Dehidrogenarea butanului se realizează într-un pat fluidizat sau mobil de catalizator de crom și aluminiu. Procesul se desfășoară la o temperatură cuprinsă între 550 și 575 de grade. Printre caracteristicile reacției, remarcăm continuitatea lanțului tehnologic.
Funcții tehnologice
Dehidrogenarea butanului se realizează în principal în reactoare adiabatice de contact. Reacția se efectuează în prezența vaporilor de apă, care scade semnificativ presiunea parțială a substanțelor gazoase care interacționează. Compensarea în aparatele de reacție de suprafață a efectului termic endotermic se realizează prin furnizarea de căldură prin suprafață cu gaze de ardere.
Versiune simplificată
Dehidrogenarea butanului în cel mai simplu mod implică impregnarea oxidului de aluminiu cu o soluție de anhidridă cromică sau cromat de potasiu.
Catalizatorul rezultat contribuie la un proces rapid și de în altă calitate. Acest accelerator de proces chimic este accesibil într-un interval de preț.
Schema de producție
Dehidrogenarea butanului este o reacție în care nu este de așteptat un consum semnificativ de catalizator. Produsedehidrogenarea materiei prime sunt duse la unitatea de distilare extractivă, unde este izolată fracția olefinică necesară. Dehidrogenarea butanului la butadienă într-un reactor tubular cu o opțiune de încălzire externă permite un randament bun al produsului.
Specificul reacției este în siguranța sa relativă, precum și în utilizarea minimă a sistemelor și dispozitivelor automate complexe. Printre avantajele acestei tehnologii, se poate aminti simplitatea design-urilor, precum și consumul redus al unui catalizator ieftin.
Funcții de proces
Dehidrogenarea butanului este un proces reversibil și se observă o creștere a volumului amestecului. Conform principiului Le Chatelier, pentru a deplasa echilibrul chimic în acest proces spre obținerea produselor de interacțiune, este necesară scăderea presiunii din amestecul de reacție.
Optimul este presiunea atmosferică la temperaturi de până la 575 de grade, atunci când se utilizează un catalizator mixt de crom-aluminiu. Pe măsură ce acceleratorul procesului chimic este depus pe suprafața substanțelor care conțin carbon, care se formează în timpul reacțiilor secundare de distrugere profundă a hidrocarburii originale, activitatea acesteia scade. Pentru a-și restabili activitatea inițială, catalizatorul este regenerat prin suflarea acestuia cu aer, care este amestecat cu gazele de ardere.
Condiții de curgere
În timpul dehidrogenării butanului, în reactoarele cilindrice se formează butenă nesaturată. Reactorul are instalate rețele speciale de distribuție a gazelorciclonii care captează praful de catalizator transportat de curentul de gaz.
Dehidrogenarea butanului în butene stă la baza modernizării proceselor industriale de producere a hidrocarburilor nesaturate. Pe lângă această interacțiune, o tehnologie similară este utilizată pentru a obține alte opțiuni pentru parafine. Dehidrogenarea n-butanului a devenit baza pentru producerea de izobutan, n-butilenă, etilbenzen.
Există unele diferențe între procesele tehnologice, de exemplu, la dehidrogenarea tuturor hidrocarburilor unui număr de parafine, se folosesc catalizatori similari. Analogia dintre producția de etilbenzen și olefine nu este numai în utilizarea unui accelerator de proces, ci și în utilizarea echipamentelor similare.
Timp de utilizare a catalizatorului
Ce caracterizează dehidrogenarea butanului? Formula catalizatorului utilizată pentru acest proces este oxidul de crom (3). Se precipită pe alumină amfoteră. Pentru a crește stabilitatea și selectivitatea acceleratorului de proces, acesta va fi imitat cu oxid de potasiu. Cu o utilizare adecvată, durata medie a unei operațiuni cu drepturi depline a catalizatorului este de un an.
Pe măsură ce este utilizat, se observă o depunere treptată a compușilor solizi pe amestecul de oxizi. Acestea trebuie arse în timp util folosind procese chimice speciale.
Otrăvirea cu catalizator are loc cu vaporii de apă. Pe acest amestec de catalizatori are loc dehidrogenarea butanului. Ecuația reacției este luată în considerare la școală în cursul organicchimie.
