Dehydrogenace butanu se provádí ve fluidním nebo pohyblivém loži chromového a hliníkového katalyzátoru. Proces se provádí při teplotě v rozmezí od 550 do 575 stupňů. Mezi rysy reakce zaznamenáváme kontinuitu technologického řetězce.
Technologické funkce
Dehydrogenace butanu se provádí hlavně v kontaktních adiabatických reaktorech. Reakce se provádí za přítomnosti vodní páry, která výrazně snižuje parciální tlak interagujících plynných látek. Kompenzace endotermického tepelného účinku v povrchových reakčních zařízeních se provádí přiváděním tepla přes povrch spalinami.
Zjednodušená verze
Dehydrogenace butanu nejjednodušším způsobem zahrnuje impregnaci oxidu hlinitého roztokem anhydridu chromitého nebo chromanu draselného.
Výsledný katalyzátor přispívá k rychlému a vysoce kvalitnímu procesu. Tento urychlovač chemického procesu je dostupný v cenovém rozpětí.
Produkční schéma
Butanová dehydrogenace je reakce, při které se neočekává žádná významná spotřeba katalyzátoru. produktydehydrogenací výchozího materiálu se odvádějí do jednotky extrakční destilace, kde se izoluje požadovaná olefinická frakce. Dehydrogenace butanu na butadien v trubkovém reaktoru s možností externího ohřevu umožňuje dobrý výtěžek produktu.
Specifičnost reakce je v její relativní bezpečnosti a také v minimálním použití složitých automatických systémů a zařízení. Mezi výhody této technologie lze zmínit jednoduchost konstrukcí a také nízkou spotřebu levného katalyzátoru.
Funkce procesu
Dehydrogenace butanu je vratný proces a je pozorován nárůst objemu směsi. Podle Le Chatelierova principu, aby se chemická rovnováha v tomto procesu posunula směrem k získání produktů interakce, je nutné snížit tlak v reakční směsi.
Optimum je atmosférický tlak při teplotách do 575 stupňů při použití směsného chrom-hliníkového katalyzátoru. Tím, jak se urychlovač chemického procesu ukládá na povrchu látek obsahujících uhlík, které vznikají při vedlejších reakcích hluboké destrukce původního uhlovodíku, jeho aktivita klesá. Pro obnovení původní aktivity se katalyzátor regeneruje profukováním vzduchem, který se mísí se spalinami.
Podmínky toku
Při dehydrogenaci butanu vzniká ve válcových reaktorech nenasycený buten. Reaktor má instalované speciální rozvodné sítě plynucyklony, které zachycují prach katalyzátoru unášený proudem plynu.
Dehydrogenace butanu na buteny je základem pro modernizaci průmyslových procesů výroby nenasycených uhlovodíků. Kromě této interakce se podobná technologie používá k získání dalších možností pro parafíny. Dehydrogenace n-butanu se stala základem pro výrobu isobutanu, n-butylenu, ethylbenzenu.
Mezi technologickými postupy existují určité rozdíly, např. při dehydrogenaci všech uhlovodíků řady parafinů se používají podobné katalyzátory. Analogie mezi výrobou ethylbenzenu a olefinů je nejen v použití jednoho procesního urychlovače, ale také v použití podobného zařízení.
Doba použití katalyzátoru
Co charakterizuje dehydrogenaci butanu? Vzorec katalyzátoru použitého pro tento proces je oxid chromitý (3). Vysráží se na amfoterním oxidu hlinitém. Pro zvýšení stability a selektivity bude urychlovač procesu imitován oxidem draselným. Při správném používání je průměrná doba plnohodnotného provozu katalyzátoru rok.
Při jeho použití je pozorováno postupné usazování pevných sloučenin na směsi oxidů. Musí být včas spáleny pomocí speciálních chemických procesů.
K otravě katalyzátorem dochází vodní párou. Právě na této směsi katalyzátorů dochází k dehydrogenaci butanu. Reakční rovnice se uvažuje ve škole v předmětu organickáchemie.
