Алкилирование - особенности процесса, механизм и основные соединения

Предпосылки и примеры реакций

Нефтепереработчики, специализирующиеся на алкилировании бензола, обратили особое внимание на легковесные газы углеводорода. Последние получаются в результате каталитического типа крекинга. Был создан процесс, который помогает превращению соединений в ценный продукт. Он, включая алкилирование толуола, должен повысить октановое число топлива при таких процессах, как карбоксилирование и полимеризация.

Потому реакция алкилирования создана для перехода простых и не особенно ценных продуктов крекинга, среди которых метанол, этанол, фенилэтан, анилин и пиперидин, в важные компоненты бензина. Среди них алкилбензол, этанол, бензальдегид и другие.

Основным механизмом являются примеры следующих реакций:

1. Из изометрического бутана и бутилена-1 получается изооктан, он же 2,2,4-триметилпентан.
2. Это же соединение с бутиленом-2 дает алкан 2,3,3-триметилпентан.
3. Изобутан+изобутилен превращаются в 2,3,4-триметилпентан и кумол.
4. И, наконец, соединение с пропиленом образует изогептан.

Смесь продуктов, получающихся из таких соединений, называют алкилатом. Он имеет высокий показатель октанового числа. Также алкены, входящие в соединение, характеризуются небольшим давлением у насыщенного типа паров. В этом также заключается его биологическая роль

Сырье и катализатор

Для того чтобы можно было алкилировать продукты для улучшения бензина, необходимо два вещества. Это изобутан и бутан-бутиленовая либо соединенная пропаном и пропиленом смесь. Ее можно добыть с помощью установки для крекинга.

Главное условие, позволяющие выполнить процесс алкилирования, заключается в наличии высокого давления, в том числе в кислых средах. С технологической точки зрения, для этого необходимо дорогое по стоимости оборудование. Но есть метод, позволяющий удешевить катализ ароматических углеводородов.

Ускорение реакции получения алкилатов возможно за счет использования катализаторов в схеме оксиэтилирования. Обычно ими выступают H2SO4 и HF. Наибольшую популярность в качестве агента, который ускоряет процесс катализации, приобрела серная кислота.

Особенности технологического процесса

Процесс алкилирования весьма сложный. Его производят на технологической установке, которая работает с хлорметаном, иодметаном и прочими элементами по Фриделю Крафтсу. Она состоит из следующих блоков:

1. Аппарат холодильного типа.
2. Система, состоящая из реакторов.
3. Часть, где действует выделение кислоты.
4. Отделение для промывки щелочами и другими способами, включая оксиэтилирование.
5. Колонны ректификации.

Наивысшее количество продуктов от реакции алкилирования в присутствии серной кислоты происходит при температуре +5 градусов по Цельсию. Для этого сырье олефина, изобутан и катализатор поступают в охлаждающий аппарат с увеличенным давлением. Это нужно для того, чтобы вещества пребывали в жидком агрегатном состоянии.

Получившаяся смесь попадает в систему, состоящую из нескольких реакторов, которые для профилактики необходимо натереть этиловым спиртом. Там идет еще одно перемешивание, обеспечивающее полноценность протекающей реакции. Так как алкилирование обладает медленным действием, как и деалкилирование, смесь находится в емкостях от 15 до 20 минут. От этого зависит качество выходного алкилата.

Температура имеет влияние в основном на вязкость кислоты, поэтому ее выдерживают на уровне +40 градусов, как у бутилового спирта. Если показатель снижается, то кислота не очень хорошо взаимодействует с сырьем, что снижает выход реакции. В то же время увеличение этого параметра приведет к тому, что можно получить ненужные алкены и арены, что ухудшит качественный выход алкилата.

Далее, продукты от реакции попадают в кислотный отстойник. Углеводороды и остаток кислоты разделяются, последний уходит на дно и рециркулируется в процесс. Кислота перебивается водой и набирает определенное число смол, пропиленов и анизола.

Но так как в отстойнике нет возможности полноценного отделения кислоты от алкила и других элементов, смесь переправляется в узел промывки. Там происходит ее переработка гидроксидом натрия. И после этого смесь передается на ректификационные колонны. Там алкилат подвергается отделению от насыщенных газов.

Не сумевший прореагировать изобутан переводят в процесс, так как необходим избыток для повышения эффективности. Тогда алкилирование получается эффективным и безопасным.

• Реакция Лебедева