ბუტანის დეჰიდროგენიზაცია ხორციელდება ქრომის და ალუმინის კატალიზატორის თხევად ან მოძრავ საწოლში. პროცესი ტარდება ტემპერატურაზე 550-დან 575 გრადუსამდე დიაპაზონში. რეაქციის მახასიათებლებს შორის აღვნიშნავთ ტექნოლოგიური ჯაჭვის უწყვეტობას.
ტექნოლოგიის მახასიათებლები
ბუტანის დეჰიდროგენაცია ძირითადად ხორციელდება კონტაქტურ ადიაბატურ რეაქტორებში. რეაქცია წარმოებს წყლის ორთქლის არსებობისას, რაც საგრძნობლად აქვეითებს ურთიერთმოქმედ აირისებრი ნივთიერებების ნაწილობრივ წნევას. ზედაპირული რეაქციის აპარატებში ენდოთერმული თერმული ეფექტის კომპენსაცია ხორციელდება ზედაპირზე სითბოს მიწოდებით გრიპის აირებით.
გამარტივებული ვერსია
ბუტანის გაუწყლოება უმარტივესი გზით გულისხმობს ალუმინის ოქსიდის გაჟღენთვას ქრომის ანჰიდრიდის ან კალიუმის ქრომატის ხსნარით.
მიღებული კატალიზატორი ხელს უწყობს სწრაფ და მაღალხარისხიან პროცესს. ეს ქიმიური პროცესის ამაჩქარებელი ხელმისაწვდომია ფასების დიაპაზონში.
წარმოების სქემა
ბუტანის დეჰიდროგენაცია არის რეაქცია, რომელშიც არ არის მოსალოდნელი კატალიზატორის მნიშვნელოვანი მოხმარება. პროდუქტებისაწყისი მასალის დეჰიდროგენაცია გადაყვანილია ექსტრაქციული დისტილაციის განყოფილებაში, სადაც იზოლირებულია საჭირო ოლეფინური ფრაქცია. ბუტანის დეჰიდროგენაცია ბუტადიენად მილაკოვან რეაქტორში გარე გათბობის ოპციით იძლევა პროდუქტის კარგი მოსავლიანობის საშუალებას.
რეაქციის სპეციფიკა მდგომარეობს მის შედარებით უსაფრთხოებაში, ასევე რთული ავტომატური სისტემებისა და მოწყობილობების მინიმალურ გამოყენებაში. ამ ტექნოლოგიის უპირატესობებს შორის შეიძლება აღინიშნოს დიზაინის სიმარტივე, ასევე იაფი კატალიზატორის დაბალი მოხმარება.
პროცესის მახასიათებლები
ბუტანის დეჰიდროგენიზაცია შექცევადი პროცესია და შეინიშნება ნარევის მოცულობის ზრდა. Le Chatelier-ის პრინციპის მიხედვით, იმისათვის, რომ ამ პროცესში ქიმიური წონასწორობა გადაიტანოს ურთიერთქმედების პროდუქტების მიღებისკენ, აუცილებელია რეაქციის ნარევში წნევის შემცირება..
ოპტიმალური არის ატმოსფერული წნევა 575 გრადუსამდე ტემპერატურაზე, შერეული ქრომ-ალუმინის კატალიზატორის გამოყენებისას. ვინაიდან ქიმიური პროცესის ამაჩქარებელი დეპონირდება ნახშირბადის შემცველი ნივთიერებების ზედაპირზე, რომლებიც წარმოიქმნება ორიგინალური ნახშირწყალბადის ღრმა განადგურების გვერდითი რეაქციების დროს, მისი აქტივობა მცირდება. თავდაპირველი აქტივობის აღსადგენად კატალიზატორი რეგენერირებულია ჰაერით აფეთქებით, რომელიც შერეულია გრიპის აირებთან.
