Proceso STRATCO 2refrigerado utilizando como catalizador H2SO4 Aplicación Consiste en una reacción de alquilación que combina isobutanos con olefnas ligeras, en presencia de un ácido uerte, en este caso el ácido sulúrico (H 2SO4!
Producto "l producto resultante será un parafnico de alto octana#e (alquilato, de ba#a presión de $apor % altamente ramifcado!
Descripción del proceso "l proceso cuenta con las siguientes secciones % se describirán a continuación& •
Sección de reacción
'as olefnas % el isobutano se alquilan en presencia del cataliador de ácido sulúrico sulúrico (H2SO4! 'a alimen alimentac tación ión de olefn olefna a se combin combina a con el isobut isobutano ano reciclado reciclado!! 'a corriente corriente donde son mecladas mecladas es enriada enriada apro)imad apro)imadamente amente *+! *+!-C -C!! .ebi .ebido do a que que la solu solubi bili lida dad d del del agua agua se redu reduce ce a temp temper erat atura uras s menores, esta es separada de la alimentación por medio de un coalescedor, e$itando tambi/n la dilución del cataliador de ácido sulúrico! 'a corriente que sale del coalescedor es combinada con la corriente de rerigerado reciclado con el fn de proporcionar más isobutano a la alimentación! "sta corriente será alimentada alimentada al reactor reactor S01 S010CO de contacto contacto el cual, permitirá permitirá optimiar optimiar las propiedades del alquilato % el consumo del ácido! 'a estructura del reactor S01 S010CO de conta contacto cto es un recipi recipient ente e 3orio 3orionta ntall a presi presión, ón, en su interi interior or tendrá tubos de circulación, con una 3a de tubos para eliminar el calor de reacc reacción ión % un impuls impulsor or de mecla mecla!! 'a alime alimenta ntació ción n (3idr (3idroca ocarbu rburo ro % acido acido sulúr sulúrico ico entrar entrara a del lado lado donde donde se encuent encuentra ra el impuls impulsor or orman ormando do una emulsión! emulsión! 0anto la mecla mecla superior superior como la circulaci circulación ón interna interna del reactor S01 S010CO mini minimi mia ará rá la temp temper erat atura ura a un ! ! -C % con con esto esto redu reduci cirá rá la aparición de puntos calientes en la ona de reacción que podr5a aectar en la calidad del aquilato % en el incremento de la corrosión en esta ona! "l reactor nos proporcionara una buena mecla del 3idrocarburo con la emulsión acida para as5 e$itar relaciones no optimas de isobutano6olefna % acido6olefna, que promue$en reacciones de polimeriación! "l sistema cuenta con una corriente de rerigeración que permite controlar el calor de la reacción % la temperatura de reacción! Con esta corriente lo que se logra es tener las corrientes de 3idrocarburo! "l reactor contara con una $ál$ula controladora de presión con el ob#eti$o de pre$enir la $aporiación en la corriente del 3idrocarburo!'a presión de la corr corrie ient nte e de 3idr 3idroc ocar arbu buro ro pro$ pro$en enie ient nte e de la part parte e de arri arriba ba del del 2 decantador de ácido es reducida a !4 7g6cm "l ácido sulúrico presente en la ona de reacción sir$e como cataliador para la reacción de alquilación! debido
a que en la ona de reacción el ácido es diluido como resultado de las reacciones laterales % la alimentación de contaminantes, una cantidad de acido resco es recirculado a la l5nea!
