يتم نزع الهيدروجين من البوتان في طبقة مميعة أو متحركة من الكروم والألمنيوم المحفز. تتم العملية عند درجة حرارة تتراوح من 550 إلى 575 درجة. من بين سمات التفاعل ، نلاحظ استمرارية السلسلة التكنولوجية
ميزات التكنولوجيا
يتم إجراء نزع الهيدروجين من البيوتان بشكل أساسي في مفاعلات الحرارة التلامسية. يتم إجراء التفاعل في وجود بخار الماء ، مما يقلل بشكل كبير من الضغط الجزئي للمواد الغازية المتفاعلة. يتم إجراء التعويض في أجهزة التفاعل السطحي للتأثير الحراري الماص للحرارة عن طريق تزويد الحرارة عبر السطح بغازات المداخن.
نسخة مبسطة
نزع الهيدروجين من البيوتان بأبسط طريقة يتضمن تشريب أكسيد الألومنيوم بمحلول من أنهيدريد الكروم أو كرومات البوتاسيوم.
يساهم المحفز الناتج في عملية سريعة وعالية الجودة. مسرع العمليات الكيميائية هذا ميسور التكلفة في نطاق سعري.
مخطط الإنتاج
نزع هيدروجين البيوتان هو تفاعل لا يتوقع فيه استهلاك محفز كبير. منتجاتيتم أخذ نزع الهيدروجين من مادة البداية إلى وحدة التقطير الاستخراجي ، حيث يتم عزل الجزء الأوليفيني المطلوب. يسمح نزع الهيدروجين من البيوتان إلى البوتادين في مفاعل أنبوبي مع خيار التسخين الخارجي بإنتاجية جيدة للمنتج.
خصوصية التفاعل تكمن في سلامته النسبية ، وكذلك في الحد الأدنى من استخدام الأنظمة والأجهزة الآلية المعقدة. من بين مزايا هذه التقنية ، يمكن للمرء أن يذكر بساطة التصميمات ، فضلاً عن الاستهلاك المنخفض لمحفز غير مكلف.
ميزات العملية
نزع الهيدروجين من البيوتان عملية قابلة للعكس ، ويلاحظ زيادة في حجم الخليط. وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، من أجل تحويل التوازن الكيميائي في هذه العملية نحو الحصول على نواتج التفاعل ، من الضروري خفض الضغط في خليط التفاعل.
الأمثل هو الضغط الجوي عند درجات حرارة تصل إلى 575 درجة ، عند استخدام محفز مختلط من الكروم والألومنيوم. عندما يتم ترسيب مسرع العملية الكيميائية على سطح المواد المحتوية على الكربون ، والتي تتشكل أثناء التفاعلات الجانبية للتدمير العميق للهيدروكربون الأصلي ، ينخفض نشاطها. لاستعادة نشاطه الأصلي ، يتم تجديد المحفز بنفخه بالهواء الممزوج بغازات المداخن.
شروط التدفق
أثناء نزع الهيدروجين من البيوتان ، يتكون البيوتين غير المشبع في مفاعلات أسطوانية. يحتوي المفاعل على شبكات توزيع غاز خاصة مركّبةالأعاصير الحلزونية التي تلتقط غبار المحفز الذي يحمله تيار الغاز.
نزع الهيدروجين من البيوتان إلى البيوتين هو الأساس لتحديث العمليات الصناعية لإنتاج الهيدروكربونات غير المشبعة. بالإضافة إلى هذا التفاعل ، يتم استخدام تقنية مماثلة للحصول على خيارات أخرى للبارافينات. أصبح نزع الهيدروجين من n- البيوتان أساسًا لإنتاج أيزوبيوتان ، ن-بيوتيلين ، إيثيل بنزين.
هناك بعض الاختلافات بين العمليات التكنولوجية ، على سبيل المثال ، عند إزالة الهيدروجين من جميع الهيدروكربونات لعدد من البارافينات ، يتم استخدام محفزات مماثلة. القياس بين إنتاج إيثيل بنزين والأوليفينات لا يقتصر فقط على استخدام معجل عملية واحد ، ولكن أيضًا في استخدام معدات مماثلة.
