Dehidrogenacija butana se izvaja v fluidizirani ali premikajoči se plasti kromovega in aluminijastega katalizatorja. Postopek se izvaja pri temperaturi v območju od 550 do 575 stopinj. Med značilnostmi reakcije ugotavljamo kontinuiteto tehnološke verige.
Tehnološke funkcije
Dehidrogenacija butana se večinoma izvaja v kontaktnih adiabatnih reaktorjih. Reakcija poteka v prisotnosti vodne pare, ki znatno zniža parcialni tlak medsebojno delujočih plinastih snovi. Kompenzacija v površinskih reakcijskih aparatih za endotermni toplotni učinek se izvede z dovajanjem toplote skozi površino z dimnimi plini.
Poenostavljena različica
Dehidrogenacija butana na najpreprostejši način vključuje impregnacijo aluminijevega oksida z raztopino kromovega anhidrida ali kalijevega kromata.
Nastali katalizator prispeva k hitremu in visokokakovostnemu procesu. Ta pospeševalnik kemičnih procesov je cenovno ugoden v cenovnem razredu.
Proizvodna shema
Dehidrogenacija butana je reakcija, pri kateri se ne pričakuje znatne porabe katalizatorja. Izdelkidehidrogenacije izhodnega materiala odpeljemo v enoto za ekstrakcijsko destilacijo, kjer izoliramo zahtevano olefinsko frakcijo. Dehidrogenacija butana v butadien v cevnem reaktorju z možnostjo zunanjega ogrevanja omogoča dober izkoristek produkta.
Posebnost reakcije je v njeni relativni varnosti, pa tudi v minimalni uporabi kompleksnih avtomatskih sistemov in naprav. Med prednostmi te tehnologije je mogoče omeniti preprostost dizajna, pa tudi nizko porabo poceni katalizatorja.
Procesne funkcije
Dehidrogenacija butana je reverzibilen proces in opazimo povečanje volumna zmesi. Po Le Chatelierjevem principu je za premikanje kemičnega ravnotežja v tem procesu v smeri pridobivanja produktov interakcije potrebno znižati tlak v reakcijski zmesi.
Optimalni je atmosferski tlak pri temperaturah do 575 stopinj, če uporabljate mešani krom-aluminijev katalizator. Ker se pospeševalnik kemičnega procesa odlaga na površino snovi, ki vsebujejo ogljik, ki nastanejo med stranskimi reakcijami globokega uničenja prvotnega ogljikovodika, se njegova aktivnost zmanjša. Za ponovno vzpostavitev prvotne aktivnosti katalizator regeneriramo tako, da ga pihamo z zrakom, ki je pomešan z dimnimi plini.
Pogoji toka
Med dehidrogenacijo butana v cilindričnih reaktorjih nastane nenasičen buten. Reaktor ima nameščena posebna plinska distribucijska omrežjacikloni, ki zajemajo prah katalizatorja, ki ga odnese tok plina.
Dehidrogenacija butana v butene je osnova za posodobitev industrijskih procesov za proizvodnjo nenasičenih ogljikovodikov. Poleg te interakcije se podobna tehnologija uporablja za pridobivanje drugih možnosti za parafine. Dehidrogenacija n-butana je postala osnova za proizvodnjo izobutana, n-butilena, etilbenzena.
Obstajajo nekatere razlike med tehnološkimi procesi, na primer pri dehidrogeniranju vseh ogljikovodikov številnih parafinov se uporabljajo podobni katalizatorji. Analogija med proizvodnjo etilbenzena in olefinov ni le v uporabi enega procesnega pospeševalnika, ampak tudi v uporabi podobne opreme.
čas uporabe katalizatorja
Kaj je značilno za dehidrogenacijo butana? Formula katalizatorja, ki se uporablja za ta postopek, je kromov oksid (3). Obori se na amfoterni aluminijev oksid. Da bi povečali stabilnost in selektivnost pospeševalnika procesa, ga bomo posnemali s kalijevim oksidom. Ob pravilni uporabi je povprečno trajanje polnopravnega delovanja katalizatorja eno leto.
Pri uporabi opazimo postopno odlaganje trdnih spojin na mešanico oksidov. Izgoreti jih je treba pravočasno s posebnimi kemičnimi postopki.
Do zastrupitve s katalizatorjem pride z vodno paro. Na tej mešanici katalizatorjev pride do dehidrogenacije butana. Reakcijsko enačbo obravnavamo v šoli pri organskem tečajukemija.
