Что такое реакция дегидрирования

ДЕГИДРИРОВАНИЕ

Полезное

Смотреть что такое «ДЕГИДРИРОВАНИЕ» в других словарях:

ДЕГИДРИРОВАНИЕ — (дегидрогенизация) отщепление водорода от органических соединений. Происходит, напр., при термическом крекинге и каталитическом риформинге нефтяного сырья. Дегидрирование в организме одна из стадий биологического окисления поступающих извне… … Большой Энциклопедический словарь

дегидрирование — дегидрогенизация, реакция Словарь русских синонимов. дегидрирование сущ., кол во синонимов: 2 • дегидрогенизация (1) • … Словарь синонимов

дегидрирование — Реакция отщепления водорода [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN dehydration … Справочник технического переводчика

дегидрирование — (дегидрогенизация), отщепление водорода от органических соединений. Происходит, например, при термическом крекинге и каталитическом риформинге нефтяного сырья. Дегидрирование в организме одна из стадий биологического окисления поступающих извне… … Энциклопедический словарь

Дегидрирование — Дегидрирование реакция отщепления водорода от молекулы органического соединения. Является обратимой, обратная реакция гидрирование. Смещению равновесия в сторону дегидрирования способствует повышение температуры и понижение давления,… … Википедия

дегидрирование — см. Дегидрогенизация … Большой медицинский словарь

дегидрирование — дегидрирование, дегидрирования, дегидрирования, дегидрирований, дегидрированию, дегидрированиям, дегидрирование, дегидрирования, дегидрированием, дегидрированиями, дегидрировании, дегидрированиях (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А … Формы слов

ДЕГИДРИРОВАНИЕ — (дегидрогенизация), отщепление водорода от органич. соединений. Происходит, напр., при термич. крекинге и ка талитич. риформинге нефт. сырья. Д. в организме одна из стадий биол. окисления поступающих извне в в, происходит в присутствии ферментов… … Естествознание. Энциклопедический словарь

дегидрирование — дегидр ирование, я … Русский орфографический словарь

дегидрирование — (2 с), Пр. о дегидри/ровании … Орфографический словарь русского языка

Источник

Дегидрирование

Дегидрированием называется химический процесс отщепления атомов водорода от органических соединений. Дегидрированием получают мономеры для производства синтетических каучуков, пластических масс, ионообменных смол.

Процессы дегидрирования парафиновых и олефиновых углеводородов, в результате которых получают высокооктановые бензины, ароматические углеводороды, диеновые углеводороды, занимают одно из важнейших мест в современной нефтехимической промышленности. Они относятся к числу наиболее крупнотоннажных производств нефтехимического синтеза. Например, дегидрированием бутана и бутилена получают бутадиен (дивинил):

. (17.8)

Процессы дегидрирования в промышленных условиях проводятся при относительно высоких температурах (от 200 до 600. 650° С) в присутствии катализатора и при подводе тепла в зону реакции. Реакция дегидрирования сопровождается увеличением объема реагирующих веществ. Поэтому для увеличения выхода продуктов реакции процесс осуществляют при давлениях, близких к атмосферному, или под вакуумом. Понижение давления достигается введением разбавителей (водяного пара, азота, водорода, двуокиси углерода и др.), которые снижают парциальное давление исходных продуктов.

Дегидрирование парафиновых углеводородов проводят в парогазовой фазе на поверхности твердых катализаторов (окислов хрома, никеля и других металлов) при 530. 560° С. Исходное сырье испаряют, превращают в перегретый пар и подают в реакторы дегидрирования. После проведения реакции смесь газов (контактный газ) очищают от пыли катализатора и охлаждают. При этом тяжелые углеводороды конденсируются и отделяются в сепараторах. Дальнейшее разделение газов осуществляется абсорбцией и ректификацией.

Катализатор через определенное время требует регенерации, которая осуществляется путем подачи воздуха для выжигания смолистых отложений и кокса. Регенерацию проводят в специальных регенераторах, соединенных с реакторами. Большое значение имеет продолжительность контактирования сырья с катализатором. Для каждой температуры существует свое оптимальное время контактирования. С повышением температуры оно уменьшается. Процессы дегидрирования осуществляются преимущественно в реакторах с «кипящим» слоем катализатора (рис. 17.6). Катализатор находится на распределительных решетках 7.

