Upload
ledat
View
226
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
C4 – C5 UHLOVODÍKY
C4 frakce - buteny, butadien, butany
Starší výroby dehydratace butanolůdisproporcionace propylenu (Shawinigan, Kanada)dimerizace acetylenu
Současné způsoby krakování primárních benzínůkatalytícké krakování
Vliv katalyzátoru a podmínek krakování (ostré štěpení, neostré štěpení)
Destilační dělení frakce C4 na jednotlivé složkyoddělení butadienu extrakcí nebo destilací - C4 rafinátoddělení isobutenu pomocí selektivní adsorpce (molekulová síta)- UCChydrogenace (Bayer) - směs isobutenu, butenů a butanůrozdílná reaktivita isobutenu a butenů
C4 – C5 UHLOVODÍKY
C4 frakce
Oddělení isobutenu z C4 frakce (C4 rafinát) -rozdílná reaktivita - butany nereagují
Hydratace isobutenu na terc. butyl alkohol(CH3)2C=CH2 + H2O ���� (CH3)3C-OH zpětné štěpení na isobutenBASF, Esso, Badger - 50-60 % H2SO4Nippon Oil - HCl
Oligomerizace isobutenu na rozvětvené oktenykysele katalyzovaná reakce (tvorba 2,4,4-trimethylpenten)Bayer, BP - kyselé iontoměniče - 100 °C, 2 MPa,75 % - dimer, 25 % - trimer
Polymerizace isobutenu na polyisobutenCosdenův postup - Lewisovské kyseliny jako katalyzátor (AlCl3)polyisobuteny (mol. hm. - 300 - 2700)nepatrná kopolymerizace s n-buteny
Alternativní dělení C4 rafinátuisomerizace 1-butenu na 2-buten, frakcionace 2-butenu a isobutenutvorba MTBE, isobuten + H2O
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Použití butenů
Alkylace isobutanu nebo aromatických uhlovodíků
Polymerizace (kopolymerizace, homopolymerizace)
Výroba meziproduktů
Hydratace na alkoholy (všechny buteny)
Hydroformylace na aldehydy (všechny buteny)
Oxidace na anhydrid kyseliny maleinové (buteny)
Oxidace na kyselinu methakrylovou (isobuten)
Výroba MTBE (isobuten)
Amoxidace na methakrylonitril (isobuten)
Dehydrogenace na butadien ( buteny)
Prinsova reakce a termolýza na isopren ( isobuten)
Skeletální isomerizace n-butenů na isobuten (buteny)
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba maleinanhydridu oxidací butenu
Petro-Tex 1962
Selektivita na maleinanhydrid (45-60 %) - Bayervedlejší produkty CO, CO2, kys. octová, akrylová, fumarová....
Mitsubishi Chemicalkatalyzátor – V2O5 + H3PO4 (fluidní vrstva)350-450 °C, 0,2-0,3 MPa40 % vodný roztok – odstranění vody (vakuově)
Alternativní postup – výroba maleinanhydridu oxidací benzenu
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Oxidace n-butanu na anhydrid hyseliny maleinové
proces firmy Du-Pont (n-butan - malein anhydrid - tetrahydrofuran)
Katalyzátor 10 hm. % V-P-O na SiO2
Mars-van-Krevelenův mechanismus
Oxidace katalyzátoru
Desorpce produktu
Reaktor
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba MTBE z methanolu
Vysoké oktanové číslo (přidání do benzínů do 10 %)
Snižuje obsah CO ve výfukových plynech
CH3OH + CH2=C(CH3)2 ���� CH3OC(CH3)3 ∆∆∆∆H = - 37 kJ/mol
Výtěžek reakce - 95-98 % (vztaženo na isobuten)
C4 frakce po parním štěpení primárních benzínů (po extrakci butadienu)
Kyselý katalyzátor - iontoměnič (30-100 oC)
Ekologické problémy - omezení použití MTBE do benzínů (USA)
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba kyseliny octové oxidací butanů a butenů
Surovina Butan (Celanese, Hüls, UCC)
Linerání buteny (Bayer, Hüls)
Lehký benzín (BP, Distillers)
Butan
Oxidace v kapalné fázi 1,5-2 MPa, 180 °C (UCC) – nekatalyzovaná reakceKonverze max. 10-20 %, zabránění oxidace na další produkty
5,4 MPa, 175 °C, katalyzátor CoO (Celanese)Vedlejší produkty – aceton, acetaldehyd, methylethylketon
6-8 MPa, 170-200 °C, 30 % O2 (Hüls )Konverze pouze 2% - omezení tvorby vedlejších produktůSelektivita tvorby kys. octové – 60 %
Bohatá reakční směs – mnohostupňová destilace
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Lineární buteny
200 °C, katalyzátor systém V-Ti-Sn-O (Hüls )75 % konverze – 75 % selektivitaVelkoprovozní zařízení - ??
