هیدروژن زدایی بوتان در یک بستر سیال یا متحرک از کاتالیزور کروم و آلومینیوم انجام می شود. این فرآیند در دمایی در محدوده 550 تا 575 درجه انجام می شود. از جمله ویژگی‌های واکنش، تداوم زنجیره تکنولوژیکی است.
ویژگی های فناوری
هیدروژن زدایی بوتان عمدتاً در راکتورهای آدیاباتیک تماسی انجام می شود. این واکنش در حضور بخار آب انجام می شود که به طور قابل توجهی فشار جزئی مواد گازی برهم کنش را کاهش می دهد. جبران اثر حرارتی گرمازا در دستگاه‌های واکنش سطحی با تامین گرما از طریق سطح با گازهای دودکش انجام می‌شود.
نسخه ساده شده
هیدروژن زدایی بوتان به ساده ترین روش شامل آغشته کردن اکسید آلومینیوم با محلول انیدرید کروم یا کرومات پتاسیم است.
کاتالیزور به دست آمده به فرآیندی سریع و با کیفیت کمک می کند. این شتاب دهنده فرآیند شیمیایی در محدوده قیمتی مقرون به صرفه است.
طرح تولید
هیدروژن زدایی بوتان واکنشی است که در آن هیچ مصرف قابل توجهی کاتالیزور انتظار نمی رود. محصولاتهیدروژن زدایی مواد اولیه به واحد تقطیر استخراجی منتقل می شود، جایی که کسر الفینی مورد نیاز جدا می شود. هیدروژن زدایی بوتان به بوتادین در یک راکتور لوله‌ای با گزینه گرمایش خارجی باعث تولید محصول خوب می‌شود.
ویژگی واکنش در ایمنی نسبی آن و همچنین در استفاده حداقلی از سیستم ها و دستگاه های پیچیده خودکار است. از مزایای این فناوری می توان به سادگی طرح ها و همچنین مصرف کم کاتالیزور ارزان قیمت اشاره کرد.
ویژگی های فرآیند
هیدروژن زدایی بوتان یک فرآیند برگشت پذیر است و افزایش حجم مخلوط مشاهده می شود. طبق اصل Le Chatelier، برای تغییر تعادل شیمیایی در این فرآیند به سمت به دست آوردن محصولات متقابل، باید فشار را در مخلوط واکنش کاهش داد.
بهینه فشار اتمسفر در دماهای تا 575 درجه، هنگام استفاده از کاتالیزور مخلوط کروم و آلومینیوم است. از آنجایی که شتاب دهنده فرآیند شیمیایی بر روی سطح مواد حاوی کربن که در طی واکنش های جانبی تخریب عمیق هیدروکربن اصلی تشکیل می شوند، رسوب می کند، فعالیت آن کاهش می یابد. برای بازگرداندن فعالیت اولیه خود، کاتالیزور با دمیدن آن با هوا که با گازهای دودکش مخلوط شده است، بازسازی می شود.
شرایط جریان
در طول هیدروژن زدایی بوتان، بوتن غیراشباع در راکتورهای استوانه ای شکل می گیرد. رآکتور دارای شبکه های توزیع گاز ویژه است، نصب شده استطوفان هایی که گرد و غبار کاتالیزوری را که توسط جریان گاز منتقل می شود، جذب می کنند.
هیدروژن زدایی بوتان به بوتن ها اساس نوسازی فرآیندهای صنعتی برای تولید هیدروکربن های غیر اشباع است. علاوه بر این تعامل، از فناوری مشابهی برای به دست آوردن گزینه های دیگر برای پارافین ها استفاده می شود. هیدروژن زدایی n-بوتان به پایه ای برای تولید ایزوبوتان، n-بوتیلن، اتیل بنزن تبدیل شده است.
تفاوت هایی بین فرآیندهای تکنولوژیکی وجود دارد، به عنوان مثال، هنگام هیدروژن زدایی تمام هیدروکربن های تعدادی پارافین، از کاتالیزورهای مشابه استفاده می شود. تشابه بین تولید اتیل بنزن و الفین ها نه تنها در استفاده از یک تسریع کننده فرآیند، بلکه در استفاده از تجهیزات مشابه است.
