Benzen là một nguyờn liệu rất quan trọng trong cụng nghiệp hoỏ chất. những nguyờn tử hydro trong benzen dễ bị thay thờ bằng clo và cỏc halogen khỏc bằng cỏc nhúm sunfo-, amino-, nitro- và cỏc nhúm định chức khỏc. Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen…
- Phản ứng halogen húa:
- Phản ứng nitro húa:
- Phản ứng sunfo húa:
- Phản ứng alkyl húa:
III.1.3 Ứng dụng
Hỡnh 8. Ứng dụng của benzene
- Benzene cú rất nhiều ứng dụng trong thực tế, nú là nguyờn liệu để sản xuất phẩm nhuộm, chất dẻo…
- Benzene được dựng làm tơ nhõn tạo, nilon, làm dung mụi
- Nguyờn liệu để tổng hợp cỏc chất khỏc.
III.1.4 Nguồn cung cấp nguyờn liệu benzen
Benzen và cỏc chất đồng đẳng của nú như toluen, xylen cú thể được tỡm thấy trong dầu thụ nhưng với một lượng rất nhỏ, do đú, nếu chỉ sử dụng cỏc quỏ trỡnh phõn tỏch vật lý để thu hồi chỳng từ nguồn này sẽ khụng đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Hàm lượng aromatic, naphtenic, và parafinic chứa trong dầu thụ và phõn đoạn naphtha của dầu thụ Saudi Arabian và dầu thụ United Kingdom được chỉ ra trong bảng 3.
Tiểu luận : Cụng nghệ tổng hợp cỏc hợp chất trung gian
(T.b.p: true boiling point distillation.
C5 – refers to C5 plus content of light naphtha)
Trong cụng nghiệp, nguồn cung cấp benzen cũng như cỏc đồng đẳng của nú như toluen và xylen chủ yếu là từ sản phẩm của quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc naphtha. Một nguồn cung cấp BTX quan trọng khỏc là từ quỏ trỡnh cracking xỳc tỏc, trong đú, cỏc phõn đoạn dầu thụ ớt cú giỏ trị và phần cặn nặng được phõn hủy trong điều kiện cú xỳc tỏc tạo thành cỏc cấu tử hydrocacbon nhẹ. Naphta sản phẩm cú trị số octan cao nhờ cỏc phản ứng thơm húa xảy ra cựng với phản ứng chớnh cracking.
Một quỏ trỡnh mới khỏc cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng, đú là quỏ trỡnh Cyclar. Nguyờn liệu của quỏ trỡnh này là khớ dầu mỏ húa lỏng cú thành phần chủ yếu là C3, C4. Xỳc tỏc cho quỏ trỡnh là dạng zeolit cú khả năng xỳc tiến phản ứng dehydro húa nguyờn liệu, polyme húa sản phẩm mới hỡnh thành để tạo nờn cỏc oligome khụng no, và tiếp tục dehydro vũng húa cỏc oligome này tạo thành cỏc hydrocacbon thơm. Hiệu suất benzen thu được từ quỏ trỡnh này thường lớn hơn quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc.
Quỏ trỡnh steam cracking naphtha chủ yếu nhằm sản xuất ra etylen, nhưng cũng là một nguồn cung cấp đỏng kể cỏc hydrocacbon thơm, đặc biệt là benzen cú trong sản phẩm lỏng của cụng nghệ này. Cỏc hydrocacbon thơm này được sinh ra từ cỏc phản ứng
cộng đúng vũng etylen mới hỡnh thành và dehydro vũng húa xảy ra trong quỏ trỡnh steam cracking.
Hydrocacbon thơm cũng cú thể thu được từ nguồn khụng phải dầu mỏ, thực tế, khoảng 10% [1] lượng hydrocacbon thơm tiờu thụ trờn thế giới ngày nay được sản xuất từ than đỏ. Đõy được xem là nguồn cung cấp benzen và cỏc sản phẩm thế benzen khỏc chủ yếu từ trước năm 1940 [1]. Cỏc hydrocacbon thơm hỡnh thành thực chất là sản phẩm phụ của quỏ trỡnh cốc húa than đỏ ở nhiệt độ cao.
III.1.5 Quỏ trỡnh tồn chứa và vận chuyển benzen
Benzen là chất dễ bắt chỏy, dễ bay hơi và cú tớnh độc, do đú quỏ trỡnh tồn trữ và vận chuyển benzen cần phải tuần theo qui định nghiờm ngặt.
Nhón là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với cỏc con tàu chở benzen. Cỏc hóng ở Mỹ như: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… cú qui định rừ về điều này [2].
Cỏc qui định về cỏch vận chuyển và đúng tàu được cập nhật sửa đổi và ban bố hàng năm tại CFR. Cỏc nước khỏc cũng cú những điều luật qui định và qui trỡnh kỹ thuật đảm bảo an toàn khỏ giống so với Mỹ. Mặc dự, cỏc qui định đặc biệt phải được ỏp dụng cho cỏc cơ sở sản xuất, phũng thớ nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, quỏ trỡnh thỏo dỡ hàng, vận chuyển benzen, qui đinh an toàn được ỏp dụng như với một chất lỏng hoặc khớ dễ bắt chỏy và độc khỏc.
