Die Dehydrierung von Butan wird in einem Wirbel- oder Wanderbett aus Chrom- und Aluminiumkatalysator durchgeführt. Das Verfahren wird bei einer Temperatur im Bereich von 550 bis 575 Grad durchgeführt. Unter den Merkmalen der Reaktion bemerken wir die Kontinuität der technologischen Kette.
Technologiefunktionen
Butandehydrierung wird hauptsächlich in kontaktadiabatischen Reaktoren durchgeführt. Die Reaktion wird in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt, wodurch der Partialdruck der wechselwirkenden gasförmigen Substanzen deutlich gesenkt wird. Die Kompensation des endothermen thermischen Effekts in Oberflächenreaktionsapparaten erfolgt durch Wärmezufuhr über die Oberfläche mit Rauchgasen.
Vereinfachte Version
Die Dehydrierung von Butan erfolgt im einfachsten Fall durch Imprägnierung von Aluminiumoxid mit einer Lösung aus Chromsäureanhydrid oder Kaliumchromat.
Der resultierende Katalysator trägt zu einem schnellen und qualitativ hochwertigen Prozess bei. Dieser chemische Prozessbeschleuniger ist in einer Preisklasse erschwinglich.
Produktionsschema
Butandehydrierung ist eine Reaktion, bei der kein nennenswerter Katalysatorverbrauch zu erwarten ist. ProdukteDehydrierung des Ausgangsmaterials werden zur extraktiven Destillationseinheit geführt, wo die erforderliche olefinische Fraktion isoliert wird. Die Dehydrierung von Butan zu Butadien in einem Rohrreaktor mit externer Heizoption ermöglicht eine gute Produktausbeute.
Die Besonderheit der Reaktion liegt in ihrer relativen Sicherheit sowie in der minimalen Verwendung komplexer automatischer Systeme und Geräte. Zu den Vorteilen dieser Technologie zählen die Einfachheit des Designs sowie der geringe Verbrauch eines kostengünstigen Katalysators.
Prozessmerkmale
Die Dehydrierung von Butan ist ein reversibler Prozess, und es wird eine Volumenzunahme der Mischung beobachtet. Nach dem Le-Chatelier-Prinzip ist es zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in diesem Prozess in Richtung Wechselwirkungsprodukte notwendig, den Druck im Reaktionsgemisch zu senken.
Optimal ist Atmosphärendruck bei Temperaturen bis zu 575 Grad, wenn ein Chrom-Aluminium-Mischkatalysator verwendet wird. Da sich der Beschleuniger des chemischen Prozesses auf der Oberfläche kohlenstoffh altiger Substanzen ablagert, die bei Nebenreaktionen der tiefen Zerstörung des ursprünglichen Kohlenwasserstoffs entstehen, nimmt seine Aktivität ab. Um seine ursprüngliche Aktivität wiederherzustellen, wird der Katalysator durch Anblasen mit Luft, die mit Rauchgasen vermischt ist, regeneriert.
Strömungszustände
Bei der Dehydrierung von Butan entsteht in zylindrischen Reaktoren ungesättigtes Buten. Der Reaktor hat spezielle Gasverteilungsnetze, installiertZyklone, die vom Gasstrom mitgerissenen Katalysatorstaub auffangen.
Die Dehydrierung von Butan zu Butenen ist die Grundlage für die Modernisierung industrieller Prozesse zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Zusätzlich zu dieser Wechselwirkung wird eine ähnliche Technologie verwendet, um andere Optionen für Paraffine zu erh alten. Die Dehydrierung von n-Butan ist die Grundlage für die Herstellung von Isobutan, n-Butylen, Ethylbenzol geworden.
