Каталізатор у процесі одностадійного гідрування н-бутану в бутадієн
Промислове виробництво бутадієну з етилового спирту у присутності біфункціонального каталізатора. Характеристика бутадієну та сфера його застосування. Підготовка алюмохромового каталізатора до роботи. Продукт термохімічної активації гідаргіліту.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Бутадієн мають широке застосування у промисловості.
Існують різні способи одержання. Вперше промислове виробництво бутадієну з етилового спирту було здійснено в СРСР у 1933 р. за розробленим С.В. Лебедєвим методом. В основі процесу лежать перетворення етанолу в присутності біфункціонального каталізатора, що забезпечує одночасне перебіг реакцій дегідрування (ZnO) та дегідратації (А12О3, промотований К2О), при температурі не вище 400С:
В даний час цей та інші методи практично повністю витіснені одно-або двостадійним дегідрування насичених вуглеводнів.
Каталітичне дегідрування насичених вуглеводнів стало основним джерелом виробництва не тільки бутадієну, а й таких великотоннажних продуктів як ізопрен, ізобутилен, стирол. На основі цих мономерів, одержуваних у близьких умовах, виробляються численні види синтетичних каучуків, у тому числі хлоропренового, нітрильного, бутадієнового, бутилкаучуку, ізопренового, бутадієн-стирольного, бутадієн-нітрильного та ін. Попит на бутадієн обумовлений також його використанням отриманням з його основі найлона.
1. Характеристика продукту. Область застосування
Бутадієн- 1,3 в нормальних умовах є безбарвним газом з неприємним запахом. При охолодженні та під тиском він зріджується. Рідкий бутадієн кипить за температури -4,5°. При сильному охолодженні він твердне, утворюючи безбарвну кристалічну масу з т.пл. -108,9 °. З повітрям бутадієн утворює вибухонебезпечну суміш з інтервалом вибуховості 2,07-11,32 об'єм.%. Негорючою є лише суміш одного об'єму бутадієну з 19,6 об'ємами азоту або 12,1 об'ємами вуглекислого газу. У воді бутадієн не розчиняється, погано розчиняється в метанолі та етиловому спирті, чудово розчиняється в бензолі, ефірі, хлороформі та в чотирихлористому вуглеці.
Бутадієн слабо токсичний. Його присутність у повітрі у низьких концентраціях проявляється у подразненні слизових оболонок, більш висока концентрація сприяє розладу шлункової діяльності та втраті гостроти зору. Високі концентрації бутадієну мають наркотичну дію, яка, однак, набагато слабкіша за дію парів бензолу або толуолу. Максимально допустима концентрація бутадієну у виробничих приміщеннях встановлена на рівні 0,1 мг/л повітря.
Бутадієн - один з основних кополімерів для отримання каучуків та латексів. Сополімери бутадієну зі стиролом використовуються для виготовлення водоемульсійних фарб та взуттєвих клеїв. Потрійні кополімери бутадієну, стиролу та акрилонітрилу являють собою тверді термопластичні матеріали, що володіють великою механічною міцністю. Ці матеріали знаходять широке застосування для виготовлення деталей, що зазнають стирання та ударів. З бутадієну одержують сульфолан (тетраметиленсульфон). Сульфолан має високу розчинну здатність та селективність, тому він підходить для нафтохімічної промисловості. Він широко використовується як чудовий сольвент дляекстракції ароматичних та видалення сірки з природного газу. Сульфолан є мультиефективним сольвентом з високою чистотою та високою температурою кипіння, тому він підходить для хімічної промисловості. Цей розчинник може бути використаний для галогенізації, метилювання, органічного синтезу, конденсації та реакції полімеризації в галузі фармацевтичної хімії, сільськогосподарських хімічних речовин, барвників, парфумерії, спеціальних промислових пластмас та деяких інших хімічних речовин, який є високоселективним розчинником для екстракції ароматичних вуглеводнів.