ნაკადის პირობები
ბუტანის გაუწყლოებისას ცილინდრულ რეაქტორებში წარმოიქმნება უჯერი ბუტენი. რეაქტორში დამონტაჟებულია გაზის გამანაწილებელი სპეციალური ბადეებიციკლონები, რომლებიც იჭერენ კატალიზატორის მტვერს გაზის ნაკადით.
ბუტანის დეჰიდროგენიზაცია ბუტენებად არის საფუძველი უჯერი ნახშირწყალბადების წარმოებისთვის სამრეწველო პროცესების მოდერნიზაციისთვის. ამ ურთიერთქმედების გარდა, მსგავსი ტექნოლოგია გამოიყენება პარაფინების სხვა ვარიანტების მისაღებად. n-ბუტანის დეჰიდროგენაცია გახდა იზობუტანის, ნ-ბუტილენის, ეთილბენზოლის წარმოების საფუძველი.
არის გარკვეული განსხვავებები ტექნოლოგიურ პროცესებს შორის, მაგალითად, მთელი რიგი პარაფინების ყველა ნახშირწყალბადების დეჰიდროგენიზაციისას გამოიყენება მსგავსი კატალიზატორები. ანალოგია ეთილბენზოლისა და ოლეფინების წარმოებას შორის არის არა მხოლოდ ერთი პროცესის ამაჩქარებლის გამოყენება, არამედ მსგავსი აღჭურვილობის გამოყენებაც.
კატალიზატორის გამოყენების დრო
რა ახასიათებს ბუტანის დეჰიდროგენიზაციას? ამ პროცესისთვის გამოყენებული კატალიზატორის ფორმულა არის ქრომის ოქსიდი (3). ის ნალექია ამფოტერულ ალუმინაზე. პროცესის ამაჩქარებლის სტაბილურობისა და სელექციურობის გასაზრდელად, მოხდება მისი იმიტაცია კალიუმის ოქსიდით. სათანადო გამოყენების შემთხვევაში, კატალიზატორის სრულფასოვანი მუშაობის საშუალო ხანგრძლივობა არის წელიწადი.
მისი გამოყენებისას შეინიშნება მყარი ნაერთების თანდათანობით დეპონირება ოქსიდების ნარევზე. ისინი დროულად უნდა დაიწვას სპეციალური ქიმიური პროცესების გამოყენებით.
კატალიზატორის მოწამვლა ხდება წყლის ორთქლით. სწორედ კატალიზატორების ამ ნარევზე ხდება ბუტანის დეჰიდროგენაცია. რეაქციის განტოლება სკოლაში განიხილება ორგანული კურსის განმავლობაშიქიმია.
ტემპერატურის მომატების შემთხვევაში შეინიშნება ქიმიური პროცესის დაჩქარება. მაგრამ ამავდროულად, პროცესის სელექციურობაც მცირდება და კოქსის ფენა ილექება კატალიზატორზე. გარდა ამისა, საშუალო სკოლაში ხშირად გვთავაზობენ შემდეგ დავალებას: დაწერეთ განტოლება ბუტანის გაუწყლოების რეაქციის, ეთანის წვის შესახებ. ეს პროცესები არ შეიცავს რაიმე განსაკუთრებულ სირთულეს.
დაწერეთ დეჰიდროგენაციის რეაქციის განტოლება და მიხვდებით, რომ ეს რეაქცია მიმდინარეობს ორი ერთმანეთის საპირისპირო მიმართულებით. რეაქციის ამაჩქარებლის მოცულობის ერთ ლიტრზე საათში დაახლოებით 1000 ლიტრი ბუტანია აირისებრი სახით, ასე ხდება ბუტანის დეჰიდროგენაცია. უჯერი ბუტენის წყალბადთან შეერთების რეაქცია არის ნორმალური ბუტანის დეჰიდროგენაციის საპირისპირო პროცესი. ბუტილენის გამოსავლიანობა პირდაპირ რეაქციაში საშუალოდ 50 პროცენტია. დაახლოებით 90 კილოგრამი ბუტილენი წარმოიქმნება 100 კილოგრამი საწყისი ალკანისგან დეჰიდროგენაციის შემდეგ, თუ პროცესი მიმდინარეობს ატმოსფერულ წნევაზე და დაახლოებით 60 გრადუს ტემპერატურაზე.
