Բութանի ջրազրկումն իրականացվում է քրոմի և ալյումինի կատալիզատորի հեղուկացված կամ շարժվող շերտում: Գործընթացն իրականացվում է 550-ից 575 աստիճան ջերմաստիճանի պայմաններում: Ռեակցիայի առանձնահատկություններից մենք նշում ենք տեխնոլոգիական շղթայի շարունակականությունը։
Տեխնոլոգիական առանձնահատկություններ
Բութանի ջրազրկումը հիմնականում իրականացվում է կոնտակտային ադիաբատիկ ռեակտորներում։ Ռեակցիան իրականացվում է ջրային գոլորշու առկայությամբ, որը զգալիորեն նվազեցնում է փոխազդող գազային նյութերի մասնակի ճնշումը։ Էնդոթերմային ջերմային էֆեկտի փոխհատուցումը մակերևութային ռեակցիայի սարքերում իրականացվում է մակերևույթի միջով ծխատար գազերով ջերմություն մատակարարելու միջոցով։
Պարզեցված տարբերակ
Բութանի ջրազրկումը ամենապարզ ձևով ներառում է ալյումինի օքսիդի ներծծում քրոմ անհիդրիդի կամ կալիումի քրոմատի լուծույթով։
Ստացված կատալիզատորը նպաստում է արագ և որակյալ գործընթացին: Քիմիական գործընթացի այս արագացուցիչը մատչելի է գների միջակայքում:
Արտադրական սխեմա
Բութանի ջրազրկումը ռեակցիա է, որի ժամանակ կատալիզատորի զգալի սպառում չի ակնկալվում: Ապրանքներսկզբնական նյութի ջրազրկումը տեղափոխվում է արդյունահանման թորման միավոր, որտեղ մեկուսացվում է պահանջվող օլեֆինային ֆրակցիան: Բութանի ջրազրկումը դեպի բութադիեն խողովակային ռեակտորում արտաքին տաքացման տարբերակով թույլ է տալիս արտադրանքի լավ բերքատվություն:
Ռեակցիայի առանձնահատկությունը նրա հարաբերական անվտանգության, ինչպես նաև բարդ ավտոմատ համակարգերի և սարքերի նվազագույն օգտագործման մեջ է: Այս տեխնոլոգիայի առավելություններից կարելի է նշել դիզայնի պարզությունը, ինչպես նաև էժան կատալիզատորի ցածր սպառումը։
Գործընթացի առանձնահատկությունները
Բութանի ջրազրկումը շրջելի գործընթաց է, և նկատվում է խառնուրդի ծավալի ավելացում։ Լե Շատելիեի սկզբունքի համաձայն, այս գործընթացում քիմիական հավասարակշռությունը փոխազդելու համար փոխազդեցության արտադրանք ստանալու համար անհրաժեշտ է նվազեցնել ճնշումը ռեակցիայի խառնուրդում:
Օպտիմալը մթնոլորտային ճնշումն է մինչև 575 աստիճան ջերմաստիճանում, երբ օգտագործվում է խառը քրոմ-ալյումին կատալիզատոր: Քանի որ քիմիական գործընթացի արագացուցիչը նստում է ածխածին պարունակող նյութերի մակերեսին, որոնք առաջանում են սկզբնական ածխաջրածնի խորը ոչնչացման կողմնակի ռեակցիաների ժամանակ, նրա ակտիվությունը նվազում է։ Իր սկզբնական ակտիվությունը վերականգնելու համար կատալիզատորը վերականգնվում է օդով փչելով, որը խառնվում է ծխատար գազերի հետ։
Հոսքի պայմաններ
Բութանի ջրազրկման ժամանակ գլանաձեւ ռեակտորներում առաջանում է չհագեցած բութեն։ Ռեակտորում տեղադրված են գազի բաշխման հատուկ ցանցերցիկլոններ, որոնք գրավում են կատալիզատորի փոշին, որը տարվում է գազի հոսքով:
Բութանի ջրազրկումը բութենների հիմք է հանդիսանում չհագեցած ածխաջրածինների արտադրության արդյունաբերական գործընթացների արդիականացման համար: Բացի այս փոխազդեցությունից, նմանատիպ տեխնոլոգիան օգտագործվում է պարաֆինների այլ տարբերակներ ստանալու համար: N-բուտանի ջրազրկումը հիմք է դարձել իզոբութանի, ն-բութիլենի, էթիլբենզոլի արտադրության համար։
