Procesy jednostkowe
Transkrypt
Procesy jednostkowe
Procesy jednostkowe Procesy utleniania Podstawa wielkotonażowych produkcji Fenolu i acetonu (metoda kumenowa); Tlenku etylenu z etylenu; Bezwodników: ftalowego z naftalenu lub o-ksylenu; maleinowego z benzenu lub n-butanu Podstawa wielkotonażowych produkcji Cykloeksanonu i kwasu adypinowego z cykloheksanu; Kwasu tereftalowego z p-ksylenu; Akrylonitrylu z propylenu i amoniaku (utleniająca amonoliza) Oksychlorowanie etylenu jako etap produkcji chlorku winylu. Utlenianie Procesy, w których zasadniczą rolę odgrywają reakcje przebiegające z udziałem tlenu lub innych czynników utleniających. Celem jest zawsze uzyskanie produktów ich niecałkowitego przebiegu. Całkowite utlenianie substratów (do CO2 i H2O) jest zawsze wysoce niepożądane. Klasyfikacja procesów utleniania 1. Utlenianie przebiegające bez rozerwania wiązania C–C (brak destrukcji cząsteczki) O2 H2C CH2 O2 H2C CH2 O OH Klasyfikacja procesów utleniania 2. Utlenianie destrukcyjne przebiegające z rozerwaniem wiązania C–C. OH HNO3 O HNO3 COOH COOH Klasyfikacja procesów utleniania 3. Utlenianie powodujące połączenie się dwóch cząsteczek różnych substratów. Utleniająca amonoliza propylenu CH3CH=CH2 + NH3 + 3/2 O2 → CH2=CHCN + 3 H2O Klasyfikacja procesów utleniania 4. Utlenianie odwodorniające - następuje zwiększenie ilości atomów węgla w cząsteczce. 2 R–SH + ½ O2 → R–S–S–R + H2O Czynniki utleniające 1. Powietrze – najtańsze, – podwyższona temperatura, – odpowiedni katalizator, – aby uzyskać zadawalającą szybkość procesu. Czynniki utleniające 2. Czysty tlen - większa wydajność produktów utleniania, - mniejszy strumień objętości recyrkulowanych gazów Wady: - wysoki koszt tlenu, (konieczność uruchomienia i eksploatowania tzw. tlenowni), - większe zagrożenie wybuchem. Czynniki utleniające 3. 4. Roztwory kwasu HNO3 (50 – 55%) wyższe stężenia – uboczne reakcje nitrowania, wydzielanie tlenków azotu. Nadtlenki (H2O2, kwas nadoctowy) - drogie; - stosowane, gdy istnieją względy wykluczające zastosowanie tlenu, powietrza lub kwasu azotowego. H2O2 - alkohol alilowy → gliceryna Problemy bezpieczeństwa eksploatacji instalacji utleniania Związki nadtlenkowe – wybuchowy rozkład katalizowany metalami (Fe, Cu) i ich solami. Procesy technologiczne w fazie ciekłej, ze ścisłą kontrolą temperatury i z wykluczeniem możliwości nagromadzenia się dużej ilości związku nadtlenkowego w aparaturze. Problemy bezpieczeństwa eksploatacji instalacji utleniania Reakcje utleniania są nieodwracalne i egzotermiczne. Układy odbioru ciepła reakcji i jego utylizacji: - produkcja pary wodnej, - podgrzewanie różnych strumieni technologicznych, - dobór parametrów i katalizatorów, aby ograniczyć reakcje całkowitego utleniania. Przemysłowe procesy utleniania 1. Niekatalityczne utlenianie w fazie gazowej – utlenianie mieszaniny propanu i butanów będący metodą produkcji alkoholi, aldehydów i kwasów; – produkcja gazu syntezowego metodą utleniającej pirolizy metanu. Przemysłowe procesy utleniania 2. Katalityczne utlenianie w fazie gazowej – utlenianie etylenu do tlenku etylenu, – produkcja bezwodnika ftalowego z naftalenu lub o-ksylenu, – produkcja akrylonitrylu metodą utleniającej amonolizy propylenu. Przemysłowe procesy utleniania 3. Niekatalityczne utlenianie w fazie ciekłej – utlenianie różnych frakcji węglowodorów parafinowych do odpowiednich alkoholi i kwasów, – utlenianie cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu, – utlenianie kumenu do wodoronadtlenku kumenu. Przemysłowe procesy utleniania 4. Katalityczne utlenianie w fazie ciekłej – produkcja aldehydu octowego z etylenu, – produkcja kwasu tereftalowego z p-ksylenu. Procesy jednostkowe Procesy uwodornienia Reakcje uwodornienia 1. Przyłączenie wodoru do wiązań nienasyconych (C=C, C≡C, C=N, C=O). - procesy selektywnej hydrorafinacji olefinowych frakcji gazowych z procesu pirolizy lub krakingu katalitycznego. Benzen ↔ Cykloheksan Reakcje uwodornienia Odwracalne reakcje uwodornienia n-butan ↔ n-buten i 1,3–butadien izopentan ↔ izopren etylobenzen ↔ styren metanolu ↔ formaldehyd. Odwodornienie benzen ↔ cykloheksan fenol ↔ cykloheksanol. Reakcje uwodornienia 2. Zastępowanie wodorem heteroatomów z jednoczesnym ich usunięciem w postaci: H2O, NH3, H2S, HCl. R–COOH ↔ R–CH2OH + H2O R–COCl ↔ RCHO + HCl RSSR’ ↔ RH + R’H + 2 H2S Reakcje uwodornienia 3. Destruktywne uwodornienie (hydrogenoliza) - rozerwanie wiązań C–C przebiegające z jednoczesnym przyłączeniem wodoru. Procesy hydrodealkilowania Proces hydrokrakingu Reakcje uwodornienia 4. Sprzężone uwodornienie – odwodornienie przemieszczeniem się wodoru pomiędzy dwiema reagującymi cząsteczkami. Katalityczny reforming benzyn Specyficzne przypadki reakcji odwodornienia Dehydrocyklizacja węglowodorów parafinowych w procesie reformingu benzyn (wytwarzanie wysokooktanowych reformatów bogatych w węglowodory aromatyczne). Dehydrocyklooligomeryzacja propanu i butanów (wytwarzanie węglowodorów aromatycznych w procesie Cyclar). Stosowane katalizatory Metale grupy VIII układu okresowego (Ni, Fe, Co, Pd, Pt) oraz podgrupy IB (Ag, Cu). Tlenki metali (Cu, Zn, Cr). Mieszaniny lub związki tlenków np. CuO x Cr2O3, ZnO x Cr2O3, NiO x WO3. Siarczki Mo, W lub Ni - w przypadkach uwodornienia surowców zawierających związki siarki będące truciznami katalizatorów metalicznych.