Бутадиен из нефти

Дегидрирование или дегидрогенизация — это отнятие водорода. Дегидрирование является химическим процессом, обратным гидрированию, т. е. присоединению водорода. При дегидрировании предельных углеводородов образуются непредельные химические соединения, причём степень их ненасыщенности зависит от степени дегидрирования.

Это наглядно видно из общего уравнения реакции дегидрирования:

Чтобы дегидрирование проходило быстрее и полнее, в аппаратах повышают температуру, доводя её до 400—800°, и применяют катализаторы, обычно окиси металлов. При каталитическом дегидрировании температура может быть значительно снижена; поэтому в производственных условиях применяют главным образом этот последний процесс.

Бутадиен получают дегидрированием двумя методами:
а)       одноступенчатым — при котором путём подбора катализаторов и аппаратуры бутадиен производят сразу из бутана, по реакции:

б)       двухступенчатым — при котором бутан вначале превращают в бутилен:

а затем, отделив образовавшийся бутилен от бутана, дегидрируют бутилен в бутадиен:

Аппараты, где происходит дегидрирование, необходимо подогревать и очень усиленно: без этого реакции не будут идти. Дело в том, что дегидрирование происходит с затратой тепла извне, т. е. относится к числу эндотермических реакций. Если мы вздумаем превратить 1 кг бутадиена в бутилен, то на это необходимо затратить 555 ккал тепла; для получения 1 кг бутадиена из бутилена требуется 403 ккал (подсчитайте: сколько тепла нужно для превращения 1 кг-мол бутана и бутилена соответственно в бутилен и бутадиен?).

Каталитическое дегидрирование — это гетерогенная реакция: она происходит при контакте (соприкосновении) двух фаз — газообразной и твёрдой. Твёрдой фазой является катализатор; естественно, что чем больше поверхность контакта, тем быстрее будет протекать реакция. Поэтому, так же как и катализатору Лебедева для получения бутадиена из спирта, катализаторам дегидрирования придают форму маленьких шариков или таблеток, имеющих большую удельную поверхность.

Мы не будем останавливаться подробно на описании всех разновидностей процесса дегидрирования и смежных с ним технологических процессов. Познакомимся, в качестве примера, с производством бутадиена из бутана по двухступенчатому способу.

Наглядная схема производства бутадиена и каучука из бутана представлена на рисунке 14.

Рис. 14. Схема получения бутадиена и каучука из газов крекинга нефти.

Вообразим себе огромные стальные реакторы — трубчатые аппараты, в которых происходит дегидрирование. Эти аппараты — основное оборудование цеха дегидрирований. Гудят форсунки, непрерывно обогревающие реакторы. В раскалённые трубки, наполненные катализатором, сверху поступают перегретые пары бутана, проходящие через катализатор в 2 секунды. При температуре 500—600° происходит разложение бутана с отнятием от него водорода. Горячие продукты разложения проходят теплообменники, где отдают своё тепло свежему бутану, направляемому в реакторы, и направляются на разделение.

Катализатор довольно быстро «утомляется», т. е. поверхность его загрязняется продуктами реакции и выход бутилена падает. Поэтому контактирование в каждом реакторе длится около 1 часа, после чего аппарат автоматически переводится на регенерацию — процесс восстановления катализатора, после чего снова следует контактирование. Одна за другой проходят эти операции. Каждая тонна разложенного бутана даёт 900 кг бутиленов. Так работает отделение дегидрирования бутана.

В результате дегидрирования получается бутан-бутиленовая фракция, подвергаемая в другом отделении сложной очистке и разделению. Выделенные бутилены (смесь четырёх изомеров общей формулы С4Н8) поступают на дегидрирование. Дегидрирование бутиленов с получением бутадиена ведётся по аналогичной схеме, подобно дегидрированию бутана. После разделения продуктов реакции и очистки получают бутадиен.

Это бутадиен из нефти, точнее из газов нефтепереработки. Его направляют на склад и оттуда в цех полимеризации. Производство бутадиена из газов нефтепереработки —  новый технологический процесс; оно неуклонно развивается. Для Советского Союза этот способ имеет большое значение, так как наша страна обладает огромными запасами нефти. Директивы XIX съезда партии по пятому пятилетнему плану развития СССР на 1951 — 1955 годы указывают на необходимость всемерного развития производства каучуков на базе использования нефтяных газов. Добыча нефти в 1955 г. увеличится по сравнению с 1950 г. на 85%. Вместе с ростом добычи нефти быстро развивается и нефтепереработка, давая советской промышленности синтетического каучука дешёвое сырьё — этилен, бутан, бутилены и другие газы, вовлекаемые в производство бутадиена.

Каучук из нефти — самый дешёвый каучук.

Начало разработки способов получения каучука из нефтяного сырья положил в Советском Союзе в 1915 г. проф. Борис Васильевич Вызов.

До 1910 г. не было известно способов получения бутадиена. Для этого предлагались вещества, мало пригодные для массового производства, выход же бутадиена был мал. Б. В. Вызов первый предложил разлагать под действием высокой температуры с целью получения бутадиена доступные нефтяные продукты — газы переработки нефти, различные фракции нефти, нефтяные остатки. Учёный работал в лаборатории известного резинового завода «Треугольник» в Петербурге, где по его инициативе была организована опытная станция по синтезу каучука.

Синтезом каучука из нефти занимались также С. В. Лебедев, Н. Д. Зелинский, А. И. Якубчик, О. К. Богданова и другие советские учёные. Особое значение в деле разработки промышленного получения бутадиена методом дегидрирования имеют работы химиков школы выдающегося русского химика-органика Николая Дмитриевича Зелинского.