ดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนดำเนินการในฟลูอิไดซ์เบดหรือเคลื่อนที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียมและอะลูมิเนียม กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิในช่วง 550 ถึง 575 องศา ท่ามกลางคุณลักษณะของปฏิกิริยา เราสังเกตเห็นความต่อเนื่องของห่วงโซ่เทคโนโลยี
คุณสมบัติทางเทคโนโลยี
บิวเทนดีไฮโดรจีเนชันส่วนใหญ่ดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบแอเดียแบติกแบบสัมผัส ปฏิกิริยาจะดำเนินการในที่ที่มีไอน้ำซึ่งช่วยลดความดันบางส่วนของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาได้อย่างมีนัยสำคัญ การชดเชยในอุปกรณ์ปฏิกิริยาพื้นผิวสำหรับผลกระทบความร้อนดูดความร้อนจะดำเนินการโดยการจ่ายความร้อนผ่านพื้นผิวด้วยก๊าซไอเสีย
ตัวย่อ
การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนด้วยวิธีที่ง่ายที่สุดคือการชุบอะลูมิเนียมออกไซด์ด้วยสารละลายของโครเมียมแอนไฮไดรด์หรือโพแทสเซียมโครเมต
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้นั้นมีส่วนช่วยในกระบวนการที่รวดเร็วและมีคุณภาพสูง เครื่องเร่งกระบวนการทางเคมีนี้มีราคาไม่แพงในช่วงราคา
แผนการผลิต
บิวเทนดีไฮโดรจีเนชันเป็นปฏิกิริยาที่คาดว่าจะไม่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีนัยสำคัญ สินค้าการดีไฮโดรจีเนชันของวัสดุตั้งต้นจะถูกนำไปที่หน่วยกลั่นแบบสกัด โดยแยกส่วนของโอเลฟินิกที่ต้องการออก การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนเป็นบิวทาไดอีนในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อที่มีตัวเลือกการให้ความร้อนภายนอกช่วยให้ได้ผลผลิตที่ดี
ความเฉพาะเจาะจงของปฏิกิริยาอยู่ในความปลอดภัยสัมพัทธ์ เช่นเดียวกับการใช้ระบบและอุปกรณ์อัตโนมัติที่ซับซ้อนน้อยที่สุด ในบรรดาข้อดีของเทคโนโลยีนี้ เราสามารถพูดถึงความเรียบง่ายของการออกแบบ เช่นเดียวกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาราคาไม่แพงที่ต่ำ
คุณสมบัติกระบวนการ
การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ และสังเกตได้จากปริมาณของส่วนผสมที่เพิ่มขึ้น ตามหลักการของ Le Chatelier เพื่อที่จะเปลี่ยนสมดุลทางเคมีในกระบวนการนี้ไปสู่การได้รับผลิตภัณฑ์ที่มีปฏิสัมพันธ์ จำเป็นต้องลดความดันในส่วนผสมของปฏิกิริยาลง
ความกดอากาศที่เหมาะสมที่สุดคืออุณหภูมิที่สูงถึง 575 องศา เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-อลูมิเนียมแบบผสม เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาของกระบวนการทางเคมีถูกสะสมไว้บนพื้นผิวของสารที่มีคาร์บอน ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาข้างเคียงของการทำลายไฮโดรคาร์บอนดั้งเดิมอย่างลึกล้ำ กิจกรรมของมันจะลดลง เพื่อฟื้นฟูกิจกรรมเดิม ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการเป่าด้วยอากาศซึ่งผสมกับก๊าซไอเสีย
เงื่อนไขการไหล
ในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทน บิวเทนที่ไม่อิ่มตัวจะก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ทรงกระบอก เครื่องปฏิกรณ์มีการติดตั้งกริดการจ่ายก๊าซพิเศษพายุไซโคลนที่จับฝุ่นตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัดพาไปตามกระแสก๊าซ
การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนเป็นบิวเทนเป็นพื้นฐานสำหรับความทันสมัยของกระบวนการทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว นอกเหนือจากการโต้ตอบนี้ เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันยังถูกใช้เพื่อให้ได้ตัวเลือกอื่นๆ สำหรับพาราฟิน การดีไฮโดรจีเนชันของเอ็น-บิวเทนได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตไอโซบิวเทน เอ็น-บิวทิลีน เอทิลเบนซีน
