Şə
kil 2.1. Etilenin yüksəktemperaturlu modifikasiyalı oliqomerləşmə
prosesinin blok sxemi.
38
Oliqomerləşmə reaktoruna verilən nisbətdə etilen, TEA və modifikator,
reaksiyaya girməyən resirkulyasiya olunan etilen və resirkulyasiya olunan
oliqomerizatın bir hissəsi verilir. Reaktordan çıxan oliqomerizat reaksiyaya girməyən
etilen və “yüngül” olefinlərdən ayrılmaya göndərilir. Reaksiya kütləsinin maye fazası
2 axına ayrılır. Bu axınlardan biri resirkulyasiya üçün reaktora verilən təzə katalizator
və həlledici xəttinə qaytarılır. Digər axın isə əvvəlcə TEA-un dezaktivləşmə
sisteminə, sonra isə məhsul qarışığından tələb olunan tərkibə malik olefin
fraksiyasının
ayrılması
üçün
rektifikasiya
prosesinə
göndərilir.
Etilenin
yüksəktemperaturlu oliqomerləşmə prosesi alınan oliqomerizatın tərkibinin geniş
interval həddində tənzim olunmasına imkan vermir, lakin reaksiya temperaturunu
dəyişməklə oliqomerizatın tərkibində olan “yüngül” və “agır” fraksiyaların miqdarını
xeyli dəyişmək olur. Müxtəlif üsullarla alınmış xətti quruluşlu ali
α
-olefinlərin izomer
tərkibinin xüsusiyyətləri cədvəl 2.1-də verilmişdir.
Cədvəl 2.1.
Хə
tti quruluşlu ali
αααα
-olefinlərin izomer tərkibinin xüsusiyyətləri
Proseslər
Tərkibi, % ilə
α
-olefinlər
2,2-əvəzləyicili
olefinlər
Daxili 2 qat
rabitəli olefinlər
“Gulf Oil”firması
C
8
2,5 C
10
C
12
-C
14
C
16
-C
18
“Ethyl firması”
C
8
C
10
C
12
-C
14
C
16
-C
18
Ölkəmizdə
Ö C
8
C
10
C
12
-C
14
C
16
-C
18
96,0
95,0
93,5
91,5
95,4
94,0
88,0
52,0
96,0
95,0
91,5
87,5
2,5
3,5
5,0
7,0
2,0
2,5
7,5
30,0
2,5
3,5
7,0
10,5
Dax
izi
izi
izi
0,5
2,0
2,5
4,0
17,0
izi
izi
izi
0,5
39
2.2. Ali
αααα
-olefinlərin izomerləşməsi və disproporsiyalaşması
Etilenin oliqomerləşməsi prosesində tərkibində karbon atomlarının sayı 4-dən
28-ə qədər olan
α
-olefinlər saxlayan məhsulların alınması və onların tərkiblərinin
tələbatdan asılı olaraq çevik tənzim olunması mümkün olmadığından bu məhsulların
qarşılıqlı çevrilməsi proseslərinin işlənib hazırlanmasına ehtiyac yarandı. Belə
proseslərdən
biri
olefinlərin
disproporsiyalaşmasına
ə
saslanır.
Olefinlərin
disproporsiyalaşması (metatezis, dismutasiya) nisbətən yeni bir proses olub 60-cı
illərin ortalarında kəşf edilmişdir. Bu prosesdə eyni zamanda həm parçalanma, həm də
iki ikiqat rabitənin əmələ gəlməsi baş verir:
R
2
R
3
R
2
R
3
|
|
|
|
R
1
C
=
C
R
4
R
1
C C
R
4
+
+
R
5
C
=
C
R
6
R
5
C C
R
6
... (2.7)
R
7
R
8
R
7
R
8
Burada R
i
– hidrogen, karbohidrogen qalıgı və ya funksional qrupdur.
