Odwodornienie butanu jest przeprowadzane w fluidalnym lub ruchomym złożu katalizatora chromowo-aluminiowego. Proces odbywa się w temperaturze w zakresie od 550 do 575 stopni. Wśród cech reakcji zwracamy uwagę na ciągłość łańcucha technologicznego.
Funkcje technologiczne
Odwodornienie butanu odbywa się głównie w kontaktowych reaktorach adiabatycznych. Reakcja przebiega w obecności pary wodnej, która znacznie obniża ciśnienie cząstkowe oddziałujących substancji gazowych. Kompensacja efektu cieplnego endotermicznego w aparatach do reakcji powierzchniowych odbywa się poprzez doprowadzenie ciepła przez powierzchnię za pomocą gazów spalinowych.
Wersja uproszczona
Odwodornienie butanu w najprostszy sposób polega na impregnacji tlenku glinu roztworem bezwodnika chromowego lub chromianu potasu.
Otrzymany katalizator przyczynia się do szybkiego i wysokiej jakości procesu. Ten akcelerator procesów chemicznych jest dostępny w przystępnej cenie.
Schemat produkcji
Odwodornienie butanu to reakcja, w której nie oczekuje się znaczącego zużycia katalizatora. Produktyodwodornienie materiału wyjściowego kieruje się do jednostki destylacji ekstrakcyjnej, gdzie izolowana jest wymagana frakcja olefinowa. Odwodornienie butanu do butadienu w reaktorze rurowym z opcją ogrzewania zewnętrznego pozwala na uzyskanie dobrej wydajności produktu.
Specyfika reakcji polega na jej względnym bezpieczeństwie, a także na minimalnym wykorzystaniu złożonych systemów i urządzeń automatycznych. Wśród zalet tej technologii można wymienić prostotę konstrukcji, a także niskie zużycie niedrogiego katalizatora.
Funkcje procesu
Odwodornienie butanu jest procesem odwracalnym i obserwuje się wzrost objętości mieszaniny. Zgodnie z zasadą Le Chateliera, aby przesunąć równowagę chemiczną w tym procesie w kierunku uzyskania produktów interakcji, konieczne jest obniżenie ciśnienia w mieszaninie reakcyjnej.
Optimum to ciśnienie atmosferyczne w temperaturach do 575 stopni przy zastosowaniu mieszanego katalizatora chromowo-aluminiowego. Ponieważ akcelerator procesu chemicznego osadza się na powierzchni substancji zawierających węgiel, które powstają w reakcjach ubocznych głębokiej destrukcji pierwotnego węglowodoru, jego aktywność maleje. Aby przywrócić pierwotną aktywność, katalizator jest regenerowany przez przedmuchanie go powietrzem, które jest mieszane ze spalinami.
Warunki przepływu
Podczas odwodornienia butanu, w reaktorach cylindrycznych powstaje nienasycony buten. Reaktor ma zainstalowane specjalne sieci dystrybucji gazucyklony wychwytujące pył katalizatora unoszony przez strumień gazu.
Odwodornienie butanu do butenów jest podstawą modernizacji procesów przemysłowych do produkcji węglowodorów nienasyconych. Oprócz tej interakcji, podobna technologia jest wykorzystywana do uzyskiwania innych opcji dla parafin. Odwodornienie n-butanu stało się podstawą do produkcji izobutanu, n-butylenu, etylobenzenu.
Istnieją pewne różnice między procesami technologicznymi, na przykład podczas odwodorniania wszystkich węglowodorów szeregu parafin stosuje się podobne katalizatory. Analogia pomiędzy produkcją etylobenzenu i olefin polega nie tylko na zastosowaniu jednego akceleratora procesu, ale również na zastosowaniu podobnego sprzętu.
Czas użytkowania katalizatora
Co charakteryzuje odwodornienie butanu? Formuła katalizatora stosowanego w tym procesie to tlenek chromu (3). Wytrąca się na amfoterycznym tlenku glinu. Aby zwiększyć stabilność i selektywność akceleratora procesu, będzie on imitowany tlenkiem potasu. Przy prawidłowym użytkowaniu średni czas pełnowartościowej pracy katalizatora wynosi rok.
W miarę stosowania obserwuje się stopniowe osadzanie stałych związków na mieszaninie tlenków. Muszą być wypalone w odpowiednim czasie przy użyciu specjalnych procesów chemicznych.
Zatrucie katalizatorem występuje parą wodną. To na tej mieszaninie katalizatorów następuje odwodornienie butanu. Równanie reakcji jest rozpatrywane w szkole w trakcie organicznejchemia.
