Dehydrogenering van butaan wordt uitgevoerd in een gefluïdiseerd of bewegend bed van chroom en aluminiumkatalysator. Het proces wordt uitgevoerd bij een temperatuur in het bereik van 550 tot 575 graden. Onder de kenmerken van de reactie merken we de continuïteit van de technologische keten op.
Technologische kenmerken
Butaandehydrogenering wordt voornamelijk uitgevoerd in adiabatische contactreactoren. De reactie wordt uitgevoerd in de aanwezigheid van waterdamp, wat de partiële druk van de op elkaar inwerkende gasvormige stoffen aanzienlijk verlaagt. Compensatie in oppervlaktereactie-apparaten voor het endotherme thermische effect wordt uitgevoerd door warmte door het oppervlak te voeren met rookgassen.
Vereenvoudigde versie
Dehydrogenering van butaan op de eenvoudigste manier omvat het impregneren van aluminiumoxide met een oplossing van chroomanhydride of kaliumchromaat.
De resulterende katalysator draagt bij aan een snel en kwalitatief hoogstaand proces. Deze chemische procesversneller is betaalbaar in een prijsklasse.
Productieschema
Butaandehydrogenering is een reactie waarbij geen significant katalysatorverbruik wordt verwacht. Productendehydrogenering van het uitgangsmateriaal wordt naar de extractieve destillatie-eenheid gebracht, waar de benodigde olefinische fractie wordt geïsoleerd. Dehydrogenering van butaan tot butadieen in een buisreactor met een externe verwarmingsoptie zorgt voor een goede productopbrengst.
De specificiteit van de reactie zit in de relatieve veiligheid, evenals in het minimale gebruik van complexe automatische systemen en apparaten. Onder de voordelen van deze technologie kan men de eenvoud van ontwerpen noemen, evenals het lage verbruik van een goedkope katalysator.
Procesfuncties
Dehydrogenering van butaan is een omkeerbaar proces en er wordt een toename van het volume van het mengsel waargenomen. Volgens het Le Chatelier-principe is het nodig om de druk in het reactiemengsel te verlagen om het chemische evenwicht in dit proces te verschuiven naar het verkrijgen van interactieproducten.
Optimum is atmosferische druk bij temperaturen tot 575 graden, bij gebruik van een gemengde chroom-aluminiumkatalysator. Naarmate de versneller van het chemische proces wordt afgezet op het oppervlak van koolstofhoudende stoffen, die worden gevormd tijdens nevenreacties van de diepe vernietiging van de oorspronkelijke koolwaterstof, neemt de activiteit ervan af. Om zijn oorspronkelijke activiteit te herstellen, wordt de katalysator geregenereerd door deze te blazen met lucht, die wordt gemengd met rookgassen.
Stroomcondities
Tijdens de dehydrogenering van butaan wordt onverzadigd buteen gevormd in cilindrische reactoren. De reactor heeft speciale gasdistributienetten, geïnstalleerdcyclonen die katalysatorstof opvangen dat door de gasstroom wordt meegevoerd.
Dehydrogenering van butaan tot butenen is de basis voor de modernisering van industriële processen voor de productie van onverzadigde koolwaterstoffen. Naast deze interactie wordt een vergelijkbare technologie gebruikt om andere opties voor paraffine te verkrijgen. Dehydrogenering van n-butaan is de basis geworden voor de productie van isobutaan, n-butyleen, ethylbenzeen.
Er zijn enkele verschillen tussen technologische processen, bijvoorbeeld bij het dehydrogeneren van alle koolwaterstoffen van een aantal paraffinen worden vergelijkbare katalysatoren gebruikt. De analogie tussen de productie van ethylbenzeen en olefinen ligt niet alleen in het gebruik van één procesversneller, maar ook in het gebruik van vergelijkbare apparatuur.
Gebruikstijd katalysator
Wat kenmerkt de dehydrogenering van butaan? De formule van de voor dit proces gebruikte katalysator is chroomoxide (3). Het wordt neergeslagen op amfoteer aluminiumoxide. Om de stabiliteit en selectiviteit van de procesversneller te vergroten, wordt deze nagebootst met kaliumoxide. Bij juist gebruik is de gemiddelde duur van een volwaardige werking van de katalysator een jaar.
Zoals het wordt gebruikt, wordt een geleidelijke afzetting van vaste verbindingen op het mengsel van oxiden waargenomen. Ze moeten tijdig worden uitgebrand met behulp van speciale chemische processen.
Katalysatorvergiftiging treedt op met waterdamp. Het is op dit mengsel van katalysatoren dat de dehydrogenering van butaan plaatsvindt. De reactievergelijking wordt op school beschouwd in de loop van organischscheikunde.