Disproporsiyalaşma reaksiyası çox tez bir zamanda təcrübi tətbiq sahəsi tapdı. İlk
dəfə sənaye miqyasında disproporsiyalaşma “Triolefin” adlanan prosesdə istifadə
olundu . “Shell”(ABŞ) firması tərəfindən etilenin oliqomerləşməsi ilə C
4
-C
28
tərkibli
α
-olefinlərin alınması, 2 qat rabitələrin miqrasiyası ilə izomerləşmə və
disproporsiyalaşma reaksiyaları əsasında xətti quruluşa malik olefinlərin alınması
prosesi işlənib hazırlanmışdır. Onların əsas məqsədi C
8
-C
18
tərkibli olefinlərin
çıxımını artırmaqdan ibarət olmuşdur. Proses zamanı tərkibində həm xətti quruluşa
malik
α
-olefinlər və həm də onların “daxili” izomerləri olan C
7
-C
10
, C
11
-C
12
və C
13
-
C
14
fraksiyaları da əmələ gəlir. Bu məhsullardan spirtlər (neodol, neodol-91) və
alkilatlar əsasında detergentlər emal edilir. C
4
-C
8
və C
20
-C
28
olefinlərinin C
8
-C
18
40
olefinlərinə çevrilməsi prosesini bir neçə variantlarda həyata keçirmək olar. Bunlardan
biri heksen-1 və ya okten-1-in disproporsiyalaşması ilə daxili 2 qat rabitəsi olan desen
və ya tetradesenin alınması prosesidir, məsələn:
CH
3
−
(CH
2
)
3
−
CH
=
CH
2
CH
3
−
(CH
2
)
3
−
CH CH
2
+
+
CH
3
−
(CH
2
)
3
−
CH
=
CH
2
CH
3
−
(CH
2
)
3
−
CH CH
2
...(2.8)
Heksen-1-in okten-1 ilə sodisproporsionlaşması zamanı dodesen alınır. Ali
α−
olefinlərin 2 qat rabitənin daxili vəziyyətdə miqrasiyası ilə gedən ilkin
izomerləşməsindən sonra onu etilen ilə sodisproporsionlaşma prosesinə uğratmaq
olar. Bu reaksiya daha aşagı molekula çəkisinə malik olan
α−
olefinlər komplekti
almaga imkan yaradır. Bütün bu reaksiyalar ilkin olefinlər və reaksiya məhsullarının
disproporsionlaşması və sodisproporsionlaşması ilə gedən yan reaksiyalarla müşayiət
olunur ki, nəticədə əsas reaksiya məhsullarının “daxili” 2– qat rabitəsi olan olefinlərlə
durulaşması baş verir. Olefinlərin disproporsionlaşması reaksiyalarında modifikasiya
olunmuş alümo-molibden və alümo-kobalt-molibden katalizatorları daha selektiv
katalizator hesab olunur. Bu katalizatorlar əsasında 2 variantda effektiv sənaye
prosesləri işlənib hazırlana bilər. 1-ci – heksenin və ya C
6
-C
10
- olefin fraksiyasının
disproporsionlaşması; 2-ci – C
20
–
C
28
tərkibli “ağır” olefinlərin heksen-1-lə, ya da
C
6
-C
10
tərkibli
α−
olefinlər fraksiyası ilə disproporsionlaşması. Əgər bu proseslər
ə
mələ gələn yüngül olefinlərin resirkulyasiyası ilə aparılarsa, onda məqsədli məhsulun
çıxımı xeyli artar. Katalizator iştirakilə normal heksenin propilen, butilen-2 və normal
heptenlər qarışığı ilə sodisproporsionlaşması (t
=
120
0
C, P
=
0,6
÷
1,7 MPa, kontakt
müddəti – 4 saat, katalizatorun qatılıgı 0,1q/ml, olefin
:
heksen
=
1,5
:
1) reaksiyası
xeyli yüksək konversiya dərəcəsilə gedir və qrup tərkibinə görə bir-birinə yaxin olan
məhsullar əmələ gəlir. Sodisproporsionlaşma məhsullarının tərkibi cədvəl 2.2-də
verilmişdir.
41
Cədvəl 2.2.
Sodisproporsionlaşma məhsullarının tərkibi
Xammal
n-C
6
H
12
+C
3
H
6
n-C
6
H
12
+C
4
H
8
-2
C
6
H
12
+ n-C
5
H
10
-1+
+ C
5
H
10
-2
Konversiya , % ilə
46,1
35,1
59,7
Olefinlərin miqdarı, %
o cümlədən :
C
2
6,0
0,1
5,9
C
3
28,2
12,2
9,0
C
4
12,6
40,0
18,9
C
5
7,7
2,4
26,4
C
6
26,0
24,9
13,7
C
7
5,1
5,5
10,5
C
8
2,4
6,5
5,6
C
9
5,5
0,5
3,2
C
10
0,3
4,6
2,9
C
11
6,2
3,3
3,9
C
3
−
C
6
tərkibli olefinlər və n-heksenlər qarışığının müxtəlif katalizatorların
iştirakilə
sodisproporsiyalaşmasi
prosesində
C
3
-C
6
tərkibli
n-olefinlərin
resirkulyasiyasından istifadə olunmasına imkan yaranır. Göstərilən olefinlərdən
istifadə olunarkən ən effektiv variantlardan biri də C
3
-C
6
tərkibli n-olefinlərin
etilendən ayrılması üçün absorbsiya üsulundan istifadə olunmasıdır. Ayrılan etilen
yenidən oliqomerləşməyə qaytarılır, C
3
-C
6
tərkibli n- olefinlər isə disproporsiyalaşma
prosesində resirkulyasiya olunur. Heksen-1 və ya C
6
-C
10
olefinlər fraksiyasının
disproporsionlaşdırılması prosesinin texnoloji sxemi şəkil 2.2-də verilmişdir. 1
xammal tutumuna təzə heksen-1 və ya C
6
-C
10
olefinlər fraksiyası, yüngül C
2
-C
5
tərkibli resirkulyasiya olunan olefinlər fraksiyası və həmçinin də resirkulyat verilir.
