Дегідрування бутану здійснюється в киплячому або рухомому шарі хромового і алюмінієвого каталізатора. Процес проводиться при температурі в діапазоні від 550 до 575 градусів. Серед особливостей протікання реакції зазначимо безперервність технологічного ланцюжки.

Особливості технології

Дегідрування бутану в основному виробляється в контактних адиабатических реакторах. Реакція здійснюється у присутності водяної пари, який істотно знижує парціальний тиск взаємодіючих газоподібних речовин. Компенсація в поверхневих реакційних апаратах ендотермічний теплового ефекту здійснюється шляхом підведення тепла через поверхню димовими газами.

Спрощений варіант

Дегідрування бутану найпростішим способом припускає просочення оксиду алюмінію розчином хромового ангідриду або хромовокислим калієм. Отриманий каталізатор сприяє швидкому і якісному протіканню процесу. Даний прискорювач хімічного процесу є доступним з цінового діапазону.

Схема виробництва

Дегідрування бутану - це реакція, в якій не передбачається суттєвого витрати каталізатора. Продукти дегідрування вихідної речовини потрапляють на блок екстрактивной ректифікації, де здійснюється виділення необхідної олефиновой фракції. Дегідрування бутану до бутадієну в трубчастому реакторі, що має зовнішній варіант обігріву, дозволяє забезпечувати непоганий вихід продукту. Специфіка реакції в її відносній безпеці, а також у мінімальному застосуванні складних автоматичних систем і приладів. Серед переваг цієї технології можна згадати простоту конструкцій, а також незначний витрата недорогого каталізатора.

Особливості процесу

Дегідрування бутану є оборотним процесом, причому спостерігається збільшення обсягу суміші. За принципом Ле-Шательє, для зміщення хімічної рівноваги в даному процесі в бік отримання продуктів взаємодії, необхідно знизити тиск в реакційній суміші. Оптимальним вважається атмосферний тиск при температурі до 575 градусів, при використанні змішаного хромоалюминиевого каталізатора. По мірі відкладення прискорювача хімічного процесу на поверхні вуглецевмісних речовин, які утворюються при протіканні побічних реакцій глибокої деструкції вихідного вуглеводню, його активність знижується. Щоб повернути йому початкову активність, каталізатор регенерують шляхом продувки його повітрям, який змішаний з топковими газами.

Умови протікання

При дегидрировании бутану утворюється в циліндричних реакторах непредельний бутен. У реакторі є спеціальні газорозподільні грати, встановлені циклони, які дозволяють вловлювати катализаторную пил, уносимую потоком газу. Дегідрування бутану в бутени є основою для модернізації промислових процесів одержання ненасичених вуглеводнів. Крім цього взаємодії, подібна технологія застосовується для отримання інших варіантів парафінів. Дегідрування н-бутану стало основою виробництва ізобутану, н-бутилену, етилбензолу. Між технологічними процесами є деякі відмінності, наприклад, при дегидрировании всіх вуглеводнів ряду парафінів використовують аналогічні каталізатори. Аналогія між виробництвом етилбензолу і олефінів не тільки в застосуванні одного прискорювача процесу, але й у використанні аналогічного обладнання.

