Η αφυδρογόνωση του βουτανίου πραγματοποιείται σε ρευστοποιημένη ή κινούμενη κλίνη καταλύτη χρωμίου και αλουμινίου. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε θερμοκρασία στην περιοχή από 550 έως 575 μοίρες. Μεταξύ των χαρακτηριστικών της αντίδρασης, σημειώνουμε τη συνέχεια της τεχνολογικής αλυσίδας.
Τεχνολογικά χαρακτηριστικά
Η αφυδρογόνωση βουτανίου πραγματοποιείται κυρίως σε αδιαβατικούς αντιδραστήρες επαφής. Η αντίδραση πραγματοποιείται παρουσία υδρατμών, ο οποίος μειώνει σημαντικά τη μερική πίεση των αλληλεπιδρώντων αερίων ουσιών. Η αντιστάθμιση στις συσκευές επιφανειακής αντίδρασης για το ενδόθερμο θερμικό αποτέλεσμα πραγματοποιείται με την παροχή θερμότητας μέσω της επιφάνειας με καυσαέρια.
Απλοποιημένη έκδοση
Η αφυδρογόνωση του βουτανίου με τον απλούστερο τρόπο περιλαμβάνει τον εμποτισμό οξειδίου του αργιλίου με διάλυμα χρωμικού ανυδρίτη ή χρωμικού καλίου.
Ο καταλύτης που προκύπτει συμβάλλει σε μια γρήγορη και υψηλής ποιότητας διαδικασία. Αυτός ο επιταχυντής χημικής διαδικασίας είναι προσιτός σε ένα εύρος τιμών.
Σχέδιο παραγωγής
Η αφυδρογόνωση βουτανίου είναι μια αντίδραση στην οποία δεν αναμένεται σημαντική κατανάλωση καταλύτη. Προϊόντααφυδρογόνωση της πρώτης ύλης μεταφέρονται στη μονάδα εκχυλιστικής απόσταξης, όπου απομονώνεται το απαιτούμενο ολεφινικό κλάσμα. Η αφυδρογόνωση του βουτανίου σε βουταδιένιο σε σωληνοειδή αντιδραστήρα με δυνατότητα εξωτερικής θέρμανσης επιτρέπει καλή απόδοση προϊόντος.
Η ιδιαιτερότητα της αντίδρασης έγκειται στη σχετική ασφάλειά της, καθώς και στην ελάχιστη χρήση πολύπλοκων αυτόματων συστημάτων και συσκευών. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων αυτής της τεχνολογίας, μπορεί κανείς να αναφέρει την απλότητα των σχεδίων, καθώς και τη χαμηλή κατανάλωση ενός φθηνού καταλύτη.
Δυνατότητες διαδικασίας
Η αφυδρογόνωση του βουτανίου είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία και παρατηρείται αύξηση στον όγκο του μείγματος. Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, για να μετατοπιστεί η χημική ισορροπία σε αυτή τη διαδικασία προς τη λήψη προϊόντων αλληλεπίδρασης, είναι απαραίτητο να μειωθεί η πίεση στο μείγμα αντίδρασης.
Βέλτιστη είναι η ατμοσφαιρική πίεση σε θερμοκρασίες έως 575 βαθμούς, όταν χρησιμοποιείται μικτός καταλύτης χρωμίου-αλουμινίου. Καθώς ο επιταχυντής της χημικής διαδικασίας εναποτίθεται στην επιφάνεια ουσιών που περιέχουν άνθρακα, οι οποίες σχηματίζονται κατά τις παράπλευρες αντιδράσεις της βαθιάς καταστροφής του αρχικού υδρογονάνθρακα, η δραστηριότητά του μειώνεται. Για να αποκατασταθεί η αρχική του δραστηριότητα, ο καταλύτης αναγεννάται φυσώντας τον με αέρα, ο οποίος αναμιγνύεται με καυσαέρια.
