Получение н-бутиленов дегидрированием н-бутана
Содержание
Введение
1.Производства н-бутилена дегидрированием н-бутана на шариковом катализаторе
2.Основные параметры производства
3.Производство н-бутилена дегидрированием н-бутана на взвешенном катализаторе
4.Основные параметры производства
5.Производство дивинила дегидрированием из бутиленов
6.Основные параметры производства
Литература
Введение
н-бутилен, н—С4Н8, находит применение, как сырье для получения метилэтилкстона, являющегося ценным растворителем; служит исходным веществом в производстве СК через дивинил, используется для получения высокооктанового моторного топлива. Сырьем для производства н-бутилена является н-бутан, выделенный из крекинг-газа, полученный при прямой перегонке нефти или при стабилизации газового бензина. Производство н-бутилена из бутана осуществляется методом каталитического высокотемпературного дегидрирования. При этом получаются все три изомера н-бутилена, свойства которых приведены в таблице.
| № п/п | Название | Формула | Удельный вес при 10° | Температура кипения °С | Температура плавления °С |
| 1 2 3 | Бутен—1 Бутен—2 цис—форма Бутен—2 транс—форма |  | 0,63 0,64 0,64 | —185,3 —138,9 —105,5 | -6,3 +3,5 +0,9 |
Основная реакция дегидрирования н-бутана: н—С4Н10 → Н2+С4Н8, осложняется побочными реакциями термического крекинга:
н-С4Н10 → С3Н6+СН4 ; н-С4Н10 → С2Н4+ С2Н6.
Реакциями дальнейшего дегидрирования до дивинила:
н—С4Н8 → С4Н6+Н2
Протекают также реакции полимеризации, реакции изомеризации, одновременно идут реакции распада углеводородов с образованием углерода, отлагающегося в виде кокса на катализаторе. Суммарное уравнение распада бутана:
н—С4Н10→ 5Н2+4С
Для подавления побочных реакций и увеличения выхода бутена—1, лучше-других изомеров дегидрирующегося в дивинил, процесс ведут с алю-мо-хромовым катализатором при температуре 550—600°С, при атмосферном давлении.
Дегидрирование н-бутана возможно на неподвижном катализаторе, помещенном в трубчатый контактный аппарат или в шахтную печь. Катализатор предварительно прогревается до 590—600°С, затем через него пропускается бутановая фракция. Вследствие эндотермичности реакции дегидрирования температура в контактном аппарате понижается до 555—560°С, и он переключается на регенерацию. Через насадку пропускается горячий воздух, происходит выгорание отложившихся сажи и смолистых веществ, температура в аппарате поднимается до первоначальной и цикл возобновляется.
Дегидрирование н-бутана на движущемся зерненом (шариковом) катализаторе позволяет получать бутилен с более высоким выходом, чем на неподвижном катализаторе, за счет уменьшения времени пребывания газов в зоне реакции и более равномерного обогрева. Процесс протекает по непрерывной схеме. Установка состоит из реактора, регенератора и топки. Катализатор опускается из регенератора в реактор под действием силы тяжести и транспортируется после отработки обратно в регенератор горячим сжатым воздухом. Сложность конструктивного оформления аппаратов обусловливается необходимостью герметизации при движении твердого материала (шариков), высокой температуре и значительном истирании, движущимся катализатором. Расход катализатора 15—16 кг—на 1 тонну готового продукта.
Работа установки со взвешенным катализатором заключается в следующем. При определенном сопротивлении и весе мелких частиц катализатора, насыпанного на решетку, создается необходимая скорость газового потока н-бутана, при которой подъемная сила уравновешивает вес и сопротивление слоя катализатора, благодаря чему частицы катализатора переходят во взвешенное состояпие и находятся в турбулентном движении. При подборе соответствующих критериев взвешенный слой будет находиться в достаточной динамической устойчивости. Теплообмен в такой системе будет осуществляться наиболее полно, местные перегревы почти исключаются. Выход н-бутилепа составляет 39%, против 34% в установке с шариковым катализатором. Регенерация катализатора производится в отдельном аппарате, что позволяет вести процесс дегидрировапия непрерывно и не иметь больших теплопотерь, связанных с периодичностью работы. Катализатором процесса дегидрирования являются зерна окиси алюминия с окисью хрома, диаметром 1,0—1,5мм. Указанный катализатор в отсутствии влаги—довольно устойчив в работе.
1.Производства н-бутилена дегидрированием н-бутана на шариковом катализаторе
По описываемой схеме получение бутилена и осуществляется на шариковом катализаторе. Транспортировка катализатора в системе производится скиповым подъемником. Подъемник прост по конструкции, работа его может быть полностью автоматизирована. Истирание катализатора при применении скипового подъемника значительно меньше, чем в ковшовых ценных элеваторах или ноздухоподъомниках и составляет 3,5-4 кг на 1 т целевого продукта.
