A bután dehidrogénezését króm és alumínium katalizátorból álló fluidizált vagy mozgó ágyban hajtják végre. Az eljárást 550 és 575 fok közötti hőmérsékleten hajtják végre. A reakció jellemzői közül kiemeljük a technológiai lánc folytonosságát.
Technológiai szolgáltatások
A bután-dehidrogénezést főként kontakt adiabatikus reaktorokban végzik. A reakciót vízgőz jelenlétében hajtják végre, ami jelentősen csökkenti a kölcsönhatásba lépő gáznemű anyagok parciális nyomását. A felületi reakcióberendezésekben az endoterm termikus hatás kompenzálása úgy történik, hogy füstgázokkal hőt juttatnak a felületre.
Egyszerűsített verzió
A bután dehidrogénezése a legegyszerűbb módon az alumínium-oxid króm-anhidrid vagy kálium-kromát oldattal történő impregnálását jelenti.
A kapott katalizátor hozzájárul a gyors és jó minőségű folyamathoz. Ez a kémiai folyamatgyorsító egy árkategóriában megfizethető.
Gyártási séma
A bután-dehidrogénezés olyan reakció, amelyben nem várható jelentős katalizátorfogyasztás. TermékekA kiindulási anyag dehidrogénezését az extrakciós desztillációs egységbe visszük, ahol a szükséges olefines frakciót izoláljuk. A bután butadiénné dehidrogénezése csőreaktorban külső fűtési lehetőséggel jó termékhozamot tesz lehetővé.
A reakció sajátossága a viszonylagos biztonságban, valamint az összetett automata rendszerek és berendezések minimális használatában rejlik. A technológia előnyei között megemlíthető a tervezés egyszerűsége, valamint az olcsó katalizátor alacsony fogyasztása.
Folyamatfunkciók
A bután dehidrogénezése reverzibilis folyamat, és a keverék térfogatának növekedése figyelhető meg. A Le Chatelier-elv szerint ahhoz, hogy ebben a folyamatban a kémiai egyensúlyt a kölcsönhatási termékek előállítása felé toljuk el, csökkenteni kell a reakcióelegy nyomását.
Az optimum a légköri nyomás legfeljebb 575 fokos hőmérsékleten, vegyes króm-alumínium katalizátor használata esetén. Mivel a kémiai folyamat gyorsítója az eredeti szénhidrogén mélyreakciójának mellékreakciói során keletkező széntartalmú anyagok felületén rakódik le, aktivitása csökken. Eredeti aktivitásának helyreállítása érdekében a katalizátort levegővel fújva regenerálják, amely füstgázokkal keveredik.
Áramlási feltételek
A bután dehidrogénezése során hengeres reaktorokban telítetlen butén képződik. A reaktor speciális gázelosztó rácsokkal van felszerelveciklonok, amelyek felfogják a gázáram által elhordott katalizátorport.
A bután buténekké történő dehidrogénezése az alapja a telítetlen szénhidrogének előállítására szolgáló ipari eljárások modernizálásának. Ezen a kölcsönhatáson kívül hasonló technológiát alkalmaznak a paraffinok egyéb lehetőségeinek előállítására. Az n-bután dehidrogénezése az izobután, n-butilén, etilbenzol előállításának alapja lett.
Van néhány különbség a technológiai eljárások között, például számos paraffin összes szénhidrogénjének dehidrogénezésekor hasonló katalizátorokat használnak. Az etil-benzol és az olefinek előállítása közötti analógia nemcsak egy folyamatgyorsító használatában rejlik, hanem hasonló berendezések használatában is.
Katalizátor használati idő
Mi jellemzi a bután dehidrogénezését? Az eljáráshoz használt katalizátor képlete a króm-oxid (3). Amfoter alumínium-oxidon kicsapódik. A folyamatgyorsító stabilitásának és szelektivitásának növelése érdekében kálium-oxiddal utánozzák. Megfelelő használat mellett a katalizátor teljes értékű működésének átlagos időtartama egy év.
A használat során a szilárd vegyületek fokozatos lerakódását figyelték meg az oxidok keverékén. Speciális kémiai eljárásokkal kellő időben ki kell égetni őket.
A katalizátormérgezés vízgőzzel történik. Ezen a katalizátorkeveréken megy végbe a bután dehidrogénezése. A reakcióegyenletet az iskolában a szerves során figyelembe veszikkémia.