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Sección de rerigeración
"n esta etapa la corriente parcialmente $aporiada del reactor de contacto 8u%e 3asta la trampa de e)pansión súbita, donde el $apor % el l5quido son separados, la corriente de $apor de succión de la trampa de e)pansión súbita posteriormente será comprimida para fnalmente ser condensada en un condensador total! 9na porción de este condensado es purgada % en$iada al despropaniador! "l rerigerante restante pasa atra$es de una $ál$ula de control % es en$iado al economiador, este operara a una presión entre la del condensador % el compresor! "l l5quido del economiador es 8as3eado % en$iado al 8as3 de tambor que está a un lado del tanque de trampa de e)pansión súbita! :ara todas las confguraciones de rerigeración, la purga del circuito de rerigeración se trata para eliminar las impureas antes de 8uir a la despropaniador o salir de la unidad! "stas impureas pueden causar corrosión en el equipo corriente aba#o! 'a impurea principal retirado de la corriente de purga es el dió)ido de aure (SO 2! "l dió)ido de aure se produce a partir de reacciones de o)idación en la sección de reacción % la descomposición de los contaminantes que contienen aure en la unidad se alimentación! 'a purga se pone en contacto con sosa cáustica uerte (* a *2; en peso en un meclador estático en l5nea % se en$5a al tambor de la$ado cáustico! 'a corriente de 3idrocarburos separada del tambor de la$ado cáustico a continuación se mecla con agua de proceso % se en$5a a un recipiente de coalescencia (
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Sección de tratamiento de e8uentes
'a corriente de e8uente neta $a contener, ácidos libres, sulatos de alquilo % sulatos de dialquil ormada por la reacción del ácido sulúrico con las olefnas, estos sulatos de alquilos son más comúnmente llamados esteres % deben ser remo$idos para e$itar ensuciamiento % corrosión! :ara solucionar este problema S010CO dise=o un la$ado electroestático seguido de un la$ado de agua alcalina!
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Sección de raccionamiento
9n tema mu% importante en esta sección es la relación de isobutano6olefna, %a que entre más e)ceso de isobutano 3a%a, la alquilación será me#or! Otro punto es la ba#a presión de $apor re5d (1>: que debe contener el producto fnal, esto se logra con remoción de n?butanos e isopentanos en esta sección, para ello se cuenta con una torre desbutaniadora en el proceso! Cabe mencionar que esta torre solo se considera en el dise=o cuan la especifcación del producto debe ser menor a 2; de n?butano! "n el caso de un sistema donde la alta purea del n?butano no es requerida basta con un desisobutaniador! s5 que con un isoagotador podremos lograr una corriente de reciclado de isobutano, ba#a presión re5d (:>1 % peque=as cantidades de isopentano producto!
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Sección de purga
"n esta sección se utiliaran $ál$ulas de ali$io para liberar posibles $apores que contengan traas de ácidos!
Condiciones de operación 1eactor!? • • • • •
:re?enriador!? *+-C (-< 9n porcenta#e de +; '> en ácido % +; '> en 3idrocarburo! :resión en la $ál$ula de 4!2 7g6cm 2 1elación de isobutano6olefna @&* a *&* 1>: de !2A a !42 7g6cm 2
Datos comerciales 'a tecnolog5a de alquilación S010CO es responsable del B+; de la producción mundial de alquilato % alrededor de @4; de la producción de alquilación de ácido sulúrico! .e los 2@! barriles 6 d5a de capacidad de alquilación a=adido **?2*, alrededor del A* por ciento es la tecnolog5a S010CO!
Alquileno OP! Proceso de alquilación para un motor de com"usti"le Aplicación "s un proceso para la alquilación de olefnas ligeras e isobutanos, utiliando un cataliador H'?* que entre sus principales caracter5sticas es una alta acti$idad de alquilación, alta estabilidad % ácil regeneración
Producto 'a ma%or parte que constitu%e al alquilato son isoalcanos que son trimetilpentanos (0D: altamente ramifcados que tiene $alores altos de octana#e % dimetil?3e)anos que contienen $alores más ba#os de octano!
Descripción del proceso Decanismo de reacción 'as reacciones del proceso se realian $5a mecanismo ion carbonilo % presenta las siguientes etapas& • • •
Eniciación :ropagación 0ranserencia de 3idrogeno
0odas estas reacciones secundarias inclu%en isoalcanos con un número de carbono que no son múltiplos de 4! • • •
:olimeriación Esomeriación Cra7ing
'os productos de las reacciones primarias son ormados $5a simple adición de isobutano a un propileno, buteno % amileno! 'a cla$e de la etapa de reacción es la protonacion de una olefna ligera en la superfcie de un cataliador solido seguido de la alquilación de un carbocation C 4 con$irti/ndolo en un carbonation CA! 'a transerencia de una mol/cula de 3idruro ocasiona ormar un producto parafnico :roceso 'a alimentación a la unidad de lquileno es secada % tratada para mo$er impureas % contaminantes como son diolefnas, o)igenantes, nitrógeno % aure! "stos contaminantes que tambi/n causan alto consumo de ácidos, alta ormación de aceites solubles en acido! Otro dato que debemos tomar en cuenta es que el alquilato ormado por la alquilación de isobutano con 2?buteno es el 2,2,B?0D: que es preerible en comparación con el 2,2?.DH ormado por alquilación de isobutano con *?buteno!
