Alkylation

Le procédé d’alkylation combine des iso-paraffines légères, le plus souvent l’isobutane, avec des oléfines en C3-C4, pour produire un mélange d’iso-paraffines de poids moléculaire plus élevé (c’est-à-dire un alkylat) comme composant de mélange à indice d’octane élevé pour le pool d’essence. L’isobutane et les oléfines en C3-C4 sont produits comme sous-produits du FCC et d’autres procédés de conversion catalytique et thermique dans une raffinerie. Le procédé d’alkylation a été mis au point dans les années 1930 et 1940 pour produire initialement de l’essence d’aviation à indice d’octane élevé, mais il est ensuite devenu important pour la production d’essence automobile, car les moteurs à allumage par étincelle sont devenus plus puissants avec des taux de compression plus élevés qui nécessitent un carburant à indice d’octane plus élevé. Avec les récentes restrictions sur les teneurs en benzène et en hydrocarbures aromatiques totaux de l’essence imposées par les réglementations environnementales, l’alkylation a gagné en popularité en tant que moyen d’augmenter l’indice d’octane par rapport au reformage catalytique. L’alkylat ne contient pas d’hydrocarbures oléfiniques ou aromatiques.

Les réactions d’alkylation sont catalysées par des acides forts (c’est-à-dire l’acide sulfurique et l’acide fluorhydrique ) pour avoir lieu plus sélectivement à des températures basses de 70°F pour H2SO4 et 100°F pour HF. En choisissant soigneusement les conditions de fonctionnement, une grande proportion des produits peut se situer dans la gamme d’ébullition de l’essence avec des indices d’octane moteur (IOM) de 88-94 et des IOR de 94-99 . Les premières unités commerciales utilisaient H2SO4, mais plus récemment, l’alkylation par HF a été utilisée plus couramment dans les raffineries de pétrole. Le HF peut être régénéré plus facilement que le H2SO4 dans le processus d’alkylation, et l’alkylation au HF est moins sensible aux fluctuations de température que l’alkylation au H2SO4 . Dans les deux procédés, le volume d’acide utilisé est approximativement égal au volume d’hydrocarbures liquides d’alimentation. Les variables opérationnelles importantes comprennent la force de l’acide, la température de la réaction, le rapport iso-butane/oléfine et la vitesse spatiale de l’oléfine. Les réactions sont réalisées à des pressions suffisamment élevées pour maintenir les hydrocarbures et l’acide en phase liquide. Un bon mélange de l’acide avec les hydrocarbures est essentiel pour obtenir des conversions élevées.

La figure 8.6 donne quelques exemples de réactions d’alkylation souhaitées (combinaison d’iso-paraffines avec des oléfines). Elles se produisent par des réactions ioniques en chaîne (figure 8.7) initiées par le don d’un proton du catalyseur acide à une oléfine pour produire un carbocation qui réagit avec l’iso-butane pour former un cation tert-butyle. Les réactions de propagation ultérieures impliquent les réactions d’un cation tert-butyle avec des oléfines pour former des cations iso-paraffines plus grands qui conduisent aux produits finaux par des réactions avec l’iso-butane pour former un nouveau cation tert-butyle afin d’entretenir la réaction en chaîne . La réaction d’alkylation est fortement exothermique ; par conséquent, il est important de refroidir le contenu du réacteur pendant l’alkylation.