Жидкая бутановая фракции из емкости 9 насосом подается в мерник 1, из которого сливается в буфер 10, затем в испаритель 11. Пары бутиленовой фракции проходят через буфер 10 в осушитель 12, заполненный прокаленным хлористым кальцием, для освобождения от следов влаги, являющейся ядом для катализатора. Осушенная бутиленовая фракция подогревается в теплообменнике 13 и поступает в реактор 7, где встречается с движущимися вниз шариками катализатора.
В реакторе протекают реакции дегидрирования н-бутана по схеме:
н – С4Н10 → С4Н8 + Н2
Продукты реакции охлаждаются до температуры 400°С впрыскиванием воды, для предотвращения протекания побочных реакций, охлаждаются в теплообменнике 13, подогревая бутановую фракцию, идущую в реактор. Затем отдают свое тепло в котлах-утилизаторах (на схеме не показано) и направляются на разделение.
Отработанный, зауглероженный катализатор через газовый затвор 6 и регулятор осыпания 8 поступает в бункер 14. Из последнего катализатор периодически загружается в скип подъемника 15, транспортируется наверх и высыпается в бункер 3.
Схема № 1. Технологическая схема производства н-бутилена дегидрированием н-бутана на шариковом катализаторе
Обозначения на схеме №1:
1-мерник для бутана;
2-циклон;
3,14-бункеры;
4-топка;
5-регенератор,
6-газовые затворы,
7-реактор,
8-регулятор ссыпания катализатора,
9-емкость,
10-буфер,
11-испаритель,
12-осушитель,
13-теплообменник,
15-скип подъемник.
Регенерация катализатора производится в регенераторе 5. Необходимая температура 650—680°С достигается подачей дымовых газов из топки 4, где сжигается топливный газ. Воздух, необходимый для сжигания углеродистых отложений на катализаторе, подается также через топку и примешивается к продуктам сгорания топливного газа. Нагретый и регенерированный катализатор непрерывно опускается в реактор 7 по переточной трубе с газовым затвором 6. Дымовые газы из регенератора 5 поступают в циклон 2, где улавливаются частицы унесенного газами катализатора, и поступают под котел-утилизатор для использования тепла (на схеме не показано).
Направленность газовых потоков обеспечивается сопротивлением катализатора в переточных трубах и соблюдением определенных перепадов давлений в некоторых точках по высоте установки. В верхнем газовом затворе 6 давление поддерживается подачей азота на 20 мм вод. ст. выше, чем давление в верхней части реактора 7, в нижнем газовом затворе давление выше на 20 мм вод. ст., чем в нижней части реактора, Благодаря этому исключается проскок контактного газа в регенератор и бутана в нижний бункер 8.
2.Основные параметры производства
На полупромышленной установке установлен оптимальный режим дегидрирования н-бутана с подвижным шариковым катализатором К-5.
Объемная скорость н-бутана 170—180 км3 на 1 м2 катализатора в час.
Катализатор К-5 шарики диаметром 5—7 мм
Скорость циркуляции катализатора 8,5 кг на 1 кг подаваемого бутана
Температура катализатора на входе в реактор 610—620°С
Температура контактного газа на выходе из реактора 590—600°С
Реакционная масса содержит:
бутиленов 74—75%
дивинила около 8%
Выход бутиленов и дивинила на пропущенную фракцию С4 38—39%
Выход бутиленов и дивинила на разложенную фракцию С4 80—85%
На 1 т целевого продукта катализатора расходуется 20 кг
3.Производство н-бутилена дегидрированием н-бутана на взвешенном катализаторе
По описываемой схеме получение бутилена протекает следующим образом: бутановая фракция осушается хлористым кальцием в осушителе 12, испаряется в испарителе 1, перегревается в печи 13, после чего поступает в реактор 19. В него же из регенератора 7 спускается регенерированный катализатор. В слое взвешенного катализатора и протекает реакция дегидрирования бутана:
н—С4Н10 → С4Н8+Н2.
Образовавшиеся реакционные газы отделяются в верхней части реактора от катализатора, отдают часть своего тепла в котлах-утилизаторах 20, охлаждаясь до 300°С, и поступают в скруббер 10 для дальнейшего охлаждения и очистки от пыли. Для уменьшения потерь газа орошение скруббера производится водой, циркулирующей через холодильник 21. Свежая вода вводится только при частичном сбросе оборотной воды для извлечения из нее катализатора. При последующем охлаждении в холодильнике 11 из реакционных газов выделяется часть унесенной ими из скруббера влаги, после чего они направляются на разделение.
Отработанный катализатор спускается в нижнюю часть реактора, продувается азотом для удаления углеводородных газов и попадает в транспортную линию, по которой сильной струей воздуха, поступающего из топки 9, нагнетается под давлением 1,8 атм. в нижнюю часть регенератора 7, в зону регенерации.
Регенерированный катализатор непрерывно спускается в реактор 19. Дымовые газы, содержащие продукты горения кокса, отложившегося на катализаторе, из верхней части регенератора 7 направляются в котел-утилизатор 6, служащий для получения пара, проходят увлажнитель 4, электрофильтр 3 дли улавливания частиц катализатора, и сбрасываются в атмосферу. Пар, полу