošībā, kā arī sarežģītu automātisko sistēmu un ierīču minimālā izmantošanā. Pie šīs tehnoloģijas priekšrocībām var minēt dizaina vienkāršību, kā arī zemo lēta katalizatora patēriņu.
Procesa līdzekļi
Butāna dehidrogenēšana ir atgriezenisks process, un tiek novērots maisījuma tilpuma pieaugums. Saskaņā ar Le Šateljē principu, lai ķīmisko līdzsvaru šajā procesā novirzītu uz mijiedarbības produktu iegūšanu, ir nepieciešams pazemināt spiedienu reakcijas maisījumā.
Optimālais ir atmosfēras spiediens temperatūrā līdz 575 grādiem, izmantojot jauktu hroma-alumīnija katalizatoru. Tā kā ķīmiskā procesa paātrinātājs tiek nogulsnēts uz oglekli saturošu vielu virsmas, kas veidojas sākotnējā ogļūdeņraža dziļas iznīcināšanas blakusreakcijās, tā aktivitāte samazinās. Lai atjaunotu sākotnējo aktivitāti, katalizators tiek reģenerēts, izpūšot to ar gaisu, kas tiek sajaukts ar dūmgāzēm.
Plūsmas nosacījumi
Butāna dehidrogenēšanas laikā cilindriskos reaktoros veidojas nepiesātināts butēns. Reaktoram ir uzstādīti speciāli gāzes sadales režģicikloni, kas uztver katalizatora putekļus, ko aiznes gāzes plūsma.
Butāna dehidrogenēšana par butēniem ir pamats rūpniecisko procesu modernizācijai nepiesātināto ogļūdeņražu iegūšanai. Papildus šai mijiedarbībai līdzīga tehnoloģija tiek izmantota, lai iegūtu citas parafīnu iespējas. N-butāna dehidrogenēšana ir kļuvusi par pamatu izobutāna, n-butilēna, etilbenzola ražošanai.
Pastāv dažas atšķirības starp tehnoloģiskajiem procesiem, piemēram, dehidrogenējot visus vairāku parafīnu ogļūdeņražus, tiek izmantoti līdzīgi katalizatori. Līdzība starp etilbenzola un olefīnu ražošanu ir ne tikai viena procesa paātrinātāja izmantošana, bet arī līdzīga aprīkojuma izmantošana.
Katalizatora lietošanas laiks
Kas raksturo butāna dehidrogenēšanu? Šim procesam izmantotā katalizatora formula ir hroma oksīds (3). Tas tiek izgulsnēts uz amfoteriskā alumīnija oksīda. Lai palielinātu procesa paātrinātāja stabilitāti un selektivitāti, tas tiks imitēts ar kālija oksīdu. Pareizi lietojot, vidējais katalizatora pilnvērtīgas darbības ilgums ir gads.
Lietojot, tiek novērota pakāpeniska cieto savienojumu nogulsnēšanās uz oksīdu maisījuma. Tie ir savlaicīgi jāizdedzina, izmantojot īpašus ķīmiskos procesus.
Katalizatora saindēšanās notiek ar ūdens tvaikiem. Tieši uz šī katalizatoru maisījuma notiek butāna dehidrogenēšana. Reakciju vienādojums tiek aplūkots skolā organiskāsķīmija.
Temperatūras paaugstināšanās gadījumā tiek novērots ķīmiskā procesa paātrinājums. Bet tajā pašā laikā samazinās arī procesa selektivitāte, un uz katalizatora tiek nogulsnēts koksa slānis. Turklāt vidusskolā bieži tiek piedāvāts šāds uzdevums: uzrakstīt vienādojumu butāna dehidrogenēšanas, etāna sadegšanas reakcijai. Šie procesi nav saistīti ar īpašām grūtībām.
Uzrakstiet dehidrogenēšanas reakcijas vienādojumu, un jūs sapratīsit, ka šī reakcija noris divos savstarpēji pretējos virzienos. Uz vienu litru reakcijas paātrinātāja tilpuma stundā ir aptuveni 1000 litru butāna gāzveida formā, tā notiek butāna dehidrogenēšana. Nepiesātināta butēna un ūdeņraža savienošanas reakcija ir normāla butāna dehidrogenēšanas apgrieztais process. Butilēna iznākums tiešajā reakcijā ir vidēji 50 procenti. No 100 kilogramiem sākuma alkāna pēc dehidrogenēšanas veidojas aptuveni 90 kilogrami butilēna, ja procesu veic atmosfēras spiedienā un aptuveni 60 grādu temperatūrā.
