Olefin là gì

Olefin là gì

Bạn đang xem: olefin là gì tại thpttranhungdao.edu.vn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.66 MB, 29 trang )

Tiểu án tốt nghiệp Tổng quan về olefin Mở đầu: Giới thiệu về olefin Phần I : Giới thiệu về olefin 1.1 . Giới thiệu chung – Olefin (anken) là hợp chất hidrocacbon có chứa liên kết đôi C=C và dãy đồng đẳng có công thức cấu tạo chung là CnH2n (n>=2). – Kể từ những năm 1950 , lúc các olefin thấp là thành phần chủ yếu trong thành phầm của quá trình cracking tự nhiên và khí đồng hành, ngời ta đã phát xuất hiện tầm quan trọng của olefin. Kể từ đó etylen , propen,isoprenđợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ,đặc thù cho quá trình tổng hợp các polime. Các olefin cao mạch thẳng là vật liệu đầu thích hợp để tổng hợp chất hoạt động bề mặt, rợu thẳng . – Trong các olefin, etylen đợc sử dụng nhiều nhất trong ngành tổng hợp hữu cơ – hoá dầu. Etylen đợc gọi là vua của các hidrocacbon do một số lý do sau : + cấu tạo đơn giản hoạt tính cao + Tơng đối rẻ tiền + Dễ sản xuất từ hydrocacbon khác bằng quá trình steam cracking với hiệu suất cao. + Các phản ứng đi từ vật liệu etylen tạo thành ít thành phầm phụ hơn so với phản ứng đi từ cá olefin khác. – Etylen chủ yếu đợc sản xuất từ quá trình cracking hơi ( steam cracking) với nhiều nguồn vật liệu không giống nhau : từ hydrocacbon khác nh etan, propan, butan, naphta, khí hoá lỏng ( LPG ) và gaoil . Ơ Mỹ , do nhu cầu sử dụng naphta cho quá trình reforming xúc tác sản xuất xăng và do có nguồn khí tự nhiên dồi dào, nên etan là nguồn vật liệu chính đợc dùng cho quá trình cracking hơi sản xuất etylen ( 52% etylen đợc sản xuất từ etan , 22% từ gaoil, 5% từ naphta, còn lại từ các nguồn vật liệu khác ). Trong lúc đó Nhật và Tây Âu lại sử dụng phân đoạn naphta thu đợc từ quá trình trng cất dầu thô cho mục tiêu này

( 71% etylen sản xuất từ naphta, 11% từ gaoil, 11% từ LPG, còn lại từ sản phẩm cracking etan ). – Ngoài etylen, quá trình cracking còn có nhiều thành phầm phụ khác đặc thù là các hydrocacbon C4 và các hydrocacbon thơm. – Các nhà máy cracking hơi dựa trên nguồn vật liệu đầu là etan có chi phí xây dựng thấp hơn , hoạt động đơn giản hơn cho hiệu suất cao hơn và ít sản 1

phẩm phụ hơn . Các cải tiến hiện nay tập trung vào việc tối u hoá quá trình , điều khiển sử dụng máy tính , cải tiến dạng thiết bị phản ứngHiệu suất olefin có thể tăng bằng cách thực hiện phản ứng crk ở nhiệt độ cao, giảm thời kì phản ứng và thực hiện làm lạnh nhanh hơn. – Các nguồn sản xuất etylen khác bao gồm :hydro hoá xúc tác rợu etylic ( ấn Độ ,Brazil, Thụy Điển, Trung Quốc ) cracking các thành phầm thu đợc từ quá trình khí hoá than ( Nam Phi ) và chuyển hoá rợu metilic ( hãng UOP/ Mobil Mỹ ). – Phơng pháp chế biến olefin trong công nghiệp là quá trình cắt mạch C của phân đoạn dầu mỏ và khí hidrocacbon. Có thể chia những quá trình này ra 2 nhóm : + Quá trình nhiệt ( Nhiệt phân và quá trình cracking nhiệt parafin ). + Quá trình xúc tác ( cracking xúc tác). Nhóm 1 chủ yếu dùng để sản xuất olefin , còn nhóm 2 để sản xuất xăng và olefin thu đợc từ quá trình thành phầm phụ. Ngoài ra còn có olefin thu đợc từ quá trình dehidro của parafin tơng ứng và olefin thu đợc nhờ những phản ứng chuyển hoá qua lại ( oligome hoá ,và quá trình chuyển ko hợp lý ). 1.2 Tính chất vật lí. -Olefin dùng làm vật liệu cho tổng hợp hoá dầu và hữu cơ cơ bản. Chia làm 2 nhóm chính :

