Полимеризация олефинов с целью получения компонента бензина: термодинамика и механизм процесса; катализатор; факторы, влияющие на процесс: температура; давление; сырье; объемная скорость

Полимеризация — реакция образования ВМС путём соединения нескольких молекул низкомолекулярных соединений без выделения побочных продуктов. Ограниченная реакция полимеризации с получением жидких продуктов сравнительно небольшой молекулярной массы называется олигомеризацией.

Получаемые олигомеры (димеры, триммеры и тетрамеры) пропена и бутена используют в качестве компонентов автомобильных бензинов (до УВ С₁₂) или сырья для производства присадок к маслам и СМС. Катализатор на основе фосфорной кислоты.

Реакция экзотермична. Равновесная степень полимеризации возрастает с увеличением давления и снижением температуры. На кислотных катализаторах реакция протекает по карбкатионному механизму; при этом алкен находится в газовой фазе и реакция идет на поверхности твердого катализатора или в пленке кислоты. Механизм реакции может быть описан следующей схемой: протонирование алкена; присоединение карбкатиона к молекуле алкена по п-связи, передача протона катализатору; протон передается молекуле исходного алкена; изомеризация гексильного иона до отделения от катализатора; отрыв гидрид-иона. По склонности к полимеризации алкены располагаются в ряд: изобутилен > бутилены > пропилен > этилен.

Приблизительный состав катализатора — P2O5-SiO2−2H2O (Р2О5 на кизельгуре). Активность катализатора (до 57—64% Р2О5) зависит от содержания воды в сырье (до 0,035—0,040%) и температуры процесса. При избытке воды происходит уплотнение катализатора и увеличение перепада давления в реакторах. Полимеризацию алкенов с целью получения полимербензина в промышленных условиях осуществляют при температуре 190— 230 °C и давлении около 6 МПа в присутствии фосфорнокислых катализаторов. Сырьем процесса полимеризации являются пропан-пропиленовая и бутан-бутиленовая фракции (ППФ и ББФ) каталитического крекинга, содержащие 30—37% алкенов, или пиролиза — с более высокой концентрацией алкенов. Продукты полимеризации ППФ, главным образом изогексены, имеют октановое число 81—84 (ММ) и до 94—97 (ИМ). Продукты полимеризации ББФ обладают более высокими октановыми числами: до 85 (ММ) и около 100 (ИМ). Полимербензин существенно увеличивает порог детонации при добавлении к бензинам другой природы; его октановое число смешения составляет 90—130 (по моторному методу).

Температура процесса не должна быть слишком низкой, т. к. уже при 130 °C вместо полимеризации будет проходить образование фосфорнокислых эфиров. Чрезмерное повышение Т приводит к распаду полимерных карбкатионов, а также протеканию реакций сопряжённой полимеризации, в которых наряду с алкенами образуются алкадиены (полимеризация которых приводит к дезактивации катализатора).

Повышение давления способствует удержанию в жидкой фазе продуктов. В ходе процесса оно составляет 3,5 — 6,0 МПа.

Присутствие в сырье компонентов более лёгких, чем пропилен, нежелательно. Объемная скорость подачи сырья составляет 1 — 4 ч^-1.