V případě zvýšení teploty je pozorováno zrychlení chemického procesu. Zároveň se ale také snižuje selektivita procesu a na katalyzátoru se ukládá vrstva koksu. Na střední škole se navíc často nabízí následující úkol: napsat rovnici pro reakci dehydrogenace butanu, spalování etanu. Tyto procesy nezahrnují žádné zvláštní potíže.
Napište rovnici pro dehydrogenační reakci a pochopíte, že tato reakce probíhá ve dvou vzájemně opačných směrech. Na jeden litr objemu urychlovače reakce připadá za hodinu přibližně 1000 litrů butanu v plynné formě, dochází tak k dehydrogenaci butanu. Reakce slučování nenasyceného butenu s vodíkem je opačným procesem dehydrogenace normálního butanu. Výtěžek butylenu v přímé reakci je v průměru 50 procent. Ze 100 kilogramů výchozího alkanu se po dehydrogenaci vytvoří asi 90 kilogramů butylenu, pokud se proces provádí při atmosférickém tlaku a teplotě asi 60 stupňů.
Suroviny pro výrobu
Pojďme se blíže podívat na dehydrogenaci butanu. Procesní rovnice je založena na použití suroviny (směsi plynů) vzniklé při rafinaci ropy. V počáteční fázi je butanová frakce důkladně vyčištěna od pentenů a isobutenů, které narušují normální průběh dehydrogenační reakce.
Jak se butan dehydrogenuje? Rovnice pro tento proces zahrnuje několik kroků. Po přečištění dehydrogenace přečištěnéhobuteny na butadien 1, 3. Koncentrát obsahující čtyři atomy uhlíku, který byl získán v případě katalytické dehydrogenace n-butanu, obsahuje buten-1, n-butan a buteny-2.
Provést ideální separaci směsi je poměrně problematické. Použitím extrakční a frakční destilace s rozpouštědlem může být taková separace provedena a účinnost této separace může být zlepšena.
Při provádění frakční destilace na zařízeních s velkou separační kapacitou je možné plně oddělit normální butan od butenu-1, stejně jako buten-2.
Z ekonomického hlediska je proces dehydrogenace butanu na nenasycené uhlovodíky považován za nenákladnou výrobu. Tato technologie umožňuje získat automobilový benzin a také velké množství chemických produktů.
Obecně se tento proces provádí pouze v těch oblastech, kde je potřeba nenasycený alken a butan má nízkou cenu. V důsledku snížení nákladů a zlepšení postupu dehydrogenace butanu se rozsah použití diolefinů a monolefinů výrazně rozšířil.
Procedura dehydrogenace butanu se provádí v jednom nebo dvou stupních, nezreagovaná surovina se vrací zpět do reaktoru. Poprvé v Sovětském svazu byla dehydrogenace butanu provedena v loži katalyzátoru.
Chemické vlastnosti butanu
Kromě procesu polymerace má butan spalovací reakci. Ethan, propan a dalšíV zemním plynu je dostatek zástupců nasycených uhlovodíků, je tedy surovinou pro všechny přeměny včetně spalování.
V butanu jsou atomy uhlíku v sp3-hybridním stavu, takže všechny vazby jsou jednoduché, jednoduché. Tato struktura (tetraedrický tvar) určuje chemické vlastnosti butanu.
Není schopen vstupovat do adičních reakcí, vyznačuje se pouze procesy izomerace, substituce, dehydrogenace.
Substituce dvouatomovými molekulami halogenu se provádí radikálním mechanismem a pro realizaci této chemické interakce jsou nutné poměrně náročné podmínky (ultrafialové záření). Ze všech vlastností butanu má praktický význam jeho spalování, doprovázené uvolňováním dostatečného množství tepla. Kromě toho je proces dehydrogenace nasycených uhlovodíků zvláště zajímavý pro výrobu.
Specifika dehydrogenace
Procedura dehydrogenace butanu se provádí v trubkovém reaktoru s externím ohřevem na pevném katalyzátoru. V tomto případě se zvyšuje výtěžnost butylenu, automatizace výroby je zjednodušena.