Տեխնոլոգիական գործընթացների միջև կան որոշ տարբերություններ, օրինակ՝ մի շարք պարաֆինների բոլոր ածխաջրածինները ջրազրկելիս օգտագործվում են նմանատիպ կատալիզատորներ։ Էթիլբենզոլի և օլեֆինների արտադրության անալոգիան կապված է ոչ միայն մեկ գործընթացի արագացուցիչի, այլև նմանատիպ սարքավորումների օգտագործման մեջ:
Կատալիզատորի օգտագործման ժամանակը
Ի՞նչն է բնութագրում բութանի ջրազրկումը: Այս գործընթացի համար օգտագործվող կատալիզատորի բանաձևը քրոմի օքսիդն է (3): Տեղում է ամֆոտերային ալյումինի վրա։ Գործընթացի արագացուցիչի կայունությունն ու ընտրողականությունը բարձրացնելու համար այն կկրկնօրինակվի կալիումի օքսիդով։ Պատշաճ օգտագործման դեպքում կատալիզատորի լիարժեք աշխատանքի միջին տևողությունը մեկ տարի է։
Օգտագործման ընթացքում նկատվում է պինդ միացությունների աստիճանական նստվածք օքսիդների խառնուրդի վրա։ Դրանք պետք է ժամանակին այրվեն՝ օգտագործելով հատուկ քիմիական գործընթացներ։
Կատալիզատորի թունավորումը տեղի է ունենում ջրային գոլորշիով: Հենց այս կատալիզատորների խառնուրդի վրա է տեղի ունենում բութանի ջրազրկումը։ Ռեակցիայի հավասարումը համարվում է դպրոցում օրգանական դասընթացի ընթացքումքիմիա.
Ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում նկատվում է քիմիական գործընթացի արագացում։ Բայց միևնույն ժամանակ գործընթացի ընտրողականությունը նույնպես նվազում է, և կատալիզատորի վրա նստում է կոքսի շերտ։ Բացի այդ, ավագ դպրոցում հաճախ առաջարկվում է հետևյալ առաջադրանքը՝ գրել բութանի ջրազրկման, էթանի այրման ռեակցիայի հավասարում։ Այս գործընթացները որևէ առանձնահատուկ դժվարություն չեն պարունակում:
Գրեք ջրազրկման ռեակցիայի հավասարումը և կհասկանաք, որ այս ռեակցիան ընթանում է երկու իրար հակադիր ուղղություններով: Ռեակցիայի արագացուցիչի ծավալի մեկ լիտրի համար ժամում կա մոտավորապես 1000 լիտր բութան գազային տեսքով, այսպես է տեղի ունենում բութանի ջրազրկումը։ Չհագեցած բութենը ջրածնի հետ միացնելու ռեակցիան նորմալ բութանի ջրազրկման հակառակ գործընթացն է։ Բուտիլենի ելքը ուղղակի ռեակցիայում միջինում 50 տոկոս է։ Ջրազրկումից հետո 100 կգ սկզբնական ալկանից առաջանում է մոտ 90 կիլոգրամ բուտիլեն, եթե գործընթացն իրականացվում է մթնոլորտային ճնշման և մոտ 60 աստիճան ջերմաստիճանում։
Հումք արտադրության համար
Եկեք ավելի մանրամասն նայենք բութանի ջրազրկմանը: Գործընթացի հավասարումը հիմնված է նավթի վերամշակման ընթացքում առաջացած հումքի (գազերի խառնուրդի) օգտագործման վրա: Սկզբնական փուլում բութանի ֆրակցիան մանրակրկիտ մաքրվում է պենտեններից և իզոբուտեններից, որոնք խանգարում են ջրազրկման ռեակցիայի բնականոն ընթացքին։
Ինչպե՞ս է բութանը ջրազրկվում: Այս գործընթացի հավասարումը ներառում է մի քանի քայլ. Մաքրումից հետո մաքրվածի ջրազրկումբութեններ դեպի բութադիեն 1, 3. Չորս ածխածնի ատոմ պարունակող խտանյութը, որը ստացվել է n-բուտանի կատալիտիկ ջրազրկման դեպքում, պարունակում է բութեն-1, ն-բութան և բութեն-2։
Խառնուրդի իդեալական տարանջատումն իրականացնելը բավականին խնդրահարույց է։ Օգտագործելով լուծիչով արդյունահանող և կոտորակային թորում, կարող է իրականացվել նման տարանջատում, և այդ տարանջատման արդյունավետությունը կարող է բարելավվել:
Մեծ տարանջատող հզորությամբ ապարատների վրա ֆրակցիոն թորում իրականացնելիս հնարավոր է դառնում լրիվ տարանջատել նորմալ բութանը բութեն-1-ից, ինչպես նաև բութեն-2-ից։