+ Olefin dạng khí hoặc olefin có ts thấp từ etylen -> penten C2 ->C5 + Olefin cao từ C6 tới C12 – C18 thờng ko tồn tại độc lập nhưng mà là hỗn hợp các đồng phân và đồng đẳng. a) Olefin thấp phân tử : olefin từ C 2H4 tới C4H8 , ở t thờng là chất khí .C5H10 là chất lỏng , ko màu, có t thấp. Một số tính chất của những olefin đợc nêu trong bảng sau:

– Etylen chỉ có thể hoá lỏng ở ts thấp và P cao , làm lạnh bằng NH3 sôi . Olefin ở dạng hơi khác hoá lỏng dới P thờng và làm lạnh bằng nớc. Tất cả olefin thấp phân tử tạo với ko khí những hỗn hợp nổ nguy hiểm , vì vậy trong các xởng sản xuất và s dụng những hidrocacbon này đều xếp loại A . Độc hại của olefin tương tự hidrocacbon no ( gây mê ).Nồng độ cho phép chúng trong ko khí ở nơi sản xuất cũng nh của các parafin tơng ứng . – Sự khác lạ quan trọng của olefin với parafin tơng ứng là khả năng hoà tan cao và khả năng hấp thụ vì chúng có nối đôi C = C . Olefin dễ bị hấp phụ bởi những chất rắn hơn parafin , chúng bị hấp phụ bởi dung dịch phức amino-đồng , chúng tan trong chất lỏng phân cực nh axeton , fufurol . Nhờ tính chất này ngời ta tách chúng bằng những phơng pháp đặc thù nhưng mà chng cất chiết tách nhập vai trò quan trọng .Nguyên tắc của nó là : Lúc có mặt cấu tử thứ 3 có độ bay hơi thấp và có khả năng gây tơng tác lỡng cực- lỡng cực hoặc tạo thành những cấu tử không giống nhau với olefin . Ap suất hơi riêng phần của olefin bị giảm nhiều hơn so với parafin. b) Olefin cao phân tử : olefin C6- C18 là chất lỏng , ts của chúng phụ thuộc số nguyên tử C và cấu trúc mạch . Dới đây là nhiệt độ sôi theo C của olefin C6-C12 mạch thẳng : n-C6h12 63,5 68

n- C8H16 121- 126 nC12H24 213 – 218 nC7H14 93,8 98,2 n- C10H20 170- 175 – Olefin mạch nhánh có ts thấp hơn nhiều so với những đồng phân mạch thẳng của chúng . *, Tỷ trọng của olefin trong vòng từ 0,63- 6,79 ( g/cm3 )cao hơn vài phần trăm so với các ankan tơng ứng. – Nhiệt cháy của ankan và anken cũng gần nhau. Olefin gần nh ko hoà tan trong H2O . Chúng hoà tan tốt trong các dung môi hữu cơ , ví dụ nh : rợu và các hydrocacbon thơm – C2H4-> C4H8 : khí rất tan trong nớc – C2H4 : khí ko màu , ko mùi, ko vị nhng làm quả mau chín , gây mê. 1.3 Tính chất hoá học: – Olefin là vật liệu ban sơ quan trọng trong tổng hợp hoá học . Tính chất hoá học của các olefin là do nối đôi trong phân tử quyết định . Các sản phẩm có trị giá có thể nhận đợc từ chúng bằng cách alkyl hoá , polime hoá, hidrat hoá. 3

– Do trong phân tử anken chứa 1 liên kết đôi C = C trong đó có 1 liên kết , 1 liên kết kém vững bền nên olefin rất hoạt động về mặt hoá học . + Dễ cộng hợp + Dễ trùng hợp + Dễ oxi hoá – Phản ứng thế ( halogen ) ko đặc trng , chỉ xảy ra ở t cao nhng có nhiều ứng dụng ( điều chế các dẫn xuất ko no ).

– Các tính chất cụ thể : (1) : Phản ứng cộng Ni + Cộng H2 : CnH2n + H2 CnH2n+2 + Cộng halogen ( Br2 ; Cl2 ) AE + Cộng trans :

/ C=C

+ Br- Br —>

+ Cộng Hx ( AE ) .

