Файл: Эпштейн Д.А. Химия в промышленности учеб. пособие по факультатив. курсу для учащихся X классов.pdf

С открытием способа получения фенола и ацетона из гидро­ перекиси изопропилбепзола стали производить сотни тысяч тонн ; в год изопропилбепзола. Среди производств, использующих про­ пилен, изопропилбензол занимает первое место, второе — поли-

| пропилен.

Составьте уравнения реакций, посредством которых перерабатывают про­ пилен в промышленности.

Бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) — основные мономеры для получения высококачественных каучу­ ков, среди которых наибольший интерес представляют стереоре- гулярные—полндивиниловый и полиизопреновый.

ходе которых образуются ненасыщенные углеводороды. Это тер­ мический крекинг нефтепродуктов — в газах крекинга содержит­ ся довольно много этих соединений. Этилен содержится и в кок­ совом газе. Эти газы и служили источником ненасыщенных угле­ водородов до тех пор, пока потребность в них была незначи­ тельной. Обзор областей применения углеводородов позволяет сделать вывод, что сейчас они занимают такое положение в про­ мышленности органического синтеза, при котором нельзя огра­ ничиваться побочными продуктами. Следует использовать попут­ ные нефтяные газы и легкие нефтяные дистилляты, из которых можно получать неограниченное количество ненасыщенных угле­ водородов.

§ 2. Физико-химическая характеристика

дегидрирования этана

Реакция дегидрирования этана и других парафиновых угле­ водородов протекает с поглощением тепла; она обратима — рав­ новесие смещается в сторону образования продуктов реакции при повышении температуры и понижении давления:

СгНє—>-СгН4 + Н2 — Q

. Количественное влияние обоих этих факторов на равновесие можно проследить по следующим данным:

1524,0

При пиролизе (разложение при высоких температурах) протекают также и другие реакции, о многообразии которых можно судить по составу продуктов пиролиза этана. Например,

дов С4 п выше, 17,2% непрореагпровавшего С2 Н6 . Образуются также смолистые вещества и кокс.

Составьте уравнения реакций пиролиза этана с образованием всех выше перечисленных продуктов.

Побочные продукты образуются в результате термического разложения алкенов, их полимеризации и циклизации и при других реакциях, характерных для термического крекинга угле­ водородов.

Скорость пиролиза этана с изменением температуры изменя­ ется следующим образом: если скорость при 825 °С принять за единицу, то при повышении температуры на 100 °С она равняет­ ся 15. Однако согласно закономерностям протекания сложных реакций выход этилена достигает максимума при определенной температуре. Такая же зависимость наблюдается для времени реакции. Оба фактора — температура и время реакции — взаим­ но связаны: с повышением температуры нужно уменьшать время реакции для получения максимального выхода этилена. Экспери­ ментальные данные показывают, что при 10% водяного пара от массы сырья и атмосферном давлении максимальный выход эти­ лена (около 54%) получается при температуре около 825 °С и времени реакции, около 1 сек.

Суммируя физико-химические данные, можно кратко охарак­ теризовать реакцию следующим образом: это эндотермическая, обратимая, сложная, гомогенная реакция.

§ 3. Оптимальные условия производства этилена из этана

При выборе оптимальных условий нужно в данном случае прежде всего поставить цель — свести- к минимуму образование побочных газообразных, смолистых и твердых веществ. В реше­ нии этой проблемы помогут закономерности управления обра­ тимыми и сложными реакциями.

Выбор давления. Реакцию целесообразно проводить при воз­ можно более низком давлении. Однако создать в реакционной

130

аппаратуре вакуум затруднительно. Можно понизить давление перерабатываемого газа иным путем — разбавить его водяным паром. Благодаря этому равновесие смещается в благоприятную сторону и одновременно уменьшается выход побочных продук­ тов, особенно твердых (почему?).

Выбор температуры и времени реакции. При повышении тем­ пературы равновесие смещается в нужную сторону и растет ско­ рость образования этилена. Однако решающее значение имеет влияние температуры и времени реакции на выход этилена по отношению к прореагировавшему этану.

Какова технологическая схема процесса? Так как вследствие сложности реакции газовая смесь на выходе из реактора со­ держит много непрореагировавшего этана, следует организовать циркуляцию этана (аналогично циркуляции азотоводородной смеси в производстве аммиака). Этан, полученный разделением попутного газа или из других источников, смешивают с цирку­ лирующим газом и водяным паром и нагревают до оптимальной температуры.

Пиролиз этана, как и пропана, проводят в трубчатых печах, применяемых на установках для перегонки нефти и термическо­ го крекинга нефтепродуктов, но при более высоких температу­ рах. Поэтому трубчатые печи изготовляют из более стойких, ле­ гированных сталей. Созданы реакторы другого типа, в которых тепло подводится непосредственно с горячим зерненым теплоно­ сителем. Он может находиться в реакторе в «кипящем слое» или' перемещаться под действием силы тяжести. Такие реакторы эффективны и дают более высокий выход целевых продуктов, чем трубчатые печи.

Немедленно после выхода из горячей зоны смесь резко ох­ лаждают (почему, как?). При дальнейшем охлаждении отде­ ляется смола. Разделить газы с получением отдельно этилена, этана и других веществ можно различными методами. Наиболь­ шее распространение получил метод, который применяют для разделения коксового газа с целью получения водорода, осно­ ванный на охлаждении газовой смеси до очень низких темпера­ тур и ректификации образующих фракций. Этим методом удает­ ся выделить из газовой смеси 98% находящегося в нем этилена и получить продукт, содержащий всего около-0,02% примесей.

При" создании нового производства — пиролиза этана — были использо­ ваны ранее открытые общие закономерности химической технологии и про­ мышленный опыт производства некоторых продуктов. Составьте таблицу, в которой покажите эти связи и зависимости.

Осуществленный позднее пиролиз пропана сходен с пиролизом этана. Составьте уравнения реакций, ведущих к образованию пропилена и этилена. Укажите оптимальные температуры пиролиза этана и пропана. Можно лн предположить, что технологическая схема и реакторы для пиролиза пропана аналогичны тем, которые применяют для пиролиза этана?

вий. Так, в СССР используют как газообразные, так и легкие жидкие углеводороды; в Японии, где нет своей нефти и попут­ ных нефтяных газов, этилен получают пиролизом низкооктано­ вых бензиновых фракций; в США — пиролизом нефтяных попут­ ных газов.

§4. Физико-химическая характеристика дегидрирования

н-бутана и н-бутиленов

Из многих способов производства бутадиена-1,3 (дивинила) наиболее экономичны те, которые используют самое дешевое сырье — попутный нефтяной газ или газы нефтепереработки. На­ пример, для получения дивинила из бутана требуется в три раза меньше капиталовложений, чем из этилового спирта.

метан, этилен, пропилен, этан, пропан, смолистые вещества и кокс.

Какие реакции приводят к образованию этих продуктов? Напишите со­ ответствующие уравнения реакций.

Однако имеется возможность направить реакции в сторону образования продуктов дегидрирования, применяя катализаторы селективного действия.

или при изомеризации с перемещением двойной связи в диви­ нил:

Равновесие реакций (/) и (2) смещается в сторону дегид­ рирования при повышении температуры и понижении давления.

132