Trang 1 Cơ sở lý thuyết quá trình ankyl hóa Trang 2 Quá trình ankyl hóa là gì?- Quá trình ankyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu, nhằm chế biến các olefin nhẹ và iz
Cơ sở lý thuyết q trình ankyl hóa Các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình Q trình ankyl hóa gì? - Q trình ankyl hóa trình quan trọng nhà máy lọc dầu, nhằm chế biến olefin nhẹ izo-butan thành cấu tử xăng có giá trị cao izo-parafin mà chủ yếu izo-octan - Ankylat thu cấu tử tốt để pha trộn tạo xăng cao cấp cho nhà máy lọc dầu có trị số octan cao độ nhạy nhỏ (RON>=96, MON>=94), áp suất thấp Cho phép chế tạo xăng theo cơng thức pha trộn - Khi ankyl hóa benzen olefin nhẹ ta thu ankyl benzen có trị số octan cao dùng để pha chế xăng để tổng hợp hóa dầu hóa học I/ Cơ sở hóa lý q trình 1, Đặc trưng nhiệt động học phản ứng - Ankyl hóa izo-butan nguyên liệu olefin nhẹ thường sử dụng nguyên liệu phân đoạn C2-C4 chứa olefin trình chế biến khác khu lọc dầu - Các phản ứng gồm: - - Ankyl hóa izo-parafin olefin q trình tỏa nhiệt có kèm theo giảm số lượng phân tử Khi giảm to tăng p cân chuyển dịch phía tạo thành sản phẩm (thuận lợi cho trình) 2, Cơ sở q trình alkyl hóa izo-butan butylen - Trong cơng nghiệp dầu mỏ, sản phẩm alkyl hóa trước hết dung để chế tạo xăng Vì vậy, sở trình phản ứng tác dụng iso butan với butylene có mặt xúc tác axit mạnh để tạo izooctan- cấu tử có giá trị xăng - Phản ứng xảy theo chế ion cacboni Ion cacboni tùy loại theo xúc tác sử dụng tạo ta theo hướng sau: - Thời gian tồn ion cacboni giao động khoảng thời gian định, phụ thuộc vào cấu trúc, hiệu ứng riêng khả solvat - Sự tạo thành ion cacboni tuân theo quy tắc định Khi tác dụng H+với olefin thẳng ưu tiên tạo thành ion cacboni bậc ion cacboni bậc Ví dụ: - Nếu olefin có cấu trúc nhánh với liên kết đơi vị trí β cho ion cacboni bậc nhiều bậc 2: Áp dụng cơng nghiệp alkyl hóa izobutan buten, ta có phản ứng sau: - Các izo-octan có khả trao đổi ion hydrit với izo-butan để tạo thành sản phẩm izo-octan Ngồi cịn có phản ứng khác: - Từ sở hóa học q trình alkyl hóa izo-butan butylene, ta thấy thực chất trình phải tạo thành ion izo-C4H9+ mà phản ứng chuyển ion hydrit izo-C4H10 - Chỉ có axit mạnh có hoạt tính thúc đẩy tốc độ vận chuyển ion hydrit Do xúc tác alkyl hóa cơng nghiệp thường H2SO4 HF II/Các thông số công nghệ ảnh hưởng tới trình Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà hiệu trình khác khác nhau, nhìn chung hiệu q trình alkyl hóa phụ thuộc chủ yếu vào: Nguồn olefin sử dụng Nồng độ iso-butan Nhiệt độ phản ứng Thời gian phản ứng Nồng độ axit 1, Nguồn olefin sử dụng - Khi so sánh sản phẩm q trình alkyl hóa nguồn olefin khác ta nhận thấy nguồn nguyên liệu butylene tốt cho trình này, sản phẩm có số octan cao (RON=93-95), lượng butylene tiêu thụ thấp hạn chế phản ứng phụ - Propylen cho sản phẩm có số octan khơng cao (RON=89-92) tiêu thụ nhiều propylene axit - Sản phẩm từ olefin pentan hỗn hợp khả xảy phản ứng phụ cao 2, Nhiệt độ - Trong công nghiệp alkyl hóa, nhiệt độ thích hợp xúc tác sau: • Xúc tác axit H2SO4 :4-10 OC • Xúc tác axit HF :20-35 OC - Nhiệt độ thơng số quan trọng, có ảnh hưởng phức tạp đến q trình alkyl hóa Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt tác nhân giảm xuống, cho phép tăng cường khuấy trộn làm cho tác nhân phản ứng tiếp xúc với tốt hơn, nhờ giảm lượng khuấy trộn Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phụ polyme hóa, oligome hóa oxy hóa lại tăng lên có tốc độ mạnh tương đương với tốc độ phản ứng alkyl hóa Vì thế, độ chọn lọc trình lại giảm xuống, giảm nồng độ axit, tăng tiêu hao axit, giảm chất lượng alkylat Nếu hạ thấp nhiệt độ đến giới hạn định tạo điều kiện thuận lợi cho trình, làm độ chọn lọc tăng lên, giảm tiêu hao xúc tác, hiệu suất chất lượng sản phẩm tăng lên Nếu nhiệt độ giảm thấp làm tăng độ nhớt tác nhân axit, tăng tiêu tốn lượng khuấy trộn chất tải nhiệt, khó tạo thành nhũ tương thích hợp cho q trình alkyl hóa Do vậy, phải tiến hành nhiệt độ thấp phù hợp 3, Nồng độ axit - Để tiến hành alkyl hóa phân đoạn C4, người ta dùng H2SO4 HF nồng độ từ 88-98% (tốt từ 94-96%) Ở nồng độ vừa thuận tiện cho q trình alkyl hóa phản ứng đồng phân hóa, cho nhiều 2,2,4- trimetylpentan Điều định trình tạo sản phẩm iso-octan Nếu nồng độ q cao xúc tác có tính oxy hóa cao Nếu nồng độ thấp tốc độ phản ứng polymer tăng nhanh làm giảm tốc độ phản ứng alkyl hóa - Vì thế, hệ thống đạt khả phản ứng cực đại nồng độ olefin hòa tan vào xúc tác lượng ion cacboni tạo tham gia phản ứng alkyl hóa 4, Nồng độ iso-butan - Do khả hòa tan iso-butan pha axit nhỏ (trong H2SO4 0,1% HF 0,3% , muốn tăng tốc độ phản ứng, nồng độ iso-butan cần đạt cực đại vùng phản ứng Olefin hòa tan tức thời axit nên lượng olefin đưa vào cần tách nhỏ để hạn chế phản ứng phụ Điều khống chế qua tỷ lệ isobutan/buten từ 5/1 đến 15/1 Khi nồng độ iso-butan vượt q u cầu hạn chế khả tan isobutan axit làm tăng phản ứng polymer hóa olefin - Ngồi ra, nồng độ iso-butan dòng sản phẩm khỏi phản ứng tăng chất lượng alkylat (mà cụ thể tính chống kích nổ) sản phẩm tăng lên - Sự phụ thuộc cịn xác định thơng qua số F, tính theo phương trình Smit Pinkerton: Trong đó: F : Nồng độ isobutan dòng sp khỏi pư C1S : %V iso-butan dòng sp alkylat I/O : Tỷ lệ iso-butan/olefin nguyên liệu (V.S)O: Tốc độ nạp nguyên liệu olefin 5, Thời gian phản ứng Thời gian phản ứng trình alkyl hóa xác định yếu tố bản: - Tốc độ lấy nhiệt khỏi phản ứng phải đủ để giữ nhiệt độ phản ứng chọn - Thời gian đủ để izo-butan hòa tan vào pha axit (tạo nhũ tương tốt), nhờ mà đảm bảo tiến trình phản ứng phản ứng mong muốn hạn chế phản ứng phụ Do thiết bị hoạt động theo dòng liên tục, nên thời gian phản ứng khống chế qua tỷ lệ axit hidrocacbon thiết bị phản ứng Tỷ lệ thường khoảng từ 1/1 đến 2/1, khoảng cho chất lượng alkylat tốt (hình 9.2) Cảm ơn cô bạn ý lắng nghe