Alquilación

Proceso para la producción de un componente de gasolinas de alto octanaje por síntesis de butilenos con isobutano. El proceso de alquilación es una síntesis química por medio de la cual se une un alcano ramificado al doble enlace de un alqueno, extraído del craking o segunda destilación. Al resultado de la síntesis se le denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafínicos. Su objetivo es producir una fracción cuyas características tanto técnicas (alto octano) como ambientales (bajas presión de vapor y reactividad fotoquímica) la hacen hoy en día, uno de los componentes más importantes de la gasolina reformulada. La alquilación es un proceso catalítico que requiere de un catalizador de naturaleza ácida fuerte, y se utilizan para este propósito ya sea ácido fluorhídrico o ácido sulfúrico

AlquilaciónLa alquilación es un proceso de síntesis química que consiste en la reacción de olefinas ligeras con hidrocarburos saturados dando lugar a hidrocarburos saturados de cadena ramificada con alto índice de octano.

La alquilación es un proceso catalítico que requiere un catalizador de naturaleza ácida fuerte, como el ácido fluorhídrico (HF) o el ácido sulfúrico (H2SO4).

Así, por ejemplo, se forma 2,2,4 - trimetilpentano ("isooctano") a partir de isobuteno e isobutano.

ALQUILACIÓN – La alquilación es la unión de un olefino con un hidrocarburo parafínico para obtener gasolina de alto octanaje. La alquilación se favorece por encima de la polimerizacitón ya que solo una mole de olefino reacciona por cada mole de alquilado producida, de ahí que conserve sus existencias de olefino.

Esta reacción es catalizada por un ácido fluorhídrico o sulfúrico. En la mayoría de los procesos, el olefino reactivo es inyectado al parafínico y los flujos combinados contactados con el ácido. La concentración de parafina se mantiene en grandes cantidades para prevenir la copulomerización del olefino. Esta alquilación, de cualquier forma, está limitada a isobutano con propileno y benceno para formar benceno isopropil, cloruro de alúmina y HCI cataliza el etileno y el benceno en etilbenceno. Una aplicación para un sistema de adsorción sería secar y purificar estos flujos para liberarlos de agua, mercaptan y otras impurezas en los suministros oleofinas y parafinas que incrementarán el consumo de ácido y afectarán la calidad del producto.

REFINACION DE HIDROCARBUROSB - BXAunque existen nuevos procesos de refinación de petróleo utilizados actualmente y nuevas

aplicaciones para los sistemas de adsorción en este mercado, la mayoría caen dentro de los siguientes: REFORMACIÓN CATALÍTICA ALQUILACIÓN ISOMERIZACIÓN CRAQUEADO CATALÍTICOHIDROCRAQUEADPLANTA DE GASO

El proceso de alquilación es una síntesis química por medio de la cual se unen olefinas ligeras (propileno y/o butenos producidos en el proceso FCC antes descrito) con isobutano (proveniente de la fracción de gas LP recuperada en la destilación atmosférica del petróleo y complementada con corrientes equivalentes del procesamiento del gas natural). Al resultado de la síntesis se le denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafínicos cuyos puntos de ebullición se ubican dentro del intervalo de la gasolina.

En sus inicios el proceso tuvo como objetivo obtener un combustible aplicable a aviones de turbohélice, y aumentar el rendimiento de gasolina a partir de las diversas corrientes ligeras producidas en la refinería, pero actualmente su objetivo es producir una fracción cuyas características tanto técnicas (alto octano) como ambientales (bajas presión de vapor y reactividad fotoquímica) la hacen hoy en día, uno de los componentes más importantes de la gasolina reformulada. La alquilación es un proceso catalítico que requiere de un catalizador de naturaleza ácida fuerte, y se utilizan para este propósito ya sea ácido fluorhídrico o ácido sulfúrico.

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El analizador de procesos de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR)

El analizador de procesos de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR)de ABB para la optimización de la unidad de proceso de la refinería dealquilación de ácido fluorhídrico (HF) desarrollado conjuntamente conConocoPhillips, ayuda a las refinerías petrolíferas a explotar sus unidadesde alquilación de forma más eficiente y segura, al mismo tiempo quecontribuye de manera importante a la mitigación de riesgos operativos ymedioambientales.