Br | /

C = C – Br C – C – C – C /

/ / / |

Br Br _ CH3-CH-

CH3-CH-CH3 ( I ) +X CH3 CH3 CH = CH2 + H

| _

CH3-CH2-CH2 ( II ) + X CH3-CH2-CH2 |

X Độ bền của ( I ) > ( II ) do có nhiều liên kết C-H 2 siêu liên hợp với obital trống thành phầm (I) là chính + Cộng Cl2 : -HCl CH2=CH2 + Cl2 CH2 CH2 —> CH2 = CH- Cl + HCl | | Cl Cl + * Quy tắc marcopnhicop : Lúc cộng hợp HX vào olefin bất đối , H luôn u tiên gắn vào nguyên tử C đầu nối đôi giàu H2 nhất vì phản ứng cộng AE nên nếu có 1 tác nhân X Y X sẽ tấn công vào trớc C ko no giàu H nhất Ví dụ : _

CH3- CH = CH2 + HO Cl CH3-CH-CH2-Cl | OH + Cộng H2O : H2SO4

CH3-CH=CH2 + H2O —> CH3-CH-CH3 | 5

(2). Phản ứng trùng hợp – Các olefin bất đối dễ dàng bị trùng hợp , ngay cả với dấu vết của axit hữu cơ Ví dụ: CH3 H | 2CH3-C=CH2 —> CH3 – C CH = C CH3 | | CH3 CH3 +

CH3 + (+) / Cơ chế : CH3- C= CH2 + H —> CH3- C CH3 + CH2 = C | |

CH3 CH3 CH3

—>

CH3 | CH3 C CH2 C = CH2 | | CH3 CH3 – Với các olefin đối xứng , phản ứng trùng hợp xảy ra khó khăn hơn , tuy nhiên dới tác dụng của P cao ; peroxit : nCH2=CH2 —> ( – CH2 CH2 – )n P.E

– Tuy nhiên P.E đợc điều chế bằng phơng pháp này có khối lợng phân tử nhẹ và dễ phân nhánh, muốn thu đợc P.E có chất lợng tốt hơn (mạch thẳng , khối lợng phân tử cao ) dùng xúc tác zigler tạo ra nhựa P.P có độ bền koé đứt ngang với sợi dây thép nCH3-CH=CH2 —> (- CH-CH2-)n | CH3 P.P (3) Phản ứng oxi hoá.

CH2 = CH2 + 1/2 O2 —> H2C CH2 ( etylen oxit ) / O CH2 = CH2 + 1/2O2 —> CH3CHO – Olefin rất dễ bị OXH ngay trong dung dịch thuốc tím loãng

KMnO4 l / C = C + O + H2O ———> C – C /

/ | |

OH OH Diol – Lúc tác dụng với chất OXH mạnh , nối đôi bị bẻ gãy tạo axit và xeton tơng ứng : R + R

KMnO4/H

C = CH R ————-> C = O + RCOOH / t / R R – Ngoài ra còn có một số phản ứng sau : CH2 = CH2 + CH3COOH + O2 —> CH2 = CH- O CO CH3 Vinylaxetat TH nCH2 = CH- O- CO CH3 ——>(- CH2-CO|

)

O- CO CH3 n Polyvinyl axetat CH2 = CH2 + CO +1/2O2 —-> CH2= CH-COOH Axit acrylic TH CH2 = CH- COOH —->

( – CH

)

CH – n

| COOH Poliacrilic -H2 CH2 = CH2 + C6H6 —-> C6H5C2H5 —-> C6H5CH = CH2 Etylbenzen styren

| 8

(

)

nC6H5CH = CH2 —-> – CH- CH2- n | C6H5 Polystyren 1.4 Các hớng ứng dụng của olefin.

– Vì khả năng phản ứng cao và dễ thực hiện nên olefin chiếm vị trí quan trọnh trong tổng hợp hữu cơ. Quan trọng hơn cả là etylen và propylen. ở Mỹviệc sản xuất chúng đạt 15 và 7,5 triệu tấn/ năm sau đó tới buten, olefin cao phân tử và ít dùng iso-penten . – ứng dụng của phân đoạn C4 :

Polime hoá Copolime hoá

—> Poly1- buten —> chất dẻo 1-buten —> HDPE tỷ trọng cao —> chất dẻo —> LDPE —> chất dẻo oxi hoá —> 1,2- butylen oxit —> chất ổn định rợu đa chức Dehydro hoá —> Butadien —> Nhựa , elastomer Codime hoá —> hepten, octen —> chất hoá dẻo , phụ gia 1,2- buten Hydrat hoá —> Butanol , MEK —> Dung môi Tổng hợp oxo —> rợu amylic —> Dung môi, phụ gia Oxi hoá —> Anhydrit maleic —> Polyeste, phụ gia