Տնտեսական տեսանկյունից բութանի ջրազրկման գործընթացը մինչև չհագեցած ածխաջրածիններ համարվում է էժան արտադրություն։ Այս տեխնոլոգիան հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել շարժիչային բենզին, ինչպես նաև քիմիական արտադրանքի հսկայական տեսականի։
Ընդհանուր առմամբ, այս գործընթացն իրականացվում է միայն այն տարածքներում, որտեղ անհրաժեշտ է չհագեցած ալկեն, իսկ բութանը ցածր ինքնարժեք է: Արժեքի նվազեցման և բութանի ջրազրկման ընթացակարգի բարելավման շնորհիվ դիոլեֆինների և մոնոլեֆինների օգտագործման շրջանակը զգալիորեն ընդլայնվել է:
Բութանի ջրազրկման պրոցեդուրան իրականացվում է մեկ կամ երկու փուլով, տեղի է ունենում չպատասխանված հումքի վերադարձ ռեակտոր: Խորհրդային Միությունում առաջին անգամ բութանի ջրազրկումն իրականացվել է կատալիզատորի շերտում։
Բութանի քիմիական հատկությունները
Պոլիմերացման գործընթացից բացի, բութանը ունի այրման ռեակցիա: Էթան, պրոպան և այլնԲնական գազում բավականաչափ հագեցած ածխաջրածինների ներկայացուցիչներ կան, ուստի այն հանդիսանում է հումք բոլոր փոխակերպումների, ներառյալ այրման համար:
Բութանում ածխածնի ատոմները գտնվում են sp3-հիբրիդային վիճակում, ուստի բոլոր կապերը միայնակ են, պարզ: Այս կառուցվածքը (չորսանկյունի ձևը) որոշում է բութանի քիմիական հատկությունները։
Այն ընդունակ չէ մտնելու ավելացման ռեակցիաների մեջ, բնութագրվում է միայն իզոմերացման, փոխարինման, ջրազրկման գործընթացներով։
Փոխարինումը դիատոմային հալոգենի մոլեկուլներով իրականացվում է արմատական մեխանիզմով, և այդ քիմիական փոխազդեցության իրականացման համար անհրաժեշտ են բավականին ծանր պայմաններ (ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում): Բութանի բոլոր հատկություններից գործնական նշանակություն ունի նրա այրումը, որն ուղեկցվում է բավարար քանակությամբ ջերմության արտանետմամբ։ Բացի այդ, արտադրության համար առանձնահատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում հագեցած ածխաջրածնի ջրազրկման գործընթացը։
Ջրազերծման առանձնահատկություններ
Բութանի ջրազրկման պրոցեդուրան իրականացվում է խողովակային ռեակտորում՝ ֆիքսված կատալիզատորի վրա արտաքին տաքացումով: Այս դեպքում բուտիլենի բերքատվությունը մեծանում է, արտադրության ավտոմատացումը պարզեցվում է։
Այս գործընթացի հիմնական առավելություններից է կատալիզատորի նվազագույն սպառումը: Թերությունների թվում նշվում են լեգիրված պողպատների զգալի սպառումը, բարձր կապիտալ ներդրումները։ Բացի այդ, բութանի կատալիտիկ ջրազրկումը ներառում է զգալի քանակությամբ միավորների օգտագործում, քանի որ դրանք ունեն ցածր արտադրողականություն:
Արտադրությունը ցածր արտադրողականություն ունի, ուստիքանի որ ռեակտորների մի մասը կենտրոնացած է ջրազրկման վրա, իսկ երկրորդ մասը հիմնված է ռեգեներացիայի վրա: Բացի այդ, արտադրությունում աշխատողների մեծ թիվը նույնպես համարվում է այս տեխնոլոգիական շղթայի թերությունը։ Պետք է հիշել, որ ռեակցիան էնդոթերմիկ է, ուստի պրոցեսն ընթանում է բարձր ջերմաստիճանում, իներտ նյութի առկայության դեպքում։
Բայց նման իրավիճակում վթարների վտանգ կա. Դա հնարավոր է, եթե սարքավորման մեջ կնիքները կոտրվեն: Օդը, որը մտնում է ռեակտոր, երբ խառնվում է ածխաջրածինների հետ, առաջացնում է պայթուցիկ խառնուրդ։ Նման իրավիճակից խուսափելու համար քիմիական հավասարակշռությունը տեղափոխվում է աջ՝ ռեակցիոն խառնուրդի մեջ ջրային գոլորշի ներմուծելով։