Una de las respuestas a esta necesidadde gasolina de alto octanaje fue el desarrollode una unidad de conversiónde la refinería: la unidad de alquilaciónde ácido fluorhídrico (HF).La unidad de alquilación de HF (HFU)sigue siendo de importancia clave ennuestros días. Desempeña un papelcrítico al proporcionar uno de losprincipales materiales de aportación alproducto final del conjunto de mezclade gasolinas. Su importancia ha crecidoconjuntamente con las cada vezmás numerosas unidades de crackingcatalítico en lecho fluido (FCC) en lasrefinerías. El FCC añade valor a losproductos finales pesados de la destilaciónde crudo al romper catalíticamentelos materiales pesados en productosmás ligeros tales como petróleode ciclo ligero y gasolina FCC,que se pueden utilizar directamenteo después de un hidrotratamiento enoperaciones de mezcla del productofinal. El inconveniente de este procesoes que en las operaciones de FCCtambién se producen olefinas ligeras,especialmente buteno y propeno.Éstas, por sus características intrínsecas,no sirven como materia prima.De modo similar, en cualquier procesode destilación de crudo se tiendea producir un exceso de productosfinales ligeros, como el butano, queson de uso limitado. El n-butano sepuede convertir fácilmente en isobutano

isobutano,y en esta forma se une a las olefinasc3 ó c4 de FCC (buteno o propeno)como materias primas combinadas

para la unidad de alquilación de HF.La unidad de alquilación de HF cumplela importante función de convertir estossubproductos en alquilato de alto valor,que se utiliza como componente demezcla de la gasolina. Esta operación,valiosísima desde el punto de vista económico,de eliminar las olefinas c4 delFCC y los isoalcanos c4 de la unidad dedestilación de crudo de petróleo y convertirlos,mediante el proceso catalíticode alquilación del HF (una reacciónFriedel-Crafts modificada) en isooctanos,sigue siendo de enorme importanciaen el refino de petróleo.Los isooctanos (alquilatos) son el componentemás valioso de los que intervienenen la mezcla de la gasolina enel contexto actual de combustibles limpiosy preocupación por el medio ambiente.Tienen altos RON y MON (octanajemedido en laboratorio y octanajeprobado en un motor estático, respectivamente),bajo contenido de azufre,baja presión de vapor Reid (RVP) y uncontenido de aromáticos prácticamentenulo. Son los componentes perfectosde las gasolinas.En los últimos quince años, los requisitosde formulación de las gasolinas,estipulados por los organismos medioambientalesde las administraciones decasi todo el mundo (pero lideradas porla Unión Europea y los Estados Unidos),se han hecho considerablementemás severos. La exigencia de menorcontenido de azufre, de benceno, dearomáticos, menor RVP y menor índicede manejabilidad (una combinación depropiedades de destilación del combustible),limita seriamente las opciones delas compañías de refino en sus operacionesde mezcla del producto final, lagasolina.Los dos cambios más recientes y queprobablemente hayan tenido un mayorimpacto en el conjunto de las gasolinashan sido la eliminación del MTBE(metil terciario-butil éter) a causa desu efecto contaminador de las aguas

subterráneas, y la adición de bioetanolpor sus propiedades neutras en carbono.El MTBE es un componente dealto octanaje de mezcla de gasolina conuna menor presión de vapor. Aunqueel etanol es también de alto octanaje,realiza una aportación sustancial a laRVP, que esencialmente evita que elbutano puro se utilice en gran cantidaden la misma combinación de mezcla.Así pues, el alquilato producido por laHFU es de excepcional valor para lasrefinerías en su intento por cumplir conlas limitaciones medioambientales yotras medidas legales en sus operaciones.1Aspectos operativos de la alquilaciónde HFAsí pues, las refinerías que explotanunidades de alquilación de HF están

sometidas a una presión creciente paramaximizar su producción, mejorar lacalidad del producto y su rentabilidad,funcionando de forma segura y conun bajo impacto medioambiental. Unalegislación cada vez más estricta sobrela calidad de las gasolinas y una crecientevigilancia pública y reglamentariasobre el uso del ácido fluorhídricose combinan para que el funcionamientofiable y eficiente de las HFU sea deimportancia crítica para la reputacióngeneral y la rentabilidad de las refineríasde petróleo.El funcionamiento eficiente de unaHFU es una tarea difícil, sometida alrégimen de explotación más duro. Estose debe a diversas limitaciones y cuestionesoperativas específicas del sectorque exigen el máximo esfuerzo a lacapacidad de proceso de la planta.Aspectos operativosLas HFU deben ser capaces de tratarmaterias primas cuyos niveles decontaminación, composición dehidro carburos y volumen varíanconstantemente debido a aspectoscomplejos del funcionamiento enetapas previas del proceso.