În cazul creșterii temperaturii se observă o accelerare a procesului chimic. Dar în același timp scade și selectivitatea procesului, iar pe catalizator se depune un strat de cocs. În plus, în liceu, este adesea oferită următoarea sarcină: scrieți o ecuație pentru reacția de dehidrogenare a butanului, arderea etanului. Aceste procese nu implică dificultăți speciale.
Scrieți ecuația pentru reacția de dehidrogenare și veți înțelege că această reacție are loc în două direcții reciproc opuse. Pentru un litru din volumul acceleratorului de reacție sunt aproximativ 1000 de litri de butan sub formă gazoasă pe oră, așa are loc dehidrogenarea butanului. Reacția de combinare a butenei nesaturate cu hidrogenul este procesul invers al dehidrogenării butanului normal. Randamentul de butilenă în reacția directă este în medie de 50 la sută. Aproximativ 90 de kilograme de butilenă se formează din 100 de kilograme de alcan de pornire după dehidrogenare dacă procesul se desfășoară la presiunea atmosferică și la o temperatură de aproximativ 60 de grade.
Materie prime pentru producție
Să aruncăm o privire mai atentă asupra dehidrogenării butanului. Ecuația procesului se bazează pe utilizarea materiei prime (amestec de gaze) formată în timpul rafinării petrolului. În stadiul inițial, fracția de butan este complet purificată de pentene și izobutene, care interferează cu cursul normal al reacției de dehidrogenare.
Cum se dehidrogenează butanul? Ecuația pentru acest proces implică mai mulți pași. După purificare, dehidrogenarea purificatăbutene la butadienă 1, 3. Concentratul care conține patru atomi de carbon, care a fost obținut în cazul dehidrogenării catalitice a n-butanului, conține buten-1, n-butan și buten-2.
Este destul de problematic să se realizeze separarea ideală a amestecului. Prin utilizarea distilării extractive și fracționate cu un solvent, se poate realiza o astfel de separare, iar eficiența acestei separări poate fi îmbunătățită.
Când se efectuează distilarea fracționată pe aparate cu o capacitate mare de separare, devine posibilă separarea completă a butanului normal de buten-1, precum și de buten-2.
Din punct de vedere economic, procesul de dehidrogenare a butanului în hidrocarburi nesaturate este considerat o producție ieftină. Această tehnologie face posibilă obținerea de benzină pentru motor, precum și o mare varietate de produse chimice.
În general, acest proces se realizează numai în acele zone în care este nevoie de o alchenă nesaturată, iar butanul are un cost scăzut. Datorită reducerii costurilor și îmbunătățirii procedurii de dehidrogenare a butanului, domeniul de utilizare a diolefinelor și monolefinelor s-a extins semnificativ.
Procedura de dehidrogenare a butanului este efectuată în una sau două etape, există o întoarcere a materiei prime nereacționate în reactor. Pentru prima dată în Uniunea Sovietică, dehidrogenarea butanului a fost efectuată într-un pat de catalizator.
Proprietăți chimice ale butanului
Pe lângă procesul de polimerizare, butanul are o reacție de ardere. Etan, propan, alteleExistă destui reprezentanți ai hidrocarburilor saturate din gazul natural, deci este materia primă pentru toate transformările, inclusiv arderea.
În butan, atomii de carbon sunt în stare sp3-hibrid, deci toate legăturile sunt simple, simple. Această structură (forma tetraedrică) determină proprietățile chimice ale butanului.
Nu este capabil să intre în reacții de adiție, se caracterizează doar prin procesele de izomerizare, substituție, dehidrogenare.
Substituția cu molecule de halogen biatomic se realizează conform unui mecanism radical, iar pentru implementarea acestei interacțiuni chimice sunt necesare condiții destul de severe (iradierea cu ultraviolete). Dintre toate proprietățile butanului, arderea acestuia, însoțită de eliberarea unei cantități suficiente de căldură, are importanță practică. În plus, procesul de dehidrogenare a hidrocarburilor saturate prezintă un interes deosebit pentru producție.
Specificații despre dehidrogenare
Procedura de dehidrogenare a butanului este efectuată într-un reactor tubular cu încălzire externă pe un catalizator fix. În acest caz, randamentul de butilenă crește, automatizarea producției este simplificată.
