Бутанды дегидрлеу хром мен алюминий катализаторының сұйық немесе қозғалмалы қабатында жүргізіледі. Процесс 550-ден 575 градусқа дейінгі температурада жүзеге асырылады. Реакцияның ерекшеліктерінің ішінде біз технологиялық тізбектің үздіксіздігін атап өтеміз.
Технологиялық мүмкіндіктер
Бутанды дегидрлеу негізінен контактілі адиабаталық реакторларда жүргізіледі. Реакция су буының қатысуымен жүзеге асырылады, бұл өзара әрекеттесетін газ тәрізді заттардың парциалды қысымын айтарлықтай төмендетеді. Беттік реакция аппараттарындағы эндотермиялық термиялық әсердің орнын толтыру түтін газдарымен жер беті арқылы жылу беру арқылы жүзеге асырылады.
Жеңілдетілген нұсқа
Бутанның дегидрогенизациясы ең қарапайым әдіспен алюминий оксидін хром ангидридінің немесе калий хроматының ерітіндісімен сіңдіруден тұрады.
Алынған катализатор жылдам және жоғары сапалы процеске ықпал етеді. Бұл химиялық процесс үдеткіші баға диапазонында қолжетімді.
Өндіріс схемасы
Бутан дегидрогенизациясы – катализатордың айтарлықтай шығыны күтілмейтін реакция. Өнімдербастапқы материалды дегидрлеу экстрактивті айдау қондырғысына апарылады, онда қажетті олефинді фракция бөлініп алынады. Сыртқы қыздыру опциясы бар құбырлы реакторда бутадиенге бутанды дегидрлеу жақсы өнім шығымына мүмкіндік береді.
Реакцияның ерекшелігі оның салыстырмалы қауіпсіздігінде, сондай-ақ күрделі автоматты жүйелер мен құрылғыларды минималды пайдалануында. Бұл технологияның артықшылықтарының арасында дизайнның қарапайымдылығын, сондай-ақ қымбат емес катализаторды аз тұтынуды атап өтуге болады.
Процесс мүмкіндіктері
Бутанның дегидрленуі қайтымды процесс және қоспа көлемінің ұлғаюы байқалады. Ле Шателье принципіне сәйкес, бұл процестегі химиялық тепе-теңдікті өзара әрекеттесу өнімдерін алу жағына ауыстыру үшін реакция қоспасындағы қысымды төмендету қажет.
Оңтайлы - хром-алюминий аралас катализаторды пайдалану кезінде 575 градусқа дейінгі температурадағы атмосфералық қысым. Химиялық процестің үдеткіші бастапқы көмірсутектің терең ыдырауының жанама реакциялары кезінде түзілетін құрамында көміртегі бар заттардың бетінде тұндырылғандықтан, оның белсенділігі төмендейді. Алғашқы белсенділігін қалпына келтіру үшін катализатор түтін газдарымен араласқан ауамен үрлеу арқылы қалпына келтіріледі.
Ағын шарттары
Бутанды дегидрлеу кезінде цилиндрлік реакторларда қанықпаған бутен түзіледі. Реакторда арнайы газ тарату торлары орнатылған, орнатылғангаз ағыны алып кететін катализатор шаңын ұстайтын циклондар.
Бутанды бутендерге дейін дегидрлеу қанықпаған көмірсутектерді өндірудің өндірістік процестерін жаңғыртудың негізі болып табылады. Осы өзара әрекеттесуден басқа, парафиндердің басқа нұсқаларын алу үшін ұқсас технология қолданылады. n-бутанның дегидрленуі изобутан, n-бутилен, этилбензол алу үшін негіз болды.
Технологиялық процестер арасында кейбір айырмашылықтар бар, мысалы, бірқатар парафиндердің барлық көмірсутектерін дегидрлеу кезінде ұқсас катализаторлар қолданылады. Этилбензол мен олефиндерді өндіру арасындағы ұқсастық тек бір процесс үдеткішін қолдануда ғана емес, сонымен қатар ұқсас жабдықты қолдануда да болып табылады.
Катализаторды пайдалану уақыты
Бутанның дегидрленуі немен сипатталады? Бұл процесс үшін катализатордың формуласы хром оксиді (3) болып табылады. Ол амфотерлі алюминий тотығында тұнбаға түседі. Процесс үдеткішінің тұрақтылығы мен селективтілігін арттыру үшін ол калий оксидімен имитацияланады. Дұрыс пайдаланған кезде катализатордың толыққанды жұмысының орташа ұзақтығы бір жылды құрайды.
Қолданылуына қарай, оксидтер қоспасында қатты қосылыстардың біртіндеп шөгуі байқалады. Оларды арнайы химиялық процестер арқылы уақтылы өртеу керек.
Катализатордың улануы су буымен жүреді. Дәл осы катализатор қоспасында бутанның дегидрленуі жүреді. Реакция теңдеуі мектепте органикалық курста қарастырыладыхимия.
