Курсовая работа: Кислотно-каталитическое алкилирование
Фтороводород при взаимодействии с алкенами и особенно диенами дает фториды, частично растворимые в нем. Алкилфториды разлагаются при нагревании до 215°С, от воды и неразлагающихся фторидов фтороводород легко отделяется перегонкой. Используемая в процессе кислота содержит 80 — 90 % НF и менее 1 % воды. Расход фтороводорода составляет всего примерно 0,7 кг/м3 алкилата и обусловлен в основном неполной регенерацией при перегонке из углеводородных потоков и выделением из них при защелачивании.
Несмотря на ряд существенных преимуществ фтороводорода перед серной кислотой как катализатора алкилирования высокая токсичность ограничивает применение фтороводородного алкилирования.
1.2 Механизм алкилирования изобутана бутиленом.
Процесс алкилирования изобутана алкенами применяется в нефтеперерабатывающей промышленности с целью получения высокооктанового компонента товарного бензина.
Алкилирование алканов алкенами является равновесным экзотермическим процессом, обратным крекингу углеводородов:
RH + CH2 = CHR' ↔ RR' – CH – CH3 + Q (Q = 75-96 кДж/моль)
Реакция смещается вправо при понижении температуры, при температуре 300°К процесс можно считать необратимым.
Катализаторами алкилирования могут служить те же вещества кислотного типа, что и для алкилирования ароматических углеводородов: AlCl3 , HF(безводная), H2 SO4 .
Из алканов к каталитическому алкилированию способны только изоалканы, имеющие третичный атом углерода. Алкены могут быть различными, но чаще используют н-бутилены, алкилирующие изобутан с образованием С8 Н18 , наиболее пригодным как компонент моторного топлива:
Целевой продукт алкилирования – изооктан – содержит смесь изомеров – 2,2,4; 2,2,4-, 2,3,4-, 2,3,3 -триметилпентан. Причина лежит в особенностях механизма реакции, осложненной процессами изомеризации. Общепринято, что каталитическое алкилирование изоалканов идет через промежуточные образования ионов карбония.
Вторичный ион карбония менее устойчив, чем третичный, вследствие чего происходит быстрый обмен гидрид-ионом с изопарафином:
Образующийся третичный карбоний-катион реагирует с исходным олефином:
Получившийся ион карбония склонен к внутримолекулярным перегруппировкам, сопровождающимся миграцией водорода и метильных групп.
Ионы карбония взаимодействуют с изобутаном, в результате чего получается С8 Н18 и третичный бутил-катион:
Состав изомеров зависит как от стабильности промежуточных карбоний-ионов, так и от обменной скорости с изобутаном.
Побочные реакции:
1) 
2) 
и т.д.
В результате побочных реакций получаются ненасыщенные полимеры, ухудшающие качество алкилата и ведущие к повышенному расходу катализатора.
Применение избытка изоалканов подавляет все побочные реакции, положительно влияет на выход и качество алкилата, повышает его октановое число, снижает расход катализатора, оптимальным является отношение изоалкан:алкен равное (4:6):1. С использованием серной кислоты в качестве катализатора температура процесса равна 5-15°С, фтороводородной кислоты – 20-30°С. Расход серной и фтороводородной кислот составляет 250кг и 0,7кг на тонну алкилата.
Рассмотрим процессы сернокислотного алкилирования и фтористоводородного алкилирования.
Сернокислотное алкилирование. Важными характеристиками для технологического оформления процессов жидкофазного алкилирования изобутана олефинами в присутствии H2SO4 являются взаимные растворимости изобутана и H2 SO4 . Растворимость изобутана в H2 SO4 невелика и заметно снижается с уменьшением концентрации кислоты, (табл.1).
Таблица 1. Растворимость изобутана в H2 SO4 .
| Концентрация H2 SO4 % (масс.) | 99,5 | 98,7 | 96,5 |
| Растворимость изобутана в H2 SO4 при температуре 13,3 ˚С % (масс) | 0,10 | 0,07 | 0,04 |
Растворимость серной кислоты в изобутане имеет более низкие значения, вследствие чего необходимо применять интенсивное перемешивание реакционной смеси. При этом октановые характеристики сернокислотного алкилата находятся в прямой пропорциональной зависимости от степени диспергирования. Наилучшие по качеству алкилаты образуются при использовании 98 - 99 %-ной H2 SO4 .