42
Sonra 1 tutumundan olefinlər qarışığı 2 nasosu vasitəsilə götürülərək 3
buxarlandırıcısına göndərilir. 3 buxarlandırıcısında xammal 120
0
C –yə qədər
qızdırılaraq buxarlandırılır və 4 reaktoruna daxil edilir ki, burada da
disproporsionlaşma prosesi gedir. 4 reaktoruna 9 katalizator kompleksi hazırlayan
blokdan katalizator da verilir. Disproporsionlaşma prosesi 120
0
C də baş verir. 4
reaktorundan çıxan reaksiya məhsulları 5-8 rektifikasiya kalonlarında müvafiq olaraq
C
2
-C
5
, C
5
-C
7
, C
7
-C
10
, C
11
-C
18
və
>
C
19
olefin karbohidrogenləri fraksiyalarına
ayrılırlar.
5-7
rektifikasiya
kalonlarının
yuxarı
hissəsindən
çıxan
olefin
karbohidrogenlərinin bir hissəsi resirkulyat kimi 1 tutumuna qaytarılır. 8 rektifikasiya
kalonunun aşağısından çıxan
>
C
19
olefin karbohidrogenlərinin bir hissəsi də yenidən
prosesdə
resirkulyasiya
olunur.
C
20
–C
28
və
C
6
-C
10
olefinlərinin
disproporsionlaşdırılması proseslərinin yüngül yan məhsulların (C
2
-C
5
olefinləri)
resirkulyasiyası ilə birgə aparılması alınan məhsulun tərkibinin tənzimlənməsinə və
həmçinin də oliqomerləşmə prosesində yaranan, məqsədli olmayan hər hansı
α
-olefin
fraksiyasının da emalına imkan yaradır.
Bu halda prosesin texnoloji sxeminə
izomerləşmə reaktoru da əlavə olunur. İzomerləşmə prosesində K
2
CO
3
ilə
modifikasiya olunmuş Na/
γ
-AI
2
O
3
–dən ibarət olan effektiv katalizator
kompleksindən istifadə olunur. Bu katalizatorun köməyi ilə olefinin tərkibində olan 2
qat rabitə öz vəziyyətini dəyişə bilir, lakin olefin molekulunun quruluşunda isə heç
bir dəyişiklik baş vermir. Katalizator kompleksinin bu xassəsi alınan olefinlərin
yüksək dərəcədə xəttiliyini təmin edir və bununla da ilkin xammalın məqsədli
olefinlərə tam çevrilməsinə, ali olefinlərin tullantısız, çevik istehsal texnologiyasının
yaradılmasına imkan yaranır.
2.3. Alkilaromatik karbohidrogenlərin istehsalı
Alkilaromatik karbohidrogenlərin istehsalı və emalı üzvi sintez sənayesinin əsas
tərkib hissələrindən biridir. Benzolun alkilləşmə prosesi çoxdan məlumdur. Fransız
43
kimyaçısı Şarl Fridel və onun amerikalı əməkdaşı Ceyms Krafts 1877-ci ildə
təsadüfən benzolun xlorpentanlarla (C
5
H
11
CI) alkilləşdirilməsi texnologiyası ilə
rastlaşdılar. Onlar katalizator kimi metal AI-dan istifadə etmişdilər.Bu reaksiya
onların adını aldı və indi də Fridel-Krafts reaksiyası klassik olub benzolun etilenlə
alkilləşməsi yolu ilə etilbenzolun alınmasında əsas üsullardan hesab olunur.
Alkilaromatik birləşmələr kimya və kimyəvi texnologiyada polimer materiallar,
səthi aktiv maddələr, yanacaqlara yarımməhsul kimi qatılan yüksəkoktanlı əlavələrin
alınmasında geniş istifadə edilir. Stirol və
α−
metil stirol kimi qiymətli monomerlərin
alınmasında xammal kimi istifadə olunan etilbenzol və izopropilbenzolun daha böyük
ə
həmiyyəti vardır. İzopropilbenzol həm də “kumol” metodu ilə fenol ilə asetonun
birgə alınması prosesində yarımməhsul kimi istifadə olunur. Polialkilbenzollar
yağlara aşqar kimi qatılır. 2-ci dünya müharibəsi zamanı izopropilbenzol yanacaqlara
yüksəkoktanlı əlavə kimi çox geniş istifadə olunurdu. İndi də o üzvi sintezin mühüm
məhsullarından biridir. Alkilaromatik karbohidrogenlər istehsalının durmadan
artırılması onlar əsasında alınan məhsullara olan böyük təlabatdan irəli gəlir.