وقت استخدام المحفز
ما الذي يميز نزع الهيدروجين من البيوتان؟ صيغة المحفز المستخدم لهذه العملية هي أكسيد الكروم (3). يترسب على الألومينا مذبذب. لزيادة ثبات وانتقائية مسرع العملية ، سيتم تقليده بأكسيد البوتاسيوم. مع الاستخدام السليم ، فإن متوسط مدة العملية الكاملة للمحفز هو عام.
عند استخدامه ، لوحظ ترسيب تدريجي للمركبات الصلبة على خليط الأكاسيد. يجب حرقها في الوقت المناسب باستخدام عمليات كيميائية خاصة.
يحدث التسمم بالمحفز ببخار الماء. يحدث نزع الهيدروجين من البيوتان في هذا المزيج من المحفزات. تعتبر معادلة التفاعل في المدرسة في سياق العضويةالكيمياء.
في حالة ارتفاع درجة الحرارة ، لوحظ تسارع في العملية الكيميائية. ولكن في الوقت نفسه ، تتناقص انتقائية العملية أيضًا ، ويتم ترسيب طبقة من فحم الكوك على المحفز. بالإضافة إلى ذلك ، في المدرسة الثانوية ، غالبًا ما يتم تقديم المهمة التالية: كتابة معادلة لتفاعل نزع الهيدروجين من البيوتان ، واحتراق الإيثان. هذه العمليات لا تنطوي على أي صعوبات معينة.
اكتب معادلة تفاعل نزع الهيدروجين ، وستفهم أن هذا التفاعل يسير في اتجاهين متعاكسين. بالنسبة إلى لتر واحد من حجم مُسرع التفاعل ، يوجد ما يقرب من 1000 لتر من البيوتان في صورة غازية في الساعة ، وهذه هي الطريقة التي يحدث بها نزع الهيدروجين من البيوتان. تفاعل الجمع بين البيوتين غير المشبع والهيدروجين هو عملية عكسية لنزع الهيدروجين من البيوتان العادي. يكون مردود البيوتيلين في التفاعل المباشر في المتوسط 50 بالمائة. حوالي 90 كيلوجرام من البيوتيلين تتكون من 100 كيلوجرام من ألكان البداية بعد نزع الهيدروجين إذا تمت العملية تحت ضغط جوي ودرجة حرارة حوالي 60 درجة.
مواد أولية للإنتاج
دعونا نلقي نظرة فاحصة على نزع الهيدروجين من البيوتان. تعتمد معادلة العملية على استخدام المواد الأولية (خليط الغازات) المتكونة أثناء تكرير النفط. في المرحلة الأولية ، يتم تنقية جزء البوتان تمامًا من البنتينات والأيزوبوتين ، والتي تتداخل مع المسار الطبيعي لتفاعل نزع الهيدروجين.
كيف يتم نزع الهيدروجين من البيوتان؟ تتضمن معادلة هذه العملية عدة خطوات. بعد تنقية ، نزع الهيدروجين من المنقىالبيوتين إلى بوتادين 1 ، 3. يحتوي المركز المحتوي على أربع ذرات كربون ، والذي تم الحصول عليه في حالة نزع الهيدروجين التحفيزي لـ n- بيوتان ، على بيوتين -1 ، n- بيوتان ، بيوتينات -2.
من الصعب جدًا إجراء الفصل المثالي للخليط. باستخدام التقطير الاستخراجي والتقطير التجزيئي باستخدام مذيب ، يمكن إجراء مثل هذا الفصل ، ويمكن تحسين كفاءة هذا الفصل.
عند إجراء التقطير التجزيئي على أجهزة ذات سعة فصل كبيرة ، يصبح من الممكن فصل البيوتان العادي تمامًا عن البيوتين -1 ، وكذلك البيوتين -2.
