Dehidrogenacija butana se izvodi u fluidiziranom ili pokretnom sloju hromiranog i aluminijumskog katalizatora. Proces se izvodi na temperaturi u rasponu od 550 do 575 stepeni. Među karakteristikama reakcije ističemo kontinuitet tehnološkog lanca.
Tehnološke karakteristike
Dehidrogenacija butana se uglavnom provodi u kontaktnim adijabatskim reaktorima. Reakcija se odvija u prisustvu vodene pare, koja značajno snižava parcijalni pritisak gasovitih supstanci u interakciji. Kompenzacija endotermnog toplotnog efekta u površinskim reakcionim aparatima vrši se dovođenjem toplote kroz površinu sa dimnim gasovima.
Pojednostavljena verzija
Dehidrogenacija butana na najjednostavniji način uključuje impregnaciju aluminijum oksida rastvorom hromnog anhidrida ili kalijum hromata.
Rezultirajući katalizator doprinosi brzom i visokokvalitetnom procesu. Ovaj akcelerator hemijskih procesa je pristupačan u cjenovnom rangu.
Proizvodna shema
Dehidrogenacija butana je reakcija u kojoj se ne očekuje značajna potrošnja katalizatora. Proizvodidehidrogenacije polaznog materijala odvode se u jedinicu ekstrakcijske destilacije, gdje se izoluje potrebna olefinska frakcija. Dehidrogenacija butana u butadien u cjevastom reaktoru s opcijom vanjskog grijanja omogućava dobar prinos proizvoda.
Specifičnost reakcije je u njenoj relativnoj sigurnosti, kao iu minimalnoj upotrebi složenih automatskih sistema i uređaja. Među prednostima ove tehnologije može se spomenuti jednostavnost dizajna, kao i niska potrošnja jeftinog katalizatora.
Funkcije procesa
Dehidrogenacija butana je reverzibilan proces i primećuje se povećanje zapremine smeše. Prema Le Chatelierovom principu, da bi se kemijska ravnoteža u ovom procesu pomjerila ka dobijanju produkta interakcije, potrebno je sniziti tlak u reakcijskoj smjesi.
Optimum je atmosferski pritisak na temperaturama do 575 stepeni, kada se koristi mešani hrom-aluminijumski katalizator. Kako se akcelerator kemijskog procesa taloži na površini tvari koje sadrže ugljik, a koje nastaju tijekom sporednih reakcija dubokog razaranja izvornog ugljovodonika, njegova aktivnost se smanjuje. Da bi se obnovila njegova prvobitna aktivnost, katalizator se regeneriše upuhujući ga zrakom koji je pomiješan s dimnim plinovima.
Uslovi protoka
Tokom dehidrogenacije butana, u cilindričnim reaktorima nastaje nezasićeni buten. U reaktoru su postavljene posebne mreže za distribuciju gasacikloni koji hvataju prašinu katalizatora koju nosi mlaz gasa.
Dehidrogenacija butana u butene je osnova za modernizaciju industrijskih procesa za proizvodnju nezasićenih ugljovodonika. Pored ove interakcije, slična tehnologija se koristi za dobijanje drugih opcija za parafine. Dehidrogenacija n-butana je postala osnova za proizvodnju izobutana, n-butilena, etilbenzena.
Postoje neke razlike između tehnoloških procesa, na primjer, kada se dehidrogeniraju svi ugljikovodici određenog broja parafina, koriste se slični katalizatori. Analogija između proizvodnje etilbenzena i olefina nije samo u upotrebi jednog akceleratora procesa, već iu upotrebi slične opreme.
Vrijeme upotrebe katalizatora
Šta karakteriše dehidrogenaciju butana? Formula katalizatora koji se koristi za ovaj proces je krom oksid (3). Precipitira se na amfoternoj glinici. Da bi se povećala stabilnost i selektivnost akceleratora procesa, on će se imitirati kalijevim oksidom. Uz pravilnu upotrebu, prosječno trajanje punopravnog rada katalizatora je godinu dana.
Kako se koristi, uočava se postepeno taloženje čvrstih jedinjenja na mešavini oksida. Moraju se blagovremeno spaliti posebnim hemijskim procesima.
Do trovanja katalizatora dolazi vodenom parom. Na ovoj mješavini katalizatora dolazi do dehidrogenacije butana. Jednačina reakcije se razmatra u školi na kursu organskoghemija.