Тривалість використання каталізатора

Чим характеризується дегідрування бутану? Формула каталізатора, використовуваного для даного процесу - це оксид хрому (3). Його осаджують на амфотерной окису алюмінію. Для підвищення стабільності й вибірковості прискорювача процесу, його проимитируют оксидом калію. При правильному використанні середня тривалість повноцінної роботи каталізатора становить рік. По мірі його експлуатації спостерігається поступове відкладення на суміші оксидів твердих сполук. Їх необхідно своєчасно випалювати, використовуючи спеціальні хімічні процеси. Отруєння каталізатора відбувається водяною парою. Саме на цій суміші каталізаторів відбувається дегідрування бутану. Рівняння реакції розглядається в школі в курсі органічної хімії. У разі підвищення температури спостерігається прискорення хімічного процесу. Але при цьому знижується і вибірковість процесу, спостерігається осідання на каталізаторі шару коксу. Крім того, у старшій школі часто пропонується таке завдання: напишіть рівняння реакції дегідрування бутану, горіння етану. Особливих складнощів дані процеси не припускають. Напишіть рівняння реакції дегідрування, і ви зрозумієте, що дана реакція протікає в двох взаімообратних напрямках. На один літр обсягу прискорювача реакції припадає приблизно 1000 літрів бутану в газоподібному вигляді за годину, так відбувається дегідрування бутану. Реакція з'єднання непредельного бутена з воднем є зворотним процесом дегидрированию нормального бутану. Вихід бутилену в прямої реакції складає в середньому 50 відсотків. З 100 кілограмів вихідного алкана після дегідрування утворюється близько 90 кілограмів бутилену в тому випадку, якщо процес здійснюється при атмосферному тиску й температурі близько 60 градусів.

Сировина для виробництва

Розглянемо докладніше дегідрування бутану. Рівняння процесу ґрунтується на застосуванні вихідної сировини (суміші газів), що утворюються при нафтопереробці. На початковому етапі відбувається ретельна очистка бутанової фракції від пентенов і изобутенов, які заважають нормальному протіканню реакції дегідрування. Як відбувається дегідрування бутану? Рівняння даного процесу припускає декілька ступенів. Після очищення відбувається дегідрування очищених бутенов до бутадієну 1 3. В концентраті, що містить чотири вуглецевих атома, який отримано у випадку каталітичного дегідрування н-бутану, є бутен-1 н-бутан, а також бутени-2. Провести ідеальне розділення суміші досить проблематично. При використанні екстракційної і фракційної перегонки з розчинником можна здійснити подібний поділ, підвищити ефективність даного поділу. При проведенні фракційної перегонки на апаратах, що мають велику роздільну здатність, з'являється можливість повноцінного відділення від бутена-1 нормального бутану, а також бутена-2. З економічної точки зору процес дегідрування бутану до ненасичених вуглеводнів вважається недорогим виробництвом. Подібна технологія дозволяє одержувати бензин моторний, а також величезна кількість різноманітних хімічних продуктів. В основному цей процес здійснюється тільки в тих районах, де необхідний непредельний алкен, і бутан має низьку вартість. Завдяки здешевленню та вдосконалення процедури дегідрування бутану, істотно розширилися сфери використання диолефинов і монолефинов. Процедура дегідрування бутану здійснюється в одну або дві стадії, спостерігається повернення непрореагировавшего сировини в реактор. Вперше в Радянському Союзі було проведено дегідрування бутану в шарі каталізатора.

Хімічні властивості бутану

Крім процесу полімеризації, є у бутану реакція горіння. Етану, пропану, інших представників насичених вуглеводнів досить міститься в природному газі, тому саме він є сировиною для всіх перетворень, включаючи і горіння. У бутані вуглецеві атоми знаходяться в sp3-гібридному стані, тому всі зв'язки одинарні, прості. Подібну будову (тетраедрическая форма) обумовлює хімічні властивості бутану. Він не здатний вступати в реакції приєднання, для нього характерні тільки процеси ізомеризації, заміщення, дегідрування. Заміщення з двохатомних молекул галогенів здійснюється по радикальному механізму, причому для здійснення даного хімічного взаємодії необхідні досить жорсткі умови (ультрафіолетове опромінення). Практичне значення з усіх властивостей бутану має його горіння, що супроводжується виділенням значної кількості теплоти. Крім того, особливий інтерес для виробництва представляє і процес дегідрування граничного вуглеводню.

