Дегидрирование n-бутана в n-бутены осуществляется на алюмохромовом катализаторе с использованием промоторов — оксидов металлов.
Катализатор чувствителен к дезактивирующему действию воды, поэтому сырье освобождают от влаги.
Первоначально в НИИМСК был синтезирован и апробирован шариковый (размером 2-3 мм) катализатор, и для его работы был создан специальный агрегат, состоящий из реактора и регенератора, расположенных параллельно. Его существенной особенностью было проведение процесса в противотоке катализатора и встречного потока п-бутана и контактного газа. В этой схеме п-бутан поступал в нижнюю часть реактора под специальную распределительную решетку, а контактный газ через циклоны, предназначенные для удаления катализаторной пыли, отводился на охлаждение и компрессию.
Закоксованный катализатор с низа реактора с температурой 550 °С ссыпался в ковшовый подъемник и подавался в верхнюю часть регенератора. В его нижнюю часть поступала воздушная смесь для выжига кокса и регенерации катализатора при 600 °С. Из регенератора катализатор тем же подъемником переносился вновь в реактор. Удачная система контакта движущегося катализатора с газом позволила получить выход n-бутенов за проход 40 % с селективностью 87 %, что было очень хорошими показателями.
Транспорт катализатора в открытом объеме при высоких температурах был наиболее слабым местом всего реакторного блока.
Вторым недостатком реактора и, соответственно, регенератора был небольшой диаметр. Для обеспечения большой мощности требовалось иметь одновременно 5-6 реакторов. Поэтому
Миннефтехимпромом СССР было принято решение о замене шарикового катализатора на пылевидный с размером 70-140 мкм. Эту работу провел Азербайджанский институт нефтехимических процессов под руководством академика В.С. Алиева. В институте была создана укрупненная лабораторная установка с реактором, имеющим диаметр 87 мм, на которой были получены близкие к проектным выходы n-бутенов. На основании полученных результатов была изменена конструкция реактора, причем было выбрано соосное расположение реактора и регенератора.
Переток пылевидного катализатора из реактора в регенератор и наоборот осуществлялся по внутреннему трубопроводу с принудительным транспортом азотом. Количество перетекающего катализатора регулировалось специальным клапаном. Контакт пылевидного катализатора и n-бутана должен был осуществляться в «кипящем» слое катализатора, обеспечивающем эффективный массо- и теплообмен. В процессе регенерации катализатор поглощает тепло, выделяющееся при сгорании кокса, и отдает его в процессе дегидрирования.
Первый же пуск новой системы реактор – регенератор показал, что выход целевого продукта в два раза ниже проектного.
В результате большой работы, проведенной заводами и ВНИИМСК, было показано, что в полом реакторе распределение и смешение фаз газ-катализатор происходит неравномерно с
проскоком газовых пузырей. При этом время пребывания катализатора в реакторе неопределенное, катализатор
«перекоксовывается», активность его, также как и поверхность контакта фаз, снижается. Было принято решение о секционировании реактора и регенератора 8-12 провальными решетками, что позволило в целом обеспечить противоточное смешение с хорошим контактом фаз.
Введение в реактор большого количества металла вызвало усиление коксообразования. Было предложено много различных конструкций секционирующих решеток, но избавиться от сильного коксообразования удалось только за счет снижения температуры реакции.
Большим недостатком процесса стал размол катализатора и унос его через циклоны с контактным газом или газами регенерации. На 1 т БД уносилось 20-30 кг хромсодержащего катализатора, что приносило к ухудшению экологической обстановки.
Принципиальная схема дегидрирования n-бутана в кипящем слое приведена на рисунке 26.
