Tổng hợp Alkylbenzen và sản xuất Alkylbenzen Sunfonat

∗ Linear Alkylbenzen được sản xuất thương mại bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts, dùng xúc tác như AlCl3, HF, ví dụ như alkyl hóa benzen với olefin.. ∗ Năm 1995, quá trì

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ-HÓA DẦU

TIỂU LUẬN Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN.

SVTH:

NGUYỄN NAM ANH.

NGUYỄN VĂN LINH.

TRỊNH THỊ HƯỜNG.

HOÀNG XUÂN HẢI.

NGUYỄN THÀNH CHUNG.

2.1 Giới thiệu chung về LAS.

2.2 Công nghệ sản xuất LAS

NỘI DUNG

PHẦN 1: TỔNG HỢP LAB.

∗ Linear Alkylbenzen được sản xuất thương mại bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts, dùng xúc tác như AlCl3, HF, ví dụ như alkyl hóa benzen với olefin

∗ Năm 1995, quá trình Detal xuất hiện , sử dụng chất xúc tác rắn được đưa ra, cho độ chuyển hóa cao, chọn lọc các đồng phân 2-phenyl thường

là khoảng 30% hoặc ít hơn, các loại Linear Alkylbenzen với một tỷ lệ cao trong các đồng phân của 2-phenyl được mong muốn bởi vì các hợp chất như vậy khi sunfonat hóa có chuỗi dài sẽ tăng cường khả năng hòa tan và tính tẩy rửa

∗ LAB được sản xuất từ alkyl hóa benzen với olefin, từ nhiều nguồn khác nhau như dầu hỏa(parafin bình thường) hoặc etylen Hơn 80% sản lượng LAB được sản xuất sử dụng công nghệ UOP trên toàn thế giới.

∗ Công nghệ alkyl hóa của UOP được lựa chọn sản xuất LAB, chiếm 75% quá trình sản xuất LAB từ năm 1995

1.1 Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB.

1.2 Giới thiệu chung về LAB.

hữu cơ với công thức:

∗ Một số tính chất vật lý của LAB.

∗ Ứng dụng:

LAB là những hợp chất có tầm quan trọng đáng kể trong thương mại Vì Linear Alkylbenzen dễ dàng phân hủy sinh học hơn alkylbenzen có nhánh nên Linear Alkylbenzen đã dần thay thế alkylbenzen có nhánh trong sản xuất chất tẩy rửa và các sản phẩm khác

Một số LAB có ứng dụng trong một số ngành công nghiệp như ngành công nghiệp mực in, sơn cách nhiệt và điện

1.3.1.Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm.

hợp chất hữu cơ

khí); các vật liệu rây phân tử (có tính chọn lọc hơn các xúc tác dùng trong pha lỏng)

sử dụng do tạo ra nước trong quá trình alkyl hóa, dẫn đến phân hủy xúc tác AlCl3

1.3 Công nghệ sản xuất LAB

Cơ chế phản ứng

∗ Với tác nhân alkyl hóa là dẫn xuất clo:

∗ Với tác nhân là olefin có mặt là HCl:

∗ Trong giai đoạn tiếp theo, vòng hydrocacbon thơm sẽ bị cacbocation này tấn công thay thế cho một proton của nhân thơm:

1.3.2.Các phương pháp sản xuất LAB

∗ Quá trình UOP HF Detergent Alkylate:

Nguyên liệu: linear parafin , benzen.

Xúc tác: HF lỏng.

1.3.3 Công nghệ sản xuất LAB

∗ Khu vực Pacol: n-parafin được dehydro hóa với một phản ứng xúc tác

để sản xuất mono-olefin.

thiện năng suất sản xuất LAB và chất lượng sản phẩm.

do đó tăng tuổi thọ chất xúc tác Detal, nâng cao chất lượng sản phẩm LAB và giảm sản phẩm alkylate nặng.

tác rắn thay thế acid lỏng (axit HF hoặc nhôm clorua, được dùng trước đây với quy trình HF Detergent Alkylate), với lợi thế lớn về vốn đầu tư, giảm tác động môi trường và chất lượng sản phẩm LAB

Công nghệ sản xuất LAS từ linear parafin.

Quá trình UOP HF Detergent Alkylate

Quá trình Detal scheme

∗ Công nghệ xúc tác dị thể Detal Scheme có lợi thế hơn công

nghệ sử dụng xúc tác lỏng HF ở những điểm sau

Không có khâu xử lý HF lại sau;

Chi phí đầu tư thấp vì dùng xúc tác không có tính ăn mòn;

Chi phí bảo trì thấp;

Chi phí xử lý chất thải từ nhà máy rất thấp.

So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme:

So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme.[

Tính kinh tế của 2 công nghệ HF Deterdent Alkylate và Detal

trong sản xuất LAB

PHẦN 2: SẢN XUẤT LAS.

 Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là chất có sức căng bề mặt nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung môi, và trong dung dịch, nồng độ của nó ở bề mặt cao hơn bên trong dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch Những CHĐBM quan trọng thường là những hợp chất hữu cơ gồm hai phần: phần phân cực (phần ưa nước) và phần không phân cực (phần kị nước) Axit béo là CHĐBM gồm gốc hyđrocabon là phần không phân cực và nhóm cacboxyl là phần phân cực CHĐBM được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, trong việc tuyển quặng, điều chế các chất tẩy rửa vv…

2.1 Giới thiệu chung về LAS

∗ Trong nhiều năm trước đây, xà phòng luôn đáp ứng tốt nhu cầu cung ứng cho xã hội và cho đến khi chất béo và dầu trong động vật, thực vật (thành phần cơ bản cần thiết để tạo nên xà phòng) trở nên thiếu thốn, cùng với cuộc chiến tranh Thế Giới lần I, II đã dẫn đến việc thúc đẩy tìm kiếm một chất có thể thay thế Từ đó những nghiên cứu đã phát hiện ra chất hoạt động bề mặt có thể thu được dễ dàng bằng cách tổng hợp từ hóa dầu, đó là LAS (Linear Alkylbenzen Sunfonat).

