A desidrogenação do butano é realizada em leito fluidizado ou móvel de catalisador de cromo e alumínio. O processo é realizado a uma temperatura na faixa de 550 a 575 graus. Entre as características da reação, notamos a continuidade da cadeia tecnológica.
Recursos de tecnologia
A desidrogenação do butano é realizada principalmente em reatores adiabáticos de contato. A reação é realizada na presença de vapor de água, o que reduz significativamente a pressão parcial das substâncias gasosas que interagem. A compensação em aparelhos de reação de superfície para o efeito térmico endotérmico é realizada fornecendo calor através da superfície com gases de combustão.
Versão simplificada
A desidrogenação do butano da forma mais simples envolve a impregnação do óxido de alumínio com uma solução de anidrido crômico ou cromato de potássio.
O catalisador resultante contribui para um processo rápido e de alta qualidade. Este acelerador de processo químico é acessível em uma faixa de preço.
Esquema de produção
A desidrogenação do butano é uma reação na qual não se espera um consumo significativo de catalisador. Produtosdesidrogenação do material de partida são levados para a unidade de destilação extrativa, onde a fração olefínica necessária é isolada. A desidrogenação de butano a butadieno em um reator tubular com opção de aquecimento externo permite um bom rendimento do produto.
A especificidade da reação está na sua relativa segurança, bem como no uso mínimo de sistemas e dispositivos automáticos complexos. Entre as vantagens desta tecnologia, pode-se citar a simplicidade dos projetos, bem como o baixo consumo de um catalisador de baixo custo.
Recursos do Processo
A desidrogenação do butano é um processo reversível, sendo observado um aumento no volume da mistura. De acordo com o princípio de Le Chatelier, a fim de deslocar o equilíbrio químico neste processo para a obtenção de produtos de interação, é necessário diminuir a pressão na mistura de reação.
Ótima é a pressão atmosférica em temperaturas de até 575 graus, ao usar um catalisador misto de cromo-alumínio. À medida que o acelerador do processo químico é depositado na superfície das substâncias contendo carbono, que são formadas durante as reações colaterais da destruição profunda do hidrocarboneto original, sua atividade diminui. Para restaurar sua atividade original, o catalisador é regenerado soprando-o com ar, que é misturado com gases de combustão.
Condições de Fluxo
Durante a desidrogenação do butano, o buteno insaturado é formado em reatores cilíndricos. O reator possui redes especiais de distribuição de gás, instaladasciclones que capturam a poeira do catalisador levada pela corrente de gás.
A desidrogenação de butano a buteno é a base para a modernização dos processos industriais de produção de hidrocarbonetos insaturados. Além dessa interação, uma tecnologia semelhante é utilizada para obter outras opções de parafinas. A desidrogenação de n-butano tornou-se a base para a produção de isobutano, n-butileno, etilbenzeno.
Existem algumas diferenças entre os processos tecnológicos, por exemplo, ao desidrogenar todos os hidrocarbonetos de uma série de parafinas, são usados catalisadores semelhantes. A analogia entre a produção de etilbenzeno e olefinas não está apenas no uso de um acelerador de processo, mas também no uso de equipamentos similares.
Tempo de uso do catalisador
O que caracteriza a desidrogenação do butano? A fórmula do catalisador utilizado para este processo é o óxido de cromo (3). É precipitado em alumina anfotérica. Para aumentar a estabilidade e a seletividade do acelerador de processo, ele será imitado com óxido de potássio. Com o uso adequado, a duração média de uma operação completa do catalisador é de um ano.
À medida que é utilizado, observa-se uma deposição gradual de compostos sólidos sobre a mistura de óxidos. Eles devem ser queimados em tempo hábil usando processos químicos especiais.
A intoxicação por catalisador ocorre com vapor de água. É nesta mistura de catalisadores que ocorre a desidrogenação do butano. A equação da reação é considerada na escola no curso de orgânicosquímica.
