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首頁 > 石油教室 > 油小看大 > 以固體酸法製造烷化油
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以固體酸法製造烷化油


油小看大集
以固體酸法製造烷化油

基於車輛排放氣體的管制日趨嚴格,為減少污染性廢氣之排放,禁止於汽油中添加含鉛化合物已有一段時日;美國於一九八六年禁用,國內則自一九八二年開始逐年降低汽油含鉛量,至二ΟΟΟ年全面停用。而為彌補因停用含鉛化合物造成辛烷值的降低,必須加入含氧溶劑,然而近來汽油中添加甲基第三丁基醚(MTBE)及乙醇均出現問題,其中MTBE若洩漏污染地下水,將使飲用水產生異味,有妨礙健康之疑慮,美國加州、紐約二州將自二ΟΟ四年起禁止使用;理想的替代品—乙醇(酒精)則因吸水性較大,必須與汽油分別運送至配銷處再摻配出售,使成本增加。

另一項彌補策略為使用更多的烷化油,即俗稱「理想汽油」的高辛烷值汽油摻配油,常用於航空汽油;烷化油為碳數七至九的烷烴,如三甲基戊烷及二甲基己烷,其中硫、苯及總芳香烴含量很低,也可減少汽油中不利環境的高蒸汽壓脂族烴及烯屬烴成分。 過去五十年來,一般常採用硫酸法、氫氟酸法以製造烷化油,惟均因環保疑慮致停止或減少採用。其中硫酸法有廢酸處理的問題,而氫氟酸(HF)則屬腐蝕性氣體;其改進方法為採用固體酸作為觸媒,類似研究已有卅年歷史,本公司煉研所以往曾致力研究,並與丹麥託普索公司合作,進行相關工場試驗。

固體酸觸媒的烷化法及異構法為觸媒科學領域中兩項快速而重要的發展項目,惟對環保及經濟均帶來很大衝擊,相關固體酸觸媒包括氯化鋁、白金化合物、雜多酸(heteropolyacid, 如鎢酸鹽),或附著於氧化矽、聚合物及其他固體支撐上之液體酸,天然或合成的沸石也可使用。固體酸觸媒可改進選擇性,降低生產成本,不過在烷化的條件下,因觸媒積碳堵住其孔洞結構,以致酸性位置減少,將很快失去活性;傳統上以高溫氧化法去除觸媒上的結焦,但此舉也將破壞烷化觸媒的活性。

 
    為進一步解決活性退化的問題,美國業界投入研發新的觸媒、烷化反應器及製程,如UOP公司開發一種新的烷化製程Alkylene,而堪薩斯州大學則研究以超臨界二氧化碳來溶解觸媒中之積碳。前者係發展一種專有的固體觸媒HAL-100,並通入氫氣或氫氣/異丁烷混合物加以沖刷,氫氣飽和重質碳氫化合物後,使積碳自觸媒上脫附而移除,可避免活性退化,兼可循環使用,並在反應器中清淨; UOP並設計一種「傳輸」的反應器,可持續輸入新鮮再活化的觸媒參與反應,純化的新鮮烯烴與新鮮或回收的異丁烷混合後,再注入直式反應器底部,與烯烴/異丁烷混合物接觸。此外,利用超臨界二氧化碳作為反應介質,亦可緩和觸媒活性退化。二氧化碳具有適中的溫度、壓力等臨界性質 (71.8 bar, 31.1℃),而超臨界二氧化碳區域則具連續性質,在臨界點附近窗口具特殊的流體性質,密度為液體狀,適於吸附重質碳氫化合物,兼保持氣體擴散性質,可將重質碳氫化合物或其前趨物自孔洞中傳送出來,以免卡在其中而使觸媒結垢,亦即利用壓力的改變以決定去除結焦的最適液狀及氣狀性質,並可加入其他共溶劑以達到進一步強化的效果;惟相關方法尚處於開發階段,離工業化尚有一段距離。 



本文轉載自石油通訊九十一年七月號 (611)



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