Alkylatie

Het alkylatieproces combineert lichte iso-paraffines, meestal isobutaan, met C3-C4 olefinen, om een mengsel van iso-paraffines met een hoger moleculair gewicht te produceren (d.w.z., alkyleren) als een mengcomponent met een hoog octaangetal voor de benzinepool. Isobutaan en C3-C4-olefinen worden geproduceerd als bijproducten van FCC en andere katalytische en thermische omzettingsprocessen in een raffinaderij. Het alkyleringsproces werd in de jaren 1930 en 1940 ontwikkeld om aanvankelijk vliegtuigbenzine met een hoog octaangetal te produceren, maar later werd het belangrijk voor de productie van motorbenzine omdat de vonkontstekingsmotoren krachtiger zijn geworden met hogere compressieverhoudingen die brandstof met een hoger octaangetal vereisen. Met de recente beperkingen op benzeen en het totale gehalte aan aromatische koolwaterstoffen in benzine door milieuvoorschriften, heeft alkylering aan populariteit gewonnen als octaangetalverbeteraar ten opzichte van katalytische reforming. Alkylaat bevat geen olefinische of aromatische koolwaterstoffen.

Alkylaatreacties worden gekatalyseerd door sterke zuren (d.w.z. zwavelzuur en fluorwaterstofzuur ) om selectiever plaats te vinden bij lage temperaturen van 70°F voor H2SO4 en 100°F voor HF. Door een zorgvuldige keuze van de bedrijfsomstandigheden kan een groot deel van de producten in het kooktraject van benzine vallen met motoroctaangetallen (MON’s) van 88-94 en RON’s van 94-99 . In de eerste commerciële eenheden werd H2SO4 gebruikt, maar recenter is HF alkylering meer algemeen toegepast in aardolieraffinaderijen. HF kan gemakkelijker worden geregenereerd dan H2SO4 in het alkyleringsproces, en HF-alkylering is minder gevoelig voor temperatuurschommelingen dan H2SO4-alkylering. In beide processen is het volume van het gebruikte zuur ongeveer gelijk aan het volume van de toegevoerde vloeibare koolwaterstof. Belangrijke variabelen zijn de zuursterkte, de reactietemperatuur, de verhouding isobutaan/olefine en de olefine-ruimtesnelheid. De reacties worden uitgevoerd bij voldoende hoge druk om de koolwaterstoffen en het zuur in de vloeistoffase te houden. Goede menging van zuur met koolwaterstoffen is essentieel voor hoge omzettingen.

Enkele voorbeelden van gewenste alkyleringsreacties (combinatie van iso-paraffines met olefinen) zijn gegeven in figuur 8.6. Deze vinden plaats door ionische kettingreacties (figuur 8.7) die worden geïnitieerd door donatie van een proton van de zure katalysator aan een olefine om een carbokation te produceren dat reageert met isobutaan om een tert-butylkation te vormen. De daaropvolgende voortplantingsreacties omvatten de reacties van een tert-butylkation met olefinen om grotere iso-paraffinekationen te vormen die leiden tot eindproducten door reacties met isobutaan om een nieuw tert-butylkation te vormen dat de kettingreactie in stand houdt . De alkyleringsreactie is zeer exotherm; daarom is koeling van de reactorinhoud tijdens de alkylering belangrijk.