Es gibt einige Unterschiede zwischen den technologischen Prozessen, zum Beispiel werden bei der Dehydrierung aller Kohlenwasserstoffe einer Reihe von Paraffinen ähnliche Katalysatoren verwendet. Die Analogie zwischen der Herstellung von Ethylbenzol und Olefinen besteht nicht nur in der Verwendung eines einzigen Prozessbeschleunigers, sondern auch in der Verwendung ähnlicher Ausrüstung.
Catalysator-Nutzungszeit
Was charakterisiert die Dehydrierung von Butan? Die Formel des für dieses Verfahren verwendeten Katalysators ist Chromoxid (3). Es wird auf amphoterem Aluminiumoxid ausgefällt. Um die Stabilität und Selektivität des Prozessbeschleunigers zu erhöhen, wird dieser mit Kaliumoxid nachgeahmt. Bei sachgemäßer Anwendung beträgt die durchschnittliche Dauer eines vollwertigen Betriebs des Katalysators ein Jahr.
Bei der Verwendung wird eine allmähliche Abscheidung fester Verbindungen auf dem Oxidgemisch beobachtet. Sie müssen rechtzeitig durch spezielle chemische Verfahren ausgebrannt werden.
Katalysatorvergiftung tritt mit Wasserdampf auf. Auf dieser Katalysatormischung findet die Dehydrierung von Butan statt. Die Reaktionsgleichung wird in der Schule im Bio-Kurs betrachtetChemie.
Bei einer Temperaturerhöhung wird eine Beschleunigung des chemischen Prozesses beobachtet. Gleichzeitig nimmt aber auch die Selektivität des Prozesses ab und es lagert sich eine Koksschicht auf dem Katalysator ab. Außerdem wird in der Oberstufe oft folgende Aufgabe gestellt: Schreibe eine Reaktionsgleichung für die Reaktion Dehydrierung von Butan, Verbrennung von Ethan. Diese Verfahren sind mit keinen besonderen Schwierigkeiten verbunden.
Schreiben Sie die Gleichung für die Dehydrierungsreaktion auf, und Sie werden verstehen, dass diese Reaktion in zwei entgegengesetzte Richtungen abläuft. Auf einen Liter des Volumens des Reaktionsbeschleunigers kommen etwa 1000 Liter Butan in gasförmiger Form pro Stunde, so erfolgt die Dehydrierung von Butan. Die Reaktion der Kombination von ungesättigtem Buten mit Wasserstoff ist der umgekehrte Prozess der Dehydrierung von normalem Butan. Die Ausbeute an Butylen bei der direkten Umsetzung beträgt im Durchschnitt 50 Prozent. Aus 100 Kilogramm Ausgangsalkan werden nach der Dehydrierung etwa 90 Kilogramm Butylen gebildet, wenn der Prozess bei Atmosphärendruck und einer Temperatur von etwa 60 Grad durchgeführt wird.
Rohstoffe für die Produktion
Sehen wir uns die Dehydrierung von Butan genauer an. Die Prozessgleichung basiert auf der Verwendung von Ausgangsmaterial (Gasgemisch), das bei der Ölraffination entsteht. In der Anfangsphase wird die Butanfraktion gründlich von Pentenen und Isobutenen gereinigt, die den normalen Ablauf der Dehydrierungsreaktion stören.
Wie dehydriert Butan? Die Gleichung für diesen Prozess umfasst mehrere Schritte. Nach der Reinigung Dehydrierung des gereinigtenButene zu Butadien 1, 3. Das Konzentrat mit vier Kohlenstoffatomen, das bei der katalytischen Dehydrierung von n-Butan erh alten wurde, enthält Buten-1, n-Butan und Butene-2.
Es ist ziemlich problematisch, die ideale Mischungstrennung durchzuführen. Durch extraktive und fraktionierte Destillation mit einem Lösungsmittel kann eine solche Trennung durchgeführt und die Effizienz dieser Trennung verbessert werden.
Bei der fraktionierten Destillation an Apparaten mit großer Trennleistung wird es möglich, normales Butan sowohl von Buten-1 als auch von Buten-2 vollständig abzutrennen.
