Дехидрогенирането на бутана се извършва в кипящ или движещ се слой от хромен и алуминиев катализатор. Процесът се извършва при температура в диапазона от 550 до 575 градуса. Сред характеристиките на реакцията отбелязваме непрекъснатостта на технологичната верига.
Технологични характеристики
Дехидрогенирането на бутан се извършва основно в контактни адиабатни реактори. Реакцията се извършва в присъствието на водна пара, което значително понижава парциалното налягане на взаимодействащите газообразни вещества. Компенсацията в апаратите за повърхностна реакция за ендотермичния топлинен ефект се осъществява чрез подаване на топлина през повърхността с димни газове.
Опростена версия
Дехидрогенирането на бутан по най-простия начин включва импрегниране на алуминиев оксид с разтвор на хромен анхидрид или калиев хромат.
Полученият катализатор допринася за бърз и висококачествен процес. Този ускорител на химически процеси е достъпен в ценови диапазон.
Производствена схема
Дехидрогенирането на бутан е реакция, при която не се очаква значителна консумация на катализатор. продуктидехидрогенирането на изходния материал се отвеждат в екстракционната дестилация, където се изолира необходимата олефинова фракция. Дехидрогенирането на бутан до бутадиен в тръбен реактор с опция за външно нагряване позволява добър добив на продукт.
Спецификата на реакцията е в нейната относителна безопасност, както и в минималното използване на сложни автоматични системи и устройства. Сред предимствата на тази технология може да се отбележи простотата на дизайна, както и ниската консумация на евтин катализатор.
Процесни функции
Дехидрогенирането на бутана е обратим процес и се наблюдава увеличаване на обема на сместа. Съгласно принципа на Льо Шателие, за да се измести химичното равновесие в този процес към получаване на продукти на взаимодействие, е необходимо да се понижи налягането в реакционната смес.
Оптимално е атмосферното налягане при температури до 575 градуса, когато се използва смесен хром-алуминиев катализатор. Тъй като ускорителят на химичния процес се отлага върху повърхността на въглерод-съдържащи вещества, които се образуват при странични реакции на дълбокото разрушаване на първоначалния въглеводород, неговата активност намалява. За да възстанови първоначалната си активност, катализаторът се регенерира чрез продухването му с въздух, който се смесва с димните газове.
Условия на потока
По време на дехидрогенирането на бутан, ненаситен бутен се образува в цилиндрични реактори. Реакторът има монтирани специални газоразпределителни мрежициклони, които улавят катализаторния прах, отнесен от газовия поток.
Дехидрогенирането на бутан до бутени е основата за модернизиране на промишлените процеси за производство на ненаситени въглеводороди. В допълнение към това взаимодействие, подобна технология се използва за получаване на други опции за парафини. Дехидрогенирането на n-бутан се превърна в основа за производството на изобутан, n-бутилен, етилбензен.
Има някои разлики между технологичните процеси, например при дехидрогениране на всички въглеводороди на редица парафини се използват подобни катализатори. Аналогията между производството на етилбензол и олефини е не само в използването на един процесен ускорител, но и в използването на подобно оборудване.
Време за използване на катализатор
Какво характеризира дехидрогенирането на бутан? Формулата на катализатора, използван за този процес, е хромов оксид (3). Утаява се върху амфотерен алуминиев оксид. За да се повиши стабилността и селективността на ускорителя на процеса, той ще бъде имитиран с калиев оксид. При правилна употреба средната продължителност на пълноценна работа на катализатора е една година.
Когато се използва, се наблюдава постепенно отлагане на твърди съединения върху сместа от оксиди. Те трябва да бъдат изгорени своевременно чрез специални химически процеси.
Отравянето с катализатор става с водна пара. Именно върху тази смес от катализатори се извършва дехидрогенирането на бутана. Уравнението на реакцията се разглежда в училище в курса на органичнияхимия.
