Công nghệ lọc dầu Phần II - Chương III

QUÁ TRÌNH ALKYLE HÓA Sản xuất xăng có thành phần chủ yếu là các hydrocarbon nhiều nhánh có chỉ số octane cao (chủ yếu là iso-octane) bằng cách alkyle hóa các iso-paraffine (chủ yếu là iso-butane) bởi các oléfine (chủ yếu là butène). Xăng này được gọi là alkylat, là cấu tử tốt nhất để pha trộn xăng cao cấp vì nó có chỉ số octane cao và độ nhạy nhỏ (RON ≥ 96, MON ≥ 94). Điều đó cho phép chế tạo được xăng theo bất kỳ công thức pha trộn nào ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ lọc dầu Phần II - Chương III Chương III QUÁ TRÌNH ALKYLE HÓA1. Mục đích2. Nguyên liệu3. Sản phẩm4. Các phản ứng xảy ra5. Chất xúc tác6. Cơ chế phản ứng I- Mục đíchSản xuất xăng có thành phần chủ yếu là cáchydrocarbon nhiều nhánh có chỉ số octane cao(chủ yếu là iso-octane) bằng cách alkyle hóa cáciso-paraffine (chủ yếu là iso-butane) bởi cácoléfine (chủ yếu là butène).Xăng này được gọi là alkylat, là cấu tử tốt nhấtđể pha trộn xăng cao cấp vì nó có chỉ số octanecao và độ nhạy nhỏ (RON ≥ 96, MON ≥ 94).Điều đó cho phép chế tạo được xăng theo bấtkỳ công thức pha trộn nào So sánh tính chất của các loại xăng thu được từ các quá trình khác nhau RON MON TVR % vol % vol A OXăng FCC 89 ÷ 93 78 ÷ 81 0,50 30 20Reformat 96 ÷ 105 87 ÷ 92 0,37 70 0,7 92 ÷ 97 90 ÷ 94alkylat 0,55 0,4 0,5 II- Nguyên liệuNguồn nguyên liệu giàu oléfine chủ yếuthu được từ quá trình cracking xúc tác ;Nguồn nguyên liệu giàu iso-Paraffine chủyếu thu được từ quá trình issomer hóa;3 phân đoạn nguyên liệu giàu oléfinechính : Phân đoạn C4 Phân đoạn C3 + C4 Phân đoạn C4 có chứa C5Các tạp chất có hại trong nguyên liệu Các tạp chất có hại trong nguyên liệu : nước, các dioléfine, các hợp chất của oxy, S, .. → lượng tiêu tốn chất XT và RON của xăng alkylat. Đặc biệt, hàm lượng C2= trong nguyên liệu phải rất thấp : vì C2= là 1 chất làm ngộ độc XT, lượng tiêu tốn XT cho C2= là lớn nhất (30,6 kg xúc tác / kg C2= ) Lượng tiêu tốn CXT do các tạp chất được trình bày trong bảng sauTạp chất kg xúc tác/kg tạp chấtNước 10,6Butadiène 13,4Ethylène 30,6Mercaptan(cho 1 kg S) 17,6Disulfure(cho 1 kg S) 12,8Méthanol 26,8Diméthyléther 11,1MTBE 17,3 III- Sản phẩmSản phẩm alkylat là một hỗn hợp vô cùng phứctạp của các paraffine từ C5 ÷ C12 và được trìnhbày trong bảng 7.4.Alkylat chứa chủ yếu các iso paraffine nhiềunhánh, trong đó hàm lượng phân đoạn C8 chiếmtừ 62 ÷ 74 % thể tích. Và 6 trong số 18 đồngphân của C8 chiếm 90% phân đoạn này, gồm :2,3 DMH ; 2,4 DMH ; 2,5 DMH ; 2,2,4 TMP ;2,3,4 TMP ; 2,3,3 TMP IV- Các phản ứng xảy raPhản ứng chính là phản ứng giữa 1 moliso-butane và 1 mol oléfine, chủ yếu làbutène để tạo thành 1 mol iso-paraffine,chủ yếu là iso-octane : i-C4H10 + C4H8 → i-C8H18Theo qui ước : iso-octane có RON = 100Phản ứng alkyle hóa tỏa nhiệt và kèmtheo sự giảm số mol nên xảy ra thuận lợiở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao.Nhiệt phản ứng phụ thuộc vào bản chấtcủa oléfine sử dụng và được ước lượngnhư sau : 195 kcal/kg alkylat : với propène ; 175 kcal/kg alkylat : với butène ; 140 kcal/kg alkylat : với pentène V- Chất xúc tácPhản ứng alkyle hóa iso-butane bằng các oléfinecó thể thực hiện được mà không cần các chấtxúc tác nhưng với những điều kiện tiến hànhquá trình rất khắc nghiệt : nhiệt độ khoảng 500oC, áp suất từ 200 ÷ 400 bar ;Khi có mặt chất xúc tác acide, phản ứng có thểxảy ra ở nhiệt độ thấp ( ≤ 50 oC) và áp suấtthấp ( ≤ 30 bar) ;Hai chất xúc tác thường được sử dụng nhấttrong công nghiệp sản xuất alkylat là : HF vàH2SO4 ở trạng thái lỏng ;Phản ứng alkyle hóa xảy ra hoặc ở bề mặt phânchia pha hoặc trong pha acide, vì vậy độ hòa tancủa các chất phản ứng khác nhau là một yếu tốrất quan trọng. Các oléfine thường hòa tan rấttốt trong pha acide, nhưng ngược lại, các iso-butane lại hòa tan rất ít trong acide. Cụ thểtrong :H2SO4 99,5 %, chỉ hòa tan 0,1 % iso-butane ;HF 99,5 %, chỉ hòa tan 2,4 ÷ 3,6 % iso-butane Tính chất hoá lý của 2 loại acide HF H2SO4Khối lượng phân tử 20,01 98,08Nhiệt độ sôi, oC 19,4 290Điểm chảy, oC -82,8 10Tỉ trọng d154 0,99 1,84Độ nhớt động lực, cP 0,256 (0oC) 33 (15oC)Tính tan, % trọng lượng i-C4H10 / acide 100% (27 oC) 2,7 - i-C4H10 / acide 99,5% (13 oC) - 0,1 HF / i-C4H10 (27 oC) 0,44 - HF / C3H8 (27 oC) 0,90 - VI- Cơ chế phản ứngQuá trình alkyle hóa i-C4H10 bới cácoléfine là một quá trình hết sức phức tạpvới rất nhiều các phản ứng phụ có thể xảyra ;Với các chất xúc tác là HF và H2SO4, phảnứng xảy ra theo cơ chế ion carbonium Phản ứng chính Là phản ứng alkyle hóa i-C4 bởi C4= → 3 giai đoạn : Giai đoạn khởi đầu mạch : Oléfine, butène-1 hoặc butène-2, được proton hoá bởi acide (HF , H2SO4) để tạo thành 1 ion carbonium bậc 2 CH3 − CH = CH − CH3 + H+ → CH3 − C+H − CH2 − CH3 ...