Συνθήκες ροής
Κατά την αφυδρογόνωση του βουτανίου, σχηματίζεται ακόρεστο βουτένιο σε κυλινδρικούς αντιδραστήρες. Ο αντιδραστήρας διαθέτει ειδικά δίκτυα διανομής αερίου, εγκατεστημένακυκλώνες που αιχμαλωτίζουν τη σκόνη του καταλύτη που παρασύρεται από το ρεύμα αερίου.
Η αφυδρογόνωση του βουτανίου σε βουτένια είναι η βάση για τον εκσυγχρονισμό των βιομηχανικών διεργασιών για την παραγωγή ακόρεστων υδρογονανθράκων. Εκτός από αυτή την αλληλεπίδραση, μια παρόμοια τεχνολογία χρησιμοποιείται για τη λήψη άλλων επιλογών για παραφίνες. Η αφυδρογόνωση του ν-βουτανίου έχει γίνει η βάση για την παραγωγή ισοβουτανίου, ν-βουτυλενίου, αιθυλοβενζολίου.
Υπάρχουν ορισμένες διαφορές μεταξύ των τεχνολογικών διεργασιών, για παράδειγμα, κατά την αφυδρογόνωση όλων των υδρογονανθράκων ενός αριθμού παραφινών, χρησιμοποιούνται παρόμοιοι καταλύτες. Η αναλογία μεταξύ της παραγωγής αιθυλοβενζολίου και ολεφινών δεν έγκειται μόνο στη χρήση ενός επιταχυντή διαδικασίας, αλλά και στη χρήση παρόμοιου εξοπλισμού.
Χρόνος χρήσης καταλύτη
Τι χαρακτηρίζει την αφυδρογόνωση του βουτανίου; Ο τύπος του καταλύτη που χρησιμοποιείται για αυτή τη διαδικασία είναι το οξείδιο του χρωμίου (3). Κατακρημνίζεται σε αμφοτερική αλουμίνα. Για να αυξηθεί η σταθερότητα και η επιλεκτικότητα του επιταχυντή διεργασίας, θα γίνει μίμηση με οξείδιο του καλίου. Με σωστή χρήση, η μέση διάρκεια μιας πλήρους λειτουργίας του καταλύτη είναι ένα έτος.
Καθώς χρησιμοποιείται, παρατηρείται σταδιακή εναπόθεση στερεών ενώσεων στο μείγμα των οξειδίων. Πρέπει να καούν έγκαιρα με ειδικές χημικές διαδικασίες.
Η δηλητηρίαση από καταλύτες συμβαίνει με υδρατμούς. Σε αυτό το μείγμα καταλυτών λαμβάνει χώρα η αφυδρογόνωση του βουτανίου. Η εξίσωση αντίδρασης θεωρείται στο σχολείο στο μάθημα των οργανικώνχημεία.
Σε περίπτωση αύξησης της θερμοκρασίας, παρατηρείται επιτάχυνση της χημικής διαδικασίας. Αλλά ταυτόχρονα, η επιλεκτικότητα της διαδικασίας μειώνεται επίσης και ένα στρώμα οπτάνθρακα εναποτίθεται στον καταλύτη. Επιπλέον, στο γυμνάσιο, συχνά προσφέρεται η ακόλουθη εργασία: γράψτε μια εξίσωση για την αντίδραση αφυδρογόνωσης βουτανίου, καύση αιθανίου. Αυτές οι διαδικασίες δεν συνεπάγονται ιδιαίτερες δυσκολίες.
Γράψτε την εξίσωση για την αντίδραση αφυδρογόνωσης και θα καταλάβετε ότι αυτή η αντίδραση προχωρά σε δύο αμοιβαία αντίθετες κατευθύνσεις. Για ένα λίτρο του όγκου του επιταχυντή αντίδρασης, υπάρχουν περίπου 1000 λίτρα βουτανίου σε αέρια μορφή ανά ώρα, έτσι συμβαίνει η αφυδρογόνωση του βουτανίου. Η αντίδραση συνδυασμού ακόρεστου βουτενίου με υδρογόνο είναι η αντίστροφη διαδικασία της αφυδρογόνωσης του κανονικού βουτανίου. Η απόδοση του βουτυλενίου στην άμεση αντίδραση είναι κατά μέσο όρο 50 τοις εκατό. Περίπου 90 κιλά βουτυλενίου σχηματίζονται από 100 κιλά του αρχικού αλκανίου μετά την αφυδρογόνωση, εάν η διαδικασία εκτελείται σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία περίπου 60 βαθμών.
