Полимеризация бутиленов в газовой фазе

( Лабораторная работа N 8)

Процесс полимеризации олефинов используется в нефтеперерабатывающей прмышленности для получения полимер бензина - высокооктанового компонента автомобильного бензина и олегомерных продуктов - олефинов с достаточно длинной цепью С12 - С16, которые используются в производстве продуктов органического синтеза - моющих веществ, ПАВ, регуляторов полимеризации диенов и присадок к массам. В частности, известен процесс полимеризации бутиленов на фосфорной кислоте, нанесенной на кизельгур, который протекает при температуре 160-220 С в газовой фазе и приводит к образованию димера бутиленов (фракция 90 - 125 С), тримера бутиленов (фракция 125 - 230 С) и полимер-остатка.

Процесс полимеризации бутиленов на фосфорной кислоте протекает по карбонит-ионному механизму, состоящему из следующих стадий:

а) протонирование олефина на катализаторе (А)

СН2 = СН - СН2 - СН3 + НА —› (СН3 - СН+ - СН2 - СН3) А ;

б) присоединение иона к молекуле олефин СН3-СН+ -СН2-СН3 +СН2=СН-СН2-СН3—› СН3-СН-СН2-СН+ -СН2 - СН3

|

СН2

|

СН3

Далее активный ион может присоединить еще одну-две молекулы бутилена с образованием ионов С12, С16, и т.д. Другим возможным процессом превращения является их изомеризация с образованием устойчивых третичных карбонит- ионов. И, наконец, реакция заканчивается :

в) передачей протона от карбокатиона катализатору или другой моле куле бутилена

СН3-СН-СН2-СН+ -СН2-СН3+А—› СН3-СН-СН2-С=СН2-СН3+НА

| |

С2Н5 СН3

Таким образом, в результате присоединяющих реакций образуется гамма различных алефинов с числом атомов С8, С12, С16, и т.д., имеющих различное положение двойной связи и разное изомерное строение углеводородного скелета.

Полцчаемый в промышленности полимер - бензин (нк - 200С) содержит до 95 % олефинов и имеет октановое число 82-84 по маторному методу и обладает хорошей приемистостью. Полимер - остаток, выкипающий в пределах 170 - 250 С, также обладает непредельной природой (бромное число не менее

- 22 -

100) и используется для синтеза ПАВ, присадок и масла. В лабораторных условиях процесс полимеризации проводится в две стадии:

1) дегидратация изобутанола на окиси аммония при температуре 300 С с образованием пробутилена и воды:

СН3 СН3

> СН - СН2 - ОН —› > С = СН2 + Н2О

СН3 СН3

2) полимеризация пробутилена на фосфорном катализаторе с образованием димеров, тримеров и т.д.:

СН3 + - СН3 + СН3

> СН=СН2+НА —› > С- СН3 + > С = СН2

СН3 -А СН3 СН3 |

|

3+СН3|

С8Н16 ‹— >C- Cн2-С< ‹———

+СН3СН3

9.1. АППАРАТУРА И РЕАГЕНТЫ

Пилотная установка используется для проведения работы , представлена на рис. 3.

Установка работает следующим образом. Изобутанол из сырьевой бюретки (1) микронасосом (2) со скоростью 15 мл/час подается в обогреваемый реактор (3), заполненный окисью аммония с размерами гранул 3-4 мм (объем катализатора -50 мл). Реактор (3) работает при температуре 300 С. Продукты разложения с низа реактора выводятся, охлаждаются в холодильнике (4) и разделяются. Вода стекает в приемник (5), а изобутилен после осушки в осушителе (6) поступает в реактор (7). Осушитель заполнен цеолитом. Реактор (7) заполнен фосфорнокислым катализатором с размерами зерен 2-3 мм (объем катализатора 15 мл), он работает при температуре 185 С и скорости подачи изобутилена 3-4 л/час. Продукты полимеризации с низа реактора (7) охлаждаются в холодильнике (8) и разделяются. Олигомеризат стекает в приемник (9), а избыток изобутилена через газовые часы (10) сбрасывается в атмосферу.

- 23 -

УСТАНОВКА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ИЗОБУТИЛЕНА

полимеризация бутиленов в газовой фазе - student2.ru

1. Сырьевая бюретка. 2. Микронасос. 3,7. Обогревательные реакторы.

4,8. Холодильники. 5,9. Приемники. 6. Осушитель. 10. Газовые часы

9.2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Работа проводится в следующей последовательности. В бюретку (1) заливается изобутиловый спирт, в реактор (3) загружается 50 мл окиси аллюминия, в осушитель (6) - 50 мл цеолита, в реактор (7) между слоями энертного носителя (стеклянные шарики) загружается 15 мл фосфорного катализатора. После этого вся схема проверяется на герметичность и в холодильники (4,8) подается холодная вода.

- 24 -

На втором этапе включается обогрев обех реакторов (3,7) и постепенно устанавливается в них рабочая температура: 300 С - в реакторе (3) и 185 С - в реакторе (7). После вывода реакторов (3,7) на режим отключается начальный уровень спирта, фиксируется температура в реакторе и включается микрона-сос (2) , медленно устанавливается расход спирта - 15 мл/ч. Через 30 мин работы установки начинается отсчет контрольного времени и каждые 15 мин фиксируются в журнале в виде таблиц следующие показатели : а) время опыта; б) расход спирта; в) температура в реакторе (3,?); г) количество воды и неразложившегося спирта в приемнике (5); д) количество олигомеров в приемнике (9); е) количество изобутилена, прошедшего через газовые часы. После работы установки в течение 2 ч опыт заканчивается и составляется материальный баланс процесса.

ПРИМЕР составления материального баланса процесса дан ниже:

  Компонент Объем, мл Плотность, г/мл Масса, г
Взято: изобутанола 0,805 24,15
Получено: вода 5,8 1,000 5,80
  изобутанола 0,15 0,805 0,12
  олигомеров 22,4 0,745 16,69
  газа ------ ------
  потери ----- ------ 1,54

По данным выхода продуктов определяется конверсия изобутанола по формуле :

К= полимеризация бутиленов в газовой фазе - student2.ru (%)

где V0 - объем олигомеризата (мл);

pо - плотность олигомеризата (г/мл);

VС- объем спирта (мл);

0,606 - коэффициент пересчетаобъема спирта на массу изобутилена

Все эксперементальные данные (режим, расходы, температура) зафиксированные в ходе работы (через каждые 15 мин) и результаты расчета баланса, конверсии оформляются в виде отчета.

- 25 -

Наши рекомендации