La deshidrogenación del butano se realiza en un lecho fluidizado o móvil de catalizador de cromo y aluminio. El proceso se lleva a cabo a una temperatura en el rango de 550 a 575 grados. Entre las características de la reacción, destacamos la continuidad de la cadena tecnológica.
Características de la tecnología
La deshidrogenación de butano se lleva a cabo principalmente en reactores adiabáticos de contacto. La reacción se lleva a cabo en presencia de vapor de agua, lo que reduce significativamente la presión parcial de las sustancias gaseosas que interactúan. En los aparatos de reacción de superficie, la compensación del efecto térmico endotérmico se realiza suministrando calor a través de la superficie con gases de combustión.
Versión simplificada
La deshidrogenación de butano de la forma más sencilla implica la impregnación de óxido de aluminio con una solución de anhídrido crómico o cromato de potasio.
El catalizador resultante contribuye a un proceso rápido y de alta calidad. Este acelerador de procesos químicos es asequible en un rango de precios.
Esquema de producción
La deshidrogenación de butano es una reacción en la que no se espera un consumo significativo de catalizador. productosdeshidrogenación del material de partida son llevados a la unidad de destilación extractiva, donde se aísla la fracción olefínica requerida. La deshidrogenación de butano a butadieno en un reactor tubular con opción de calentamiento externo permite obtener un buen rendimiento del producto.
La especificidad de la reacción está en su relativa seguridad, así como en el uso mínimo de sistemas y dispositivos automáticos complejos. Entre las ventajas de esta tecnología, se puede mencionar la simplicidad de los diseños, así como el bajo consumo de un catalizador económico.
Características del proceso
La deshidrogenación del butano es un proceso reversible y se observa un aumento en el volumen de la mezcla. De acuerdo con el principio de Le Chatelier, para desplazar el equilibrio químico en este proceso hacia la obtención de productos de interacción, es necesario disminuir la presión en la mezcla de reacción.
La presión atmosférica óptima es a temperaturas de hasta 575 grados, cuando se utiliza un catalizador mixto de cromo y aluminio. A medida que el acelerador del proceso químico se deposita en la superficie de las sustancias que contienen carbono, que se forman durante las reacciones secundarias de la destrucción profunda del hidrocarburo original, su actividad disminuye. Para restaurar su actividad original, el catalizador se regenera insuflándolo con aire, que se mezcla con los gases de combustión.
Condiciones de flujo
Durante la deshidrogenación del butano, se forma buteno insaturado en reactores cilíndricos. El reactor cuenta con rejillas especiales de distribución de gas, instaladasciclones que capturan el polvo del catalizador arrastrado por la corriente de gas.
La deshidrogenación de butano a butenos es la base para la modernización de los procesos industriales de producción de hidrocarburos insaturados. Además de esta interacción, se utiliza una tecnología similar para obtener otras opciones de parafinas. La deshidrogenación del n-butano se ha convertido en la base para la producción de isobutano, n-butileno y etilbenceno.
Existen algunas diferencias entre los procesos tecnológicos, por ejemplo, cuando se deshidrogenan todos los hidrocarburos de varias parafinas, se utilizan catalizadores similares. La analogía entre la producción de etilbenceno y olefinas no está solo en el uso de un acelerador de procesos, sino también en el uso de equipos similares.
Tiempo de uso del catalizador
¿Qué caracteriza la deshidrogenación del butano? La fórmula del catalizador utilizado para este proceso es el óxido de cromo (3). Se precipita sobre alúmina anfótera. Para aumentar la estabilidad y selectividad del acelerador de proceso, se imitará con óxido de potasio. Con el uso adecuado, la duración promedio de una operación completa del catalizador es de un año.
A medida que se utiliza, se observa una deposición gradual de compuestos sólidos sobre la mezcla de óxidos. Deben quemarse de manera oportuna mediante procesos químicos especiales.
La intoxicación por catalizador se produce con el vapor de agua. Es sobre esta mezcla de catalizadores donde se produce la deshidrogenación del butano. La ecuación de reacción se considera en la escuela en el curso de orgánica.química.
