Dehidrogenarea butanului la butene

Dehidrogenarea butanului se efectuează într-un strat de fierbere sau în mișcare de catalizator de crom și aluminiu. Procesul se desfășoară la o temperatură cuprinsă între 550 și 575 de grade. Dintre caracteristicile cursului de reacție, observăm continuitatea lanțului tehnologic.

Caracteristici tehnologice

Dehidrogenarea butanului se efectuează, în principal, în reactoare adiabatice de contact. Reacția se efectuează în prezența vaporilor de apă, ceea ce reduce în mod semnificativ presiunea parțială a substanțelor gazoase care interacționează. Compensarea în aparatul de reacție de suprafață a efectului de căldură endotermică se realizează prin alimentarea gazelor de ardere prin suprafața căldurii.

Versiune simplificată

Dehidrogenarea butanului în modul cel mai simplu implică impregnarea aluminei cu o soluție de anhidridă cromică sau cu cromat de potasiu.

Catalizatorul rezultat promovează un flux rapid și calitativ al procesului. Acest accelerator chimic este accesibil pentru gama de prețuri.

Schema de producție

Dehidrogenarea butanului este o reacție în care nu se așteaptă un consum semnificativ de catalizator. Produsele de dehidrogenare ale materiei prime intră în unitatea de recuperare extractivă, unde este recuperată fracția olefinică necesară. Dehidrogenarea butanului la butadienă într-un reactor tubular cu opțiune de încălzire externă permite obținerea unui randament bun al produsului.

Specificitatea reacției în siguranța sa relativă, precum și în aplicarea minimă a sistemelor și dispozitivelor automate complexe. Printre avantajele acestei tehnologii se numără simplitatea modelelor, precum și consumul redus al unui catalizator ieftin.

Caracteristicile procesului

Dehidrogenarea butanului este un proces reversibil, cu o creștere a volumului amestecului. Conform principiului Le Chatelier, pentru a transfera echilibrul chimic în acest proces spre producerea de produse de reacție, este necesar să se reducă presiunea în amestecul de reacție.

Presiunea atmosferică optimă este considerată la o temperatură de până la 575 de grade, utilizând un catalizator mixt de crom-aluminiu. Deoarece acceleratorul procesului chimic se depozitează pe suprafața substanțelor cu conținut de carbon care se formează în cursul reacțiilor secundare de degradare profundă a hidrocarburilor inițiale, activitatea lor scade. Pentru a-și restabili activitatea inițială, catalizatorul este regenerat prin suflare cu aer, care este amestecat cu gaze de ardere.

Condiții de curgere

La dehidrogenarea butanului, în reactoarele cilindrice se formează o butenă nelimitată. În reactor există rețele speciale de distribuție a gazelor, sunt instalate cicloane, care permit capturarea prafului de catalizator transportat de fluxul de gaze.

Dehidrogenarea butanului la butene este baza modernizării proceselor industriale de obținere a hidrocarburilor nesaturate. În plus față de această interacțiune, această tehnologie este utilizată pentru a obține alte variante de parafine. Dehidrogenarea n-butanului a devenit baza pentru producerea de izobutan, n-butilen, etilbenzen.

Există unele diferențe între procesele tehnologice, de exemplu, atunci când se dehidrogenizează toate hidrocarburile unui număr de parafine, se utilizează catalizatori analogi. Analogia dintre producția de etilbenzen și olefine nu este numai în utilizarea unui accelerator de proces, ci și în utilizarea unui echipament similar.

Durata de utilizare a catalizatorului

Care este caracteristica dehidrogenării butanului? Formula catalizatorului utilizat pentru acest proces este oxid de crom (3). Este depozitat pe alumină amfoterică. Pentru a crește stabilitatea și selectivitatea acceleratorului de proces, acesta este simulat cu oxid de potasiu. Cu o utilizare adecvată, durata medie a lucrărilor cu catalizator pe zi este un an.

Așa cum se utilizează, se observă o depunere treptată a unui amestec de oxizi de compuși solizi. Acestea trebuie să fie arse la timp, folosind procese chimice speciale.

Otrarea catalizatorului are loc prin vapori de apă. La acest amestec de catalizatori se produce dehidrogenarea butanului. Ecuația de reacție este considerată la școală în cursul chimiei organice.

