Proceso de Alquilación con Acido Sulfúrico

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Introducción

El proceso de alquilación con acido sulfúrico (H2SO4) o ácido fluorhídrico líquido (HF) para combustibles es uno de los procesos catalíticos más antiguos usados en refinerías de petróleo. El propósito de la alquilación es mejorar las propiedades de la gasolina usada en motores y aviación (octanaje más alto) con hasta 90% de reducción en emisiones comparado con el uso de combustible convencional.

El problema con HF es que la catálisis forma un aire de polución peligroso cuando es liberado como líquido sobrecalentado lo que no ocurre cuando se usa H2SO4. De esta manera cerca del 90% de las unidades de alquilación construidas desde 1990 han adoptado la tecnología de H2SO4.

El líder en licenciamiento de unidades de alquilación con acido sulfúrico, con una participación del 90% del mercado, es DuPont (Stratco®). Otra compañía es EMRE (Exxon Mobile Research Engineering, antiguamente K.W. Kellogg).

Aplicación

En el proceso, el isobutileno es alquilado con olefinas de bajo peso molecular (propileno, butileno y pentileno) en la presencia de un acido fuerte catalizador para formar la alquilación (mezcla de gasolina Premium de alto octanaje). Esta reacción es llevada a cabo a temperaturas moderadas en dos fases. Las fases se separan espontáneamente de tal manera que la fase ácida es mezclada vigorosamente con la fase de hidrocarburo para formar compuestos isoparafínicos de mayor peso molecular.

Después del reactor, la mezcla entra en un tanque de separación donde el ácido y el hidrocarburo se separan. El ácido es entonces recirculado hacia el reactor.

Instalación

El problema involucrado con el proceso de alquilación con ácido sulfúrico isobutileno es que la concentración de ácido sulfúrico es crítica para el consumo completo del isobutileno. Una concentración con alta variabilidad de isobutileno en la alimentación afecta el contenido de ácido sulfúrico en el proceso.

Es importante determinar la apropiada cantidad de ácido que va a alimentarse al proceso. Esto se consigue combinando una rutina de análisis y titulación por muestreo y el monitoreo continuo del ácido usando refractómetros de proceso K-Patents. Sin esta medida en tiempo real, el operador necesita esperar a confirmar el resultado de la titulación, causando un retraso en la implementación de ajustes que podrían ser necesarios en el flujo de ácido.

El monitoreo continuo a su vez remueve la incertidumbre involucrada entre mediciones de titulación. El refractómetro K-Patents indicará cualquier fluctuación gradual en el flujo de ácido, permitiendo un control preciso del consumo eficiente de ácido generando una reducción en costos. Es también útil en la prevención de arrastres de ácido, una situación no deseada comúnmente conocida como “wild acid”.

Los arrastres de ácido pueden ocurrir cuando la fuerza del ácido se reduce por debajo de 85-87%. Como consecuencia, las reacciones entre olefinas e isobutileno se convierten en reacciones de olefinas solamente, produciendo polímeros conocidos como “lodo ácido, ASO o petróleo rojo”.

Por su principio de operación, los refractómetros de proceso K-Patents no se afectan por petróleo soluble en ácido (ASO). Los refractómetros K-Patents indican la fuerza actual del ácido sin importar la cantidad de hidrocarburos presentes, lo cual es esencial al momento de transferir la emulsión de ácido. También es extremadamente útil en el proceso de medición en tiempo real de la fuerza del ácido en condiciones agitadas.

La concentración inicial del ácido es típicamente 85 – 100% y la temperatura es de 15°C. Los beneficios del uso de refractómetros K-Patents para monitoreo continuo en el sistema incluyen reducciones sustanciales en costos por la reducción en el consumo de ácido, una producción de alquilación más equilibrada sin arrastres de ácido.