La deidrogenazione del butano viene effettuata in un letto fluido o mobile di cromo e catalizzatore di alluminio. Il processo viene eseguito a una temperatura compresa tra 550 e 575 gradi. Tra le caratteristiche della reazione si segnala la continuità della catena tecnologica.
Caratteristiche tecnologiche
La deidrogenazione del butano viene effettuata principalmente in reattori adiabatici a contatto. La reazione viene condotta in presenza di vapore acqueo, che abbassa notevolmente la pressione parziale delle sostanze gassose interagenti. La compensazione negli apparati di reazione superficiale per l'effetto termico endotermico viene effettuata fornendo calore attraverso la superficie con i gas di scarico.
Versione semplificata
La deidrogenazione del butano nel modo più semplice comporta l'impregnazione dell'ossido di alluminio con una soluzione di anidride cromica o di cromato di potassio.
Il catalizzatore risultante contribuisce a un processo rapido e di alta qualità. Questo acceleratore di processo chimico è accessibile in una fascia di prezzo.
Schema di produzione
La deidrogenazione del butano è una reazione in cui non è previsto un consumo significativo di catalizzatore. Prodottideidrogenazione del materiale di partenza sono portati all'unità di distillazione estrattiva, dove viene isolata la frazione olefinica richiesta. La deidrogenazione del butano in butadiene in un reattore tubolare con un'opzione di riscaldamento esterno consente una buona resa del prodotto.
La specificità della reazione sta nella sua relativa sicurezza, così come nell'uso minimo di sistemi e dispositivi automatici complessi. Tra i vantaggi di questa tecnologia, si può citare la semplicità dei progetti, nonché il basso consumo di un catalizzatore poco costoso.
Caratteristiche del processo
La deidrogenazione del butano è un processo reversibile e si osserva un aumento del volume della miscela. Secondo il principio di Le Chatelier, per spostare l'equilibrio chimico in questo processo verso l'ottenimento di prodotti di interazione, è necessario abbassare la pressione nella miscela di reazione.
L'ideale è la pressione atmosferica a temperature fino a 575 gradi, quando si utilizza un catalizzatore misto cromo-alluminio. Poiché l'acceleratore del processo chimico si deposita sulla superficie di sostanze contenenti carbonio, che si formano durante le reazioni collaterali della profonda distruzione dell'idrocarburo originale, la sua attività diminuisce. Per ripristinare la sua attività originaria, il catalizzatore viene rigenerato soffiandolo con aria, che viene miscelata con i gas di scarico.
Condizioni di flusso
Durante la deidrogenazione del butano, in reattori cilindrici si forma butene insaturo. Il reattore dispone di speciali reti di distribuzione del gas, installatecicloni che catturano la polvere di catalizzatore portata via dal flusso di gas.
La deidrogenazione del butano in buteni è la base per la modernizzazione dei processi industriali per la produzione di idrocarburi insaturi. Oltre a questa interazione, una tecnologia simile viene utilizzata per ottenere altre opzioni per le paraffine. La deidrogenazione dell'n-butano è diventata la base per la produzione di isobutano, n-butilene, etilbenzene.
Ci sono alcune differenze tra i processi tecnologici, ad esempio, quando si deidrogenano tutti gli idrocarburi di un certo numero di paraffine, vengono utilizzati catalizzatori simili. L'analogia tra la produzione di etilbenzene e olefine non sta solo nell'uso di un acceleratore di processo, ma anche nell'uso di apparecchiature simili.
Tempo di utilizzo del catalizzatore
Cosa caratterizza la deidrogenazione del butano? La formula del catalizzatore utilizzato per questo processo è l'ossido di cromo (3). Si precipita su allumina anfotera. Per aumentare la stabilità e la selettività dell'acceleratore di processo, sarà imitato con ossido di potassio. Con un uso corretto, la durata media di un'operazione a tutti gli effetti del catalizzatore è di un anno.
Con l'uso si osserva una deposizione graduale di composti solidi sulla miscela di ossidi. Devono essere bruciati in modo tempestivo utilizzando speciali processi chimici.
L'avvelenamento da catalizzatore si verifica con il vapore acqueo. È su questa miscela di catalizzatori che avviene la deidrogenazione del butano. L'equazione di reazione è considerata a scuola nel corso di organicochimica.
