Дегидрирование бутану в бутени
Дегидрирование бутану здійснюється в киплячому або рухомому шарі хромового і алюмінієвого каталізатора. Процес проводиться при температурі в діапазоні від 550 до 575 градусів. Серед особливостей протікання реакції відзначимо безперервність технологічного ланцюжка.
Відео: Ленінград - Експонат. Дитяча версія (Сама прикольна пародія) ЛаБут або Kinder ?!
особливості технології
Дегидрирование бутану в основному виробляється в контактних адиабатических реакторах. Реакція здійснюється в присутності водяної пари, який істотно знижує парціальний тиск взаємодіючих газоподібних речовин. Компенсація в поверхневих реакційних апаратах ендотермічного теплового ефекту здійснюється шляхом підведення через поверхню тепла димовими газами.
Спрощений варіант
Дегидрирование бутану найпростішим способом передбачає просочення оксиду алюмінію розчином хромового ангідриду або хромокисле калієм.
Отриманий каталізатор сприяє швидкому і якісному протіканню процесу. даний прискорювач хімічного процесу є доступним з цінового діапазону.
схема виробництва
Дегидрирование бутану - це реакція, в якій не передбачається суттєвого витрати каталізатора. Продукти дегідрірованія вихідної речовини потрапляють на блок екстрактивної ректифікації, де здійснюється виділення необхідної олефінове фракції. Дегидрирование бутану до бутадієну в трубчастому реакторі, що має зовнішній варіант обігріву, дозволяє забезпечувати непоганий вихід продукту.
Специфіка реакції в її відносній безпеці, а також в мінімальному застосуванні складних автоматичних систем і приладів. Серед переваг цієї технології можна згадати простоту конструкцій, а також незначний витрата недорогого каталізатора.
особливості процесу
Дегидрирование бутану є оборотним процесом, причому спостерігається збільшення обсягу суміші. За принципом Ле-Шательє, для зміщення хімічної рівноваги в даному процесі в бік отримання продуктів взаємодії, необхідно знизити тиск в реакційній суміші.
Оптимальним вважається атмосферний тиск при температурі до 575 градусів, при використанні змішаного хромоалюмініевого каталізатора. У міру відкладення прискорювача хімічного процесу на поверхні вуглець речовин, які утворюються при протіканні побічних реакцій глибокої деструкції вихідного вуглеводнів, його активність знижується. Щоб повернути йому первісну активність, каталізатор регенерують шляхом продувки його повітрям, який змішаний з топковими газами.
умови протікання
При дегидрировании бутану утворюється в циліндричних реакторах неграничний бутен. У реакторі є спеціальні газорозподільні решітки, встановлено циклони, які дозволяють вловлювати катализаторную пил, що буря потоком газу.
Дегидрирование бутану в бутени є основою для модернізації промислових процесів отримання ненасичених вуглеводнів. Крім цього взаємодії, подібна технологія застосовується для отримання інших варіантів парафінів. Дегидрирование н-бутану стало основою виробництва изобутана, н-бутилену, етилбензолу.
Між технологічними процесами є деякі відмінності, наприклад, при дегидрировании всіх вуглеводнів ряду парафінів використовують аналогічні каталізатори. Аналогія між виробництвом етилбензолу і олефінів не тільки в застосуванні одного прискорювача процесу, а й у використанні аналогічного обладнання.
Тривалість використання каталізатора
Чим характеризується дегидрирование бутану? Формула каталізатора, що використовується для даного процесу - це оксид хрому (3). Його беруть в облогу на амфотерной окису алюмінію. Для підвищення стабільності і вибірковості прискорювача процесу, його проімітуйте оксидом калію. При правильному використанні середня тривалість повноцінної роботи каталізатора становить рік.
У міру його експлуатації спостерігається поступове відкладення на суміші оксидів твердих сполук. Їх необхідно своєчасно випалювати, використовуючи спеціальні хімічні процеси.
Отруєння каталізатора відбувається водяною парою. Саме на цій суміші каталізаторів відбувається дегидрирование бутану. Рівняння реакції розглядається в школі в курсі органічної хімії.