În cazul unei creșteri a temperaturii, procesul chimic accelerează. Dar, în același timp, selectivitatea procesului scade și un strat de cocs se așază pe catalizator. În plus, în liceu această sarcină este deseori propusă: scrieți ecuația reacției de dehidrogenare a butanului, arderea etanului. Nu se așteaptă ca aceste procese să fie de o complexitate deosebită.

Scrieți ecuația reacției de dehidrogenare și veți înțelege că această reacție are loc în două direcții opuse. Un litru din volumul acceleratorului de reacție reprezintă aproximativ 1000 de litri de butan în formă gazoasă pe oră, astfel se produce dehidrogenarea butanului. Reacția compusului Butena nesaturată cu hidrogen este procesul invers la dehidrogenarea butanului normal. Randamentul butilenului în reacția directă este de 50%. Din 100 de kilograme de alcan inițial, după dehidrogenare, se formează aproximativ 90 de kilograme de butilen dacă procesul are loc la presiune atmosferică și la o temperatură de aproximativ 60 de grade.

Materii prime pentru productie

Să analizăm în detaliu dehidrogenarea butanului. Ecuația procesului se bazează pe utilizarea materiei prime (amestec de gaze) formate în timpul rafinării petrolului. La etapa inițială, fracțiunea de butan este bine purificată din penteni și izobuteni, care interferează cu curgerea normală a reacției de dehidrogenare.

Cum apare dehidrogenarea butanului? Ecuația acestui proces presupune mai multe etape. Purificarea are loc dehidrogenarea butadienă purificată la butene 1 și 3. Concentratul care conține patru atomi de carbon, care se obține în cazul dehidrogenarea catalitică a n-butan, 1-butenă este prezent, n-butan și butenă-2.

Pentru a realiza separarea ideală a amestecului este suficient de problematică. Utilizând extracția și distilarea fracționată cu un solvent, această separare poate fi efectuată și eficiența acestei separări poate fi mărită.

Atunci când se efectuează o distilare fracționată pe aparate cu o capacitate mare de separare, devine posibil să se separeze complet butanul-1 de butanul normal și, de asemenea, butenă-2.

Din punct de vedere economic, procesul de dehidrogenare a butanului la hidrocarburi nesaturate este considerat o producție ieftină. Această tehnologie vă permite să obțineți benzină cu motor, precum și o mare varietate de produse chimice.

Acest proces se desfășoară în principal numai în acele zone în care este necesară alchenă nesaturată, iar butanul are un cost redus. Datorită procedurii mai ieftine și îmbunătățite de dehidrogenare a butanului, sfera de utilizare a diolefinelor și monoolefinelor sa extins semnificativ.

Procesul de dehidrogenare a butanului se efectuează în una sau două etape, materia primă nereacționată este returnată în reactor. Pentru prima dată în Uniunea Sovietică, butanul a fost dehidrogenizat în patul de catalizator.

Proprietăți chimice ale butanului

În plus față de procesul de polimerizare, există o reacție de ardere în butan. Etan, propan, alți reprezentanți hidrocarburi saturate este conținută în gazele naturale, de aceea este materia primă pentru toate transformările, inclusiv arderea.

În butan, atomii de carbon sunt în stare sp3-hibrid, astfel încât toate legăturile sunt simple, simple. O structură similară (forma tetraedrică) determină proprietățile chimice ale butanului.

Este incapabil să se alăture reacțiilor de adiție, este caracterizat doar de procesele de izomerizare, substituție, dehidrogenare.

Înlocuirea cu molecule de diatomi de halogen se realizează printr-un mecanism radical și, pentru această interacțiune chimică, sunt necesare condiții destul de stricte (iradieri ultraviolete). Valoarea practică a tuturor proprietăților butanului este combustia acestuia, însoțită de eliberarea unei cantități suficiente de căldură. În plus, procesul de dehidrogenare a hidrocarburii finale este de interes special pentru producție.

Specificitatea dehidrogenării

Procedeul de dehidrogenare a butanului se efectuează într-un reactor tubular cu încălzire externă pe catalizatorul fix. În acest caz, randamentul butilenului este mărit, automatizarea producției este simplificată.

