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

чествах нормальные парафиновые и нафтеновые углеводороды, способные к превращению в ароматические. Судя по температу­ рам кипения цнклогексана, гексана и ближайших их гомологов для переработки в риформинг-бензпн подходят бензины прямой гонки и лигроины с температурами выкипания примерно до 180 °С. Для получения чистых углеводородов лучше брать фрак­ ции, кипящие в более узких температурных пределах.

1)бензола, 2) толуола, 3) ксилолов.

Вкачестве катализатора наибольшее распространение в про­ мышленности получила платина на оксиде алюминия как носи­ теле (содержание платины около 0,5%)- Этот катализатор об­ ладает высокой селективностью, но он отравляется сернистыми соединениями.

Чтобы снизить скорость образования кокса, в состав реак­ ционной смеси вводят водород (до 10 моль на 1 моль углеводо­ рода). Это приводит к необходимости поддерживать в реакторе

дород. Его используют для синтеза аммиака, гидрокрекинга (кре­ кинг при участии Нг) или очистки нефтепродуктов (гидро-

очистка).

Какова схема технологического процесса? Очищенную от сернистых соединений нефтяную фракцию смешивают с цирку­ лирующим водородом, нагревают в печи и направляют в реактор с платиновым катализатором. Так как процесс в целом эндотер­

реакторов, из которых поочередно один отключают для регене­ рации катализатора выжиганием кокса.

Вопросы и задания

1.Составьте схему, иллюстрирующую значение дегидрирования углеводо­ родов для синтеза органических продуктов.

2.Чем объясняется высокая реакционная способность алкенов и алкадиенов? Какие типы реакций для них характерны?

3.Сопоставьте все виды сырья, используемые для производства алкенов,

алкадиенов и ароматических углеводородов, и дайте им сравнительнуюоценку.

4. Каковы общие закономерности управления реакциями, имеющими та­ кие физико-химические характеристики, как дегидрирование этана, бутана и ароматизация углеводородов. К каким классам они относятся?

5. Обобщив материал этой главы, дайте характеристику процессов де­ гидрирования, включающую данные о равновесии, кинетике, сырье, оптималь­ ных условиях производства, конструкциях реакторов, технологических схе­ мах.

Гл а в а X I . СИНТЕЗ МЕТАНОЛА И ЭТАНОЛА

§ 1. Применение и способы производства метанола

Метанол относится к числу основных химических продуктов. Он применяется во многих производствах как полупродукт и растворитель. Большая часть метанола окисляется в формальде­ гид. Метанол используют как метилирующее вещество. Напри­ мер, взаимодействием терефталевой кислоты н метанола полу­ чают дпметилтерефталат (исходное вещество для синтеза лав­ сана) :

и уксусной кислотой при нагревании древесины без доступа воз­ духа (сухой перегонкой) с очень малым выходом. Разумеется, с развитием производства полимеров возникла необходимость в разработке способа синтеза метанола. В 1923 г. вступила в строй первая установка синтеза метанола из оксида углерода СО и водорода:

СО + 2Н2 ^ СНзОН + Q

Исходную газовую смесь получали газификацией каменно­ угольного кокса. Сейчас синтез метанола, так же как и синтез аммиака, базируется на природном горючем газе. Этот способ производства метанола достиг в настоящее время высокого со­

ха пока не достигнуто. Основная трудность состоит в том, что

§ 2. Физико-химическая характеристика синтеза метанола из оксида углерода СО и водорода

При взаимодействии оксида углерода СО с водородом в от­ сутствие катализатора метанол не образуется. Известны вещест­ ва, обладающие свойством направлять взаимодействие оксида

ла, спирт-сырец содержит до 5% воды и разнообразные органи­ ческие соединения, среди них — диметиловый эфир и высшие спирты. Одновременно с синтезом метанола протекают реакции:

СО + Н 2 ^ Н С Н О

Муравьиный альдегид

2СН3 ОН—>СН3 —О—СНз + Н 2 0

Диметиловый эфир

со + зн2—>сн4 + н2о

Метан

2СО + 2 Н 2 — * С Н 4 + С 0 2

Метан

Вычислите практический выход метилового спирта, если на 1 m чистого продукта расходуется 2500 мъ стехиометрической смеси СО и Н 2 .

В каком направлении нужно менять температуру, давление и состав ис­ ходной газовой смеси для смещения равновесия в сторону образования мета­ нола?

Дав качественную оценку, обратимся к количественным дан­ ным о равновесии (расчетные данные, не учитывающие побоч­ ных реакций). Зависимость равновесной концентрации метанола от давления и температуры при стехиометрическом соотношении реагентов такова:

Таким образом, при давлении до 10 ат и температурах 300— 350 °С метанол практически не образуется. Сколько-нибудь вы­ сокие выходы метанола можно получить только при давлениях в сотни атмосфер.

Сопоставив синтез аммиака и метанола, вы сразу заметите, что они очень близки. Но синтез метанола, в отличие от синте­ за аммиака,— сложная реакция. Поэтому изменение температу­ ры, давления и соотношения реагентов влияет не только на сме­ щение равновесия метанола, но и другие реакции. Так, наиболь­ ший равновесный выход метанола получается при стехпометрическом составе исходной газовой смеси. Однако согласно экс­ периментальным данным при таком составе исходной смеси спирт-сырец содержит больше примесей, чем при избытке водо­ рода—увеличение (до определенного предела) отношения во­ дорода к оксиду углерода СО приводит к уменьшению выхода побочных продуктов. В отличие от простых, обратимых, экзотер­ мических реакций выход метанола при определенной темпера­ туре (меняющейся с изменением других факторов, и прежде всего состава катализатора) становится максимальным.

Итак, рассматриваемая реакция сложная, обратимая (с не­ благоприятным положением равновесия), экзотермическая, ге- терогенно-каталитическая.

§ 3. Оптимальные условия синтеза метанола

Синтез метанола из оксида углерода (II) и водорода реали­ зован в промышленности вскоре после того, как были созданы установки синтеза аммиака. Хотя это был первый синтез орга­ нического вещества при условиях, очень далеких от тех, кото­ рые до этого использовались в промышленности органического синтеза, его рождение не привлекло большого внимания, и преж­ де всего потому, что дорога высокому давлению в химическую промышленность уже была проторена. Оптимальные условия обоих синтезов и все оборудование настолько схожи, что неодно­ кратно, в связи со спросом на тот пли иной продукт, цехи пере­ водились то на синтез аммиака, то на производство метанола.

Автор книги надеется, что вы самостоятельно ответите на вопросы, поставленные в конце параграфа.