Алкилирование

В общем случае алкилирование – это реакция присоединение к молекуле органического соединения алкильного заместителя.

Алкилирование в нефтехимии заключается главным образом во взаимодействии бутилена и пропилена с изобутаном, что приводит к образованию изопарафинов - ценных соединений с большим октановым числом.


Предпосылки


Нефтепереработчики довольно быстро обратили внимание на легкие углеводородные газы, образующиеся как побочный продукт каталитического крекинга. В связи с этим был разработан процесс, которые помог превратить эти газы в ценный продукт, применяющийся в основном для повышения октанового числа бензина.

В связи с этим, целью алкилирования является превращение малоценных газообразных продуктов крекинга в ценные компоненты бензина.


Химизм процесса


Основные реакции алкилирования:

  1. Изо-бутан + Бутилен-1 → 2,2,4-триметилпентан (изооктан)
  2. Изо-бутан + Бутилен-2 → 2,3,3-триметилпентан
  3. Изо-бутан + Изо-бутилен → 2,3,4-триметилпентан
  4. Изо-бутан + Пропилен → 2,2-диметилпентан (изо-гептан)

Смесь продуктов данной реакции называют также алкилатом. Алкилат имеет высокое октановое число и характеризуется низким давлением насыщенных паров.


Сырье


Сырьем для процесса алкилирования являются следующие вещества:

  • пропан-пропиленовая и/или бутан-бутиленовая смесь с установки крекинга
  • изобутан

Катализатор


Основным условием реакции алкилирования является высокое давление. Технологически для этого требуется довольно сложное, и соответственно, дорогостоящее оборудования. В связи с этим, для ускорения реакции и удешевления установок подбирают специальные катализаторы (обычно, H2SO4 и HF). Наибольшее распространение в качестве катализатора процесса алкилирования получила именно серная кислота.


Технологический процесс


Процесс алкилирования проводят на установке, состоящей из семи основных блоков:

  • Холодильный аппарат*
  • Система реакторов
  • Узел отделения кислоты
  • Узел щелочной промывки
  • Три ректификационные колонны

*некоторые установки лишены отдельной холодильной установки, и охлаждение осуществляется непосредственно в реакторе.

Наибольший выход продуктов реакции алкилирования в присутствии катализатора - серной кислоты - достигается при температурах 4 -5 °С. В связи с этим олефиновое сырье в смеси с изобутаном и катализатором подают сначала в холодильный аппарат, в котором также создается повышенное давление (3 - 12 атм), для того, чтобы вещества находились в жидком агрегатном состоянии.

Далее смесь попадает в систему состоящую из нескольких реакторов, где происходит дополнительное перемешивание для обеспечения полноты протекания реакции. Реакция алкилирования - достаточно медленный процесс, поэтому смесь находится в реакторах около 15 - 20 минут. От времени пребывания сырья в реакторе зависит качество получаемого алкилата.

Температура в реакторе главным образом влияет на вязкость кислоты. Обычно ее поддерживают на уровне 40 °С. При понижении температуры кислота плохо смешивается с сырьем, в результате чего выход реакции уменьшается. С другой стороны, увеличение температуры сопровождается образованием нежелательных продуктов, ухудшающих качество алкилата.

После этого продукты реакции поступают в узел отделения кислоты, называемый иногда кислотным отстойником. В нем смесь углеводородов и оставшейся кислоты расслаивается, кислота опускается дно, и затем возвращается в процесс. Разумеется, кислота, циркулирующая в системе, со временем разбавляется водой и набирает некоторое количество смол. При снижении концентрации серной кислоты с 99 % до 89 %, ее сливают и направляют на регенерацию.

Однако, кислотный отстойник не обеспечивает полного отделения кислоты, поэтому смесь углеводородов отправляют в узел щелочной промывки, где происходит обработка гидроксидом натрия.

Подготовленная таким образом к разделению смесь подается на ректификационные колонны, где алкилат отделяется от насыщенных углеводородных газов. Отделенный непрореагировавший изобутан возвращается обратно в процесс, так как в присутствии его избытка процесс более эффективен. Обычно стараются поддерживать отношение изобутан : олефин от 5:1 до 15:1.


Выходы


В таблице приведен материальный баланс по пропиленовому и бутиленовому сырью:

 

Объемный баланс©PetroDigest.ruПо пропилену
По бутилену
Сырье
Пропилен 1.0 -
Бутилен
- 1.0
Изобутан
1.6 1.2
Всего
2.6 2.2
Продукты
Пропан 0.3 -
н-Бутан
- 0.1
Алкилат
1.8 1.7
Всего
2.1 1.8