Dehydrogenácia butánu sa vykonáva vo fluidnom alebo pohyblivom lôžku chrómového a hliníkového katalyzátora. Proces sa uskutočňuje pri teplote v rozmedzí od 550 do 575 stupňov. Medzi črty reakcie patrí kontinuita technologického reťazca.
Technologické funkcie
Dehydrogenácia butánu sa vykonáva hlavne v kontaktných adiabatických reaktoroch. Reakcia sa uskutočňuje v prítomnosti vodnej pary, čo výrazne znižuje parciálny tlak interagujúcich plynných látok. Kompenzácia endotermického tepelného efektu v povrchových reakčných zariadeniach sa vykonáva privádzaním tepla cez povrch spalinami.
Zjednodušená verzia
Dehydrogenácia butánu najjednoduchším spôsobom zahŕňa impregnáciu oxidu hlinitého roztokom anhydridu chrómu alebo chrómanu draselného.
Výsledný katalyzátor prispieva k rýchlemu a vysokokvalitnému procesu. Tento urýchľovač chemických procesov je dostupný v cenovom rozpätí.
Produkčná schéma
Dehydrogenácia butánu je reakcia, pri ktorej sa neočakáva významná spotreba katalyzátora. Produktydehydrogenáciou východiskového materiálu sa odvádzajú do jednotky extrakčnej destilácie, kde sa izoluje požadovaná olefinická frakcia. Dehydrogenácia butánu na butadién v rúrkovom reaktore s možnosťou externého ohrevu umožňuje dobrý výťažok produktu.
Špecifickosť reakcie je v jej relatívnej bezpečnosti, ako aj v minimálnom použití zložitých automatických systémov a zariadení. Medzi výhody tejto technológie možno spomenúť jednoduchosť dizajnu, ako aj nízku spotrebu lacného katalyzátora.
Funkcie procesu
Dehydrogenácia butánu je reverzibilný proces a pozoruje sa nárast objemu zmesi. Podľa Le Chatelierovho princípu, aby sa chemická rovnováha v tomto procese posunula smerom k získaniu interakčných produktov, je potrebné znížiť tlak v reakčnej zmesi.
Optimum je atmosférický tlak pri teplotách do 575 stupňov pri použití zmiešaného chróm-hliníkového katalyzátora. Keďže sa urýchľovač chemického procesu ukladá na povrchu látok s obsahom uhlíka, ktoré vznikajú pri vedľajších reakciách hĺbkovej deštrukcie pôvodného uhľovodíka, jeho aktivita klesá. Na obnovenie pôvodnej aktivity sa katalyzátor regeneruje prefukovaním vzduchom, ktorý sa zmiešava so spalinami.
Podmienky toku
Počas dehydrogenácie butánu vzniká vo valcových reaktoroch nenasýtený butén. Reaktor má nainštalované špeciálne rozvodné siete plynucyklóny, ktoré zachytávajú prach katalyzátora unášaný prúdom plynu.
Dehydrogenácia butánu na butény je základom pre modernizáciu priemyselných procesov výroby nenasýtených uhľovodíkov. Okrem tejto interakcie sa podobná technológia používa na získanie ďalších možností pre parafíny. Dehydrogenácia n-butánu sa stala základom pre výrobu izobutánu, n-butylénu, etylbenzénu.
Medzi technologickými postupmi sú určité rozdiely, napríklad pri dehydrogenácii všetkých uhľovodíkov z množstva parafínov sa používajú podobné katalyzátory. Analógia medzi výrobou etylbenzénu a olefínov nie je len v použití jedného procesného urýchľovača, ale aj v použití podobného zariadenia.
Čas použitia katalyzátora
Čo charakterizuje dehydrogenáciu butánu? Vzorec katalyzátora použitého na tento proces je oxid chrómový (3). Vyzráža sa na amfotérnom oxide hlinitom. Na zvýšenie stability a selektivity urýchľovača procesu bude imitovaný oxidom draselným. Pri správnom používaní je priemerné trvanie plnohodnotnej prevádzky katalyzátora rok.
Ako sa používa, pozoruje sa postupné ukladanie tuhých zlúčenín na zmes oxidov. Musia byť spálené včas pomocou špeciálnych chemických procesov.
K otrave katalyzátorom dochádza vodnou parou. Práve na tejto zmesi katalyzátorov dochádza k dehydrogenácii butánu. Reakčná rovnica sa uvažuje v škole pri organickejchémia.