—> Axit axetic —> Dung môi Polime hoá —> Polyisobutylen —> phụ gia , keo dán Copolime hoá —> cao su butyl —> Elastomer Iso-butylen Dime hoá —> Diisobutylen —> chất hoá dẻo Ete hoá —> MTBE —> phụ gia cho xăng Oxi hoá-Este hoá —> metylmetacrylat —> thuỷ tinh hữu cơ Ankyl hoá —> P-t-butyl phenol —> Nhựa —> di-t-butyl p-cresol—> chất chống oxi (BHT) chất ức chế UV Amin hoá —> t- butylamin —> chất xúc tiến lu hoá cao su Carbonyl hoá —> Axit neopentanoic —> Nhựa , sơn – Tổng hợp LAB ( linear Alkyl benzen ) từ 2 olefin C10 C15 Hiện nay các chất hoạt động bề mặt quan trọng nhất đợc sử dụng vẫn là LAB 9

Vì LAB là loại có khả năng phân huỷ bằng vi sinh vật cao nên đợc phép sử

dụng phổ thông . Chúng đợc điều chế từ phản ứng Friedel- Craft của benzen với olefin mạch thẳng , sau đó qua phản ứng sulfonat hoá để nhận ankyl benzen sulfonic axit và cuối cùng trung hoà để nhận đợc alkyl benzensulfonat .

– Tổng hợp – Alkene sulfonat : – Alkene sulfonat ( – olefin sulfunat, AOS ) đợc điều chế từ phản ứng sulfornat hoá trực tiếp của – olefin C 14 C18 thành phầm thu đợc là hỗn hợp 40% iso-alken sulfonic ( với liên kết đôi ở vị trí hay ) và 60% 1,3 hoặc 1,4 alkan sulfone. Tiếp theo là phản ứng phân hủy với NaOH thu đợc hỗn hợp của alken surfornat và hydroxy alkan sulfornat .

Các hợp chất HDBM đợc sử dụng để chế tạo chất tẩy rửa , mỹ phẩm chế tạo chất nhũ hoá dùng trong nghệ sản xuất sơn , mực in , thuốc nhuộm , thuốc trừ sâu gia công kim loại ,xây dựng ,giao thông, sản xuất phụ gia cho nhiên liệu, dầu nhờn . – Sản xuất alkyl phenol : Nếu thực hiện alkyl hoá phenol hoặc p crezol bằng – olefin C4- C10. —> alkylphenol ( 2,6 diterbutyl phenol, tert- và triter butyl phenol ) phụ gia chống OXH cho nhiên liệu và dầu bôi trơn.

– Tổng hợp rợu ( theo phơng pháp tổng hợp oxo ). olefin mạch thẳng có thể đợc chuyển hoá thành rợu bậc 1 mạch thẳng dùng trong chế tạo chất dẻo ( C11 ) bằng phơng pháp tổng hợp oxo . Phản ứng cùng có thể đợc sử dụng để thu đợc aldehit nh là thành phầm chính. Aldehit này sẽ bị OXH để thu đợc axit to tổng hợp +CO,H2 +H2

Xem thêm: Kế Toán Chi Phí (Kế Toán Giá Thành Tiếng Anh Là Gì ? Ý Nghĩa

R-CH=CH2 ——-> R- CH2-CH2-CHO —-> R- CH2-CH2-CH2-OH. Xúc tác xtác

Phần II: Các quá trình sản xuất olefin 2.1 Cracking hơi ( steam cracking ). 2.1.1 Cơ sở hoá học . – Quá trình cracking hơi là quá trình nhiệt phân các hydrocacbon no từ khí tự nhiên và các phân đoạn dầu mỏ với sự có mặt của hơi nớc. Các phản ứng 11

chính xảy ra trong quá trình cracking hơi bao gồm : dehydro hoá, nhiệt phân , dehydro vòng hoá và deankyl hoá . – Phản ứng xảy ra : + phản ứng cắt mạch ( cắt liên kết C C ) Cn+mH2(n+m)+2 —> CmHm + CnH2n+2 +phản ứng đehydro hoá (cắt liên kết C-C). CpH2p+2 —> CpH2p + H2

