Quá trình khử hydro của butan được thực hiện trong tầng sôi hoặc chuyển động của chất xúc tác crom và nhôm. Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ trong khoảng từ 550 đến 575 độ. Trong số các đặc điểm của phản ứng, chúng tôi lưu ý đến tính liên tục của dây chuyền công nghệ.
Tính năng Công nghệ
Butan khử hydro chủ yếu được thực hiện trong các lò phản ứng đoạn nhiệt tiếp xúc. Phản ứng được thực hiện với sự có mặt của hơi nước, làm giảm đáng kể áp suất riêng phần của các chất khí tương tác. Sự bù đắp trong các thiết bị phản ứng bề mặt cho hiệu ứng nhiệt thu nhiệt được thực hiện bằng cách cung cấp nhiệt qua bề mặt bằng khí thải.
Phiên bản giản thể
Khử hydro butan theo cách đơn giản nhất bao gồm việc ngâm tẩm nhôm oxit với dung dịch anhydrit cromic hoặc kali cromat.
Chất xúc tác tạo thành góp phần tạo ra quá trình nhanh chóng và chất lượng cao. Máy gia tốc quá trình hóa học này có giá cả phải chăng.
Đề án sản xuất
Butan dehydro hóa là một phản ứng mà không có sự tiêu thụ chất xúc tác đáng kể nào được mong đợi. Các sản phẩmQuá trình khử hydro của nguyên liệu ban đầu được đưa đến thiết bị chưng cất chiết suất, ở đó phần olefinic cần thiết được phân lập. Sự khử hydro của butan thành butadien trong lò phản ứng hình ống với tùy chọn gia nhiệt bên ngoài cho phép tạo ra sản phẩm tốt.
Tính cụ thể của phản ứng là ở độ an toàn tương đối của nó, cũng như việc sử dụng tối thiểu các hệ thống và thiết bị tự động phức tạp. Trong số những ưu điểm của công nghệ này, có thể kể đến sự đơn giản của thiết kế, cũng như việc tiêu thụ ít chất xúc tác rẻ tiền.
Tính năng của Quy trình
Sự khử hydro của butan là một quá trình thuận nghịch, và sự gia tăng thể tích của hỗn hợp được quan sát thấy. Theo nguyên lý Le Chatelier, để chuyển trạng thái cân bằng hóa học trong quá trình này theo hướng thu được các sản phẩm tương tác, cần phải hạ áp suất trong hỗn hợp phản ứng.
Tối ưu là áp suất khí quyển ở nhiệt độ lên đến 575 độ, khi sử dụng chất xúc tác hỗn hợp crom-nhôm. Khi chất tăng tốc của quá trình hóa học được lắng đọng trên bề mặt của các chất có chứa cacbon, được hình thành trong các phản ứng phụ của quá trình phá hủy sâu của hydrocacbon ban đầu, hoạt tính của nó giảm. Để khôi phục hoạt động ban đầu của nó, chất xúc tác được tái sinh bằng cách thổi nó với không khí, được trộn với khí thải.
Điều kiện dòng chảy
Trong quá trình dehydro hóa butan, butene không bão hòa được hình thành trong các lò phản ứng hình trụ. Lò phản ứng có các lưới phân phối khí đặc biệt, được lắp đặtlốc xoáy thu giữ bụi xúc tác do dòng khí mang đi.
Dehydro hóa butan thành butenes là cơ sở để hiện đại hóa các quy trình công nghiệp để sản xuất hydrocacbon không no. Ngoài sự tương tác này, một công nghệ tương tự được sử dụng để có được các lựa chọn khác cho parafin. Quá trình khử hydro của n-butan đã trở thành cơ sở để sản xuất isobutan, n-butylene, ethylbenzene.
Có một số khác biệt giữa các quy trình công nghệ, ví dụ, khi khử hydro tất cả các hydrocacbon của một số parafin, người ta sử dụng các chất xúc tác tương tự. Sự tương đồng giữa việc sản xuất ethylbenzene và olefin không chỉ nằm ở việc sử dụng một chất xúc tiến quy trình mà còn ở việc sử dụng các thiết bị tương tự.
Thời gian sử dụng chất xúc tác
Điều gì đặc trưng cho quá trình khử hydro của butan? Công thức của chất xúc tác được sử dụng cho quá trình này là oxit crom (3). Nó được kết tủa trên alumin lưỡng tính. Để tăng tính ổn định và tính chọn lọc của chất xúc tiến quá trình, nó sẽ được bắt chước với oxit kali. Với việc sử dụng hợp lý, thời gian trung bình của hoạt động chính thức của chất xúc tác là một năm.
Khi nó được sử dụng, sự lắng đọng dần dần của các hợp chất rắn trên hỗn hợp các oxit được quan sát thấy. Chúng phải được đốt cháy kịp thời bằng các quy trình hóa học đặc biệt.
Xảy ra ngộ độc xúc tác với hơi nước. Chính trên hỗn hợp xúc tác này xảy ra quá trình khử hydro của butan. Phương trình phản ứng được coi là ở trường trong khóa học hữu cơhóa học.
