Dehidrogenacija butana provodi se u fluidiziranom ili pokretnom sloju kroma i aluminijskog katalizatora. Proces se provodi na temperaturi u rasponu od 550 do 575 stupnjeva. Među značajkama reakcije bilježimo kontinuitet tehnološkog lanca.
Tehnološke značajke
Dehidrogenacija butana uglavnom se provodi u kontaktnim adijabatskim reaktorima. Reakcija se provodi u prisutnosti vodene pare, što značajno snižava parcijalni tlak plinovitih tvari koje djeluju. Kompenzacija u površinskim reakcijskim aparatima za endotermni toplinski učinak provodi se dovođenjem topline kroz površinu s dimnim plinovima.
Pojednostavljena verzija
Dehidrogenacija butana na najjednostavniji način uključuje impregnaciju aluminijevog oksida otopinom kromnog anhidrida ili kalijevog kromata.
Rezultirajući katalizator doprinosi brzom i visokokvalitetnom procesu. Ovaj akcelerator kemijskih procesa pristupačan je u cjenovnom rangu.
Proizvodna shema
Dehidrogenacija butana je reakcija u kojoj se ne očekuje značajna potrošnja katalizatora. Proizvodidehidrogenacije polaznog materijala odvode se u jedinicu za ekstrakcijsku destilaciju, gdje se izolira potrebna olefinska frakcija. Dehidrogenacija butana u butadien u cjevastom reaktoru s opcijom vanjskog grijanja omogućuje dobar prinos proizvoda.
Specifičnost reakcije je u njenoj relativnoj sigurnosti, kao iu minimalnoj uporabi složenih automatskih sustava i uređaja. Među prednostima ove tehnologije može se spomenuti jednostavnost dizajna, kao i niska potrošnja jeftinog katalizatora.
Procesne značajke
Dehidrogenacija butana je reverzibilan proces, a uočava se povećanje volumena smjese. Prema Le Chatelierovom principu, kako bi se kemijska ravnoteža u ovom procesu pomaknula prema dobivanju produkta interakcije, potrebno je sniziti tlak u reakcijskoj smjesi.
Optimalni je atmosferski tlak na temperaturama do 575 stupnjeva, kada se koristi miješani krom-aluminij katalizator. Kako se akcelerator kemijskog procesa taloži na površini tvari koje sadrže ugljik, a koje nastaju tijekom nuspojava dubokog razaranja izvornog ugljikovodika, njegova aktivnost se smanjuje. Kako bi se obnovila njegova izvorna aktivnost, katalizator se regenerira upuhujući ga zrakom koji je pomiješan s dimnim plinovima.
Uvjeti protoka
Tijekom dehidrogenacije butana u cilindričnim reaktorima nastaje nezasićeni buten. Reaktor ima ugrađene posebne plinske distribucijske mrežecikloni koji hvataju prašinu katalizatora koju nosi struja plina.
Dehidrogenacija butana u butene temelj je modernizacije industrijskih procesa za proizvodnju nezasićenih ugljikovodika. Osim ove interakcije, slična se tehnologija koristi za dobivanje drugih opcija za parafine. Dehidrogenacija n-butana postala je osnova za proizvodnju izobutana, n-butilena, etilbenzena.
Postoje neke razlike između tehnoloških procesa, na primjer, kod dehidrogeniranja svih ugljikovodika niza parafina koriste se slični katalizatori. Analogija između proizvodnje etilbenzena i olefina nije samo u korištenju jednog akceleratora procesa, već i u korištenju slične opreme.
Vrijeme upotrebe katalizatora
Što karakterizira dehidrogenaciju butana? Formula katalizatora koji se koristi za ovaj proces je krom oksid (3). Taloži se na amfoternoj glinici. Kako bi se povećala stabilnost i selektivnost akceleratora procesa, on će se imitirati s kalijevim oksidom. Uz pravilnu upotrebu, prosječno trajanje punopravnog rada katalizatora je godinu dana.
Kako se koristi, uočava se postupno taloženje čvrstih spojeva na smjesu oksida. Moraju se na vrijeme izgorjeti posebnim kemijskim procesima.
Do trovanja katalizatora dolazi vodenom parom. Na toj mješavini katalizatora dolazi do dehidrogenacije butana. Jednadžba reakcije razmatra se u školi na tečaju organskogkemija.