Температура көтерілген жағдайда химиялық процестің үдеуі байқалады. Бірақ сонымен бірге процестің селективтілігі де төмендейді, катализаторға кокс қабаты түседі. Сонымен қатар, орта мектепте мынадай тапсырма жиі ұсынылады: бутанның дегидрленуі, этанның жануы реакциясының теңдеуін жазу. Бұл процестер ешқандай ерекше қиындықтарды қамтымайды.
Сутексіздену реакциясының теңдеуін жазыңыз, сонда сіз бұл реакция бір-біріне қарама-қарсы екі бағытта жүретінін түсінесіз. Реакция үдеткішінің көлемінің бір литрі үшін сағатына шамамен 1000 литр бутан газ күйінде болады, осылайша бутанның дегидрденуі жүреді. Қанықпаған бутенді сутегімен біріктіру реакциясы қалыпты бутанды дегидрлеудің кері процесі болып табылады. Тура реакциядағы бутилен шығымы орта есеппен 50 пайызды құрайды. Егер процесс атмосфералық қысымда және шамамен 60 градус температурада жүргізілсе, дегидрлеуден кейін 100 килограмм бастапқы алканнан шамамен 90 килограмм бутилен түзіледі.
Өндіріске арналған шикізат
Бутанның дегидрленуін толығырақ қарастырайық. Технологиялық теңдеу мұнай өңдеу кезінде түзілетін шикізатты (газ қоспасын) пайдалануға негізделген. Бастапқы кезеңде бутан фракциясы дегидрлеу реакциясының қалыпты жүруіне кедергі келтіретін пентендер мен изобутендерден мұқият тазартылады.
Бутан қалай дегидрогендейді? Бұл процестің теңдеуі бірнеше қадамдарды қамтиды. Тазартудан кейін тазартылғанды дегидрлеубутадиен 1, 3-ке бутендер. n-бутанды каталитикалық дегидрлеу кезінде алынған төрт көміртегі атомы бар концентраттың құрамында бутен-1, n-бутан және бутендер-2 бар.
Қоспаны тамаша бөлуді жүзеге асыру өте қиын. Еріткішпен экстрактивті және фракциялық дистилляцияны қолдану арқылы мұндай бөлуді жүзеге асыруға болады және бұл бөлудің тиімділігін арттыруға болады.
Бөлу қабілеті үлкен аппараттарда фракциялық дистилляцияны жүргізген кезде қалыпты бутанды бутен-1, сондай-ақ бутен-2-ден толық бөлуге болады.
Экономикалық тұрғыдан алғанда, бутанды қанықпаған көмірсутектерге дейін дегидрлеу процесі қымбат емес өндіріс болып саналады. Бұл технология мотор бензинін, сондай-ақ химиялық өнімдердің алуан түрін алуға мүмкіндік береді.
Жалпы бұл процесс қанықпаған алкен қажет, ал бутанның құны төмен аймақтарда ғана жүргізіледі. Құнның төмендеуіне және бутанды дегидрлеу процедурасын жақсартуға байланысты диолефиндер мен монолефиндерді қолдану аясы айтарлықтай кеңейді.
Бутанды дегидрлеу процедурасы бір немесе екі кезеңде жүзеге асырылады, реакцияға түспеген шикізаттың реакторға қайтарылуы жүреді. Кеңес Одағында алғаш рет бутанды дегидрлеу катализатор қабатында жүргізілді.
Бутанның химиялық қасиеттері
Полимерлеу процесінен басқа, бутан жану реакциясына ие. Этан, пропан және т.бТабиғи газда қаныққан көмірсутектердің өкілдері жеткілікті, сондықтан ол барлық түрлендірулер, соның ішінде жану үшін шикізат болып табылады.
Бутанда көміртек атомдары sp3-гибридті күйде болады, сондықтан барлық байланыстар бір, қарапайым. Бұл құрылым (тетраэдрлік пішін) бутанның химиялық қасиеттерін анықтайды.
Қосу реакцияларына түсуге қабілетсіз, ол тек изомерлену, орынбасу, дегидрлеу процестерімен сипатталады.
Екі атомды галоген молекулаларымен алмастыру радикалды механизм бойынша жүзеге асырылады және бұл химиялық әрекеттесуді жүзеге асыру үшін өте ауыр жағдайлар (ультракүлгін сәулелену) қажет. Бутанның барлық қасиеттерінің ішінде оның жеткілікті мөлшерде жылудың бөлінуімен бірге жануы практикалық маңызы бар. Сонымен қатар, қаныққан көмірсутекті дегидрлеу процесі өндіріс үшін ерекше қызығушылық тудырады.
Гидрогенизация ерекшеліктері
Бутанды дегидрлеу процедурасы бекітілген катализаторда сыртқы жылытуы бар құбырлы реакторда жүзеге асырылады. Бұл жағдайда бутилен шығымы артады, өндірісті автоматтандыру жеңілдетіледі.