Alkilləşdirici agent kimi təkcə olefinlərdən deyil, həm də spirtlərdən, sadə və
mürəkkəb efirlərdən, asetilendən və alkilhalogenidlərdən istifadə oluna bilər. Əsas
üzvi və neft-kimya sintezinin çoxsaylı prosesləri içərisində benzolun olefinlərlə
katalitik alkilləşməsi aparıcı yerlərdən birini tutur. Ümumi istehsal olunan benzolun
80%-i alkilbenzollarin alınmasına sərf olunur. Sənayecə inkişaf etmiş ölkələrdə
benzolun istifadə quruluşu təxminən eynidir : benzolun 50% -i etilbenzolun, 20% - ə
qədəri isə izopropilbenzolun istehsalına gedir.Odur ki, bu istehsal proseslərini ətraflı
nəzərdən keçirmək vacib və maraqlıdır.
2.3.1. Etilbenzol və izopropilbenzolun istehsalı.
Aromatik karbohidrogenlərin alkilləşməsi mürəkkəb, çoxmərhələli proses
olub bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan bir sıra reaksiyalardan ibarətdir: alkilləşmə,
izomerləşmə, disproporsionlaşma, perealkilləşmə, polimerləşmə və sair. Odur ki,
44
bütün yan reaksiyaları nəzərə almaqla alkilləşmə prosesinin tarazlıq halının
hesablanması çox mürəkkəb məsələdir.
Alkilləşmə prosesində katalizator kimi protonlu və aprotonlu turşulardan istifadə
olunur. Benzolun olefinlər və spirtlərlə alkilləşməsi zamanı katalizator kimi müxtəlif
metalların (AI, Fe, Zr, Ta, Ti, Cd, Be, Zn və sair.) hallogenidlərindən və protonlu
turşulardan geniş istifadə olunur. Bu halda protonlu turşuların aktivliyi
HF
>
H
2
SO
4
>
H
3
PO
4
sirası üzrə azalır. Katalizatorların aktivliyi, selektivliyi və
stabilliyi temperatur, təzyiq, alkilləşdirici agentlərin quruluş və təbiətindən asılıdır.
Alkilləşmə zamanı bərk və maye şəkilli katalizatorlardan istifadə oluna bilər. Bərk
heterogen katalizatorlardan istifadə olunması daha məqsədəuyğundur, çünki bu halda
reaksiya məhsullarını katalizator kompleksindən asanlıqla ayırmaq olur, bununla da
xammalın hazırlanmasına, reaksiya məhsullarının yuyulması və neytrallaşdırılmasına,
tullantı sularının təmizlənməsi və neytrallaşdırılmasına sərf olunan xərclər də azalır.
Digər tərəfdən də avadanlıq və aparatların korroziyası da xeyli azalır.
Son zamanlarda benzolun olefinlər və spirtlərlə alkilləşmə proseslərində
katalizator kimi ümumi formulu M
x/n
AI
x
Si
y
O
2(x+y)
⋅
zH
2
O (M- metal, n- oksidləşmə
dərəcəsi, x- AI atomlarının sayı, y –Si atomlarının sayı, z – su molekullarının sayı)
olan seolit katalizatorlarından istifadə olunur. Digər tərəfdən bu məqsədlə
yüksəkmolekullu matris və kationogen qruplardan (əsasən SO
3
H, COOH, PO
3
H
2
,
AsO
3
H
2
) təşkil olunan heteropoliturşulardan ibarət kationdəyişmə qətranlarından
(kationitlərdən) da istifadə cəhdləri edilir. Əksəriyyət hallarda polimer matrisa kimi
polistiroldan istifadə olunur ki, o da sulfolaşmaya məruz qala bilir.
Nəhayət, alkilləşmə prosesində ümumi formulu MR
n
(R – alkil qrupu) olan
metal üzvi katalizatorlar da istifadə edilir. Bu cür katalizatorlar adətən ağır metalların
duzları (məsalən, TiCI
3
və TiCI
4
) ilə kompleks şəklində istifadə olunur.
Trietilalüminium çox yüksək aktivliyə malik olan katalizatordur, lakin onun aktivliyi
hava və ya nəmliklə kontaktda olduqda kəskin azalır. Beləliklə, alkilləşmə
proseslərində tədqiq olunan çoxsaylı katalizatorlardan, ancaq müəyyən qismi, yüksək
45
effektivliyə malik olanları sənaye miqyasında geniş tətbiq olunurlar. Alkilləşmə
prosesində iondəyişmə qətranları və seolitlər ən perspektiv katalizatorlar hesab
olunurlar ki, bununla da ətraf mühitin çirklənməsilə baglı olan problemlər aradan
qaldırılır.