V primeru zvišanja temperature opazimo pospeševanje kemičnega procesa. Toda hkrati se zmanjša tudi selektivnost postopka in na katalizator se odloži plast koksa. Poleg tega se v srednji šoli pogosto ponudi naslednja naloga: napišite enačbo za reakcijo dehidrogenacije butana, zgorevanja etana. Ti postopki ne povzročajo posebnih težav.
Napišite enačbo za reakcijo dehidrogenacije in razumeli boste, da ta reakcija poteka v dveh medsebojno nasprotnih smereh. Za en liter prostornine reakcijskega pospeševalnika je približno 1000 litrov butana v plinasti obliki na uro, tako poteka dehidrogenacija butana. Reakcija združevanja nenasičenega butena z vodikom je obraten proces dehidrogenacije običajnega butana. Dobitek butilena v neposredni reakciji je v povprečju 50 odstotkov. Iz 100 kilogramov začetnega alkana po dehidrogenaciji nastane približno 90 kilogramov butilena, če postopek poteka pri atmosferskem tlaku in temperaturi približno 60 stopinj.
Surovine za proizvodnjo
Oglejmo si podrobneje dehidrogenacijo butana. Procesna enačba temelji na uporabi surovine (mešanice plinov), ki nastane med rafiniranjem nafte. V začetni fazi se butanska frakcija temeljito očisti iz pentenov in izobutenov, ki motijo normalen potek reakcije dehidrogenacije.
Kako butan dehidrogenira? Enačba za ta proces vključuje več korakov. Po čiščenju dehidriranje očiščenegabuteni v butadien 1, 3. Koncentrat s štirimi ogljikovimi atomi, ki smo ga dobili v primeru katalitične dehidrogenacije n-butana, vsebuje buten-1, n-butan in butene-2.
Precej problematično je izvesti idealno ločitev zmesi. Z uporabo ekstrakcijske in frakcijske destilacije s topilom je mogoče izvesti takšno ločevanje in izboljšati učinkovitost te ločevanja.
Pri izvajanju frakcijske destilacije na aparatih z veliko ločevalno zmogljivostjo je mogoče popolnoma ločiti normalni butan od butena-1, pa tudi butena-2.
Z ekonomskega vidika se postopek dehidrogenacije butana v nenasičene ogljikovodike šteje za poceni proizvodnjo. Ta tehnologija omogoča pridobivanje motornega bencina, pa tudi ogromno različnih kemičnih izdelkov.
Na splošno se ta postopek izvaja samo na tistih področjih, kjer je potreben nenasičen alken, butan pa ima nizke stroške. Zaradi znižanja stroškov in izboljšanja postopka dehidrogeniranja butana se je obseg uporabe diolefinov in monolefinov znatno razširil.
Postopek dehidrogenacije butana poteka v eni ali dveh stopnjah, pride do vračanja neizreagirane surovine v reaktor. Prvič v Sovjetski zvezi je bila dehidrogenacija butana izvedena v katalizatorski postelji.
Kemijske lastnosti butana
Poleg postopka polimerizacije ima butan reakcijo zgorevanja. Etan, propan, drugiV zemeljskem plinu je dovolj predstavnikov nasičenih ogljikovodikov, zato je surovina za vse transformacije, vključno z zgorevanjem.
V butanu so ogljikovi atomi v sp3-hibridnem stanju, zato so vse vezi enojne, enostavne. Ta struktura (tetraedrična oblika) določa kemične lastnosti butana.
Ni sposoben vstopiti v adicijske reakcije, zanj so značilni le procesi izomerizacije, substitucije, dehidrogenacije.
Substitucija z dvoatomskimi halogenskimi molekulami poteka po radikalnem mehanizmu, za izvedbo te kemične interakcije pa so potrebni precej hudi pogoji (ultravijolično obsevanje). Od vseh lastnosti butana je praktično pomembno njegovo zgorevanje, ki ga spremlja sproščanje zadostne količine toplote. Poleg tega je proces dehidrogenacije nasičenih ogljikovodikov še posebej zanimiv za proizvodnjo.
specifičnosti dehidrogenacije
Postopek dehidrogenacije butana se izvaja v cevastem reaktorju z zunanjim ogrevanjem na fiksnem katalizatorju. V tem primeru se poveča donos butilena, avtomatizacija proizvodnje je poenostavljena.