Los operadores se enfrentan al difícilreto de minimizar el reciclado de iC4y los costes de la instalación asociados,mientras producen alquilato dela calidad deseada con un consumomínimo de ácido.Las unidades se deben explotar demanera segura, a pesar del riesgosiempre presente de escape de ácido,corrosión acelerada de los equiposy la consiguiente emisión de HF.Las exigencias que pesan sobre las unidadesde alquilación de HF son mayoresdebido a las constantes tendenciasen la industria petrolífera.Tendencias de la industriaLa continua expansión de unidadesde FCC y la introducción de nuevoscatalizadores de cracking para satisfacerla creciente demanda de gasolinacontribuyen también a unamayor producción de la materia primade alquilación.La tendencia continua de mayorcracking de residuos y de una mayorcapacidad produce una materia primade alquilación más compleja yproblemática.Hay un creciente interés en el procesadode olefinas C5 como medio dedevolver componentes volátiles alconjunto de gasolinas, al tiempoque aumentan los volúmenes de producto.La cada vez más estricta legislaciónsobre la calidad de gasolina limitaaún más el uso de algunos componentesactuales de mezcla.Cada uno de éstos requiere que la unidadde alquilación de HF sea más flexibleal tratar más materias primas diferentes,al tiempo que mantiene la eficienciade la unidad y la calidad delalquilato. Las características ideales demezcla del alquilato le convierten enun elemento esencial para alcanzar losobjetivos de beneficio de la refineríay para cumplir con la legislación decalidad del combustible.Objetivos operativosOptimización de la calidad del

alquilato: el RON, la RVP y las propiedadesde destilación del productode alquilato de la HFU son fundamentalespara su utilización en lasubsiguiente mezcla de gasolinas.Estos parámetros están influenciadospor la pureza catalítica del HF, y enconcreto por el contenido de agua,que se debe optimizar dentro deuna ventana de operación adecuada.El contenido de agua de la corrientede reciclado del HF puede provocarcontaminación, por lo que se debeidentificar y actuar inmediatamentesobre dicha corriente.Mitigación de la corrosión: la mitigaciónde la corrosión impone unoslímites inferiores muy estrictos en lapureza del ácido HF y unos límitessuperiores también muy severos enel contenido de agua. Manteniendoestos límites dentro de unas ventanasoperativas se amplía el tiempo derespuesta de la HFU, se reducen deforma significativa los costes demantenimiento y se limita el riesgode liberación de HF al medio ambiente.Consumo de ácido HF: la correctaoperación de la HFU depende dehaber separado con éxito los productosde hidrocarburos del ácidocatalítico en el tanque de ácido.Si existe un incremento de subproductode petróleo soluble en ácido(ASO) y se consume ácido HF (reduciendoasí la fuerza del ácido), elproceso puede fallar, con el consiguienteconsumo rápido del ácidorestante, lo que se conoce comofuga de ácido. Un hecho así essumamente costoso, aunque es unriesgo inevitable en la explotaciónde una HFU. Una cuidadosa observaciónde la fuerza del ácido y delporcentaje del subproducto ASOpuede reducir significativamente laprobabilidad de un hecho de estetipo.La asociación ABB-ConocoPhillipsA mediados de los años 90, y reconociendo

la necesidad de mejorar la vigilanciay el control en línea del procesode la HFU, Phillips Petroleum (ahoraConocoPhillips), buscó un socio expertoen instrumentación analítica de procesopara desarrollar conjuntamenteuna solución que mejorara la vigilanciay la optimización de estas complejasunidades de proceso. ABB era un proveedoracreditado de soluciones analíticasde procesos FTIR en línea enmezcla de gasolinas y aplicacionespetroquímicas en etapas posteriores delproceso, y se estableció una productivaasociación entre ABB y ConocoPhillipsCuadro para desarrollar conjuntamenteuna solución analítica.En ese momento la vigilancia de losprincipales parámetros de proceso delas unidades de alquilación de HF noera tarea fácil. Se basaba en un muestreomanual caro, lento y potencialmentepeligroso del catalizador deácido fluorhídrico recirculado para laevaluación en laboratorio de su fuerzay del nivel de contaminantes críticoscomo agua y subproductos de fluorización(conocidos como petróleos solublesen ácido).La determinación de la pureza del ácidoHF es el parámetro clave para elcontrol y optimización de la HFU,siempre que se pueda disponer de ellacon la suficiente prontitud para poderdetectar alteraciones de la unidad,como alteraciones transitorias de lafuerza del ácido y episodios de contaminacióncausados por alteraciones enfases anteriores del proceso en, porejemplo, la operación del FCC.ABB comenzó a trabajar en 1996 con ellaboratorio de I+D de ConocoPhillipsen Bartlesville, Oklahoma, para desarrollarun sistema en línea de análisisdel ácido. Durante dos años se realizaronpruebas y se desarrollaron unidadesa escala reducida de alquilación deHF. Esto incluía un diseño de un siste-

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