Butaanin dehydraus suoritetaan kromi- ja alumiinikatalyytin leijukerroksessa tai liikkuvassa kerroksessa. Prosessi suoritetaan lämpötila-alueella 550 - 575 astetta. Reaktion ominaisuuksien joukossa huomaamme teknologisen ketjun jatkuvuuden.
Teknologiset ominaisuudet
Butaanin dehydraus suoritetaan pääasiassa kontaktiadiabaattisissa reaktoreissa. Reaktio suoritetaan vesihöyryn läsnä ollessa, mikä alentaa merkittävästi vuorovaikutuksessa olevien kaasumaisten aineiden osapainetta. Pintareaktiolaitteistoissa endotermisen lämpövaikutuksen kompensointi suoritetaan syöttämällä lämpöä pinnan läpi savukaasuilla.
Yksinkertaistettu versio
Butaanin dehydraus yksinkertaisimmalla tavalla käsittää alumiinioksidin kyllästyksen kromianhydridi- tai kaliumkromaattiliuoksella.
Tulostettu katalyytti edistää nopeaa ja laadukasta prosessia. Tämä kemiallinen prosessikiihdytin on edullinen hintaluokissa.
Tuotantosuunnitelma
Butaanin dehydraus on reaktio, jossa ei odoteta merkittävää katalyytin kulumista. TuotteetLähtöaineen dehydraus viedään uuttavaan tislausyksikköön, jossa eristetään tarvittava olefiinifraktio. Butaanin dehydraus butadieeniksi ulkoisella lämmitysvaihtoehdolla varustetussa putkireaktorissa mahdollistaa hyvän tuotteen saannon.
Reaktion spesifisyys on sen suhteellinen turvallisuus sekä monimutkaisten automaattisten järjestelmien ja laitteiden vähäinen käyttö. Tämän tekniikan eduista voidaan mainita suunnittelun yksinkertaisuus sekä edullisen katalyytin alhainen kulutus.
Prosessiominaisuudet
Butaanin dehydraus on palautuva prosessi, ja seoksen tilavuuden havaitaan lisääntyvän. Le Chatelier -periaatteen mukaan kemiallisen tasapainon siirtämiseksi tässä prosessissa vuorovaikutustuotteiden saamiseksi on välttämätöntä alentaa painetta reaktioseoksessa.
Optimaalinen on ilmakehän paine jopa 575 asteen lämpötiloissa, kun käytetään sekoitettua kromi-alumiinikatalyyttiä. Kun kemiallisen prosessin kiihdytin laskeutuu hiiltä sisältävien aineiden pinnalle, jotka muodostuvat alkuperäisen hiilivedyn syvän tuhoutumisen sivureaktioissa, sen aktiivisuus laskee. Alkuperäisen aktiivisuutensa palauttamiseksi katalyytti regeneroidaan puh altamalla siihen ilmaa, joka sekoitetaan savukaasujen kanssa.
Virtausehdot
Butaanin dehydrauksen aikana sylinterimäisissä reaktoreissa muodostuu tyydyttymätöntä buteenia. Reaktoriin on asennettu erityiset kaasunjakeluverkotsyklonit, jotka vangitsevat kaasuvirran kuljettaman katalyyttipölyn.
Butaanin dehydraus buteeneiksi on perusta tyydyttymättömien hiilivetyjen tuotantoprosessien nykyaikaistamiselle. Tämän vuorovaikutuksen lisäksi samanlaista tekniikkaa käytetään muiden vaihtoehtojen saamiseksi parafiineille. N-butaanin dehydrauksesta on tullut isobutaanin, n-buteenin, etyylibentseenin tuotannon perusta.
Teknologisten prosessien välillä on eroja, esimerkiksi kun dehydrataan useiden parafiinien kaikkia hiilivetyjä, käytetään samanlaisia katalyyttejä. Analogia etyylibentseenin ja olefiinien tuotannon välillä ei ole vain yhden prosessikiihdytin, vaan myös vastaavien laitteiden käyttö.
Katalyytin käyttöaika
Mikä on ominaista butaanin dehydraukselle? Tässä prosessissa käytetyn katalyytin kaava on kromioksidi (3). Se saostetaan amfoteeriselle alumiinioksidille. Prosessikiihdytin stabiilisuuden ja selektiivisyyden lisäämiseksi sitä jäljitellään kaliumoksidilla. Oikein käytettynä katalyytin keskimääräinen täysimittaisen toiminnan kesto on vuosi.
Sitä käytettäessä havaitaan asteittainen kiinteiden yhdisteiden kerrostumista oksidiseokseen. Ne on poltettava ajoissa käyttämällä erityisiä kemiallisia prosesseja.
Katalyyttimyrkytys tapahtuu vesihöyryn kanssa. Tässä katalyyttiseoksessa tapahtuu butaanin dehydraus. Reaktioyhtälöä tarkastellaan koulussa orgaanisen kurssin aikanakemia.