กระบวนการทางเทคโนโลยีมีความแตกต่างกันบ้าง ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการดีไฮโดรจีเนตจากไฮโดรคาร์บอนทั้งหมดของพาราฟินจำนวนหนึ่ง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกันจะถูกใช้ ความคล้ายคลึงกันระหว่างการผลิตเอทิลเบนซีนและโอเลฟินไม่ได้เป็นเพียงการใช้เครื่องเร่งกระบวนการเดียว แต่ยังรวมถึงการใช้อุปกรณ์ที่คล้ายกันด้วย
เวลาใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา
ดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนมีลักษณะอย่างไร? สูตรของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สำหรับกระบวนการนี้คือโครเมียมออกไซด์ (3) ตกตะกอนบนอลูมินาแอมโฟเทอริก เพื่อเพิ่มความเสถียรและความสามารถในการคัดเลือกของตัวเร่งกระบวนการ จะถูกจำลองด้วยโพแทสเซียมออกไซด์ ด้วยการใช้งานที่เหมาะสม ระยะเวลาเฉลี่ยของการดำเนินการเต็มรูปแบบของตัวเร่งปฏิกิริยาคือหนึ่งปี
ตามการใช้งาน จะสังเกตเห็นการสะสมของสารประกอบที่เป็นของแข็งบนส่วนผสมของออกไซด์ทีละน้อย พวกเขาจะต้องถูกเผาทิ้งในเวลาที่เหมาะสมโดยใช้กระบวนการทางเคมีพิเศษ
พิษของตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับไอน้ำ มันอยู่บนส่วนผสมของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทน สมการปฏิกิริยาได้รับการพิจารณาที่โรงเรียนในหลักสูตรอินทรีย์เคมี
ในกรณีที่อุณหภูมิสูงขึ้น จะสังเกตเห็นความเร่งของกระบวนการทางเคมี แต่ในขณะเดียวกันความสามารถในการคัดเลือกของกระบวนการก็ลดลงและชั้นของโค้กก็ถูกสะสมบนตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ในโรงเรียนมัธยมมักมีการเสนองานต่อไปนี้: เขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาของดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทน, การเผาไหม้ของอีเทน กระบวนการเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับปัญหาใดๆ
เขียนสมการของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน แล้วคุณจะเข้าใจว่าปฏิกิริยานี้ดำเนินไปในสองทิศทางที่ตรงกันข้ามกัน สำหรับปริมาตรของตัวเร่งปฏิกิริยา 1 ลิตร จะมีบิวเทนประมาณ 1,000 ลิตรอยู่ในรูปก๊าซต่อชั่วโมง นี่คือสาเหตุที่ทำให้ดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนเกิดขึ้น ปฏิกิริยาของการรวมบิวทีนที่ไม่อิ่มตัวกับไฮโดรเจนเป็นกระบวนการย้อนกลับของการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนปกติ ผลผลิตของบิวทิลีนในปฏิกิริยาโดยตรงอยู่ที่ 50 เปอร์เซ็นต์โดยเฉลี่ย บิวทิลีนประมาณ 90 กิโลกรัมจะเกิดขึ้นจากอัลเคนเริ่มต้น 100 กิโลกรัมหลังจากการดีไฮโดรจีเนชัน หากดำเนินการที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิประมาณ 60 องศา
วัตถุดิบในการผลิต
เรามาดูดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนกันดีกว่า สมการกระบวนการขึ้นอยู่กับการใช้วัตถุดิบ (ส่วนผสมของก๊าซ) ที่เกิดขึ้นระหว่างการกลั่นน้ำมัน ในระยะเริ่มต้น ส่วนของบิวเทนจะถูกทำให้บริสุทธิ์อย่างทั่วถึงจากเพนเทนและไอโซบูทีน ซึ่งขัดขวางกระบวนการปกติของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน
บิวเทนดีไฮโดรจีเนตทำอย่างไร? สมการสำหรับกระบวนการนี้ประกอบด้วยหลายขั้นตอน หลังจากการทำให้บริสุทธิ์ การดีไฮโดรจีเนชันของการทำให้บริสุทธิ์บิวเทนถึงบิวทาไดอีน 1, 3 สารเข้มข้นที่มีอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอม ซึ่งได้รับในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันของ n-บิวเทน ประกอบด้วยบิวทีน-1 เอ็น-บิวเทน และบิวเทน-2
