Alquilación

El proceso de alquilación combina isoparafinas ligeras, más comúnmente isobutano, con olefinas C3-C4, para producir una mezcla de isoparafinas de mayor peso molecular (es decir, alquilado) como componente de mezcla de alto número de octano para el pool de gasolina. El isobutano y las olefinas C3-C4 se producen como subproductos del FCC y de otros procesos de conversión catalítica y térmica en una refinería. El proceso de alquilación se desarrolló en las décadas de 1930 y 1940 para producir inicialmente gasolina de aviación de alto octanaje, pero más tarde cobró importancia para producir gasolina de motor porque los motores de encendido por chispa se han vuelto más potentes con mayores relaciones de compresión que requieren un combustible con mayor número de octanos. Con las recientes restricciones sobre el benceno y el contenido total de hidrocarburos aromáticos de las gasolinas por la normativa medioambiental, la alquilación ha ganado adeptos como potenciador del octanaje frente al reformado catalítico. El alquilado no contiene hidrocarburos olefínicos o aromáticos.

Las reacciones de alquilación son catalizadas por ácidos fuertes (es decir, ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico ) para que tengan lugar de forma más selectiva a bajas temperaturas de 70°F para el H2SO4 y 100°F para el HF. Mediante una cuidadosa selección de las condiciones de funcionamiento, una alta proporción de productos puede entrar en el rango de ebullición de la gasolina con números de octano de motor (MON) de 88-94 y RON de 94-99 . Las primeras unidades comerciales utilizaban H2SO4, pero más recientemente, la alquilación con HF se ha utilizado más comúnmente en las refinerías de petróleo. El HF puede regenerarse más fácilmente que el H2SO4 en el proceso de alquilación, y la alquilación con HF es menos sensible a las fluctuaciones de temperatura que la alquilación con H2SO4 . En ambos procesos, el volumen de ácido utilizado es aproximadamente igual al volumen de alimentación de hidrocarburos líquidos. Las variables operativas importantes son la fuerza del ácido, la temperatura de reacción, la relación isobutano/olefina y la velocidad espacial de la olefina. Las reacciones se llevan a cabo a presiones suficientemente altas para mantener los hidrocarburos y el ácido en la fase líquida. Una buena mezcla del ácido con los hidrocarburos es esencial para obtener altas conversiones.

En la figura 8.6 se dan algunos ejemplos de reacciones de alquilación deseadas (combinación de iso-parafinas con olefinas). Éstas se producen mediante reacciones iónicas en cadena (figura 8.7) iniciadas por la donación de un protón del catalizador ácido a una olefina para producir un carbocatión que reacciona con el isobutano para formar un catión tert-butílico. Las reacciones de propagación posteriores implican las reacciones de un catión tert-butílico con olefinas para formar cationes isoparafínicos más grandes que conducen a los productos finales mediante reacciones con el iso-butano para formar un nuevo catión tert-butílico que sostenga la reacción en cadena . La reacción de alquilación es altamente exotérmica; por lo tanto, es importante enfriar el contenido del reactor durante la alquilación.