زمان استفاده از کاتالیزور
چه چیزی هیدروژن زدایی بوتان را مشخص می کند؟ فرمول کاتالیزور مورد استفاده برای این فرآیند، اکسید کروم (3) است. روی آلومینا آمفوتریک رسوب می کند. برای افزایش پایداری و گزینش‌پذیری شتاب‌دهنده فرآیند، از اکسید پتاسیم تقلید می‌شود. با استفاده مناسب، میانگین مدت کارکرد کامل کاتالیزور یک سال است.
همانطور که از آن استفاده می شود، رسوب تدریجی ترکیبات جامد روی مخلوط اکسیدها مشاهده می شود. آنها باید به موقع و با استفاده از فرآیندهای شیمیایی خاص سوزانده شوند.
مسمومیت کاتالیست با بخار آب رخ می دهد. بر روی این مخلوط از کاتالیزورها است که هیدروژن زدایی بوتان اتفاق می افتد. معادله واکنش در مدرسه در دوره آلی در نظر گرفته می شودشیمی.
در صورت افزایش دما، تسریع فرآیند شیمیایی مشاهده می شود. اما در عین حال گزینش پذیری فرآیند نیز کاهش می یابد و لایه ای از کک روی کاتالیزور رسوب می کند. علاوه بر این، در دبیرستان، اغلب وظایف زیر ارائه می شود: یک معادله برای واکنش هیدروژن زدایی بوتان، احتراق اتان بنویسید. این فرآیندها هیچ مشکل خاصی ندارند.
معادل واکنش هیدروژن زدایی را بنویسید و متوجه خواهید شد که این واکنش در دو جهت متقابل پیش می رود. برای یک لیتر از حجم تسریع کننده واکنش، تقریباً 1000 لیتر بوتان به صورت گازی در ساعت وجود دارد، به این ترتیب هیدروژن زدایی بوتان اتفاق می افتد. واکنش ترکیب بوتن غیراشباع با هیدروژن فرآیند معکوس هیدروژن زدایی بوتان معمولی است. بازده بوتیلن در واکنش مستقیم به طور متوسط 50 درصد است. اگر این فرآیند در فشار اتمسفر و دمای حدود 60 درجه انجام شود، حدود 90 کیلوگرم بوتیلن از 100 کیلوگرم آلکان شروع کننده پس از هیدروژن زدایی تشکیل می شود.
مواد اولیه برای تولید
بیایید نگاهی دقیق تر به هیدروژن زدایی بوتان بیندازیم. معادله فرآیند بر اساس استفاده از مواد اولیه (مخلوط گازها) تشکیل شده در طی پالایش نفت است. در مرحله اولیه، بخش بوتان به طور کامل از پنتن ها و ایزوبوتن ها که با روند طبیعی واکنش هیدروژن زدایی تداخل می کنند، خالص می شود.
چگونه بوتان هیدروژنه می شود؟ معادله این فرآیند شامل چندین مرحله است. پس از خالص سازی، هیدروژن زدایی از خالصبوتن ها به بوتادین 1، 3. کنسانتره حاوی چهار اتم کربن، که در مورد هیدروژن زدایی کاتالیزوری n-بوتان به دست آمد، حاوی بوتن-1، n-بوتان و بوتن-2 است.
انجام جداسازی ایده آل مخلوط کاملاً مشکل ساز است. با استفاده از تقطیر استخراجی و کسری با حلال می توان چنین جداسازی را انجام داد و کارایی این جداسازی را بهبود بخشید.
هنگام تقطیر کسری بر روی دستگاه هایی با ظرفیت جداسازی زیاد، جداسازی کامل بوتان معمولی از بوتن-1 و همچنین بوتن-2 امکان پذیر می شود.
