Установка вакуумного дегидрирования углеводородов

А. Л. Ахмадиев, С. И. Поникаров

УСТАНОВКА ВАКУУМНОГО ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Ключевые слова: дегидрирование, вакуум, экспериментальная установка, одностадийный

метод, углеводороды, пониженное давление.

В статье рассматриваются основные промышленные способы дегидрирования углеводородов. Отмечаются их достоинства и недостатки. Предлагается реализация способа дегидрирования углеводородов при пониженном давлении, порядка 10 кПа, без использования греющего пара. Приведены основные характеристики экспериментальной установки.

Keywords: dehydrogenation, vacuum, experimental installation, an one-phasic method, the hydrocarbons, the lowered pressure.

In this article are considered the basic industrial ways dehydrogenation hydrocarbons. Their highs and lows are marked. Realization dehydrogenation of hydrocarbons is offered at the lowered pressure, an order 10 kPa, without use of heating steam. There are resulted the basic characteristics of experimental plant.

Одной из важнейших реакций органического синтеза, является реакция дегидрирования, реакция отщепления водорода от молекулы органического соединения. Данный процесс применяется для получения, как целевых продуктов, так и углеводородов более активно вступающих в иные реакции, например полимеризации.

Процесс вакуумного дегидрирования может использоваться в следующих производствах:

1. Получение стирола дегидрированием этилбензола.

2. Синтез изопрена из изобутилена и формальдегида.

3. Получение изопрена дегидрированием изопентана и изоамиленов.

4. Получение бутадиена дегидрированием бутанов и бутиленов.

Данные процессы в промышленности идут с применением водяного пара. Ввод пара в систему проводится для снижения парциального давления исходного газа и подвода теплоты, что улучшает процесс дегидрирования. При этом происходит существенный расход греющего пара, обладающего высоким энергетическим потенциалом, но являющегося дорогостоящим ресурсом. При получении стирола разбавление перегретым водяным паром составляет 3-10 раз от объема исходных продуктов [1], при синтезе изопрена 7-10 раз [2], при получении изопрена 7-20 раз [2], при получении бутадиена 10-20 раз [3] . Водяной пар, помимо положительного, оказывает и отрицательный эффект на процесс каталитического дегидрирования, физически «отравляя» катализатор в процессе реакции, экранируя парами воды поверхность катализатора. Например, при дегидрировании бутана «отравление» алюмохромового катализатора, в процессе дегидрирования окисленный оксид хрома восстанавливается, наступает при 15% экранировании для восстановленного оксида хрома, и при 2% экранировании для окисленного оксида хрома [4].

Низкого парциального давления исходных продуктов можно добиться использованием вакуума, тогда выше перечисленные процессы можно проводить в одну стадию на стационарном слое катализатора.

Одностадийный метод дегидрирования реализован в США, это метод Гудри (Иоиёгу).

Метод дегидрирования по Гудри характеризуется особым способом подвода тепла, необходимого для эндотермического процесса. Это тепло выделяет сам катализатор. Поскольку теплоемкость катализатора невелика, то источником тепла служит также и материал с большим удельным весом и с большей теплоемкостью, расположенной между шариками катализатора. Материал этот не обладает каталитическим действием, но и не препятствует реакции; он поглощает тепло, освободившееся при регенерации катализатора. Процесс регулируют так, чтобы количество тепла, поглощенного во время регенерации, соответствовало количеству тепла, необходимого при последующем дегидрировании. Для этого сырье нагревают точно до температуры реакции.

Процесс Гудри выгодно отличается тем, что при его применении можно обходиться без контактных труб. Реактор облицован керамическим материалом. Коксования не происходит, поскольку оно вызывается активной окисью железа, оседающей на катализаторе. Давление составляет около 0,7 ат. Сводка рабочих условий дегидрирования жидкого бутана, которых следует придерживаться при производстве бутенов по Гудри: средняя температура - 553 ° С; давление в реакторе печи - 0,7 ат; объемная скорость по отношению к катализатору - 1,5-2,0 объем/объем-час продолжительность дегидрирования - 8-10 мин [5].

Данным метод используют только для дегидрирования бутана в бутадиен.

Одностадийное дегидрирование под вакуумом изопентана в изопрен и этилбензола в стирол в промышленности не реализовано.

Разработанная экспериментальная установка вакуумного дегидрирования позволит провести эксперименты по одностадийному дегидрированию бутана, изопрена и этилбен-зола (рис. 1).

Рис. 1 - Экспериментальная установка вакуумного дегидрирования

Основными узлами установки являются: нагревательная камера, реакционная камера, теплообменник, конденсатосборники, безмасляный вакуум насос, пробоотборная линия, баллоны и исходным сырьем и инертным газом.

Сводка рабочих условий: предельная рабочая температура в установке 650°С; максимальное остаточное давление создаваемое на входе безмасляного мембранного насоса 7 кПа; максимальное остаточное давление создаваемое на входе пробоотборного насоса 1 кПа; время контакта газа с катализатором 2-2,5 сек; массовый расход бутана 0,75 кг/ч, изопрена 1 кг/ч, этилбензола 0,95 кг/ч.

Нагрев осуществляется электрическим током, подаваемым на нихромовую спиральную обмотку нагревательной и реакционной камер.

Отбор проб осуществляется в трех местах по высоте слоя катализатора и на выходе из системы. Контроль над процессом осуществляется с помощью термопреобразователей сопротивления, датчика давления-разряжения, показывающих вакуум метров, газового счетчика, вторичных приборов и преобразователей.

Литература

1. Википедия-свободная энциклопедия. Стирол [Электронный ресурс].- Режим доступа: Ьіїр://яі.\\ікіі^іа.ога/\\ікі/Стирол, свободный.

2. Огородников, С.К. Производство изопрена / С. К. Огородников, Г. С. Идлис. - Л.: Химия, 1973. - 296 с.

3. Кирпичников, П. А. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков / П. А. Кирпичников [и др.]. - Л.: Химия, 1981. - 264 с.

4. Елисеев, Н. А. Явление разработки и активность алюмохромовых катализаторов в процессе дегидрирования изопентана: автореф. дис. канд. хим. наук / Н. А. Елисеев. - М.: ИОХ им. Н.Д. Зелинского, 1964. - 24 с.

5. Азингер, Ф. Химия и технология моноолефинов / Ф. Азингер [и др.]; пер. с нем. - М.: Гостоп-техиздат, 1960. - 739 с.

© А. Л. Ахмадиев - студ. КГТУ, adel.akhmadiev@mail.ru; С. И. Поникаров - д-р техн. наук,

проф., зав. каф. машин и аппаратов химических производств КГТУ,mahp_kstu@mail.ru.