ნედლეული წარმოებისთვის
მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ ბუტანის დეჰიდროგენიზაციას. პროცესის განტოლება ეფუძნება ნავთობის გადამუშავების დროს წარმოქმნილი საკვების (აირების ნარევი) გამოყენებას. საწყის ეტაპზე ბუტანის ფრაქცია საფუძვლიანად იწმინდება პენტენებისა და იზობუტენებისგან, რომლებიც ხელს უშლიან დეჰიდროგენაციის რეაქციის ნორმალურ მიმდინარეობას.
როგორ ხდება ბუტანის დეჰიდროგენიზაცია? ამ პროცესის განტოლება მოიცავს რამდენიმე საფეხურს. გაწმენდის შემდეგ ხდება გაწმენდილის დეჰიდროგენაციაბუტენები ბუტადიენმდე 1, 3. ნახშირბადის ოთხი ატომის შემცველი კონცენტრატი, რომელიც მიიღეს n-ბუტანის კატალიზური დეჰიდროგენაციის შემთხვევაში, შეიცავს ბუტენ-1, n-ბუტანს და ბუტენებს-2.
საკმაოდ პრობლემურია ნარევის იდეალური გამოყოფის განხორციელება. გამხსნელით ექსტრაქციული და ფრაქციული დისტილაციის გამოყენებით, ასეთი გამოყოფა შეიძლება განხორციელდეს და ამ გამოყოფის ეფექტურობა გაუმჯობესდეს.
დიდი გამყოფი სიმძლავრის მქონე აპარატებზე ფრაქციული დისტილაციისას შესაძლებელი ხდება ნორმალური ბუტანის სრულად გამოყოფა ბუტენ-1-ისგან, ასევე ბუტენ-2-ისგან..
ეკონომიკური თვალსაზრისით, ბუტანის დეჰიდროგენაციის პროცესი უჯერი ნახშირწყალბადებად ითვლება იაფ წარმოებად. ეს ტექნოლოგია შესაძლებელს ხდის საავტომობილო ბენზინის მიღებას, ასევე ქიმიური პროდუქტების უზარმაზარი მრავალფეროვნებას.
ზოგადად, ეს პროცესი ტარდება მხოლოდ იმ ადგილებში, სადაც საჭიროა უჯერი ალკენი, ხოლო ბუტანს აქვს დაბალი ღირებულება. ღირებულების შემცირებისა და ბუტანის დეჰიდროგენიზაციის პროცედურის გაუმჯობესების გამო, მნიშვნელოვნად გაფართოვდა დიოლეფინებისა და მონოლეფინების გამოყენების სფერო.
ბუტანის დეჰიდროგენიზაციის პროცედურა ტარდება ერთ ან ორ ეტაპად, ხდება რეაქტორში არარეაგირებული საკვების დაბრუნება. პირველად საბჭოთა კავშირში ბუტანის დეჰიდროგენაცია ჩატარდა კატალიზატორის კალაპოტში.
ბუტანის ქიმიური თვისებები
პოლიმერიზაციის პროცესის გარდა, ბუტანს აქვს წვის რეაქცია. ეთანი, პროპანი და სხვაბუნებრივ აირში საკმარისია გაჯერებული ნახშირწყალბადების წარმომადგენლები, ამიტომ ის არის ნედლეული ყველა ტრანსფორმაციისთვის, მათ შორის წვისთვის.
ბუტანში ნახშირბადის ატომები sp3-ჰიბრიდულ მდგომარეობაშია, ამიტომ ყველა ბმა ერთჯერადი, მარტივია. ეს სტრუქტურა (ტეტრაედრული ფორმა) განსაზღვრავს ბუტანის ქიმიურ თვისებებს.