Izejvielas ražošanai
Sīkāk aplūkosim butāna dehidrogenēšanu. Procesa vienādojuma pamatā ir naftas rafinēšanas laikā radušās izejvielas (gāzu maisījuma) izmantošana. Sākotnējā posmā butāna frakcija tiek rūpīgi attīrīta no pentēniem un izobutēniem, kas traucē normālu dehidrogenēšanas reakcijas gaitu.
Kā butāns dehidrogenējas? Šī procesa vienādojums ietver vairākus posmus. Pēc attīrīšanas attīrīto dehidrogenēbutēnus par butadiēnu 1, 3. Četru oglekļa atomu saturošais koncentrāts, kas iegūts n-butāna katalītiskās dehidrogenēšanas gadījumā, satur butēnu-1, n-butānu un butēnu-2.
Ir diezgan problemātiski veikt ideālu maisījuma atdalīšanu. Izmantojot ekstrakcijas un frakcionētu destilāciju ar šķīdinātāju, var veikt šādu atdalīšanu un uzlabot šīs atdalīšanas efektivitāti.
Veicot frakcionētu destilāciju uz aparātiem ar lielu atdalīšanas jaudu, kļūst iespējams pilnībā atdalīt parasto butānu no butēna-1, kā arī butēna-2.
No ekonomiskā viedokļa butāna dehidrogenēšanas process par nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem tiek uzskatīts par lētu ražošanu. Šī tehnoloģija ļauj iegūt motorbenzīnu, kā arī ļoti daudz dažādu ķīmisko produktu.
Kopumā šo procesu veic tikai tajās vietās, kur nepieciešams nepiesātināts alkēns un butānam ir zemas izmaksas. Pateicoties izmaksu samazinājumam un butāna dehidrogenēšanas procedūras uzlabošanai, diolefīnu un monolefīnu izmantošanas joma ir ievērojami paplašinājusies.
Butāna dehidrogenēšanas procedūra tiek veikta vienā vai divos posmos, reaktorā tiek atgriezta nereaģējusi izejviela. Pirmo reizi Padomju Savienībā butāna dehidrogenēšana tika veikta katalizatora slānī.
Butāna ķīmiskās īpašības
Papildus polimerizācijas procesam butānam ir sadegšanas reakcija. Etāns, propāns un citiDabasgāzē ir pietiekami daudz piesātināto ogļūdeņražu pārstāvju, tāpēc tā ir izejviela visām pārvērtībām, arī sadegšanai.
Butānā oglekļa atomi atrodas sp3 hibrīdā stāvoklī, tāpēc visas saites ir vienkāršas. Šī struktūra (tetraedriska forma) nosaka butāna ķīmiskās īpašības.
Tas nav spējīgs iesaistīties pievienošanas reakcijās, to raksturo tikai izomerizācijas, aizvietošanas, dehidrogenēšanas procesi.
Aizvietošana ar diatomiskām halogēna molekulām tiek veikta pēc radikāla mehānisma, un šīs ķīmiskās mijiedarbības īstenošanai ir nepieciešami diezgan smagi apstākļi (ultravioletā apstarošana). No visām butāna īpašībām praktiska nozīme ir tā sadegšanai, ko pavada pietiekama siltuma daudzuma izdalīšanās. Turklāt ražošanā īpaši interesē piesātināto ogļūdeņražu dehidrogenēšanas process.
Dehidrogenēšanas specifika
Butāna dehidrogenēšanas procedūru veic cauruļveida reaktorā ar ārēju karsēšanu uz fiksēta katalizatora. Šajā gadījumā palielinās butilēna iznākums, tiek vienkāršota ražošanas automatizācija.
Starp galvenajām šī procesa priekšrocībām ir minimālais katalizatora patēriņš. Starp trūkumiem tiek atzīmēts ievērojams leģētā tērauda patēriņš, lieli kapitālieguldījumi. Turklāt butāna katalītiskā dehidratācija ietver ievērojama skaita vienību izmantošanu, jo tām ir zema produktivitāte.
Ražošanai ir zema produktivitāte, tāpēckā daļa no reaktoriem ir vērsta uz dehidrogenēšanu, bet otrā daļa ir balstīta uz reģenerāciju. Turklāt par šīs tehnoloģiskās ķēdes trūkumu tiek uzskatīts arī lielais darbinieku skaits ražošanā. Jāatceras, ka reakcija ir endotermiska, tāpēc process notiek paaugstinātā temperatūrā, inertas vielas klātbūtnē.
