第四章 芳烃转化过程
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芳烃转化过程综述摘要本文献系统介绍了芳烃的基本定义及其主要产品苯、甲苯、二甲苯的主要特点以及其在工业上的主要应用,综述了近些年来对芳烃生产、转化、分离技术在科学研究与生产发展的概况及国内外芳烃产品生产技术的发展形势与生产格局,并展望了未来芳烃生产新技术的发展趋势。
关键词芳烃,转化,苯,发展1.概述[1]芳烃是芳香族碳氢化合物的简称,亦称芳香烃,也是含苯结构的碳氢化合物的总称。
这类化合物从其碳氢比来看,具有高度不饱和性,但实际确实比较稳定的。
与脂肪烃和脂环烃不同,其化学行为是:比较容易进行取代反应,不易进行加成反应和氧化反应,这种特性曾作为芳香性的标志。
我们常说的芳烃,一般指分子中含有苯环结构的芳烃,而不含苯环结构的芳烃,称为非苯芳烃。
芳烃中的“三苯”(苯、甲苯、二甲苯,简称BTX)和烯烃中的“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)是化学工业的基础原料,具有重要地位。
芳烃中以苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯和萘最为重要,这些产品广泛应用于合成树脂、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、增塑剂、染料、医药、农药、炸药、香料、专业化学品等工业。
对发展国民经济、改善人民生活起着极其重要的作用。
化学工业所需要的芳烃主要是苯、甲苯、二甲苯。
苯可以用来合成苯乙烯、环己烷、苯酚、苯胺及烷基苯等;甲苯不仅是有机合成的优良溶剂,而且可以很撑异氰酸酯、甲酚,或通过歧化和脱烷基制备苯;二甲苯和乙苯同属C8 芳烃,二甲苯异构体分别为对二甲苯、邻二甲苯和间二甲苯。
工业上常用术语的“混合二甲苯”实际上是乙苯和三个二甲苯异构体组成的混合物。
对二甲苯主要用于生产对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯,与乙二醇反应生成的聚酯用于生产纤维、胶片和树脂,是最重要的合成纤维和塑料之一;邻二甲苯主要用途是生产邻苯二甲酸酐,进而生产增塑剂,如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等;间二甲苯的主要用途是生产间苯二甲酸及少量的间苯二腈,后者是生产杀菌剂的单体,间苯二甲酸则是生产不饱和聚酯树脂的基础原料;乙苯的主要用途是制取苯乙烯,进而生产丁苯橡胶和苯乙烯塑料等。
第四章芳烃转化过程4.2芳烃的转化4.2.1概述一、芳烃转化反应的化学过程异构化、歧化与烷基转移、烷基化和脱烷基化等几类反应,都是按离子型反应机理进行,反应历程包括正烃离子的生成及正烃离子的进一步反应。
二、催化剂芳烃转化反应是酸碱型催化反应。
1. 酸性卤化物酸性卤化物与HX构成:A1Br3、A1Cl3、BF3等路易氏酸。
通式HX—MXn。
用于芳烃的烷基化和异构化等反应,较低温度和液相中进行。
2.固体酸1)浸附在适当载体上的质子酸:H2SO4、H3PO3、HF等。
常用的是磷酸/藻土,磷酸/硅胶烷基化反应。
2)浸渍在适当载休上的酸件卤化物:BF3/γ-A12O3催化剂3)混合氧化物催化剂:SiO2-A12O3催化剂4)贵金属-氧化硅-氧化铝:Pt/SiO2-A12O3,具有酸、加氢脱氢功能。
主要用于异构化反应。
5)分子筛:ZSM-5,具有酸功能,还具有热稳定性高和择形性等功能,用于芳烃歧化与烷基转移、异构化和烷基化。
4.2.2芳烃歧化——二甲苯生产一、概述三种异构体的混合物,呈无色透明易挥发有芳香气味的液体,有毒,不溶于水,溶于乙醇和乙醚。
二甲苯性质二甲苯分子式为C6H4(CH3)2,有三种异构体,其各自物理性状分别为:(1)邻二甲苯,熔点-25℃,沸点144℃。
(2)间二甲苯,熔点-47.4C,沸点139.3℃。
(3)对二甲苯,熔点13.2C,沸点138.5℃。
用途:a混合二甲苯主要用作油漆涂料工业的溶剂和航空汽油添加剂。
b对二甲苯可以氧化制得对苯二甲酸,进而可以生产聚酯纤维和聚酯薄膜,c邻二甲苯氧化可制得邻苯二甲酸酐,是制造醇酸树脂和聚酯树脂,以及用作塑料增塑剂的重要中间体,d间二甲苯可氧化成间苯二甲酸,是制造醇酸树脂、饱和及不饱和聚酯塑料的原料。
二、甲苯歧化反应定义:芳烃歧化是指两个相同芳烃分子在酸性催化剂作用下,一个芳烃分子的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反应。
芳烃歧化反应的逆反应为烷基转移反应,即两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程,目的:芳烃联合装置中的芳烃歧化装置就是将分馏装置中的甲苯和C9芳烃歧化,在—定的温度和临氢条件下,在催化剂作用下,转化为苯和C8芳烃,以增产二甲苯。
芳烃转化催化剂一、芳烃的概念和应用芳烃是一类分子中含有苯环结构的化合物,具有广泛的应用价值。
它们可以作为化学品、材料和能源等方面的原料,例如:制药、染料、塑料、合成橡胶、润滑油和燃料等。
二、芳烃转化反应1. 芳香族烴的催化裂解芳香族烴在高温下经过催化裂解反应,产生轻质烷基化合物和苯等芳香族烴,这种反应被称为催化裂解。
这种转化反应是工业上最重要的方法之一。
2. 芳香族烴的氢气加氢在加氢过程中,氢气与芳香族烴发生加成反应,生成饱和脂肪族环状碳氢化合物。
这种转化反应可以使得分子量增加,同时还可以改善产品的抗爆性能。
3. 芳香族烴的脱氢脱氢是指在高温下将芳香族烴中部分或全部氢原子去除形成不饱和双键。
这种反应可以用于制备芳烃衍生物。
三、芳烃转化催化剂1. 催化裂解催化剂常见的催化裂解催化剂有氧化铝、硅酸铝、硅酸钙等,其中以氧化铝为主。
这种催化剂具有高比表面积和强的酸性,能够加速反应速率,同时也可以防止产物之间的重聚。
2. 氢气加氢催化剂常见的氢气加氢催化剂有镍、铜、钯等金属及其合金。
这些金属具有良好的选择性和活性,能够促进反应的进行。
3. 脱氢催化剂常见的脱氢催化剂有铬、钼等过渡金属及其氧化物。
这些催化剂具有良好的稳定性和高效率,能够使得反应速率提高数倍以上。
四、芳烃转化催化机理1. 催化裂解机理在高温下,芳香族烴分子中苯环上部分键断裂形成自由基,然后与其他芳香族烴分子或自身重组形成轻质烷基化合物和苯等芳香族烴。
催化剂作为催化反应的中介,能够加速反应速率,同时也可以防止产物之间的重聚。
2. 氢气加氢机理在氢气加氢过程中,芳香族烴分子中部分或全部的双键被还原成单键,形成饱和脂肪族环状碳氢化合物。
这种反应是一个典型的加成反应,金属催化剂能够促进反应的进行。
3. 脱氢机理在高温下,过渡金属催化剂能够将芳香族烴分子中部分或全部的氢原子去除形成不饱和双键。
这种反应是一个典型的脱除反应,通过控制反应条件和催化剂选择可以实现不同类型芳烃转换。