A hőmérséklet emelkedése esetén a kémiai folyamat felgyorsulása figyelhető meg. Ugyanakkor a folyamat szelektivitása is csökken, és a katalizátoron egy kokszréteg rakódik le. Emellett a középiskolában gyakran felkínálják a következő feladatot: írjon egyenletet a bután dehidrogénezésének, az etán égésének reakciójára. Ezek a folyamatok nem járnak különösebb nehézségekkel.
Írja fel a dehidrogénezési reakció egyenletét, és meg fogja érteni, hogy ez a reakció két, egymással ellentétes irányban megy végbe. A reakciógyorsító térfogatának egy literére körülbelül 1000 liter gáz halmazállapotú bután jut óránként, így megy végbe a bután dehidrogénezése. A telítetlen butén hidrogénnel való kombinálásának reakciója a normál bután dehidrogénezésének fordított folyamata. A butilén hozama a közvetlen reakcióban átlagosan 50 százalék. 100 kilogramm kiindulási alkánból körülbelül 90 kilogramm butilén keletkezik dehidrogénezés után, ha az eljárást atmoszférikus nyomáson és körülbelül 60 fokos hőmérsékleten hajtják végre.
Alapanyagok a gyártáshoz
Nézzük meg közelebbről a bután dehidrogénezését. A folyamategyenlet az olajfinomítás során keletkező nyersanyag (gázkeverék) felhasználásán alapul. A kezdeti szakaszban a butánfrakciót alaposan megtisztítják a penténektől és izobuténektől, amelyek megzavarják a dehidrogénezési reakció normál lefolyását.
Hogyan dehidrogenizálódik a bután? Ennek a folyamatnak az egyenlete több lépésből áll. Tisztítás után a tisztított terméket dehidrogénezzükbutének butadiénné 1, 3. Az n-bután katalitikus dehidrogénezése során kapott négy szénatomos koncentrátum 1-butént, n-butánt és 2-butént tartalmaz.
Elég problémás a keverék ideális szétválasztása. Oldószeres extrakciós és frakcionált desztillációval egy ilyen elválasztás elvégezhető, és az elválasztás hatékonysága javítható.
A nagy elválasztókapacitású készülékeken végzett frakcionált desztilláció során lehetővé válik a normál bután és a butén-1, valamint a butén-2 teljes elkülönítése.
Gazdasági szempontból a bután telítetlen szénhidrogénekké történő dehidrogénezése olcsó gyártásnak tekinthető. Ez a technológia lehetővé teszi motorbenzin, valamint vegyi termékek széles választékának előállítását.
Általában ezt az eljárást csak azokon a területeken hajtják végre, ahol telítetlen alkénre van szükség, és a bután költsége alacsony. A költségek csökkentése és a bután dehidrogénezési eljárásának javítása miatt a diolefinek és monolefinek felhasználási köre jelentősen bővült.
A bután-dehidrogénezési eljárást egy vagy két lépésben hajtják végre, a reagálatlan nyersanyag visszakerül a reaktorba. A Szovjetunióban először hajtottak végre bután-dehidrogénezést katalizátorágyban.
A bután kémiai tulajdonságai
A polimerizációs folyamaton kívül a butánnak van égési reakciója is. Etán, propán, másokA telített szénhidrogéneknek elegendő képviselője van a földgázban, így minden átalakulás alapanyaga, beleértve az égést is.
A butánban a szénatomok sp3-hibrid állapotban vannak, tehát minden kötés egyszeres, egyszerű. Ez a szerkezet (tetraéder alakú) határozza meg a bután kémiai tulajdonságait.
Addíciós reakciókba nem képes, csak az izomerizációs, szubsztitúciós, dehidrogénezési folyamatok jellemzik.
A kétatomos halogénmolekulákkal való helyettesítés radikális mechanizmus szerint történik, és ennek a kémiai kölcsönhatásnak a megvalósításához meglehetősen súlyos körülmények (ultraibolya besugárzás) szükségesek. A bután összes tulajdonsága közül gyakorlati jelentőséggel bír a megfelelő mennyiségű hő felszabadulásával járó elégetése. Ezenkívül a telített szénhidrogén dehidrogénezési folyamata különösen érdekes a termelés szempontjából.
Dehidrogénezés sajátosságai
A bután-dehidrogénezési eljárást egy csőreaktorban hajtják végre, külső fűtéssel, rögzített katalizátoron. Ebben az esetben a butilénhozam nő, a gyártásautomatizálás egyszerűsödik.