Dvojstupňová technologie (Bayer)
Reakce s kyselinou octovou ���� 2-acetoxybutan (sek. butylacetát)
CH3CH2CH=CH2 ���� CH3CH2CH(OAc)CH3
100-120 °C, 1,5-2,5 MPa, (iontoměniče)
Oxidace 2-acetoxybutanu
200 °C, 6 MPa (kapalná fáze)
CH3CH2CH(OAc)CH3 + 2 O2 ���� 3 CH3COOH
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Destiláty ropy
Body varu – 15-95 °C (C4-C8)
Oxidace radikálovým mechanismem160-200 °C, 4-5 Mpa
Neselektivní oxidace C4 frakce (nekatalytická)C1-C4 kyseliny a další produkty
Dvojstupňové destilační zařízení (BP)oddělení netěkavého roztoku kyselinvedlejší produkty – kys. mravenčí, propionová, jantarováizolace acetonu
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba butadienu z butanů a butenů
Silně endotermické reakce (vyžadují velké množství energie)
C4H10 ���� C4H8 + H2 ∆H = + 126 kJ/mol
C4H8 ���� C4H6 + H2 ∆H = + 109 kJ/mol
Reakční teploty – 600-700 °C
Využití katalyzátorů ke snížení reakční teploty a ke zvýšení selektivity reakce
Snížení parciálního tlaku uhlovodíků (Le Chateliérův-Braunův princip)
Původní proces (Houdry – proces Catadien)katalyzátory Al2O3 + Cr2O3 – rychlá deaktivace600 °C, 1,5 kPa dehydrogenační – evakuační – regenerační periody
Nové procesyDow ChemicalsPhillips
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba butadienu z butanů a butenů
Dow Chemicalsdehydrogenace butenů s přídavkem vodní páryreakční teploty 600-675 °C, 0,1 MPakatalyzátor – (Ni,Ca)xPO4dodání reakčního tepla předehřátou vodní párou (H20 : buteny = 20 : 1)konverze butenu - 50 %, selektivita na butadien – 90 %paralelní reaktoryextrakční destilace butadienu z reakční směsi
Podobné technologieShell – Fe2O3 + Cr2O3Phillips – Fe2O3 + Al2O3
Oxidativní dehydrogenace (Phillips – O-X-D- proces)katalyzátor = ???reakční teplota - 480-600 °Ckonverze butenu – 75-80 %, selektivita na butadien – 88-92 %
Petrotex (Oxo-D-proces)konverze butenu – 65 %, selektivita na butadien – 93 %
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba isoprenu (CH2=CH-C(CH3)=CH2)
4 základní postupy
Aceton-acetylernová syntézakondenzace – parciální dehydrogenace - dehydratace
C3 + C2 ���� C5
Isohexenová syntézadimerizace - demethylace
C3 + C3 ���� C5 + C1
Dioxanová syntézakondenzace formaldehydu s isobutenem – dehydratace – odštěpení formaldehydu
2C1 + C4 ���� C5 + C1
Metatezemetateze - dehydrogenace
2 C4 ���� C5 + C3
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba isoprenu (CH2=CH-C(CH3)=CH2) – Aceton-acetylenový způsob
Snamprogetti
Aceton + acetylen – 10-40 °C, 2 MPa
Katalyzátor – KOH
Selektivní hydrogenace
Dehydratace (Al2O3) – 250-300 °C
Selektivita na isopren – 85 %
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba isoprenu (CH2=CH-C(CH3)=CH2) – Isohexenová syntéza
Goodyear Scientific Design
Dimerizace propylenu
Katalyzátor – Zieglerův - tripropylhliník
Kyselá isomerizace – posun dvojné vazby
Dehydratace (Al2O3) – 250-300 °C
Demethylace – vodní pára, HBr (katalyzátor)
Selektivita na isopren – 5O %
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba isoprenu (CH2=CH-C(CH3)=CH2) – Dioxanová syntéza
Bayer, IFP, Kuraray
Prinsova reakce – formaldehyd + isobutenKatalyzátor – H2SO4, iontoměniče70-95 °C, 2 MPa
Štěpení za přítomnosti vodní párykatalyzátor – H3PO4, Ca3(PO4)2250-400 °CSelektivita na isopren – 77 %
Vedlejší produkt3-methyl-3-methoxy-1-butanol
Varianty jednostupňová syntéza (Takeda – plynná fáze)CH3OH + O2 místo formaldehydu
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba isoprenu (CH2=CH-C(CH3)=CH2) – metateze
Phillips Petroleum
Reakce isobutenu s 2-butenem
Dehydrogenace 2-methyl-2-butenu na isopren