U slučaju povećanja temperature, primećuje se ubrzanje hemijskog procesa. Ali istovremeno se smanjuje i selektivnost procesa, a sloj koksa se taloži na katalizator. Osim toga, u srednjoj školi se često nudi sljedeći zadatak: napisati jednačinu za reakciju dehidrogenacije butana, sagorijevanja etana. Ovi procesi ne uključuju nikakve posebne poteškoće.
Napišite jednačinu za reakciju dehidrogenacije i shvatit ćete da se ova reakcija odvija u dva međusobno suprotna smjera. Na jedan litar zapremine akceleratora reakcije dolazi otprilike 1000 litara butana u gasovitom obliku na sat, tako se odvija dehidrogenacija butana. Reakcija spajanja nezasićenog butena s vodikom je obrnut proces dehidrogenacije normalnog butana. Prinos butilena u direktnoj reakciji je u prosjeku 50 posto. Od 100 kilograma polaznog alkana nakon dehidrogenacije nastaje oko 90 kilograma butilena ako se proces odvija na atmosferskom pritisku i temperaturi od oko 60 stepeni.
Sirovine za proizvodnju
Pogledajmo pobliže dehidrogenaciju butana. Jednačina procesa se zasniva na upotrebi sirovine (mešavine gasova) koja nastaje tokom prerade nafte. U početnoj fazi, frakcija butana se temeljito pročišćava od pentena i izobutena, koji ometaju normalan tok reakcije dehidrogenacije.
Kako butan dehidrogenira? Jednačina za ovaj proces uključuje nekoliko koraka. Nakon prečišćavanja, dehidrogenacija prečišćenogbuteni u butadien 1, 3. Koncentrat sa četiri atoma ugljika, koji je dobijen u slučaju katalitičke dehidrogenacije n-butana, sadrži buten-1, n-butan i buten-2.
Prilično je problematično izvršiti idealno odvajanje smjese. Korištenjem ekstrakcijske i frakcijske destilacije sa rastvaračem, takvo odvajanje se može izvršiti, a efikasnost ovog odvajanja može se poboljšati.
Kada se vrši frakciona destilacija na aparatima sa velikim separacionim kapacitetom, postaje moguće potpuno odvojiti normalni butan od butena-1, kao i butena-2.
Sa ekonomske tačke gledišta, proces dehidrogenacije butana u nezasićene ugljovodonike smatra se jeftinom proizvodnjom. Ova tehnologija omogućava nabavku motornog benzina, kao i velikog broja hemijskih proizvoda.
Općenito, ovaj proces se provodi samo u onim područjima gdje je potreban nezasićeni alken, a butan ima nisku cijenu. Zbog smanjenja troškova i poboljšanja postupka dehidrogenacije butana, značajno je proširen obim upotrebe diolefina i monolefina.
Procedura dehidrogenacije butana odvija se u jednoj ili dvije faze, dolazi do vraćanja neizreagovane sirovine u reaktor. Po prvi put u Sovjetskom Savezu, dehidrogenacija butana je izvedena u sloju katalizatora.
Hemijska svojstva butana
Pored procesa polimerizacije, butan ima reakciju sagorevanja. Etan, propan, drugiU prirodnom gasu ima dovoljno predstavnika zasićenih ugljovodonika, pa je on sirovina za sve transformacije, uključujući i sagorevanje.
U butanu, atomi ugljenika su u sp3-hibridnom stanju, tako da su sve veze jednostruke, jednostavne. Ova struktura (tetraedarski oblik) određuje hemijska svojstva butana.
Nije sposoban da ulazi u reakcije adicije, karakterišu ga samo procesi izomerizacije, supstitucije, dehidrogenacije.
Supstitucija sa dvoatomskim halogenim molekulima se vrši po radikalnom mehanizmu, a za realizaciju ove hemijske interakcije neophodni su prilično teški uslovi (ultraljubičasto zračenje). Od svih svojstava butana, njegovo sagorijevanje, praćeno oslobađanjem dovoljne količine topline, od praktične je važnosti. Osim toga, proces dehidrogenacije zasićenih ugljovodonika je od posebnog interesa za proizvodnju.
specifičnosti dehidrogenacije
Procedura dehidrogenacije butana se izvodi u cjevastom reaktoru sa vanjskim grijanjem na fiksnom katalizatoru. U ovom slučaju se povećava prinos butilena, automatizacija proizvodnje je pojednostavljena.