Найбільш масове застосування каучуків – це виробництво гум для автомобільних, авіаційних та велосипедних шин. З каучуків виготовляються спеціальні гуми величезної різноманітності ущільнень для цілей тепло-, звуко-, повітро-, гідроізоляції роз'ємних елементів будівель, у санітарній та вентиляційній техніці, у гідравлічній, пневматичній та вакуумній техніці. Каучуки застосовують для електроізоляції, виробництва медичних приладів та засобів контрацепції. У ракетній техніці синтетичні каучуки використовуються як полімерна основа при виготовленні твердого ракетного палива, в якому вони грають роль пального, а як наповнювач використовується порошок селітри (калійної або аміачної) або перхлорату амонію, який у паливі грає роль окислювача.
2. Хімізм отримання бутадієну
Процес отримання бутадієну - 1,3 дегідрування вуглеводнів С4 здійснено в промисловості за трьома варіантами:
1) двоступінчасте дегідрування н-бутану:
2) одноступінчасте дегідрування н-бутану:
3) дегідрування н-бутіленів.
Двоступінчасте дегідрування н-бутана.
Як сировина для отримання н-бутиленіввикористовують бутанову фракцію, що виділяється з газів нафтопереробки або попутних газів. Бутанову фракцію попередньо очищають від сірчистих сполук, а також від ізобутану та пентанів. Ці вуглеводні виділяють ректифікацією. Крім того, бутан піддають осушуванню твердими поглиначами (прожарений хлористий кальцій, боксит, силікагель, цеоліти) до вмісту вологи не більше 0,1 вага.%, так як використовується в процесі окисний каталізатор чутливий до пар води
Жорсткі умови окислювально-відновних циклів дегідрування і регенерації, що чергуються, пред'являють до каталізаторів підвищені вимоги. В одностадійному процесі використовується алюмохромовий окисний каталізатор ДВ-3М складу Сг2О3*А12Оз, активний при температурі близько 600°С, що прискорює обидві реакції дегідрування, міцний і стійкий в експлуатації і добре регенерується. Оскільки він отруюється парами води, то зниження парціального тиску вуглеводневої сировини у процесі досягається не введенням у систему водяної пари, а проведенням дегідрування у вакуумі.
3. Характеристика алюмінієвого каталізатора. Підготовка каталізатора до роботи
Каталізатори на основі нанесеного оксиду хрому широко використовується для процесів полімеризації, гідрування, дегідрування, ізомеризації, ароматизації, парціального окислення, реакції дегідрохлорування та ін. фазовий склад та дисперсність активних частинок.
У низці великої кількості нанесених оксиднохромових систем Cr2O3/Al2O3 каталізатори дегідрування нижчих С3-С5 парафінів займають особливе місце. Насамперед це пов'язано з промисловоюважливістю одержуваних при дегідруванні продуктів - олефінів та діолефінів, які використовуються для отримання синтетичних каучуків, полімерів, компонентів палив та інших хімічно цінних речовин.
Зовнішні дані – сіро-зелена мікросфера.
Насипна маса – від 1,2 до 1,4 г/см 3
Конверсія по ізобутану від 45 до 55
Селективність від 85 до 90
Повний цикл приготування каталізатора дегідрування нижчих парафінів просочувальним способом включає наступні стадії:
1) приготування просочувального розчину;
2) просочування алюмооксидного носія за вологоємністю;
3) сушіння каталізатора;
4) активація каталізатора.
Для збільшення селективності і конверсії процесу необхідним є створення ефективного каталізатора з високими характеристиками міцності і високими показниками селективності, придатного для використання в діючих технологіях безперервного процесу дегідрування парафінових вуглеводнів в киплячому шарі, що не призводить до ерозії обладнання, і способу його застосування, що забезпечує при високій селективності процесу та низькій витраті каталізатора.
Це завдання вирішується за допомогою каталізатора для дегідрування парафінових вуглеводнів, що містить оксид алюмінію, попередником якого є продукт термохімічної активації гідраргіліту, оксид хрому, оксид лужного металу, оксиди заліза, кальцію та магнію при масовому співвідношенні Fe: Ca: Mg (у перерахунку на оксид , рівному 0,3:1,0:0,1, при наступному співвідношенні компонентів, мас.% (у перерахуванні на оксиди):
оксид хрому (у перерахунку на Cr2O3)