Alkilacja

Proces alkilacji łączy lekkie izoparafiny, najczęściej izobutan, z olefinami C3-C4, w celu wytworzenia mieszaniny izoparafin o wyższej masie cząsteczkowej (tj. alkilatu) jako składnika mieszanki o wysokiej liczbie oktanowej dla puli benzyny. Izobutan i olefiny C3-C4 są wytwarzane jako produkty uboczne z FCC i innych procesów konwersji katalitycznej i termicznej w rafinerii. Proces alkilacji został opracowany w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku w celu początkowej produkcji wysokooktanowej benzyny lotniczej, ale później stał się ważny dla produkcji benzyny silnikowej, ponieważ silniki z zapłonem iskrowym stały się mocniejsze i mają wyższe stopnie sprężania, co wymaga paliwa o wyższej liczbie oktanowej. Wraz z ostatnimi ograniczeniami dotyczącymi benzenu i całkowitej zawartości węglowodorów aromatycznych w benzynie, wprowadzonymi przez przepisy dotyczące ochrony środowiska, alkilacja zyskała przewagę nad reformingiem katalitycznym jako metoda zwiększania liczby oktanowej. Alkilat nie zawiera żadnych węglowodorów olefinowych ani aromatycznych.

Reakcje alkilacji są katalizowane przez silne kwasy (tj. kwas siarkowy i kwas fluorowodorowy) i zachodzą bardziej selektywnie w niskich temperaturach 70°F dla H2SO4 i 100°F dla HF. Poprzez staranny dobór warunków pracy, duża część produktów może mieścić się w zakresie wrzenia benzyny o liczbie oktanowej silnika (MON) 88-94 i RON 94-99 . We wczesnych instalacjach komercyjnych stosowano H2SO4, ale ostatnio alkilacja HF jest częściej stosowana w rafineriach ropy naftowej. HF może być łatwiej regenerowany niż H2SO4 w procesie alkilacji, a alkilacja HF jest mniej wrażliwa na wahania temperatury niż alkilacja H2SO4 . W obu procesach, objętość używanego kwasu jest w przybliżeniu równa objętości ciekłego węglowodoru zasilającego. Ważne zmienne operacyjne obejmują moc kwasu, temperaturę reakcji, stosunek izobutan/olefiny oraz prędkość przepływu olefin. Reakcje są prowadzone przy wystarczająco wysokich ciśnieniach, aby utrzymać węglowodory i kwas w fazie ciekłej. Dobre mieszanie kwasu z węglowodorami jest niezbędne do uzyskania wysokich konwersji.

Na rysunku 8.6 podano kilka przykładów pożądanych reakcji alkilowania (łączenia izoparafin z olefinami). Zachodzą one poprzez jonowe reakcje łańcuchowe (rysunek 8.7) zapoczątkowane przez oddanie protonu z katalizatora kwasowego do olefiny w celu wytworzenia karbokationu, który reaguje z izo-butanem tworząc kation tert-butylowy. Kolejne reakcje propagacji obejmują reakcje kationu tert-butylowego z olefinami w celu utworzenia większych kationów izo-parafinowych, które prowadzą do produktów końcowych poprzez reakcje z izo-butanem w celu utworzenia nowego kationu tert-butylowego podtrzymującego reakcję łańcuchową. Reakcja alkilacji jest silnie egzotermiczna, dlatego ważne jest chłodzenie zawartości reaktora podczas alkilacji.