Πρώτες ύλες για παραγωγή
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην αφυδρογόνωση του βουτανίου. Η εξίσωση της διαδικασίας βασίζεται στη χρήση πρώτης ύλης (μείγμα αερίων) που σχηματίζεται κατά τη διύλιση πετρελαίου. Στο αρχικό στάδιο, το κλάσμα βουτανίου καθαρίζεται επιμελώς από πεντένια και ισοβουτένια, τα οποία παρεμβαίνουν στην κανονική πορεία της αντίδρασης αφυδρογόνωσης.
Πώς αφυδρογονώνεται το βουτάνιο; Η εξίσωση αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνει πολλά βήματα. Μετά τον καθαρισμό, αφυδρογόνωση του καθαρισμένουβουτένια προς βουταδιένιο 1, 3. Το συμπύκνωμα που περιέχει τέσσερα άτομα άνθρακα, το οποίο ελήφθη στην περίπτωση καταλυτικής αφυδρογόνωσης του n-βουτανίου, περιέχει βουτένιο-1, n-βουτάνιο και βουτένια-2.
Είναι αρκετά προβληματικό να πραγματοποιηθεί ο ιδανικός διαχωρισμός του μείγματος. Με τη χρήση εκχυλιστικής και κλασματικής απόσταξης με διαλύτη, μπορεί να πραγματοποιηθεί ένας τέτοιος διαχωρισμός και να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα αυτού του διαχωρισμού.
Όταν εκτελείτε κλασματική απόσταξη σε συσκευές με μεγάλη ικανότητα διαχωρισμού, καθίσταται δυνατός ο πλήρης διαχωρισμός του κανονικού βουτανίου από το βουτένιο-1, καθώς και το βουτένιο-2.
Από οικονομική άποψη, η διαδικασία αφυδρογόνωσης του βουτανίου σε ακόρεστους υδρογονάνθρακες θεωρείται φθηνή παραγωγή. Αυτή η τεχνολογία καθιστά δυνατή την απόκτηση βενζίνης κινητήρων, καθώς και μια τεράστια ποικιλία χημικών προϊόντων.
Γενικά, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται μόνο σε εκείνες τις περιοχές όπου απαιτείται ένα ακόρεστο αλκένιο και το βουτάνιο έχει χαμηλό κόστος. Λόγω της μείωσης του κόστους και της βελτίωσης της διαδικασίας αφυδρογόνωσης του βουτανίου, το πεδίο χρήσης των διολεφινών και μονολεφινών έχει επεκταθεί σημαντικά.
Η διαδικασία αφυδρογόνωσης βουτανίου πραγματοποιείται σε ένα ή δύο στάδια, υπάρχει επιστροφή της μη αντιδράσας πρώτης ύλης στον αντιδραστήρα. Για πρώτη φορά στη Σοβιετική Ένωση, η αφυδρογόνωση βουτανίου πραγματοποιήθηκε σε καταλυτική κλίνη.
Χημικές ιδιότητες του βουτανίου
Εκτός από τη διαδικασία πολυμερισμού, το βουτάνιο έχει μια αντίδραση καύσης. Αιθάνιο, προπάνιο, άλλαΥπάρχουν αρκετοί εκπρόσωποι κορεσμένων υδρογονανθράκων στο φυσικό αέριο, επομένως είναι η πρώτη ύλη για όλους τους μετασχηματισμούς, συμπεριλαμβανομένης της καύσης.
Στο βουτάνιο, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στην υβριδική κατάσταση sp3, επομένως όλοι οι δεσμοί είναι απλοί, απλοί. Αυτή η δομή (τετραεδρικό σχήμα) καθορίζει τις χημικές ιδιότητες του βουτανίου.