Među glavnim prednostima ovog procesa je minimalna potrošnja katalizatora. Među nedostacima se ističu 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 je usmjeren na dehidrogenaciju, a drugi dio je baziran na regeneraciji. Osim toga, nedostatak ovog tehnološkog lanca smatra se i veliki broj zaposlenih u proizvodnji. Mora se imati na umu da je reakcija endotermna, pa se proces odvija na povišenoj temperaturi, u prisustvu inertne supstance.
Ali u takvoj situaciji postoji opasnost od nezgoda. To je moguće ako su brtve u opremi polomljene. Vazduh koji ulazi u reaktor, kada se pomeša sa ugljovodonicima, stvara eksplozivnu smešu. Kako bi se spriječila takva situacija, hemijska ravnoteža se pomjera udesno uvođenjem vodene pare u reakcionu smjesu.
Varijanta procesa u jednom koraku
Na primjer, u predmetu organske hemije nudi se sljedeći zadatak: napišite jednačinu za reakciju dehidrogenacije butana. Da bismo se nosili s takvim zadatkom, dovoljno je podsjetiti se osnovnih kemijskih svojstava ugljikovodika iz klase zasićenih ugljikovodika. Hajde da analiziramo karakteristike dobijanja butadiena jednostepenim procesom dehidrogenacije butana.
Baterija za dehidrogenaciju butana uključuje nekoliko zasebnih reaktora, njihov broj zavisi od ciklusa rada, kao i od zapremine sekcija. U osnovi, pet do osam reaktora je uključeno u bateriju.
Proces dehidrogenacije i regeneracije traje 5-9 minuta, faza duvanja parom traje 5 do 20 minuta.
Zbog činjenice da dehidrogenacijabutan se odvija u sloju koji se neprekidno kreće, proces je stabilan. Ovo doprinosi poboljšanju operativnih performansi proizvodnje, povećava produktivnost reaktora.
Proces jednostepene dehidrogenacije n-butana izvodi se pri niskom pritisku (do 0,72 MPa), na temperaturi višoj od one koja se koristi za proizvodnju na aluminijum-hrom katalizatoru.
Pošto tehnologija uključuje upotrebu reaktora regenerativnog tipa, upotreba pare je isključena. Osim butadiena, u smjesi nastaju buteni, koji se ponovo uvode u reakcijsku smjesu.
Jedna faza se izračunava kroz odnos butana u kontaktnom gasu i njihovog broja u reaktorskom punjenju.
Među prednostima ove metode dehidrogenacije butana ističemo pojednostavljenu tehnološku šemu proizvodnje, smanjenje potrošnje sirovina, kao i smanjenje troškova električne energije za proces.
Negativne parametre ove tehnologije predstavljaju kratki periodi kontakta reagujućih komponenti. Za ispravljanje ovog problema potrebna je sofisticirana automatizacija. Čak i sa takvim problemima, jednostepena dehidrogenacija butana je povoljniji proces od dvostepene proizvodnje.
Prilikom dehidrogeniranja butana u jednoj fazi, sirovina se zagreva na temperaturu od 620 stepeni. Smjesa se šalje u reaktor, u direktnom je kontaktu sa katalizatorom.
Za stvaranje razrjeđivanja u reaktorima,koriste se vakum kompresori. Kontaktni gas izlazi iz reaktora na hlađenje, a zatim se šalje u separaciju. Nakon što je ciklus dehidrogenacije završen, sirovina se prenosi u naredne reaktore, a iz onih u kojima je hemijski proces već prošao, isparenja ugljovodonika se odstranjuju duvanjem. Proizvodi se evakuiraju i reaktori se ponovo koriste za dehidrogenaciju butana.
Zaključak
Glavna reakcija dehidrogenacije normalnog butana je katalitička proizvodnja mješavine vodonika i butena. Osim glavnog procesa, može postojati mnogo sporednih procesa koji značajno komplikuju tehnološki lanac. Proizvod dobiven kao rezultat dehidrogenacije smatra se vrijednom hemijskom sirovinom. Upravo je potražnja za proizvodnjom glavni razlog traženja novih tehnoloških lanaca za konverziju ugljovodonika graničnog niza u alkene.