Butaani dehüdrogeenimine viiakse läbi kroomi ja alumiiniumi katalüsaatori keevkihis või liikuvas kihis. Protsess viiakse läbi temperatuuril vahemikus 550 kuni 575 kraadi. Reaktsiooni tunnuste hulgas märgime tehnoloogilise ahela järjepidevust.
Tehnoloogilised funktsioonid
Butaandehüdrogeenimine toimub peamiselt kontaktadiabaatilistes reaktorites. Reaktsioon viiakse läbi veeauru juuresolekul, mis vähendab oluliselt interakteeruvate gaasiliste ainete osarõhku. Pinnareaktsiooniseadmetes kompenseeritakse endotermiline termiline efekt, andes soojust läbi pinna suitsugaasidega.
Lihtsustatud versioon
Butaani dehüdrogeenimine kõige lihtsamal viisil hõlmab alumiiniumoksiidi immutamist kroomanhüdriidi või kaaliumkromaadi lahusega.
Saadud katalüsaator aitab kaasa kiirele ja kvaliteetsele protsessile. See keemilise protsessi kiirendaja on hinnavahemikus taskukohane.
Tootmisskeem
Butaani dehüdrogeenimine on reaktsioon, mille puhul ei eeldata märkimisväärset katalüsaatori kulu. TootedLähteaine dehüdrogeenimine viiakse ekstraheeriva destilleerimisseadmesse, kus eraldatakse vajalik olefiinne fraktsioon. Butaani dehüdrogeenimine butadieeniks välise kuumutusvõimalusega torureaktoris võimaldab saada head toote saagist.
Reaktsiooni eripära seisneb selle suhtelises ohutuses, samuti keeruliste automaatsüsteemide ja seadmete minimaalses kasutamises. Selle tehnoloogia eeliste hulgas võib nimetada disaini lihtsust ja odava katalüsaatori vähest tarbimist.
Protsessi funktsioonid
Butaani dehüdrogeenimine on pöörduv protsess ja täheldatakse segu mahu suurenemist. Le Chatelier' põhimõtte kohaselt on keemilise tasakaalu nihutamiseks selles protsessis interaktsiooniproduktide saamise suunas vaja alandada rõhku reaktsioonisegus.
Optiimne on atmosfäärirõhk temperatuuril kuni 575 kraadi, kui kasutatakse kroom-alumiinium segakatalüsaatorit. Kuna keemilise protsessi kiirendaja sadestub süsiniku sisaldavate ainete pinnale, mis tekivad algse süsivesiniku sügava hävimise kõrvalreaktsioonide käigus, väheneb selle aktiivsus. Algse aktiivsuse taastamiseks regenereeritakse katalüsaator, puhudes sellele õhku, mis on segatud suitsugaasidega.
Voolutingimused
Butaani dehüdrogeenimisel tekib silindrilistes reaktorites küllastumata buteen. Reaktorisse on paigaldatud spetsiaalsed gaasijaotusvõrgudtsüklonid, mis püüavad kinni gaasivooga kaasa kantud katalüsaatoritolmu.
Butaani dehüdrogeenimine buteenideks on küllastumata süsivesinike tootmise tööstuslike protsesside moderniseerimise alus. Lisaks sellele interaktsioonile kasutatakse sarnast tehnoloogiat ka parafiinide muude võimaluste saamiseks. N-butaani dehüdrogeenimine on saanud isobutaani, n-butüleeni, etüülbenseeni tootmise aluseks.
Tehnoloogiliste protsesside vahel on mõningaid erinevusi, näiteks mitmete parafiinide kõigi süsivesinike dehüdrogeenimisel kasutatakse sarnaseid katalüsaatoreid. Etüülbenseeni ja olefiinide tootmise analoogia ei seisne mitte ainult ühe protsessikiirendi kasutamises, vaid ka sarnaste seadmete kasutamises.
Katalüsaatori kasutusaeg
Mis iseloomustab butaani dehüdrogeenimist? Selles protsessis kasutatava katalüsaatori valem on kroomoksiid (3). See sadestatakse amfoteersele alumiiniumoksiidile. Protsessikiirendi stabiilsuse ja selektiivsuse suurendamiseks imiteeritakse seda kaaliumoksiidiga. Nõuetekohase kasutamise korral on katalüsaatori täisväärtusliku töö keskmine kestus aasta.
Selle kasutamisel täheldatakse tahkete ühendite järkjärgulist sadestumist oksiidide segule. Need tuleb spetsiaalsete keemiliste protsesside abil õigeaegselt ära põletada.
Katalüsaatorimürgitus tekib veeauruga. Just sellel katalüsaatorite segul toimub butaani dehüdrogeenimine. Reaktsioonivõrrandit käsitletakse koolis orgaanilise käiguskeemia.
