Алкилирование изобутана изобутиленом до изооктана

курсовая работа

3. Основные промышленные способы производства

В промышленности изооктан получают гидрогенизацией диизобутилена над никелевым, медно-хромовым и другими катализаторами. Так же широко применяется способ алкилирования изобутана изобутиленом.

Реакция протекает достаточно быстро в присутствии катализаторов при обычных температурах, без катализаторов -- при высоких температурах (около 500°С). В качестве катализаторов применяют серную и фтористоводородную кислоты.

Алкилирование парафинов олефинами является равновесным экзотермическим процессом, обратным крекингу углеводородов.

Механизм реакции осложнен процессами изомеризации. Вторичный ион карбония, образовавшийся из н-олефина, менее стабилен, чем третичный, вследствие чего происходит быстрый обмен гидрид-иона с изопарафином

причем образующийся трет-бутилкатион взаимодействует далее с исходным олефином:

Получившийся ион карбония склонен к внутримолекулярным перегруппировкам, сопровождающимся миграцией водорода и метильных групп:

)СН(СН3)2

-

С(СН3)2СН2(СН3)

Эти ионы карбония взаимодействуют с изобутаном, в результате чего получаются углеводороды С8Н18 и трет-бутилкатион обеспечивающий протекание ионно-цепного процесса. Состав изомеров зависит как от стабильности промежуточных ионов карбония, так и от скорости их обменной реакции с изобутаном.

Очевидно, что промежуточно образующиеся изооктилкатионы также способны к реакции с олефииами:

Так происходят последовательно-параллельные реакции алкилиро-вания.

В получаемых алкилатах обнаружены низшие и высшие парафины с числом углеродных атомов, не кратным исходным реагентам. При алкилировании изобутана бутиленами алкилат содержит 6--10% углеводородов С5 -- С7 и 5--10% углеводородов С9 и высших. Очевидно, что они могут появиться только в результате деструктивных процессов, которым способствует повышение температуры.

Исходными веществами при сернокислотном алкилировании изооктана служат изобутан и бутилены, продуктом является смесь изооктанов. Реакция экзотермическая, тепловой эффект ее составляет приблизительно 22500 кал/г-мол. Выход изооктанов из бутиленов растет с увеличением избытка изобутана по отношению к бутиленам в реакционной смеси; одновременно повышается октановое число продукта и уменьшается расход катализатора. Реакцию проводят под давлением 2 -- 4 атмосфер при температуре около 0°С При этих условиях необходимое время контактирования составляет около получаса.

Позднее в качестве катализатора алкилирования стали применять безводный жидкий фтористый водород. Оптимальная температура реакции 25--40°, давление -- до 10 атмосфер. Чтобы избежать полимеризации олефинов и образования фтористых алкилов, берут пяти - семикратный избыток изобутана. Продукт содержит около 65% углеводородов, выкипающих в пределах температур кипения изооктанов; из них 50% составляет 2,2,4-триметилпентан (изооктан). По мере течения процесса активность катализатора падает в связи с образованием фтористых алкилов. Отработанный катализатор регенерируют.

Алкилирование в отсутствие катализаторов требует применения давлений 200--300 атмосфер.

В результате алкилирования получают технически чистый изооктан с октановым числом 92 - 97.

3. Применение изооктана

Расширение производства изооктана до крупных промышленных масштабов связано с необходимостью обеспечения карбюраторных авиационных двигателей, работающих по циклу Отто, бензином с высокими антидетонационными свойствами.

В процессе химической подготовки паровоздушной смеси (топлива и воздуха) в двигателе внутреннего сгорания накапливаются взрывчатые пероксиды, которые могут детонировать раньше, чем наступит необходимый момент для воспламенения смеси, т. е. раньше, чем поршень двигателя дойдет до нужного положения. Это вызывает порчу мотора (двигатель «стучит»). Необходимое для повышения мощности двигателя увеличение степени сжатия паровоздушной смеси в цилиндре двигателя усиливает детонацию. Поэтому от моторного топлива требуется, чтобы оно было максимально устойчиво к детонации.

Наиболее легко детонируют углеводороды с нормальным строением. Для того чтобы сравнить способность к детонации различных горючих материалов, построили специальную шкалу. За нуль в этой шкале принят н-гептан, за 100 -- изооктан. Если исследуемое топливо детонирует так же, как смесь 76% изооктана и 24% н-гептана, то топливу присваивают октановое число 76. В настоящее время в качестве топлива для легковых автомобилей используется бензин с октановыми числами 72, 76, 93, 95.

Делись добром ;)