از دیدگاه اقتصادی، فرآیند هیدروژن زدایی بوتان به هیدروکربن های غیراشباع یک تولید ارزان در نظر گرفته می شود. این فناوری امکان دستیابی به بنزین موتور و همچنین انواع زیادی از محصولات شیمیایی را فراهم می کند.
به طور کلی، این فرآیند فقط در مناطقی انجام می شود که به آلکن غیراشباع نیاز است و بوتان هزینه پایینی دارد. با توجه به کاهش هزینه و بهبود روش هیدروژن زدایی بوتان، دامنه استفاده از دیولفین ها و مونوفین ها به طور قابل توجهی گسترش یافته است.
روش هیدروژن زدایی بوتان در یک یا دو مرحله انجام می شود، مواد اولیه واکنش نداده به راکتور برمی گردد. برای اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی، هیدروژن زدایی بوتان در بستر کاتالیست انجام شد.
خواص شیمیایی بوتان
بوتان علاوه بر فرآیند پلیمریزاسیون، واکنش احتراق نیز دارد. اتان، پروپان، دیگراننماینده‌های کافی از هیدروکربن‌های اشباع در گاز طبیعی وجود دارد، بنابراین این ماده خام برای همه تغییرات، از جمله احتراق است.
در بوتان، اتم‌های کربن در حالت هیبریدی sp3 هستند، بنابراین همه پیوندها منفرد و ساده هستند. این ساختار (شکل چهار وجهی) خواص شیمیایی بوتان را تعیین می کند.
قادر به وارد شدن به واکنش های افزودنی نیست، فقط با فرآیندهای ایزومریزاسیون، جایگزینی، هیدروژن زدایی مشخص می شود.
جایگزینی با مولکول های هالوژن دیاتومیک طبق یک مکانیسم رادیکال انجام می شود و شرایط نسبتاً شدید (تابش اشعه ماوراء بنفش) برای اجرای این برهمکنش شیمیایی ضروری است. از بین تمام خواص بوتان، احتراق آن، همراه با آزاد شدن مقدار کافی گرما، اهمیت عملی دارد. علاوه بر این، فرآیند هیدروژن زدایی هیدروکربن های اشباع شده از اهمیت خاصی برای تولید برخوردار است.
ویژگی های هیدروژن زدایی
روش هیدروژن زدایی بوتان در یک راکتور لوله ای با گرمایش خارجی روی یک کاتالیزور ثابت انجام می شود. در این مورد، بازده بوتیلن افزایش می‌یابد، اتوماسیون تولید ساده می‌شود.
از جمله مزایای اصلی این فرآیند، حداقل مصرف کاتالیست است. در میان کاستی ها، مصرف قابل توجه فولادهای آلیاژی، سرمایه گذاری های بالا ذکر شده است. علاوه بر این، آبگیری کاتالیزوری بوتان شامل استفاده از تعداد قابل توجهی از واحدها است، زیرا آنها بهره وری پایینی دارند.
تولید بهره وری پایینی دارد، بنابراینبه عنوان بخشی از راکتورها بر هیدروژن زدایی متمرکز است و بخش دوم بر اساس بازسازی است. علاوه بر این، تعداد زیاد کارکنان در تولید نیز از معایب این زنجیره تکنولوژیکی تلقی می شود. باید به خاطر داشت که واکنش گرماگیر است، بنابراین فرآیند در دمای بالا و در حضور یک ماده بی اثر ادامه می‌یابد.
اما در چنین شرایطی خطر تصادف وجود دارد. در صورت شکستن مهر و موم در تجهیزات امکان پذیر است. هوایی که وارد راکتور می شود، وقتی با هیدروکربن ها مخلوط می شود، یک مخلوط انفجاری تشکیل می دهد. برای جلوگیری از چنین وضعیتی، با وارد کردن بخار آب به مخلوط واکنش، تعادل شیمیایی به سمت راست تغییر می‌کند.
