烷基化工艺-烷基化工艺流程-烷基化生产工艺与技术

am928 · 发表于 2025-4-14 08:57:01

第三节烷基化

（1）定义

利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的 N 原子上；利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的 O 原子上；利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的 C 原子上；利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的金属原子上；利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的非金属 Si 原子上；利用取代加成反应，将烷基 R-或者芳烃基[如苄基(—)]引入到有机化合物分子中的 S 原子上。引入的烷基主要有：甲基、乙基、丙基、戊基、己基、十二烷基、十八烷基、丙烯基及十八烯基等。

饱和醇，比如甲醇和乙醇等，同样是常用的烷基化剂。

（2）用途

烷基化反应生成的物质品种很多，并且用途广泛。其中最典型的有烷基化汽油以及汽油添加剂甲基叔丁基醚等。

;一、由异丁烷和烯烃合成烷基化汽油

1.化学反应原理

;2.催化剂

a.硫酸

b.氢氟酸

c.其他

3.工艺条件的选择

硫酸法

a.酸烃分散状况

b.在工业上，通常烷烯比的情况是 n（烷）：n（烯）等于（5 到 20）：1，这被称为外比。

有大量异丁烷在循环。在反应器内，烷与烯的物质的量之比为 300 到某个值之间。

1000）：1（称内比）。

c.反应温度一般在2～18℃。

d.硫酸浓度应控制在w（H2SO4）=86%～96%。

反应停留时间与反应条件有关，同时也与反应器内件有关，通常需要 5 分钟。

氢氟酸法操作参数的分析同硫酸法。

.;4.生产过程和工艺流程

大多采用的是卧式斯特拉科（）反应器，并且运用了利用反应流出物来制冷的工艺流程。

卧式斯特拉科（）反应器的情况见图 5 - 3 - 03 ；流出物制冷的工艺流程见图 5 - 3 - 02 ；图 5 - 3 - 02 为流出物制冷工艺流程图；5. 废液处理的典型废酸回收流程图如下。

二、甲基叔丁基醚的合成

引言

甲基叔丁基醚（简称 MTBE）。它主要被用作汽油添加剂。同时，也被用来制取高纯度异丁烯。

汽油添加甲基叔丁基醚后，能够提升汽油的辛烷值。汽油添加甲基叔丁基醚后，还能降低排气中 CO 的含量。

甲基叔丁基醚会污染地下水源，所以在美国和欧洲某些国家有被禁用的可能。在国内，其添加量很小，仅占汽油量的 1% - 2%（允许添加量为 11%），正因如此，要求停产的呼声还不是很强烈，并且仍在继续扩大生产能力，以满足生产标号汽油的需求。

（1）化学反应

;（2）反应机理;2.合成技术分类

反应中甲醇是烷基化原料，异丁烯是烷基化剂。

异丁烯在 MTBE 装量中达到的转化率不同，下游配套工艺也不同，根据这些情况可分为三种类型，具体见表 5-3-02。

表5-3-技术的三种类型;3.工艺条件的讨论

配比会影响转化率，同时也会对生成 MTBE 的选择性产生影响。在工业上，采用的是 n（醇）：n（烯）等于（1.05 到 1.2）：1 的比例。

（3）反应温度会对反应速率、转化率、选择性和催化剂寿命产生影响。适宜的温度范围是 40 到 80℃，比较好的反应温度范围是 60 到 70℃。

（4）空速工业上选取的空速范围为3~15h-1。

反应压力的操作压力需要调整到 0.7MPa 。生产过程以及工艺流程。

（1）标准转化型（炼油型）生产过程和工艺流程，见下图：

图5-3-装置工艺流程图

原料需要进行净化，而反应原料净化的目的在于去除原料里的金属阳离子。

产品分离包括 1)前水洗流程以及 2)后水洗流程；超高转化型的生产过程和工艺流程示于图 5-3-07；本工艺具有以下特点：

采用上流筒式膨胀床反应器，这种反应器与列管式固定床反应器相比，具有造价低的特点，装卸催化剂较为容易，催化剂不容易黏结，床层也不易黏住，能够使床层阻力降低，反应温度较为均匀，并且催化剂的寿命较长。