En el caso de un aumento de la temperatura, se observa una aceleración del proceso químico. Pero al mismo tiempo, la selectividad del proceso también disminuye y se deposita una capa de coque sobre el catalizador. Además, en la escuela secundaria, a menudo se ofrece la siguiente tarea: escribir una ecuación para la reacción de deshidrogenación de butano, combustión de etano. Estos procesos no implican ninguna dificultad particular.
Escribe la ecuación de la reacción de deshidrogenación y comprenderás que esta reacción procede en dos direcciones opuestas entre sí. Por un litro del volumen del acelerador de reacción, hay aproximadamente 1000 litros de butano en forma gaseosa por hora, es así como se produce la deshidrogenación del butano. La reacción de combinar buteno insaturado con hidrógeno es el proceso inverso de la deshidrogenación del butano normal. El rendimiento de butileno en la reacción directa es en promedio del 50 por ciento. Se forman unos 90 kilogramos de butileno a partir de 100 kilogramos del alcano inicial después de la deshidrogenación si el proceso se lleva a cabo a presión atmosférica y a una temperatura de unos 60 grados.
Materias primas para la producción
Echemos un vistazo más de cerca a la deshidrogenación del butano. La ecuación del proceso se basa en el uso de materia prima (mezcla de gases) formada durante la refinación del petróleo. En la etapa inicial, la fracción de butano se purifica completamente de pentenos e isobutenos, que interfieren con el curso normal de la reacción de deshidrogenación.
¿Cómo se deshidrogena el butano? La ecuación para este proceso implica varios pasos. Después de la purificación, la deshidrogenación del purificadobutenos a butadieno 1, 3. El concentrado que contiene cuatro átomos de carbono, que se obtuvo en el caso de la deshidrogenación catalítica de n-butano, contiene buteno-1, n-butano y butenos-2.
Es bastante problemático realizar la separación ideal de la mezcla. Mediante el uso de destilación extractiva y fraccionada con un solvente, se puede llevar a cabo dicha separación y se puede mejorar la eficiencia de esta separación.
Cuando se lleva a cabo la destilación fraccionada en aparatos con una gran capacidad de separación, es posible separar completamente el butano normal del buteno-1, así como del buteno-2.
Desde un punto de vista económico, el proceso de deshidrogenación de butano a hidrocarburos insaturados se considera una producción económica. Esta tecnología permite obtener gasolina de motor, así como una gran variedad de productos químicos.
En general, este proceso se realiza solo en aquellas zonas donde se necesita un alqueno insaturado, y el butano tiene un bajo costo. Debido a la reducción de costes y la mejora del procedimiento de deshidrogenación del butano, el alcance del uso de diolefinas y monolefinas se ha ampliado significativamente.
El procedimiento de deshidrogenación de butano se lleva a cabo en una o dos etapas, hay un retorno de materia prima sin reaccionar al reactor. Por primera vez en la Unión Soviética, la deshidrogenación de butano se llevó a cabo en un lecho catalítico.
Propiedades químicas del butano
Además del proceso de polimerización, el butano tiene una reacción de combustión. Etano, propano, otrosHay suficientes representantes de hidrocarburos saturados en el gas natural, por lo que es la materia prima para todas las transformaciones, incluida la combustión.
En el butano, los átomos de carbono están en el estado híbrido sp3, por lo que todos los enlaces son sencillos, simples. Esta estructura (forma tetraédrica) determina las propiedades químicas del butano.
No es capaz de entrar en reacciones de adición, se caracteriza únicamente por los procesos de isomerización, sustitución, deshidrogenación.
La sustitución con moléculas diatómicas de halógeno se lleva a cabo de acuerdo con un mecanismo de radicales, y son necesarias condiciones bastante severas (irradiación ultravioleta) para la implementación de esta interacción química. De todas las propiedades del butano, su combustión, acompañada de la liberación de una cantidad suficiente de calor, es de importancia práctica. Además, el proceso de deshidrogenación de hidrocarburos saturados es de particular interés para la producción.
Específicos de deshidrogenación
El procedimiento de deshidrogenación del butano se lleva a cabo en un reactor tubular con calentamiento externo sobre un catalizador fijo. En este caso, aumenta el rendimiento de butileno y se simplifica la automatización de la producción.