Специфіка дегідрування

Процедура дегідрування бутану виконується в трубчастому реакторі, що має на нерухомому каталізаторі зовнішній обігрів. В такому випадку підвищується вихід бутилену, спрощується автоматика виробництва. Серед основних переваг такого процесу можна виділити мінімальний витрата каталізатора. Серед недоліків відзначають істотний витрата легованих сталей, високі капіталовкладення. Крім того, каталітична дегідратація бутану передбачає використання значної кількості агрегатів, так як вони мають невисоку продуктивність. Виробництво має низьку продуктивність, так як частина реакторів орієнтована на дегідрування, а друга їх частина базується на регенерації. Крім того, мінусом даної технологічної ланцюжка вважають і численність працівників на виробництві. Потрібно пам'ятати про те, що реакція є ендотермічної, тому процес протікає при підвищеній температурі, у присутності інертного речовини. Але в такій ситуації з'являється ризик виникнення аварій. Це можливо в тому випадку, якщо порушуються ущільнення в обладнанні. Повітря, що проникає в реактор, при змішуванні з вуглеводнями утворює вибухонебезпечну суміш. Для того щоб не допустити подібної ситуації, хімічна рівновага пересувають вправо шляхом внесення в реакційну суміш водяної пари.

Варіант одностадійного процесу

Наприклад, в курсі органічної хімії пропонується таке завдання: складіть рівняння реакції дегідрування бутану. Для того щоб впоратися з подібним завданням, досить згадати основні хімічні властивості вуглеводнів класу граничних вуглеводнів. Проаналізуємо особливості отримання бутадієну шляхом одностадійного процесу дегідрування бутану. Батарея дегідрування бутану включає в себе кілька окремих реакторів, їх чисельність залежить від циклу роботи, а також від обсягу секцій. В основному в батарею включено від п'яти до восьми реакторів. Процес дегідрування і зворотного регенерації становить 5-9 хвилин, на стадію продування парою йде від 5 до 20 хвилин. Завдяки тому що дегідрування бутану здійснюється безперервно рухомому шарі, процес є стійким. Це сприяє поліпшенню експлуатаційних показників виробництва, підвищує продуктивність реактора. Проводиться процес одностадійного дегідрування н-бутану при низькому тиску (до 072 Мпа), при температурі вище тієї, що використовується для виробництва, проведеного на алюмохромовом каталізаторі. Так як технологія передбачає використання реактора регенеративного виду, виключено застосування водяної пари. Крім бутадієну в суміші утворюються бутени, їх заново вводять в реакційну суміш. Одна стадія розраховується через ставлення бутанів, що перебувають у контактному газі, до їх числа в завантаженні реактора. Серед переваг такого способу дегідрування бутану зазначимо спрощену технологічну схему виробництва, зниження витратного кількості сировини, а також зменшення витрат електричної енергії на проведення процесу. Негативні параметри даної технології представлені короткими періодами контакту реагуючих компонентів. Для виправлення цієї проблеми потрібна складна автоматика. Навіть з урахуванням подібних проблем одностадійне дегідрування бутану, є більш сприятливим процесом, ніж двостадійне виробництво. При дегидрировании бутану в одну стадію, відбувається підігрівання початкового сировини до температури 620 градусів. Суміш подається в реактор, здійснюється її безпосередній контакт з каталізатором. Для створення в реакторах розрідження, застосовуються вакуум-компресори. Контактний газ йде з реактора на охолодження, далі він прямує на поділ. Після завершення циклу дегідрування сировина передається в наступні реактори, а з тих, де вже пройшов хімічний процес, видаляють шляхом продувки вуглеводневі пари. Продукти евакуюються, а реактори знову використовуються для дегідрування бутану.

Висновок

Основною реакцією дегідрування бутану нормальної будови є каталітичне отримання суміші водню і бутенов. Крім головного процесу, можливо наявність безлічі побічних, які істотно ускладнюють технологічний ланцюжок. Продукт, який отримують в результаті дегідрування, вважається цінним хімічним сировиною. Саме затребуваність виробництва є основною причиною пошуку нових технологічних ланцюжків перетворення вуглеводнів граничного ряду в алкени.