Россия
В работе рассмотрены различные способы получения бутена-1. Рассмотрены основные технологические параметры димеризации этилена, влияющие на выход и селективность продуктов. Предложено возможное решение проблемы замены катализатора
этилен, бутен-1, димеризация, катализатор
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. Максанова, Л.А. Полимерные соединения и их применение: Учебное пособие / Л.А. Максанова, О.Ж. Аюрова.– Улан-Удэ: изд. ВСГТУ, 2005 – 356 с.
2. Электронный архив ТПУ [Электронный ресурс] // earchive.tpu.ru. URL:https: // earchive.tpu.ru/bitstream/11683/29106/1/TPU185243.pdf
3. Сафина, Ф.Ф. Состояние промышленных технологий получения бутена-1 «полимеризационной чистоты» / Ф.Ф.Сафина, Х.Э. Харлампиди. // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – С. 20-25.
4. Dynamic simulation of a reactor toproduce1-Butene by dimerization of eth-ylene [электронный ресурс] //www.ijser.org[сайт]. URL:https://www.ijser.org/paper/Dyna-mic-simulation-of-a-reactor-to-produce-and-Butene-by-dimerization-of-ethylene.html.
5. Писаренко, Е.В. Перспективы развития процессов и производств получения олефинов на основе легких алканов / Е.В. Писаренко, А.Б. Пономарев, А.В. Смирнов [и др.] // Теоретические основы химической технологии – 2022.–Т.56,вып.5. – С. 505-660.
