bài giảng công nghệ chế biến dầu mỏ chương 9 quá trình alkyl hóa (alkylation)

QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA
Nguyễn Hữu Sơn

1. Mục đích của quá trình
•
được phát triển bởi Vladimir Ipatieff
vào những năm sau 1930
•
Nhằm nhận xăng (alkylat) có ON cao
(RON 93 – 95)
•
Thành phần có iso–parafin với độ phân

nhánh cao

2. Nguyên liệu và sản phẩm
•
Nguyên liệu là phân đoạn butan-butylen
•
có 80 ÷ 85% là C
4

•
từ các cụm phân đoạn khí của các nhà máy
•

Nguyên liệu cho alkyl hóa không được
chứa etylen và butadien
•
tạo thành sulphat etyl, butyl và polymer từ
olefin
•
hòa tan trong axit và làm loãng axit

2. Nguyên liệu và sản phẩm
Sản phẩm
•
khí (propan)

•
phân đoạn butan-butadien
•
sản phẩm lỏng (alkylat)

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.1 Cơ chế phản ứng Alkyl hóa
Cơ chế của Smerling
C
n
H
2n+2

+ C
m
H
2m
→ C
n+m
H
(n+m)+2


3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.1 Cơ chế phản ứng Alkyl hóa

Cơ chế của Smerling

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.1 Cơ chế phản ứng Alkyl hóa
Cơ chế của Smerling

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.1 Cơ chế phản ứng Alkyl hóa

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.1 Cơ chế phản ứng Alkyl hóa

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.2 Các phản ứng mong muốn
Các olefin như propylene, pentylen đều có thể sử dụng, nhưng
butylen là tốt nhất vì nó tạo ra sản phẩm alkylat có chỉ số octan cao
và lượng chất phản ứng tiêu thụ thấp

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.3 Các phản ứng không mong muốn

3. Hóa học của quá trình Alkyl hóa
3.3 Các phản ứng không mong muốn

4. Xúc tác cho quá trình Alkyl hóa
4.1 Xúc tác trên cơ sở clorua nhôm
- có nhiều phản ứng phụ (polymer
hóa và alkyl hóa phân hủy)
- ăn mòn thiết bị
xúc tác AlCl
3
không
được ứng dụng rộng
rãi

4. Xúc tác cho quá trình Alkyl hóa

4.2 Xúc tác H
2
SO
4
- phản ứng ở nhiệt độ thấp (thường 5 ÷ 10
o
C)
- có trị số octan cao hơn trong trường hợp sử dụng axit HF
- axit sử dụng có nồng độ 98% , khi nồng độ của axit
giảm xuống đến 85% thì thay mới

4. Xúc tác cho quá trình Alkyl hóa

4.3 Xúc tác HF
- phản ứng ở nhiệt độ thấp (thường 20 ÷ 40
o
C )
- không kèm theo phản ứng phụ ngay ở nhiệt độ cao
- dễ bay hơi và tính độc cao

4. Xúc tác cho quá trình Alkyl hóa
4.4 Xúc tác Zeolite
Xúc tác hiệu quả nhất được coi là hợp chất phức BF+ H
3
PO

4

và BF
3
.H
2
O.HF.
- không đòi hỏi thiết bị phức tạp
- hiệu suất alkylat cao
- không có sản phẩm phụ

5. Các yếu tố ảnh hưởng

5.1 Loại olefin
- butylen là tốt nhất cho quá trình
RON = 93-95
lượng butylen tiêu thụ thấp
hạn chế được các phản ứng phụ
- propylene
chỉ số octan không cao (RON = 89-92)
tiêu thụ nhiều propylene và axít
- penten
các phản ứng phụ là rất cao

5. Các yếu tố ảnh hưởng

5.2 Nồng độ của isobutan
isobutan/olefin khoảng từ 6 –10
khi nồng độ isobutan vượt quá mức yêu cầu
nó sẽ hạn chế khả năng tan của isobutan trong pha axit
tăng phản ứng polyme hóa các olefin


5. Các yếu tố ảnh hưởng
5.3 Sự khuấy trộn và phun isobutan/olefin
- hệ thống phun đa điểm giúp tăng khả năng hòa tan
của isobutan
- Điều kiện khuấy trộn đảm bảo các tác chất tiếp xúc với

nhau tốt
5.4 Nhiệt độ phản ứng
Nhiệt độ phản ứng tăng tỷ lệ nghịch với chỉ số
octan của sản phẩm

6. Công nghệ Alkyl hoá (H
2
SO
4
)
Sơ đồ thiết bị phản ứng H
2

SO
4

Sơ đồ công nghệ alkyl hóa với chất xúc tác là H
2
SO
4