Влияние технологических параметров на проведение процесса.

Важнейшими параметрами процесса алкилирования являются: состав олефинового сырья, соотношение между изобутаном и олефином в исходном и подаваемом в реактор сырье, соотношение между катализатором и олефинами в месте ввода сырья, температура и давление, активность катализатора, концентрация инертного разбавителя в сырье, а также интенсивность перемешивания сырья с катализатором.

1) Соотношение между изобутаном и олефином. Оно является одним из важнейших параметров процесса алкилирования. Применяемые катализаторы вызывают полимеризацию олефинов, поэтому необходимо, чтобы концентрация олефинов в реакционной смеси была значительно ниже, чем требуется по стехиометрическому уравнению реакции. С этой целью практикуется разбавление сырья потоком изобутана, непрерывно циркулирующего в системе.

В зависимости от сырья или производственной необходимости в качестве конечного продукта получают авиационный или автомобильный алкилат. При этом изменяется только мольное отношение изобутана к олефину: от 6:1 до 10:1 рекомендуется для увеличения выхода и повышения качества авиаалкилата, а 4:1 - для получения автоалкилата. (В сырье, поступающем на установку, отношение изобутана к бутилену должно быть не менее 1,2:1). Соотношение между изобутаном и олефином более 10:1 уже малоэффективно, так как требует увеличения размеров основных аппаратов установки и эксплуатационных расходов на циркуляцию и охлаждение. Кроме того, с увеличением содержания изобутана в исходной смеси увеличивается растворимость в кислоте углеводородов.

2) Соотношение между катализатором и олефином. Оптимальное объемное соотношение составляет от 1:1 до 1,5:1. Практически мы имеем однородную эмульсию углеводородов в кислоте. Увеличение соотношения в пользу кислоты для процесса полезно, но оно не должно быть очень большим, иначе повышаются вязкость смеси и расход энергии на перемешивание, что экономически не оправдано. Увеличение же соотношения в пользу углеводородов может привести к образованию эмульсии кислоты в углеводородах, ухудшению качества алкилата и увеличению расхода катализатора.

3) Температура и давление. Реакция алкилирования протекает с положительным тепловым эффектом. Теплота реакции алкилирования составляет около 230 ккал/кг алкилата. Тепло должно отводиться своевременно, иначе температура в реакционной зоне повышается и побочные реакции, в том числе полимеризации, усиливаются. Снижение температуры алкилирования способствует повышению избирательности процесса, т. е. преобладанию основных реакций алкилирования, что улучшает качество получаемого алкилата. Однако при низких температурах кислота застывает, а также увеличивается е вязкость и, следовательно, ее становится труднее диспергировать в реакторе. Пределы температуры сернокислотного алкилирования от 0 до 10°С.

Давление в реакторе выбирают с таким расчетом, чтобы все углеводородное сырье или основная его часть находились в жидкой фазе. Абсолютное давление в промышленных реакторах алкилирования составляет в среднем от 3 до 12 атмосфер.

4) Концентрация инертного разбавителя. Пропан, бутан и другие инертные разбавители, содержащиеся в сырье, влияют на ход процесса. Хотя они и не вступают в реакцию, но занимают объем в реакционной зоне, снижая тем самым относительное содержание изобутана. Для получения высококачественного алкилата концентрация изобутана в углеводородном потоке, выходящем из реактора, должна быть не ниже 60%.

5) Интенсивность перемешивания сырья с катализатором. Она является важным фактором, так как необходима для предупреждения местных перегревов, а также для лучшего отделения образовавшегося алкилата от катализатора.

6) Концентрация серной кислоты. При сернокислотном алкилировании качество алкилата снижается с уменьшением кислотности катализаторной фазы. Это происходит, в частности, из-за разбавления содержащейся в сырье водой продуктов реакции серной кислоты с продуктами полимеризации и других побочных реакций олефинов. Добавление или регенерация катализатора для поддержания оптимального режима зависят от его расхода и чистоты, а также от качества сырья или режима, особенно тех его параметров, которые могут влиять на интенсивность побочных реакций, приводящих к разбавлению катализатора органическими веществами. Добавлять серную кислоту можно периодически. Применение многоступенчатых реакторов позволяет экономично повышать качество алкилата.

Для алкилирования изобутана олефинами можно использовать 96-98%-ю серную кислоту, а для алкилирования пропиленом применяется кислота концентрацией в среднем 98-100%. В процессе алкилирования происходит постепенная дезактивация катализатора (которая выражается в падении концентрации кислоты и ее потемнении), вызываемая взаимодействием кислоты с непредельными углеводородами и влагой. Понижение концентрации кислоты ослабляет целевую реакцию алкилирования и увеличивает долю полимеризующихся олефинов. Требуемая концентрация кислоты в реакционной зоне поддерживается частичной заменой отработанной кислоты свежей, концентрированной.

7) Продолжительность реакции для данного процесса является условным понятием, так как реакция может протекать не во всем объеме катализатора. Относительным является и принятый обычно за основу показатель объемной скорости, и обратная ему величина – условная продолжительность реакции.

За объем катализатора должен быть принят объем диспергированной в реакторе кислоты, так как остальная ее часть, попадающая в зону отстоя или не образовавшая эмульсии из-за недостаточно интенсивного перемешивания, фактически не будет катализировать алкилирование. Полнота протекания реакции обеспечивается при длительности пребывания углеводородной фазы в реакторе для фтористоводородного алкилирования 5-10 мин, для сернокислотного – от 20 до 30 мин при объемном соотношении катализатор – углеводород принятым 1:1. Это объемное соотношение установлено исходя из наличия в реакторе однородной эмульсии углеводородов в кислоте и является усредненным.