In het geval van een temperatuurstijging wordt een versnelling van het chemische proces waargenomen. Maar tegelijkertijd neemt ook de selectiviteit van het proces af en wordt een laag cokes op de katalysator afgezet. Bovendien wordt op de middelbare school vaak de volgende taak aangeboden: een vergelijking schrijven voor de reactie van dehydrogenering van butaan, verbranding van ethaan. Deze processen brengen geen bijzondere moeilijkheden met zich mee.
Schrijf de vergelijking voor de dehydrogeneringsreactie op en je zult begrijpen dat deze reactie in twee tegengestelde richtingen verloopt. Voor één liter van het volume van de reactieversneller is er ongeveer 1000 liter butaan in gasvorm per uur, zo vindt de dehydrogenering van butaan plaats. De reactie van het combineren van onverzadigd buteen met waterstof is het omgekeerde proces van de dehydrogenering van normaal butaan. De opbrengst aan butyleen in de directe reactie is gemiddeld 50 procent. Uit 100 kilogram van het uitgangsalkaan wordt na dehydrogenering ongeveer 90 kilogram butyleen gevormd als het proces wordt uitgevoerd bij atmosferische druk en een temperatuur van ongeveer 60 graden.
Grondstoffen voor productie
Laten we de dehydrogenering van butaan eens nader bekijken. De procesvergelijking is gebaseerd op het gebruik van grondstof (mengsel van gassen) gevormd tijdens olieraffinage. In het beginstadium wordt de butaanfractie grondig gezuiverd van pentenen en isobuteen, die het normale verloop van de dehydrogeneringsreactie verstoren.
Hoe dehydrogeneert butaan? De vergelijking voor dit proces omvat verschillende stappen. Na zuivering, dehydrogenering van het gezuiverdebutenen tot butadieen 1, 3. Het concentraat met vier koolstofatomen, verkregen bij katalytische dehydrogenering van n-butaan, bevat buteen-1, n-butaan en butenen-2.
Het is nogal problematisch om de ideale scheiding van het mengsel uit te voeren. Door extractieve en gefractioneerde destillatie met een oplosmiddel toe te passen, kan een dergelijke scheiding worden uitgevoerd en kan de efficiëntie van deze scheiding worden verbeterd.
Bij het uitvoeren van gefractioneerde destillatie op apparaten met een grote scheidingscapaciteit, wordt het mogelijk om normaal butaan volledig te scheiden van buteen-1, evenals buteen-2.
Vanuit economisch oogpunt wordt het proces van dehydrogenering van butaan tot onverzadigde koolwaterstoffen als een goedkope productie beschouwd. Deze technologie maakt het mogelijk om motorbenzine te verkrijgen, evenals een grote verscheidenheid aan chemische producten.
Over het algemeen wordt dit proces alleen uitgevoerd in die gebieden waar een onverzadigd alkeen nodig is en butaan lage kosten heeft. Door de verlaging van de kosten en de verbetering van de procedure voor dehydrogenering van butaan, is het toepassingsgebied van dialkenen en monoolefinen aanzienlijk uitgebreid.
De procedure van dehydrogenering van butaan wordt uitgevoerd in één of twee fasen, er is een terugkeer van niet-gereageerd uitgangsmateriaal naar de reactor. Voor het eerst in de Sovjet-Unie werd butaandehydrogenering uitgevoerd in een katalysatorbed.
Chemische eigenschappen van butaan
Naast het polymerisatieproces heeft butaan een verbrandingsreactie. Ethaan, propaan, anderenEr zijn genoeg vertegenwoordigers van verzadigde koolwaterstoffen in aardgas, dus het is de grondstof voor alle transformaties, inclusief verbranding.
In butaan bevinden koolstofatomen zich in de sp3-hybride toestand, dus alle bindingen zijn enkelvoudig, eenvoudig. Deze structuur (tetraëdrische vorm) bepa alt de chemische eigenschappen van butaan.
Het is niet in staat om additiereacties aan te gaan, het wordt alleen gekenmerkt door de processen van isomerisatie, substitutie, dehydrogenering.
Vervanging met diatomische halogeenmoleculen wordt uitgevoerd volgens een radicaal mechanisme, en nogal zware omstandigheden (ultraviolette bestraling) zijn nodig voor de implementatie van deze chemische interactie. Van alle eigenschappen van butaan is de verbranding ervan, samen met het vrijkomen van voldoende warmte, van praktisch belang. Bovendien is het proces van dehydrogenering van verzadigde koolwaterstoffen van bijzonder belang voor de productie.
Dehydrogeneringsspecificaties
Dehydrogeneringsprocedure van butaan wordt uitgevoerd in een buisreactor met externe verwarming op een vaste katalysator. In dit geval neemt de butyleenopbrengst toe en wordt de productieautomatisering vereenvoudigd.