Trong trường hợp tăng nhiệt độ, quá trình hóa học được tăng tốc. Nhưng đồng thời, độ chọn lọc của quá trình cũng giảm, và một lớp than cốc lắng đọng trên chất xúc tác. Ngoài ra, ở trường phổ thông, người ta thường đưa ra nhiệm vụ sau: viết phương trình phản ứng hiđro hoá butan, đốt cháy etan. Các quy trình này không liên quan đến bất kỳ khó khăn cụ thể nào.
Viết phương trình phản ứng dehydro hóa, và bạn sẽ hiểu rằng phản ứng này diễn ra theo hai hướng ngược nhau. Đối với một lít thể tích của máy gia tốc phản ứng, có khoảng 1000 lít butan ở thể khí mỗi giờ, đây là cách xảy ra quá trình khử hydro của butan. Phản ứng kết hợp butene không no với hydro là quá trình ngược lại của quá trình dehydro hóa butan thông thường. Hiệu suất của butylen trong phản ứng trực tiếp trung bình là 50 phần trăm. Khoảng 90 kg butylen được hình thành từ 100 kg ankan ban đầu sau khi khử hydro nếu quá trình này được thực hiện ở áp suất khí quyển và nhiệt độ khoảng 60 độ.
Nguyên liệu sản xuất
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình khử hydro của butan. Phương trình quy trình dựa trên việc sử dụng nguyên liệu thô (hỗn hợp khí) được hình thành trong quá trình lọc dầu. Ở giai đoạn ban đầu, phần butan được tinh chế hoàn toàn khỏi pentene và isobutan, điều này gây trở ngại cho quá trình bình thường của phản ứng dehydro hóa.
Butan khử hydro bằng cách nào? Phương trình cho quá trình này bao gồm một số bước. Sau khi tinh chế, khử hydro củabutene thành butadiene 1, 3. Nồng độ chứa bốn nguyên tử carbon, thu được trong trường hợp xúc tác dehydro hóa n-butan, chứa butene-1, n-butan và butenes-2.
Việc tiến hành tách hỗn hợp lý tưởng là khá khó khăn. Bằng cách sử dụng chiết xuất và chưng cất phân đoạn với dung môi, có thể thực hiện quá trình phân tách như vậy và hiệu quả của quá trình phân tách này có thể được cải thiện.
Khi thực hiện chưng cất phân đoạn trên các thiết bị có công suất tách lớn, có thể tách hoàn toàn butan bình thường khỏi butene-1, cũng như butene-2.
Từ quan điểm kinh tế, quá trình dehydro hóa butan thành hydrocacbon không no được coi là một sản xuất rẻ tiền. Công nghệ này giúp bạn có thể thu được xăng động cơ cũng như nhiều loại sản phẩm hóa học khác nhau.
Nói chung, quá trình này chỉ được thực hiện ở những khu vực cần anken không bão hòa và butan có giá thành thấp. Do giảm chi phí và cải tiến quy trình khử hydro của butan, phạm vi sử dụng của diolefin và monolefin đã được mở rộng đáng kể.
Quy trình dehydro hóa butan được thực hiện trong một hoặc hai giai đoạn, có sự trở lại của nguyên liệu thô chưa phản ứng cho lò phản ứng. Lần đầu tiên ở Liên Xô, quá trình dehydro hóa butan được thực hiện trên lớp xúc tác.
Tính chất hóa học của butan
Ngoài quá trình trùng hợp butan còn có phản ứng cháy. Ethane, propan, những loại khácCó đủ các đại diện của hydrocacbon no trong khí tự nhiên, vì vậy nó là nguyên liệu cho tất cả các quá trình biến đổi, bao gồm cả quá trình đốt cháy.
Trong butan, nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp3 nên tất cả các liên kết đều là liên kết đơn, đơn giản. Cấu trúc này (hình tứ diện) quyết định các tính chất hóa học của butan.
Nó không có khả năng tham gia vào các phản ứng cộng, nó chỉ được đặc trưng bởi các quá trình đồng phân hóa, thay thế, khử hydro.
Sự thay thế bằng các phân tử halogen diatomic được thực hiện theo cơ chế triệt để, và các điều kiện khá khắc nghiệt (chiếu tia cực tím) là cần thiết để thực hiện tương tác hóa học này. Trong tất cả các tính chất của butan, sự đốt cháy của nó, kèm theo việc giải phóng một lượng nhiệt vừa đủ, có tầm quan trọng thực tế. Ngoài ra, quá trình khử hydro của hydrocacbon no được quan tâm đặc biệt để sản xuất.
Dehydrogenation cụ thể
Quy trình khử hydro hóa butan được thực hiện trong một lò phản ứng hình ống với sự gia nhiệt bên ngoài trên một chất xúc tác cố định. Trong trường hợp này, sản lượng butylene tăng lên, quá trình tự động hóa sản xuất được đơn giản hóa.
