Дегідування бутану в бутени

Дегідування бутану здійснюється в киплячому або рухомому шарі хромового і алюмінієвого каталізатора. Процес проводиться при температурі в діапазоні від 550 до 575 градусів. Серед особливостей протікання реакції відзначимо безперервність технологічного ланцюжка.

Особливості технології

Дегідування бутану в основному проводиться в контактних адіабатичних реакторах. Реакція здійснюється в присутності водяного пара, який істотно знижує парціальний тиск взаємодіючих газоподібних речовин. Компенсація у поверхневих реакційних апаратах ендотермічного теплового ефекту здійснюється шляхом підведення через поверхню тепла димовими газами.

Спрощений варіант

Дегідування бутану найпростішим способом передбачає просочення оксиду алюмінію розчином хромового ангідриду або хромовокислим калієм.

Отриманий каталізатор сприяє швидкому і якісному протіканню процесу. Цей прискорювач хімічного процесу є доступним за ціновим діапазоном.

Схема виробництва

Дегідування бутану — це реакція, в якій не передбачається істотної витрати каталізатора. Продукти дегідування вихідної речовини потрапляють на блок екстрактивної ректифікації, де здійснюється виділення необхідної олефінової фракції. Дегідування бутану до бутадієна в трубчатому реакторі, що має зовнішній варіант обігріву, дозволяє забезпечувати непоганий вихід продукту.

Специфіка реакції в її відносній безпеці, а також в мінімальному застосуванні складних автоматичних систем і приладів. Серед переваг цієї технології можна згадати простоту конструкцій, а також незначну витрату недорогого каталізатора.

Особливості процесу

Дегідування бутану є зворотним процесом, причому спостерігається збільшення обсягу суміші. За принципом Ле-Шательє, для зміщення хімічної рівноваги в даному процесі в бік отримання продуктів взаємодії, необхідно знизити тиск в реакційній суміші.

Оптимальним вважається атмосферний тиск при температурі до 575 градусів, при використанні змішаного хромоалюмінієвого каталізатора. У міру відкладення прискорювача хімічного процесу на поверхні вуглецевмісних речовин, які утворюються при протіканні побічних реакцій глибокої деструкції вихідного вуглеводню, його активність знижується. Щоб повернути йому початкову активність, каталізатор регенерують шляхом продування його повітрям, який змішаний з топковими газами.

Умови протікання

При дегідуванні бутану утворюється в циліндричних реакторах непредельний бутен. У реакторі є спеціальні газорозподільні решітки, встановлені циклони, які дозволяють вловлювати каталізаторний пил, уносимий потоком газу.

Дегідування бутану в бутени є основою для модернізації промислових процесів отримання непредельних вуглеводнів. Крім цієї взаємодії, подібна технологія застосовується для отримання інших варіантів парафінів. Дегідування н-бутану стало основою виробництва винайдена, н-бутилену, етилбензолу.

Між технологічними процесами є деякі відмінності, наприклад, при дегідуванні всіх вуглеводнів ряду парафінів використовують аналогічні каталізатори. Аналогія між виробництвом етилбензолу і олефінів не тільки в застосуванні одного прискорювача процесу, але і у використанні аналогічного обладнання.

Тривалість використання каталізатора

Чим характеризується дегідрування бутану? Формула каталізатора, який використовується для цього процесу — це оксид хрому (3). Його осаджують на амфотерній окисі алюмінію. Для підвищення стабільності та вибірковості прискорювача процесу, його проімітують оксидом калію. При правильному використанні середня тривалість повноцінної роботи каталізатора становить рік.

У міру його експлуатації спостерігається поступове відкладення на суміші оксидів твердих сполук. Їх необхідно своєчасно випалювати, використовуючи спеціальні хімічні процеси.

Отруєння каталізатора відбувається водяним пором. Саме на цій суміші каталізаторів відбувається дегідування бутану. Рівняння реакції розглядається в школі в курсі органічної хімії.