У разі підвищення температури спостерігається прискорення хімічного процесу. Але при цьому знижується і вибірковість процесу, спостерігається осідання на каталізаторі шару коксу. Крім того, в старшій школі часто пропонується таке завдання: напишіть рівняння реакції дегідрування бутану, горіння етану. Особливих складнощів дані процеси не передбачають.
Напишіть рівняння реакції дегідрування, і ви зрозумієте, що дана реакція протікає в двох взаімообратних напрямках. На один літр обсягу прискорювача реакції доводиться приблизно 1000 літрів бутану в газоподібному вигляді за годину, так відбувається дегидрирование бутану. Реакція сполуки непредельного бутена з воднем є зворотним процесом дегидрированию нормального бутану. Вихід бутилену в прямій реакції становить в середньому 50 відсотків. З 100 кілограмів вихідного алкана після дегідрірованія утворюється близько 90 кілограмів бутилену в тому випадку, якщо процес здійснюється при атмосферному тиску і температурі близько 60 градусів.
Сировина для виробництва
Розглянемо докладніше дегидрирование бутану. Рівняння процесу грунтується на застосуванні вихідної сировини (суміші газів), що утворюються при нафтопереробці. На початковому етапі відбувається ретельне очищення бутанової фракції від пентенов і ізобутенов, які заважають нормальному протіканню реакції дегідрування.
Відео: Конформації бутану
Як відбувається дегидрирование бутану? Рівняння даного процесу передбачає кілька ступенів. Після очищення відбувається дегидрирование очищених бутен до бутадієну 1, 3. У концентраті, що містить чотири вуглецевих атома, який отримано в разі каталітичного дегідрування н-бутану, присутній бутен-1, н-бутан, а також бутени-2.
Провести ідеальне поділ суміші досить проблематично. При використанні екстракційної і фракційної перегонки з розчинником можна здійснити такий поділ, підвищити ефективність даного поділу.
При проведенні фракційної перегонки на апаратах, що мають велику роздільну здатність, з`являється можливість повноцінного відділення від бутена-1 нормального бутану, а також бутена-2.
З економічної точки зору процес дегідрування бутану до ненасичених вуглеводнів вважається недорогим виробництвом. Подібна технологія дозволяє отримувати моторний бензин, а також величезна кількість різноманітних хімічних продуктів.
В основному цей процес здійснюється тільки в тих районах, де є потреба у неграничний алкен, і бутан має низьку вартість. Завдяки здешевленню і вдосконалення процедури дегідрірованія бутану, істотно розширилися сфери використання діолефінов і монолефінов.
Процедура дегідрірованія бутану здійснюється в одну або дві стадії, спостерігається повернення непрореагировавшего сировини в реактор. Вперше в Радянському Союзі було проведено дегидрирование бутану в шарі каталізатора.
Хімічні властивості бутану
Крім процесу полімеризації, є у бутану реакція горіння. Етана, пропану, інших представників насичених вуглеводнів досить міститься в природному газі, тому саме він є сировиною для всіх перетворень, включаючи і горіння.
В Бутані вуглецеві атоми знаходяться в sp3-гібридному стані, тому всі зв`язки одинарні, прості. Подібним чином (тетраедричних форма) обумовлює хімічні властивості бутану.
Він не здатний вступати в реакції приєднання, для нього характерні тільки процеси ізомеризації, заміщення, дегідрування.
Заміщення з двохатомними молекулами галогенів здійснюється за радикальним механізмом, причому для здійснення даного хімічного взаємодії необхідні досить жорсткі умови (ультрафіолетове опромінення). Практичне значення з усіх властивостей бутану має його горіння, що супроводжується виділенням достатньої кількості теплоти. Крім того, особливий інтерес для виробництва представляє і процес дегідрування граничного вуглеводню.
специфіка дегідрірованія
Процедура дегідрірованія бутану виконується в трубчастому реакторі, що має на нерухомому каталізаторі зовнішній обігрів. В такому випадку підвищується вихід бутилену, спрощується автоматика виробництва.