Trong số những ưu điểm chính của quá trình này là mức tiêu thụ chất xúc tác tối thiểu. Trong số những tồn tại, đáng chú ý là tiêu thụ thép hợp kim, đầu tư vốn cao. Ngoài ra, xúc tác khử nước của butan liên quan đến việc sử dụng một số lượng đáng kể các đơn vị, vì chúng có năng suất thấp.
Sản xuất có năng suất thấp, vì vậyvì một phần của các lò phản ứng tập trung vào quá trình khử hydro, và phần thứ hai dựa trên quá trình tái sinh. Ngoài ra, số lượng lao động quá lớn trong khâu sản xuất cũng được coi là một nhược điểm của dây chuyền công nghệ này. Cần phải nhớ rằng phản ứng thu nhiệt, vì vậy quá trình diễn ra ở nhiệt độ cao, với sự có mặt của một chất trơ.
Nhưng trong tình huống như vậy có nguy cơ xảy ra tai nạn. Điều này có thể xảy ra nếu các con dấu trong thiết bị bị hỏng. Không khí đi vào lò phản ứng, khi trộn với hydrocacbon, tạo thành hỗn hợp nổ. Để ngăn chặn tình huống như vậy, cân bằng hóa học được chuyển sang bên phải bằng cách đưa hơi nước vào hỗn hợp phản ứng.
Biến thể quy trình một bước
Ví dụ, trong khóa học hóa hữu cơ, nhiệm vụ sau được đưa ra: viết một phương trình phản ứng dehydro hóa butan. Để đối phó với nhiệm vụ đó, chỉ cần nhớ lại những tính chất hóa học cơ bản của hiđrocacbon thuộc nhóm hiđrocacbon no là đủ. Hãy phân tích các tính năng của việc thu được butadien bằng quy trình một giai đoạn khử hydro butan.
Pin khử hydro butan bao gồm một số lò phản ứng riêng biệt, số lượng của chúng phụ thuộc vào chu kỳ hoạt động, cũng như thể tích của các phần. Về cơ bản, năm đến tám lò phản ứng được bao gồm trong pin.
Quá trình khử hydro và tái sinh từ 5-9 phút, giai đoạn thổi hơi nước mất 5 đến 20 phút.
Do quá trình khử hydrobutan được thực hiện trong một lớp chuyển động liên tục, quá trình này ổn định. Điều này góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của sản xuất, tăng năng suất của lò phản ứng.
Quá trình khử hydro một giai đoạn của n-butan được thực hiện ở áp suất thấp (lên đến 0,72 MPa), ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ được sử dụng để sản xuất được thực hiện trên chất xúc tác nhôm-crom.
Vì công nghệ liên quan đến việc sử dụng lò phản ứng kiểu tái sinh nên việc sử dụng hơi nước bị loại trừ. Ngoài butadien, butenes được tạo thành trong hỗn hợp, chúng được đưa lại vào hỗn hợp phản ứng.
Một giai đoạn được tính toán thông qua tỷ lệ của butan trong khí tiếp xúc với số lượng của chúng trong điện tích lò phản ứng.
Trong số những ưu điểm của phương pháp khử hydro butan này, chúng tôi lưu ý rằng sơ đồ công nghệ sản xuất được đơn giản hóa, giảm tiêu thụ nguyên liệu thô cũng như giảm chi phí năng lượng điện cho quy trình.
Các thông số tiêu cực của công nghệ này được biểu thị bằng thời gian ngắn tiếp xúc của các thành phần phản ứng. Cần phải có sự tự động hóa tinh vi để khắc phục sự cố này. Ngay cả với những vấn đề như vậy, quá trình khử hydro butan một giai đoạn vẫn là một quy trình thuận lợi hơn so với sản xuất hai giai đoạn.
Khi khử hydro butan trong một giai đoạn, nguyên liệu thô được làm nóng đến nhiệt độ 620 độ. Hỗn hợp được đưa đến lò phản ứng, nó tiếp xúc trực tiếp với chất xúc tác.
Để tạo ra sự hiếm trong lò phản ứng,máy nén chân không được sử dụng. Khí tiếp xúc rời khỏi lò phản ứng để làm mát, sau đó nó được đưa đi tách. Sau khi hoàn thành chu trình dehydro hóa, nguyên liệu thô được chuyển đến các lò phản ứng tiếp theo, và từ những lò đã qua quá trình hóa học, hơi hydrocacbon được loại bỏ bằng cách thổi. Các sản phẩm được sơ tán và các lò phản ứng được sử dụng lại để khử hydro butan.
Kết
Phản ứng dehydro hóa chính của butan thông thường là xúc tác sản xuất hỗn hợp hydro và butene. Ngoài quy trình chính, có thể có nhiều quy trình phụ làm phức tạp đáng kể dây chuyền công nghệ. Sản phẩm thu được từ quá trình dehydro hóa được coi là một nguyên liệu thô hóa học có giá trị. Chính nhu cầu sản xuất là lý do chính dẫn đến việc tìm kiếm các dây chuyền công nghệ mới để chuyển hóa các hydrocacbon của dãy giới hạn thành các anken.