Bet šādā situācijā pastāv negadījumu risks. Tas ir iespējams, ja iekārtā ir plombas. Gaiss, kas nonāk reaktorā, sajaucoties ar ogļūdeņražiem, veido sprādzienbīstamu maisījumu. Lai novērstu šādu situāciju, ķīmiskais līdzsvars tiek nobīdīts pa labi, ievadot reakcijas maisījumā ūdens tvaikus.
Vienpakāpes procesa variants
Piemēram, organiskās ķīmijas kursā tiek piedāvāts šāds uzdevums: uzrakstīt vienādojumu butāna dehidrogenēšanas reakcijai. Lai tiktu galā ar šādu uzdevumu, pietiek atcerēties piesātināto ogļūdeņražu klases ogļūdeņražu ķīmiskās pamatīpašības. Analizēsim butadiēna iegūšanas pazīmes ar vienpakāpes butāna dehidrogenēšanas procesu.
Butāna dehidrogenēšanas akumulatorā ir iekļauti vairāki atsevišķi reaktori, to skaits ir atkarīgs no darbības cikla, kā arī no sekciju apjoma. Pamatā akumulatorā ir iekļauti pieci līdz astoņi reaktori.
Dehidrogenēšanas un reģenerācijas process ir 5-9 minūtes, tvaika pūšanas posms ilgst 5 līdz 20 minūtes.
Sakarā ar to, ka dehidrogenēšanabutāns tiek veikts nepārtraukti kustīgā slānī, process ir stabils. Tas veicina ražošanas darbības darbības uzlabošanos, palielina reaktora produktivitāti.
N-butāna vienpakāpes dehidrogenēšanas procesu veic zemā spiedienā (līdz 0,72 MPa) temperatūrā, kas ir augstāka par to, ko izmanto ražošanā, izmantojot alumīnija-hroma katalizatoru.
Tā kā tehnoloģija ietver reģeneratīva tipa reaktora izmantošanu, tvaika izmantošana ir izslēgta. Papildus butadiēnam maisījumā veidojas butēni, kas tiek atkārtoti ievadīti reakcijas maisījumā.
Vienu posmu aprēķina, izmantojot butānu attiecību kontaktgāzē un to skaitu reaktora lādiņā.
Starp šīs butāna dehidrogenēšanas metodes priekšrocībām mēs atzīmējam vienkāršotu ražošanas tehnoloģisko shēmu, izejvielu patēriņa samazināšanos, kā arī elektroenerģijas izmaksu samazinājumu procesam.
Šīs tehnoloģijas negatīvos parametrus raksturo īsi reaģējošo komponentu saskares periodi. Lai novērstu šo problēmu, ir nepieciešama sarežģīta automatizācija. Pat ar šādām problēmām vienpakāpes butāna dehidrogenēšana ir labvēlīgāks process nekā divpakāpju ražošana.
Dehidrogenējot butānu vienā posmā, izejviela tiek uzkarsēta līdz 620 grādu temperatūrai. Maisījums tiek nosūtīts uz reaktoru, tas ir tiešā saskarē ar katalizatoru.
Lai radītu retināšanu reaktoros,tiek izmantoti vakuuma kompresori. Kontaktgāze atstāj reaktoru dzesēšanai, pēc tam tiek nosūtīta uz atdalīšanu. Pēc dehidrogenēšanas cikla pabeigšanas izejmateriāls tiek pārnests uz nākamajiem reaktoriem, un no tiem, kur ķīmiskais process jau ir pagājis, ogļūdeņraža tvaiki tiek noņemti ar pūšanu. Produkti tiek evakuēti, un reaktori tiek atkārtoti izmantoti butāna dehidrogenēšanai.
Secinājums
Parastā butāna galvenā dehidrogenēšanas reakcija ir ūdeņraža un butēnu maisījuma katalītiskā ražošana. Papildus galvenajam procesam var būt daudzi blakus procesi, kas būtiski sarežģī tehnoloģisko ķēdi. Dehidrogenēšanas rezultātā iegūtais produkts tiek uzskatīts par vērtīgu ķīmisko izejvielu. Tieši ražošanas pieprasījums ir galvenais iemesls jaunu tehnoloģisko ķēžu meklējumiem ierobežojošās sērijas ogļūdeņražu pārvēršanai alkēnos.
