Dehydrogenation של בוטאן מתבצע במצע נוזלי או נע של כרום ואלומיניום זרז. התהליך מתבצע בטמפרטורה בטווח שבין 550 ל-575 מעלות. בין מאפייני התגובה, נציין את המשכיות השרשרת הטכנולוגית.
תכונות טכנולוגיה
דה-הידרוגנציה של בוטאן מתבצעת בעיקר בכורים אדיאבטיים מגע. התגובה מתבצעת בנוכחות אדי מים, אשר מוריד באופן משמעותי את הלחץ החלקי של החומרים הגזים המקיימים אינטראקציה. פיצוי במכשירי תגובה פני השטח עבור האפקט התרמי האנדותרמי מתבצע על ידי אספקת חום דרך פני השטח עם גזי פליטה.
גרסה פשוטה
דה-הידרוגנציה של בוטאן בצורה הפשוטה ביותר כוללת הספגה של תחמוצת אלומיניום בתמיסה של כרומית אנהידריד או אשלגן כרומט.
הזרז המתקבל תורם לתהליך מהיר ואיכותי. מאיץ התהליך הכימי הזה הוא סביר בטווח מחירים.
תוכנית הפקה
Dehydrogenation של בוטן היא תגובה שבה לא צפויה צריכת זרז משמעותית. מוצריםדה-הידרוגנציה של חומר המוצא מועברים ליחידת הזיקוק המיצוי, שם מבודדים את החלק האולפיני הנדרש. דה-הידרוגנציה של בוטאן לבוטדיאן בכור צינורי עם אפשרות חימום חיצוני מאפשרת תפוקת מוצר טובה.
הספציפיות של התגובה היא בבטיחות היחסית שלה, כמו גם בשימוש מינימלי במערכות והתקנים אוטומטיים מורכבים. בין היתרונות של טכנולוגיה זו, ניתן לציין את פשטות העיצובים, כמו גם את הצריכה הנמוכה של זרז זול.
תכונות תהליך
דהידרוגנציה של בוטאן היא תהליך הפיך, ונראית עליה בנפח התערובת. על פי עקרון Le Chatelier, על מנת להעביר את שיווי המשקל הכימי בתהליך זה לקראת קבלת תוצרי אינטראקציה, יש צורך להוריד את הלחץ בתערובת התגובה.
אופטימלי הוא לחץ אטמוספרי בטמפרטורות של עד 575 מעלות, כאשר משתמשים בזרז מעורב כרום-אלומיניום. כאשר מאיץ התהליך הכימי מופקד על פני השטח של חומרים המכילים פחמן, הנוצרים במהלך תגובות לוואי של הרס עמוק של הפחמימן המקורי, פעילותו פוחתת. כדי להחזיר את הפעילות המקורית שלו, הזרז משוחזר על ידי ניפוח בו אוויר, המעורבב עם גזי פליטה.
תנאי זרימה
במהלך דה-הידרוגנציה של בוטאן, נוצר בוטן בלתי רווי בכורים גליליים. לכור מותקנות רשתות חלוקת גז מיוחדותציקלונים הלוכדים אבק זרז הנישא בזרם הגז.
דהידרוגנציה של בוטאן לבוטנים היא הבסיס למודרניזציה של תהליכים תעשייתיים לייצור פחמימנים בלתי רוויים. בנוסף לאינטראקציה זו, נעשה שימוש בטכנולוגיה דומה להשגת אפשרויות אחרות לפרפינים. דה-הידרוגנציה של n-בוטן הפכה לבסיס לייצור של איזובוטן, n-בוטילן, אתיל-בנזן.
יש כמה הבדלים בין תהליכים טכנולוגיים, למשל, בעת דהידרוגנרציה של כל הפחמימנים של מספר פרפינים, משתמשים בזרזים דומים. האנלוגיה בין ייצור אתיל-בנזן לאולפינים היא לא רק בשימוש במאיץ תהליך אחד, אלא גם בשימוש בציוד דומה.
זמן שימוש בקטליסט
מה מאפיין את דה-הידרוגנציה של בוטאן? הנוסחה של הזרז המשמש לתהליך זה היא תחמוצת כרום (3). הוא מושקע על אלומינה אמפוטרית. כדי להגביר את היציבות והסלקטיביות של מאיץ התהליך, הוא יחוקה עם תחמוצת אשלגן. בשימוש נכון, משך הזמן הממוצע של פעולה מלאה של הזרז הוא שנה.
בזמן השימוש בו, נצפית שקיעה הדרגתית של תרכובות מוצקות על תערובת התחמוצות. יש לשרוף אותם בזמן תוך שימוש בתהליכים כימיים מיוחדים.
הרעלת זרז מתרחשת עם אדי מים. על תערובת זו של זרזים מתרחשת דה-הידרוגנציה של בוטאן. משוואת התגובה נחשבת בבית הספר במהלך האורגניכימיה.
במקרה של עלייה בטמפרטורה, נצפית האצה של התהליך הכימי. אבל במקביל, גם הסלקטיביות של התהליך יורדת, ועל הזרז מונחת שכבת קוק. בנוסף, בתיכון, לרוב מוצעת המשימה הבאה: כתוב משוואה לתגובה של דה-הידרוגנציה של בוטאן, בעירה של אתאן. תהליכים אלה אינם כרוכים בקשיים מיוחדים.
כתוב את המשוואה לתגובת הדה-הידרוגנציה, ותבין שהתגובה הזו ממשיכה בשני כיוונים מנוגדים זה לזה. עבור ליטר אחד מנפח מאיץ התגובה, יש בערך 1000 ליטר בוטאן בצורת גז לשעה, כך מתרחשת דה-הידרוגנציה של בוטאן. התגובה של שילוב בוטן בלתי רווי עם מימן היא התהליך ההפוך של דה-הידרוגנציה של בוטאן רגיל. התשואה של בוטילן בתגובה הישירה היא בממוצע 50 אחוז. כ-90 ק"ג של בוטילן נוצרים מ-100 ק"ג מהאלקן ההתחלתי לאחר דה-הידרוגנציה אם התהליך מתבצע בלחץ אטמוספרי ובטמפרטורה של כ-60 מעלות.
חומרי גלם לייצור
בואו נסתכל מקרוב על דה-הידרוגנציה של בוטאן. משוואת התהליך מבוססת על השימוש בחומר הזנה (תערובת גזים) שנוצר במהלך זיקוק נפט. בשלב הראשוני, חלקי הבוטאן מטוהרים היטב מפטננים ואיזובוטנים, המפריעים למהלך התקין של תגובת הדה-הידרוגנציה.
כיצד בוטאן מתייבש? המשוואה לתהליך זה כוללת מספר שלבים. לאחר טיהור, דה-הידרוגנציה של המטוהריםבוטנים לבוטאדיאן 1, 3. התרכיז המכיל ארבעה אטומי פחמן, שהתקבל במקרה של דה-הידרוגנציה קטליטית של n-בוטן, מכיל בוטן-1, n-בוטן ובוטנים-2.
די בעייתי לבצע את ההפרדה האידיאלית של התערובת. על ידי שימוש בזיקוק מיצוי וחלקי עם ממס, ניתן לבצע הפרדה כזו, ולשפר את היעילות של הפרדה זו.
כאשר מבצעים זיקוק חלקי במכשירים בעלי יכולת הפרדה גדולה, ניתן להפריד באופן מלא בוטאן רגיל מבוטן-1, כמו גם בוטן-2.
מנקודת מבט כלכלית, תהליך הפירוק של בוטאן לפחמימנים בלתי רוויים נחשב לייצור לא יקר. טכנולוגיה זו מאפשרת להשיג בנזין מנוע, כמו גם מגוון עצום של מוצרים כימיים.
באופן כללי, תהליך זה מתבצע רק באותם אזורים שבהם יש צורך באלקן בלתי רווי, ולבוטאן יש עלות נמוכה. עקב הפחתת העלות ושיפור ההליך לדה-הידרוגנציה של בוטאן, היקף השימוש בדיאולפינים ובמונולפינים התרחב משמעותית.
הליך של דה-הידרוגנציה של בוטאן מתבצע בשלב אחד או שניים, יש החזרה של חומרי הזנה שלא מגיבים לכור. בפעם הראשונה בברית המועצות, דה-הידרוגנציה של בוטאן בוצעה במצע זרז.
מאפיינים כימיים של בוטאן
בנוסף לתהליך הפילמור, לבוטאן יש תגובת בעירה. איתן, פרופאן, אחריםיש מספיק נציגים של פחמימנים רוויים בגז טבעי, ולכן הוא חומר הגלם לכל התמורות, כולל בעירה.
בבוטאן, אטומי פחמן נמצאים במצב sp3-היברידי, כך שכל הקשרים הם בודדים, פשוטים. מבנה זה (צורה טטרהדרלית) קובע את התכונות הכימיות של בוטאן.
הוא לא מסוגל להיכנס לתגובות הוספה, הוא מאופיין רק בתהליכי איזומריזציה, החלפה, דה-הידרוגנציה.
החלפה במולקולות הלוגן דו-אטומיות מתבצעת על פי מנגנון רדיקלי, ויש צורך בתנאים קשים למדי (הקרנה אולטרה סגולה) לצורך יישום האינטראקציה הכימית הזו. מכל תכונותיו של בוטאן, יש חשיבות מעשית לשריפתו, המלווה בשחרור כמות מספקת של חום. בנוסף, תהליך הפירוק של פחמימנים רוויים הוא בעל עניין מיוחד לייצור.
פרטי דהידרוגנציה
הליך דה-הידרוגנציה של בוטן מתבצע בכור צינורי עם חימום חיצוני על זרז קבוע. במקרה זה, תפוקת הבוטילן עולה, אוטומציית הייצור מפושטת.
