QUÁ TRÌNH IZOME HÓA, QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA

1. Khái niệmLà quá trình biến đổi các hydrocacbon mạch thẳng thành các hydrocacbon mạch nhánh2. 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 nbutan tạo izobuten là cấu tử để tổng hợp MTBE (metyl tertbutyl ete) làm phụ gia tái tạo lại xăng:

QUÁ TRÌNH IZOME HÓA, QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA

QUÁ TRÌNH IZOME HÓA, QUÁ TRÌNH ALKYL 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

QUÁ TRÌNH IZOME HÓA

Khái niệm I

Nguyên liệu và sản phẩm II

Xúc tác quá trình III

Cơ chế phản ứng IV

 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:

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)

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

III Xúc tác quá trình

- xúc tác Pt/Al2O3 ít clo hơn

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

hơn

- xúc tác Pt/Al2O3 nhiều clo hơn

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

Quá trình izome hóa được thực hiện ở:

• Pha lỏng: xúc tác Friedel-Craft (AlCl3) ở nhiệt độ 80-100oC: 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

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:

IV Cơ chế phản ứng

2 Izome hóa các hydrocacbon thơm

Ứng dụng: Chủ yếu chuyển hóa m-xylen thành p-xylen, xylen

o-a Phản ứng đồng phân hóa:

IV Cơ chế phản ứng

Tốc độ tạo hai đồng phân như nhau

Cơ chế:

IV Cơ chế phản ứng

b Phản ứng phân bố lại

IV Cơ chế phản ứng

* Cơ chế:

QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA

Khái niệm I

Alkyl hóa alcan II

Alkyl hóa benzen và các aren khác III

Các yếu tố ảnh hưởng IV

I

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

C n H 2n+2 + C m H 2m C n+m H 2(n+m)+ 2

ArH + RCl ArR + HCl

 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 + NH 3  RNH 2 + H 2 O

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  R 2 SiCl 2 (xúc tác là Cu)

C 3 H y Cl + 4 NaPb  Pb(C 3 H y )4 + 4 NaCl + 3 Pb

C 2 H 4 + Al + 3/2 H 2  Al(C 2 H 5 ) 3

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

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

II Alkyl hóa alcan

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

 Xét phản ứng:

II Alkyl hóa alcan

b Xúc tác AlCl 3 + HCl

cho phép phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp (-15 đên 25oC), dê chế tạo, cho sản phẩm có ít nhánh phụ

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

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 C 2 H 4 :

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:

III Alkyl hóa benzen và các aren

III Alkyl hóa benzen và các aren

khác

c Alkyl hóa bằng rượu

2 Xúc tác cho phản ứng alkyl hóa hydrocacbon thơm:

IV Các yếu tố ảnh hưởng

 Với xúc tác lỏng có các yếu tố ảnh hưởng:

+ Nhiệt độ phản ứng: Nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt của tác nhân và của xúc tác giảm, tạo điều kiện khuấy trộn tốt hơn Song nhiệt độ cao, phản ứng phụ loại polyme hóa và oxi hóa lại tăng do tốc độ 2 phản ứng này mạnh hơn alkyl hóa Vì thế độ chọn lọc của quá trình giảm xuống, do vậy phải tiến hành ở nhiệt độ thấp

III Các yếu tố ảnh hưởng

+ Nồng độ axit: H2SO4 dùng để alkyl hóa phân đoạn C4 có nồng độ 88-98% Trị số octan alkyl hóa đạt cực đại khi nồng độ H2S04 đạt 95-96%

 Nếu dùng H2S04 quá đặc, xúc tác sẽ có tính oxy hóa cao, nhưng nếu dùng H2S04 quá loãng, quá trình vận chuyển H+ bị khó khăn dân đến giảm tốc độ phản ứng

III Các yếu tố ảnh hưởng

=> trong công nghiệp, để alkyl hóa izo-alcan, thường dùng H2SO4 98%, HF+AlCl3; còn để alkyl hóa benzen và đồng đẳng dùng zeolit hoặc xúc tác chứa zeolit, trong đó ZSM-5 được dùng phổ biens hơn cả.

Thank You !