В случай на повишаване на температурата се наблюдава ускоряване на химичния процес. Но в същото време селективността на процеса също намалява и върху катализатора се отлага слой кокс. Освен това в гимназията често се предлага следната задача: напишете уравнение за реакцията на дехидрогениране на бутан, изгаряне на етан. Тези процеси не включват особени трудности.
Напишете уравнението за реакцията на дехидрогениране и ще разберете, че тази реакция протича в две взаимно противоположни посоки. За един литър от обема на ускорителя на реакцията има приблизително 1000 литра бутан в газообразна форма на час, така се извършва дехидрогенирането на бутана. Реакцията на комбиниране на ненаситен бутен с водород е обратният процес на дехидрогенирането на нормалния бутан. Добивът на бутилен в директната реакция е средно 50 процента. Около 90 килограма бутилен се образуват от 100 килограма изходен алкан след дехидрогениране, ако процесът се провежда при атмосферно налягане и температура около 60 градуса.
Суровини за производство
Нека разгледаме по-отблизо дехидрогенирането на бутана. Уравнението на процеса се основава на използването на суровина (смес от газове), образувана по време на рафинирането на нефт. В началния етап бутановата фракция се пречиства напълно от пентени и изобутени, които пречат на нормалното протичане на реакцията на дехидрогениране.
Как се дехидрогенира бутанът? Уравнението за този процес включва няколко стъпки. След пречистване, дехидрогениране на пречистенотобутени до бутадиен 1, 3. Концентратът, съдържащ четири въглеродни атома, който се получава в случай на каталитично дехидрогениране на n-бутан, съдържа бутен-1, n-бутан и бутени-2.
Доста е проблематично да се извърши идеалното разделяне на сместа. Чрез използване на екстрактивна и фракционна дестилация с разтворител, такова разделяне може да се извърши и ефективността на това разделяне може да се подобри.
При извършване на фракционна дестилация на апарати с голям разделителен капацитет става възможно напълно да се отдели нормален бутан от бутен-1, както и бутен-2.
От икономическа гледна точка процесът на дехидрогениране на бутан до ненаситени въглеводороди се счита за евтино производство. Тази технология дава възможност за получаване на моторен бензин, както и на огромно разнообразие от химически продукти.
По принцип този процес се извършва само в онези области, където е необходим ненаситен алкен, а бутанът има ниска цена. Поради намаляването на разходите и подобряването на процедурата за дехидрогениране на бутан, обхватът на употреба на диолефини и монолефини се разшири значително.
Процедурата по дехидрогениране на бутан се извършва на един или два етапа, има връщане на нереагиралата суровина в реактора. За първи път в Съветския съюз дехидрогенирането на бутан беше извършено в катализатор.
Химически свойства на бутана
В допълнение към процеса на полимеризация, бутанът има реакция на горене. Етан, пропан и дрВ природния газ има достатъчно представители на наситените въглеводороди, така че той е суровината за всички трансформации, включително изгаряне.
В бутана въглеродните атоми са в sp3-хибридно състояние, така че всички връзки са единични, прости. Тази структура (тетраедрична форма) определя химичните свойства на бутана.
Не е в състояние да влиза в реакции на присъединяване, характеризира се само с процесите на изомеризация, заместване, дехидрогениране.
Заместването с двуатомни халогенни молекули се извършва по радикален механизъм и за осъществяването на това химическо взаимодействие са необходими доста тежки условия (ултравиолетово облъчване). От всички свойства на бутана, неговото изгаряне, придружено от отделяне на достатъчно количество топлина, е от практическо значение. Освен това процесът на дехидрогениране на наситените въглеводороди е от особен интерес за производството.
Специфични характеристики на дехидрогенирането
Процедурата за дехидрогениране на бутан се извършва в тръбен реактор с външно нагряване върху фиксиран катализатор. В този случай добивът на бутилен се увеличава, автоматизацията на производството е опростена.