Printre principalele avantaje ale acestui proces se numără consumul minim de catalizator. Printre deficiențe se remarcă un consum semnificativ de oțeluri aliate, investiții mari de capital. În plus, deshidratarea catalitică a butanului presupune utilizarea unui număr semnificativ de unități, deoarece acestea au o productivitate scăzută.
Producția are o productivitate scăzută, decica parte a reactoarelor se concentrează pe dehidrogenare, iar a doua parte se bazează pe regenerare. În plus, numărul mare de angajați în producție este considerat și un dezavantaj al acestui lanț tehnologic. Trebuie amintit că reacția este endotermă, deci procesul se desfășoară la o temperatură ridicată, în prezența unei substanțe inerte.
Dar într-o astfel de situație există riscul de accidente. Acest lucru este posibil dacă sigiliile din echipament sunt rupte. Aerul care intră în reactor, atunci când este amestecat cu hidrocarburi, formează un amestec exploziv. Pentru a preveni o astfel de situație, echilibrul chimic este deplasat spre dreapta prin introducerea de vapori de apă în amestecul de reacție.
Varianta procesului într-un singur pas
De exemplu, în cursul chimiei organice, este oferită următoarea sarcină: scrieți o ecuație pentru reacția de dehidrogenare a butanului. Pentru a face față unei astfel de sarcini, este suficient să amintim proprietățile chimice de bază ale hidrocarburilor din clasa hidrocarburilor saturate. Să analizăm caracteristicile obținerii butadienei printr-un proces într-o singură etapă de dehidrogenare a butanului.
Bateria de dehidrogenare cu butan include mai multe reactoare separate, numărul acestora depinde de ciclul de funcționare, precum și de volumul secțiunilor. Practic, în baterie sunt incluse cinci până la opt reactoare.
Procesul de dehidrogenare și regenerare este de 5-9 minute, etapa de suflare a aburului durează de la 5 la 20 de minute.
Datorită faptului că dehidrogenareabutanul se desfășoară într-un strat în mișcare continuă, procesul este stabil. Acest lucru contribuie la îmbunătățirea performanței operaționale a producției, crește productivitatea reactorului.
Procedeul de dehidrogenare într-o singură etapă a n-butanului se desfășoară la presiune joasă (până la 0,72 MPa), la o temperatură mai mare decât cea utilizată pentru producția efectuată pe un catalizator aluminiu-crom.
Deoarece tehnologia presupune utilizarea unui reactor de tip regenerativ, utilizarea aburului este exclusă. Pe lângă butadienă, în amestec se formează și butene, care sunt reintroduse în amestecul de reacție.
O etapă este calculată prin raportul dintre butanii din gazul de contact și numărul lor din sarcina reactorului.
Printre avantajele acestei metode de dehidrogenare a butanului remarcam o schema tehnologica simplificata de productie, o scadere a consumului de materii prime, precum si o reducere a costului energiei electrice pentru proces.
Parametrii negativi ai acestei tehnologii sunt reprezentați de perioade scurte de contact a componentelor care reacţionează. Este necesară o automatizare sofisticată pentru a corecta această problemă. Chiar și cu astfel de probleme, dehidrogenarea butanului într-o singură etapă este un proces mai favorabil decât producția în două etape.
La dehidrogenarea butanului într-o singură etapă, materia primă este încălzită la o temperatură de 620 de grade. Amestecul este trimis în reactor, este în contact direct cu catalizatorul.
Pentru a crea rarefacție în reactoare,se folosesc compresoare cu vid. Gazul de contact părăsește reactorul pentru răcire, apoi este trimis la separare. După finalizarea ciclului de dehidrogenare, materia primă este transferată în reactoarele următoare, iar din cele în care procesul chimic a trecut deja, vaporii de hidrocarburi sunt îndepărtați prin suflare. Produsele sunt evacuate, iar reactoarele sunt refolosite pentru dehidrogenarea butanului.
Concluzie
Reacția principală de dehidrogenare a butanului normal este producerea catalitică a unui amestec de hidrogen și butene. Pe lângă procesul principal, pot exista multe procese secundare care complică semnificativ lanțul tehnologic. Produsul obținut în urma dehidrogenării este considerat o materie primă chimică valoroasă. Cererea de producție este motivul principal pentru căutarea unor noi lanțuri tehnologice pentru conversia hidrocarburilor din seria limitativă în alchene.