Dünyada ən iri, etilbenzola görə vahid gücü il ərzində 742 min tona bərabər olan
“Moncanto Lummus” (ABŞ) firmasının benzolun alkilləşdirilməsi qurğusu AICI
3
katalizatoru əsasında işləyir. Son dövrlərdə seolit katalizatorlarının iştirakı ilə
etilbenzolun istehsalını həyata keçirən “Mobil Badger” (ABŞ) firmasının prosesi
geniş yayılmışdır. Hal-hazırda bu texnologiya əsasında vahid gücü il ərzində 335 –
465 min tona çatan etilbenzolun sintezi ilə məşğul olan bir neçə iri qurğular işləyir.
Prosesi 370-500
0
C temperaturda, 1,4-2,8 MPa təzyiq altında aparırlar. Alkilləşmə
qovşağında ən azı 2 paralel reaktor quraşdırırlar ki, onun da birini dövrü olaraq
regenerasiyaya keçirirlər. Polialkilbenzolları yenidən alkilləşmə qovşagına qaytarırlar.
Bu prosesdə etilenin konversiyası 100 %, etilenə görə etilbenzolun çıxımı isə
≈
98%
olur. “Mobil Badger” (ABŞ) firmasının prosesi “Moncanto Lummus” firması ilə
rəqabət apara bilən yeganə üsuldur. Hər iki proses eyni iqtisadi effektivliyə malikdir.
Lakin AICI
3
katalizatoru əsasında işləyən texnologiya hələ də öz aktuallığını
itirməmişdir. Bu onunla əlaqədardır ki, AICI
3
əsasında hazırlanan katalizator
kompleksinin iştirakıilə həm alkilbenzolların izomerləşməsi və həm də
perealkilləşməsi baş verir. Odur ki, alkilləşmə prosesinin texnologiyasını müxtəlif
katalitik sistemlərin iştirakilə göstərəcəyik.
2.3.2. Alkilləşmə prosesinin nəzəri əsasları
Etilbenzol və izopropilbenzol istehsalı prosesində alkilləşdirici agent kimi
olefinlər və onların karbohidrogen fraksiyasından istifadə edirlər (əsasən etilen və
propilen). Əgər alkilləşdirici agent kimi olefinlərdən istifadə olunarsa, onda
katalizator kimi protonlu və Lyuis turşuları tətbiq edilir. Bu halda tərkiblərində olan
iki qat rabitənin p-elektronları hesabına asanlıqla polyarlaşdıqlarına və turşularla təsiri
46
zamanı
π−
və ya
σ−
kompleksi əmələ gətirmə qabiliyyətlərinə malik olduqlarına görə
doymamış karbohidrogenlərə (olefinlərə) həm də Lyuis əsasları kimi baxmaq olar.
Bu komplekslər olefinlərin tərkibində olan 2 qat rabitələrin və ya aromatik
birləşmələrin protonlarla və ya digər müsbət yüklü hissəciklərə təsirindən yaranır.
X
+
X
+
X
+
>
C
=
C
<
>
C
=
C
<
>
C
+
=
C
<
X ... (2.9)
...(2.10)
π
-kompleks
σ
-kompleks
π
- və
σ
-
komplekslərinin əmələ gəlməsi reaksiya qarışığında mövcud olan HCI və
H
2
O tipli promotorlardan asılıdır, belə ki , təmiz olefinlər MX
3
tərkibli susuz metal
halogenidlərlə reaksiyaya girmirlər.
AICI
3
+
HCI H
+
[
AICI
4
]
−
[
C
3
H
7
]
+
[
AICI
4
]
−
...( 2.11 )
AICI
3
+
H
2
O H
+
[
AICI
3
OH
]
−
[
C
3
H
7
]
+
[
AICI
3
OH
]
−
...(2.12)
I II
Birinci tip komplekslər fərziyyəyə əsaslanır, lakin onun duzları kifayət qədər
möhkəmdir. Hal-hazırda hesab edilir ki,
π
- və
σ
-
komplekslər qarşılıqlı olaraq bir
birlərinə keçmə qabiliyyətinə malikdirlər və bəzi fərziyyələrə görə
σ
-
komplekslərinin yaranmasında intermediantlar mühüm rol oynayırlar. Olefinlərin
X
+
X
+
X
+
+
H
X
C
3
H
6
C
3
H
6
47
protonlaşması Markovnikov qaydası üzrə gedir ki, bu da 25-29 kcoul/mol istiliyin
udulmasına səbəb olur.