Бұл процестің негізгі артықшылықтарының бірі катализатордың минималды тұтынуы болып табылады. Кемшіліктердің ішінде легирленген болаттарды айтарлықтай тұтыну, жоғары күрделі салымдар атап өтілді. Сонымен қатар, бутанды каталитикалық дегидратациялау қондырғылардың едәуір санын пайдалануды қамтиды, өйткені олардың өнімділігі төмен.
Өндірістің өнімділігі төмен, сондықтанреакторлардың бөлігі ретінде дегидрлеуге бағытталған, ал екінші бөлігі регенерацияға негізделген. Сонымен қатар, өндірістегі жұмысшылардың көптігі де осы технологиялық тізбектің кемшілігі болып саналады. Реакцияның эндотермиялық екенін есте ұстаған жөн, сондықтан процесс жоғары температурада, инертті заттың қатысуымен жүреді.
Бірақ мұндай жағдайда апатқа ұшырау қаупі бар. Бұл жабдықтағы тығыздағыштар бұзылған жағдайда мүмкін болады. Реакторға түсетін ауа көмірсутектермен араласқанда жарылғыш қоспа түзеді. Мұндай жағдайды болдырмау үшін реакциялық қоспаға су буын енгізу арқылы химиялық тепе-теңдік оңға ауыстырылады.
Бір қадамдық процесс нұсқасы
Мысалы, органикалық химия курсында келесі тапсырма ұсынылады: бутан дегидрлеу реакциясының теңдеуін жаз. Мұндай тапсырманы орындау үшін қаныққан көмірсутектер класындағы көмірсутектердің негізгі химиялық қасиеттерін еске түсіру жеткілікті. Бутанды дегидрлеудің бір сатылы процесі арқылы бутадиен алу ерекшеліктерін талдап көрейік.
Бутанды дегидрогенизациялау батареясы бірнеше бөлек реакторларды қамтиды, олардың саны жұмыс цикліне, сондай-ақ секциялардың көлеміне байланысты. Батареяға негізінен бес-сегіз реактор кіреді.
Гидрогенизация және регенерация процесі 5-9 минут, бумен үрлеу кезеңі 5-20 минутты алады.
Сусыздану фактісіне байланыстыбутан үздіксіз қозғалатын қабатта жүзеге асырылады, процесс тұрақты. Бұл өндірістің пайдалану көрсеткіштерін жақсартуға ықпал етеді, реактордың өнімділігін арттырады.
n-бутанды бір сатылы дегидрлеу процесі төмен қысымда (0,72 МПа дейін), алюминий-хром катализаторында жүргізілетін өндірістен жоғары температурада жүзеге асырылады.
Технология регенеративті типті реакторды пайдалануды көздейтіндіктен, буды пайдалану алынып тасталады. Қоспада бутадиеннен басқа бутендер түзіледі, олар реакциялық қоспаға қайта енгізіледі.
Бір саты контактілі газдағы бутандардың реактор зарядындағы олардың санына қатынасы арқылы есептеледі.
Бутанды дегидрлеудің бұл әдісінің артықшылықтарының ішінде өндірістің жеңілдетілген технологиялық схемасын, шикізат шығынының азаюын, сонымен қатар процеске кететін электр энергиясының өзіндік құнының төмендеуін атап өтеміз.
Бұл технологияның теріс параметрлері әрекеттесуші компоненттердің қысқа жанасу кезеңдерімен ұсынылған. Бұл мәселені шешу үшін күрделі автоматтандыру қажет. Тіпті осындай мәселелердің өзінде бір сатылы бутан дегидрогенизациясы екі сатылы өндіріске қарағанда тиімдірек процесс.
Бутанды бір сатыда сусыздандыру кезінде шикізат 620 градус температураға дейін қызады. Қоспа реакторға жіберіледі, ол катализатормен тікелей байланыста болады.
Реакторларда сирек кездесетін жағдайларды жасау үшін,вакуумды компрессорлар қолданылады. Байланыс газы реакторды салқындату үшін қалдырады, содан кейін ол бөлуге жіберіледі. Сутексіздендіру циклі аяқталғаннан кейін шикізат келесі реакторларға беріледі, ал химиялық процесс өтіп кеткендерден көмірсутек булары үрлеу арқылы шығарылады. Өнімдер эвакуацияланады және реакторлар бутанды дегидрлеу үшін қайта пайдаланылады.
Қорытынды
Қалыпты бутанның негізгі дегидрлеу реакциясы сутегі мен бутен қоспасының каталитикалық өндірісі болып табылады. Негізгі процестен басқа, технологиялық тізбекті айтарлықтай қиындататын көптеген жанама процестер болуы мүмкін. Сусыздандыру нәтижесінде алынған өнім бағалы химиялық шикізат болып саналады. Дәл өндіріске деген сұраныс шекті қатардағы көмірсутектерді алкендерге айналдырудың жаңа технологиялық тізбектерін іздеудің негізгі себебі болып табылады.
