CÔNG NGHỆ ALKYL hóa

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Môn: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ ALKYL HÓA
Giảng viên hướng dẫn : T.S Lê Thanh Thanh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Mầu
Phạm Thăng Long
Mai Minh Phụng
Hoàng Văn Pháp
Nguyễn Định Giang
Nguyễn Hoàng Bảo Trung
Nguyễn Thanh Tú
Lớp : DH10H2
Vũng Tàu 23/04/2013
NỘI DUNG CHÍNH
I. Mục đích của quá trình Alkyl hóa
II. Nguyên liệu và sản phẩm Alkyl hóa
III. Xúc tác Alkyl hóa
IV. Chế độ công nghệ Alkyl hóa
V. Bản chất hóa học Alkyl hóa
VI. Công nghệ Alkyl hóa
VII.Tài liệu tham khảo
I. MỤC ĐÍCH
-
Alkyl hóa alcan, nhằm tạo ra xăng có trị số octan
cao. Từ các cấu tử ban đầu là khí (C
4
H
10
và C

4
H
8
)
ta thu được xăng (izo-C
8
H
18
) có trị số octan là 100.
-
Alkyl hóa hydrocacbon thơm. Phản ứng này sử
dụng để điều chế các alkyl benzen, làm nguyên
liệu cho tổng hợp hóa dầu.
I. MỤC ĐÍCH
Thay thế polymer hóa lựa chọn butylen bằng alkyl hóa
xúc tác isobutan với butylen có những ưu điểm sau :
•
Nhận được xăng giàu iso-octan trong quá trình một giai
đoạn thay vì hai giai đoạn polymer hóa - hydro hóa.
•
Chi phí olefin thấp gấp hai lần để điều chế cùng một
lượng thành phần octan cao;
•
Không cần sản xuất hydro cho hydro hóa;
•
Có thể chuyển hóa hoàn toàn khí olefin nhà máy thành
xăng trị số octan cao.
II. Nguyên liệu và sản phẩm
1. Nguyên liệu


Nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa công
nghiệp là phân đoạn butan-
butylen.Thành phần của phân đoạn này
có 80 ÷ 85% C
4
, phần còn lại là hỗn hợp
C
3
và C
5

Nguyên liệu cho alkyl hóa không được
chứa etylen và butadien, chất lưu huỳnh,
nitơ và nước.
II. Nguyên liệu và sản phẩm
2. Sản phẩm

Sản phẩm chủ yếu của quá trình alkyl
hóa là alkylat có chỉ số octan cao.
II. Nguyên liệu và sản phẩm
2. Sản phẩm

Ngoài sản phẩm lỏng (alkylat) trong quá
trình alkylat còn nhận được khí khô
(propan, trong một số trường hợp có thể
được sử dụng như sản phẩm độc lập),
phân đoạn butan-butadien sau phản
ứng và axit sulfuric.
III. Xúc tác của quá trình Alkyl hóa

Xúc tác H
2
SO
4
và HF
Text
Text
Với HF người ta dùng nồng độ >= 87 %
do có các sản phẩm nặng vì polyme hóa và
nước làm giảm nồng độ HF
Độ hoạt tính tốt nhất chỉ đạt được khi
trong xúc tác chỉ chứa lượng nhỏ hơn 1,5%
H
2
O và 12% huydrocacbon nặng. Tiêu hao
của HF thường nhỏ hơn ( < 0,14 Ib/thùng
alkylat so với 25 – 30 Ib/thùng alkylat )
Xúc tác zeolit
Xúc tác chứa zeolit thường dùng là CaNiY hay LaHY
nhất là xúc tác zeolit dạng Y có chứa Ca và các
nguyên tố đất hiếm.

Ưu điểm : ít phản ứng phụ dễ tách xúc tác ,sản
phẩm tinh khiết hơn

Nhược điểm : cần tiến hành ở nhiệt độ và áp suất
cao hơn so với khi dùng HF
IV. Chế độ công nghệ
1) Nhiệt độ phản ứng
•

Quá trình alkyl hóa gồm các phản ứng tỏa nhiệt,
nên nhiệt độ có ảnh hưởng khá phức tạp đến quá
trình này.
•
Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của các tác nhân giảm
xuống, tuy nhiên lại thúc đẩy các phản ứng phụ.
Kết quả làm giảm độ chọn lọc của quá trình, giảm
nồng độ và tiêu hao nhiều lượng axit, giảm chất
lượng alkylat (giảm trị số octan, ổn định thấp).
1) Nhiệt độ phản ứng
•
Khi giảm nhiệt độ đến một giới hạn nhất
định sẽ tạo thuận lợi cho quá trình alkyl
hóa, làm tăng độ chọn lọc, giảm tiêu hao
xúc tác, làm tăng hiệu suất và chất lượng
alkylat.
•
Tuy nhiên giảm nhiệt độ cũng làm tăng độ
nhớt của các tác nhân và axit, làm tăng
tiêu tốn năng lượng khuấy trộn và chất tải
nhiệt, cũng khó tạo thành nhũ tương tốt
thích hợp cho phản ứng alkyl hóa.
1) Nhiệt độ phản ứng
•
Trong công nghiệp alkyl hóa, nhiệt độ thích hợp
đối với các xúc tác như sau:

Xúc tác axit H
2
SO

4
, nhiệt độ = 4 – 10
o
C

Xúc tác axit HF, nhiệt độ = 20 – 35
o
C
IV. Chế độ công nghệ
2) Nồng độ axit
•
Để tiến hành alkyl hóa phân đoạn C
4
, người ta
dùng H
2
SO
4
và HF nồng độ từ 88- 98% (tốt nhất
từ 94 – 96%).
•
Nếu nồng độ axit quá cao sẽ ảnh hưởng đến khả
năng oxy hóa mạnh các chất không mong muốn.
•
Nếu nồng độ axit quá thấp sẽ làm tăng tốc độ
phản ứng phụ polyme hóa dẫn đến tốc độ alkyl
hóa giảm.
IV. Chế độ công nghệ
3) Thời gian phản ứng
•

Thời gian phản ứng của quá trình alkyl hóa được
xác định bởi hai yếu tố cơ bản sau:

Tốc độ lấy nhiệt ra khỏi vùng phản ứng phải đủ để
giữ nhiệt độ phản ứng đã chọn.

Thời gian đủ để izo-butan hòa tan vào pha axit
(tạo nhũ tương tốt), nhờ vậy đảm bảo tiến trình
các phản ứng mong muốn và hạn chế phản ứng
phụ.

Trong thực tế, để đạt hiệu suất cực đại, thời gian
tiếp xúc trong reactor với xúc tác H
2
SO
4
thường từ
20 – 30 phút, còn HF từ 10- 20 phút.
IV. Chế độ công nghệ
4) Nồng độ izo-butan
•
Do khả năng hòa tan izo-butan trong pha axit rất nhỏ
(trong HF là 0,3%, H
2
SO
4
là 0,1%) nên muốn tăng tốc
độ phản ứng, nồng độ izo-butan cần phải đạt cực đại
trong vùng phản ứng, ngoài ra người ta thiết kế các
bộ phận khuấy trộn đặc biệt trong reactor cũng để

tăng khả năng hòa tan của izo-butan trong pha axit.
•
Olefin hầu như hòa tan tức thời trong axit nên lượng
olefin đưa vào cần phải được chia nhỏ để hạn chế
phản ứng phụ. Trong công nghiệp, trung bình tỉ lệ
izo-butan / buten thay đổi từ 5/1 -15/1, nghĩa là sử
dụng một lượng dư rất lớn izo-butan.
V. Bản chất hóa học
1. Đặc trưng nhiệt động lực học của Alkyl hóa
Alkyl hóa izo-butan bằng nguyên liệu olefin nhẹ thường sử
dụng nguyên liệu là phân đoạn C
2
– C
4
chứa olefin của các quá
trình chế biến khác nhau trong khu lọc dầu.Gồm các phản ứng
izo- C
4
H
10
+ C
2
H
4

 2,2 và 2,3 – dimethyl butan
izo- C
4
H
10

+ C
3
H
6

 2,3 và 2,4- dimethyl pentan
izo- C
4
H
10
+ C
4
H
8

 izo- C8H18 (izo-octan)
∆
G = - 27100 + 63,2T
Alkyl hóa izo-parafin bằng olefin là một quá trình tỏa nhiệt
có kèm theo giảm số lượng phân tử
⇒
2. Cơ sở của quá trình alkyl hóa izobutan bằng
butylen
Cở sở của quá trình về cơ bản là phản ứng tác
dụng của izobutan với butylene khi có mặt xúc
tác là các axit mạnh để tạo ra izo-octan ,phản
ứng xảy ra theo cơ chế ion cacboni.

Thời gian tồn tại của ion cacboni giao động
trong khoảng thời gian nhất định phụ thuộc

vào cấu trúc , các hiệu ứng riêng và khả năng
solvat của nó
Ion cacboni tùy theo loại xúc tác được sử dụng
có thể tạo ra theo các hướng sau :
RCH
2
-CH=CH
2
+ H
+

RCH
2
-
+
CH - CH
3
RCH
2
-CH=CH
2
+BF
3

RCH
2
-
+
CH - CH
2

- BF
3

RCH
2
C
2
=CH
2
+AlCl
3
[RCH
2
–
+
CH – CH
3
]AlCl
4
3. Các phản ứng không mong muốn
Phản ứng oligome hoá các olefin (C
12
): Đây là phản
ứng tạo thành từ 2, 3, 4 monomer có tác dụng làm
cho sản phẩm nặng hơn và làm giảm hiệu suất alkylat.
Để tránh phản ứng oligomer hoá ta tăng hàm lượng
iC
4
trong nguồn nguyên liệu ban đầu
- Phản ứng cracking: xúc tác cho quá trình alkyl hoá

là xúc tác axit nên nó xảy ra phản ứng cracking, phản
ứng này làm cho hợp chất nhẹ hơn ( sự hiện diện của
C
5
trong thành phần của sảnphẩm là hiệu quả của
cracking)
-Phản ứng oxi hóa: do xúc tác cho quá trình là xúc tác
axit rất mạnh nên nó xảy ra quá trình oxi hoá tạo ra
các hợp chất nặng, cặn, nhựa…
VI. CÔNG NGHỆ ALKYL HÓA
1. Công nghệ alkyl hóa với xúc tác H
2
SO
4
2. Công nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác HF
2.1. Công nghệ hãng Philips
2. Công nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác HF
2.2. Công nghệ của UOP