شیمی نفت - 1 PDF

# شیمی واکنش آلکیلاسیون واکنش های آلکیلاسیون از طریق واکنش ایزوبوتان با اولفین های سبک انجام می شود. برخی از این واکنش ها و عدد اکتان محصول تولید شده در شکل ۵-۴۴ نشان داده شده است. در این واکنش ها یک کربوکانیون از واکنش بین اولفین با کاتالیزور اسیدی ایجاد می شود و کربوکانیون تولید شده در مرحله بعد...

# شیمی واکنش آلکیلاسیون واکنش های آلکیلاسیون از طریق واکنش ایزوبوتان با اولفین های سبک انجام می شود. برخی از این واکنش ها و عدد اکتان محصول تولید شده در شکل ۵-۴۴ نشان داده شده است. در این واکنش ها یک کربوکانیون از واکنش بین اولفین با کاتالیزور اسیدی ایجاد می شود و کربوکانیون تولید شده در مرحله بعد با ایزوبوتان واکنش می دهد و واکنش را پیش می برد. واکنش آلکیلاسیون بسیار گرمازا است به همین دلیل سرد کردن راکتور واکنش در طی فرایند بسیار اهمیت دارد. ## ب نقش کاتالیزور در فرایند آلکیلاسیون همان طور که در شکل ۵-۴۵ مشاهده می شود فرایند آلکیلاسیون از طریق واکنش اولفین سبک با یک اسید بسیار قوی مانند سولفوریک اسید و یا هیدروفلوئوریک اسید به منظور تولید کربوکانیون آغاز می شود. اگر از سولفوریک اسید به عنوان کاتالیزور استفاده شود واکنش در دمای ۲۱ درجه سانتی گراد و در حضور هیدروفلوئوریک اسید واکنش در دمای ۳۸ درجه سانتی گراد انجام می شود که دمای پایین به تولید محصولاتی با عدد اکتان بالاتر منجر می شود. برای هر دو کاتالیزور حجم یکسانی از خوراک و اسید استفاده می شود و بایستی مخلوط به شدت هم زده شود تا اختلاط به خوبی صورت گیرد. برای اجتناب از خروج محصولات از فاز مایع واکنش در فشار بالا انجام می شود. نسبت ایزو پارافین به اولفین بین (۴:۱) و (۱۵:۱) تنظیم می شود تا از واکنش های پلیمریزاسیون جلوگیری شود. اگر شرایط فرایند دقیق کنترل شود امکان تولید محصولاتی با عدد اکتان ۸۸ الی ۹۴ وجود دارد. اکثر واحدهای تجاری از کاتالیزور سولفوریک اسید استفاده می کنند اما واحدهای جدید بیشتر به استفاده از هیدروفلوئوریک اسید تمایل دارند؛ زیرا هیدروفلوئوریک اسید ساده تر از سولفوریک اسید احیا می شود و نسبت به تغییرات دما حساسیت کمتری نشان می دهد. | اولفین | изобутан | محصول | عدد اکتان | |-----|-----|-----|-----| | 2-Butene | Isobutane | 2,2,4-TMP | 100 RON | | 2-Butene | Isobutane | 2,3,4-TMP | 102.7 RON | | 1-Butene | Isobutane | 2,3-DMH | 71.3 RON | | 1-Butene | Isobutane | 2,3,4-TMP | 102.7 RON | | Isobutylene | Isobutane | 2,2,4-TMP | 100 RON | | Propylene | Isobutane | 2,3-DMP | 91.1 RON | | 2-methyl-2-Butene | Isobutane | 2,2,4-TMH | 92 RON | # شیمی و فناوری نفت و گاز مکانیسم واکنش در شکل ۵-۴۵ نشان داده شده است از واکنش بین اولفین سبک و سولفوریک اسید، یک کربوکاتیون تولید می شود و این کربوکاتیون تولید شده با ایزوبوتان وارد واکنش می شود. براثر واکنش کربوکاتیون نوع دوم تولید شده با ایزوبوتان کربوکاتیون نوع سوم تولید می شود که براثر واکنش با اولفین بعدی زنجیره هیدروکربنی رشد می کند. $C-C=C-C + H_2SO_4 --> C-C-C-C + HSO_4$ # ۲-۶-۵ فرایند ایزومریزاسیون فرایند ایزومریزاسیون با تبدیل پارافین های