Технология производство бутадиена–1,3 Получение бутадиена–1,3 дегидрированием н–бутенов

Бутадиен-1,3 (дивинил) CH₂=CH−CH=CH₂ представляет собой при обычных условиях бесцветный газ, конденсирующийся в жидкость при минус 4,3 ^оС (атмосферное давление). С воздухом дает взрывоопасные смеси в пределах концентраций 2,0-11,5 % об. Он является основным мономером для синтетических каучуков.

Бутадиен-1,3 образуется при дегидрировании всех изомеров бутенов. Побочными реакциями являются полимеризация бутадиена и крекинг бутадиена и бутенов.

Для достижения максимального выхода бутадиена-1,3 процесс нужно проводить при высоких температурах и низких парциальных давлениях. Для снижения парциального давления проводят большое разбавление сырья перегретым водяным паром. При этом пар играет роль не только теплоносителя, но и реагента, который взаимодействуя с углеродом, отлагающимся на катализаторе, регенерирует его.

C + H₂O ↔ CO + H₂, CO₂ + H ↔ CO + H₂O,

C + 2H₂O ↔ CO₂ + 2H₂, C + CO₂ ↔ 2CO.

Изменяя соотношение перегретый пар-сырьё, можно регулировать продолжительность контакта бутенов с катализатором. Одно из требований, предъявляемых к катализаторам, инертность к действию водяного пара. В отечествен-ной промышленности нашли применения два типа катализаторов: хром-железо-цинковые (К-16, К-16У), кальций-никель-форфатные (ИМ-2204, ИМ-2206).

Дегидрирование н-бутенов проводят в адиабатических реакторах со стационарным слоем катализатора. Сырьем является жидкая бутеновая фракция следующего состава (% мас.): н-бутены – 78,0; бутан – 15,0; бутадиен-1,3 – 1,0; пропан – 0,1; изобутен – 5,5; углеводороды С₅ – 0,4.

Рис. Технологическая схема дегидрирования н-бутенов на катализаторе К-16У:

1 – испаритель; 2 – перегреватель; 3 – печь; 4 – реактор;

5 – котел-утилизатор; 6, 8 – скрубберы; 7 – кондесатор

Сырье последовательно направляется в испаритель 1 и в перегреватель 2 (рис.). Нагретые до 80 ^оС пары проходят через печь 3, где их температура возрастает до 430-440 ^оС, и поступают в верх­нюю часть реактора 4. Из котла-утилизатора 5 в печь 3 поступает также водяной пар и перегревается до 750-780 ^оС. Пары сырья смешиваются с перегретым паром в верхней части реактора 4 в специальных смесителях и при 650 ^оС проходят слой катализатора высотой 1,8-2,2 м.

В результате реакции дегидрирования температура газа, проходящего через катализатор, снижается на 30-40 ^оС. Контактный газ перед выходом из реактора охлаждают до 540-550 ^оС, впрыскивая водный конденсат ("закалка"), и направляют в котел-утилизатор 5, где его охлаждают до 250-260 ^оС, используя это тепло для получе­ния водяного пара с избыточным давлением 0,5 МПа. Далее газ поступает в тарельчатый скруббер 6 на водяную промывку и в конденсатор 7, где конденсируются водяные пары. Из конденсатора газ уходит в насадочный скруббер 8, орошаемый циркулирующей водой. В скруббере газ охлаждается до 45 ^оС и направляется на выделение бутадиен-1,3. Выход бутадиена-1,3 составляет 80 % на разложенные бутены и 20 % на пропущенные бутены. Если предполагается использование кальций-никель-фосфатного катализатора ИМ-2204, то установку проектируют из двух реакторов, работающих циклически: в одном аппарате протекает дегидрирование, а в другом в это время происходит регенерация катализатора. Последовательность и продолжительность операций в одном реакторе следующая: дегидрирование 15 мин, продукта паром 2 мин, регенерация катализатора 11 мин, продувка паром после регенерации 2 мин. Общее время цикла составляет 30 минут.