CH
3
−
CH
=
CH
2
+ H
+
CH
3
−
C
+
H
−
CH
3
...(2.13)
Alkenlərin reaksiyaya girmə qabiliyyəti əmələ gələn karbokationun
davamlılığından asılı olur və aşağıdakı sıra üzrə artır:
CH
2
=
CH
2
<
R
−
CH
=
CH
2
<
R
2
C
=
CH
2
Hazırda hesab edilir ki, qatı və duru sulfat turşularında karbokationların yaşama
müddəti o qədər böyükdür ki, aromatik birləşmə ilə
σ
-
kompleksi əmələ gələnə qədər
karbokationlar onlara xas olan bütün çevrilmələrə (kationun miqrasiyası, hidrid
yerdəyişməsi, protonun ayrılması) məruz qalırlar. Katalizator kimi Lyuis turşuları
istifadə edildikdə intermediat ion cütü olur.
σ
-
σ
+
σ
+
σ
-
R
−
CH
=
CH
2
+ AICI
3
→
R
CH
CH
2
... AICI
3
.....( 2.15 )
Bu ion cütünün kationu aromatik substrat ilə qarşılıqlı təsirdə olaraq alkilləşmə
məhsulu əmələ gətirir. Olefinlərin protonlar və ya digər müsbət yüklü hissəciklərə
hücum etmə sürəti doymamış karbohidrogenlərin əsaslılığından asılıdır. Fəza
çətinliyinə səbəb olan R əvəzləyicisi olarsa, alkilləşmə prosesi daha yumşaq şəraitdə
gedər. Məsələn, karbokationun əmələ gəlməsi benzolun 2-metilpropenlə 80-90% -li
H
2
SO
4
, propilen və etilen ilə müvafiq olaraq 96 və 98% -li H
2
SO
4
iştirakilə
alkilləşməsi zamanı baş verir. Bununla belə alkilləşmə reaksiyasının mexanizmi hələ
tam aydınlaşdırılmadığına görə bu prosesin qanunauyğunluqlarının öyrənilməsi aktual
məsələ olaraq qalır. Əvvəllər, əsasən güman edilirdi ki, AICI
3
+
HCI katalizatorundan
istifadə etdikdə aralıq məhsul kimi alkilhallogenidlər əmələ gəlir.
CH
2
=
CH
2
+
[
AICI
3
+
HCI
]
→
CH
3
−
CH
2
−
CI + AICI
3
...(2.16)
CH
3
CH
3
C
=
CH
2
+ H
+
C
+
−
CH
3
......(2.14)
CH
3
CH
3
48
Son zamanlarda digər nöqteyi nəzəriyyələr də irəli sürülür. Onlara görə
katalizatorun olefinlərlə qarşılıqlı təsiri olefinin polyarlaşması hesabına baş verir .
Benzolun olefinlərlə alkilləşmə prosesində aralıq kompleksin əmələ gəlməsini ümumi
şə
kildə aşağıdakı sxem üzrə göstərmək olar.
Belə hesab edirlər ki, benzolun olefinlərlə alkilləşməsi BF
3
⋅
H
2
O iştirakı ilə
aparılarsa, katalizatorun aktiv forması H
+
[
BF
3
OH
]
−
və ya H
3
O
+
⋅[
BF
3
OH
]
−
komplekslərindən ibarət olur ki, onlar da olefinlərlə qarşılıqlı təsir nəticəsində
efirəbənzər komplekslər əmələ gətirirlər.
Müəyyən olunmuşdur ki, etilenin BF
3
ilə
σ
- kompleks əmələ gətirməməsinə
baxmayaraq, polyar olefinlər alkilləşmə prosesində iştirak edə bilən
σ
- və
π
-
kompleksləri əmələ gətirmə qabiliyyətinə malikdirlər.
Sulfat turşusunun iştirakilə aromatik birləşmələrin olefinlərlə alkilləşməsi
reaksiyasının mexanizmi və komplekslərin əmələ gəlməsi aşağıdakı ardıcıllıqla baş
verir.
C
n
H
2n
+ MX
3
+
HY
[
C
n
H
2n+1
]
+
[
MX
3
Y
]
−
[
C
n
H
2n+1
]
+
+
[
MX
3
Y
]
−
H C
n
H
2n+1
C
n
H
2n+1
C
n
H
2n+1
[
]
[
MX
3
Y
]
−
H
+
[
MX
3
Y
]
−
+ HY + MX
3
..
(2.17)
CH
3
δ+
δ−
BF
3
⋅
H
2
O H
+
BF
3
OH
−
C H --- BF
3
OH ......( 2.18)
CH
3
49
CH
2
=
CH
2
+ H
2
SO
4
→
CH
3
−
CH
2
+
+ HSO
4
−
C
6
H
6
+ HSO
4
−
→
C
6
H
5
−
+ H
2
SO
4
.........( 2.19 )
C
6
H
5
−
+ CH
3
−
CH
2
+
→
C
6
H
5
−
CH
2
CH
3
Güclü protonlu turşuların iştirakı ilə aromatik karbohidrogenlərin olefinlərlə
alkilləşməsi reaksiyasında komplekslərin əmələ gəlmə mexanizmi sadələşdirilmiş
şə
kildə aşağıdakı kimi göstərilə bilər.