No caso de aumento de temperatura, observa-se uma aceleração do processo químico. Mas, ao mesmo tempo, a seletividade do processo também diminui e uma camada de coque é depositada no catalisador. Além disso, no ensino médio, a seguinte tarefa é frequentemente oferecida: escrever uma equação para a reação de desidrogenação do butano, combustão do etano. Esses processos não envolvem nenhuma dificuldade particular.
Escreva a equação para a reação de desidrogenação e você entenderá que essa reação ocorre em duas direções mutuamente opostas. Para um litro do volume do acelerador de reação, existem aproximadamente 1000 litros de butano na forma gasosa por hora, é assim que ocorre a desidrogenação do butano. A reação de combinar buteno insaturado com hidrogênio é o processo inverso da desidrogenação do butano normal. O rendimento de butileno na reação direta é em média 50%. Cerca de 90 quilogramas de butileno são formados a partir de 100 quilogramas do alcano inicial após a desidrogenação se o processo for realizado à pressão atmosférica e a uma temperatura de cerca de 60 graus.
Matéria prima para produção
Vamos dar uma olhada na desidrogenação do butano. A equação do processo é baseada no uso da matéria-prima (mistura de gases) formada durante o refino do petróleo. Na fase inicial, a fração butano é completamente purificada de pentenos e isobutenos, que interferem no curso normal da reação de desidrogenação.
Como o butano desidrogena? A equação para este processo envolve várias etapas. Após a purificação, a desidrogenação do purificadobutenos em butadieno 1, 3. O concentrado contendo quatro átomos de carbono, obtido no caso de desidrogenação catalítica de n-butano, contém buteno-1, n-butano e butenos-2.
É bastante problemático realizar a separação ideal da mistura. Usando a destilação extrativa e fracionada com um solvente, essa separação pode ser realizada e a eficiência dessa separação pode ser melhorada.
Ao realizar a destilação fracionada em aparelhos com grande capacidade de separação, torna-se possível separar totalmente o butano normal do buteno-1, bem como o buteno-2.
Do ponto de vista econômico, o processo de desidrogenação do butano a hidrocarbonetos insaturados é considerado uma produção barata. Essa tecnologia possibilita a obtenção de gasolina para motores, além de uma enorme variedade de produtos químicos.
Em geral, esse processo é realizado apenas nas áreas onde é necessário um alceno insaturado, e o butano tem baixo custo. Devido à redução de custo e aprimoramento do procedimento de desidrogenação do butano, o escopo de uso de diolefinas e monolefinas foi significativamente ampliado.
O procedimento de desidrogenação do butano é realizado em uma ou duas etapas, há um retorno da matéria-prima não reagida ao reator. Pela primeira vez na União Soviética, a desidrogenação do butano foi realizada em um leito de catalisador.
Propriedades químicas do butano
Além do processo de polimerização, o butano tem uma reação de combustão. Etano, propano, outrosExistem representantes suficientes de hidrocarbonetos saturados no gás natural, por isso é a matéria-prima para todas as transformações, incluindo a combustão.
No butano, os átomos de carbono estão no estado híbrido sp3, então todas as ligações são simples, simples. Esta estrutura (forma tetraédrica) determina as propriedades químicas do butano.
Não é capaz de entrar em reações de adição, caracteriza-se apenas pelos processos de isomerização, substituição, desidrogenação.
A substituição por moléculas diatômicas de halogênio é realizada de acordo com um mecanismo radical, e condições bastante severas (irradiação ultravioleta) são necessárias para a implementação desta interação química. De todas as propriedades do butano, sua combustão, acompanhada pela liberação de uma quantidade suficiente de calor, é de importância prática. Além disso, o processo de desidrogenação de hidrocarboneto saturado é de particular interesse para a produção.
Especificidades da desidrogenação
O procedimento de desidrogenação do butano é realizado em um reator tubular com aquecimento externo em um catalisador fixo. Neste caso, o rendimento de butileno aumenta, a automação da produção é simplificada.