Entre las principales ventajas de este proceso se encuentra el mínimo consumo de catalizador. Entre las deficiencias se destacan un consumo importante de aceros aleados, inversiones de capital elevadas. Además, la deshidratación catalítica del butano implica el uso de un número importante de unidades, ya que tienen una productividad baja.
La producción tiene baja productividad, por lo quecomo parte de los reactores se enfoca en la deshidrogenación, y la segunda parte se basa en la regeneración. Además, la gran cantidad de empleados en la producción también se considera una desventaja de esta cadena tecnológica. Hay que recordar que la reacción es endotérmica, por lo que el proceso transcurre a temperatura elevada, en presencia de una sustancia inerte.
Pero en tal situación existe el riesgo de accidentes. Esto es posible si los sellos del equipo están rotos. El aire que ingresa al reactor, al mezclarse con los hidrocarburos, forma una mezcla explosiva. Para evitar tal situación, el equilibrio químico se desplaza hacia la derecha introduciendo vapor de agua en la mezcla de reacción.
Variante del proceso de un solo paso
Por ejemplo, en el curso de química orgánica, se ofrece la siguiente tarea: escribir una ecuación para la reacción de deshidrogenación del butano. Para hacer frente a tal tarea, es suficiente recordar las propiedades químicas básicas de los hidrocarburos de la clase de hidrocarburos saturados. Analicemos las características de la obtención de butadieno mediante un proceso de deshidrogenación de butano en una etapa.
La batería de deshidrogenación de butano incluye varios reactores separados, su número depende del ciclo de operación, así como del volumen de las secciones. Básicamente, la batería incluye de cinco a ocho reactores.
El proceso de deshidrogenación y regeneración es de 5 a 9 minutos, la etapa de soplado de vapor demora de 5 a 20 minutos.
Debido al hecho de que la deshidrogenaciónbutano se lleva a cabo en una capa en continuo movimiento, el proceso es estable. Esto contribuye a la mejora del rendimiento operativo de la producción, aumenta la productividad del reactor.
El proceso de deshidrogenación en una etapa del n-butano se lleva a cabo a baja presión (hasta 0,72 MPa), a una temperatura superior a la utilizada para la producción realizada sobre un catalizador de aluminio-cromo.
Dado que la tecnología implica el uso de un reactor de tipo regenerativo, se excluye el uso de vapor. Además del butadieno, en la mezcla se forman butenos, se vuelven a introducir en la mezcla de reacción.
Una etapa se calcula a través de la relación de butanos en el gas de contacto a su número en la carga del reactor.
Entre las ventajas de este método de deshidrogenación de butano, destacamos un esquema tecnológico simplificado de producción, una disminución en el consumo de materias primas, así como una reducción en el costo de la energía eléctrica para el proceso.
Los parámetros negativos de esta tecnología están representados por cortos períodos de contacto de los componentes que reaccionan. Se requiere una automatización sofisticada para corregir este problema. Incluso con tales problemas, la deshidrogenación de butano en una sola etapa es un proceso más favorable que la producción en dos etapas.
Al deshidrogenar butano en una etapa, la materia prima se calienta a una temperatura de 620 grados. La mezcla se envía al reactor, está en contacto directo con el catalizador.
Para crear rarefacción en reactores,Se utilizan compresores de vacío. El gas de contacto sale del reactor para su enfriamiento, luego se envía a separación. Una vez finalizado el ciclo de deshidrogenación, la materia prima se traslada a los siguientes reactores, y de aquellos en los que ya ha pasado el proceso químico, se eliminan los vapores de hidrocarburos por soplado. Los productos se evacuan y los reactores se reutilizan para la deshidrogenación de butano.
Conclusión
La principal reacción de deshidrogenación del butano normal es la producción catalítica de una mezcla de hidrógeno y butenos. Además del proceso principal, puede haber muchos procesos secundarios que complican significativamente la cadena tecnológica. El producto obtenido como resultado de la deshidrogenación se considera una valiosa materia prima química. Es la demanda de producción la razón principal de la búsqueda de nuevas cadenas tecnológicas para la conversión de hidrocarburos de la serie limitante en alquenos.