Մեկ քայլ գործընթացի տարբերակ
Օրինակ օրգանական քիմիայի կուրսում առաջարկվում է հետևյալ առաջադրանքը՝ գրել բութանի ջրազրկման ռեակցիայի հավասարումը։ Նման առաջադրանքը հաղթահարելու համար բավական է հիշել հագեցած ածխաջրածինների դասի ածխաջրածինների հիմնական քիմիական հատկությունները։ Եկեք վերլուծենք բութադիենի ստացման առանձնահատկությունները բութանի ջրազրկման մեկ փուլով։
Բութանի ջրազրկման մարտկոցը ներառում է մի քանի առանձին ռեակտորներ, որոնց թիվը կախված է շահագործման ցիկլից, ինչպես նաև հատվածների ծավալից: Հիմնականում հինգից ութ ռեակտորներ ներառված են մարտկոցում:
Ջրազրկման և վերածնման գործընթացը տևում է 5-9 րոպե, գոլորշու փչման փուլը տևում է 5-ից 20 րոպե:
Պայմանավորված է նրանով, որ ջրազրկումըբութանը իրականացվում է անընդհատ շարժվող շերտով, գործընթացը կայուն է։ Սա նպաստում է արտադրության գործառնական կատարողականի բարելավմանը, մեծացնում է ռեակտորի արտադրողականությունը։
Ն-բուտանի միաստիճան ջրազրկման գործընթացը իրականացվում է ցածր ճնշման (մինչև 0,72 ՄՊա) ջերմաստիճանում, ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան օգտագործվում է ալյումին-քրոմ կատալիզատորի արտադրության համար:
Քանի որ տեխնոլոգիան ներառում է ռեգեներատիվ տիպի ռեակտորի օգտագործումը, գոլորշու օգտագործումը բացառվում է: Բացի բութադիենից, խառնուրդում առաջանում են բութեններ, դրանք նորից ներմուծվում են ռեակցիայի խառնուրդի մեջ։
Մեկ փուլը հաշվարկվում է կոնտակտային գազում բութանների և ռեակտորի լիցքավորման մեջ դրանց թվի հարաբերակցության միջոցով:
Բութանի ջրազրկման այս մեթոդի առավելությունների թվում մենք նշում ենք արտադրության պարզեցված տեխնոլոգիական սխեման, հումքի սպառման նվազում, ինչպես նաև գործընթացի համար էլեկտրաէներգիայի ինքնարժեքի նվազում։
Այս տեխնոլոգիայի բացասական պարամետրերը ներկայացված են արձագանքող բաղադրիչների շփման կարճ ժամանակահատվածներով: Այս խնդիրը շտկելու համար պահանջվում է բարդ ավտոմատացում: Նույնիսկ նման խնդիրների դեպքում բութանի միաստիճան ջրազրկումն ավելի բարենպաստ գործընթաց է, քան երկփուլ արտադրությունը:
Բութանը մեկ փուլով ջրազրկելիս հումքը տաքացնում են մինչև 620 աստիճան ջերմաստիճան: Խառնուրդն ուղարկվում է ռեակտոր, այն անմիջական շփման մեջ է կատալիզատորի հետ։
Ռեակտորներում հազվադեպություն ստեղծելու համար,օգտագործվում են վակուումային կոմպրեսորներ։ Կոնտակտային գազը թողնում է ռեակտորը՝ սառեցնելու, այնուհետև այն ուղարկվում է տարանջատման։ Ջրազրկման ցիկլը ավարտվելուց հետո հումքը տեղափոխվում է հաջորդ ռեակտորներ, իսկ նրանցից, որտեղ քիմիական գործընթացն արդեն անցել է, փչելու միջոցով հեռացվում են ածխաջրածնային գոլորշիները։ Արտադրանքները տարհանվում են, և ռեակտորները նորից օգտագործվում են բութանի ջրազրկման համար։
Եզրակացություն
Նորմալ բութանի ջրազրկման հիմնական ռեակցիան ջրածնի և բութենների խառնուրդի կատալիտիկ արտադրությունն է: Բացի հիմնական գործընթացից, կարող են լինել բազմաթիվ կողմնակի գործընթացներ, որոնք զգալիորեն բարդացնում են տեխնոլոգիական շղթան: Ջրազրկման արդյունքում ստացված արտադրանքը համարվում է արժեքավոր քիմիական հումք։ Հենց արտադրության պահանջարկն է հիմնական պատճառը սահմանափակող շարքի ածխաջրածինները ալկենների վերածելու տեխնոլոգիական նոր շղթաների որոնման համար։
