La déshydrogénation du butane est effectuée dans un lit fluidisé ou mobile de catalyseur de chrome et d'aluminium. Le processus est effectué à une température comprise entre 550 et 575 degrés. Parmi les caractéristiques de la réaction, on note la continuité de la chaîne technologique.
Caractéristiques technologiques
La déshydrogénation du butane est principalement réalisée dans des réacteurs adiabatiques à contact. La réaction est effectuée en présence de vapeur d'eau, ce qui abaisse considérablement la pression partielle des substances gazeuses en interaction. Dans les appareils de réaction de surface, la compensation de l'effet thermique endothermique est réalisée en apportant de la chaleur à travers la surface avec des gaz de combustion.
Version simplifiée
La déshydrogénation du butane de la manière la plus simple consiste à imprégner l'oxyde d'aluminium d'une solution d'anhydride chromique ou de chromate de potassium.
Le catalyseur résultant contribue à un processus rapide et de haute qualité. Cet accélérateur de processus chimique est abordable dans une gamme de prix.
Schéma de production
La déshydrogénation du butane est une réaction dans laquelle aucune consommation significative de catalyseur n'est attendue. Des produitsdéshydrogénation de la matière première sont acheminés vers l'unité de distillation extractive, où la fraction oléfinique requise est isolée. La déshydrogénation du butane en butadiène dans un réacteur tubulaire avec une option de chauffage externe permet un bon rendement du produit.
La spécificité de la réaction réside dans sa sécurité relative, ainsi que dans l'utilisation minimale de systèmes et dispositifs automatiques complexes. Parmi les avantages de cette technologie, on peut citer la simplicité des conceptions, ainsi que la faible consommation d'un catalyseur peu coûteux.
Caractéristiques du processus
La déshydrogénation du butane est un processus réversible, et on observe une augmentation du volume du mélange. Selon le principe de Le Chatelier, afin de déplacer l'équilibre chimique dans ce processus vers l'obtention de produits d'interaction, il est nécessaire d'abaisser la pression dans le mélange réactionnel.
Optimum est la pression atmosphérique à des températures allant jusqu'à 575 degrés, lors de l'utilisation d'un catalyseur mixte chrome-aluminium. Au fur et à mesure que l'accélérateur du processus chimique se dépose à la surface de substances contenant du carbone, qui se forment lors de réactions secondaires de destruction profonde de l'hydrocarbure d'origine, son activité diminue. Pour restaurer son activité d'origine, le catalyseur est régénéré en y insufflant de l'air qui est mélangé aux fumées.
Conditions de débit
Lors de la déshydrogénation du butane, du butène insaturé se forme dans des réacteurs cylindriques. Le réacteur dispose de réseaux spéciaux de distribution de gaz, installéscyclones qui capturent la poussière de catalyseur emportée par le flux gazeux.
La déshydrogénation du butane en butènes est à la base de la modernisation des procédés industriels de production d'hydrocarbures insaturés. En plus de cette interaction, une technologie similaire est utilisée pour obtenir d'autres options pour les paraffines. La déshydrogénation du n-butane est devenue la base de la production d'isobutane, de n-butylène et d'éthylbenzène.
Il existe certaines différences entre les processus technologiques, par exemple, lors de la déshydrogénation de tous les hydrocarbures d'un certain nombre de paraffines, des catalyseurs similaires sont utilisés. L'analogie entre la production d'éthylbenzène et d'oléfines réside non seulement dans l'utilisation d'un seul accélérateur de processus, mais également dans l'utilisation d'équipements similaires.
Temps d'utilisation du catalyseur
Qu'est-ce qui caractérise la déshydrogénation du butane ? La formule du catalyseur utilisé pour ce procédé est l'oxyde de chrome (3). Il est précipité sur alumine amphotère. Pour augmenter la stabilité et la sélectivité de l'accélérateur de procédé, celui-ci sera imité avec de l'oxyde de potassium. Avec une utilisation appropriée, la durée moyenne d'un fonctionnement à part entière du catalyseur est d'un an.
Au fur et à mesure de son utilisation, on observe un dépôt progressif de composés solides sur le mélange d'oxydes. Ils doivent être brûlés en temps opportun en utilisant des procédés chimiques spéciaux.
L'empoisonnement du catalyseur se produit avec la vapeur d'eau. C'est sur ce mélange de catalyseurs que se produit la déshydrogénation du butane. L'équation de la réaction est considérée à l'école dans le cours de matières organiques.chimie.