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba vitamínu A
Meziprodukty – citral a C5-aldehyd
Syntéza citralu
Kondenzace isobutenu s formaldehydem –2-methyl-1-butene-4-ol
Oxidace vzdušným kyslíkem (Ag – 500 °C) – aldehyd
Reakce aldehydu s alkoholem – enol ether
Claisenův přesmyk - citral
C4 – C5 UHLOVODÍKY
C5-aldehyd
Hoffman – La Roche procesbutadien + kys. octová + kyslík1,4-diacetoxy-2-buten
Hydroformylace (Rh katalyzátor)
Eliminace kys. octové (kys. p-toluensulfonová – katalyzátor)
Isomerizace (Pd/C)
BASF proces
Hydroformylace 1,2-diacetátu
Eliminace kys. octové (acetát sodný, kys. octová)
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba Ibuprofenu (p-isobutylacetofenon)
Boots proces – Hoechst proces
Alkylace benzenu n-butenem –p-isobutylbenzen
Acylace p-isobutylbenzenu
Hydrogenace (Pd/C – 30 °C, 0,7 MPa)konverze 99 %, selektivita 97 %
Karbonylace (CO/Pd) - 3,5 MPa, 125-130 °Ckonverze 99 %, selektivita 70 %
Nižší tvorba anorganických solí
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Isobuten (isobutylen, 2-methylpropan)- důležitý petrochemický meziprodukt
- MTBE
- polymerizace
- isopren
- kyselina methakrylová, methakrolein
Studované katalyzátory
- oxidy wolframu a molybdenu
- chlorovaný oxid hlinitý
- molekulová síta
1993 - Shell and Lyondell (Houston - 3000 bbl per day)
Reakční mechanismus
- monomolekulární- bimolekulární- pseudomonomolekulární
C4 – C5 UHLOVODÍKY
0 240 480 720 960 1200 14400
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
conversionselectivity
yield
T-O-S (min)
c, %
0 360 720 1080 1440 1800 21600
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
T-O-S (min)
conversionselectivityyieldc, %
ferrierit
CoAlPO-11
Mikroporézní molekulová síta
Reakční teplota 400 oC
WHSV = 10 h-1
10 % 1-butenu v N2
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Pseudomonomolekulární mechanismus
C C C+
CR1
R2
R3 C
C+R1
R2
R3
C C C C
C C C
C
C C C+
CR1
R2
R3 C
C4 – C5 UHLOVODÍKY
C4C2
C3C1
H+
C4C2
C3C1+
C4C2
C3
C1
+
A D
A'
E F
A'
C2C1
C3
C4+
C4C2
C3C1+
C2
C3
C4
C1+
Monomolekulární mechanismus - Brouwer - 1968
C4 – C5 UHLOVODÍKY
∆∆∆∆ E ( k c a l /m o l)3 5 .0
2 5 .0
1 5 .0
5 .0
0 .0
1 0 .0
2 0 .0
3 0 .0
A ' A
B
C
D
Monomolekulární mechanismus - 1999
D
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Bimolekulární mechanismus
C
C
C C
C
C CCCCC
C
C
A
B
D
F
G
+
+
+
C13
CCC
C
CCC
C
CCC
C
CCC
C
C CC
C CC
C
CC
C
C
C
C C
C
CC
C CCCCC
C
C CCCCC
C
C
CCCC
C
C
C
C CCCC
C
C
+
C
C
C
C
C CC
C
C
C CC
C
C CC
C
C
CC
C
+
+
C
CCC
C
C CCCC
CC
F
C
C CCCC
C C
+
ko-dimerizace
dimerizace13
13
13
13
13
13
13 13
13
13
13
13C
13 13
13 13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
1313
13
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Alkylace v systému isobutan/n-buten
Výroba benzínů
Průmyslové procesy - HF, H2SO4
Studium zeolitických katalyzátorů - velmi krátká doba styku - deaktivace(nastřikování butenu do různých částí reaktoru)
Reakční mechanismus
Protonizace olefinu CH3CH=CHCH3 + HX ���� CH3C+H-CH2CH3 + X-
Tvorba tert-butyl kationtu
- přenos hydridu z isobutanu na sec-butyl kation
- odtržení hydridu z isobutanu katalyzátorem
Alkylace za tvorby C8 karbokationtu
CH3 C C
CH3-C+-CH3 + CH3CH=CHCH3 ���� C-C-C+-C-C
C
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Alkylace v systému isobutan/n-buten
Isomerizace C8 karbokationtů
Přenos hydridu na C8 karbokation a desorpce produktů
C4 – C5 UHLOVODÍKY
Výroba adamantanu a jeho derivátů pro farmaceutické účely
Cyklopentadien ���� dicyklopentadien
Dicyklopentadien
Tricyklodekan (endo - exo)
Adamantan
Katalyzátor – Friedel-Crafts, zeolit Y
Deriváty adamantanu