Алкилирование изобутана олефинами

установки алкилирования

пропиленом.
Целевой продукт процесса - алкилат, состоящий из изопарафинов
Имеет МОЧ

= 90-95.

Алкилат (алкилбензин) является важнейшим компонентом приготовления бензинов, содержание которого в смеси можно значительно увеличивать, не нарушая требований спецификаций на компаундирование “реформулированных экологически чистых" бензинов.

на 99% из изопарафинов, обеспечивает высокое октановое число, повышение детонационной

устойчивости базовых компонентов бензинов каталитического крекинга и риформинга.

бензина

протекают с выделением 85 - 90 кДж/моль тепла поэтому термодинамически

предпочтительны низкие температуры
Алкилирование протекает, как и каталитический крекинг, по карбоний-ионному цепному механизму.

карбоний-ион реагирует с изобутаном с образованием третичного карбоний-иона.


3) Возможна также

изомеризация первичного бутильного катиона в третичный без обмена протонами.

4) Образовавшийся по реакциям 2 и 3 третичный бутильный карбониевый ион вступает в реакцию с бутеном.

Химизм процесса алкилирования

третичный.





6) Изомеризованные октильные карбокатионы в результате обмена протоном с

изоалканом образуют целевой продукт процесса - 2,2,4 -, 2,3,3- и 2,3,4-триметилпентанов.

Реакции 2,3,4 и 5 представляют собой звено цепи, повторение которого приводит к цепному процессу
7) Обрыв цепи происходит при передаче протона от карбокатиона к аниону кислоты.

Химизм процесса алкилирования

возможны следующие побочные:
1 Реакция распада карбоний-иона (деструктивное алкилирование). (Для предотвращения

этих реакций: регулирование температуры, не допускать повышение ее в реакторах).
2 Полимеризация (олигомеризация).
3 Самоалкилирование (перенос водорода).

Химизм процесса алкилировании

– в присутствии катализатора процесс протекает в строго определенном направлении,

обеспечивает высокий выход целевого продукта

изобутан
- олефины (бутилены, пропилен)
Обычно изобутан алкилируют бутиленом или пропиленом.
1)

Процесс проводят в присутствии кислотных катализаторов, поэтому строго ограничивают содержание в сырье соединений, проявляющих основные свойства: соединения азота, щелочь.
2) Ограничивается содержание влаги и сернистых соединений.
3) При алкилировании изобутана бутиленами ограничивают содержание легких С3 и тяжелых С5 углеводородов.
4) Диены - образуют сложные продукты взаимодействия с серной кислотой и остаются в кислотной фазе, разбавляя кислоту, что увеличивает его расход.

Качество сырья

к бутиленам = 1,2:1
Максимальное содержание бутенов -1 и 2.
Вовлекается –

ППФ (до 20% от общего количества сырья)
Нежелательны в сырье – С2 и С3 (увеличивают давление),
н-бутан (балласт процесса)
Требования к сырью

Качество сырья

с применением жидких минеральных кислот:
-наличие трудноутилизируемых отходов – кислых гудронов

-необходимость отстоя, рециркуляции
-высокая коррозийная активность катализаторов
-необходимость применения коррозионностойкого оборудования

Катализаторы

каталитические системы, содержащие цеолиты, модифицированные благородными или переходными металлами;
-

каталитические системы, содержащие цеолит типа фожазит в редкоземельной форме.
Оба типа катализаторов теряют активность в ходе процесса алкилирования и требуют регенерации (время работы до 30 часов).
В первом случае регенерацию катализатора ведут в среде водорода (процесс AlkyClean – компаний ABB Lummus Global, Albemarle Catalysts и Neste Oil, процесс ExSact – компании Exelus, процесс Alkylene – компании UOP, ИНХС РАН), а во втором – в окислительной атмосфере (процессы АТК ГрозНИИ).

10 0С (HF – 25-40 °C).

Чем ниже температура, тем больше

скорость основных реакций. Но она ограничивается - при низкой температуре повышается вязкость кислоты.

Чем выше температура, тем больше скорость побочных реакций. Необходимо организовать интенсивный съем тепла.

На современных установках температура поддерживается за счет частичного испарения реакционного потока. При использовании цеолитов оптимальная температура 90..1000С.

Температура

на процесс.
При алкилировании изобутана бутиленами давление поддерживают 0,35 -

0,42 МПа.
Если сырье содержит пропан-пропиленовую фракцию, то давление в реакторе несколько повышают.

Давление

снижать их концентрацию в реакционной смеси
Избыток изобутана интенсифицирует целевую и

подавляет побочные реакции алкилирования, повышает качество алкилата.
Мольное соотношение изобутан:олефин = (4-10):1
Чрезмерное повышение этого соотношения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, поэтому поддерживать его выше 10:1 нерентабельно

Соотношение изобутан:олефин 7:1 5:1 3:1
Выхода алкилата, % об. 163 160 156
МОЧ 93,5 92,5 91,5

Соотношение изобутан:олефин

которых достигается максимальный выход алкилата высокого качества.

Оптимальное значение этого

отношения составляет около 1:1, и может достичь 1,5 (объемное).

Соотношение катализатор:сырьё

зоны;
8 - мешалки;
9 - cепаратор

3 – L – образная перегородка, 4 – головная часть

аппарата, 5 – реакционные трубы, а – сепарационная зона, б – отстойные зоны, I – охлаждающий изобутан, II – сырье, III – пары изобутана, V – смесь циркулирующего изобутана и серной кислоты

зрения термодинамики способ самоохлаждения. Он позволяет держать в реакторе более

низкую температуру, что способствует получению высококачественного продукта при меньших затратах энергии;
• применение многоступенчатого реактора позволяет поддерживать высокую среднюю концентрацию изобутана и за счет этого улучшать качество продукта;
• малая объемная скорость в реакторе способствует получению продукта высокого качества и устранению в секции ректификации каких-либо трудностей, связанных с образованием эфиров кислоты;
• реактор работает под низким давлением, что означает высокую надежность механических уплотнений мешалок;
• простые внутренние устройства в реакторе делают его дешевым.

труба, 3 – ортажательные перегородки, 4 – трубчатый пучок, 5

– пропеллерная мешалка, 6 – привод.
Потоки: I – хладагент, II – продукты реакции, III – кислота, IV - сырье