Дегидрирование изобутана

Министерство образования и науки Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА    (НИУ) ИМЕНИ И. М. ГУБКИНА

Кафедра технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

« Дегидрирование изобутана »

 

 

 

 

Руководитель проекта: доц. Скреплёва И.Ю.

Выполнил: студент гр. ХТ-13-04 Плотко М.В.

 

 

 

 

 

 

Москва 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

 

 

ВВЕДЕНИЕ

         В промышленности синтетического каучука изобутилен используется как мономер для производства бутилкаучука и полиизобутилена, а также для производства изопрена методом конденсации изобутилена с формальдегидом.

         Изобутилен (СН3)2С=СН2 при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с неприятным запахом, Изобутилен нерастворим в воде; растворяется в этиловом спирте и диэтиловом эфире. Вступает во все реакции, характерные для олефинов; легко полимеризуется в присутствии кислых агентов. Взрывоопасен. Пределы взрывоопасных концентраций с воздухом 1,7-9,0 % (об.). При вдыхании оказывает наркотическое действие.

Основным источником получения изобутилена являются газы нефтедобычи и нефтепереработки, содержащие изобутан и изобутилен. Изобутилен может быть получен дегидрированием изобутана.

         В настоящее время все большее значение приобретают процессы извлечения изобутилена из пиролизных фракций С4. Промышленное выделение изобутилена из фракции С4 осуществляется либо с помощью серной кислоты, либо жидкофазной гидратацией на ионообменных смолах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Литературный обзор

         Изобутилен (изобутен, ненасыщенный углеводород с химической формулой (СН3)2С=СН2) представляет собой бесцветный газ, tkип —6,9 °С, плотность 0,6266 г/см3 ( —6,6 °С), nD-25 = 1,3814.

Рисунок 1. Структурная формула изобутилена

         В промышленности его получают дегидрированием изобутана на окисных катализаторах (например, Cr2O3 на Al2O3) при 500-600°С или дегидратацией изобутилового спирта.

         В РФ в настоящее время изобутилен выделяют из бутан-бутиленовой фракции, содержащей около 15% изобутилена и 35-40% н-бутиленов. Способность изобутилена полимеризоваться и сополимеризоваться используют в производстве полиизобутилена и бутилкаучука. Изобутилен применяют также для алкилирования ароматических соединений и изобутана с целью получения изооктана. Также он служит сырьем для производства метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), изопрена.

           В России качество СУГов, применяемых в качестве топлива для коммунально-бытового потребления, регламентируется ГОСТом 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия». Согласно данному ГОСТу по физико-химическим показателям сжиженные газы должны соответствовать требованиям и нормам, представленным в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.   Физико-химические показатели топливных СУГов, применяемых в коммунально-бытовом хозяйстве

 

	Наименование показателя				Норма для марки
				ПТ			СПБТ			БТ
	Массовая доля компонентов, %
	сумма метана, этана, этилена				не нормируется
	сумма пропана и пропилена, не менее		75				не нормируется
	сумма бутанов и бутиленов, не менее			не нормир.		-				60
	не более					60				-
	Объемная доля жидкого остатка при 20оС, %, не более		0,7			1,6				1,8
	Давление насыщенных паров, избыточное, МПа,
	при температуре:
	+45оС, не более		1,6			1,6				1,6
	-20оС, не менее		0,16			-				-
	Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %		0,013			0,013				0,013
	в том числе сероводорода, не более		0,003			0,003				0,003
	Содержание свободной воды и щелочи					отсутствие
	Интенсивность запаха, баллы, не менее		3			3				3

 

Примечание: ПТ – пропан технический, СПБТ – смесь пропана и бутана технических, БТ –

бутан технический

 

 

Источник: ФГУП «Стандартинформ»

 

Физико-химические показатели фракции нормального бутана нормируются ТУ 0272-026-00151638-99 (таблица 2), изобутана – ТУ 0272-025-00151638-99 (таблица 3).