შეუძლია შევიდეს დამატებით რეაქციებში, ახასიათებს მხოლოდ იზომერიზაციის, ჩანაცვლების, დეჰიდროგენაციის პროცესები.
დიატომური ჰალოგენის მოლეკულებით ჩანაცვლება ხდება რადიკალური მექანიზმის მიხედვით და ამ ქიმიური ურთიერთქმედების განსახორციელებლად აუცილებელია საკმაოდ მძიმე პირობები (ულტრაიისფერი გამოსხივება). ბუტანის ყველა თვისებიდან პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს მის წვას, რომელსაც თან ახლავს საკმარისი რაოდენობის სითბოს გამოყოფა. გარდა ამისა, წარმოებისთვის განსაკუთრებით საინტერესოა გაჯერებული ნახშირწყალბადების დეჰიდროგენაციის პროცესი.
დეჰიდროგენაციის სპეციფიკა
ბუტანის დეჰიდროგენაციის პროცედურა ტარდება მილაკოვან რეაქტორში გარე გათბობით ფიქსირებულ კატალიზატორზე. ამ შემთხვევაში ბუტილენის მოსავლიანობა იზრდება, წარმოების ავტომატიზაცია გამარტივებულია.
ამ პროცესის მთავარ უპირატესობებს შორის არის კატალიზატორის მინიმალური მოხმარება. ნაკლოვანებებს შორის აღინიშნება შენადნობი ფოლადების მნიშვნელოვანი მოხმარება, მაღალი კაპიტალის ინვესტიციები. გარდა ამისა, ბუტანის კატალიზური დეჰიდრატაცია გულისხმობს ერთეულების მნიშვნელოვანი რაოდენობის გამოყენებას, რადგან მათ აქვთ დაბალი პროდუქტიულობა.
წარმოებას აქვს დაბალი პროდუქტიულობა, ამიტომროგორც რეაქტორების ნაწილი ორიენტირებულია დეჰიდროგენაციაზე, ხოლო მეორე ნაწილი ეფუძნება რეგენერაციას. გარდა ამისა, წარმოებაში დასაქმებულთა დიდი რაოდენობა ასევე ითვლება ამ ტექნოლოგიური ჯაჭვის მინუსად. უნდა გვახსოვდეს, რომ რეაქცია ენდოთერმულია, ამიტომ პროცესი მიმდინარეობს ამაღლებულ ტემპერატურაზე, ინერტული ნივთიერების თანდასწრებით.
მაგრამ ასეთ სიტუაციაში არის უბედური შემთხვევების რისკი. ეს შესაძლებელია, თუ მოწყობილობაში ბეჭდები გატეხილია. რეაქტორში შემავალი ჰაერი ნახშირწყალბადებთან შერევისას წარმოქმნის ასაფეთქებელ ნარევს. ასეთი სიტუაციის თავიდან ასაცილებლად, ქიმიური წონასწორობა გადაინაცვლებს მარჯვნივ, წყლის ორთქლის შეყვანით რეაქციულ ნარევში.
პროცესის ერთსაფეხურიანი ვარიანტი
მაგალითად, ორგანული ქიმიის კურსში შემოთავაზებულია შემდეგი დავალება: დაწერეთ განტოლება ბუტანის დეჰიდროგენაციის რეაქციისთვის. იმისათვის, რომ გაუმკლავდეთ ასეთ ამოცანას, საკმარისია გავიხსენოთ გაჯერებული ნახშირწყალბადების კლასის ნახშირწყალბადების ძირითადი ქიმიური თვისებები. გავაანალიზოთ ბუტადიენის მიღების თავისებურებები ბუტანის დეჰიდროგენიზაციის ერთსაფეხურიანი პროცესით.
ბუტანის დეჰიდროგენაციის ბატარეა მოიცავს რამდენიმე ცალკეულ რეაქტორს, მათი რაოდენობა დამოკიდებულია მუშაობის ციკლზე, ასევე სექციების მოცულობაზე. ძირითადად, ხუთიდან რვა რეაქტორი შედის ბატარეაში.
