Refinerías de Petróleo: Tipos de Alquilación (Parte II)

Como les mencione en mi post anterior les hable un poco sobre la alquilación y sus diferentes aplicaciones en las refinerías, los tipos de procesos y las variables que pudiesen acelerar las reacciones del proceso o atrasarlas, en esta oportunidad les hablare sobre los tipos de procesos a manera más detallada, para así concluir en cual proceso sería el más ideal para este tipo de reacción.
Para retomar un poco lo que hablamos la vez pasada este proceso de alquilación no es más que una síntesis química por medio de la cual se unen olefinas ligeras (propileno y/o butenos producidos en el proceso FCC) 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).
Este tipo de reacción requiere un catalizador de naturaleza acida fuerte, en ellas son utilizadas ya sea el ácido fluorhídrico o ácido sulfúrico.

Alquilación por ácido fluorhídrico

Existen dos procesos de alquilación usando Ácido Fluorhídrico como catalizador. Estos son propiedad intelectual de Phillips Petroleum Company y UPO (ambas presentan el mismo esquema de flujo básico).


Imagen 2. Diagrama de flujo para el proceso de Alquilación vía HF.

Generalidades

• En el proceso Phillips, la carga de olefina e isobutano se seca y pasa a una unidad combinada de reacción y decantación.
• El hidrocarburo procedente de la zona de decantación (Sedimentador) se carga en el fraccionador principal. El producto de evaporación de la sección superior del fraccionador principal pasa a un despropanizador.
• El propano, que contiene trazas de ácido fluorhídrico (HF), pasa a una torre rectificadora de HF, y después se desfluoracatalíticamente, se trata y se almacena.
• El isobutano se extrae del fraccionador principal y se recicla en el reactor/decantador, y el alquilato se envía a un divisor.

Ventajas

• Son factibles diseños de reactores más pequeños y simples.
• Dispositivos más pequeños para emulsionar la mezcla hidrocarburo-ácido.
• El agua refrigerada puede ser usada en lugar de la refrigeración.
• Esencialmente, ocurre la regeneración completa del catalizador.

Desventajas

• Las Restricciones Ambientales y de seguridad limita el uso de sistemas hidrofluorhídrico en áreas densa mente pobladas (alta toxicidad).
• Su transporte por gas suele ser un problema para sistematizar las corrientes.
• Equipos especiales de acero inoxidable o con revestidores de pared.

Alquilación por ácido sulfúrico

En la alquilación con ácido sulfúrico, se encuentran 2 tipos de reactores más conocidos creados por Exxon y Stratco, se presentan el siguiente esquema general.


Imagen 3. Diagrama de flujo para el proceso de Alquilación vía H₂ SO₄ .

Generalidades

• En las unidades de alquilación de ácido sulfúrico en cascada, penetran en el reactor cargas de propileno, butileno e isobutano fresco, entre otras, y allí entran en contacto con el catalizador de ácido sulfúrico.
• El reactor está dividido en zonas; las olefinas se introducen en cada zona mediante distribuidores, y el ácido sulfúrico y los isobutanos circulan sobre deflectores de una zona a otra.
• El calor de la reacción se elimina por evaporación del isobutano.
• El isobutano gaseoso se extrae de la parte superior del reactor, se enfría y se recicla, enviándose una parte del mismo a la torre despropanizadora.
• El residuo del reactor se decanta y el ácido sulfúrico se extrae del fondo del recipiente y se recicla. Se utilizan lavadores cáusticos o de agua para eliminar pequeñas cantidades de ácido de la corriente de proceso, que a continuación pasa a una torre deisobutanizadora.
• El isobutano obtenido en la sección superior del debutanizador se recicla, y los restantes hidrocarburos se separan en una torre de redestilación y/o se envían a la operación de mezcla.

Ventajas

• El flujo completo de hidrocarburos es neutralizado.
• El secado es beneficioso, pero no es necesario usando ácido sulfúrico como catalizador.
• El proceso es más seguro, no hay tantos gastos para equipos de seguridad, como con el HF.

Desventajas

• Costos en dispositivos para agitación, pues es necesaria para mezcla de los hidrocarburos y el ácido.
• La alquilación toma lugar con más dificultad con ácido sulfúrico
• El consumo de ácido (no regeneración).
• Equipos de refrigeración: mayor riesgo de corrosión en equipos.

Conclusiones

Las evaluaciones del tipo ingeniería tiene mucha relación con las inversiones que se requieran para la generación de nuevos productos ahora bien, para los diseños de las plantas (Refinerías) siempre se recomienda mantener un equilibrio en las zonas de trabajo, de manera que las áreas que sean peligrosas o muy activas, en donde se genere calor o procesos de alto rango sean los más alejados de zonas en donde se encuentre obreros. En los diagramas que tenemos podemos observar que a pesar de que ambas reacciones sean tan propicias para trabajar por sus bajas temperaturas y bajas presiones, sigue siendo los reactores con ácido sulfúrico los más propicios para el trabajo de alquilaciones .

Bibliografía

-Garea A., Refino Petroleoquímico. Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, Universidad de Catabria. 2012
-Oil & Gas Journal 1998. Argentine refinery becomes an unleaded gasoline exporter.
-Refining Metrohm, USA inc. Process Improvement: Alkylation.