Temperatuuri tõusu korral täheldatakse keemilise protsessi kiirenemist. Kuid samal ajal väheneb ka protsessi selektiivsus ja katalüsaatorile ladestub koksikiht. Lisaks pakutakse gümnaasiumis sageli järgmist ülesannet: kirjutada võrrand butaani dehüdrogeenimise, etaani põlemise reaktsiooni kohta. Nende protsessidega ei kaasne erilisi raskusi.
Kirjutage üles dehüdrogeenimisreaktsiooni võrrand ja saate aru, et see reaktsioon kulgeb kahes vastastikku vastupidises suunas. Ühe liitri reaktsioonikiirendi mahu kohta on gaasilisel kujul ligikaudu 1000 liitrit butaani tunnis, nii toimub butaani dehüdrogeenimine. Küllastumata buteeni kombineerimise reaktsioon vesinikuga on normaalse butaani dehüdrogeenimise pöördprotsess. Butüleeni saagis otsereaktsioonis on keskmiselt 50 protsenti. 100 kilogrammist lähtealkaanist moodustub pärast dehüdrogeenimist umbes 90 kilogrammi butüleeni, kui protsess viiakse läbi atmosfäärirõhul ja temperatuuril umbes 60 kraadi.
Tooraine tootmiseks
Vaatleme lähem alt butaani dehüdrogeenimist. Protsessi võrrand põhineb nafta rafineerimisel tekkinud lähteaine (gaaside segu) kasutamisel. Algstaadiumis puhastatakse butaanifraktsioon põhjalikult penteenidest ja isobuteenidest, mis häirivad dehüdrogeenimisreaktsiooni normaalset kulgu.
Kuidas butaan dehüdrogeneerub? Selle protsessi võrrand koosneb mitmest etapist. Pärast puhastamist puhastatud dehüdrogeeniminebuteenid butadieeniks 1, 3. Nelja süsinikuaatomiga kontsentraat, mis saadi n-butaani katalüütilise dehüdrogeenimise korral, sisaldab buteen-1, n-butaani ja buteen-2.
Segu ideaalse eraldamise läbiviimine on üsna problemaatiline. Kasutades lahustiga ekstraheerivat ja fraktsioneerivat destilleerimist, saab sellise eraldamise läbi viia ja selle eraldamise tõhusust parandada.
Kui teostada fraktsioneerivat destilleerimist suure eraldusvõimega seadmetel, on võimalik tavalist butaani täielikult eraldada buteen-1 ja ka buteen-2-st.
Majanduslikust seisukohast peetakse butaani dehüdrogeenimist küllastumata süsivesinikeks odavaks tootmiseks. See tehnoloogia võimaldab hankida mootoribensiini ja ka tohutult erinevaid keemiatooteid.
Üldiselt viiakse see protsess läbi ainult neis piirkondades, kus on vaja küllastumata alkeeni ja butaani hind on madal. Tänu kulude vähenemisele ja butaani dehüdrogeenimise protseduuri täiustamisele on diolefiinide ja monolefiinide kasutusala oluliselt laienenud.
Butaani dehüdrogeenimise protseduur viiakse läbi ühes või kahes etapis, reageerimata lähteaine tagastatakse reaktorisse. Esimest korda Nõukogude Liidus viidi butaani dehüdrogeenimine läbi katalüsaatorikihis.
Butaani keemilised omadused
Lisaks polümerisatsiooniprotsessile on butaanil ka põlemisreaktsioon. Etaan, propaan ja teisedMaagaasis on piisav alt küllastunud süsivesinike esindajaid, nii et see on kõigi muunduste, sealhulgas põletamise tooraine.
Butaanis on süsinikuaatomid sp3-hübriidseisundis, seega on kõik sidemed üksiksidemed. See struktuur (tetraeedriline kuju) määrab butaani keemilised omadused.
See ei ole võimeline osalema liitumisreaktsioonides, seda iseloomustavad ainult isomerisatsiooni-, asendus-, dehüdrogeenimisprotsessid.
Asendamine kaheaatomiliste halogeenmolekulidega toimub radikaalse mehhanismi järgi ja selle keemilise interaktsiooni rakendamiseks on vajalikud üsna rasked tingimused (ultraviolettkiirgus). Butaani kõigist omadustest on praktilise tähtsusega selle põlemine, millega kaasneb piisava koguse soojuse eraldumine. Lisaks pakub tootmise jaoks erilist huvi küllastunud süsivesinike dehüdrogeenimise protsess.
Dehüdrogeenimise eripärad
Butaani dehüdrogeenimise protseduur viiakse läbi torureaktoris, kus väline kuumutamine toimub fikseeritud katalüsaatoril. Sel juhul suureneb butüleeni saagis, lihtsustub tootmise automatiseerimine.