Серед основних переваг такого процесу можна виділити мінімальний витрата каталізатора. Серед недоліків відзначають істотний витрата легованих сталей, високі капіталовкладення. Крім того, каталітична дегідратація бутану передбачає використання істотної кількості агрегатів, так як вони мають невисоку продуктивність.
Виробництво має низьку продуктивність, так як частина реакторів орієнтована на дегидрирование, а друга їх частина базується на регенерації. Крім того, мінусом даної технологічного ланцюжка вважають і численність працівників на виробництві. Потрібно пам`ятати про те, що реакція є ендотермічний, тому процес протікає при підвищеній температурі, в присутності інертного речовини.
Але в такій ситуації з`являється ризик виникнення аварій. Це можливо в тому випадку, якщо порушуються ущільнення в обладнанні. Повітря, який проникає в реактор, при змішуванні з вуглеводнями утворює вибухонебезпечну суміш. Для того щоб не допустити подібної ситуації, хімічну рівновагу зміщують вправо шляхом внесення в реакційну суміш водяної пари.
Варіант одностадійного процесу
Наприклад, в курсі органічної хімії пропонується таке завдання: складіть рівняння реакції дегідрування бутану. Для того щоб впоратися з подібним завданням, досить згадати основні хімічні властивості вуглеводнів класу граничних вуглеводнів. Проаналізуємо особливості отримання бутадієну шляхом одностадійного процесу дегідрування бутану.
Батарея дегідрірованія бутану включає в себе кілька окремих реакторів, їх чисельність залежить від циклу роботи, а також від обсягу секцій. В основному в батарею включено від п`яти до восьми реакторів.
Процес дегідрірованія і зворотного регенерації становить 5-9 хвилин, на стадію продувки паром йде від 5 до 20 хвилин.
Завдяки тому що дегидрирование бутану здійснюється в безперервно рухається шарі, процес є стійким. Це сприяє поліпшенню експлуатаційних показників виробництва, підвищує продуктивність реактора.
Проводиться процес одностадійного дегідрірованія н-бутану при низькому тиску (до 0,72 МПа), при температурі вище тієї, що використовується для виробництва, проведеного на алюмохромовом каталізаторі.
Так як технологія передбачає використання реактора регенеративного виду, виключено застосування водяної пари. Крім бутадієну в суміші утворюються бутени, їх заново вводять в реакційну суміш.
Одна стадія розраховується через відношення бутанов, що знаходяться в контактному газі, до їх числа в завантаженні реактора.
Серед достоїнств такого способу дегідрірованія бутану відзначимо спрощену технологічну схему виробництва, зниження витратного кількості сировини, а також зменшення витрат електричної енергії на проведення процесу.
Негативні параметри даної технології представлені короткими періодами контакту реагуючих компонентів. Для виправлення цієї проблеми потрібна складна автоматика. Навіть з урахуванням подібних проблем одностадійне дегидрирование бутану є більш сприятливим процесом, ніж двухстадийное виробництво.
При дегидрировании бутану в одну стадію, відбувається підігрівання вихідної сировини до температури 620 градусів. Суміш направляється в реактор, здійснюється її безпосередній контакт з каталізатором.
Для створення в реакторах розрідження, застосовуються вакуум-компресори. Контактний газ йде з реактора на охолодження, далі він направляється на поділ. Після завершення циклу дегідрірованія сировину передається в наступні реактори, а з тих, де вже пройшов хімічний процес, видаляють шляхом продувки вуглеводневі пари. Продукти евакуюються, а реактори знову використовуються для дегідрірованія бутану.
висновок
Основний реакцією дегідрування бутану нормального будови є каталітичне отримання суміші водню і бутен. Крім головного процесу, можлива наявність безлічі побічних, які суттєво ускладнюють технологічний ланцюжок. Продукт, який отримують в результаті дегідрування, вважається цінним хімічним сировиною. Саме затребуваність виробництва є основною причиною пошуку нових технологічних ланцюжків перетворення вуглеводнів граничного ряду в алкени.
