Технологии

Хлорид алюминия как катализатор в процессах органического синтеза

12 марта 2015

Автор статьи: Игорь Ливен

Хлористый алюминий находит частое применение в качестве катализатора в различных технологиях органического синтеза. В частности безводный хлорид алюминия может применяться в качестве деструктивного катализатора процесса разложения нефти на фракции. В основе этого процесса лежит свойство нефти при ее нагревании с хлоридом алюминия разлагаться с получением газообразных и легких углеводородов бензинового типа. Для этого к обезвоженной нефти добавляют примерно от пяти до десяти процентов по массе безводного хлорида алюминия, и прогревают их при 260-280оС. На первой стадии этого процесса происходит отделение маслянистой фракции, после чего начинается отгонка легкой бензиновой фракции, которая после промывания ее щелочью приобретает прозрачность и становится стабильной. Первые разработки каталитического крекинга были произведены еще в 1881 году в России, Густавсоном и впоследствии усовершенствованны профессором Зелинским, в США в этом же направлении работал Мак-Аффи, кому первому удалось провести каталитический крекинг нефти хлоридом алюминия в промышленных масштабах. Следует отметить, что бензин, получаемый в результате влияния катализатора хлорида алюминия, отличается от полученного в обычном крекинге, не взаимодействует с бромом и перманганатом калия, что свидетельствует о полном отсутствии в нем углеводородов непредельного ряда и содержит в основном низшие парафиновые и ароматические углеводороды, а так же нафтены. Отделение маслянистой фракции, происходящее на первом этапе разложения нефти в присутствии хлорида алюминия, может быть облегчено при пропускании обезвоженного галогеноводорода, так как при этом образующийся галогеноалюминий образует комплексное соединение с тяжелыми углеводородами, входящими в этот осадок. Непредельные углеводороды этиленового ряда под действием хлорида алюминия полимеризуются и конденсируются с образованием более сложных систем. Этот процесс позволяет получать на основе фракции непредельных углеводородов синтетические смазочные масла. В данный момент в этом качестве в нефтяном крекинге используются алюмосиликаты, не обладающие такой активностью, как хлорид алюминия, но имеющие ряд технологических преимуществ.

Тем не менее, это же свойство хлорида алюминия лежит и в основе процессов алкилирования. То есть получения углеводородной фракции с высоким октановым числом, сопровождаемым низкими значениями давления насыщенного пара, практическим отсутствием серосодержащих соединений и способностью не взаимодействовать с кислородом, имеющимся в воздушной массе. Эти производные в первую очередь служат компонентами для изготовления высокооктановых бензинов и моторного топлива, обладающего высокой антидетонационной способностью. Хлорид алюминия в этом случае относится к ряду так называемых кислот Льюиса, включающих в себя галогениды многозарядных металлов, и является самым сильным по воздействию после бромида алюминия. Поэтому он и является самым распространенным из катализаторов органического синтеза. Впервые для этой цели он был использован Фриделем и Крафтсом в 1877 году. В процессе алкилирования, проходящим в присутствии катализатора, хлорида алюминия, ароматический углеводород взимодействует с алкилирующим веществом, в качестве которого могут выступать галогеноалканы и алкены. При этом происходит замещение атомов водорода на алкены, а также прохождение реакций изомеризации и полимеризации, приводящее к получению насыщенных углеводородов. Технологически процесс аликилирования бензола состоит из нескольких стадий. Первая из них заключается в его предварительном обезвоживании, вторая состоит в получении раствора катализатора, состоящего из бензола, полиалкилбензолы, этилхлорид и хлорид алюминия и заполнении им реактора, в котором и происходит взаимодействие между бензолом этано-этиленовой смесью. Образующийся полиалкилбензол смешивается с раствором катализатора и после отстаивания полученной смеси составляет верхний ее слой. Этот слой алкилата в скрубберах отмывается от растворенных в нем хлорида алюминия и соляной кислоты. Для этого в скрубберные колонны подается щелочной раствор. Далее, после отделения от алкилата жидкой фазы и не прореагировавшего бензола, он разделяется в ректификационной колонне на смолы и алкилаты, являющиеся конечным продуктом.

Использование хлорида алюминия в качестве катализатора проводится и в реакциях ацилирования, заключающихся в присоединении ацильной группы путем замещения одного атома, или целой группы атомов углерода, азота или кислорода, результатом чего становится образование кетонов, амидов или же сложных эфиров. Методика ацилирования так же относится к реакциям, проходящим по механизму Фриделя-Крафтца, как и реакции алкилирования, и имеют много общего по методике извлечения и обработке синтезированного вещества.

Получить консультацию специалиста Консультация

Хлорид алюминия в качестве катализатора ранее использовался также и в реакциях изомеризации парафиновых углеводородов. Впервые эта методика была использована в 30-х годах двадцатого века Ненищеску и Драганом. Применение хлорида алюминия позволяет обеспечить протекание реакций изомеризации парафинов при температуре от пятидесяти до ста пятидесяти градусов Цельсия. В основном эта методика использовалась для получения изобутана, на ней, в частности, основывался жидкофазный процесс, разработанный на фирме «Шелл», где как катализатор процесса использовался раствор хлорида алюминия в хлориде сурьмы. Сейчас для этой цели используются катализаторы, имеющие в своей основе алюмосиликаты и оксид алюминия.

Хлорид алюминия также применяется в процессах удаления серы из нефти и нефтепродуктов. Одним из них служит метод обессеривания алкилированием тиофена и его производных, который является разработкой компании «Бритиш Петролеум» и сходен с процессами алкилирования, чей катализ так же обеспечивается хлоридом алюминия. Суть его заключается в увеличении молекулярной массы серосодержащих соединений путем их алкилирования, что повышает в результате их температуру кипения и позволяет отогнать фракции, не содержащие серу. Таким способом можно произвести очистку бензина от серы с эффективностью порядка 99,5%, при незначительных потерях октанового числа.

Таким образом, хлорид алюминия применяется так же и в качестве катализатора на многих направлениях органического синтеза, в том числе направленного в основном на получение высокооктановых компонентов, входящих в состав бензина и моторного топлива.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.