Реферат: Кислотно-каталитические процессы в нефтепереработке и в нефтехимии. Решение обратной задачи кинетики статистическими методами

Брутто-реакция представляет собой дегидродимеризацию изобутана с переносом 2 атомов водорода на пропилен:

(12)

С целью заменить процессы с жидкими кислотами исследуют возможность использования цеолитов для алкилирования парафинов олефинами. Показано, что в этом случае в процесс алкилирования вступает этилен. На Na-X цеолитах при замене части Na⁺ ионами РЗЭ получаются достаточно высокие выходы алкилатов (80 – 100^о С, Р = 2 МПа).

Выход C₈ -продуктов в алкилате достигает 80%.

В случае еще более сильных кислот, например, сверхкислот HF-TaF₅ с Н₀ = –18.8 алкилировать удается метан

.

Среди процессов алкилирования рассмотрим две реакции, важные для органического синтеза – алкилирование бензола олефинами и алкилирование формальдегида олефинами (реакция Принса).

Алкилированием бензола получают 2 ценных полупродукта – этилбензол и изопропилбензол. Алкилирование проводят по Фриделю-Крафтсу в присутствии AlCl₃ , или на цеолитных катализаторах, которые до сих пор не используются в этом процессе в промышленности. Взаимодействуя с бензолом или с полиалкилбензолами AlCl₃ , HCl и H₂ O образуют “комплекс”, который и является катализатором реакции. Состав комплекса переменный – (ArH)_x (H₃ O⁺ AlCl₄ ^– )_y (HCl)_z . Вероятно, что полиалкилбензолы сольватируют H⁺ , образуя с ним p-комплекс (или s-комплекс)

(ArH·H)⁺ Al₂ Cl₇ ^– (VII)

который также может переносить протон на олефин с образованием R⁺ AlCl₄ ^– . Реакция карбкатиона CH₃ CH₂ ⁺ или (СН₃ )₂ СН⁺ с бензолом и приводит к реакции алкилирования ArH.

Рассматривают также возможность участия в процессе протонированного ArH (VII), однако такой механизм представляется менее вероятным,

поскольку он требует a,g-переноса гидрид-иона и большего числа стадий. Фирма “Monsanto” разработала процесс алкилирования, протекающий в гомогенных условиях с небольшим количеством AlCl₃ без использования жидкого катализаторного комплекса, образующего двухфазную систему. В этой технологии AlCl₃ не рециркулирует, не стабилизируется алкилбензолами, и поэтому образования полиалкилбензолов практически не происходит даже при Т > 100^о С. В проточный реактор подаются этилен, бензол, AlCl₃ , HCl (и промотор). Выходящий поток, содержащий главным образом этилбензол, бензол и AlCl₃ , подают в реактор переалкилирования, куда подается диэтилбензол из узла разделения. После достижения равновесия переалкилирования

алкилат из реактора переалкилирования подается в зону испарения (удаления легколетучих и HCl), затем на промывку от AlCl₃ и в отделение ректификации.

Реакция Принса в промышленном масштабе используется в производстве изопрена. Изобутилен в растворе серной кислоты (~20%) и формальдегида превращается в диол или в 2,2-диметилметадиоксан (ДМД) в зависимости от концентрации формальдегида и условий процесса.

Оба продукта при дегидратации (IX) или отщеплении метиленгликоля (формальдегидгидрата) (X) образуют изопрен, однако, второй путь эффективнее – ДМД легко выделяется из реакционной среды и легко отщепляет CH₂ (OH)₂ (200^о С, кислотные катализаторы). ДМД является также хорошим полярным растворителем.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные реакции, протекающие в условиях каталитического крекинга.

2. Механизм действия кислотных катализаторов в превращениях парафинов?

3. Назовите общие черты механизма кислотно-каталитических превращений углеводородов.

4. Причины дезактивации алюмосиликатных катализаторов крекинга?