У разі підвищення температури спостерігається прискорення хімічного процесу. Але при цьому знижується і вибірковість процесу, спостерігається осідання на каталізаторі шару коксу. Крім того, у старшій школі часто пропонується таке завдання: напишіть рівняння реакції дегідрування бутану, горіння етану. Особливих складнощів дані процеси не передбачають.

Напишіть рівняння реакції дегідрування, і ви зрозумієте, що дана реакція протікає в двох взаємооборотних напрямках. На один літр обсягу прискорювача реакції припадає приблизно 1000 літрів бутану в газоподібному вигляді за годину, так відбувається дегідрування бутану. Реакція з’єднання непредельного бутену з воднем є зворотним процесом дегідування нормального бутану. Вихід бутилену в прямій реакції становить в середньому 50 відсотків. З 100 кілограмів вихідного алкана після дегідрування утворюється близько 90 кілограмів бутилену в тому випадку, якщо процес здійснюється при атмосферному тиску і температурі близько 60 градусів.

Сировина для виробництва

Розгляньмо докладніше дегідування бутану. Рівняння процесу ґрунтується на застосуванні вихідної сировини (суміші газів), що утворюються при нафтопереробці. На початковому етапі відбувається ретельне очищення бутанової фракції від пентенів і достатників, які заважають нормальному протіканню реакції дегідування.

Як відбувається дегідування бутану? Рівняння цього процесу передбачає декілька сходинок. Після очищення відбувається дегідування очищених бутенів до бутадієна 1, 3. У концентраті, що містить чотири вуглецеві атоми, який отримано в разі каталітичного дегідування н-бутану, присутній бутен-1, н-бутан, а також бутени-2.

Провести ідеальний поділ суміші досить проблематично. При використанні екстракційної та фракційної перегонки з розчинником можна здійснити подібний поділ, підвищити ефективність даного поділу.

При проведенні фракційної перегонки на апаратах, що мають велику розділову здатність, з’являється можливість повноцінного відділення від бутена-1 нормального бутану, а також бутена-2.

З економічної точки зору процес дегідування бутану до непредельних вуглеводнів вважається недорогим виробництвом. Подібна технологія дозволяє отримувати моторний бензин, а також величезну кількість різноманітних хімічних продуктів.

В основному даний процес здійснюється тільки в тих районах, де необхідний непередельний алкен, і бутан має низьку вартість. Завдяки здешевленню та вдосконаленню процедури дегідрування бутану, істотно розширилися сфери використання діолефінів і монолефінів.

Процедура дегідрування бутану здійснюється в одну або дві стадії, спостерігається повернення непрореагувала сировини в реактор. Вперше в Радянському Союзі було проведено дегідування бутану в шарі каталізатора.

Хімічні властивості бутану

Крім процесу полімерізації, є у бутана реакція горіння. Етана, пропану, інших представників насичених вуглеводнів достатньо міститься в природному газі, тому саме він є сировиною для всіх перетворень, включаючи і горіння.

У бутані вуглецеві атоми знаходяться в sp3-гібридному стані, тому всі зв’язки одинарні, прості. Подібна будова (тетраедрична форма) обумовлює хімічні властивості бутану.

Він не здатний вступати в реакції приєднання, для нього характерні тільки процеси ізомеризації, заміщення, дегідрування.

Заміщення з двохатомними молекулами галогенів здійснюється за радикальним механізмом, причому для здійснення даної хімічної взаємодії необхідні досить жорсткі умови (ультрафіолетове опромінення). Практичне значення з усіх властивостей бутану має його горіння, що супроводжується виділенням достатньої кількості теплоти. Крім того, особливий інтерес для виробництва становить і процес дегідрування граничного вуглеводню.

Специфіка дегідування

Процедура дегідрування бутану виконується в трубчатому реакторі, що має на нерухомому каталізаторі зовнішній обігрів. У такому випадку підвищується вихід бутилену, спрощується автоматика виробництва.