Dans le cas d'une augmentation de la température, on observe une accélération du processus chimique. Mais dans le même temps, la sélectivité du procédé diminue également, et une couche de coke se dépose sur le catalyseur. De plus, au secondaire, la tâche suivante est souvent proposée: écrire une équation de la réaction de déshydrogénation du butane, combustion de l'éthane. Ces procédés ne présentent pas de difficultés particulières.
Écrivez l'équation de la réaction de déshydrogénation et vous comprendrez que cette réaction se déroule dans deux directions opposées. Pour un litre du volume de l'accélérateur de réaction, il y a environ 1000 litres de butane sous forme gazeuse par heure, c'est ainsi que se produit la déshydrogénation du butane. La réaction de combinaison du butène insaturé avec l'hydrogène est le processus inverse de la déshydrogénation du butane normal. Le rendement en butylène dans la réaction directe est en moyenne de 50 %. Environ 90 kilogrammes de butylène sont formés à partir de 100 kilogrammes de l'alcane de départ après déshydrogénation si le processus est effectué à pression atmosphérique et à une température d'environ 60 degrés.
Matières premières pour la production
Regardons de plus près la déshydrogénation du butane. L'équation du processus est basée sur l'utilisation de la charge d'alimentation (mélange de gaz) formée lors du raffinage du pétrole. Au stade initial, la fraction butane est soigneusement purifiée des pentènes et des isobutènes, qui interfèrent avec le déroulement normal de la réaction de déshydrogénation.
Comment le butane se déshydrogéne-t-il ? L'équation de ce processus comporte plusieurs étapes. Après purification, déshydrogénation du produit purifiébutènes en butadiène 1, 3. Le concentré contenant quatre atomes de carbone, qui a été obtenu dans le cas de la déshydrogénation catalytique du n-butane, contient du butène-1, du n-butane et des butènes-2.
Il est assez problématique de réaliser la séparation idéale du mélange. En utilisant une distillation extractive et fractionnée avec un solvant, une telle séparation peut être effectuée et l'efficacité de cette séparation peut être améliorée.
Lors de la distillation fractionnée sur des appareils à grande capacité de séparation, il devient possible de séparer complètement le butane normal du butène-1, ainsi que du butène-2.
D'un point de vue économique, le processus de déshydrogénation du butane en hydrocarbures insaturés est considéré comme une production peu coûteuse. Cette technologie permet d'obtenir de l'essence moteur, ainsi qu'une grande variété de produits chimiques.
En général, ce processus est effectué uniquement dans les zones où un alcène insaturé est nécessaire, et le butane a un faible coût. En raison de la réduction des coûts et de l'amélioration de la procédure de déshydrogénation du butane, le champ d'utilisation des dioléfines et des monoléfines s'est considérablement élargi.
La procédure de déshydrogénation du butane s'effectue en une ou deux étapes, il y a un retour de la charge n'ayant pas réagi vers le réacteur. Pour la première fois en Union soviétique, la déshydrogénation du butane a été réalisée dans un lit catalytique.
Propriétés chimiques du butane
En plus du processus de polymérisation, le butane a une réaction de combustion. Éthane, propane, autresIl y a suffisamment de représentants d'hydrocarbures saturés dans le gaz naturel, c'est donc la matière première de toutes les transformations, y compris la combustion.
Dans le butane, les atomes de carbone sont à l'état hybride sp3, donc toutes les liaisons sont simples, simples. Cette structure (forme tétraédrique) détermine les propriétés chimiques du butane.
Il n'est pas capable d'entrer dans des réactions d'addition, il se caractérise uniquement par les processus d'isomérisation, de substitution, de déshydrogénation.
La substitution par des molécules halogénées diatomiques s'effectue selon un mécanisme radicalaire, et des conditions assez sévères (irradiation ultraviolette) sont nécessaires à la mise en oeuvre de cette interaction chimique. De toutes les propriétés du butane, sa combustion, accompagnée du dégagement d'une quantité suffisante de chaleur, revêt une importance pratique. De plus, le procédé de déshydrogénation des hydrocarbures saturés présente un intérêt particulier pour la production.
Détails de la déshydrogénation
La procédure de déshydrogénation du butane est réalisée dans un réacteur tubulaire avec chauffage externe sur un catalyseur fixe. Dans ce cas, le rendement en butylène augmente, l'automatisation de la production est simplifiée.