Med glavnimi prednostmi tega postopka je minimalna poraba katalizatorja. Med pomanjkljivostmi je treba omeniti veliko porabo legiranih jekel, visoke kapitalske naložbe. Poleg tega katalitična dehidracija butana vključuje uporabo velikega števila enot, saj imajo nizko produktivnost.
Proizvodnja ima nizko produktivnost, torejkot del reaktorjev je usmerjen na dehidrogenacijo, drugi del pa temelji na regeneraciji. Poleg tega se kot slabost te tehnološke verige šteje tudi veliko število zaposlenih v proizvodnji. Ne smemo pozabiti, da je reakcija endotermna, zato proces poteka pri povišani temperaturi v prisotnosti inertne snovi.
Toda v takšni situaciji obstaja nevarnost nesreč. To je mogoče, če so tesnila v opremi polomljena. Zrak, ki vstopi v reaktor, ko se pomeša z ogljikovodiki, tvori eksplozivno zmes. Da bi preprečili takšno situacijo, se kemično ravnotežje premakne v desno z vnosom vodne pare v reakcijsko zmes.
Variant postopka v enem koraku
Na primer, pri predmetu organske kemije se ponudi naslednja naloga: napišite enačbo za reakcijo dehidrogenacije butana. Da bi se spopadli s takšno nalogo, je dovolj, da se spomnimo osnovnih kemijskih lastnosti ogljikovodikov razreda nasičenih ogljikovodikov. Analizirajmo značilnosti pridobivanja butadiena z enostopenjskim postopkom dehidrogenacije butana.
Baterija za dehidrogeniranje butana vključuje več ločenih reaktorjev, njihovo število je odvisno od cikla delovanja, pa tudi od prostornine odsekov. V bistvu je v baterijo vključenih pet do osem reaktorjev.
Proces dehidrogenacije in regeneracije je 5-9 minut, faza pihanja s paro traja 5 do 20 minut.
Zaradi dejstva, da dehidrogenacijabutan poteka v neprekinjeno premikajoči se plasti, proces je stabilen. To prispeva k izboljšanju operativnih zmogljivosti proizvodnje, poveča produktivnost reaktorja.
Proces enostopenjske dehidrogenacije n-butana poteka pri nizkem tlaku (do 0,72 MPa), pri temperaturi, višji od tiste, ki se uporablja za proizvodnjo na aluminijevo-krom katalizatorju.
Ker tehnologija vključuje uporabo reaktorja regenerativnega tipa, je uporaba pare izključena. Poleg butadiena v mešanici nastanejo buteni, ki se ponovno vnesejo v reakcijsko zmes.
Ena stopnja se izračuna iz razmerja butanov v kontaktnem plinu in njihovega števila v polnjenju reaktorja.
Med prednostmi te metode dehidrogenacije butana omenjamo poenostavljeno tehnološko shemo proizvodnje, zmanjšanje porabe surovin, pa tudi znižanje stroškov električne energije za proces.
Negativne parametre te tehnologije predstavljajo kratka obdobja stika reakcijskih komponent. Za odpravo te težave je potrebna sofisticirana avtomatizacija. Tudi pri takšnih težavah je enostopenjska dehidrogenacija butana ugodnejši proces kot dvostopenjska proizvodnja.
Pri dehidrogeniranju butana v eni stopnji se surovina segreje na temperaturo 620 stopinj. Zmes se pošlje v reaktor, je v neposrednem stiku s katalizatorjem.
Za ustvarjanje redčenja v reaktorjih,uporabljajo se vakuumski kompresorji. Kontaktni plin zapusti reaktor za hlajenje, nato se pošlje v ločitev. Po zaključenem ciklu dehidrogenacije se surovina prenese v naslednje reaktorje, iz tistih, kjer je kemični proces že minil, pa se s pihanjem odstranijo ogljikovodiki. Produkti se evakuirajo in reaktorji se ponovno uporabijo za dehidrogenacijo butana.
Sklep
Glavna reakcija dehidrogenacije normalnega butana je katalitična proizvodnja zmesi vodika in butenov. Poleg glavnega procesa je lahko veliko stranskih procesov, ki bistveno zapletejo tehnološko verigo. Izdelek, pridobljen z dehidrogenacijo, velja za dragoceno kemično surovino. Prav povpraševanje po proizvodnji je glavni razlog za iskanje novih tehnoloških verig za pretvorbo ogljikovodikov omejevalne serije v alkene.