 

 

Таблица 2. Физико-химические и эксплуатационные показатели бутановой фракции (н-бутана)

 

	Наименование показателя						Норма по ТУ
				Высшая			А			Б			В
	Массовая доля компонентов, %
	пропан, не более		0,3			0,5			1,0			1,0
	изобутан, не более		0,9			1,5			4,0				не норм.
	сумма бутиленов, не более		0,5			1,0			1,0			2,0
	нормальный бутан, не менее		98,6			97,5			94,0			88,0
	сумма углеводородов С5 и выше, не более		0,4			0,6			2,5			5,0
	Содержание сероводорода и меркаптановой		0,005			0,005			0,01			0,01
	серы, % (по массе), не более
	Содержание свободной воды			отс.			отс.			отс.			отс.
	Содержание щелочи			отс.			отс.			отс.			отс.
Источник: ФГУП «Стандартинформ»

 

 

 

Таблица 3. Физико-химические и эксплуатационные показатели изобутановой фракции

 

	Наименование показателя						Норма по ТУ
				Высшая			А			Б			В
	Массовая доля компонентов, %
	пропан, не более		1,3			1,5			4,5			8,0
	изобутан, не менее		98,0			97,0			90,0			70,0
	сумма бутиленов, не более		0,5			0,5			0,5				не норм.
	нормальный бутан, не более		0,7			2,0			6,0				не норм.
	сумма углеводородов С5 и выше, не более			отс.			отс.		0,5			1,0
	Содержание сероводорода и меркаптановой		0,005			0,005			0,005			0,01
	серы, % (по массе), не более
	Содержание свободной воды			отс.			отс.			отс.			отс.
	Содержание щелочи			отс.			отс.			отс.			отс.
Источник: ФГУП «Стандартинформ»

 

      

         Объемы производства бутана в РФ превышают 3 млн т в год. При этом н-бутана выпускается порядка 2 - 2,5 млн т в год, технического бутана – свыше 1 млн т в год. Объем производства изобутана превышает 1 млн т в год.

          Для производства изобутилена на практике используется несколько методов.  Изобутилен получают из изобутана, а также извлекают из фракций углеводородов С4 газов нефтепереработки и пиролиза.

          Дегидрирование изобутана проводят в системах с псевдоожиженным катализатором, циркулирующим между реактором и регенератором. Для обеспечения интенсивного контакта газов с катализатором и создания противотока, реактор и регенератор секционируют 10—12 горизонтальными провальными решетками. Реакцию ведут при 550—600 °С и объемной скорости около 300 ч~1. Выход изобутилена составляет 42 % на пропущенный и 82 % на превращенный изобутан.

           Из контактных газов после компрессии выделяют изобутан-изобутиленовую фракцию, содержащую 45—50 % изобутилена. Эту фракцию можно непосредственно использовать для получения изопрена (через диметилдиоксан) или направить на получение концентрированного изобутилена.

          Изобутилен из изобутана получают также в одной из модификаций процесса фирмы Halcon. Это — многостадийный процесс. На первой стадии изобутан окисляют в жидкой фазе до гидроперекиси:

(СН3)3СН + О2 —>  (СН3)3СООН

на второй стадии при взаимодействии гидроперекиси с пропиленом в присутствии Mo-содержащих катализаторов образуется окись пропилена и триметилкарбинол:

 

далее проводится дегидратация триметилкарбинола:

 

          Важнейшим источником получения олефинов С4 и бутадиена является фракция С4 газов пиролиза. Разделение углеводородов С4 обычной ректификацией затруднено, а для некоторых изомеров и невозможно из-за близости температур кипения.

         Бутадиен из фракции С4 выделяют, используя хемосорбцию медно-аммиачными солями или экстрактивную дистилляцию с полярными растворителями (ацетоном, ацетонитрилом, диметилформамидом, диметилацетамидом).

         Основной сложностью разделения моноолефинов С4 является то, что разность температур кипения изобутилена и α-бутилена   составляет    всего

0,3 °С. С начала 40-х годов для извлечения изобутилена  из смеси с другими олефинами  С4 использовался сернокислотный метод, основанный на различии скоростей взаимодействия бутиленов с серной кислотой. Соотношение коэффициентов абсорбции изобутилена и нормальных бутиленов резко возрастает с понижением концентрации кислоты. При концентрации кислоты ниже 63 % это соотношение превышает 300.