∗ LAS là một chất hoạt động bề mặt anionic được tổng từ alkylbenzen mạch thẳng (LAB) Khoảng 99% sản lượng LAB được chuyển thành LAS qua quá trình sulphonat hóa LAS thì hầu hết được sử dụng dành riêng trong thành phần chất tẩy rửa Và trong một vài trường hợp đặc biệt thì LAS cũng được sản xuất từ dẫn xuất khác.

∗ Công thức cấu tạo của LAS:

 Trọng lượng phân tử trung bình: 342

 m + n= 7- 10

 Nhánh alkyl thẳng.

 Sunfonat ở vị trí para.

Tính chất:

LAS dễ phân huỷ sinh học trong điều kiện hiếu khí.

Khả năng hoà tan trong nước giảm khi chiều dài chuỗi alkyl

tăng và tuỳ thuộc vào ion dương của muối.

Ở nhiệt độ phòng, LAS (C12) là chất rắn màu vàng nhạt.

LAS bền trong môi trường oxy hoá.

Một trong tính chất quan trọng của LAS là có tính tương thích

cao hơn các chất hoạt động bề mặt anionic khác, do chúng có thể sử dụng trong cả đơn công nghệ acidic và alkaline như một loại chất tẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột đều được.

LAS là hợp chất cơ tính ổn định cao.

Sơ đồ phân bố sử dụng chất hoạt động bề mặt trên thế giới

 Sự tiêu thụ của LAS

Sơ đồ phân bố sử dụng LAS trên thế giới

∗ Tác nhân phản ứng: acid sulfuric, oleum và SO3

2.2 Công nghệ sản xuất LAS

Các phản ứng xảy ra:

- Giai đoạn thứ nhất là sự tác dụng của phần dư SO3 trong oleum:

ArH + H2SO4 SO3 → ArSO2OH + H2SO4

phản ứng này không thuận nghịch, toả nhiệt mạnh;

hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào nồng độ của oleum và có giá trị

180 KJ/mol đối với oleum 20%

− Giai đoạn tiếp theo có sự tham gia của axit sulfuric

Sự sulfo hoá bằng SO3 được biểu diễn như sau:

ArH + SO3 → ArSO2OH

- Đây cũng là phản ứng không thuận nghịch (-ΔH0298 = 217 Kj/mol) Cơ chế giai đoạn đầu của quá trình sulfo hóa các hydrocacbon thơm bằng oleum và phản ứng với SO3 tự do như sao: các phân tử SO3 tấn công vào hydrocacbon qua các phức π –

và σ trung gian

Phản ứng có bậc nhất theo ArH và SO3 và xảy ra gần như tức thời

∗ Cơ chế:

∗ Phản ứng phụ:

2ArSO2OH + SO3 → (ArSO2)2O + H2SO4

∗ Nguyên liệu

LAB (Linear AnkylBenzel)

Lưu huỳnh: dạng hạt nhỏ, độ tinh khiết 99,8%.

∗ Quy trình công nghệ gồm các công đoạn chính:

Hóa lỏng lưu huỳnh

Sơ đồ công nghệ Sulphurex F của Ballestra

1-cửa vào của khí

2-thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 3-lớp bi sứ

4-tấm đỡ

5-cửa vào của không khí

6-cửa ra của không khí

Tháp chuyển hóa SO2

1 - Cửa vào của SO3

2 - Phễu trộn

3-Tấm ngăn

4 - Ống phản ứng

5 - Cửa ra của nước làm mát

6 - Cửa vào của nước làm mát

7 - Cửa ra của LAB

Thiết bị phản ứng

Hiệu quả của việc sử dụng CO2 quá tới hạn

Tăng hệ số khuếch tán: Chất lỏng quá tới hạn có tính khuyếch tán cao hơn so với chất lỏng thường do chất lỏng thường có tỷ trọng thấp hơn và giống khi hơn Ngoài ra, nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng đến hệ số khuếch tán Hệ số khuếch tán khác nhau trong vùng quanh điểm tới hạn vì vậy người ta hy vọng tăng hệ

số khuếch tán của phản ứng kiểm soát

Tăng khả năng hòa tan của chất phản ứng và loại bỏ truyền khối

Tạo điều kiện cho việc tách.

b) Sản xuất LAS ở áp suất cao trong môi trường CO2 quá tới hạn

Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3

Giải hấp phụ SO3 từ than hoạt tính

Quá trình Sunfo hóa

 Trong 2 công nghệ trình bày ở trên, công nghệ Sunphurex F của Ballestra có những ưu điểm vượt trội

Quá trình đơn giản, dễ vận hành

Áp suất và nhiệt độ làm việc thấp

Không cần sử dụng xúc tác

Hiệu suất chuyển hóa cao

Xử lý triệt để khí thải ra môi trường

Chi phí sản xuất thấp

Tuy nhiên, sơ đồ công nghệ sản xuất LAS ở áp suất cao trong môi trường Cacbon dioxide quá tới hạn là công nghệ mới, hứa hẹn khả năng phát triển, ứng dụng rộng rãi trong thực tế

So sánh và lựa chọn công nghệ