Ennek az eljárásnak a fő előnyei közé tartozik a minimális katalizátorfogyasztás. A hiányosságok között említhető az ötvözött acélok jelentős felhasználása, valamint a magas tőkebefektetések. Ezenkívül a bután katalitikus dehidratálása jelentős számú egység felhasználásával jár, mivel ezek alacsony termelékenységűek.
A termelés alacsony termelékenységű, ezértmivel a reaktorok egy része a dehidrogénezésre, a második rész pedig a regenerációra összpontosít. Ezen túlmenően a termelésben foglalkoztatottak nagy száma is hátránya ennek a technológiai láncnak. Nem szabad elfelejteni, hogy a reakció endoterm, ezért a folyamat magasabb hőmérsékleten, inert anyag jelenlétében megy végbe.
De ilyen helyzetben fennáll a balesetveszély. Ez akkor lehetséges, ha a berendezés tömítései megsérülnek. A reaktorba belépő levegő szénhidrogénekkel keveredve robbanásveszélyes elegyet képez. Az ilyen helyzetek megelőzése érdekében a kémiai egyensúlyt jobbra toljuk el úgy, hogy vízgőzt vezetünk a reakcióelegybe.
Egylépéses folyamatváltozat
Például a szerves kémia során a következő feladatot kínáljuk fel: írjunk egyenletet a bután dehidrogénezési reakciójára! Ahhoz, hogy megbirkózzunk egy ilyen feladattal, elegendő felidézni a telített szénhidrogének osztályába tartozó szénhidrogének alapvető kémiai tulajdonságait. Elemezzük a butadién egylépcsős butándehidrogénezési eljárással történő előállításának jellemzőit.
A bután dehidrogénező akkumulátor több különálló reaktort tartalmaz, ezek száma az üzemi ciklustól, valamint a szakaszok térfogatától függ. Alapvetően öt-nyolc reaktort tartalmaz az akkumulátor.
A dehidrogénezés és regeneráció folyamata 5-9 perc, a gőzfúvás szakasza 5-20 percig tart.
Annak a ténynek köszönhetően, hogy a dehidrogénezésA butánt folyamatosan mozgó rétegben hajtják végre, a folyamat stabil. Ez hozzájárul a termelés üzemi teljesítményének javításához, növeli a reaktor termelékenységét.
Az n-bután egylépcsős dehidrogénezési folyamatát alacsony nyomáson (legfeljebb 0,72 MPa-ig), az alumínium-króm katalizátoron végzett gyártásnál magasabb hőmérsékleten hajtják végre.
Mivel a technológia regeneratív típusú reaktor használatát foglalja magában, a gőz használata kizárt. A butadién mellett butének is képződnek a keverékben, amelyeket visszavezetnek a reakcióelegybe.
Az egyik fokozatot a kontaktgázban lévő butánok és a reaktortöltetben lévő butánok aránya alapján számítják ki.
A bután-dehidrogénezés ezen módszerének előnyei között megemlítjük az egyszerűsített gyártástechnológiai sémát, a nyersanyag-felhasználás csökkenését, valamint a folyamat elektromos energia költségének csökkenését.
Ennek a technológiának a negatív paramétereit a reagáló komponensek rövid érintkezési periódusai jelentik. A probléma megoldásához kifinomult automatizálásra van szükség. Az egylépcsős bután-dehidrogénezés még ilyen problémák esetén is kedvezőbb eljárás, mint a kétlépcsős előállítás.
A bután egy lépésben történő dehidrogénezésekor a nyersanyagot 620 fokos hőmérsékletre melegítik. A keveréket a reaktorba küldik, és közvetlenül érintkezik a katalizátorral.
A ritkaság létrehozásához a reaktorokban,vákuumkompresszorokat használnak. A kontaktgáz hűtésre hagyja el a reaktort, majd szétválasztásra kerül. A dehidrogénezési ciklus befejezése után a nyersanyag a következő reaktorokba kerül, és azokból, ahol a kémiai folyamat már lezajlott, fújással távolítják el a szénhidrogén gőzöket. A termékeket evakuálják, és a reaktorokat újra felhasználják bután dehidrogénezésére.
Következtetés
A normál bután fő dehidrogénezési reakciója a hidrogén és butének keverékének katalitikus előállítása. A főfolyamat mellett számos mellékfolyamat is előfordulhat, amelyek jelentősen megnehezítik a technológiai láncot. A dehidrogénezés eredményeként kapott termék értékes vegyi alapanyagnak számít. A termelési igény a fő oka annak, hogy új technológiai láncokat keressünk a korlátozó sorozatú szénhidrogének alkénekké történő átalakítására.