Jos lämpötila nousee, havaitaan kemiallisen prosessin kiihtyvyys. Mutta samalla myös prosessin selektiivisyys heikkenee, ja katalyytin päälle kerrostuu koksikerros. Lisäksi lukiossa tarjotaan usein seuraavaa tehtävää: kirjoita yhtälö butaanin dehydraation, etaanin palamisen reaktiolle. Näihin prosesseihin ei liity erityisiä vaikeuksia.
Kirjoita dehydrausreaktion yhtälö, niin ymmärrät, että tämä reaktio etenee kahdessa vastakkaisessa suunnassa. Yhdessä litrassa reaktiokiihdyttimen tilavuutta on noin 1000 litraa butaania kaasumaisessa muodossa tunnissa, näin tapahtuu butaanin dehydraus. Reaktio, jossa tyydyttymätön buteeni yhdistetään vedyn kanssa, on käänteinen normaalin butaanin dehydrausprosessi. Butyleenin saanto suorassa reaktiossa on keskimäärin 50 prosenttia. Noin 90 kilogrammaa butyleeniä muodostuu 100 kilogrammasta lähtöalkaanista dehydrauksen jälkeen, jos prosessi suoritetaan ilmakehän paineessa ja noin 60 asteen lämpötilassa.
Raaka-aineet tuotantoon
Katsotaanpa lähemmin butaanin dehydrausta. Prosessiyhtälö perustuu öljynjalostuksen aikana muodostuneen raaka-aineen (kaasuseoksen) käyttöön. Alkuvaiheessa butaanifraktio puhdistetaan perusteellisesti penteenistä ja isobuteeneista, jotka häiritsevät dehydrausreaktion normaalia kulkua.
Kuinka butaani dehydrogenoituu? Tämän prosessin yhtälö sisältää useita vaiheita. Puhdistuksen jälkeen puhdistettu dehydrausbuteeneista butadieeniksi 1, 3. Neljä hiiliatomia sisältävä konsentraatti, joka saatiin n-butaanin katalyyttisen dehydrauksen yhteydessä, sisältää buteeni-1, n-butaania ja buteeni-2.
Seoksen ihanteellinen erottelu on melko ongelmallista. Käyttämällä uutto- ja jakotislausta liuottimella tällainen erotus voidaan suorittaa ja erotuksen tehokkuutta voidaan parantaa.
Kun suoritetaan jakotislaus laitteissa, joilla on suuri erotuskapasiteetti, normaali butaani on mahdollista erottaa täysin buteeni-1:stä ja buteeni-2:sta.
Taloudellisesta näkökulmasta katsottuna butaanin dehydrausprosessia tyydyttymättömiksi hiilivedyiksi pidetään edullisena tuotantona. Tämän tekniikan avulla on mahdollista saada moottoribensiiniä sekä v altava valikoima kemiallisia tuotteita.
Yleensä tämä prosessi suoritetaan vain niillä alueilla, joilla tarvitaan tyydyttymätöntä alkeenia ja butaani on alhainen. Kustannusten alenemisen ja butaanin dehydrausmenetelmän parantamisen vuoksi diolefiinien ja monolefiinien käyttöalue on laajentunut merkittävästi.
Butaanin dehydraus suoritetaan yhdessä tai kahdessa vaiheessa, reagoimatonta raaka-ainetta palautetaan reaktoriin. Ensimmäistä kertaa Neuvostoliitossa butaanidehydraus suoritettiin katalyyttipedissä.
Butaanin kemialliset ominaisuudet
Polymerointiprosessin lisäksi butaanilla on palamisreaktio. Etaani, propaani, muutMaakaasussa on riittävästi tyydyttyneiden hiilivetyjen edustajia, joten se on raaka-aine kaikille muunnoksille, mukaan lukien poltto.
Butaanissa hiiliatomit ovat sp3-hybriditilassa, joten kaikki sidokset ovat yksittäisiä, yksinkertaisia. Tämä rakenne (tetraedrin muoto) määrittää butaanin kemialliset ominaisuudet.
Se ei pysty osallistumaan additioreaktioihin, sille on ominaista vain isomerointi-, substituutio-, dehydrausprosessit.
Korvaaminen kaksiatomisilla halogeenimolekyyleillä tapahtuu radikaalin mekanismin mukaisesti ja melko ankarat olosuhteet (ultraviolettisäteily) ovat välttämättömiä tämän kemiallisen vuorovaikutuksen toteuttamiseksi. Butaanin kaikista ominaisuuksista sen palaminen, johon liittyy riittävän määrän lämpöä, on käytännön merkitystä. Lisäksi tyydyttyneiden hiilivetyjen dehydrausprosessi on erityisen kiinnostava tuotannon kann alta.
Dehydrogenoinnin tiedot
Butaanin dehydrausmenettely suoritetaan putkireaktorissa, jossa on ulkoinen kuumennus kiinteällä katalyytillä. Tässä tapauksessa butyleenin saanto kasvaa, tuotannon automaatio yksinkertaistuu.