2 H
3
PO
4
→
H
2
PO
4
−
+ H
4
PO
4
+
C
3
H
6
+ H
4
PO
4
+
→
C
3
H
7
+
+ H
3
PO
4
.......( 2.20 )
C
6
H
6
+ C
3
H
7
+
→
C
6
H
5
−
C
3
H
7
+ H
+
H
2
PO
4
−
+ H
+
→
H
3
PO
4
Beləliklə alkilləşmə prosesi mürəkkəb çoxmarşrutlu mexanizm üzrə gedir.
Ayrı-ayrı istiqamətlərin baş verməsi katalizator, alkilləşdirici agent və həlledicilərin
təbiətindən, komponentlərin nisbətindən və reaksiyanın aparılma şəraitindən, əmələ
gələn komplekslərin quruluşundan və digər faktorlardan asılıdır. Buna görə də ancaq
göstərilən şərtləri dəyişməklə prosesi idarə etmək mümkündür.
Aromatik karbohidrogenlərin alkilləşməsi prosesinin sxemini sadələşdirilmiş
şə
kildə belə göstərmək olar.
Aralıq məhsulun yüksək enerjiyə malik olması (buna görə də onun qatılığı yetərincə
azdır) nəzərə alınarsa, onda stasionarlıq prinsipini tətbiq etməklə reaksiya sürətinin
asılılıq tənliyini aşağıdakı kimi göstərmək olar:
r
=
d
[
ArR
]
/d
τ
=
K
1
K
2
[
ArH
]
[
R
+
]
[
B
]
/( K
−
1
+
K
2
[
B
]
)
.....( 2.22 )
K
1
H B
ArH + R
+
Ar
+
Ar R + BH
+
.....(2.21)
K
−
1
R K
2
50
Ə
vvəldə qeyd edildiyi kimi alkilləşmə reaksiyasının sürəti bir çox faktorlardan
asılıdır, bu səbəbdən də son dərəcə müxtəlif hallar mümkündür :
1)
σ
-kompleksin ilkin komponentlərə parçalanması protonun qoparılmasına
nəzərən xeyli yavaş gedir; onda K
2
[
B
]
>>
K
−
1
olar və məxrəcdə olan K
−
1
nəzərə
alınmaya bilər. Bu halda ( 2.22 ) tənliyi
r
=
K
1
[
ArH
]
[
R
+
]
şə
klini alır, başqa sözlə
reaksiya 2-ci dərəcəli olur və əsasın qatılıgı onun sürətinə təsir etmir;
2)
Ə
gər K
−
1
>>
K
2
[
B
]
olarsa, o vaxt r
=
( K
1
K
2
/ K
−
1
)
[
ArH
]
[
R
+
]
[
B
]
olur, başqa
sözlə reaksiya 3-cü dərəcəli olur və reaksiyanın sürəti əsasın qatılıgı ilə təyin edilir;
3)
Ə
gər K
−
1
≈
K
2
[
B
]
>>
K
1
olarsa, onda
reaksiyanın sürəti (2.22) tənliyinə üyğun
gəlir və əsasın qatılığından asılılığı qeyri xətti olur;
4)
Ə
gər K
1
≈
K
−
1
>
K
2
[
B
]
olarsa, onda reaksiyanin sürəti əsasın qatılığından və
artıq qalan ilkin reagentin miqdarından asılı olur .
Alkilləşmə prosesini aparmaq üçün onun limitləşdirici mərhələsini təyin etmək
lazımdır. Məqsədli məhsulun çıxımını azaldan və yan məhsulların alınmasına səbəb
olan reaksiyaların baş verməsini sürətləndirən əsas səbəblərə aşağıdakıları göstərmək
olar:
1) İlkin xammalların təmizliyinin kifayət dərəcədə olmaması və tərkibində
qatışıqların olması katalizatorun dezaktivləşməsinə səbəb olur: çətin ayrılan
qarışıqların və azeotropların əmələ gəlməsi və qurğunun bəzi yerlərində toplanıb
qalması nəticəsində məqsədli məhsulun ayrılması prosesi mürəkkəbləşir ki, bu da bir
müddətdяn sonra prosesin getmə şəraitinin və məhsulun keyfiyyətinin pisləşməsilə
nəticələnir;
2) Katalizator kompleksi tərkibinin dəyişməsi reaksiyanın selektivliyinin azalmasına,
bir sıra hallarda isə perealkilləşmə reaksiyasının dayanmasına səbəb olur;
3) Polialkilaromatik birləşmələrin katalizator ilə мöhkəm komplekslər əmələ
gətirməsi katalizatorun dezaktivləşməsinə səbəb olur;
51
4) Reaksiyanın məqsədli məhsulunun izomerləşməsi nəticəsində yan məhsullara
çevrilməsi reaksiyanın selektivliyini aşağı salır.
