Alkylering

Alkyleringsprocessen kombinerar lätta isoparaffiner, vanligen isobutan, med C3-C4-olefiner för att framställa en blandning av isoparaffiner med högre molekylvikt (dvs. alkylat) som en blandningskomponent med högt oktantal för bensinpoolen. Isobutan och C3-C4-olefiner framställs som biprodukter från FCC och andra katalytiska och termiska omvandlingsprocesser i ett raffinaderi. Alkyleringsprocessen utvecklades på 1930- och 1940-talen för att till en början producera flygbensin med hög oktantal, men senare blev den viktig för att producera motorbensin eftersom gnisttändningsmotorerna har blivit kraftfullare med högre kompressionsförhållanden som kräver bränsle med högre oktantal. I och med de nyligen införda begränsningarna av bensinens innehåll av bensen och totalt aromatiska kolväten genom miljöbestämmelser har alkylering vunnit insteg som en ökning av oktantalet i stället för katalytisk reformering. Alkylat innehåller inga olefiniska eller aromatiska kolväten.

Alkyleringsreaktioner katalyseras av starka syror (dvs. svavelsyra och fluorvätesyra ) för att äga rum mer selektivt vid låga temperaturer på 70°F för H2SO4 och 100°F för HF. Genom ett noggrant val av driftsförhållanden kan en stor andel av produkterna hamna i bensinens kokområde med motoroktantal (MON) 88-94 och RON 94-99 . De första kommersiella enheterna använde H2SO4, men på senare tid har HF-alkylering blivit vanligare i oljeraffinaderier. HF kan lättare regenereras än H2SO4 i alkyleringsprocessen, och HF-alkylering är mindre känslig för temperatursvängningar än H2SO4-alkylering . I båda processerna är volymen syra som används ungefär lika stor som volymen flytande kolväte. Viktiga driftvariabler är syrestyrka, reaktionstemperatur, förhållandet mellan isobutan och olefiner samt olefinernas rymdhastighet. Reaktionerna sker vid tillräckligt höga tryck för att hålla kolvätena och syran i flytande fas. En god blandning av syra och kolväten är avgörande för höga omvandlingar.

Några exempel på önskade alkyleringsreaktioner (kombination av isoparaffiner med olefiner) ges i figur 8.6. Dessa sker genom joniska kedjereaktioner (figur 8.7) som initieras genom donation av en proton från den sura katalysatorn till en olefin för att producera en karbokation som reagerar med isobutan för att bilda en tert-butylkatjon. Efterföljande spridningsreaktioner innebär att en tert-butylkatjon reagerar med olefiner för att bilda större isoparaffinkatjoner som leder till slutprodukter genom reaktioner med isobutan för att bilda en ny tert-butylkatjon som upprätthåller kedjereaktionen . Alkyleringsreaktionen är mycket exotermisk och därför är det viktigt att reaktorinnehållet kyls under alkyleringen.