1.13 Параметры процесса алкилирования изобутана алкенами

Это процесс получения высокооктанового компонента бензина химическим синтезом изомеров С₈ на основе ББФ.

Процесс протекает с выделением тепла: фактический тепловой эффект (с учетом побочных реакций) составляет 85-90 кДж/моль прореагировавших олефинов.

В результате протекания всех реакций в продуктах образуется пять основных углеводородов: триметилпентаны, диметилгексаны, легкая фракция С₄-С₆, тяжелая фракция С₉ и выше и растворенные в кислоте высокомолекулярные углеводороды (полимеры).

Нежелательны в сырье углеводороды С₂ и С₃, приводящие к росту давления. Нежелателен и н-бутан как балласт процесса.

Вредные примеси – дивинил, влага и сера.

Вред присутствия дивинила в том, что он ведет к увеличению расхода кислоты: примерно 10-20 кг на 1 кг дивинила.Чистят сырье от дивинила гидрированием. Остаточная норма не более 0,3%.

Влага раскисляет кислоту и поэтому ее не должно быть более 0,05%.

Сера нормируется не более 0,02%, причем в это число входит не более 40% сероводорода и 60% меркаптанов.

Катализаторами процесса являются сильные кислоты – серная и фтористоводородная. В России все установки с серной кислотой, а в США 60% установок с серной кислотой и 40% с фтористоводородной.

Начальная концентрация серной кислоты 96-98%, конечная – 85-88%. Снижение концентрации идет за счет дезактивации водой и олефинами:

Режим процесса:

температура в реакторе 5-10С (может колебаться от 0 до 12С), при температурах ниже этих сильно увеличивается вязкость кислоты, а при температурах выше – идет сильное окисление олефинов; частота вращения вала металки 400-500 об/мин, продолжительность контакта сырья с серной кислотой от 20 до 30 мин, давление 0,3-1,0 МПа, чтобы обеспечить жидкофазное состояние сырья, объемная скорость подачи сырья 0,1-0,6 ч^-1, считая на всю загрузку кислоты (время пребывания продуктов реакции в реакторе 20-30 мин), соотношение кислота:углеводороды в зоне реакции 1:1, соотношение изобутан:олефины в зоне реакции (610):1.

Продуктами процесса алкилирования являются:

алкилат (часто называемый авиаалкилат), С₅-190С, с выходом 70-80% от общей загрузки смеси, ОЧм=93-95 без ТЭС. Используется как один из основных высокооктановых компонентов бензина (авиационного и автомобильного),

мотоалкилат, фракция выше 190С, выход ее 3-5%, представляет концентрат изоалканов. Используется для получения растворителей или реактивных топлив (реактивное топливо «Нафтил»). Если нет для него квалификацированного применения, то применяется как компонент дизтоплив,

отработанная бутановая фракция с выходом 10-15%, в зависимости от содержания бутана в сырье. Состав ее: 70% н-бутана, 3% - изобутана и 27% - суммы С₅. Используется не ГФУ предельных газов для выделения компонентов или вовлекается в бензин для повышения его ДНП,

пропан в количестве 2-8% в зависимости от качества сырья.

Перспективы развития процесса алкилирования связаны, в первую очередь, с тем, чтобы вовлечь в сырье процесса до 50% ППФ без ущерба для качества алкилата. Кроме того, расширение ресурсов ББФ возможно путем дегидрирования н-бутана и получения бутенов, причем выгодно комбинировать этот процесс с установкой алкилирования.

Из-за большого расхода кислоты (неутилизируемой) и неблагоприятных экологических условий функционирования процесса алкилирования, в последние годы велись интенсивные поиски альтернативного процесса алкилирования на твердом катализаторе. Такой процесс был разработан В ГрозНИИ в 80-х годах (на цеолите типа «У» в инно-обменной форме с добавкой РЗЭ), но в промышленность он не пошел из-за малого межрегенерационного периода работы катализатора и очень большого соотношения изобутан:олефины (больше 30:1).