Tiểu luận hóa học tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat

Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Trang 1 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng hợp alkylbenzen(LAB)………………… …………… 3 1.1. Giới thiệu chung về LAB…………………………………………… 3 1.2. Công nghệ sản xuất LAB…………………………………… ……. 6 1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm……… 6 1.2.2. Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB……………… … 7 1.2.3. Quá trình UOP HF Detergent Alkylate………………….…… 8 1.2.4. Quá trình Detal scheme…………………………………….… 11 Chương 2: Sản xuất alkylbenzensunfonat(LAS)………………………… 15 2.1. Giới thiệu về LAS………………………………………………… 15 2.1.1. Chất hoạt động bề mặt …………………………………… …. 15 2.1.2. Sự ra đời của LAS…………………………………………… 15 2.1.3. Quá trình phát triển của LAS………………………………… 16 2.1.4. Tính chất của LAS………………………………………….…. 17 2.1.5. Sự tiêu thụ của LAS…………………………………………… 18 2.2. Công nghệ sản xuất LAS……………………………………………. 19 2.2.1. Tác nhân phản ứng…………………………………………… 19 2.2.2. Các phản ứng xảy ra………………………………………… 20 2.2.3. Các công nghệ sản xuất LAS………………………………… 23 2.2.4. So sánh và lựa chọn công nghệ……………………………… 35 Kết luận…………………………………………………………….……. 37 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 38 MỞ ĐẦU Trang 2 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Công nghiệp lọc hóa dầu là một trong ngành công nghiệp ngày càng phát triển và được chú trọng trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Trong công nghiêp lọc hóa dầu, đặc biệt là công nghiệp sản xuất hợp chất trung gian, sản xuất LAB là quá trình còn khá mới mẻ trong khi thị trường của sản phẩm này là vô cùng lớn. LAB là hợp chất thu được từ parafin và benzen dùng làm nguyên liệu sản xuất LAS – chất hoạt động bề mặt có ứng dụng rất lớn để sản xuất bột giặt và các chất tẩy rửa. Alkylbezen mạch thẳng là nguyên liệu sản xuất LAS, được chuyển hóa từ dầu thô: benzen và các parafin mạch thẳng. Tổng sản lượng LAB được tạo ra trên thế giới khoảng 2,5 triệu tấn trong năm 2002. Hiện nay LAS chiếm 1/3 phần trong chất tẩy rửa. Gần như toàn bộ LAB được chuyển hóa thành LAS. LAB được sản xuất trên quy mô công nghiệp rộng lớn bởi thị trường phong phú cùng với việc các ngành công nghiệp xúc tác và công nghệ sản xuất mới phát triển. Trên thế giới, các công nghệ sản xuất LAB ngày càng được chú trọng nghiên cứu và đổi mới, tuy nhiên ở Việt Nam vẫn chưa sản xuất được LAB. Việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tiên tiến đang là một mục tiêu được chú trọng trong những năm gần đây. Vì lý do đó, chúng em chọn đề tài tiểu luận “Tổng hợp alkyl benzen và sản xuất alkyl benzen sunfonat”. Trang 3 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP LAB. 1.1.Giới thiệu chung về LAB. Linear Alkylbenzen(LAB) là họ của các hợp chất hữu cơ với công thức: trong đó: m+n = 7 – 10; Tính chất vật lý: là chất lỏng không màu, nhờn; tỉ trọng 0,8628 g/cm 3 và điểm sôi của 282-302°C, khối lượng phân tử trung bình 240. Bảng 1: Một số tính chất vật lý của LAB. Bề ngoài ở 60 o C Sáng Màu sắc (ASTM D1500) 0.5 Tỉ trọng 15 o C (ASTM D1298) 0.854 Độ nhớt tại 40 o C(ASTM D445),mm 2 /S 18 Độ nhớt tại 100 o C(ASTM D445),mm 2 /s 4 Điểm chớp cháy( ASTM D93), o C 184 Hàm lượng nước(ASTM D1744), % thể tích 0.005 Chỉ số iodine, mg/100g 1 Ứng dụng: Các loại Linear Alkylbenzen (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. Đặc biệt, loại Linear Alkylbenzen với các chuỗi alkyl dài, chẳng hạn như chuỗi có khoảng 10 đến 14 nguyên tử cacbon, thường được sử dụng. Tuy nhiên, loại Linear Alkylbenzen Trang 4 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. với các chuỗi dài hơn và với chuỗi ngắn cũng rất quan trọng về mặt thương mại. Các loại Linear Alkylbenzen thường được sản xuất bằng alkyl hóa benzen với olefin, đồng phân vị trí, chẳng hạn như 2-phenyl, 3-phenyl, 4-phenyl, 5-phenyl. Kết quả là từ quá trình alkyl hóa này của benzen với olefin mạch dài, sự phân bố của phenyl dọc theo chuỗi alkyl sản xuất các sản phẩm khác nhau. Tăng trưởng trong chất tẩy rửa gia dụng dẫn đến nhu cầu linear alkylbenzen được sản xuất từ paraffin có nguồn gốc từ dầu hỏa. Sulfonate linear alkylbenzen (LAS) cho bột giặt, chất lỏng rửa chén nhẹ , chất tẩy rửa công nghiệp, cho chất tẩy rửa gia dụng. Một số LAB cũng có ứng dụng nhỏ như dung môi và chất kết dính trong các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như : dầu cáp, ngành công nghiệp mực in , sơn , cách nhiệt và điện. Nhu cầu về chất tẩy rửa của từng khu vực khác nhau là khác nhau. Điều đó được trình bày trong bảng 2. Bảng 2: Nhu cầu chất tẩy rửa từng khu vực[3] Giả định khả năng tiêu thụ của LAB, tính theo Kg/năm, được dùng để dự đoán tiềm năng của LAB trên thế giới. Hình 1 minh họa cho nhu cầu của thế giới trong năm 1991. Và ngày nay, nhu cầu đó tăng theo sự phát triển kinh tế trên thế giới. Trang 5 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Hình 1: Nhu cầu sử dụng LAB trên thế giới trong năm 1991.[3] Trang 6 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. 1.2.Công nghệ sản xuất LAB. 1.2.1.Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm. Alkyl hóa là quá trình đưa các nhóm alkyl và phân tử các hợp chất hữu cơ. Các phản ứng alkyl hóa có giá trị cao trong việc đưa các nhóm alkyl vào hợp chất thơm. Phương trình chung có dạng : Xúc tác cho quá trình là các axit, trong đó, hoạt tính cao nhất và được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp là khi sử dụng tác nhân alkyl hóa là dẫn xuất clo, đó là clorua nhôm (AlCl 3 ). Ngoài ra còn có các xúc tác khác như H 2 SO 4 , HF cũng thường được sử dụng cho các phản ứng alkyl hóa trong pha lỏng, H 3 PO 4 được sử dụng cho pha khí.Và từ khi người ta phát hiện ra các vật liệu rây phân tử không những có tính axit đủ mạnh để thúc đẩy quá trình tạo cacbocation mà còn có tính chọn lọc hơn các xúc tác lỏng, thì chúng bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các công nghệ alkyl hóa mới. Tác nhân sử dụng phổ biến trong alkyl hóa hydrocacbon thơm là dẫn xuất clo và olefin. Rượu ít được sử dụng do tạo ra nước trong quá trình alkyl hóa, dẫn đến phân hủy xúc tác AlCl 3 Cơ chế của phản ứng cũng bắt đầu bằng giai đoạn hình thành cacbocation.  Với tác nhân alkyl hóa là các dẫn xuất clo:  Với tác nhân là olefin, có mặt HCl: Trong giai đoạn tiếp theo, vòng hydrocacbon thơm sẽ bị cacbocation này tấn công thay thế cho một proton của nhân thơm. [1] Trang 7 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. 1.2.2.Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB. Trong lịch sử, Linear Alkylbenzen được sản xuất thương mại bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts, sử dụng chất xúc tác như nhôm clorua, hoặc chất xúc tác tính acid mạnh như hydro florua, ví dụ, để alkyl hóa benzen với olefin. Năm 1995, quá trình Detal xuất hiện, sử dụng chất xúc tác rắn được đưa ra. Các phương pháp này sản xuất với 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 chất tẩy rửa. LAB được sản xuất thông qua các alkyl hóa benzen với olefin bình thường xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau như dầu hỏa(parafin bình thường) hoặc