ПОЛУЧЕНИЕ БУТАДИЕНА ИЗ МЕТАНА

​PRODUCTION OF BUTADIENE FROM METHANE

Allanazar Shatlykov

student, Turkmen State Pedagogical Institute named after S. Seydi,

Turkmenistan, Turkmenabad

Yazmyrat Khommadov

scientific supervisor, PhD in Chemistry, Assoc. Prof.; Turkmen State Pedagogical Institute named after S. Seydi,

Turkmenistan, Turkmenabad

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается новая технология производства бутадиена из метана.

ABSTRACT

The article discusses a new technology for producing butadiene from methane.

Ключевые слова: получение бутадиена, природного газа, каучук.

Keywords: production of butadiene, natural gas, rubber.

Введение

Бутадиен -1,3 впервые был получен из этилового спирта с одновременной каталитической дегиратацией и дегидрированием, c участием серной кислоты,  в 30-ые годы прощлого века русским ученым  С. В. Лебедовым,  по  следующей реакции:

2C₂H₅OH   CH₂=CH‒CH=CH₂ + 2H₂O + H₂.

Из бутадиена-1,3, полученного по  данному способу, был впервые синтезирован  исскуственный каучук и налажено его производство [1].

В 60 годах  прошлого века  этот способ  заменен на более прогрессивный способ получения бутадиена -1,3 из бутаново-бутиленовой фракции природного газа,  каталитическим дегидрированием:

CH₃‒CH₂‒CH₂‒CH₃ CH₂=CH‒CH=CH₂ + 2H₂ ;

CH₃‒CH₂‒CH=CH₂CH₂=CH‒CH=CH₂ + H₂.

В данное время известны десятки различных способов получения бутадиена-1,3. Более выгодным, из разработанных способов является способ использование бутадиена-1,3, который образкется из циклогексана, при каталитическом крекинге нефти.

Возможность получения бутадиена-1,3 из продукта пиролиза   поводится в работе [2].

Из перечисленных выше способов ни один из  них не является выгодным для Туркменистана.  В качестве исходного вещества, для получения бутадиена-1,3, у нас имеется  природный газ, состоящий из 92-96% метана.

Поэтому, нами  была сделана попытка получения бутадиена-1,3 из приодного газа. Разработанный способ  состоит из трех стадией, которые протекают в специально созданных условиях, последние две стадии которых протекают с участием катализаторов.

Первая стадия - крекинг метана, который протекает при высокой температуре:

2CH₄  C₂H₂+3H₂.

Данная стадия протекает в электро-дуговом реакторе вытеснения с теплообменником. Образованный при этом ацетилен, подвергается быстрому охлаждению для предупреждения его разложения (рис. 1).

Наличие ацетилена доказали образованием осадка ацетиленида меди (I) красного цвета.

HC≡CH+2[Cu(NH₃)₂]Cl " Cu‒C≡C‒Cu↓+ 2NH₄Cl + 2NH₃.

Рисунок 1. Схема реактора крекинга метана

(1-входная труба метана; 2-электрическая дуга; 3-труба, в которую попадает вода; 4-водяная разбрызгиватель; 5-труба, через которую выделяется охлажденная газовая смесь; 6-водопроводная труба).

В электродуговом реакторе с температурой 2000‒3000 °С и при напряжении постоянного тока между электродами 1000 В происходит нагрев метана до 1600 °С, в результате получается ацетилен: Расход электроэнергии доходит до 13000 кВт·ч на 1 т ацетилена. Выход ацетилена – 50 % [3].

Вторая стадия - димеризация ацетилена. Она протекает с участием катализаторов, при температуре 5˚C. В результате реакции образуется смесь винилацетилена и дивинилацетилена:

2HC≡CH  CH₂=CH‒C≡CH;

 3HC≡CH  CH₂=CH‒CH=CH‒C≡CH.

Данная стадия протекает в реакторе смещения, в котором газовая смесь пропускается через смеси растворов катализаторов [1]. Непрореагировавшие водород и метан не вступают в данную реакцию

Присутствие винилацетилена доказали образованием осадка винилацетиленида меди (I) красного цвета.

CH2=CH‒C≡CH+[Cu(NH₃)₂]Cl → H₂C=CH‒C≡CCu↓ + NH₄Cl + NH₃.

Присутствие дивинилацетилена в жидкой смеси доказали образованием осадка дивинилацетиленида меди (I) красного цвета.

CH₂=CH‒CH=CH‒C≡CH+[Cu(NH₃)₂]Cl → CH₂=CH‒CH=CH‒C≡CCu↓ + +NH₄Cl + NH₃.

Третья стадия -  гидрирование винилацетилена и дивинилацетилена

Смесь продуктов реакции разделяется на отдельные составляющие, в виду отличия их агрегатного состоянии, переводом винилацетилена  в жидкое состаяние. При температуре 25˚C винилацетилен подвергается гидрированию с получением бутадиена-1,3.

CH₂=CH‒C≡CH  + H₂   CH₂=CH‒CH=CH₂.

CH₂=CH‒CH=CH‒C≡CH+4H₂  C₆H₁₄.

Осаждение винилацетилена из продуктов реакции производили реакцией раствор хлорида меди (I) в аммиаке, с образованием осадка винилацетиленида меди (I) красного цвета. Оставшиеся бутадиена-1,3, следиющей реакцией:

3CH₂=CH‒CH=CH₂+4KMnO₄+8H₂O→3CH₂(OH)‒CH(OH)‒CH(OH)‒CH₂(OH)+4MnO₂+4KOH.

В результате обесцвечивается раствор перманганата калия.

Рисунок 2. Оптимальная технологическая схема производства

Как видно из изложенного, процесс синтеза бутадиена-1,3 является многостадийным. Хотя для осуществления каждой из них требуется отделный реактор, и соответственно, много материальных расходов, рентабельность  производства является высокой. Приводим оптимальную технологическую схему (рис. 2).

Рекомендуем использовать смеси метана и водорода, которая остается в позиции 15 (рис.2) в виде отходов, для производства электрической энергии. Вычисленное количество энергии составляет 23,9 МВт·ч, и соответственно, рекомендуемая технология является экономически выгодной

Список литературы:

1. Реутов.А.О, Курц Л.А, Бутин П.К. Органическая химия, в 4-x частях, часть Москва, БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
2. Егорова П. А. Производство бутадиена-1,3 из С-4 фракции пиролиза. Материалы опубликованные в интернете 2019 г.
3. Работы фирмы Huls (ФРГ). https://helpiks.org/5-45572.html