QUÁ TRÌNH IZOME HÓA, QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA

QUÁ
QUÁ TRÌNH
TRÌNH IZOME
IZOME HÓA,
HÓA, QUÁ
QUÁ TRÌNH
TRÌNH ALKYL
ALKYL
HÓA
HÓA
GVHD: TS.Lê Thanh Thanh

Sinh Viên: Nguyễn Thị Thùy Linh
Nguyễn Văn Quốc
Vũ Thị Lan Anh
Lê Phạm Huynh
Trần Minh Thưởng
Mai Hoàng Thịnh
Đỗ Kiều Oanh
Phạm Ngọc Anh Thư


QUÁ TRÌNH IZOME HÓA

11/1/17

I

Khái niệm

II

Nguyên liệu và sản phẩm

III

Xúc tác quá trình

IV

Cơ chế phản ứng

Hóa học dầu mỏ

2


I. Khái niệm
1. Khái niệm



Là quá trình biến đổi các hydrocacbon mạch thẳng thành các hydrocacbon mạch nhánh

2. Ứng dụng:




Để tăng trị số octan của xăng.
Là phương pháp tạo ra các cấu tử cao octan, để pha vao xăng nhằm nâng cao chất lượng xăng.

Ví dụ: izome hóa n-butan tạo izobuten là cấu tử để tổng hợp MTBE (metyl tertbutyl ete) làm phụ gia tái tạo lại xăng:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

3


II. Nguyên liệu và sản phẩm

1. Nguyên liệu của quá trình isome hoá



Isome hoá thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C5 và C6.



Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm.

2. Sản phẩm quá trình isome hóa

Đặc trưng sản phẩm của quá trình isome hoá là các iso-parafin đây là những cấu tử cao octan, rất thích hợp cho việc
sản xuất xăng chất lượng cao

Sản phẩm thu được từ quá trình isome hoá có tri số octan có thể đạt tới 88-99 (theo RON).

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

4


III. Xúc tác quá trình

 Xúc tác cho quá trình izome hóa thuộc loại xúc tác thúc đẩy phản ứng tạo thành ion cacboni, nên
xúc tác có tính axit. Gồm 3 loại:

1. Xúc tác pha lỏng

 Gồm AlCl3, AlBr3, hôn hợp AlCl3 và SbCl3
 Trong đó AlBr3, hôn hợp AlCl3 và SbCl3 có hoạt tính cao, ở 93oC đa chuyển hóa hoàn toàn parafin C5-C6 thành
izoparafin. Nhưng nhanh mất hoạt tính, độ chọn lọc thấp và dê tự phân hủy. Tính axit mạnh gây ăn mòn thiết bị.

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

5


III. Xúc tác quá trình
2. Xúc tác axit rắn
Là các oxit kim loại hoặc hôn hợp các oxit. Ví dụ: Al2O3 - Cr2O3, Al2O3-Fe2O3, zeolit....
3. Xúc tác lưỡng chức

 Tương tự xúc tác: Pt/Al2O3, tạo ra ion cacboni R+ ở 50oC (topư< 150oC)

 Để tăng tính axit của xúc tác: clo hóa xúc tác băng CCl4 (Pt/Al2O3 có 7% clo)
 Sự khác nhau giưa xúc tác của quá trình reforming và quá tình izome hóa

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

6


III. Xúc tác quá trình

Reforming

Izome hóa

−

xúc tác Pt/Al2O3 ít clo hơn

−

xúc tác Pt/Al2O3 nhiều clo hơn

−

Chỉ có liên kết Al-Cl => lực axit yếu hơn

−

Chỉ có liên kết Cl- Al-Cl => lực axit mạnh hơn

Quá trình izome hóa được thực hiện ở:

•
•

o
Pha lỏng: xúc tác Friedel-Craft (AlCl3) ở nhiệt độ 80-100 C: ít sử dụng.
Pha hơi: xúc tác oxyt, axit rắn hoặc xúc tác lương chức ở nhiệt độ cao: phổ biến. => xét cơ chế quá trình izome hóa
trong pha hơi

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

7


IV. Cơ chế phản ứng
1. Izome hóa n-parafin
Quá trình izome hóa gồm phản ứng: chuyển n-parafin thành izo-parafin và izo-olefin
Cơ chế phản ứng izome hóa n-butan:
Với xúc tác lương chức:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

8

IV. Cơ chế phản ứng

2. Izome hóa các hydrocacbon thơm
Ứng dụng: Chủ yếu chuyển hóa m-xylen thành p-xylen, o-xylen
a. Phản ứng đồng phân hóa:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

9


IV. Cơ chế phản ứng

Tốc độ tạo hai đồng phân như nhau.
Cơ chế:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

10


IV. Cơ chế phản ứng

b. Phản ứng phân bố lại

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

11


IV. Cơ chế phản ứng

* Cơ chế:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

12


QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA
I
I

Khái niệm

II
Alkyl hóa alcan

III

Alkyl hóa benzen và các aren khác

IV
Các yếu tố ảnh hưởng
11/1/17

Hóa học dầu mỏ

13


I. Khái niệm
1. Khái niệm:
Alkyl hóa là quá trình đưa thêm gốc alkyl vào phân tử hợp chất hữu cơ.
R-H  R-R’
2. Phân loại các phản ứng ankyl hóa




Dựa trên loại liên kết được hình thành.
Alkyl hóa theo nguyên tử C: còn gọi là quá trình C - alkyl hóa C - alkyl hóa là thế nguyên tử H gắn với C bằng
các nhóm alkyl.
CnH2n+2 + Cm H2m Cn+mH 2(n+m)+ 2
ArH + RCl ArR + HCl