Selle protsessi peamiste eeliste hulgas on katalüsaatori minimaalne kulu. Puuduste hulgas märgitakse legeeritud terase märkimisväärset tarbimist ja suuri kapitaliinvesteeringuid. Lisaks hõlmab butaani katalüütiline dehüdratsioon märkimisväärse arvu ühikute kasutamist, kuna nende tootlikkus on madal.
Tootmise tootlikkus on madal, seegaosa reaktoritest on keskendunud dehüdrogeenimisele ja teine osa põhineb regenereerimisel. Lisaks peetakse selle tehnoloogilise ahela puuduseks ka suurt töötajate arvu tootmises. Tuleb meeles pidada, et reaktsioon on endotermiline, seega toimub protsess kõrgendatud temperatuuril inertse aine juuresolekul.
Kuid sellises olukorras on õnnetusoht. See on võimalik, kui seadmete tihendid on katki. Reaktorisse sisenev õhk moodustab süsivesinikega segamisel plahvatusohtliku segu. Sellise olukorra vältimiseks nihutatakse keemilist tasakaalu paremale, viies reaktsioonisegusse veeauru.
Üheastmeline protsessivariant
Näiteks orgaanilise keemia käigus pakutakse järgmist ülesannet: koostage võrrand butaani dehüdrogeenimise reaktsiooni kohta. Sellise ülesandega toimetulemiseks piisab küllastunud süsivesinike klassi süsivesinike põhiliste keemiliste omaduste meenutamisest. Analüüsime üheetapilise butaani dehüdrogeenimise protsessiga butadieeni saamise omadusi.
Butaandehüdrogeenimispatarei sisaldab mitut eraldiseisvat reaktorit, nende arv sõltub töötsüklist, aga ka sektsioonide mahust. Põhimõtteliselt on aku sees viis kuni kaheksa reaktorit.
Dehüdrogeenimise ja regenereerimise protsess kestab 5–9 minutit, aurupuhumise etapp kestab 5–20 minutit.
Tulenev alt asjaolust, et dehüdrogeeniminebutaan viiakse läbi pidev alt liikuvas kihis, protsess on stabiilne. See aitab kaasa tootmise töövõime paranemisele, suurendab reaktori tootlikkust.
N-butaani üheetapilise dehüdrogeenimise protsess viiakse läbi madalal rõhul (kuni 0,72 MPa) temperatuuril, mis on kõrgem kui alumiinium-kroomkatalüsaatoriga tootmisel kasutatav temperatuur.
Kuna tehnoloogia hõlmab regeneratiivset tüüpi reaktori kasutamist, on auru kasutamine välistatud. Lisaks butadieenile tekivad segus buteenid, mis viiakse uuesti reaktsioonisegusse.
Üks etapp arvutatakse kontaktgaasis sisalduvate butaanide ja nende arvu reaktorilaengus suhte kaudu.
Selle butaani dehüdrogeenimise meetodi eeliste hulgas märgime tootmisprotsessi lihtsustatud tehnoloogilist skeemi, toorainetarbimise vähenemist ja ka elektrienergia maksumuse vähenemist protsessi jaoks.
Selle tehnoloogia negatiivseid parameetreid esindavad reageerivate komponentide lühikesed kokkupuuteperioodid. Selle probleemi lahendamiseks on vaja keerukat automatiseerimist. Isegi selliste probleemide korral on üheetapiline butaani dehüdrogeenimine soodsam protsess kui kaheetapiline tootmine.
Butaani dehüdrogeenimisel ühes etapis kuumutatakse lähteaine temperatuurini 620 kraadi. Segu suunatakse reaktorisse, see on otseses kontaktis katalüsaatoriga.
Reaktorites haruldaste tekitamiseks,kasutatakse vaakumkompressoreid. Kontaktgaas lahkub reaktorist jahutamiseks, seejärel suunatakse see eraldamisele. Pärast dehüdrogeenimistsükli lõppemist kantakse tooraine järgmistesse reaktoritesse ning neist, kus keemiline protsess on juba möödunud, eemaldatakse süsivesinike aurud puhumisega. Tooted evakueeritakse ja reaktoreid kasutatakse butaani dehüdrogeenimiseks uuesti.
Järeldus
Tavalise butaani peamine dehüdrogeenimisreaktsioon on vesiniku ja buteenide segu katalüütiline tootmine. Lisaks põhiprotsessile võib esineda palju kõrvalprotsesse, mis muudavad tehnoloogilist ahelat oluliselt keerulisemaks. Dehüdrogeenimise tulemusena saadud toodet peetakse väärtuslikuks keemiliseks tooraineks. Just tootmisnõudlus on peamine põhjus, miks otsitakse uusi tehnoloogilisi ahelaid piirava seeria süsivesinike muundamiseks alkeenideks.