Benzen được bảo quản , tồn trữ và vận chuyển trong cỏc thựng hoặc bể chứa bằng thộp. Điều kiện thụng giú thớch hợp rất cần thiết trong quỏ trỡnh bảo quản benzen.
Do benzen cú tớnh độc, nờn những người cụng nhõn khi phải làm việc tiếp xỳc với benzen, thỡ cần phải sử dụng đồ bảo hộ để trỏnh benzen tiếp xỳc trực tiếp lờn da,hay hớt phải khúi cú chứa benzen. Trong quỏ trỡnh thỏo, nạp xăng cũng cần phải cẩn thận do benzen là chất dễ bay hơi.
Khi xảy ra sự cố chỏy do benzen cú thể dựng CO2 hoặc cỏc húa chất cú khả năng chữa chữachỏy khỏc để dập lửa.
III.2 Xỳc tỏc axit H2SO4 .
• Tớnh chất húa lý của xỳc tỏc H2SO4[8]
Axit H2SO4 là một chất lỏng khụng màu, khụng mựi, nhớt như dầu (tnc= 10,40C), khối lượng riờng của H2SO4 98% là 1,84 g/cm3.
Tiểu luận : Cụng nghệ tổng hợp cỏc hợp chất trung gian
Dung dịch H2SO4 cú nồng độ 98,2% là hỗn hợp đẳng phớ, dưới ỏp suất thường nú sụi ở 336,60C.
• Tớnh chất húa học của H2SO4 [8]
Axit sunfuric cú hai đặc điểm lớn : Khi loóng, nú là một axit mạnh, khi đặc và núng nú là một chất oxy húa mạnh. Axit nguyờn chất 100% khụng thể hiện tớnh axit.
H2SO4 là axit hai lần, trong dung dịch nú phõn ly thành hai nấc: nấc thứ nhất phõn ly hoàn toàn nhưng nấc thứ hai thỡ kộm hơn nhiều.
H2SO4 H+ + H2S K1 = ∞
H2S H+ + S K2 = 2.
H2SO4 đặc thụ động húa Fe, Al, Cr nờn người ta dựng bỡnh bằng thộp để đựng và chuyờn chở H2SO4 đặc, nguội.
• Sản xuất H2SO4 [8]
Axit sunfuric là một loại húa chất cơ bản nờn hàng năm nú được sản xuất với lượng lớn trờn thế giới.
Nguyờn tắc chung của cỏc phương phỏp điều chế H2SO4 trong cụng nghiệp là oxy húa SO2 thành SO3 rồi cho hợp với nước.
2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4
Hiện nay người ta thường điều chế H2SO4 bằng hai phương phỏp: Phương phỏp tiếp xỳc và phương phỏp thỏp.
Phương phỏp tiếp xỳc là phương phỏp hiện đại, được ỏp dụng ở nhiều nước trờn thế giới.Tuy nhiờn thực hiện phương phỏp này khú khăn hơn những phương phỏp cổ điển vỡ nú đũi hỏi kỹ thuật cao.
Quỏ trỡnh điều chế gồm 4 giai đoạn:
+ Điều chế anhydrit sunfurơ SO2 : Lọc sạch hỗn hợp khớ SO2 + O2, khử thật sạch bụi và cỏc tạp chất làm hại xỳc tỏc (như SeO2, As2O3, PH3, H2O...).
+ Oxy húa SO2: hỗn hợp khớ đó được lọc sạch, được đốt núng lờn 450oC rồi cho qua chất xỳc tỏc(Pt hoặc V2O5). Suốt giai đoạn oxy húa nhiệt độ đú khụng được thay đổi.
2SO2 + O2 2SO3 ( hiệu suất thường đạt 98%)
+ Giai đoạn hấp thụ SO3: hỗn hợp khớ SO2 + SO3 + O2 được làm nguội xuống khoảng 50oC, rồi cho tan trong dung dịch H2SO4 98,2% (giữ nhiệt độ khụng đổi ở 50oC). Sản phẩm thu được là oleum H2SO4.xSO3. Muốn cú axit loóng hơn người ta pha oleum bằng nước.
Axit H2SO4 đó làm việc trong cỏc nhà mỏy hiện đại thường được tỏi sinh bằng phương phỏp phõn hủy nhiệt độ cao. Hiệu quả của quỏ trỡnh alkyl húa tăng lờn khi thờm vào xỳc tỏc cỏc chất kớch hoạt đặc biệt, nú làm thay đổi sức căn bề mặt của giới hạn phõn chia pha hoặc tạo thành nhũ tương trong axit H2SO4.
III.3 Axit HNO3
• Tớnh chất vật lý [8]
Axit nitric là một trong những axit vụ cơ quan trọng nhất.
Axit nitric khan là chất lỏng khụng màu cú tỷ trọng d = 1.52g/cm3 ở nhiệt độ 150C. Bốc khúi ngoài khụng khớ.
Axit HNO3 đúng băng ở -410C và sụi ở 860C.
Axit HNO3 cú thể trộn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Khi sụi kốm theo hiện tượng phõn hủy từng phần theo phương trỡnh: