Alkylointi

Alkylointiprosessissa yhdistetään kevyitä isoparafiineja, tavallisimmin isobutaania, C3-C4-olefiinien kanssa, jolloin saadaan korkeamman molekyylipainon isoparafiinien seos (eli alkylaatti), joka on korkeaoktaaninen sekoituskomponentti bensiinin sekoitukseen. Isobutaania ja C3-C4-olefiineja tuotetaan sivutuotteina FCC:stä ja muista katalyyttisistä ja termisistä muuntoprosesseista jalostamossa. Alkylointiprosessi kehitettiin 1930- ja 1940-luvuilla alun perin korkea-oktaanisen lentobensiinin tuottamiseksi, mutta myöhemmin siitä tuli tärkeä moottoribensiinin valmistuksessa, koska kipinäsytytysmoottoreista on tullut tehokkaampia ja niiden puristussuhteet ovat suuremmat, mikä edellyttää korkeamman oktaaniluvun polttoainetta. Kun bensiinin bentseeni- ja aromaattisten hiilivetyjen kokonaispitoisuuksia on hiljattain rajoitettu ympäristömääräyksillä, alkylointi on yleistynyt oktaaniluvun nostajana katalyyttiseen reformointiin verrattuna. Alkylaatti ei sisällä olefiinisia tai aromaattisia hiilivetyjä.

Alkylaatioreaktioita katalysoivat vahvat hapot (eli rikkihappo ja fluorivetyhappo ), ja ne tapahtuvat selektiivisemmin alhaisissa lämpötiloissa, jotka ovat H2SO4:n osalta 70 °F ja HF:n osalta 100 °F. Toimintaolosuhteiden huolellisella valinnalla suuri osa tuotteista voi sijoittua bensiinin kiehumisalueelle, jonka moottorioktaaniluvut (MON) ovat 88-94 ja RON-luvut 94-99 . Varhaisissa kaupallisissa yksiköissä käytettiin H2SO4:ää, mutta viime aikoina HF-alkylointia on käytetty yleisemmin öljynjalostamoissa. HF voidaan alkylointiprosessissa regeneroida helpommin kuin H2SO4 , ja HF-alkylointi on vähemmän herkkä lämpötilan vaihteluille kuin H2SO4-alkylointi . Molemmissa prosesseissa käytetyn hapon määrä on suunnilleen yhtä suuri kuin nestemäisen hiilivetyjen syötteen määrä. Tärkeitä toimintamuuttujia ovat hapon vahvuus, reaktiolämpötila, isobutaani/olefiini-suhde ja olefiinin avaruusnopeus. Reaktiot suoritetaan riittävän korkeissa paineissa, jotta hiilivedyt ja happo pysyvät nestefaasissa. Hapon ja hiilivetyjen hyvä sekoittuminen on olennaista korkeiden konversioiden aikaansaamiseksi.

Esimerkkejä halutuista alkylointireaktioista (isoparafiinien ja olefiinien yhdistäminen) on esitetty kuvassa 8.6. Nämä tapahtuvat ionisten ketjureaktioiden kautta (kuva 8.7), jotka käynnistyvät antamalla happokatalyytin protoni olefiinille karbokationin tuottamiseksi, joka reagoi isobutaanin kanssa muodostaen tert-butyylikationin. Myöhemmissä etenemisreaktioissa tert-butyylikationi reagoi olefiinien kanssa muodostaen suurempia iso-parafiinikationeja, jotka johtavat lopputuotteisiin reagoimalla isobutaanin kanssa muodostaen uuden tert-butyylikationin ketjureaktion ylläpitämiseksi . Alkylaatioreaktio on erittäin eksoterminen, joten reaktorin sisällön jäähdyttäminen alkyloinnin aikana on tärkeää.