Катализаторы С-алкилирования

Из всех возможных кислотных катализаторов в промышленных процессах алкилирования применение получили только серная и фтористоводородная кислоты

Таблица 4 – Свойства 100 % серной и 100 % фтористоводородных кислот

Показатель	S	HF
Плотность, кг/м3	1830,5 (при 20 °С)	955 (при 25 °С)
Температура, °С:
плавления 10,4 –83,4
кипения 296,2 19,4
Вязкость, сП (мПа · с)	33,0 (при 15 °С)	0,53 (при 0 °С)
Поверхностное натяжение, Н/м ·	55 (при 20 °С)	8,6 (при 18 °С)
Функция кислотности Гаммета	–12,2	–10,2
Растворимость при 13,3 °С, % маcс:
изобутана в кислоте	0,10	3,1
кислоты в изобутане	≈0,01	0,6
олефинов в кислоте	значительная	значительная

Наиболее важным для жидкофазного катализа показателем кислот является растворимость в них изобутана и олефинов. Растворимость изобутана в H2SO4 невелика и приблизительно в 30 раз ниже, чем в HF. Олефины в этих кислотах растворяются достаточно хорошо и быстро. В этой связи концентрация изобутана на поверхности раздела фаз (эмульсии типа углеводород в кислоте) намного меньше концентрации олефинов, что обусловливает большую вероятность протекания реакций полимеризации олефинов. Это обстоятельство, а также высокие значения плотности, вязкости и поверхностного натяжения кислот, особенно H2SO4 обусловливает протекание реакций С-алкилирования в диффузионной области с лимитирующей стадией массопереноса реактантов к поверхности раздела фаз. Для ускорения химических реакций С-алкилирования в среде H2SO4 и HF необходимо интенсифицировать процессы перемешивания и диспергирования реакционной массы с целью увеличения поверхности раздела кислотной и углеводородной фаз.

По совокупности каталитических свойств HF более предпочтителен, чем H2SO4 Процессы фтористоводородного С-алкилирования характеризуются следующими основными преимуществами по сравнению с сернокислотным:

значительно меньший выход побочных продуктов, следовательно, более высокая селективность;

более высокие выход и качество алкилата;

значительно меньший расход кислоты (всего 0,7 кг вместо 100—160 кг H2SO4 на 1 т алкилата);

возможность проведения процесса при более высоких температурах (25…40 °С вместо 7…10 °С при сернокислотном) с обычным водяным охлаждением;

возможность применения простых реакторных устройств без движущихся и трущихся частей, обусловленная повышенной взаимной растворимостью изобутана и HF;

небольшая металлоемкость реактора (в 10…15 раз меньше, чему сернокислотного контактора, и в 25…35 раз меньше, чем у каскадногореактора);

легкая регенеруемость катализатора, что является одной из причин меньшего его расхода, и др.

Однако большая летучесть и высокая токсичность фтороводорода ограничивают его более широкое применение в процессах С-алкилирования. В отечественной нефтепереработке применяются только процессы сернокислотного С-алкилирования. На НПЗ США около половины от суммарной мощности установок приходится на долю фтористоводородного С-алкилирования.