Одностадийное дегидрирование н- бутана

Описывается следующим суммарным уравнением:

 

С₄Н₁₀ С₄Н₆ + 2Н₂ – 247 кДж/моль

 

Процесс осуществляется по регенеративному принципу, в котором затраты тепла на дегидрирование в адиабатическом режиме возмещаются за счет тепла, выделяющегося при регенерации катализатора в процессе выжига из него кокса. В одностадийном режиме используют алюмохромовый катализатор марки ДВ – 3М состава Cr ₂ O ₃ Al ₂ O ₃, ускоряющий обе реакции дегидрирования при 600 ^о С. Так как этот катализатор отравляется парами воды, то понижение парциального давления углеводородов сырья достигают не вводом в процесс паров воды, а проведением его в вакууме.

Технологический процесс получения бутадиена одностадийным дегидрированием н-бутана в вакууме включает следующие этапы:

- очистка сырья;

- каталитическое дегидрирование н-бутана;

- сжатие контактного газа и выделение из его фракции С ₄;

- отдувка углеводородов и регенерация катализатора.

Реакторный блок установки включает 2, 4, 6 и т.д. реакторов, работающих попеременно в режиме дегидрирования сырья или регенерации катализатора. Ниже приведена технологическая схема такой установки (рис. 11.4).

В соответствии с этой схемой сырье – н-бутан – через подогреватель 1 поступает в печь 2, где его нагревают до 600–620 ^о С, и направляют в реактор 3 на дегидрирование. Из реактора контактный газ подают в закалочный аппарат 4, где его резко охлаждают до 500–520 ^о С, а затем в скруббер 5 на дальнейшее охлаждение холодным маслом, циркулирующим через холодильник 6. Охлажденный в скруббере газ сжимают турбокомпрессором 7 до давления 1,3 МПа и направляют в абсорбер 8. С верха абсорбера отбирают топливный газ (Н ₂ + С ₁ – С ₂), а абсорбат подают в десорбер 9, с верха которого отгоняют фракцию С ₃ – С ₄, а регенирированный абсорбент через холодильник 11 возвращают на орошение абсорбера 8. В качестве абсорбента применяют фракцию С ₅. Фракцию С ₃ – С ₄ с верха десорбера 9 подают в колонну 10 (депропанизатор), где верхом отбирают пропан. Из куба колонны выводят фракцию С ₄ с долей бутадиена 11–13 %, которую далее направляют на выделение бутадиена (на схеме не показано), а бутан-бутиленовую фракцию возвращают на дегидрирование, объединяя со свежим н-бутаном. По окончании цикла поток углеводородного сырья переключают на второй реактор, а первый сначала продувают водяным паром для удаления сорбированных катализатором углеводородов, а затем осуществляют регенерацию катализатора топочными газами с небольшим содержанием кислорода, которые получают в топке 12. Затем теплота газообразных продуктов регенерации катализатора используется для выработки водяного пара в котле-утилизаторе 13.

 

топливный газ

газ 12

С₃

 

7 5 8 9 10

воздух 4 2 3 3

 

1 пар

 

н-бутан газы вода закалочный агент С₄ на выделе- 6 11 ние бутадиена

 

Рис. 11.4. Технологическая схема
одностадийного дегидрирования н-бутана до бутадиена–1,3

 

Основной аппарат технологической схемы – реактор – представляет собой горизонтальное устройство длиной 12–14 м и высотой 6 м, футерованное внутри огнеупором; внутри реактора размещены решетки из керамических плит, на которых помещают слои катализатора.

Достоинства одностадийного процесса, по сравнению с двухстадийным, следующие:

1) меньший расход технологического пара;

2) исключена вторая стадия и операции разделения бутан-бутиленовой фракции;

3) проведение процесса в адиабатическом режиме;

4) простота конструкции реактора и сокращение теплообменной аппаратуры.

Указанные достоинства, несмотря на низкий выход бутадиена (12–14 %) и низкую конверсию н-бутана (менее 0,2), обеспечивают этот процесс примерно на 20 % более дешевым, чем двухстадийный.

 

Контрольные вопросы

1. Приведите известные промышленные способы получения бутадиена-1,3. Дайте их химизм.

2. Приведите графическую зависимость влияния температуры на состав продуктов процесса дегидрирования н-бутана. Сделайте ее анализ.

3. Приведите графическую зависимость влияния времени контакта и температуры на выход бутиленов в процессе дегидрирования н-бутана. Сделайте ее анализ.

4. Какие катализаторы применяют при дегидрирования н-бутана? Какова роль компонентов катализатора в каталитических композициях процесса? Приведите параметры процесса.

5. Представьте технологическую схему дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3 в две стадии. Дайте ее описание.

6. Представьте одностадийную схему дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3. Дайте ее описание.

7. Дайте сравнительную оценку двух- и одностадийного процессов дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3. Каков основной источник получения бутадиена-1,3 в настоящее время?

 

 

ТЕМА 12

ПРОИЗВОДСТВО СТИРОЛА

Стирол – С₂Н₅ – СН = СН₂ – бесцветная жидкость с характерным сладковатым запахом. Температура кипения стирола – 145,2 ^о С, плавления (- 30,6 ^о С), плотность 906 кг/м³. Стирол плохо растворим в воде (0,05 % масс.), образует с ней азеотропную смесь с Т _кип. = 34,8 ^оС, смешивается в любых соотношениях с метиловым и этиловым спиртами, ацетоном, диэтилкетоном, четыреххлористым углеродом. Сам хорошо растворяет различные органические соединения, Т _крит. = 373 ^о С.

Стирол, а также - метилстирол является важнейшим мономером для синтеза полистирола, используется как сополимер с диеновыми углеводородами при синтезе каучуков, например, дивинилстирольных, отличающихся высокой износостойкостью. Стирол используется также как сополимер с акрилонитрилом, винилхлоридом и другими мономерами. Мировое производство стирола составляет 12 млн. т в год.