დეჰიდროგენაციისა და რეგენერაციის პროცესი 5-9 წუთია, ორთქლის აფეთქების ეტაპი 5-დან 20 წუთამდე.
იმის გამო, რომ დეჰიდროგენაციაბუტანი ხორციელდება განუწყვეტლივ მოძრავ ფენაში, პროცესი სტაბილურია. ეს ხელს უწყობს წარმოების ოპერატიული მუშაობის გაუმჯობესებას, ზრდის რეაქტორის პროდუქტიულობას.
ნ-ბუტანის ერთსაფეხურიანი დეჰიდროგენიზაციის პროცესი ტარდება დაბალ წნევაზე (0,72 მპა-მდე), უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე გამოიყენება ალუმინის-ქრომის კატალიზატორზე წარმოებისთვის.
ვინაიდან ტექნოლოგია გულისხმობს რეგენერაციული ტიპის რეაქტორის გამოყენებას, ორთქლის გამოყენება გამორიცხულია. ბუტადიენის გარდა ნარევში წარმოიქმნება ბუტენები, რომლებიც ხელახლა შეჰყავთ სარეაქციო ნარევში.
ერთი ეტაპი გამოითვლება კონტაქტურ აირში ბუტანების თანაფარდობით რეაქტორის მუხტში მათ რიცხვთან.
ბუტანის დეჰიდროგენიზაციის ამ მეთოდის უპირატესობებს შორის აღვნიშნავთ წარმოების გამარტივებულ ტექნოლოგიურ სქემას, ნედლეულის მოხმარების შემცირებას, ასევე პროცესისთვის ელექტროენერგიის ღირებულების შემცირებას.
ამ ტექნოლოგიის უარყოფითი პარამეტრები წარმოდგენილია რეაქციაში მყოფი კომპონენტების შეხების ხანმოკლე პერიოდებით. ამ პრობლემის გამოსასწორებლად საჭიროა დახვეწილი ავტომატიზაცია. ასეთი პრობლემების შემთხვევაშიც კი, ბუტანის ერთსაფეხურიანი დეჰიდროგენაცია უფრო ხელსაყრელი პროცესია, ვიდრე ორეტაპიანი წარმოება.
ბუტანის დეჰიდროგენიზაციისას ერთ ეტაპად, საკვების მასალა თბება 620 გრადუსამდე ტემპერატურამდე. ნარევი იგზავნება რეაქტორში, ის პირდაპირ კონტაქტშია კატალიზატორთან.
რეაქტორებში იშვიათობის შესაქმნელად,გამოიყენება ვაკუუმური კომპრესორები. საკონტაქტო გაზი ტოვებს რეაქტორს გასაცივებლად, შემდეგ იგზავნება განცალკევებისთვის. დეჰიდროგენაციის ციკლის დასრულების შემდეგ ნედლეული გადადის შემდეგ რეაქტორებში და იქიდან, სადაც ქიმიური პროცესი უკვე გავლილია, ნახშირწყალბადის ორთქლი ამოღებულია აფეთქებით. პროდუქტები ევაკუირებულია და რეაქტორები ხელახლა გამოიყენება ბუტანის დეჰიდროგენაციისთვის.
დასკვნა
ნორმალური ბუტანის დეჰიდროგენაციის ძირითადი რეაქცია არის წყალბადისა და ბუტენების ნარევის კატალიზური წარმოება. გარდა ძირითადი პროცესისა, შეიძლება იყოს მრავალი გვერდითი პროცესი, რომელიც მნიშვნელოვნად ართულებს ტექნოლოგიურ ჯაჭვს. დეჰიდროგენაციის შედეგად მიღებული პროდუქტი ითვლება ღირებულ ქიმიურ ნედლეულად. სწორედ წარმოებაზე მოთხოვნაა მთავარი მიზეზი ახალი ტექნოლოგიური ჯაჭვების ძიების შემზღუდავი სერიის ნახშირწყალბადების ალკენებად გადაქცევისთვის.