V prípade zvýšenia teploty sa pozoruje zrýchlenie chemického procesu. Zároveň sa však znižuje aj selektivita procesu a na katalyzátore sa ukladá vrstva koksu. Okrem toho sa na strednej škole často ponúka táto úloha: napíšte rovnicu pre reakciu dehydrogenácie butánu, spaľovanie etánu. Tieto procesy nezahŕňajú žiadne zvláštne ťažkosti.
Napíšte rovnicu pre dehydrogenačnú reakciu a pochopíte, že táto reakcia prebieha v dvoch vzájomne opačných smeroch. Na jeden liter objemu urýchľovača reakcie pripadá za hodinu približne 1000 litrov butánu v plynnej forme, dochádza tak k dehydrogenácii butánu. Reakcia zlučovania nenasýteného buténu s vodíkom je opačným procesom dehydrogenácie normálneho butánu. Výťažok butylénu v priamej reakcii je v priemere 50 percent. Asi 90 kilogramov butylénu sa vytvorí zo 100 kilogramov východiskového alkánu po dehydrogenácii, ak sa proces uskutočňuje pri atmosférickom tlaku a teplote okolo 60 stupňov.
Suroviny na výrobu
Pozrime sa bližšie na dehydrogenáciu butánu. Procesná rovnica je založená na použití suroviny (zmesi plynov) vytvorenej pri rafinácii ropy. V počiatočnom štádiu sa butánová frakcia dôkladne čistí od penténov a izobuténov, ktoré interferujú s normálnym priebehom dehydrogenačnej reakcie.
Ako sa bután dehydrogenuje? Rovnica pre tento proces zahŕňa niekoľko krokov. Po purifikácii dehydrogenácia prečistenéhobutény na butadién 1, 3. Koncentrát obsahujúci štyri atómy uhlíka, ktorý sa získal v prípade katalytickej dehydrogenácie n-butánu, obsahuje butén-1, n-bután a butény-2.
Vykonať ideálne oddelenie zmesi je dosť problematické. Použitím extrakčnej a frakčnej destilácie s rozpúšťadlom je možné takúto separáciu uskutočniť a zlepšiť účinnosť tejto separácie.
Pri vykonávaní frakčnej destilácie na zariadeniach s veľkou separačnou kapacitou je možné úplne oddeliť normálny bután od buténu-1, ako aj buténu-2.
Z ekonomického hľadiska je proces dehydrogenácie butánu na nenasýtené uhľovodíky považovaný za lacnú výrobu. Táto technológia umožňuje získať automobilový benzín, ako aj obrovské množstvo chemických produktov.
Vo všeobecnosti sa tento proces vykonáva len v tých oblastiach, kde je potrebný nenasýtený alkén a bután má nízku cenu. V dôsledku zníženia nákladov a zlepšenia postupu dehydrogenácie butánu sa rozsah použitia diolefínov a monoolefínov výrazne rozšíril.
Procedúra dehydrogenácie butánu sa uskutočňuje v jednom alebo dvoch stupňoch, pričom nezreagovaná surovina sa vracia do reaktora. Prvýkrát v Sovietskom zväze sa dehydrogenácia butánu uskutočnila v katalyzátorovom lôžku.
Chemické vlastnosti butánu
Okrem procesu polymerizácie má bután aj spaľovaciu reakciu. Etán, propán a inéV zemnom plyne je dostatok zástupcov nasýtených uhľovodíkov, takže je to surovina pre všetky premeny vrátane spaľovania.
V butáne sú atómy uhlíka v sp3-hybridnom stave, takže všetky väzby sú jednoduché, jednoduché. Táto štruktúra (tetraedrický tvar) určuje chemické vlastnosti butánu.
Nie je schopný vstupovať do adičných reakcií, vyznačuje sa len procesmi izomerizácie, substitúcie, dehydrogenácie.
Substitúcia dvojatómovými molekulami halogénu sa uskutočňuje radikálnym mechanizmom a na uskutočnenie tejto chemickej interakcie sú potrebné pomerne ťažké podmienky (ultrafialové ožarovanie). Zo všetkých vlastností butánu má praktický význam jeho spaľovanie sprevádzané uvoľňovaním dostatočného množstva tepla. Okrem toho je proces dehydrogenácie nasýtených uhľovodíkov obzvlášť zaujímavý pre výrobu.
Špecifiká dehydrogenácie
Procedúra dehydrogenácie butánu sa uskutočňuje v rúrkovom reaktore s vonkajším ohrevom na fixnom katalyzátore. V tomto prípade sa zvyšuje výťažnosť butylénu, automatizácia výroby je zjednodušená.