Aus wirtschaftlicher Sicht gilt der Prozess der Dehydrierung von Butan zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen als kostengünstige Produktion. Diese Technologie ermöglicht die Gewinnung von Motorbenzin sowie einer Vielzahl chemischer Produkte.
Im Allgemeinen wird dieses Verfahren nur in den Bereichen durchgeführt, in denen ein ungesättigtes Alken benötigt wird und Butan kostengünstig ist. Aufgrund der Kostenreduzierung und Verbesserung des Verfahrens zur Dehydrierung von Butan hat sich der Anwendungsbereich von Di- und Monoolefinen erheblich erweitert.
Die Verfahrensweise der Butan-Dehydrierung wird ein- oder zweistufig durchgeführt, es erfolgt eine Rückführung von nicht umgesetztem Einsatzstoff in den Reaktor. Erstmals in der Sowjetunion wurde die Butandehydrierung in einem Katalysatorbett durchgeführt.
Chemische Eigenschaften von Butan
Zusätzlich zum Polymerisationsprozess hat Butan eine Verbrennungsreaktion. Ethan, Propan, andereEs gibt genügend Vertreter von gesättigten Kohlenwasserstoffen in Erdgas, daher ist es der Rohstoff für alle Umwandlungen, einschließlich der Verbrennung.
In Butan befinden sich die Kohlenstoffatome im sp3-Hybridzustand, daher sind alle Bindungen einfach und einfach. Diese Struktur (Tetraederform) bestimmt die chemischen Eigenschaften von Butan.
Es ist nicht in der Lage, Additionsreaktionen einzugehen, es ist nur durch die Prozesse der Isomerisierung, Substitution, Dehydrierung gekennzeichnet.
Die Substitution mit zweiatomigen Halogenmolekülen erfolgt nach einem Radikalmechanismus, und für die Durchführung dieser chemischen Wechselwirkung sind ziemlich strenge Bedingungen (Ultraviolettbestrahlung) erforderlich. Von allen Eigenschaften von Butan ist seine Verbrennung unter Freisetzung einer ausreichenden Wärmemenge von praktischer Bedeutung. Darüber hinaus ist der Prozess der Dehydrierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen für die Produktion von besonderem Interesse.
Besonderheiten der Dehydrierung
Butan-Dehydrierungsverfahren wird in einem Rohrreaktor mit externer Beheizung an einem festen Katalysator durchgeführt. In diesem Fall erhöht sich die Butylenausbeute, die Produktionsautomatisierung wird vereinfacht.
Zu den Hauptvorteilen dieses Verfahrens gehört der minimale Katalysatorverbrauch. Unter den Mängeln sind ein erheblicher Verbrauch an legierten Stählen und hohe Kapitalinvestitionen zu verzeichnen. Darüber hinaus erfordert die katalytische Dehydratisierung von Butan die Verwendung einer erheblichen Anzahl von Einheiten, da diese eine geringe Produktivität aufweisen.
Die Produktion hat eine geringe Produktivität, alsoals Teil der Reaktoren konzentriert sich auf die Dehydrierung, und der zweite Teil basiert auf der Regenerierung. Als Nachteil dieser technologischen Kette gilt zudem die große Anzahl an Mitarbeitern in der Produktion. Es muss daran erinnert werden, dass die Reaktion endotherm ist, sodass der Prozess bei einer erhöhten Temperatur in Gegenwart einer inerten Substanz abläuft.
Aber in einer solchen Situation besteht Unfallgefahr. Dies ist möglich, wenn die Siegel im Gerät gebrochen sind. Die Luft, die in den Reaktor eintritt, bildet zusammen mit Kohlenwasserstoffen ein explosives Gemisch. Um dies zu verhindern, verschiebt man das chemische Gleichgewicht nach rechts, indem man Wasserdampf in das Reaktionsgemisch einträgt.