设立补充反应器，若一个反应器内的催化剂失活了，那么就能够切换到另一个反应器。

异丁烯的转化率比较高，并且操作起来较为容易，也很灵活，还能够选用具有不同异丁烯含量的 C4 馏分。

（3）催化蒸馏MTBE工艺

该工艺将反应器与蒸馏塔进行了组合，使得反应和蒸馏能够在同一设备内展开。若选用 n（甲醇）：n（异丁烯）为 1，那么就被称作 MTBE 工艺流程，其流程如图 5-3-08 所示；而当 n（甲醇）：n（异丁烯）不等于 1 时，就被称为 MTBE-Plus 工艺流程，见图 5-3-09。催化蒸馏工艺具备以下特点：

将反应与精馏相结合。

催化剂采用特殊的“捆包“和支撑，不和设备直接接触。

只需一个反应器，就省去了原本需要的一个反应器以及中间的脱 C4 馏分塔，这样一来投资就节省了。

混相反应蒸馏工艺是国内开发成功的，并且具有国际先进水平，该工艺分为炼油型和化工型两种。同时还有甲基叔丁基醚装置。

三、乙苯的合成

1.乙苯合成的化学反应

（1）主反应：

平衡常数和温度的关系为：

（2）副反应：

a.多烷基苯的合成

b.异构化

c.烷基转移

;其平衡常数见表5-3-03。

d.芳烃缩合和烯烃的聚合反应产物为高沸点的焦油和焦炭。

2.催化剂和催化机理

（1）催化剂液相法有AlCl3，Y型分子筛等；

气相法有BF3/γ-Al2O3,ZSM-5等。

;（2）催化机理

AlCl3液相法，催化机理为：;3.工艺条件选择

（1）n（乙烯）：n（苯）的比

n（乙烯）：n（苯）的比取（0.5~0.8):1较合适。

（2）反应温度非均相AlCl3催化，一般取95℃，对

AlCl3均相烷基化或Y型分子筛液相法一般取

140℃~270℃，对ZSM-5型分子筛气相法一般

取440~445℃。

（3）反应压力因Kp值很大，压力的变化对反应影

响不大。液相非均相AlCl3，需压力较低，为0.1

~0.15MPa；均相AlCl3相应的压力为0.7~0.9

MPa；Y型分子筛气相法，此时采用的压力为

1.2~1.6MPa。

;（4）烷基转移与烷基化的关系

AlCl3 法的非均相法使用一个反应器，并且使用相同的催化剂，然而其效果相对不佳。均相 AlCl3 法同样采用一个反应器，不过在结构方面进行了改进，使得烷基化反应和烷基转移反应能够在不同的区域进行，从而取得了良好的效果。

Y 型分子筛采用液相法时，以及 ZSM - 5 型分子筛采用气相法时，都使用两个反应器。烷基化和烷基转移这两个过程是分开进行的，并且使用的是不同的催化剂，这样做的效果很好，能够使乙苯的收率较高。

（5）原料

AlCl3法要求

- 乙烯中的其他烯烃需要加以控制。

;4.生产过程和工艺流程

改良后的三氯化铝法工艺流程在图 5 - 3 - 13 中有展示。;5.乙苯有了新的生产工艺。

（1）催化蒸馏法催化蒸馏反应器示于图5-3-16。

（2）国内首先成功开发出催化干气制乙苯技术，其中烷基化采用气相法，烷基转移采用液相法工艺技术，并且已经建成了 10 万 t/a 的生产装置。因为催化干气的组成较为复杂，所以分离和提纯工序比一般工艺的时间要长一些。

本生产工艺已经在国内多家企业应用，产生了良好的经济效益。

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