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

14


I. Khái niệm



Alkyl hóa theo nguyên tử O và S: còn gọi là quá trình O - alkyl hóa và S - alkyl hóa

O - alkyl hóa và S - alkyl hóa là các phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm alkyl và nguyên tử O hoặc S.
ArOH + RCl + NaOH  ArOR + NaCl + H2O NaSH + RCl  RSH + NaCl



Alkyl hóa theo nguyên tử N: còn gọi là quá trình N - alkyl hóa

N - alkyl hóa là thế các nguyên tử H trong amoniac hoặc trong amin bằng các nhóm alkyl. Đây chính là một trong những
phương pháp quan trọng nhất để tổng hợp các amin.
ROH + NH3  RNH2 + H2O

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

15


I. Khái niệm



Alkyl hóa theo các nguyên tử khác:

Các quá trình Si -, Pb -, Al - alkyl hóa... là con đường quan trọng để tổng hợp các hợp chất cơ nguyên tố hoặc cơ kim.
RCl + Si  R2SiCl2 (xúc tác là Cu)
C3HyCl + 4 NaPb  Pb(C3Hy)4 + 4 NaCl + 3 Pb
C2H4 + Al + 3/2 H2  Al(C2H5)3

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

16


I. Khái niệm

3. Các tác nhân alkyl hóa

 Các tác nhân alkyl hóa có thể chia làm 3 nhóm:
 Các hợp chất không no (olefin và acetylen), trong đó sẽ phá vỡ các liên kết n của các nguyên tử C.
 Dẫn xuất Cl với các nguyên tử Cl linh động có khả năng thế dưới ảnh hưởng của các tác nhân khác nhau.
 Rượu, ete, este, oxyt olefin là các tác nhân mà trong quá trình alkyl hóa liên kết C - O sẽ bị phá vỡ.

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

17

II. Alkyl hóa alcan
1. Alkyl hóa alcan

•

Đặc điểm:

 Chỉ có izo-ankan tham gia phản ứng.
 Tác nhân alkyl hóa: olefin (chính, rẻ) hoặc rượu
 Để phản ứng có độ chọn lọc cao thì lấy:
 Tỉ lệ izo-parafin/olefin > 5:1
 Nhiệt độ phản ứng: 15-45oc (đa số phản ứng alkyl hóa là phản ứng tỏa nhiệt)
 Khuấy trộn mạnh
11/1/17

Hóa học dầu mỏ

18


II. Alkyl hóa alcan



Xét phản ứng:

 Phản ứng xảy ra theo cơ chế ion cacboni, qua các giai đoạn sau:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

19


II. Alkyl hóa alcan

2. Các loại xúc tác dùng cho quá trình alkyl hóa
a. Xúc tác H2SO4, HF
Trong công nghiệp thường dùng H2SO4 từ 90-99% hoặc HF.
Lưu ý: tỉ lệ olefin/izo-butan=1/5 vì:
+ olefin hòa tan tốt trong H2SO4 => dễ xảy ra phản ứng trùng hợp + izo-butan hầu như không hòa tan trong H 2SO4, HF
=> phải khuấy trộn mạnh để nông độ izo-butan trong khối phản ứng đạt max.
b. Xúc tác AlCl3 + HCl
o
cho phép phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp (-15 đên 25 C), dê chế tạo, cho sản phẩm có ít nhánh phụ

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

20


II. Alkyl hóa alcan

c. Xúc tác BF3 + HF

 Phản ứng trên xúc tác này thường thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (40-45oC) tạo nhiều sản phẩm phụ của quá trình

izome hóa.
d. Các zeoIit có mao quản rộng, tỷ lệ Si/Al cao như: zeoIit USY

 Chất lượng xăng alkyl hóa
 Xăng thu được từ quá trình alkyl hóa (còn gọi là alkylat) có chất lượng rất cao:
 Trị số octan trên 95
 Chứa rất ít olefin và hydrocacbon thơm, trong thành phần chứa chủ yế là các izo- alcan (izo-octan).
 Thường dùng alkylat để pha vào các loại xăng khác nhau nhằm nâng cao chất lượng.

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

21


III. Alkyl hóa benzen và các aren khác

1. Alkyl hóa benzen và các aren khác
Tác nhân alkyl hóa: rượu và etylen.
Sản phẩm: các alkyl benzen, là nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu.

a. Alkyl hóa bằng C2H4:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

22

III. Alkyl hóa benzen và các aren khác

Sản phẩm thu được chủ yếu là các đồng phân octo và para Có thể xảy ra alkyl hóa tiếp tục:

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

23


III. Alkyl hóa benzen và các aren khác

b. Alkyl hóa bằngpropylen: có thể xảy ra 2 trường hợp:
- Tạo cumen:

- Tạo sản phẩm đóng vòng

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

24


III. Alkyl hóa benzen và các aren khác
c. Alkyl hóa bằng rượu

2. Xúc tác cho phản ứng alkyl hóa hydrocacbon thơm:






Các axit lỏng H2SO4, HF - AlCl3
22Một số oxyt SiO2, Al2O3 hoặc oxit hược sunfua hóa như: SO4 /ZrO2; SO4 /TiO2.
Zeolit
Xúc tác chứa zeolit
=>Trong các xúc tác trên thì xúc tác rắn có ưu thế hơn, độ chọn lọc của sản phẩm alkyl hóa C8 khoảng 98%, tách
sản phẩm dê dàng, hạn chế được sự tạo thành hydrocacbon nặng.

11/1/17

Hóa học dầu mỏ

25