من وجهة نظر اقتصادية ، تعتبر عملية نزع الهيدروجين من البيوتان إلى الهيدروكربونات غير المشبعة إنتاجًا غير مكلف. تتيح هذه التقنية الحصول على بنزين المحرك ، بالإضافة إلى مجموعة كبيرة ومتنوعة من المنتجات الكيماوية.
بشكل عام ، يتم تنفيذ هذه العملية فقط في المناطق التي تحتاج إلى ألكين غير مشبع ، ويكون البوتان منخفض التكلفة. نظرًا لانخفاض التكلفة وتحسين إجراءات نزع الهيدروجين من البيوتان ، فقد توسع نطاق استخدام الديوليفينات والأحادية بشكل كبير.
يتم إجراء عملية نزع الهيدروجين من البوتان على مرحلتين أو مرحلتين ، حيث يتم عودة المواد الأولية غير المتفاعلة إلى المفاعل. لأول مرة في الاتحاد السوفيتي ، تم إجراء نزع الهيدروجين من البوتان في طبقة محفز.
الخصائص الكيميائية للبيوتان
بالإضافة إلى عملية البلمرة ، يحتوي البيوتان على تفاعل احتراق. الإيثان والبروبان وغيرهايوجد عدد كافٍ من ممثلي الهيدروكربونات المشبعة في الغاز الطبيعي ، لذلك فهو المادة الخام لجميع التحولات ، بما في ذلك الاحتراق.
في البيوتان ، تكون ذرات الكربون في الحالة الهجينة sp3 ، لذا فإن جميع الروابط مفردة وبسيطة. تحدد هذه البنية (شكل رباعي السطوح) الخصائص الكيميائية للبيوتان.
غير قادر على الدخول في تفاعلات إضافة ، يتميز فقط بعمليات الأزمرة ، الاستبدال ، نزع الهيدروجين.
يتم الاستبدال بجزيئات الهالوجين ثنائية الذرة وفقًا لآلية جذرية ، كما أن الظروف القاسية (التشعيع فوق البنفسجي) ضرورية لتنفيذ هذا التفاعل الكيميائي. من بين جميع خصائص البيوتان ، فإن احتراقه ، مصحوبًا بإطلاق كمية كافية من الحرارة ، له أهمية عملية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية نزع الهيدروجين من الهيدروكربون المشبع ذات أهمية خاصة للإنتاج.
تفاصيل نزع الهيدروجين
يتم تنفيذ إجراء نزع الهيدروجين من البيوتان في مفاعل أنبوبي مع تسخين خارجي على محفز ثابت. في هذه الحالة ، يزداد مردود البيوتيلين ، ويتم تبسيط أتمتة الإنتاج.
من بين المزايا الرئيسية لهذه العملية الحد الأدنى من استهلاك المحفز. من بين أوجه القصور ، لوحظ استهلاك كبير لسبائك الفولاذ ، واستثمارات رأس المال العالية. بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن الجفاف التحفيزي للبيوتان استخدام عدد كبير من الوحدات ، نظرًا لأن إنتاجيتها منخفضة.
إنتاجية منخفضة ، إذنكجزء من المفاعلات يركز على نزع الهيدروجين ، والجزء الثاني يعتمد على التجديد. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر العدد الكبير من الموظفين في الإنتاج أيضًا من عيوب هذه السلسلة التكنولوجية. يجب أن نتذكر أن التفاعل ماص للحرارة ، لذلك تستمر العملية عند درجة حرارة مرتفعة ، في وجود مادة خاملة.
لكن في مثل هذه الحالة هناك خطر وقوع حوادث. هذا ممكن إذا تم كسر الأختام في الجهاز. يشكل الهواء الذي يدخل المفاعل ، عند مزجه بالهيدروكربونات ، خليطًا متفجرًا. من أجل منع مثل هذا الموقف ، يتم تحويل التوازن الكيميائي إلى اليمين عن طريق إدخال بخار الماء في خليط التفاعل.