ethylen. UOP là hãng dẫn đầu công nghệ, với hơn 80% sản lượng LAB được sản xuất sử dụng công nghệ UOP trên toàn thế giới. Các quá trình UOP/CEPSA Detal™ đã trở thành công nghệ alkyl hóa được lựa chọn sản xuất LAB, chiếm 75% quá trình sản xuất LAB từ năm 1995. Quá trình UOP PEP ™ cho phép loại bỏ có chọn lọc các chất thơm trong nguồn nguyên liệu olefin/parafin cho khu vực Detal. Loại bỏ các chất thơm sẽ tăng 3- 5% sản lượng LAB và cải thiện sự ổn định của chất xúc tác alkyl hóa trong Detal . Quá trình PEP lần đầu tiên được thương mại hóa vào năm 1995 và hơn 10 đơn vị đã được cấp phép. Thông thường, linear alkylbenzen được sản xuất thương mại sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts hoặc xúc tác bằng axit mạnh để alkyl hóa benzen với olefin . Huntsman Corporation, CEPSA Quimica, SA, Quimica Venoco, CA, Sasol Bắc Mỹ và Repsol YPF-Jin TungPetrochemical , Unggul Indah Cahaya và Reliance Industries Ltd (RIL) là những nhà sản xuất hàng đầu sản xuất LAB trên thế giới. Ngành công nghiệp Ấn Độ đã thực hiện một khởi đầu khiêm tốn vào năm 1978,vận hành của nhà máy LAB đầu tiên tại Vadodara. Sau đó Reliance Industries Ltd (RIL), Tamil Nadu hóa dầu Limited (TPL ) và Nirma Ltd thiết lập cơ sở sản xuất của LAB . Indian Oil Corporation Ltd(IOC) đưa một nhà máy công suất 120 KTA vào tháng Tám năm 2004. Công suất lắp đặt hiện tại của LAB ở Ấn Độ là 530 KTA mà dự kiến sẽ chạm 627 KTA vào năm 2016. Nguyên liệu đầu thường là các paraffin mạch thẳng từ C 10 -C 16 và benzen. Tuy nhiên phải xử lý n-parafin thành dạng hoạt động cho quá trình alkyl hóa.[4] Có các phương pháp xử lý sau và phạm vi của chúng trên thế giới được thống kê trong bảng sau: Trang 8 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Bảng 3: Các công nghệ sản xuất LAB trên thế giới và phạm vi sử dụng.[3] Các phương pháp sản xuất LAB. Hình 2: Các phương pháp sản xuất LAB.[3] 1.2.3.Quá trình UOP HF Detergent Alkylate. - Nguyên liệu: linear parafin , benzene. - Xúc tác: HF lỏng. - Khu vực Pacol: n-parafin được dehydro hóa với một phản ứng xúc tác để sản xuất mono-olefin. - Khu vực Define: chuyển hóa di-olefin thành mono-olefin, do đó cải thiện năng suất sản xuất LAB và chất lượng sản phẩm. - Khu vực Pep: Quá trình PEP loại bỏ các chất thơm từ dòng PACOL thải, do đó tăng tuổi thọ chất xúc tác Detal, nâng cao chất lượng sản phẩm LAB và giảm sản phẩm alkylate nặng. Trang 9 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. - Khu vực Detal: phản ứng alkylat xảy ra với xúc tác rắn dị thể. Chất xúc 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. Hình 3: Công nghệ sản xuất LAB từ linear parafin.[3] Trang 10 [...].. .Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Hình 4: Công nghệ sản xuất LAB sử dụng xúc tác HF.[5] Trang 11 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Dòng nguyên liệu parafin kết hợp với dòng hydro tuần hoàn, sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng Sau đó đưa vào thiết bị dehydro hóa Dòng sản phẩm qua phẩm qua thiết bị tách... trong bảng 5 Năng suất sản phẩm thể hiện cho LAB có trọng lượng phân tử trung bình là 240 Sản phẩm phụ gồm hydro 95% tinh khiết, sản phẩm nhẹ, sản phẩm alkylate nặng và cặn trong thiết bị tái sinh HF Bảng 5: Tính kinh tế của 2 công nghệ HF Deterdent Alkylate và Detal trong sản xuất LAB.