G = 125400 142T ( J/mol ) p > 4

– Năng lợng liên kết C- C thấp hơn năng lợng liên kết C H nên phản ứng nhiệt phân các HC no sẽ u tiên cắt liên kết C-C trớc . Các phản ứng này đều là phản ứng thu nhiệt mạnh, do vậy về mặt nhiệt động học thích hợp ở nhiệt độ cao ( cần hỗ trợ nhiệt cho phản ứng ) P thấp ( để pha loãng bằng hơi nớc ) và thời gian phản ứng ngắn để giảm phản ứng phụ. – Vận tốc phản ứng cracking lớn ở nhiệt độ > 700 C phản ứng dehydro hoá chỉ xảy ra mạnh ở nhiệt độ 800 C 850 C . Quá trình tạo thành hydrocacbon thơm đa vòng và cốc xảy ra mạnh ở nhiệt độ 900 1000 C . Do vậy thời kì lu dài và nhiệt độ cao sẽ làm tăng cờng các phản ứng tạo

thành các hợp chất HC nặng trong quá trình sản xuất olefin bằng phản ứng cracking . – Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc rất phức tạp . Quá trình khơi mào xảy ra do quá trình cắt liên kết C C tạo thành gốc tự do . Ví dụ phản ứng nhiệt phân etylen xảy ra nh sau : Khơi mào : CH3 CH3 CH3 + CH3 Tăng trưởng mạch : CH3 + CH3 CH3 CH4 + CH3 CH2 CH3 CH2 CH2 = CH2 + H H + CH3 CH3 H2 + CH3 CH2 5C2H6 2CH4 + 4C2H4 + 3H2 Đứt mạch :

H + H H2 H + CH3 CH4 H + C2H5 C2H6 CH3 + C2H5 C3H8

– Trờng hợp tổng quát : CH3 + R-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH4 + R-CH2-CH2-CH212

CH2-CH2-CH2-CH3 —> R-CH2-CH2-CH2 + CH2 = CH-CH2-CH3 R-CH2 + CH2=CH2 2.1.2 Các thông số cônh nghệ. 2.1.2.1 : Nhiệt độ phản ứng – Nhiệt độ phản ứng thay đỏi từ 700 900 C tuỳ thuộc vào loại vật liệu. Đối với CH4 , quá trình thờng tiến hàh trong vòng nhiệt độ : 800 850 C . Đối với các vật liệu nặng ( ví dụ gaoil ) nhiệt độ phản ứng thờng thấp

hơn . – Theo nguyên tắc nhiệt độ của thành ống nhiệt phân thờng cao hơn nhiều so với nhiệt độ của dòng khí đi trong ống . Do vậy , để nhiệt độ đầu ra thành phầm là 885 C thì nhiệt độ thành ống nhiệt phân phải là 995 C 1040 C tuỳ thuộc vào vị trí ống . 2.1.2.2 Thời kì lu Thời kì lu : 0,2 1,2 (s) . Về lý thuyết thời kì lu ngắn sẽ tăng độ tuyển lựa etylen và propylen. Tuy nhiên thời kì lu ngắn lại ảnh hởng tới yếu tố kinh tế và kỹ thuật nh độ bền vật liệu , giá thành lò phản ứngdo vậy ngời ta thờng khống chế trị giá giới hạn dới của thời kì lu là 0,2 (s) .

2.1.2.3 áp suất riêng phần hydrocacbon của hơi nớc – Về mặt NĐH ,phản ứng thích hợp ở P thấp , do vậy ngời ta thờng pha loãng hỗn hợp phản ứng với hơi nớc . Về mặt động học lúc pha loãng hỗn hợp phản ứng bằng hơi nớc P riêng phần của HC giảm và do vậy vận tốc phản ứng tổng cộng giảm, tuy nhiên độ tuyển lựa của phản ứng nhiệt phân tạo thành sản phẩm olefin tăng . – Nh vậy hơi nớc có vai trò sau : + Làm giảm P riêng phần của RH ( có lợi cho phản ứng tăng V ) và làm tăng hiệu suất tạo thành olefin. + Giảm nhiệt hỗ trợ cho 1 đơn vị chiều dài ống do hiệu ứng pha loãng + Cung ứng nhiệt cho phản ứng lúc pha trộn . – Tuy nhiên việc sử dụng hơi nớc để pha loãng vật liệu cũng có một số khó khăn sau :

Bạn thấy bài viết olefin là gì có khắc phục đươc vấn đề bạn tìm hiểu ko?, nếu ko hãy comment góp ý thêm về olefin là gì bên dưới để thpttranhungdao.edu.vn có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho độc giả nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website Trường THPT Trần Hưng Đạo

Phân mục: Kiến thức chung

Nguồn: thpttranhungdao.edu.vn