Серед основних переваг такого процесу можна виділити мінімальну витрату каталізатора. Серед недоліків відзначають істотну витрату легованих сталей, високі капіталовкладення. Крім того, каталітична дегідратація бутану передбачає використання істотної кількості агрегатів, оскільки вони мають невисоку продуктивність.

Виробництво має низьку продуктивність, оскільки частина реакторів орієнтована на дегідрування, а друга їх частина базується на регенерації. Крім того, мінусом даного технологічного ланцюжка вважають і численність співробітників на виробництві. Потрібно пам’ятати про те, що реакція є ендотермічною, тому процес протікає при підвищеній температурі, в присутності інертної речовини.

Але в такій ситуації з’являється ризик виникнення аварій. Це можливо в тому випадку, якщо порушуються ущільнення в обладнанні. Повітря, яке проникає в реактор, при змішуванні з вуглеводнями утворює вибухонебезпечну суміш. Для того щоб не допустити подібної ситуації, хімічну рівновагу зміщують вправо шляхом внесення в реакційну суміш водяної пари.

Варіант одностадійного процесу

Наприклад, у курсі органічної хімії пропонується таке завдання: складіть рівняння реакції дегідування бутану. Для того щоб впоратися з подібним завданням, достатньо згадати основні хімічні властивості вуглеводнів класу граничних вуглеводнів. Проаналізуємо особливості отримання бутадієна шляхом одностадійного процесу дегідування бутану.

Батарея дегідування бутану включає в себе кілька окремих реакторів, їх чисельність залежить від циклу роботи, а також від обсягу секцій. В основному в батарею включено від п’яти до восьми реакторів.

Процес дегідування і зворотної регенерації становить 5-9 хвилин, на стадію продування пором йде від 5 до 20 хвилин.

Завдяки тому що дегідування бутану здійснюється в безперервно рухомому шарі, процес є стійким. Це сприяє поліпшенню експлуатаційних показників виробництва, підвищує продуктивність реактора.

Проводиться процес одностадійного дегідування н-бутану при низькому тиску (до 0,72 Мпа), при температурі вище тієї, що використовується для виробництва, що проводиться на алюмохромовому каталізаторі.

Оскільки технологія передбачає використання реактора регенеративного вигляду, виключено застосування водяної пари. Крім бутадієна в суміші утворюються бутени, їх заново вводять в реакційну суміш.

Одна стадія розраховується через ставлення бутанів, що знаходяться в контактному газі, до їх числа в завантаженні реактора.

Серед достоїнств такого способу дегідування бутану відзначимо спрощену технологічну схему виробництва, зниження витратної кількості сировини, а також зменшення витрат електричної енергії на проведення процесу.

Негативні параметри цієї технології представлені короткими періодами контакту реагуючих компонентів. Для виправлення цієї проблеми потрібна складна автоматика. Навіть з урахуванням подібних проблем одностадійне дегідування бутану є більш сприятливим процесом, ніж двостадійне виробництво.

При дегідуванні бутану в одну стадію, відбувається підігрівання вихідної сировини до температури 620 градусів. Суміш направляється в реактор, здійснюється її безпосередній контакт з каталізатором.

Для створення в реакторах розріження, застосовуються вакуум-компресори. Контактний газ йде з реактора на охолодження, далі він спрямовується на поділ. Після завершення циклу дегідування сировина передається в наступні реактори, а з тих, де вже пройшов хімічний процес, видаляють шляхом продування вуглеводневі пари. Продукти евакуюються, а реактори знову використовуються для дегідрування бутану.

Ув’язнення

Основною реакцією дегідування бутану нормальної будови є каталітичне отримання суміші водню і бутенів. Крім головного процесу, можлива наявність безлічі побічних, які істотно ускладнюють технологічний ланцюжок. Продукт, який отримують у результаті дегідрування, вважається цінною хімічною сировиною. Саме затребуваність виробництва є основною причиною пошуку нових технологічних ланцюжків перетворення вуглеводнів граничного ряду в алкени.