Δεν είναι ικανό να εισέλθει σε αντιδράσεις προσθήκης, χαρακτηρίζεται μόνο από τις διαδικασίες ισομερισμού, υποκατάστασης, αφυδρογόνωσης.
Η υποκατάσταση με μόρια διατομικού αλογόνου πραγματοποιείται σύμφωνα με έναν ριζικό μηχανισμό και είναι απαραίτητες μάλλον σοβαρές συνθήκες (υπεριώδης ακτινοβολία) για την υλοποίηση αυτής της χημικής αλληλεπίδρασης. Από όλες τις ιδιότητες του βουτανίου, πρακτική σημασία έχει η καύση του, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση επαρκούς ποσότητας θερμότητας. Επιπλέον, η διαδικασία αφυδρογόνωσης κορεσμένων υδρογονανθράκων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την παραγωγή.
Στοιχεία αφυδρογόνωσης
Η διαδικασία αφυδρογόνωσης βουτανίου πραγματοποιείται σε σωληνοειδή αντιδραστήρα με εξωτερική θέρμανση σε σταθερό καταλύτη. Σε αυτήν την περίπτωση, η απόδοση βουτυλενίου αυξάνεται, ο αυτοματισμός παραγωγής απλοποιείται.
Μεταξύ των βασικών πλεονεκτημάτων αυτής της διαδικασίας είναι η ελάχιστη κατανάλωση καταλύτη. Μεταξύ των ελλείψεων, σημειώνεται σημαντική κατανάλωση κραματοποιημένου χάλυβα, υψηλές επενδύσεις κεφαλαίου. Επιπλέον, η καταλυτική αφυδάτωση του βουτανίου περιλαμβάνει τη χρήση σημαντικού αριθμού μονάδων, καθώς έχουν χαμηλή παραγωγικότητα.
Η παραγωγή έχει χαμηλή παραγωγικότητα, επομένωςως μέρος των αντιδραστήρων επικεντρώνεται στην αφυδρογόνωση και το δεύτερο μέρος βασίζεται στην αναγέννηση. Επιπλέον, ο μεγάλος αριθμός εργαζομένων στην παραγωγή θεωρείται επίσης μειονέκτημα αυτής της τεχνολογικής αλυσίδας. Πρέπει να θυμόμαστε ότι η αντίδραση είναι ενδόθερμη, επομένως η διαδικασία προχωρά σε υψηλή θερμοκρασία, παρουσία αδρανούς ουσίας.
Αλλά σε μια τέτοια κατάσταση υπάρχει κίνδυνος ατυχημάτων. Αυτό είναι δυνατό εάν έχουν σπάσει οι σφραγίδες στον εξοπλισμό. Ο αέρας που εισέρχεται στον αντιδραστήρα, όταν αναμιγνύεται με υδρογονάνθρακες, σχηματίζει ένα εκρηκτικό μείγμα. Προκειμένου να αποφευχθεί μια τέτοια κατάσταση, η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά με την εισαγωγή υδρατμών στο μείγμα της αντίδρασης.
Παραλλαγή διαδικασίας ενός βήματος
Για παράδειγμα, στο μάθημα της οργανικής χημείας, προσφέρεται η ακόλουθη εργασία: γράψτε μια εξίσωση για την αντίδραση αφυδρογόνωσης βουτανίου. Για να αντιμετωπίσουμε ένα τέτοιο έργο, αρκεί να υπενθυμίσουμε τις βασικές χημικές ιδιότητες των υδρογονανθράκων της κατηγορίας κορεσμένων υδρογονανθράκων. Ας αναλύσουμε τα χαρακτηριστικά της λήψης βουταδιενίου με μια διαδικασία αφυδρογόνωσης βουτανίου ενός σταδίου.
Η μπαταρία αφυδρογόνωσης βουτανίου περιλαμβάνει αρκετούς ξεχωριστούς αντιδραστήρες, ο αριθμός τους εξαρτάται από τον κύκλο λειτουργίας, καθώς και από τον όγκο των τμημάτων. Βασικά, πέντε έως οκτώ αντιδραστήρες περιλαμβάνονται στη μπαταρία.