نرمال سبک چهار الی شش کربنه موجود در نفتای سبک حاصل از تقطیر اتمسفریک به ایزو پارافین ها باعث افزایش عدد اکتان آنها و بهبود کیفیت بنزین تولیدی پالایشگاه می شود. در جدول ۵-۱۲ عدد اکتان اندازه گیری شده توسط موتور و عدد اکتان پژوهشی و عدد اکتان متوسط برای پارافین های نرمال سبک چهار الی شش کربنه و پارافین های شاخه دار با هم مقایسه شده است. همان طور که در این جدول مشاهده می شود عدد اکتان با افزایش طول زنجیره هیدروکربنی پارافین های نرمال به شدت کاهش و با شاخه دار شدن آنها افزایش می یابد. محصول حاصل از فرایند ایزومریزاسیون ایزومرات نامیده می شود [والوارسو و سايرام ۲۰۱۳]. | هیدروکرین | 2700 ASTM عدد اکتان موتوری (1) | 2699 ASTM عدد اکتان پژوهشی (R) | R+ My2 | |-----|-----|-----|-----| | -Butane | 93.8 | 89.6 | 91.7 | | i-Butanc | 100.4 | 97.6 | 99.0 | | -Pentane | 61.7 | 62.6 | 62.2 | | -Pentan | 92.3 | 90.3 | 91.3 | | -Hexane | 24.8 | 26.0 | 25.4 | | 2-Methylpentane | 73.4 | 73.5 | 73.4 | | 3-Methylpentanc | 74.5 | 74.3 | 74.4 | | 2,2-Dimethylbutane | 91.8 | 93.4 | 92.6 | | 2,3-Dimethylbutane | 101.0 | 94.3 | 97.6 | # شیمی فرایند ایزومریزاسیون کاتالیزورهای مورد استفاده در فرایند ایزومریزاسیون کاتالیزورهای دو عاملی حاوی فلز و پایه اسیدی هستند. اعتقاد بر این است که این فرایند با ایجاد یک اولفین از طریق هیدروژن زدایی از پارافین با تعداد کربن یکسان بر روی مکان فعال فلزی آغاز می شود. $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 --> CH_3-CH_2-CH=CH_2 + H_2 $ واکنش ۵-۱۲ تعادلی است و در شرایط واکنش ایزومریزاسیون بیشتر به سمت تولید اولفین تمایل دارد. سپس اولفین تولید شده در حضور مکانهای اسیدی قوی برونستد موجود بر روی کاتالیزور، به یونهای کربنیوم تبدیل می شود:. $CH_3-CH_2-CH=CH_2 + [H+][A-] --> CH_3-CH_2-CH-CH_3 + A-$ تشکیل یونهای کربنیوم باعث می شود که واکنش ۵-۱۲ به سمت راست پیش برود. یونهای کربنیوم پایه واکنش ایزومریزاسیون هستند که از طریق کاتیون حدواسط سیکلو آلکیل باعث ایزومریزاسیون ساختاری در واکنش می شوند. $CH_3-CH_2-CH-CH_3 --> CH_2-C-CH_3 + CH_3-C-CH_3$ واکنش ۵-۱۴ باعث تشکیل یون کربنیوم نوع سوم می شود که از کربنیوم نوع دوم پایدارتر است و اسیدیته بالای کاتالیزور نیروی محرکه کافی برای انجام این واکنش را فراهم می کند. واکنش ممکن است از دو مسیر متفاوت ادامه پیدا کند. در مسیر نخست کربنیوم نوع سوم تولید شده با از دست دادن هیدروژن به یک اولفین تبدیل و سپس به سرعت توسط مکانهای فلزی کاتالیزور به ایزو پارافین اشباع تبدیل می شود. $CH_3-C-CH_3 + A- --> CH_3-C=CH_2 + [H+] [A-] $ $CH_3-C = CH_2 + H_2 --> CH_3-CH-CH_3$ در مسیر دوم، یون کاربنیوم نوع سوم تولید شده با یک پارافین واکنش می دهد و یک کربنیوم نوع دوم را ایجاد کند: $CH_3-C-CH_3 + CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 --> CH_3-CH-CH_3 + CH_3-CH_2-CH-CH_3$ علاوه بر واکنش های بالا ممکن است که واکنش های دو مولکولی دیگری هم انجام شوند که وجود این واکنش ها به تشکیل محصولاتی با تعداد کربن بیشتر از خوراک منجر می شود.