متغير العملية بخطوة واحدة
على سبيل المثال ، في سياق الكيمياء العضوية ، يتم تقديم المهمة التالية: كتابة معادلة لتفاعل نزع الهيدروجين من البوتان. من أجل التعامل مع مثل هذه المهمة ، يكفي تذكر الخصائص الكيميائية الأساسية للهيدروكربونات من فئة الهيدروكربونات المشبعة. دعونا نحلل ميزات الحصول على البوتادين من خلال عملية من مرحلة واحدة لنزع الهيدروجين من البيوتان.
تشتمل بطارية نزع الهيدروجين من البوتان على عدة مفاعلات منفصلة ، ويعتمد عددها على دورة التشغيل ، وكذلك على حجم الأقسام. بشكل أساسي ، يتم تضمين خمسة إلى ثمانية مفاعلات في البطارية.
عملية نزع الهيدروجين والتجديد هي 5-9 دقائق ، مرحلة نفخ البخار تستغرق من 5 إلى 20 دقيقة.
بسبب حقيقة أن نزع الهيدروجينيتم تنفيذ البيوتان في طبقة متحركة باستمرار ، وتكون العملية مستقرة. هذا يساهم في تحسين الأداء التشغيلي للإنتاج ، ويزيد من إنتاجية المفاعل.
تتم عملية نزع الهيدروجين على مرحلة واحدة من n- بيوتان تحت ضغط منخفض (يصل إلى 0.72 ميجا باسكال) ، عند درجة حرارة أعلى من تلك المستخدمة للإنتاج المنفذ على محفز من الألومنيوم والكروم.
نظرًا لأن التكنولوجيا تتضمن استخدام مفاعل من النوع المتجدد ، يتم استبعاد استخدام البخار. بالإضافة إلى البيوتاديين ، تتشكل البيوتين في الخليط ، ويعاد إدخالها في خليط التفاعل.
مرحلة واحدة يتم حسابها من خلال نسبة البيوتان في غاز التلامس إلى عددها في شحنة المفاعل.
من بين مزايا هذه الطريقة لنزع الهيدروجين من البوتان ، نلاحظ مخططًا تكنولوجيًا مبسطًا للإنتاج ، وانخفاض في استهلاك المواد الخام ، فضلاً عن انخفاض تكلفة الطاقة الكهربائية لهذه العملية.
يتم تمثيل المعلمات السلبية لهذه التقنية بفترات قصيرة من التلامس بين المكونات المتفاعلة. مطلوب أتمتة متطورة لتصحيح هذه المشكلة. حتى مع مثل هذه المشاكل ، فإن عملية نزع الهيدروجين من البوتان أحادية المرحلة هي عملية أكثر ملاءمة من الإنتاج على مرحلتين.
عند نزع الهيدروجين من البيوتان في مرحلة واحدة ، يتم تسخين المادة الأولية إلى درجة حرارة 620 درجة. يتم إرسال الخليط إلى المفاعل ، ويكون على اتصال مباشر مع المحفز.
لإنشاء خلخلة في المفاعلات ،تستخدم ضواغط الفراغ. يغادر غاز التلامس المفاعل للتبريد ، ثم يتم إرساله إلى الفصل. بعد اكتمال دورة نزع الهيدروجين ، يتم نقل المواد الخام إلى المفاعلات التالية ، ومن تلك التي مرت فيها العملية الكيميائية بالفعل ، تتم إزالة أبخرة الهيدروكربون عن طريق النفخ. يتم تفريغ المنتجات وإعادة استخدام المفاعلات لنزع الهيدروجين من البوتان.
الخلاصة
تفاعل نزع الهيدروجين الرئيسي للبيوتان العادي هو الإنتاج التحفيزي لمزيج من الهيدروجين والبيوتين. بالإضافة إلى العملية الرئيسية ، قد يكون هناك العديد من العمليات الجانبية التي تعقد بشكل كبير السلسلة التكنولوجية. يعتبر المنتج الذي تم الحصول عليه نتيجة نزع الهيدروجين مادة خام كيميائية قيمة. إن الطلب على الإنتاج هو السبب الرئيسي للبحث عن سلاسل تكنولوجية جديدة لتحويل الهيدروكربونات من السلسلة المحددة إلى ألكينات.