Entre as principais vantagens deste processo está o consumo mínimo de catalisador. Entre as deficiências, destacam-se um consumo significativo de aços ligados, altos investimentos de capital. Além disso, a desidratação catalítica do butano envolve a utilização de um número significativo de unidades, pois possuem baixa produtividade.
A produção tem baixa produtividade, entãocomo parte dos reatores é focada na desidrogenação, e a segunda parte é baseada na regeneração. Além disso, o grande número de funcionários na produção também é considerado uma desvantagem dessa cadeia tecnológica. Deve-se lembrar que a reação é endotérmica, então o processo ocorre a uma temperatura elevada, na presença de uma substância inerte.
Mas em tal situação há risco de acidentes. Isso é possível se os lacres do equipamento estiverem rompidos. O ar que entra no reator, quando misturado com hidrocarbonetos, forma uma mistura explosiva. Para evitar tal situação, o equilíbrio químico é deslocado para a direita pela introdução de vapor de água na mistura de reação.
Variante de processo de uma etapa
Por exemplo, no curso de química orgânica, a seguinte tarefa é oferecida: escrever uma equação para a reação de desidrogenação do butano. Para lidar com essa tarefa, basta lembrar as propriedades químicas básicas dos hidrocarbonetos da classe dos hidrocarbonetos saturados. Vamos analisar as características da obtenção de butadieno por um processo de desidrogenação de um estágio.
A bateria de desidrogenação de butano inclui vários reatores separados, seu número depende do ciclo de operação, bem como do volume das seções. Basicamente, cinco a oito reatores estão incluídos na bateria.
O processo de desidrogenação e regeneração é de 5 a 9 minutos, a fase de sopro de vapor leva de 5 a 20 minutos.
Devido ao fato de que a desidrogenaçãobutano é realizado em uma camada em movimento contínuo, o processo é estável. Isso contribui para a melhoria do desempenho operacional da produção, aumenta a produtividade do reator.
O processo de desidrogenação de um estágio do n-butano é realizado a baixa pressão (até 0,72 MPa), a uma temperatura superior à utilizada para a produção realizada em um catalisador alumínio-cromo.
Como a tecnologia envolve o uso de um reator do tipo regenerativo, o uso de vapor é excluído. Além do butadieno, os butenos são formados na mistura e são reintroduzidos na mistura de reação.
Um estágio é calculado através da razão de butanos no gás de contato para seu número na carga do reator.
Entre as vantagens deste método de desidrogenação do butano, destacam-se um esquema tecnológico simplificado de produção, a diminuição do consumo de matéria-prima, bem como a redução do custo de energia elétrica para o processo.
Os parâmetros negativos desta tecnologia são representados por curtos períodos de contato dos componentes reagentes. Automação sofisticada é necessária para corrigir esse problema. Mesmo com esses problemas, a desidrogenação de butano em estágio único é um processo mais favorável do que a produção em dois estágios.
Ao desidrogenar o butano em um estágio, a matéria-prima é aquecida a uma temperatura de 620 graus. A mistura é enviada ao reator, está em contato direto com o catalisador.
Para criar rarefação em reatores,compressores de vácuo são usados. O gás de contato sai do reator para resfriamento, depois é enviado para separação. Concluído o ciclo de desidrogenação, a matéria-prima é transferida para os reatores seguintes e, daqueles em que o processo químico já passou, os vapores de hidrocarbonetos são removidos por sopro. Os produtos são evacuados e os reatores são reutilizados para a desidrogenação do butano.
Conclusão
A principal reação de desidrogenação do butano normal é a produção catalítica de uma mistura de hidrogênio e butenos. Além do processo principal, pode haver muitos processos secundários que complicam significativamente a cadeia tecnológica. O produto obtido como resultado da desidrogenação é considerado uma valiosa matéria-prima química. É a demanda de produção que é o principal motivo da busca de novas cadeias tecnológicas para a conversão de hidrocarbonetos da série limitante em alcenos.