Printre principalele avantaje ale acestui proces este consumul minim al catalizatorului. Printre deficiențe sa constatat un consum semnificativ de oțeluri aliate, investiții mari de capital. În plus, deshidratarea catalitică a butanului implică utilizarea unui număr semnificativ de agregate, deoarece acestea au o productivitate scăzută.

Producția are o productivitate scăzută, deoarece unele dintre reactoare sunt orientate spre dehidrogenare, iar a doua parte se bazează pe regenerare. În plus, se ia în considerare minusul acestui lanț tehnologic și numărul de angajați în producție. Trebuie reținut faptul că reacția este endotermică, astfel că procesul se desfășoară la temperatură ridicată, în prezența unei substanțe inerte.

Dar într-o astfel de situație există un risc de accidente. Acest lucru este posibil în cazul în care garniturile din echipament sunt întrerupte. Aerul care pătrunde în reactor, 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 unei etape de proces

De exemplu, în cursul chimiei organice se propune următoarea sarcină: face ecuația reacției de dehidrogenare a butanului. Pentru a face față acestei sarcini, este suficient să reamintim principalele proprietăți chimice ale hidrocarburilor din clasa de hidrocarburi limitative. Să analizăm caracteristicile producției de butadienă printr-un proces de dehidrogenare a butanului într-o etapă.

Bateria de dehidrogenare cu butan include mai mulți reactoare separate, numărul lor depinde de ciclul de funcționare și, de asemenea, de volumul secțiunilor. În general, în baterie sunt incluse cinci până la opt reactoare.

Procesul de dehidrogenare și regenerare inversă este de 5-9 minute, în stadiul de purjare cu abur durează între 5 și 20 de minute.

Datorită faptului că dehidrogenarea butanului se efectuează într-un pat în mișcare continuă, procesul este stabil. Acest lucru contribuie la îmbunătățirea performanțelor de producție, îmbunătățește productivitatea reactorului.

Procesul de dehidrogenare în etapă a n-butanului la presiune scăzută (până la 0,72 MPa) se efectuează la o temperatură mai mare decât cea utilizată pentru producția efectuată pe un catalizator de crom de aluminiu.

Deoarece tehnologia implică utilizarea unui reactor de tip regenerativ, este exclusă utilizarea vaporilor de apă. În plus față de butadienă, în amestec se formează butenele, acestea fiind reintroduse în amestecul de reacție.

O etapă se calculează prin raportul dintre butanii din gazul de contact și numărul lor în sarcina reactorului.

Printre avantajele acestei metode de dehidrogenare a butanului, constatăm o simplificare diagramă grafică producția, scăderea cantității consumabile de materii prime, precum și reducerea costului energiei electrice pentru proces.

Parametrii negativi ai acestei tehnologii sunt reprezentați de perioade scurte de contact ale componentelor care reacționează. Pentru a corecta această problemă este necesară o automatizare complexă. Chiar și cu astfel de probleme, dehidrogenarea într-o singură etapă a butanului este mai favorabilă decât producția în două etape.

Prin dehidrogenarea butanului într-o singură etapă, materia primă este încălzită la o temperatură de 620 de grade. Amestecul este trimis în reactor, contactul său direct cu catalizatorul este efectuat.

Pentru a crea vacuum în reactoare, se folosesc compresoare de vid. Gazul de contact trece de la reactor la răcire, apoi trece la separare. După încheierea ciclului de dehidrogenare, alimentarea este transferată în următorii reactoare, iar din cele în care procesul chimic a trecut deja, vaporii de hidrocarburi sunt îndepărtați prin purjare. Produsele sunt evacuate, iar reactoarele sunt din nou utilizate pentru dehidrogenarea butanului.

concluzie

Principala reacție a dehidrogenării butanului cu structură normală este prepararea catalitică a unui amestec de hidrogen și butenă. Pe lângă procesul principal, pot exista mai multe linii laterale, care împiedică în mod semnificativ lanțul tehnologic. Produsul obținut ca rezultat al dehidrogenării este considerat o materie primă chimică valoroasă. Cererea de producție este motivul principal al căutării noilor lanțuri tehnologice de transformare a hidrocarburilor din seria limitatoare în alchene.