U slučaju povećanja temperature uočava se ubrzanje kemijskog procesa. Ali istodobno se smanjuje i selektivnost procesa, a sloj koksa se taloži na katalizator. Osim toga, u srednjoj školi često se nudi sljedeći zadatak: napišite jednadžbu za reakciju dehidrogenacije butana, izgaranja etana. Ovi procesi ne uključuju nikakve posebne poteškoće.
Napišite jednadžbu za reakciju dehidrogenacije i shvatit ćete da se ova reakcija odvija u dva međusobno suprotna smjera. Na jednu litru volumena akceleratora reakcije dolazi otprilike 1000 litara butana u plinovitom obliku na sat, tako dolazi do dehidrogenacije butana. Reakcija spajanja nezasićenog butena s vodikom obrnut je proces dehidrogenacije normalnog butana. Prinos butilena u izravnoj reakciji je u prosjeku 50 posto. Iz 100 kilograma početnog alkana nakon dehidrogenacije nastaje oko 90 kilograma butilena ako se proces provodi pri atmosferskom tlaku i temperaturi od oko 60 stupnjeva.
Sirovine za proizvodnju
Pogledajmo pobliže dehidrogenaciju butana. Jednadžba procesa temelji se na korištenju sirovine (mješavine plinova) koja nastaje tijekom rafiniranja nafte. U početnoj fazi, frakcija butana se temeljito pročišćava od pentena i izobutena, koji ometaju normalan tijek reakcije dehidrogenacije.
Kako se butan dehidrogenira? Jednadžba za ovaj proces uključuje nekoliko koraka. Nakon pročišćavanja, dehidrogenacija pročišćenogbuteni u butadien 1, 3. Koncentrat koji sadrži četiri ugljikova atoma, koji je dobiven u slučaju katalitičke dehidrogenacije n-butana, sadrži buten-1, n-butan i buten-2.
Prilično je problematično provesti idealno odvajanje smjese. Korištenjem ekstrakcijske i frakcijske destilacije s otapalom, takvo se odvajanje može provesti, a učinkovitost ovog odvajanja može se poboljšati.
Kada se provodi frakcijska destilacija na aparatima s velikim kapacitetom odvajanja, postaje moguće potpuno odvojiti normalni butan od butena-1, kao i butena-2.
S ekonomske točke gledišta, proces dehidrogenacije butana u nezasićene ugljikovodike smatra se jeftinom proizvodnjom. Ova tehnologija omogućuje dobivanje motornog benzina, kao i velikog broja kemijskih proizvoda.
Općenito, ovaj se proces provodi samo u onim područjima gdje je potreban nezasićeni alken, a butan ima nisku cijenu. Zbog smanjenja troškova i poboljšanja postupka dehidrogenacije butana, opseg uporabe diolefina i monolefina značajno se proširio.
Postupak dehidrogenacije butana provodi se u jednoj ili dvije faze, dolazi do povrata neizreagirane sirovine u reaktor. Po prvi put u Sovjetskom Savezu, dehidrogenacija butana provedena je u sloju katalizatora.
Kemijska svojstva butana
Pored procesa polimerizacije, butan ima reakciju izgaranja. Etan, propan, drugiU prirodnom plinu ima dovoljno predstavnika zasićenih ugljikovodika, pa je on sirovina za sve transformacije, pa tako i za izgaranje.
U butanu, atomi ugljika su u sp3-hibridnom stanju, tako da su sve veze jednostruke, jednostavne. Ova struktura (tetraedarski oblik) određuje kemijska svojstva butana.
Ne može ulaziti u reakcije adicije, karakteriziraju ga samo procesi izomerizacije, supstitucije, dehidrogenacije.
Supstitucija s dvoatomskim halogenim molekulama provodi se po radikalnom mehanizmu, a za provedbu ove kemijske interakcije nužni su prilično teški uvjeti (ultraljubičasto zračenje). Od svih svojstava butana, njegovo izgaranje, popraćeno oslobađanjem dovoljne količine topline, od praktične je važnosti. Osim toga, proces dehidrogenacije zasićenih ugljikovodika je od posebnog interesa za proizvodnju.
specifičnosti dehidrogenacije
Procedura dehidrogenacije butana provodi se u cjevastom reaktoru s vanjskim grijanjem na fiksnom katalizatoru. U ovom slučaju povećava se prinos butilena, pojednostavljuje se automatizacija proizvodnje.
