Лекция 12 Каталитические процессы Каталитический крекинг

Лекция 12
12 Каталитические процессы
12.1 Каталитический крекинг
Каталитический крекинг – процесс, протекающий в присутствии ионных
катализаторов (алюмосиликаты, оксиды алюминия и др.). При этом происходит
гетеролитический разрыв связей С–С с образованием карбкатионов.
В качестве катализаторов крекинга используют вещества с кислотной функцией
типа алюмосиликатов, оксиды алюминия и др. Активные промежуточные частицы –
ионы карбония образуются при взаимодействии катализатора с олефинами, которые,
хоть и в небольшом количестве, могут образовываться вследствие термодеструкции
исходного углеводородного сырья
Cn H2n  MOH  Cn H2n1  MO . (М металл)
Карбкатионы менее устойчивы, что приводит к перестройке структуры углеродного
скелета из нормальной в изомерную, из нафтеновой в ароматическую, это приводит к
увеличению октанового числа бензинов.
Стабилизация карбкатионов:
В результате изомеризации карбокатиона образуются более разветвленные и,
соответственно, более стабильные частицы, например
H
R
CH2
CH
CH2
R CH2
CH CH3
R
CH
CH2
CH3
CH3
CH3
и R
C
C
H
H
CH3
H
R
C
CH2
R
C
CH3
H
В результате подобных превращений состав продуктов каталитического крекинга
обогащен изомерными углеводородами, за счет чего октановое число бензина
каталитического крекинга повышено по сравнению с бензином термического крекинга.
Этот эффект усиливается вследствие каталитического перераспределения водорода
между олефинами и нафтенами, присутствующими в реакционной массе
1
3CnH2n +
Kt
3CnH2n+2 +
Арены, как и разветвленные парафины, повышают детонационную стойкость
моторных топлив, поэтому бензин каталитического крекинга оказывается более
высококачественным, чем продукт термического крекинга с тем же интервалом
температур кипения.
Каталитический крекинг проводят при t=450–4800C, время контакта сырья с
катализатором =1сек.
12.2 Алкилирование парафинов олефинами
12.2.1
Алкилирование парафинов олефинами является обратным процессом
каталитическому крекингу. Механизм – ионно-цепной. Протекает при низких
температурах t<1000С. Катализатор: H2SO4 и безводная HF, AlCl3.
Сырьем является изобутан и н-бутилены, из которых образуются смеси изооктанов –
компонентов высокооктанового моторного топлива.
Изооктан (2,2,4 - триметилпентан)
Механизм алкилирования
1) н-бутилены легко протонируются кислотой и дают карбкатионы
2) вторичный карбкатион взаимодействует с изобутаном
3) третичный (наиболее стабильный) карбкатион атакует олефин
4) образующийся карбкатион изомеризуется в результате миграции водорода и метильных
групп
2
12.2.2 Алкилирование по ароматическому ядру
Алкилирование по ароматическому ядру протекает по ионному механизму через
образование промежуточного карбкатиона из олефина в присутствии AlCl3.
Эта реакция, как и другие процессы алкилирования обратима
Процесс начинается с протонирования олефина, который затем атакует ароматическое
ядро. Содержание более трех атомов углерода в карбкатионах приводит к их
изомеризации. Поэтому в ароматическое ядро вводится только разветвленный радикал,
который стабилизируется за счет потери протона
3