Bu və digər səbəbləri həm katalizatorun, prosesin və reaksiyanın aparılma
şə
raitinin seçilməsində, həm də prosesin idarə olunması zamanı mütləq nəzərə almaq
lazımdır. İndi isə yuxarıda göstərilən səbəblərin alkilləşmə prosesinə təsirini nəzərdən
keçirək.
Alkilləşmə prosesinə əks təsir göstərən qatışıqlara asetilen, butadien-1,3, CO,
CO
2
, asetaldehid, efirlər və başqaları aid edilə bilər. Bunların hər biri məqsədli
məhsul çıxımının azalmasına müxtəlif cür təsir edir. Məsələn, asetilen və butadien-1,3
turş katalizatorların iştirakında polimerləşərək qətranabənzər maddələr əmələ
gətirirlər ki, bunun da nəticəsində katalizatorun tıxanması və dezaktivləşməsi baş
verir. Katalizatoru həm də olefinlərdən çətin ayrıla bilən karbon oksidi (CO) də
zəhərləyə
bilər.
Karbohidrogen
qazlarının
tərkibində
oksigenin
olması
polialkilbenzolların çıxımının kəskin artmasına və katalizator kompleksi aktivliyinin
nəzərə çarpacaq dərəcədə dəyişməsinə səbəb olur. Bu əsas reaksiyanın istiqamətini
dəyişə bilən kation-radikallarının əmələ gəlməsi hesabına baş verir. Aldehid və efirlər
də katalizatorun dezaktivləşməsinə və həm də polialkilbenzolların çıxımının
artmasına səbəb olur. Beləliklə, ilkiн xammalın əlavə olaraq göstərilən qatışıqlardan
təmizlənməsi zəruridir.
Benzolun və alkilləşdirici agentin tərkibində nəmliyin olması AICI
3
-un
dönməyən dezaktivləşməsinə, yəni AI(OH)
3
-ə çevrilməsinə səbəb olur. Bu səbəbdən
də ilkin xammalı dərin qurutmaya düçar etmək vacibdir. Bundan başqa, benzolu
tiofendən və digər kükürdlü birləşmələrdən də təmizləmək lazımdır, çünki bu cür
maddələrin olması katalizatorun aktivliyini azaltmaqla yanaşı, həm də məqsədli
məhsulu çirkləndirən qətranabənzər maddələrin əmələ gəlməsinə imkan yaradır.
Nəhayət, alkilatın tərkibində qatışıqların qatılığının artması həm də reagentlər
nisbətinin dəyişməsi, temperaturun, katalizator qatılığının və kontakt müddətinin
artırılması, qarışdırmanın pisləşməsi nəticəsində müşahidə olunur. Düzdür, bu
52
parametrlərin təsiri müxtəlifdir. Məsələn, AICI
3
iştirakı ilə benzolun etilen və
propilen ilə alkilləşməsi zamanı yan məhsulların çıxımı temperaturdan çox
katalizatorun qatılığından asılıdır. Deməli, prosesi yüksək temperaturda və az miqdar
aktiv katalizator iştirakı ilə aparmaq daha yaxşı nəticə verə bilər. Adətən, prosesi
aparmaq üçün optimal şərait seçilir və onu qurğunun bütün iş dövrü ərzində tələb
olunan səviyyədə saxlayırlar. Digər tərəfdən, kompleksi əmələ gətirmək üçün ilkin
xammalın tərkibində hidrogen xlorid iştirak etməlidir (1,0 mol AICI
3
-ə 0,5 mol HCI).
Onu xammala müvafiq miqdarda alkilxlorid əlavə etməklə əldə etmək olar.
Alkilxlorid benzolla təsirdə olub alkilbenzol və HCI əmələ gətirir. Hidrogen xloridi
həm də AICI
3
-ün bir hissəsini su ilə parçalamaqla almaq olar.
Benzolun olefinlərlə alkilləşməsi prosesi həm buxar, həm də maye fazada aparıla
bilər. Alkilləşmə prosesində turşu tipli katalizatorlardan istifadə olunur (AICI
3
,
H
2
SO
4
, susuz HF, BF
3
, daşıyıcı üzərinə hopdurulmuş ortofosfat turşusu,
alümosilikatlar, seolitlər, iondəyişmə qətranları). Ən perspektiv katalizatorlar
seolitlər və iondəyişmə qətranları hesab olunur, çünki bu halda ətraf mühitin
çirklənməsi problemi aradan qaldırılmış olur .
Dostları ilə paylaş: |