In caso di aumento della temperatura, si osserva un'accelerazione del processo chimico. Ma allo stesso tempo diminuisce anche la selettività del processo e sul catalizzatore si deposita uno strato di coke. Inoltre, al liceo, viene spesso offerto il seguente compito: scrivere un'equazione per la reazione di deidrogenazione del butano, combustione dell'etano. Questi processi non comportano particolari difficoltà.
Scrivi l'equazione per la reazione di deidrogenazione e capirai che questa reazione procede in due direzioni reciprocamente opposte. Per un litro del volume dell'acceleratore di reazione, ci sono circa 1000 litri di butano in forma gassosa all'ora, ecco come avviene la deidrogenazione del butano. La reazione di combinazione del butene insaturo con l'idrogeno è il processo inverso della deidrogenazione del normale butano. La resa di butilene nella reazione diretta è in media del 50%. Circa 90 chilogrammi di butilene si formano da 100 chilogrammi dell'alcano di partenza dopo la deidrogenazione se il processo viene eseguito a pressione atmosferica e una temperatura di circa 60 gradi.
Materie prime per la produzione
Diamo un'occhiata più da vicino alla deidrogenazione del butano. L'equazione del processo si basa sull'uso della materia prima (miscela di gas) formata durante la raffinazione del petrolio. Nella fase iniziale, la frazione butano viene completamente purificata da penteni e isobuteni, che interferiscono con il normale corso della reazione di deidrogenazione.
Come si deidrogena il butano? L'equazione per questo processo prevede diversi passaggi. Dopo purificazione, deidrogenazione del purificatobuteni a butadiene 1, 3. Il concentrato contenente quattro atomi di carbonio, ottenuto nel caso della deidrogenazione catalitica di n-butano, contiene butene-1, n-butano e buteni-2.
È abbastanza problematico effettuare la separazione ideale della miscela. Utilizzando la distillazione estrattiva e frazionata con un solvente, è possibile eseguire tale separazione e l'efficienza di questa separazione può essere migliorata.
Quando si esegue la distillazione frazionata su apparecchiature con una grande capacità di separazione, diventa possibile separare completamente il butano normale dal butene-1, così come il butene-2.
Da un punto di vista economico, il processo di deidrogenazione del butano ad idrocarburi insaturi è considerato una produzione poco costosa. Questa tecnologia consente di ottenere benzina per motori, nonché un'ampia varietà di prodotti chimici.
In generale, questo processo viene eseguito solo in quelle aree in cui è necessario un alchene insaturo e il butano ha un basso costo. Grazie alla riduzione dei costi e al miglioramento della procedura per la deidrogenazione del butano, l'ambito di utilizzo delle diolefine e delle monolefine è stato notevolmente ampliato.
La procedura di deidrogenazione del butano viene eseguita in una o due fasi, c'è un ritorno della materia prima non reagita al reattore. Per la prima volta in Unione Sovietica, la deidrogenazione del butano è stata effettuata in un letto di catalizzatore.
Proprietà chimiche del butano
Oltre al processo di polimerizzazione, il butano ha una reazione di combustione. Etano, propano, altriCi sono abbastanza rappresentanti di idrocarburi saturi nel gas naturale, quindi è la materia prima per tutte le trasformazioni, inclusa la combustione.
Nel butano, gli atomi di carbonio sono nello stato sp3-ibrido, quindi tutti i legami sono singoli, semplici. Questa struttura (forma tetraedrica) determina le proprietà chimiche del butano.
Non è in grado di entrare in reazioni di addizione, è caratterizzato solo dai processi di isomerizzazione, sostituzione, deidrogenazione.
La sostituzione con molecole di alogeno biatomico avviene secondo un meccanismo radicale e per l'attuazione di questa interazione chimica sono necessarie condizioni piuttosto severe (irradiazione ultravioletta). Di tutte le proprietà del butano, la sua combustione, accompagnata dal rilascio di una sufficiente quantità di calore, è di importanza pratica. Inoltre, il processo di deidrogenazione degli idrocarburi saturi è di particolare interesse per la produzione.
Specifiche di deidrogenazione
La procedura di deidrogenazione del butano viene eseguita in un reattore tubolare con riscaldamento esterno su catalizzatore fisso. In questo caso aumenta la resa in butilene, si semplifica l'automazione della produzione.