Tämän prosessin tärkeimpiä etuja on katalyytin vähimmäiskulutus. Puutteista mainitaan seostettujen terästen huomattava kulutus ja suuret pääomainvestoinnit. Lisäksi butaanin katalyyttinen dehydratointi edellyttää huomattavan määrän yksiköiden käyttöä, koska niillä on alhainen tuottavuus.
Tuotannon tuottavuus on alhainen, jotenosa reaktoreista on keskittynyt dehydraukseen ja toinen osa perustuu regenerointiin. Lisäksi tuotannon suurta henkilöstömäärää pidetään myös tämän teknologisen ketjun haittapuolena. On muistettava, että reaktio on endoterminen, joten prosessi etenee korotetussa lämpötilassa inertin aineen läsnä ollessa.
Mutta tällaisessa tilanteessa on olemassa onnettomuusriski. Tämä on mahdollista, jos laitteiston tiivisteet ovat rikki. Reaktoriin tuleva ilma muodostaa hiilivetyjen kanssa räjähtävän seoksen. Tällaisen tilanteen estämiseksi kemiallista tasapainoa siirretään oikealle tuomalla vesihöyryä reaktioseokseen.
Yksivaiheinen prosessiversio
Esimerkiksi orgaanisen kemian kurssilla tarjotaan seuraava tehtävä: kirjoita yhtälö butaanin dehydraation reaktiolle. Selviytyäkseen tällaisesta tehtävästä riittää muistaa tyydyttyneiden hiilivetyjen luokan hiilivetyjen kemialliset perusominaisuudet. Analysoidaan butadieenin saamisen ominaisuuksia yksivaiheisella butaanin dehydrausprosessilla.
Butaanin dehydrausakku sisältää useita erillisiä reaktoreita, joiden lukumäärä riippuu toimintajaksosta sekä osien tilavuudesta. Periaatteessa akkuun sisältyy viidestä kahdeksaan reaktoria.
Dehydraus- ja regenerointiprosessi kestää 5–9 minuuttia, höyrypuhallusvaihe kestää 5–20 minuuttia.
Koska dehydrausbutaani suoritetaan jatkuvasti liikkuvassa kerroksessa, prosessi on vakaa. Tämä parantaa os altaan tuotannon toiminnallista suorituskykyä, lisää reaktorin tuottavuutta.
N-butaanin yksivaiheinen dehydrausprosessi suoritetaan alhaisessa paineessa (jopa 0,72 MPa), korkeammassa lämpötilassa kuin alumiini-kromikatalyytillä suoritettavassa tuotannossa käytetty lämpötila.
Koska tekniikkaan liittyy regeneratiivisen tyyppisen reaktorin käyttö, höyryn käyttö on suljettu pois. Butadieenin lisäksi seokseen muodostuu buteeneja, jotka lisätään reaktioseokseen.
Yksi vaihe lasketaan kontaktikaasussa olevien butaanien suhteesta reaktoripanoksessa olevien butaanien määrään.
Tämän butaanin dehydrausmenetelmän etujen joukossa on yksinkertaistettu tuotantotekninen kaavio, raaka-aineiden kulutuksen väheneminen sekä prosessin sähköenergian kustannusten aleneminen.
Tämän tekniikan negatiivisia parametreja edustavat reagoivien komponenttien lyhyet kosketusjaksot. Tämän ongelman korjaaminen vaatii pitkälle kehitettyä automaatiota. Yksivaiheinen butaanidehydraus on tällaisistakin ongelmista huolimatta edullisempi prosessi kuin kaksivaiheinen tuotanto.
Kun butaani dehydrataan yhdessä vaiheessa, syöttöraaka-aine kuumennetaan 620 asteen lämpötilaan. Seos lähetetään reaktoriin, se on suorassa kosketuksessa katalyytin kanssa.
Hervintymisen luomiseksi reaktoreihin,käytetään tyhjiökompressoreita. Kontaktikaasu lähtee reaktorista jäähtymään, jonka jälkeen se lähetetään erotukseen. Dehydraussyklin päätyttyä raaka-aine siirretään seuraaviin reaktoreihin, ja niistä, joissa kemiallinen prosessi on jo ohitettu, poistetaan hiilivetyhöyryt puh altamalla. Tuotteet evakuoidaan ja reaktoreita käytetään uudelleen butaanin dehydraukseen.
Johtopäätös
Normaalin butaanin pääasiallinen dehydrausreaktio on vedyn ja buteenien seoksen katalyyttinen tuotanto. Pääprosessin lisäksi voi olla monia sivuprosesseja, jotka vaikeuttavat merkittävästi teknologista ketjua. Dehydrauksen tuloksena saatua tuotetta pidetään arvokkaana kemiallisena raaka-aineena. Juuri tuotannon kysyntä on tärkein syy uusien teknisten ketjujen etsimiseen rajoittavan sarjan hiilivetyjen muuntamiseksi alkeeneiksi.