Među glavnim prednostima ovog procesa je minimalna potrošnja katalizatora. Među nedostacima ističu se značajna potrošnja legiranih čelika, visoka kapitalna ulaganja. Osim toga, katalitička dehidracija butana uključuje korištenje značajnog broja jedinica, budući da imaju nisku produktivnost.
Proizvodnja ima nisku produktivnost, daklekao dio reaktora usmjeren je na dehidrogenaciju, a drugi dio temelji se na regeneraciji. Osim toga, veliki broj zaposlenih u proizvodnji također se smatra nedostatkom ovog tehnološkog lanca. Mora se imati na umu da je reakcija endotermna, pa se proces odvija na povišenoj temperaturi, u prisutnosti inertne tvari.
Ali u takvoj situaciji postoji opasnost od nezgoda. To je moguće ako su brtve u opremi slomljene. Zrak koji ulazi u reaktor, kada se pomiješa s ugljikovodicima, tvori eksplozivnu smjesu. Kako bi se spriječila takva situacija, kemijska se ravnoteža pomiče udesno uvođenjem vodene pare u reakcijsku smjesu.
Varijanta procesa u jednom koraku
Na primjer, u predmetu organske kemije nudi se sljedeći zadatak: napišite jednadžbu za reakciju dehidrogenacije butana. Da bismo se nosili s takvim zadatkom, dovoljno je prisjetiti se osnovnih kemijskih svojstava ugljikovodika klase zasićenih ugljikovodika. Analizirajmo značajke dobivanja butadiena jednofaznim postupkom dehidrogenacije butana.
Baterija za dehidrogenaciju butana uključuje nekoliko zasebnih reaktora, njihov broj ovisi o ciklusu rada, kao i o volumenu sekcija. U osnovi, pet do osam reaktora je uključeno u bateriju.
Proces dehidrogenacije i regeneracije traje 5-9 minuta, faza puhanja parom traje 5 do 20 minuta.
Zbog činjenice da dehidrogenacijabutan se provodi u sloju koji se neprekidno kreće, proces je stabilan. To doprinosi poboljšanju operativnih performansi proizvodnje, povećava produktivnost reaktora.
Proces jednostupanjske dehidrogenacije n-butana provodi se pri niskom tlaku (do 0,72 MPa), na temperaturi višoj od one koja se koristi za proizvodnju koja se provodi na aluminij-krom katalizatoru.
Budući da tehnologija uključuje korištenje reaktora regenerativnog tipa, upotreba pare je isključena. Osim butadiena, u smjesi nastaju buteni, koji se ponovno uvode u reakcijsku smjesu.
Jedna faza se izračunava kroz omjer butana u kontaktnom plinu prema njihovom broju u reaktorskom punjenju.
Među prednostima ove metode dehidrogenacije butana ističemo pojednostavljenu tehnološku shemu proizvodnje, smanjenje potrošnje sirovina, kao i smanjenje troškova električne energije za proces.
Negativne parametre ove tehnologije predstavljaju kratki periodi kontakta komponenti koje reagiraju. Za rješavanje ovog problema potrebna je sofisticirana automatizacija. Čak i uz takve probleme, jednostupanjska dehidrogenacija butana je povoljniji proces od dvostupanjske proizvodnje.
Prilikom dehidrogeniranja butana u jednoj fazi, sirovina se zagrijava na temperaturu od 620 stupnjeva. Smjesa se šalje u reaktor, u izravnom je kontaktu s katalizatorom.
Za stvaranje razrjeđivanja u reaktorima,koriste se vakuumski kompresori. Kontaktni plin izlazi iz reaktora na hlađenje, a zatim se šalje na separaciju. Nakon završenog ciklusa dehidrogenacije, sirovina se prenosi u sljedeće reaktore, a iz onih u kojima je kemijski proces već prošao, ugljikovodične pare se odstranjuju puhanjem. Proizvodi se evakuiraju i reaktori se ponovno koriste za dehidrogenaciju butana.
Zaključak
Glavna reakcija dehidrogenacije normalnog butana je katalitička proizvodnja smjese vodika i butena. Osim glavnog procesa, može postojati mnogo sporednih procesa koji značajno kompliciraju tehnološki lanac. Proizvod dobiven kao rezultat dehidrogenacije smatra se vrijednom kemijskom sirovinom. Upravo je potražnja za proizvodnjom glavni razlog traženja novih tehnoloških lanaca za pretvorbu ugljikovodika graničnog niza u alkene.