Medzi hlavné výhody tohto procesu patrí minimálna spotreba katalyzátora. Medzi nedostatky patrí značná spotreba legovaných ocelí, vysoké kapitálové investície. Okrem toho katalytická dehydratácia butánu zahŕňa použitie značného počtu jednotiek, pretože majú nízku produktivitu.
Výroba má nízku produktivitu, takžečasť reaktorov je zameraná na dehydrogenáciu a druhá časť je založená na regenerácii. Okrem toho sa za nevýhodu tohto technologického reťazca považuje aj veľký počet zamestnancov vo výrobe. Je potrebné mať na pamäti, že reakcia je endotermická, takže proces prebieha pri zvýšenej teplote, v prítomnosti inertnej látky.
V takejto situácii však existuje riziko nehôd. To je možné, ak sú tesnenia v zariadení porušené. Vzduch, ktorý vstupuje do reaktora, po zmiešaní s uhľovodíkmi vytvára výbušnú zmes. Aby sa predišlo takejto situácii, chemická rovnováha sa posunie doprava zavedením vodnej pary do reakčnej zmesi.
Jednokrokový variant procesu
Napríklad na kurze organickej chémie sa ponúka táto úloha: napíšte rovnicu pre reakciu dehydrogenácie butánu. Na zvládnutie takejto úlohy stačí pripomenúť si základné chemické vlastnosti uhľovodíkov triedy nasýtených uhľovodíkov. Poďme analyzovať vlastnosti získavania butadiénu jednostupňovým procesom dehydrogenácie butánu.
Butánová dehydrogenačná batéria obsahuje niekoľko samostatných reaktorov, ich počet závisí od prevádzkového cyklu, ako aj od objemu sekcií. V podstate je v batérii zahrnutých päť až osem reaktorov.
Proces dehydrogenácie a regenerácie trvá 5-9 minút, fáza fúkania pary trvá 5 až 20 minút.
Vzhľadom k tomu, že dehydrogenáciabután prebieha v kontinuálne sa pohybujúcej vrstve, proces je stabilný. To prispieva k zlepšeniu prevádzkového výkonu výroby, zvyšuje produktivitu reaktora.
Proces jednostupňovej dehydrogenácie n-butánu sa uskutočňuje pri nízkom tlaku (do 0,72 MPa), pri teplote vyššej ako pri výrobe na hliníkovo-chrómovom katalyzátore.
Keďže technológia zahŕňa použitie reaktora regeneratívneho typu, použitie pary je vylúčené. Okrem butadiénu sa v zmesi tvoria butény, ktoré sa znovu zavádzajú do reakčnej zmesi.
Jeden stupeň sa vypočíta ako pomer butánov v kontaktnom plyne k ich počtu v náplni reaktora.
Medzi výhody tohto spôsobu dehydrogenácie butánu patrí zjednodušená technologická schéma výroby, zníženie spotreby surovín, ako aj zníženie nákladov na elektrickú energiu procesu.
Negatívne parametre tejto technológie predstavujú krátke doby kontaktu reagujúcich komponentov. Na odstránenie tohto problému je potrebná sofistikovaná automatizácia. Aj pri takýchto problémoch je jednostupňová dehydrogenácia butánu priaznivejším procesom ako dvojstupňová výroba.
Pri dehydrogenácii butánu v jednej fáze sa surovina zahreje na teplotu 620 stupňov. Zmes sa posiela do reaktora, je v priamom kontakte s katalyzátorom.
Na vytvorenie riedenia v reaktoroch,používajú sa vákuové kompresory. Kontaktný plyn opúšťa reaktor na ochladenie, potom sa posiela do separácie. Po ukončení dehydrogenačného cyklu sa surovina presunie do ďalších reaktorov a z tých, kde už chemický proces prešiel, sa pary uhľovodíkov odstránia fúkaním. Produkty sa evakuujú a reaktory sa znovu použijú na dehydrogenáciu butánu.
Záver
Hlavnou dehydrogenačnou reakciou normálneho butánu je katalytická výroba zmesi vodíka a buténov. Okrem hlavného procesu môže existovať veľa vedľajších procesov, ktoré výrazne komplikujú technologický reťazec. Produkt získaný dehydrogenáciou sa považuje za cennú chemickú surovinu. Práve dopyt po výrobe je hlavným dôvodom hľadania nových technologických reťazcov na konverziu uhľovodíkov limitného radu na alkény.