Η διαδικασία αφυδρογόνωσης και αναγέννησης είναι 5-9 λεπτά, το στάδιο εμφύσησης ατμού διαρκεί 5 έως 20 λεπτά.
Λόγω του ότι η αφυδρογόνωσηΤο βουτάνιο πραγματοποιείται σε ένα στρώμα που κινείται συνεχώς, η διαδικασία είναι σταθερή. Αυτό συμβάλλει στη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης της παραγωγής, αυξάνει την παραγωγικότητα του αντιδραστήρα.
Η διαδικασία αφυδρογόνωσης σε ένα στάδιο του n-βουτανίου πραγματοποιείται σε χαμηλή πίεση (έως 0,72 MPa), σε θερμοκρασία υψηλότερη από αυτή που χρησιμοποιείται για την παραγωγή που πραγματοποιείται σε καταλύτη αλουμινίου-χρωμίου.
Δεδομένου ότι η τεχνολογία περιλαμβάνει τη χρήση αντιδραστήρα αναγεννητικού τύπου, η χρήση ατμού αποκλείεται. Εκτός από το βουταδιένιο, στο μείγμα σχηματίζονται βουτένια, τα οποία επανεισάγονται στο μείγμα της αντίδρασης.
Ένα στάδιο υπολογίζεται μέσω της αναλογίας των βουτανίων στο αέριο επαφής προς τον αριθμό τους στο φορτίο του αντιδραστήρα.
Μεταξύ των πλεονεκτημάτων αυτής της μεθόδου αφυδρογόνωσης βουτανίου, σημειώνουμε ένα απλοποιημένο τεχνολογικό σχήμα παραγωγής, μείωση της κατανάλωσης πρώτων υλών, καθώς και μείωση του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας για τη διαδικασία.
Οι αρνητικές παράμετροι αυτής της τεχνολογίας αντιπροσωπεύονται από μικρές περιόδους επαφής των συστατικών που αντιδρούν. Απαιτείται εξελιγμένος αυτοματισμός για τη διόρθωση αυτού του προβλήματος. Ακόμη και με τέτοια προβλήματα, η αφυδρογόνωση ενός σταδίου βουτανίου είναι μια πιο ευνοϊκή διαδικασία από την παραγωγή δύο σταδίων.
Κατά την αφυδρογόνωση του βουτανίου σε ένα στάδιο, η πρώτη ύλη θερμαίνεται σε θερμοκρασία 620 βαθμών. Το μείγμα στέλνεται στον αντιδραστήρα, βρίσκεται σε άμεση επαφή με τον καταλύτη.
Για να δημιουργήσετε αραίωση στους αντιδραστήρες,χρησιμοποιούνται συμπιεστές κενού. Το αέριο επαφής φεύγει από τον αντιδραστήρα για ψύξη και στη συνέχεια αποστέλλεται σε διαχωρισμό. Μετά την ολοκλήρωση του κύκλου αφυδρογόνωσης, η πρώτη ύλη μεταφέρεται στους επόμενους αντιδραστήρες και από αυτούς που έχει ήδη περάσει η χημική διαδικασία, αφαιρούνται ατμοί υδρογονανθράκων με εμφύσηση. Τα προϊόντα εκκενώνονται και οι αντιδραστήρες επαναχρησιμοποιούνται για αφυδρογόνωση βουτανίου.
Συμπέρασμα
Η κύρια αντίδραση αφυδρογόνωσης του κανονικού βουτανίου είναι η καταλυτική παραγωγή ενός μείγματος υδρογόνου και βουτενίων. Εκτός από την κύρια διαδικασία, μπορεί να υπάρχουν πολλές παράπλευρες διεργασίες που περιπλέκουν σημαντικά την τεχνολογική αλυσίδα. Το προϊόν που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της αφυδρογόνωσης θεωρείται πολύτιμη χημική πρώτη ύλη. Είναι η ζήτηση για παραγωγή που είναι ο κύριος λόγος για την αναζήτηση νέων τεχνολογικών αλυσίδων για τη μετατροπή των υδρογονανθράκων της περιοριστικής σειράς σε αλκένια.