การแยกส่วนผสมในอุดมคติออกจากกันนั้นค่อนข้างเป็นปัญหา โดยการใช้การกลั่นแบบแยกส่วนและแบบเศษส่วนกับตัวทำละลาย การแยกดังกล่าวสามารถทำได้ และประสิทธิภาพของการแยกนี้สามารถปรับปรุงได้
เมื่อทำการกลั่นแบบเศษส่วนบนอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการแยกขนาดใหญ่ จะสามารถแยกบิวเทนปกติออกจากบิวทีน-1 และบิวทีน-2 ได้อย่างเต็มที่
จากมุมมองทางเศรษฐกิจ กระบวนการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนไปจนถึงไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัวถือเป็นการผลิตที่ไม่แพง เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถรับน้ำมันเบนซิน รวมถึงผลิตภัณฑ์เคมีที่หลากหลายได้
โดยทั่วไป กระบวนการนี้ดำเนินการเฉพาะในพื้นที่ที่ต้องการอัลคีนที่ไม่อิ่มตัว และบิวเทนมีต้นทุนต่ำ เนื่องจากการลดต้นทุนและปรับปรุงขั้นตอนสำหรับดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทน ขอบเขตของการใช้ไดโอเลฟินและโมโนเลฟินส์จึงขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญ
ขั้นตอนของบิวเทนดีไฮโดรจีเนชันจะดำเนินการในหนึ่งหรือสองขั้นตอน โดยจะมีการส่งคืนวัตถุดิบที่ไม่ทำปฏิกิริยาไปยังเครื่องปฏิกรณ์ เป็นครั้งแรกในสหภาพโซเวียตที่มีการใช้บิวเทนดีไฮโดรจีเนชันบนเตียงเร่งปฏิกิริยา
คุณสมบัติทางเคมีของบิวเทน
นอกจากกระบวนการโพลิเมอไรเซชันแล้ว บิวเทนยังมีปฏิกิริยาการเผาไหม้อีกด้วย อีเทน โพรเพน อื่นๆมีตัวแทนของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเพียงพอในก๊าซธรรมชาติ ดังนั้นจึงเป็นวัตถุดิบสำหรับการแปรรูปทั้งหมด รวมถึงการเผาไหม้
ในบิวเทน อะตอมของคาร์บอนอยู่ในสถานะ sp3-hybrid ดังนั้นพันธะทั้งหมดจึงเป็นพันธะเดี่ยว เรียบง่าย โครงสร้างนี้ (รูปทรงจัตุรมุข) กำหนดคุณสมบัติทางเคมีของบิวเทน
มันไม่สามารถทำปฏิกิริยาการเติมได้ มันมีลักษณะเฉพาะโดยกระบวนการของไอโซเมอไรเซชัน การแทนที่ การดีไฮโดรจีเนชัน
การแทนที่ด้วยโมเลกุลฮาโลเจนของไดอะตอมมิกจะดำเนินการตามกลไกที่รุนแรง และสภาวะที่ค่อนข้างรุนแรง (การฉายรังสีอัลตราไวโอเลต) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินการปฏิสัมพันธ์ทางเคมีนี้ จากคุณสมบัติทั้งหมดของบิวเทนการเผาไหม้ของมันพร้อมกับการปล่อยความร้อนในปริมาณที่เพียงพอนั้นมีความสำคัญในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ กระบวนการดีไฮโดรจีเนชันของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวยังเป็นที่สนใจเป็นพิเศษสำหรับการผลิต
เฉพาะการดีไฮโดรจีเนชัน
กระบวนการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อที่มีการทำความร้อนภายนอกด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาคงที่ ในกรณีนี้ ผลผลิตบิวทิลีนจะเพิ่มขึ้น ระบบอัตโนมัติในการผลิตจะง่ายขึ้น
ข้อดีหลักของกระบวนการนี้คือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นต่ำ ท่ามกลางข้อบกพร่องการบริโภคเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มีนัยสำคัญการลงทุนด้านทุนสูง นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาคายน้ำของบิวเทนยังเกี่ยวข้องกับการใช้หน่วยจำนวนมาก เนื่องจากมีประสิทธิภาพการทำงานต่ำ
การผลิตมีผลผลิตต่ำ ดังนั้นเนื่องจากส่วนหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์มุ่งเน้นไปที่การดีไฮโดรจีเนชัน และส่วนที่สองจะขึ้นอยู่กับการสร้างใหม่ นอกจากนี้ พนักงานจำนวนมากในการผลิตถือเป็นข้อเสียของห่วงโซ่เทคโนโลยีนี้ ต้องจำไว้ว่าปฏิกิริยาดูดความร้อน ดังนั้นกระบวนการนี้จึงดำเนินไปที่อุณหภูมิสูงขึ้น ต่อหน้าสารเฉื่อย
แต่ในสถานการณ์เช่นนี้มีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุได้ สิ่งนี้เป็นไปได้หากซีลในอุปกรณ์ชำรุด อากาศที่เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ เมื่อผสมกับไฮโดรคาร์บอน จะเกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้ เพื่อป้องกันสถานการณ์ดังกล่าว สมดุลเคมีถูกเลื่อนไปทางขวาโดยนำไอน้ำเข้าไปในส่วนผสมของปฏิกิริยา