Einstufige Prozessvariante
Zum Beispiel wird im Kurs Organische Chemie folgende Aufgabe angeboten: Schreiben Sie eine Reaktionsgleichung für die Reaktion der Butan-Dehydrierung auf. Um eine solche Aufgabe zu bewältigen, genügt es, sich an die grundlegenden chemischen Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen der Klasse der gesättigten Kohlenwasserstoffe zu erinnern. Lassen Sie uns die Merkmale der Gewinnung von Butadien durch einen einstufigen Prozess der Butandehydrierung analysieren.
Die Butan-Dehydrierungsbatterie umfasst mehrere separate Reaktoren, deren Anzahl vom Betriebszyklus sowie vom Volumen der Abschnitte abhängt. Grundsätzlich sind fünf bis acht Reaktoren in der Batterie enth alten.
Der Prozess der Dehydrierung und Regeneration dauert 5-9 Minuten, die Dampfblasphase dauert 5 bis 20 Minuten.
Aufgrund der DehydrierungButan wird in einer sich kontinuierlich bewegenden Schicht durchgeführt, der Prozess ist stabil. Dies trägt zur Verbesserung der Betriebsleistung der Produktion bei und erhöht die Produktivität des Reaktors.
Der Prozess der einstufigen Dehydrierung von n-Butan wird bei niedrigem Druck (bis zu 0,72 MPa) und bei einer Temperatur durchgeführt, die höher ist als diejenige, die für die Produktion auf einem Aluminium-Chrom-Katalysator verwendet wird.
Da die Technologie die Verwendung eines regenerativen Reaktors beinh altet, ist die Verwendung von Dampf ausgeschlossen. Neben Butadien entstehen im Gemisch Butene, die wieder in das Reaktionsgemisch eingebracht werden.
Eine Stufe errechnet sich aus dem Verhältnis der Butane im Kontaktgas zu ihrer Anzahl im Reaktoreinsatz.
Zu den Vorteilen dieser Methode der Butan-Dehydrierung zählen ein vereinfachtes technologisches Produktionsschema, ein geringerer Verbrauch von Rohstoffen sowie eine Reduzierung der Kosten für elektrische Energie für den Prozess.
Die negativen Parameter dieser Technologie sind kurze Kontaktzeiten der reagierenden Komponenten. Um dieses Problem zu beheben, ist eine ausgeklügelte Automatisierung erforderlich. Auch bei solchen Problemen ist die einstufige Butandehydrierung ein günstigeres Verfahren als die zweistufige Herstellung.
Bei der einstufigen Dehydrierung von Butan wird das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur von 620 Grad erhitzt. Die Mischung wird in den Reaktor geschickt, sie steht in direktem Kontakt mit dem Katalysator.
Um eine Verdünnung in Reaktoren zu erzeugen,Vakuumkompressoren verwendet werden. Das Kontaktgas verlässt den Reaktor zur Kühlung und wird dann der Trennung zugeführt. Nachdem der Dehydrierungszyklus abgeschlossen ist, wird das Rohmaterial in die nächsten Reaktoren überführt, und von denen, in denen der chemische Prozess bereits durchlaufen wurde, werden Kohlenwasserstoffdämpfe durch Blasen entfernt. Die Produkte werden evakuiert und die Reaktoren für die Butan-Dehydrierung wiederverwendet.
Schlussfolgerung
Die Hauptreaktion der Dehydrierung von normalem Butan ist die katalytische Herstellung einer Mischung aus Wasserstoff und Butenen. Neben dem Hauptprozess kann es viele Nebenprozesse geben, die die technologische Kette erheblich verkomplizieren. Das durch die Dehydrierung erh altene Produkt gilt als wertvoller chemischer Rohstoff. Die Nachfrage nach Produktion ist der Hauptgrund für die Suche nach neuen technologischen Ketten zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen der Grenzreihe in Alkene.