L'un des principaux avantages de ce procédé est la consommation minimale de catalyseur. Parmi les lacunes, on note une consommation importante d'aciers alliés, des investissements en capital élevés. De plus, la déshydratation catalytique du butane implique l'utilisation d'un nombre important d'unités, car elles ont une faible productivité.
La production a une faible productivité, doncune partie des réacteurs est axée sur la déshydrogénation, et la seconde partie est basée sur la régénération. De plus, le grand nombre d'employés en production est également considéré comme un inconvénient de cette chaîne technologique. Il faut se rappeler que la réaction est endothermique, donc le processus se déroule à une température élevée, en présence d'une substance inerte.
Mais dans une telle situation, il y a un risque d'accident. Cela est possible si les scellés de l'équipement sont brisés. L'air qui entre dans le réacteur, lorsqu'il est mélangé avec des hydrocarbures, forme un mélange explosif. Afin d'éviter une telle situation, l'équilibre chimique est déplacé vers la droite en introduisant de la vapeur d'eau dans le mélange réactionnel.
Variante de processus en une étape
Par exemple, dans le cours de chimie organique, la tâche suivante est proposée: écrire une équation de la réaction de déshydrogénation du butane. Pour faire face à une telle tâche, il suffit de rappeler les propriétés chimiques de base des hydrocarbures de la classe des hydrocarbures saturés. Analysons les caractéristiques d'obtention du butadiène par un processus en une étape de déshydrogénation du butane.
La batterie de déshydrogénation au butane comprend plusieurs réacteurs distincts, leur nombre dépend du cycle de fonctionnement, ainsi que du volume des sections. Fondamentalement, cinq à huit réacteurs sont inclus dans la batterie.
Le processus de déshydrogénation et de régénération dure de 5 à 9 minutes, l'étape de soufflage à la vapeur dure de 5 à 20 minutes.
En raison du fait que la déshydrogénationbutane est effectué dans une couche en mouvement continu, le processus est stable. Cela contribue à l'amélioration des performances opérationnelles de la production, augmente la productivité du réacteur.
Le procédé de déshydrogénation en une étape du n-butane est réalisé à basse pression (jusqu'à 0,72 MPa), à une température supérieure à celle utilisée pour la production réalisée sur un catalyseur aluminium-chrome.
Étant donné que la technologie implique l'utilisation d'un réacteur de type régénératif, l'utilisation de la vapeur est exclue. En plus du butadiène, des butènes se forment dans le mélange, ils sont réintroduits dans le mélange réactionnel.
Une étape est calculée par le rapport des butanes dans le gaz de contact à leur nombre dans la charge du réacteur.
Parmi les avantages de cette méthode de déshydrogénation du butane, on note un schéma technologique simplifié de production, une diminution de la consommation de matières premières, ainsi qu'une réduction du coût de l'énergie électrique pour le procédé.
Les paramètres négatifs de cette technologie sont représentés par de courtes périodes de contact des composants réactifs. Une automatisation sophistiquée est nécessaire pour corriger ce problème. Même avec de tels problèmes, la déshydrogénation du butane en une seule étape est un processus plus favorable que la production en deux étapes.
Lors de la déshydrogénation du butane en une étape, la matière première est chauffée à une température de 620 degrés. Le mélange est envoyé au réacteur, il est en contact direct avec le catalyseur.
Pour créer une raréfaction dans les réacteurs,des compresseurs à vide sont utilisés. Le gaz de contact quitte le réacteur pour se refroidir, puis il est envoyé à la séparation. Une fois le cycle de déshydrogénation terminé, la matière première est transférée vers les réacteurs suivants, et de ceux où le processus chimique est déjà passé, les vapeurs d'hydrocarbures sont éliminées par soufflage. Les produits sont évacués et les réacteurs sont réutilisés pour la déshydrogénation du butane.
Conclusion
La principale réaction de déshydrogénation du butane normal est la production catalytique d'un mélange d'hydrogène et de butènes. En plus du processus principal, il peut y avoir de nombreux processus secondaires qui compliquent considérablement la chaîne technologique. Le produit obtenu à la suite de la déshydrogénation est considéré comme une matière première chimique précieuse. C'est la demande de production qui est la principale raison de la recherche de nouvelles chaînes technologiques pour la conversion des hydrocarbures de la série limite en alcènes.