รูปแบบขั้นตอนเดียว
ตัวอย่างเช่น ในหลักสูตรเคมีอินทรีย์ มีงานดังต่อไปนี้: เขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาของบิวเทนดีไฮโดรจีเนชัน เพื่อรับมือกับงานดังกล่าว ก็เพียงพอที่จะระลึกถึงคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานของไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว มาวิเคราะห์คุณสมบัติของการได้รับบิวทาไดอีนโดยขั้นตอนเดียวของบิวเทนดีไฮโดรจีเนชัน
แบตเตอรี่บิวเทนดีไฮโดรจีเนชันประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์แยกหลายเครื่อง โดยจำนวนจะขึ้นอยู่กับรอบการทำงาน เช่นเดียวกับปริมาณของส่วนต่างๆ โดยทั่วไป มีเครื่องปฏิกรณ์ห้าถึงแปดเครื่องรวมอยู่ในแบตเตอรี่
กระบวนการดีไฮโดรจีเนชันและการสร้างใหม่คือ 5-9 นาที ขั้นตอนการเป่าไอน้ำใช้เวลา 5 ถึง 20 นาที
เนื่องจากการดีไฮโดรจีเนชั่นบิวเทนดำเนินการในชั้นที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องกระบวนการนี้มีเสถียรภาพ สิ่งนี้มีส่วนช่วยในการปรับปรุงประสิทธิภาพการปฏิบัติงานของการผลิต เพิ่มผลผลิตของเครื่องปฏิกรณ์
กระบวนการดีไฮโดรจีเนชันของเอ็น-บิวเทนแบบขั้นตอนเดียวดำเนินการที่แรงดันต่ำ (สูงถึง 0.72 MPa) ที่อุณหภูมิสูงกว่าที่ใช้สำหรับการผลิตด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียม-โครเมียม
เนื่องจากเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบสร้างใหม่ จึงไม่รวมการใช้ไอน้ำ นอกจากบิวทาไดอีนแล้ว บิวทีนยังถูกสร้างขึ้นในส่วนผสม พวกมันถูกนำกลับเข้าสู่ส่วนผสมของปฏิกิริยาอีกครั้ง
ระยะหนึ่งคำนวณโดยใช้อัตราส่วนของบิวเทนในก๊าซสัมผัสต่อจำนวนในประจุของเครื่องปฏิกรณ์
ในข้อดีของวิธีการดีไฮโดรจีเนชันด้วยบิวเทนนี้ เราสังเกตเห็นรูปแบบการผลิตทางเทคโนโลยีที่ง่ายขึ้น การใช้วัตถุดิบที่ลดลง รวมถึงการลดต้นทุนพลังงานไฟฟ้าสำหรับกระบวนการ
พารามิเตอร์เชิงลบของเทคโนโลยีนี้แสดงด้วยการสัมผัสในช่วงเวลาสั้น ๆ ของส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยา จำเป็นต้องมีระบบอัตโนมัติที่ซับซ้อนเพื่อแก้ไขปัญหานี้ แม้จะมีปัญหาดังกล่าว บิวเทนดีไฮโดรจีเนชันแบบขั้นตอนเดียวก็ยังเป็นกระบวนการที่ดีกว่าการผลิตแบบสองขั้นตอน
เมื่อดีไฮโดรจีเนติ้งบิวเทนในขั้นตอนเดียว วัตถุดิบจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 620 องศา ส่วนผสมจะถูกส่งไปยังเครื่องปฏิกรณ์โดยสัมผัสโดยตรงกับตัวเร่งปฏิกิริยา
เพื่อสร้างปฏิกิริยาหายากในเครื่องปฏิกรณ์ใช้เครื่องอัดสูญญากาศ ก๊าซสัมผัสจะออกจากเครื่องปฏิกรณ์เพื่อระบายความร้อน จากนั้นจึงถูกส่งไปยังการแยก หลังจากวงจรดีไฮโดรจีเนชันเสร็จสิ้น วัตถุดิบจะถูกโอนไปยังเครื่องปฏิกรณ์เครื่องถัดไป และไอระเหยของไฮโดรคาร์บอนจะถูกกำจัดออกโดยการเป่าจากเครื่องที่กระบวนการทางเคมีได้ผ่านพ้นไปแล้ว ผลิตภัณฑ์ถูกอพยพและนำเครื่องปฏิกรณ์กลับมาใช้ใหม่สำหรับการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทน
สรุป
ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันหลักของบิวเทนปกติคือการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาของส่วนผสมของไฮโดรเจนและบิวทีน นอกจากกระบวนการหลักแล้ว อาจมีกระบวนการด้านข้างหลายอย่างที่ทำให้ห่วงโซ่เทคโนโลยีซับซ้อนมากขึ้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการดีไฮโดรจีเนชันถือเป็นวัตถุดิบทางเคมีที่มีคุณค่า ความต้องการการผลิตที่เป็นสาเหตุหลักของการค้นหาสายเทคโนโลยีใหม่สำหรับการแปลงไฮโดรคาร์บอนของชุดลิมิตเป็นอัลคีน