[3] CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT LAS Trang 15 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat 2.1 Giới thiệu... giải thích được phản ứng hóa học giữa chất kiềm và triglyxerit Từ thời kỳ này, sự sản xuất công nghiệp trở nên dễ dàng hơn nên việc sử dụng xà phòng trở thành phổ biến Về sau các nhà khoa học hướng các cuộc nghiên cứu đến những sản phẩm thay thế còn hữu hiệu hơn cả xà phòng, có được nhờ tổng hợp hóa chất Fruitz Trang 16 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Guinther của BASF... bằng cách tổng hợp từ hóa dầu, đó là LAS (Linear Alkylbenzen Sunfonat) Sự phát triển này chứng tỏ một bước nhảy vượt bậc cho công nghiệp Trang 17 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat tẩy rửa và xã hội Không giống như xà phòng truyền thống thông thường, những chất hoạt động bề mặt này có thể chịu được nước cứng và vì thế nó cải thiện được năng suất cho quá trình sản xuất chất... 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 Giai đoạn 1: Trang 21 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Giai đoạn 2: Do đó trong các quá trình dị thể, vận tốc phụ thuộc vào các yếu tố khuếch tán và vào mức độ khuấy trộn, giải nhiệt Phản ứng phụ Quá trình sulfo hóa bằng oleum và SO3 gây ra một... gia phản ứng hợp lý, phương pháp khuấy trộn thích hợp và đặc biệt là chế độ nhiệt độ tối ưu (trong các phản ứng sulfo hóa bằng oleum và SO3 nhiệt độ có thể thay đổi từ -100 đến 40 – 600C) Các phản ứng phụ trong trường hợp này đều không tốt cho quá trình do làm tiêu hao tác nhân lẫn xúc tác và làm giảm lượng sản phẩm tạo thành Trang 23 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat 2.2.3... công gồm các công đoạn chính: - Hóa lỏng lưu huỳnh - Làm khô khí - Sản xuất SO3 Trang 24 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat - Phản ứng tạo LAS - Làm già và hydrat hóa - Xử lý khí thải Lưu huỳnh được nấu chảy bằng thiết bị hóa lỏng lưu huỳnh, rồi được bơm sang lò đốt lưu huỳnh Không khí được quạt hút vào hệ thống, làm khô qua thiết bị làm lạnh và tháp hấp phụ bằng silicagen... trường Trang 25 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Tháp chuyển hóa SO2 Trước khi tháp chuyển hóa làm việc, cần phải sấy lớp xúc tác lên khoảng 400oC để hoạt hóa xúc tác SO2 trước khí dẫn vào tháp được làm nguội xuống khoảng 500oC Vào tháp, hỗn hợp khí qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm nằm ngang để giảm nhiệt độ xuống khoảng, thích hợp cho quá trình chuyển hóa Tại tầng... chuyển hóa Khả năng chuyển hóa ở 2 tầng dưới khoảng 98% Sau khi chuyển hóa, hỗn hợp khí lúc có nhiệt độ khoảng 410 oC được đưa ra ngoài sang thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ Tháp chuyển hóa cao khoảng 10m, đường kính 1,4m Trang 26 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Hình 10: Tháp chuyển hóa 1 - Cửa vào của khí 4 - Tấm đỡ 2 - Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 5 - Cửa vào... sulfo hóa các hợp chất thơm là sử dụng triệt để các tác nhân sunfo hóa và chuyển lượng dư của nó về dạng acid loãng hoặc dạng muối Sự có mặt của acid loãng hay muối vô cơ đòi hỏi thêm một công đoạn tách sản phẩm chính và làm phức tạp thêm quy trình công nghệ Khi sulfo hóa bằng acid sulfuaric thì vấn đề trên được giải quyết khá đơn giản Trang 20 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat . Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat Trang 1 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen. em chọn đề tài tiểu luận Tổng hợp alkyl benzen và sản xuất alkyl benzen sunfonat . Trang 3 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP LAB. 1.1.Giới. trường và chất lượng sản phẩm LAB. Hình 3: Công nghệ sản xuất LAB từ linear parafin.[3] Trang 10 Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Hình 4: Công nghệ sản xuất LAB