בין היתרונות העיקריים של תהליך זה היא צריכת הזרז המינימלית. בין החסרונות מצוינות צריכה משמעותית של פלדות סגסוגות, השקעות הון גבוהות. בנוסף, התייבשות קטליטית של בוטאן כרוכה בשימוש במספר משמעותי של יחידות, מאחר שיש להן תפוקה נמוכה.
ליצור יש פרודוקטיביות נמוכה, אזכחלק מהכורים מתמקד בדה-הידרוגנציה, והחלק השני מבוסס על רגנרציה. בנוסף, ריבוי העובדים בייצור נחשב גם הוא לחיסרון של שרשרת טכנולוגית זו. יש לזכור שהתגובה היא אנדותרמית, ולכן התהליך ממשיך בטמפרטורה מוגברת, בנוכחות חומר אינרטי.
אבל במצב כזה יש סיכון לתאונות. זה אפשרי אם החותמות בציוד נשברו. האוויר שנכנס לכור, כאשר הוא מעורבב עם פחמימנים, יוצר תערובת נפיצה. על מנת למנוע מצב כזה, שיווי המשקל הכימי מוסט ימינה על ידי הכנסת אדי מים לתערובת התגובה.
וריאנט תהליך חד-שלבי
לדוגמה, במהלך הכימיה האורגנית, מוצעת המשימה הבאה: כתוב משוואה לתגובה של דה-hydrogenation בוטאן. כדי להתמודד עם משימה כזו, די להיזכר בתכונות הכימיות הבסיסיות של פחמימנים מקבוצת הפחמימנים הרוויים. בואו ננתח את התכונות של השגת בוטאדיאן בתהליך חד-שלבי של דה-הידרוגנציה של בוטאן.
סוללת דה-הידרוגנציה של בוטאן כוללת מספר כורים נפרדים, מספרם תלוי במחזור הפעולה, כמו גם בנפח החתכים. בעיקרון, חמישה עד שמונה כורים כלולים בסוללה.
תהליך הדה-הידרוגנציה והתחדשות הוא 5-9 דקות, שלב ניפוח הקיטור אורך 5 עד 20 דקות.
בשל העובדה שהדה-הידרוגנציהבוטאן מתבצע בשכבה הנעה ברציפות, התהליך יציב. זה תורם לשיפור הביצועים התפעוליים של הייצור, מגדיל את הפרודוקטיביות של הכור.
תהליך של דה-הידרוגנציה חד-שלבית של n-בוטן מתבצע בלחץ נמוך (עד 0.72 MPa), בטמפרטורה גבוהה מזו המשמשת לייצור המתבצע על זרז אלומיניום-כרום.
מכיוון שהטכנולוגיה כוללת שימוש בכור מסוג רגנרטיבי, השימוש בקיטור אינו נכלל. בנוסף לבוטדיאן נוצרים בתערובת בוטננים, הם מוחדרים מחדש לתערובת התגובה.
שלב אחד מחושב באמצעות היחס בין הבוטנים בגז המגע למספרם במטען הכור.
בין היתרונות של שיטה זו של פירוק בוטאן, אנו מציינים תכנית טכנולוגית פשוטה של ייצור, ירידה בצריכת חומרי גלם, כמו גם הפחתה בעלות האנרגיה החשמלית לתהליך.
הפרמטרים השליליים של טכנולוגיה זו מיוצגים על ידי תקופות קצרות של מגע של הרכיבים המגיבים. נדרשת אוטומציה מתוחכמת כדי לתקן בעיה זו. אפילו עם בעיות כאלה, דה-הידרוגנציה של בוטאן חד-שלבית היא תהליך נוח יותר מאשר ייצור דו-שלבי.
בעת דהידרוגנרציה של בוטאן בשלב אחד, חומר ההזנה מחומם לטמפרטורה של 620 מעלות. התערובת נשלחת לכור, היא במגע ישיר עם הזרז.
כדי ליצור נדירות בכורים,משתמשים במדחסי ואקום. גז המגע יוצא מהכור לקירור, ואז הוא נשלח להפרדה. לאחר סיום מחזור הדה-הידרוגנציה, חומר הגלם מועבר לכורים הבאים, ומתוך אלו שבהם כבר עבר התהליך הכימי, מוציאים אדי פחמימנים בנשיפה. המוצרים מפונים והכורים נמצאים בשימוש חוזר לצורך פירוק בוטאן.
מסקנה
תגובת הדה-הידרוגנציה העיקרית של בוטאן רגיל היא ייצור קטליטי של תערובת של מימן ובוטנים. בנוסף לתהליך המרכזי, יתכנו תהליכים צדדיים רבים המסבכים משמעותית את השרשרת הטכנולוגית. המוצר המתקבל כתוצאה מהידרוגנציה נחשב לחומר גלם כימי יקר ערך. הביקוש לייצור הוא הסיבה העיקרית לחיפוש אחר שרשראות טכנולוגיות חדשות להמרת פחמימנים מהסדרה המגבילה לאלקנים.