Een van de belangrijkste voordelen van dit proces is het minimale katalysatorverbruik. Onder de tekortkomingen worden een aanzienlijk verbruik van gelegeerd staal en hoge kapitaalinvesteringen opgemerkt. Bovendien omvat de katalytische dehydratatie van butaan het gebruik van een aanzienlijk aantal eenheden, aangezien deze een lage productiviteit hebben.
Productie heeft een lage productiviteit, dusals een deel van de reactoren is gericht op dehydrogenering, en het tweede deel is gebaseerd op regeneratie. Daarnaast wordt ook het grote aantal medewerkers in de productie als nadeel van deze technologische keten gezien. Er moet aan worden herinnerd dat de reactie endotherm is, dus het proces verloopt bij verhoogde temperatuur, in aanwezigheid van een inerte stof.
Maar in zo'n situatie bestaat er een risico op ongelukken. Dit is mogelijk als de zegels in de apparatuur zijn verbroken. De lucht die de reactor binnenkomt, wanneer gemengd met koolwaterstoffen, vormt een explosief mengsel. Om een dergelijke situatie te voorkomen, wordt het chemische evenwicht naar rechts verschoven door waterdamp in het reactiemengsel te brengen.
Procesvariant in één stap
Bijvoorbeeld, in de loop van de organische chemie wordt de volgende taak aangeboden: schrijf een vergelijking voor de reactie van butaandehydrogenering. Om een dergelijke taak aan te kunnen, volstaat het om de chemische basiseigenschappen van koolwaterstoffen van de klasse van verzadigde koolwaterstoffen te herinneren. Laten we de kenmerken analyseren van het verkrijgen van butadieen door een eentraps proces van butaandehydrogenering.
De butaandehydrogeneringsbatterij omvat verschillende afzonderlijke reactoren, hun aantal hangt af van de bedrijfscyclus en van het volume van de secties. In principe zijn er vijf tot acht reactoren in de batterij inbegrepen.
Het proces van dehydrogenering en regeneratie duurt 5-9 minuten, de stoomblaasfase duurt 5 tot 20 minuten.
Vanwege het feit dat dehydrogeneringbutaan wordt uitgevoerd in een continu bewegende laag, het proces is stabiel. Dit draagt bij aan de verbetering van de operationele prestaties van de productie, verhoogt de productiviteit van de reactor.
Het proces van dehydrogenering in één fase van n-butaan wordt uitgevoerd bij lage druk (tot 0,72 MPa), bij een temperatuur die hoger is dan de temperatuur die wordt gebruikt voor de productie op een aluminium-chroomkatalysator.
Aangezien de technologie het gebruik van een reactor van het regeneratieve type omvat, is het gebruik van stoom uitgesloten. Naast butadieen worden in het mengsel butenen gevormd, die opnieuw in het reactiemengsel worden geïntroduceerd.
Een trap wordt berekend door de verhouding van butanen in het contactgas tot hun aantal in de reactorlading.
Onder de voordelen van deze methode van butaandehydrogenering merken we een vereenvoudigd technologisch productieschema, een afname van het verbruik van grondstoffen en een verlaging van de kosten van elektrische energie voor het proces.
De negatieve parameters van deze technologie worden weergegeven door korte contactperiodes van de reagerende componenten. Geavanceerde automatisering is vereist om dit probleem te verhelpen. Zelfs met dergelijke problemen is dehydrogenering van butaan in één fase een gunstiger proces dan productie in twee fasen.
Bij dehydrogenering van butaan in één fase wordt de grondstof verwarmd tot een temperatuur van 620 graden. Het mengsel wordt naar de reactor gestuurd, het staat in direct contact met de katalysator.
Om verdunning in reactoren te creëren,vacuümcompressoren worden gebruikt. Het contactgas verlaat de reactor om af te koelen en wordt vervolgens naar de scheiding gestuurd. Nadat de dehydrogeneringscyclus is voltooid, wordt de grondstof overgebracht naar de volgende reactoren en van die waar het chemische proces al is gepasseerd, worden koolwaterstofdampen verwijderd door te blazen. De producten worden geëvacueerd en de reactoren worden hergebruikt voor dehydrogenering van butaan.
Conclusie
De belangrijkste dehydrogeneringsreactie van normaal butaan is de katalytische productie van een mengsel van waterstof en butenen. Naast het hoofdproces kunnen er veel nevenprocessen zijn die de technologische keten aanzienlijk compliceren. Het door dehydrogenering verkregen product wordt beschouwd als een waardevolle chemische grondstof. Het is de vraag naar productie die de belangrijkste reden is om te zoeken naar nieuwe technologische ketens voor de omzetting van koolwaterstoffen van de beperkende reeks in alkenen.