Mezi hlavní výhody tohoto procesu patří minimální spotřeba katalyzátoru. Mezi nedostatky patří značná spotřeba legovaných ocelí, vysoké kapitálové investice. Kromě toho katalytická dehydratace butanu vyžaduje použití značného počtu jednotek, protože mají nízkou produktivitu.
Produkce má nízkou produktivitu, takžečást reaktorů je zaměřena na dehydrogenaci a druhá část je založena na regeneraci. Za nevýhodu tohoto technologického řetězce je navíc považován i velký počet zaměstnanců ve výrobě. Je třeba mít na paměti, že reakce je endotermická, takže proces probíhá při zvýšené teplotě, v přítomnosti inertní látky.
V takové situaci ale hrozí nebezpečí nehody. To je možné, pokud jsou těsnění v zařízení porušena. Vzduch, který vstupuje do reaktoru, vytváří po smíchání s uhlovodíky výbušnou směs. Aby se takové situaci zabránilo, je chemická rovnováha posunuta doprava zavedením vodní páry do reakční směsi.
Varianta procesu v jednom kroku
Například v kurzu organické chemie se nabízí následující úkol: napište rovnici pro reakci dehydrogenace butanu. Abychom se s takovým úkolem vyrovnali, stačí si připomenout základní chemické vlastnosti uhlovodíků třídy nasycených uhlovodíků. Pojďme analyzovat vlastnosti získávání butadienu jednostupňovým procesem dehydrogenace butanu.
Butanová dehydrogenační baterie obsahuje několik samostatných reaktorů, jejich počet závisí na provozním cyklu a také na objemu sekcí. V zásadě je součástí baterie pět až osm reaktorů.
Proces dehydrogenace a regenerace trvá 5-9 minut, fáze foukání páry trvá 5 až 20 minut.
Vzhledem k tomu, že dehydrogenacebutan se provádí v kontinuálně se pohybující vrstvě, proces je stabilní. To přispívá ke zlepšení provozní výkonnosti výroby, zvyšuje produktivitu reaktoru.
Proces jednostupňové dehydrogenace n-butanu se provádí při nízkém tlaku (do 0,72 MPa), při teplotě vyšší než při výrobě prováděné na hliníko-chromovém katalyzátoru.
Vzhledem k tomu, že technologie zahrnuje použití reaktoru regenerativního typu, je vyloučeno použití páry. Kromě butadienu se ve směsi tvoří buteny, které se znovu zavádějí do reakční směsi.
Jeden stupeň se vypočítá jako poměr butanů v kontaktním plynu k jejich počtu v náplni reaktoru.
Mezi výhody tohoto způsobu dehydrogenace butanu řadíme zjednodušené technologické schéma výroby, snížení spotřeby surovin a také snížení nákladů na elektrickou energii pro proces.
Negativní parametry této technologie představují krátké doby kontaktu reagujících komponent. K odstranění tohoto problému je nutná sofistikovaná automatizace. I přes takové problémy je jednostupňová butanová dehydrogenace výhodnějším procesem než dvoustupňová výroba.
Při dehydrogenaci butanu v jedné fázi se surovina zahřeje na teplotu 620 stupňů. Směs se posílá do reaktoru, je v přímém kontaktu s katalyzátorem.
Chcete-li vytvořit vzácnost v reaktorech,používají se vakuové kompresory. Kontaktní plyn opouští reaktor za účelem ochlazení a poté je odeslán do separace. Po ukončení dehydrogenačního cyklu se surovina přemístí do dalších reaktorů a z těch, kde již chemický proces prošel, jsou uhlovodíkové páry odstraňovány foukáním. Produkty jsou evakuovány a reaktory jsou znovu použity pro dehydrogenaci butanu.
Závěr
Hlavní dehydrogenační reakcí normálního butanu je katalytická výroba směsi vodíku a butenů. Kromě hlavního procesu může existovat mnoho vedlejších procesů, které významně komplikují technologický řetězec. Produkt získaný dehydrogenací je považován za cennou chemickou surovinu. Právě poptávka po výrobě je hlavním důvodem pro hledání nových technologických řetězců pro konverzi uhlovodíků limitní řady na alkeny.