W przypadku wzrostu temperatury obserwuje się przyspieszenie procesu chemicznego. Ale jednocześnie maleje również selektywność procesu, a na katalizatorze osadza się warstwa koksu. Ponadto w liceum często stawia się następujące zadanie: napisanie równania reakcji odwodornienia butanu, spalania etanu. Procesy te nie wiążą się z żadnymi szczególnymi trudnościami.
Napisz równanie reakcji odwodornienia, a zrozumiesz, że ta reakcja przebiega w dwóch przeciwnych kierunkach. Na jeden litr objętości akceleratora reakcji przypada około 1000 litrów butanu w postaci gazowej na godzinę, tak następuje odwodornienie butanu. Reakcja łączenia nienasyconego butenu z wodorem jest procesem odwrotnym do odwodornienia normalnego butanu. Wydajność butylenu w reakcji bezpośredniej wynosi średnio 50 procent. Około 90 kilogramów butylenu powstaje ze 100 kilogramów wyjściowego alkanu po odwodornieniu, jeśli proces jest prowadzony pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze około 60 stopni.
Surowce do produkcji
Przyjrzyjmy się bliżej procesowi odwodornienia butanu. Równanie procesu opiera się na wykorzystaniu wsadu (mieszaniny gazów) powstających podczas rafinacji ropy naftowej. Na początkowym etapie frakcja butanowa jest dokładnie oczyszczana z pentenów i izobutenów, które zakłócają normalny przebieg reakcji odwodornienia.
Jak odwodornia się butan? Równanie tego procesu obejmuje kilka kroków. Po oczyszczeniu odwodornienie oczyszczonegobutenów do butadienu 1, 3. Koncentrat o czterech atomach węgla, który otrzymano w przypadku katalitycznego odwodornienia n-butanu, zawiera buten-1, n-butan oraz buteny-2.
Dosyć problematyczne jest przeprowadzenie idealnego oddzielenia mieszaniny. Stosując destylację ekstrakcyjną i frakcyjną z rozpuszczalnikiem, taki rozdział można przeprowadzić, a wydajność tego rozdziału można poprawić.
Podczas przeprowadzania destylacji frakcyjnej w aparatach o dużej zdolności oddzielania, możliwe staje się pełne oddzielenie normalnego butanu od butenu-1, a także butenu-2.
Z ekonomicznego punktu widzenia proces odwodornienia butanu do węglowodorów nienasyconych jest uważany za niedrogą produkcję. Technologia ta umożliwia pozyskiwanie benzyny silnikowej, a także ogromnej różnorodności produktów chemicznych.
Ogólnie rzecz biorąc, ten proces jest przeprowadzany tylko w tych obszarach, w których potrzebny jest nienasycony alken, a butan ma niski koszt. Dzięki obniżeniu kosztów i usprawnieniu procedury odwodornienia butanu znacznie rozszerzył się zakres stosowania diolefin i monoolefin.
Procedura odwodornienia butanu odbywa się w jednym lub dwóch etapach, następuje powrót nieprzereagowanego surowca do reaktora. Po raz pierwszy w Związku Radzieckim odwodornienie butanu zostało przeprowadzone w złożu katalizatora.
Właściwości chemiczne butanu
Oprócz procesu polimeryzacji, butan ma reakcję spalania. Etan, propan, inneW gazie ziemnym znajduje się wystarczająca liczba przedstawicieli węglowodorów nasyconych, dlatego jest to surowiec do wszelkich przemian, w tym spalania.
W butanie atomy węgla są w stanie hybrydowym sp3, więc wszystkie wiązania są pojedyncze, proste. Ta struktura (kształt czworościenny) określa właściwości chemiczne butanu.
Nie jest zdolny do wchodzenia w reakcje addycji, charakteryzuje się jedynie procesami izomeryzacji, podstawienia, odwodornienia.
Podstawienie dwuatomowymi cząsteczkami halogenu odbywa się zgodnie z mechanizmem radykalnym, a do realizacji tej interakcji chemicznej konieczne są raczej surowe warunki (napromieniowanie ultrafioletowe). Spośród wszystkich właściwości butanu, jego spalanie, któremu towarzyszy wydzielanie dostatecznej ilości ciepła, ma praktyczne znaczenie. Ponadto szczególnie interesujący dla produkcji jest proces odwodornienia węglowodorów nasyconych.
Specyfika odwodornienia
Procedura odwodornienia butanu jest przeprowadzana w reaktorze rurowym z ogrzewaniem zewnętrznym na nieruchomym katalizatorze. W tym przypadku wydajność butylenu wzrasta, automatyzacja produkcji jest uproszczona.
