Russian Federation
The paper considers the current production problem of obtaining butene-1. The main process parameters influencing the yield and selectivity of products are considered. A possible solution to the exist-ing problem is proposed
ethylene, butene-1, dimerization, catalyst
Полимеры играют ключевую роль в современном мире благодаря своей универсальности и широкому применению в различных отраслях. Полиэтилен, в частности, является одним из распространенных и важных полимеров [1].
Бутен-1 является важным мономером для производства полиэтилена низкой и высокой плотности. При введении бутена-1 в структуру полиэтилена улучшаются его характеристики, механические свойства, а также функциональность [2].
Целью данной работы является решение, которое поможет без замены уже закупленного оборудования и больших финансовых затрат эффективно решить вопрос, связанный с запретом на ввоз катализатора димеризации этилена от лицензиара. Для этого необходимо глубоко исследовать процессы димеризации этилена с акцентом на получение бутена-1. В работе будет произведен анализ известных технологий получения бутена-1, различных катализаторов, которые применяются для димеризации этилена, их механизмы действия, а также условия реакции, влияющие на выход и селективность продукта.
Рассмотренные технологии получения бутена-1 [3]:
- дегидрирование н-бутана в присутствии алюмохромовых катализаторов;
- олигомеризация этилена в присутствии триэтилаллюминия;
- выделение бутена-1 из С 4 фракций нефтехимических производств;
- димеризация этилена с использованием каталитических систем на основе металлоорганических соединений.
Выбор метода получения бутена-1 зависит от доступных сырьевых материалов, экономической целесообразности и требований к качеству конечного продукта. Наиболее распространенным методом является димеризация этилена, поскольку он позволяет эффективно производить большие объемы химического соединения.
Исходным сырьем является этилен, вспомогательными материалами являются катализатор LC2254 и триэтилалюминий.
Катализатор LC2254 (C40H84O10)Ti – раствор комплекса титана в тетрагидрофуране, комплекс титана с добавкой модифицирующего агента (промотора) для стабилизации катализатора.
Триэтилалюминий (ТЭАЛ) - (C2H5)3Al (23,7 масс.% алюминия) представляет собой бесцветную жидкость, которая самовоспламеняется на воздухе.
Газообразный этилен димеризуется с получением бутена-1. При рабочих значениях температуры и давления продуктовый бутен-1 находится в жидкой фазе, в которой протекает реакция с растворенным катализатором. До протекания димеризации газообразный этилен поглощается жидкой фазой бутена. Процесс характеризуется высокой селективностью по бутену-1 (таблица1, 2) [3].
Таблица1
Состав продуктов димеризации этилена
|
Компонент |
Содержание, %масс. |
|
бутен-1 |
90-95 |
|
гексен-1 |
0,3-0,6 |
|
3-метилпентен-1 |
1,5-3,0 |
|
2-метилбутен-1 |
3,0-6,0 |
|
полимеры |
0,001-0,04 |
Таблица2
Состав продуктового потока после колонны отделения бутена-1
|
Соединение |
Значение |
Единицы измерения |
|
бутен-1 |
99,84 |
масс.% |
|
н-бутан |
0,16 |
масс.% |
Условия димеризации, такие как температура, давление и концентрация реагентов, играют критическую роль в выходе и селективности продуктов.
Температура протекания реакции в диапазоне от 50°С до 53°С. При высокой температуре снижается селективность по отношению к бутену-1 и увеличивается выход более тяжелых соединений и полимера. При низкой температуре выигрыша в селективности нет, однако снижается активность, что ведет к повышению потребления катализатора.
Давление для протекания реакции должно быть близким к 2,3 МПа. При низком давлении происходит снижение селективности, т.е. увеличиваются выходы более тяжелых соединений и полимера. При высоком давлении отсутствует выигрыш в селективности и увеличивается объем капиталовложений [4].
Концентрация этилена в реакторе должна быть максимальной, чтобы увеличить до максимума производство бутена-1.
Решением производственной проблемы может стать замена лицензионного импортного катализатора на аналогичный. Возможным вариантом решения может стать устройство дополнительного узла приготовления катализатора непосредственно на производственной площадке.
Приготовление раствора тетрабутоксититана (ТБТ) и тетрагидрофурана (ТГФ) в н-гексане осуществляется периодически в аппаратах (таблица 3). Один аппарат является расходным, а другой – резервным. Загрузка компонентов ТБТ и ТГФ, а также растворителя н-гексана осуществляется последовательно. Разбавление ТБТ и ТГФ в емкости проводится до достижения концентрации ТБТ в н-гексане 60-120 г/л. Операция подачи раствора катализатора в реактор димеризации этилена осуществляется непрерывно, посредством насосов.
Таблица3
Материальный баланс узла приготовления катализаторного комплекса
|
Наименование |
Содержание, %масс. |
Расход, кг/ч |
|
Тетрабутоксититан |
14,7 |
2,5 |
|
Тетрагидрофуран |
3,1 |
0,53 |
|
Н-гексан |
82,2 |
13,97 |
|
Итого |
100 |
17 |
1. Maksanova, L.A. Polimernye soedineniya i ih primenenie: Uchebnoe posobie / L.A. Maksanova, O.Zh. Ayurova.– Ulan-Ude: izd. VSGTU, 2005 – 356 s.
2. Elektronnyy arhiv TPU [Elektronnyy resurs] // earchive.tpu.ru. URL:https: // earchive.tpu.ru/bitstream/11683/29106/1/TPU185243.pdf
3. Safina, F.F. Sostoyanie promyshlennyh tehnologiy polucheniya butena-1 «polimerizacionnoy chistoty» / F.F.Safina, H.E. Harlampidi. // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. – 2011. – S. 20-25.
4. Dynamic simulation of a reactor toproduce1-Butene by dimerization of eth-ylene [elektronnyy resurs] //www.ijser.org[sayt]. URL:https://www.ijser.org/paper/Dyna-mic-simulation-of-a-reactor-to-produce-and-Butene-by-dimerization-of-ethylene.html.
5. Pisarenko, E.V. Perspektivy razvitiya processov i proizvodstv polucheniya olefinov na osnove legkih alkanov / E.V. Pisarenko, A.B. Ponomarev, A.V. Smirnov [i dr.] // Teoreticheskie osnovy himicheskoy tehnologii – 2022.–T.56,vyp.5. – S. 505-660.