Сред основните предимства на този процес е минималната консумация на катализатор. Сред недостатъците се отбелязват значително потребление на легирани стомани, високи капиталови инвестиции. В допълнение, каталитичната дехидратация на бутан включва използването на значителен брой единици, тъй като те имат ниска производителност.
Производството има ниска производителност, така чекато част от реакторите е насочена към дехидрогениране, а втората част е базирана на регенерация. Освен това големият брой служители в производството също се счита за недостатък на тази технологична верига. Трябва да се помни, че реакцията е ендотермична, така че процесът протича при повишена температура, в присъствието на инертно вещество.
Но в такава ситуация съществува риск от злополуки. Това е възможно, ако уплътненията в оборудването са счупени. Въздухът, който влиза в реактора, когато се смеси с въглеводороди, образува експлозивна смес. За да се предотврати подобна ситуация, химическото равновесие се измества надясно чрез въвеждане на водна пара в реакционната смес.
Вариант на процес в една стъпка
Например, в курса на органичната химия се предлага следната задача: напишете уравнение за реакцията на бутан дехидрогениране. За да се справим с такава задача, достатъчно е да си припомним основните химични свойства на въглеводородите от класа наситени въглеводороди. Нека анализираме характеристиките на получаване на бутадиен чрез едноетапен процес на дехидрогениране на бутан.
Акумулаторът за дехидрогениране на бутан включва няколко отделни реактора, броят им зависи от работния цикъл, както и от обема на секциите. По принцип в батерията са включени пет до осем реактора.
Процесът на дехидрогениране и регенериране е 5-9 минути, етапът на издухване с пара отнема 5 до 20 минути.
Поради факта, че дехидрогениранетобутанът се извършва в непрекъснато движещ се слой, процесът е стабилен. Това допринася за подобряване на експлоатационните характеристики на производството, повишава производителността на реактора.
Процесът на едноетапно дехидрогениране на n-бутан се извършва при ниско налягане (до 0,72 MPa), при температура, по-висока от тази, използвана за производството, извършвано на алуминиево-хромов катализатор.
Тъй като технологията включва използването на реактор от регенеративен тип, използването на пара е изключено. В допълнение към бутадиена в сместа се образуват бутени, които се въвеждат отново в реакционната смес.
Един етап се изчислява чрез съотношението на бутаните в контактния газ към техния брой в заряда на реактора.
Сред предимствата на този метод за дехидрогениране на бутан отбелязваме опростена технологична схема на производство, намаляване на потреблението на суровини, както и намаляване на разходите за електрическа енергия за процеса.
Отрицателните параметри на тази технология са представени от кратки периоди на контакт на реагиращите компоненти. Необходима е сложна автоматизация, за да се коригира този проблем. Дори и при такива проблеми, едноетапното дехидрогениране на бутан е по-благоприятен процес от двуетапното производство.
При дехидрогениране на бутан в един етап, суровината се нагрява до температура от 620 градуса. Сместа се изпраща в реактора, той е в директен контакт с катализатора.
За да създадете разреждане в реакторите,се използват вакуумни компресори. Контактният газ напуска реактора за охлаждане, след което се изпраща за сепариране. След завършване на цикъла на дехидрогениране, суровината се прехвърля в следващите реактори, а от тези, където химическият процес вече е преминал, въглеводородните пари се отстраняват чрез продухване. Продуктите се евакуират и реакторите се използват повторно за дехидрогениране на бутан.
Заключение
Основната реакция на дехидрогениране на нормалния бутан е каталитичното производство на смес от водород и бутени. В допълнение към основния процес може да има много странични процеси, които значително усложняват технологичната верига. Продуктът, получен в резултат на дехидрогениране, се счита за ценна химическа суровина. Именно търсенето на производство е основната причина за търсенето на нови технологични вериги за превръщане на въглеводороди от пределната серия в алкени.