Wśród głównych zalet tego procesu jest minimalne zużycie katalizatora. Wśród niedociągnięć odnotowuje się znaczne zużycie stali stopowych, wysokie inwestycje kapitałowe. Ponadto katalityczne odwadnianie butanu wymaga użycia znacznej liczby jednostek, ponieważ mają one niską wydajność.
Produkcja ma niską wydajność, więcczęść reaktorów koncentruje się na odwodornieniu, a druga część na regeneracji. Wadą tego łańcucha technologicznego jest również duża liczba pracowników w produkcji. Należy pamiętać, że reakcja jest endotermiczna, więc proces przebiega w podwyższonej temperaturze, w obecności substancji obojętnej.
Ale w takiej sytuacji istnieje ryzyko wypadku. Jest to możliwe, jeśli plomby w sprzęcie są zerwane. Powietrze, które dostaje się do reaktora, po zmieszaniu z węglowodorami tworzy mieszaninę wybuchową. Aby zapobiec takiej sytuacji, równowaga chemiczna zostaje przesunięta w prawo poprzez wprowadzenie pary wodnej do mieszaniny reakcyjnej.
Wariant procesu jednoetapowego
Na przykład w ramach chemii organicznej oferowane jest następujące zadanie: napisać równanie reakcji odwodornienia butanu. Aby sprostać takiemu zadaniu, wystarczy przypomnieć podstawowe właściwości chemiczne węglowodorów z klasy węglowodorów nasyconych. Przeanalizujmy cechy otrzymywania butadienu w jednoetapowym procesie odwodornienia butanu.
Bateria odwodornienia butanu składa się z kilku oddzielnych reaktorów, ich liczba zależy od cyklu pracy, a także od objętości sekcji. Zasadniczo bateria zawiera od pięciu do ośmiu dławików.
Proces odwodornienia i regeneracji trwa 5-9 minut, etap nadmuchu parą trwa od 5 do 20 minut.
Ze względu na fakt, że odwodornieniebutan odbywa się w ciągle poruszającej się warstwie, proces jest stabilny. Przyczynia się to do poprawy wydajności operacyjnej produkcji, zwiększa wydajność reaktora.
Proces jednoetapowego odwodornienia n-butanu prowadzony jest pod niskim ciśnieniem (do 0,72 MPa), w temperaturze wyższej niż przy produkcji prowadzonej na katalizatorze glinowo-chromowym.
Ponieważ technologia obejmuje użycie reaktora typu regeneracyjnego, użycie pary jest wykluczone. Oprócz butadienu w mieszaninie powstają buteny, które są ponownie wprowadzane do mieszaniny reakcyjnej.
Jeden etap jest obliczany na podstawie stosunku butanów w gazie kontaktowym do ich liczby we wsadzie reaktora.
Wśród zalet tej metody odwodornienia butanu zwracamy uwagę na uproszczony schemat technologiczny produkcji, zmniejszenie zużycia surowców, a także obniżenie kosztów energii elektrycznej do procesu.
Negatywne parametry tej technologii są reprezentowane przez krótkie okresy kontaktu reagujących komponentów. Aby rozwiązać ten problem, wymagana jest wyrafinowana automatyzacja. Nawet przy takich problemach jednoetapowe odwodornienie butanu jest procesem korzystniejszym niż produkcja dwuetapowa.
Podczas odwodornienia butanu w jednym etapie, surowiec jest podgrzewany do temperatury 620 stopni. Mieszanina jest przesyłana do reaktora, ma bezpośredni kontakt z katalizatorem.
Aby stworzyć rozrzedzenie w reaktorach,stosowane są sprężarki próżniowe. Gaz kontaktowy opuszcza reaktor w celu schłodzenia, a następnie jest kierowany do separacji. Po zakończeniu cyklu odwodornienia surowiec jest przesyłany do kolejnych reaktorów, a z tych, w których proces chemiczny już przeszedł, opary węglowodorów są usuwane przez przedmuch. Produkty są usuwane, a reaktory są ponownie wykorzystywane do odwodornienia butanu.
Wniosek
Główną reakcją odwodornienia normalnego butanu jest katalityczne wytwarzanie mieszaniny wodoru i butenów. Oprócz procesu głównego może istnieć wiele procesów pobocznych, które znacznie komplikują łańcuch technologiczny. Produkt uzyskany w wyniku odwodornienia uważany jest za cenny surowiec chemiczny. To właśnie zapotrzebowanie na produkcję jest głównym powodem poszukiwania nowych łańcuchów technologicznych konwersji węglowodorów z serii limitujących w alkeny.