نوع فرآیند یک مرحله ای
به عنوان مثال، در درس شیمی آلی، کار زیر ارائه می شود: یک معادله برای واکنش هیدروژن زدایی بوتان بنویسید. برای کنار آمدن با چنین وظیفه ای، کافی است ویژگی های شیمیایی پایه هیدروکربن های کلاس هیدروکربن های اشباع را یادآوری کنیم. بیایید ویژگی های بدست آوردن بوتادین را با فرآیند یک مرحله ای هیدروژن زدایی بوتان تجزیه و تحلیل کنیم.
باتری هیدروژن زدایی بوتان شامل چندین راکتور جداگانه است که تعداد آنها به چرخه عملیات و همچنین به حجم بخش ها بستگی دارد. اساساً پنج تا هشت راکتور در باتری گنجانده شده است.
فرآیند هیدروژن زدایی و بازسازی 5-9 دقیقه است، مرحله دمیدن بخار 5 تا 20 دقیقه طول می کشد.
با توجه به اینکه هیدروژن زداییبوتان در یک لایه به طور مداوم در حال حرکت انجام می شود، فرآیند پایدار است. این به بهبود عملکرد عملیاتی تولید کمک می کند، بهره وری راکتور را افزایش می دهد.
فرایند هیدروژن زدایی یک مرحله ای n-بوتان در فشار کم (تا 0.72 مگاپاسکال)، در دمایی بالاتر از دمایی که برای تولید بر روی کاتالیزور آلومینیوم-کروم استفاده می شود، انجام می شود.
از آنجایی که این فناوری شامل استفاده از یک راکتور نوع احیاکننده است، استفاده از بخار منتفی است. علاوه بر بوتادین، بوتن‌ها نیز در مخلوط تشکیل می‌شوند، آنها دوباره به مخلوط واکنش وارد می‌شوند.
یک مرحله از طریق نسبت بوتان در گاز تماس به تعداد آنها در بار راکتور محاسبه می شود.
در میان مزایای این روش هیدروژن زدایی بوتان، ما به یک طرح تکنولوژیکی ساده تولید، کاهش مصرف مواد خام و همچنین کاهش هزینه انرژی الکتریکی برای فرآیند اشاره می کنیم.
پارامترهای منفی این فناوری با دوره های کوتاه تماس اجزای واکنش نشان داده می شود. برای اصلاح این مشکل به اتوماسیون پیچیده نیاز است. حتی با وجود چنین مشکلاتی، هیدروژن زدایی بوتان یک مرحله ای یک فرآیند مطلوب تر از تولید دو مرحله ای است.
هنگام هیدروژن زدایی بوتان در یک مرحله، ماده اولیه تا دمای 620 درجه گرم می شود. مخلوط به راکتور فرستاده می شود و در تماس مستقیم با کاتالیزور است.
برای ایجاد نادری در راکتورها،از کمپرسورهای خلاء استفاده می شود. گاز تماسی از راکتور برای خنک شدن خارج می شود، سپس برای جداسازی فرستاده می شود. پس از تکمیل چرخه هیدروژن زدایی، مواد خام به راکتورهای بعدی منتقل می‌شود و از آن‌هایی که فرآیند شیمیایی قبلاً طی شده است، بخارات هیدروکربنی با دمیدن حذف می‌شوند. محصولات تخلیه شده و راکتورها برای هیدروژن زدایی بوتان مورد استفاده مجدد قرار می گیرند.
نتیجه گیری
واکنش اصلی هیدروژن زدایی بوتان معمولی تولید کاتالیزوری مخلوطی از هیدروژن و بوتن است. علاوه بر فرآیند اصلی، ممکن است فرآیندهای جانبی زیادی وجود داشته باشد که به طور قابل توجهی زنجیره فناوری را پیچیده می کند. محصولی که در نتیجه هیدروژن زدایی به دست می آید یک ماده خام شیمیایی با ارزش محسوب می شود. این تقاضا برای تولید است که دلیل اصلی جستجوی زنجیره های فناوری جدید برای تبدیل هیدروکربن های سری محدود کننده به آلکن است.
