1. Xỳc tỏc
Trước đõy phản ứng akyl húa được tiến hành với cỏc xỳc tỏc HF, H2SO4 đó xuất hiện nhiều vấn đề phức tạp như: Gõy ụ nhiễm mụi trường, ăn mũn thiết bị, xẩy ra nhiều phản ứng phụ như: Polyme húa hay oxi húa, ngày nay UPO đó sử dụng xỳc tỏc rắn như:
- Dị thể húa xỳc tỏc HF (mang trờn chất mang rắn)
- Sử dụng xỳc tỏc chứa zeolit loại CaNiY, LaHY nhất là zeolit Y cú chứa canxi và đất hiếm.
cao hơn, ỏp suất cao hơn so với xỳc tỏc HF, nhưng nú cú ưu điểm là ớt phản ứng phụ và để tỏch xỳc tỏc, sản phẩm tạo thành tinh khiết hơn.
Một số quy định cụng nghệ dựng zeolit hiện nay được thực hiện để sản xuất etylenbenzen vỡ đõy là alkylat quan trọng nhất ( 90% lượng etylbenzen dựng để sản xuất styren ). Phản ứng ankyl húa benzen bằng etylen sử dụng zeolit H-ZSM5. Với điều kiện nhiệt độ 4500C ỏp suất 2-4 MPa. Tỷ số mol benzen/etylen - 5/20.
Alkyl húa toluen bằng etylen dựng xỳc tỏc ZSM-5 biến tớnh, thu được p- etyl toluen với độ chọn lọc rất cao (97%), độ chuyển húa cao.
Quỏ trỡnh dị phõn toluen chọn lọc của hóng Mobil sử dụng tinh thể lớn H-ZSM-5 ở 450 - 4750C, P= 2-4 MPa tạo ra hàm lượng p-xylen 82-90% ở 30% chuyển húa. Việc sử dụng tinh thể là cần thiết vỡ cả 3 đồng phõn của xylen được hỡnh thành trong cỏc mao quản nhưng nhờ khả năng khuếch tỏn lớn của p-xylen so với hai đồng phõn kia nờn sản phẩm mong muốn là p- xylen thoỏt ra khỏi tinh thể. Cũn hai đồng phõn kia nằm lại trong zrolit buộc phải chuyển húa thành p-xylen. Nhiệt độ cần cao vỡ năng lượng hoạt húa của phản ứng dị phõn tử lớn.
Phản ứng dị phõn tử toluen dễ thực hiện vỡ nú khụng đũi hỏi thờm một tỏc nhõn ankyl húa nào, đồng thời sản phẩm xylen và sản phẩm phụ benzen đều cú giỏ trị. CH3 CH3 CH3 CH3 + +
CH-CH3
CH3 C2H6
+
CH3
Phản ứng phụ xẩy ra trong pha hơi, sản phẩm thu được là cumen, dựng để điều chế phenol và axeton. Xỳc tỏc sử dụng là zeolit Y ở 2000C. Độ chọn lọc đạt 70-90%. Ngoài ra cú thể thực hiện phản ứng trong pha lỏng, xỳc tỏc sử dụng là ZSM-12, chỳng cú tớnh ổn định cao hơn so và độ chọn lọc tốt hơn so với zeolit Y
2. Cơ chế phản ứng:
Phản ứng ankyl húa ớoparafin bằng olefin được mụ tả bằng phương trỡnh phản ứng:
CnH2n+2+ CmH2m Cn+mH(n+m)+2
Theo cơ chế của Smerling, phản ứng diễn ra theo 5 bước sau: - Olefin kết hợp với proton:
- Ion mới xuất hiện phản ứng với isoparafin nhận được ion mới và paraffin:
- Liờn kết ion mới với phõn tử olefin thứ hai, tạo thành ion cú phõn tử lượng cao hơn
-Chuyển nhúm trong ion mới nhờ chuyển dịch ion dọc theo cacbon
-Tương tỏc của ion mới hỡnh thành với isoparafin tại liờn kết tam cấp cacbon-hydro và tạo thành sản phẩm cuối và ion cacboni mới, cú khả năng phỏt triển mạch
-Ion cacboni tam cấp phản ứng trước tiờn với isobutan, sau đú đến ion bậc hai.
* Cỏc phản ứng mong muốn:
Phản ứng xẩy ra trong quỏ trỡnh là phản ứng Friedel Crafts. Cỏc chất xỳc tỏc axit Lewis ( HF hay H2SO4) giỳp tạo ra cỏc ion cacboni tại cỏc cacbon bậc ba của cỏc hợp chất olefin và chỳng nhanh chúng kết hợp với cỏc nối đụi trờn cỏc hợp chất olefin mà chỳng tương tỏc ( propylene,
butylen và pentylen ).
Cỏc olefin như propylene, butylen và pentylen đều cú thể sử dụng, nhưng butylen là tốt nhất vỡ nú tạo ra sản phẩm alkylat cú chỉ số octan cao và lượng chất phản ứng tiờu thụ thấp.
Phản ứng Alkyl húa cú cơ chế rất phức tạp và cú thể tạo ra rất nhiều sản phẩm khỏc nhau. Cơ chế phản ứng giữa iso-butylen và butan cú thể diễn đạt như sau:
*. Cỏc phản ứng khụng mong muốn:
- Phản ứng oligome húa cỏc olefin ( C12)
Đõy là phản ứng tạo thành từ 2, 3, 4 monomer cú tỏc dụng làm cho sản phẩm nặng hơn và làm giảm hiệu suất ankylat. Để trỏnh phản ứng oligomer húa ta tăng hàm lượng iC4trong nguồn nguyờn liệu ban đầu, tỉ lệ giữa iC4so với cỏc thành phần khỏc khoảng
- Phản ứng cracking: Xỳc tỏc cho quỏ trỡnh alkyl húa là xỳc tỏc axit nờn nú xẩy ra phản ứng cracking, phản ứng này làm cho hợp chất nhẹ hơn
( sự hiện diện của C5 trong thành phần của sản phẩm là hiệu quả của cracking )
- Phản ứng oxi húa: do xỳc tỏc cho quỏ trỡnh là xỳc tỏc axit rất mạnh nờn nú xẩy ra quỏ trỡnh oxi húa tạo ra cỏc hợp chất nặng, cặn nhựa…