Рис. 17.6. Схема реактора с «кипящим» слоем катализатора: 1 — подача исходной смеси; 2 — подача свежего катализатора; 3—реактор; 4 — циклон; 5 — линия продуктов реакции; 6 — отработанный катализатор; 7—распределительные решетки

Рис. 17.7. Схема реактора с «кипящим» слоем и регенератора для восстановления активности катализатора:

/ — регенератор; 2 — линия регенерационных газов; 3 — батарейный циклон; 4 — продукты реакции на разделение; 5 — реактор; 6 — отпар-ная колонна; 7 — горячий воздух; 8 — подача водяного пара;

9 — подача восстановленного катализатора в реактор; 10 — подача сырья

Перегретые пары (газы) пропускают снизу вверх через решетки с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение, а весь слой перешел из неподвижного в подвижное (взвешенное) состояние. При таком состоянии слой напоминает кипящую жидкость, откуда и идет название «кипящий» слой. В «кипящем» слое происходит мгновенное выравнивание температуры, интенсифицируются процессы тепломассообмена; активность катализатора повышается. Недостаток — унос катализатора из реактора, особенно мелких частиц. Для уменьшения уноса сечение верхней части реактора увеличивают с таким расчетом, чтобы уменьшить скорость потока газов в 5. 6 раз. Улавливание уносимой катализаторной пыли осуществляется в циклонах 4 и электрофильтрах.

Использование двухаппаратной системы «реактор—регенератор позволяет непрерывно осуществлять процессы дегидрирования и восстановления катализатора (рис. 17.7). Из реактора 5 после контактирования реакционная смесь выводится на разделение, а отработанный катализатор поступает в отпарную колонну 6, из которой потоком горячего воздуха подается в регенератор /. В регенераторе во взвешенном слое частички катализатора омываются горячим воздухом. Органические отложения постепенно выгорают (при температуре около 600. 650° С). Катализатор аккумулирует часть выделяющегося тепла и по трубе 9 поступает в линию подачи сырья 10, по которой и возвращается в реактор.

Двухаппаратная система «реактор—регенератор» обладает специфичной пожарной опасностью. Реактор заполнен горючими продуктами, в регенератор подается воздух. При повышении давления в реакторе горючие пары и газы могут попасть в регенератор, а при повышении давления в регенераторе воздух может перейти в реактор. В обоих случаях могут образоваться горючие смеси.

Повышение давления в регенераторе может быть при попадании воды из котла-утилизатора в систему отвода продуктов горения из регенератора. Повышение давления в реакторе может быть из-за прекращения подачи воды в конденсаторы-холодильники (после реактора) или при внезапном отключении компрессоров, находящихся в последующих цехах разделения продуктов реакции. Образование пробок в линиях транспорта катализатора также может нарушить работу системы «реактор—регенератор» и обусловить попадание воздуха в реактор или горючих газов в регенератор.

При недостаточной подаче горячего воздуха в регенератор или при сильном загрязнении катализатора горючими отложениями в регенераторе будет происходить неполное сгорание вещества с образованием окиси углерода, которая с воздухом может образовать взрывоопасную смесь. Во избежание этого предусматривается автоматическое регулирование расхода воздуха, подаваемого на регенерацию катализатора. Дымовые газы, выходящие из регенератора, контролируют на содержание окиси углерода. При обнаружении опасных концентраций вводят азот.

Проникновение паров углеводорода в регенератор может произойти из-за повышения давления в реакторе и в аппаратах, находящихся за реактором; из-за увеличения подачи исходного сырья, недостаточной осушки углеводородов, нарушения отвода продуктов «дегидрирования из реактора. Поэтому предусматривается автоматическое регулирование подачи исходного сырья, контроль за состоянием циклонов, уровнемеров катализатора, электрофильтров. Ж Температурный режим реактора и регенератора также контролируется и регулируется, чтобы предотвратить недопустимые температурные воздействия на аппараты и связанные с ними трубопроводы.

Реакторы, регенераторы, а также другие аппараты и трубопроводы системы «реактор—регенератор» подвержены сильному химическому износу и эрозии из-за высоких рабочих температур, непрерывного движения сырья, катализатора, продуктов реакции и горячего воздуха. Поэтому необходимо, чтобы конструкции их были изготовлены из специальных стойких материалов, чтобы был постоянный контроль за состоянием этих конструкций.

Рис. 17.8. Схема адиабатического контактного аппарата: 1 — корпус; 2 —футеровка; 3 — решетка;

4 — гильзы термопар; 5 — исходное сырье; 6 — катализатор; 7—продукты реакции

Дегидрирование олефиновых углеводородов осуществляют в реакторах адиабатического типа на неподвижном слое алюмохромового катализатора (рис. 17.8). В технологической схеме предусматривается не менее двух реакторов: один работает на контактирование, другой — на регенерацию катализатора. Тепло, необходимое для протекания реакции, отнимается от водяного пара и углеводородного сырья, предварительно нагретых в трубчатой печи. Перегретый водяной пар и углеводородное сырье смешиваются перед реактором. Цикл контактирования сменяется циклом регенерации. Контактный газ после реактора охлаждается и поступает на разделение. Регенерация катализатора осуществляется продувкой реактора перегретым водяным паром.

Пожарная опасность дегидрирования олефинов обусловлена использованием горючих веществ, высокими температурами, а также периодическим проведением регенерации катализатора. Опасность взрывов возникает при пуске реакторов, при переключениях на регенерацию и контактирование, если система полностью не освобождена от воздуха или углеводородов.

В условиях регенерации катализатора (при высоких температурах) пар реагирует с углеродом, образуя водяной газ:

Чтобы регенерация прошла полностью, в реактор вместе с паром подают и воздух. При недостаточной подаче воздуха возможны взрывы в регенерационной линии из-за образования окиси углерода. В случае негерметичности отключения линий возможно попадание углеводородов в зону регенерации, а воздуха — в зону контактирования. Поэтому реакторный блок обеспечивают системой автоматической блокировки открывания и закрывания задвижек с автоматической сигнализацией, показывающей положение задвижек при работе реактора.

Повреждение реакторов возможно при повышении давления и температуры. Повышение же давления может быть в случае увеличения подачи сырья и пара в реактор, нарушения охлаждения контактного газа, увеличения степени контакта сырья с катализатором. Поэтому предусматривается автоматическое регулирование подачи сырья, давления в печах и реакторах, охлаждения контактного газа за реактором, температурного режима печей и реакторов.

Дата добавления: 2015-02-23 ; просмотров: 6461 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что такое реакция дегидрирования

2.5.3. Дегидрирование алканов

При нагревании алканов в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni, Fe, Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZnO) происходит их каталитическое дегидрирование отщепления атомов водорода за счет разрыва связей СН.

Строение продуктов дегидрирования зависит от условий реакции и длины основной цепи в молекуле исходного алкана.

1. Низшие алканы, содержащие в цепи от 2-х до 4-х атомов углерода, при нагревании над Ni-катализатором отщепляют водород от соседних углеродных атомов и превращаются в алкены:

бутеном-2

бутен-1

₂

₃

₂

₃

₂

₃

бутадиен-1,3

2. Алканы, содержащие в основной цепи больше 4-х атомов углерода, используются для получения циклических соединений. При этом происходит дегидроциклизация реакция дегидрирования, которая приводит к замыканию цепи в устойчивый цикл.

Если основная цепь молекулы алкана содержит 5 (но не более) атомов углерода (н-пентан и его алкильные производные), то при нагревании над Pt-катализатором атомы водорода отщепляются от концевых атомов углеродной цепи, и образуется пятичленный цикл (циклопентан или его производные):

Алканы с основной цепью в 6 и более атомов углерода также вступают в реакцию дегидроциклизации, но всегда образуют 6-членный цикл (циклогексан и его производные). В условиях реакции этот цикл подвергается дальнейшему дегидрированию и превращается в энергетически более устойчивый бензольный цикл ароматического углеводорода (арена). Например:

Эти реакции лежат в основе процесса риформинга переработки нефтепродуктов с целью получения аренов (ароматизация предельных углеводородов) и водорода. Превращение н-алканов в арены ведет к улучшению детонационной стойкости бензина.

3. При 1500 ° С происходит межмолекулярное дегидрирование метана по схеме:

Данная реакция (пиролиз метана) используется для промышленного получения ацетилена.

Источник

Химические свойства алканов

Алканы – это предельные углеводороды, содержащие только одинарные связи между атомами С–С в молекуле, т.е. содержащие максимальное количество водорода.

Алканы – предельные углеводороды, поэтому они не могут вступать в реакции присоединения.

Для предельных углеводородов характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для алканов характерны только радикальные реакции.

Алканы устойчивы к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагируют с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

1. Реакции замещения.

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование.

Алканы реагируют с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

Химическая активность хлора выше, чем активность брома, поэтому хлорирование протекает быстро и неизбирательно.

При хлорировании алканов с углеродным скелетом, содержащим более 3 атомов углерода, образуется смесь хлорпроизводных.

Например, при хлорировании пропана образуются 1-хлорпропан и 2-хлопропан:

Бромирование протекает более медленно и избирательно.

Избирательность бромирования: сначала замещается атом водорода у третичного атома углерода, затем атом водорода у вторичного атома углерода, и только затем первичный атом.

С третичный–Н > С вторичный–Н > С первичный–Н

Например, при бромировании 2-метилпропана преимущественно образуется 2-бром-2-метилпропан:

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

1.2. Нитрование алканов.

Алканы взаимодействуют с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140 о С и под давлением. Атом водорода в алкане замещается на нитрогруппу NO₂.

При этом процесс протекает также избирательно.

С третичный–Н > С вторичный–Н > С первичный–Н

Например. При нитровании пропана образуется преимущественно 2-нитропропан:

2. Реакции разложения.

2.1. Дегидрирование и дегидроциклизация.

Дегидрирование – это реакция отщепления атомов водорода.

В качестве катализаторов дегидрирования используют никель Ni, платину Pt, палладий Pd, оксиды хрома (III), железа (III), цинка и др.

Уравнение дегидрирования алканов в общем виде:

При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, разрываются связи С–Н у соседних атомов углерода и образуются двойные и тройные связи.

Например, п ри дегидрировании этана образуются этилен или ацетилен:

При дегидрировании бутана под действием металлических катализаторов образуется смесь продуктов. Преимущественно образуется бутен-2:

Если бутан нагревать в присутствии оксида хрома (III), преимущественно образуется бутадиен-1,3:

Алканы с более длинным углеродным скелетом, содержащие 5 и более атомов углерода в главной цепи, при дегидрировании образуют циклические соединения.

При этом протекает дегидроциклизация – процесс отщепления водорода с образованием замкнутого цикла.

Пентан и его гомологи, содержащие пять атомов углерода в главной цепи, при нагревании над платиновым катализатором образуют циклопентан и его гомологи:

Алканы с углеродной цепью, содержащей 6 и более атомов углерода в главной цепи, при дегидрировании образуют устойчивые шестиатомные циклы, т. е. циклогексан и его гомологи, которые далее превращаются в ароматические углеводороды.

Гексан при нагревании в присутствии оксида хрома (III) в зависимости от условий может образовать циклогексан и потом бензол:

Гептан при дегидрировании в присутствии катализатора образует метилциклогексан и далее толуол:

Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен:

Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена.

2.3. Крекинг.

Крекинг – это реакция разложения алкана с длинной углеродной цепью на алканы и алкены с более короткой углеродной цепью.

Крекинг бывает термический и каталитический.

Термический крекинг протекает при сильном нагревании без доступа воздуха.

При этом получается смесь алканов и алкенов с различной длиной углеродной цепи и различной молекулярной массой.

Каталитический крекинг проводят при более низкой температуре в присутствии катализаторов. Процесс сопровождается реакциями изомеризации и дегидрирования. Катализаторы каталитического крекинга – цеолиты (алюмосиликаты кальция, натрия).

3. Реакции окисления алканов.

Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение.

Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Например, горение пропана в недостатке кислорода:

Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода:

Эта реакция используется для получения сажи.

3.2. Каталитическое окисление.

Продукт реакции – так называемый «синтез-газ».

4. Изомеризация алканов.

Под действием катализатора и при нагревании неразветвленные алканы, содержащие не менее четырех атомов углерода в основной цепи, могут превращаться в более разветвленные алканы.

Источник