Alchilazione

Il processo di alchilazione combina iso-paraffine leggere, più comunemente isobutano, con olefine C3-C4, per produrre una miscela di iso-paraffine di peso molecolare superiore (cioè, alchilato) come componente di miscela ad alto numero di ottano per il pool di benzina. L’isobutano e le olefine C3-C4 sono prodotti come sottoprodotti della FCC e di altri processi di conversione catalitica e termica in una raffineria. Il processo di alchilazione è stato sviluppato negli anni ’30 e ’40 per produrre inizialmente benzina ad alto numero di ottano per l’aviazione, ma in seguito è diventato importante per la produzione di benzina per motori perché i motori a scoppio sono diventati più potenti con rapporti di compressione più alti che richiedono carburante con numeri di ottano più alti. Con le recenti restrizioni sul benzene e sul contenuto totale di idrocarburi aromatici della benzina da parte dei regolamenti ambientali, l’alchilazione ha guadagnato il favore di un aumento del numero di ottano rispetto al reforming catalitico. L’alchilazione non contiene idrocarburi olefinici o aromatici.

Le reazioni di alchilazione sono catalizzate da acidi forti (cioè, acido solforico e acido fluoridrico) per avvenire più selettivamente a basse temperature di 70°F per H2SO4 e 100°F per HF. Con un’attenta selezione delle condizioni operative, un’alta percentuale di prodotti può cadere nell’intervallo di ebollizione della benzina con numeri di ottano motore (MON) di 88-94 e RON di 94-99 . Le prime unità commerciali usavano H2SO4, ma più recentemente l’alchilazione HF è stata usata più comunemente nelle raffinerie di petrolio. L’HF può essere rigenerato più facilmente dell’H2SO4 nel processo di alchilazione, e l’alchilazione HF è meno sensibile alle fluttuazioni di temperatura rispetto all’alchilazione H2SO4. In entrambi i processi, il volume di acido usato è approssimativamente uguale al volume di idrocarburi liquidi di alimentazione. Le variabili operative importanti includono la forza dell’acido, la temperatura di reazione, il rapporto isobutano/olefina e la velocità dello spazio delle olefine. Le reazioni sono eseguite a pressioni sufficientemente alte per mantenere gli idrocarburi e l’acido nella fase liquida. Una buona miscelazione dell’acido con gli idrocarburi è essenziale per ottenere conversioni elevate.

Alcuni esempi di reazioni di alchilazione desiderate (combinazione di iso-paraffine con olefine) sono riportati nella Figura 8.6. Queste avvengono attraverso reazioni ioniche a catena (Figura 8.7) iniziate dalla donazione di un protone dal catalizzatore acido a un’olefina per produrre un carbocation che reagisce con l’iso-butano per formare un catione tert-butilico. Le successive reazioni di propagazione coinvolgono le reazioni di un catione tert-butilico con le olefine per formare cationi iso-paraffinici più grandi che portano ai prodotti finali attraverso reazioni con iso-butano per formare un nuovo catione tert-butilico per sostenere la reazione a catena. La reazione di alchilazione è altamente esotermica; quindi, il raffreddamento del contenuto del reattore durante l’alchilazione è importante.