Tra i principali vantaggi di questo processo c'è il consumo minimo di catalizzatore. Tra le carenze si segnalano un consumo significativo di acciai legati, elevati investimenti di capitale. Inoltre, la disidratazione catalitica del butano comporta l'utilizzo di un numero significativo di unità, poiché hanno una bassa produttività.
La produzione ha una bassa produttività, quindicome parte dei reattori è incentrata sulla deidrogenazione e la seconda parte è basata sulla rigenerazione. Inoltre, anche l'elevato numero di dipendenti in produzione è considerato uno svantaggio di questa catena tecnologica. Va ricordato che la reazione è endotermica, quindi il processo procede a temperatura elevata, in presenza di una sostanza inerte.
Ma in una situazione del genere c'è il rischio di incidenti. Ciò è possibile se i sigilli nell'apparecchiatura sono rotti. L'aria che entra nel reattore, miscelata con idrocarburi, forma una miscela esplosiva. Per prevenire una tale situazione, l'equilibrio chimico viene spostato a destra introducendo vapore acqueo nella miscela di reazione.
Variante del processo in una fase
Ad esempio, nel corso di chimica organica, viene offerto il seguente compito: scrivere un'equazione per la reazione di deidrogenazione del butano. Per far fronte a tale compito, è sufficiente ricordare le proprietà chimiche di base degli idrocarburi della classe degli idrocarburi saturi. Analizziamo le caratteristiche dell'ottenimento del butadiene mediante un processo a uno stadio di deidrogenazione del butano.
La batteria di deidrogenazione al butano comprende diversi reattori separati, il loro numero dipende dal ciclo di funzionamento, oltre che dal volume delle sezioni. Fondamentalmente, nella batteria sono inclusi da cinque a otto reattori.
Il processo di deidrogenazione e rigenerazione è di 5-9 minuti, la fase di soffiaggio del vapore dura da 5 a 20 minuti.
A causa della deidrogenazioneil butano viene eseguito in uno strato in continuo movimento, il processo è stabile. Ciò contribuisce al miglioramento delle prestazioni operative della produzione, aumenta la produttività del reattore.
Il processo di deidrogenazione monostadio dell'n-butano viene effettuato a bassa pressione (fino a 0,72 MPa), ad una temperatura superiore a quella utilizzata per la produzione effettuata su un catalizzatore alluminio-cromo.
Poiché la tecnologia prevede l'utilizzo di un reattore di tipo rigenerativo, l'uso del vapore è escluso. Oltre al butadiene, nella miscela si formano buteni, che vengono reintrodotti nella miscela di reazione.
Uno stadio viene calcolato dal rapporto tra i butani nel gas di contatto e il loro numero nella carica del reattore.
Tra i vantaggi di questo metodo di deidrogenazione del butano, notiamo uno schema tecnologico di produzione semplificato, una diminuzione del consumo di materie prime, nonché una riduzione del costo dell'energia elettrica per il processo.
I parametri negativi di questa tecnologia sono rappresentati da brevi periodi di contatto dei componenti che reagiscono. Per correggere questo problema è necessaria un'automazione sofisticata. Anche con tali problemi, la deidrogenazione del butano a stadio singolo è un processo più favorevole rispetto alla produzione a due stadi.
Quando si deidrogena il butano in una fase, la materia prima viene riscaldata a una temperatura di 620 gradi. La miscela viene inviata al reattore, è a diretto contatto con il catalizzatore.
Per creare rarefazione nei reattori,vengono utilizzati compressori a vuoto. Il gas di contatto lascia il reattore per il raffreddamento, quindi viene inviato alla separazione. Terminato il ciclo di deidrogenazione, la materia prima viene trasferita ai successivi reattori, e da quelli dove è già passato il processo chimico, i vapori di idrocarburi vengono rimossi mediante soffiaggio. I prodotti vengono evacuati ei reattori vengono riutilizzati per la deidrogenazione del butano.
Conclusione
La principale reazione di deidrogenazione del normale butano è la produzione catalitica di una miscela di idrogeno e buteni. Oltre al processo principale, potrebbero esserci molti processi collaterali che complicano notevolmente la catena tecnologica. Il prodotto ottenuto a seguito della deidrogenazione è considerato una preziosa materia prima chimica. E' proprio la domanda di produzione la principale ragione per la ricerca di nuove catene tecnologiche per la conversione degli idrocarburi delle serie limite in alcheni.