'a olefna % el isobutano son combinados e in%ectados en un 1eactor 1iser de acero al carbón con una continua reacti$ación de cataliador, esto con el fn de tener una constante acti$idad en el cataliador % un menor consumo lo que nos proporcionara una alta calidad en el producto! 'os reacti$os de 3idrocarburos pasaran a lo largo del reactor en ase liquida, donde el tiempo de reacción es mu% corto debido a la comple#idad de las reacciones primarias % para e$itar lo mas posible la aparición de las reacciones secundarias! "l cataliador es regenerado por una simple 3idrogenación del alquilato mas pesado en la ona de la$ado en la reacti$ación del cataliador, se 3ace esto teniendo en cuenta que la calidad del alquilato es mu% ba#a % se utilia mu% poco 3idrogeno! :osteriormente la corriente del reactor es en$iada a la sección de racción los cuales son similares a los 8u#os de procesos de ácido l5quido! qu5 tambi/n se recircula el isobutano no con$ertido al reactor % el demás será alquilato producto! Se deberán considerar aspectos importantes para conseguir un buen alquilato durante el proceso que son& • • • •
lta relación de isobutano6olefna Corto tiempo entre el reactante % el cataliador 1elación de cataliador6olefna 0emperaturas menores
OP! Tecnolog#a de alquilación con H$
Aplicación "s un proceso que ue dise=ado por los laboratorios de 9O: a fnales de *B % principios de *4! "l proceso ue inicialmente dise=ado para la producción de combustibles de a$iación de alto octana#e, pero a mediados de *+ debido a la demanda de motores para automó$iles lo cambian para ello! 'a reacción utilia usualmente olefnas que son meclas de propilenos % butilenos en presencia de un cataliador de ácido 8uor35drico (H<!
Producto Con este proceso se lograra obtener un combustible parafnico de cadenas ramifcadas, con caracter5sticas antidetonantes, alta cantidad de octana#e, combustión limpia, ba#o contenido de aure, con componentes de ba#a presion de $apor reid (1>: que no contendrán componentes aromáticos % olefnicos!
Descripción del proceso Proceso químico "n el proceso de alquilación con H<, el ácido 8uor35drico es el cataliador que promue$e la reacción de isoparafna?olefna! "n este proceso solo las parafnas con cadenas de átomos terciarias como lo son isobutanos e isopentanos reaccionan con las olefnas! "n la práctica solo el isobutano es usado porque el isopentano tiene un número alto de octana#e % una presión de $apor, que tiene permitido meclarse directamente con la gasolina como producto fnal! Sin embargo, con las regulaciones medioambientales 3an reducido la presión de $apor de la gasolina permisible, isopentano está siendo retirado de la gasolina, % el inter/s refnador en la alquilación de este material con olefnas ligeras, en particular propileno, está creciendo! 'as reacciones de alquilación actualmente toman lugar en $arios reactores comple#os! 'a ecuación en la fgura *!4!* ilustra la reacción primaria de productos que espera $arios productos puros!
"n la práctica, el principal producto de una sola olefna constitu%e sólo un porcenta#e de la alquilato debido a la $ariedad de reacciones simultáneas que son posibles en el ambiente de la alquilación! 'as composiciones de los productos producidos en planta piloto en condiciones para ma)imiar octano partir de materias primas puras?olefna se muestran en la 0abla *!4!*!
Descripción del proceso 'a alimentación olefnica tratada % secada se carga #unto con recicla#e de isobutano a la sección del reactor de la planta! 'a alimentación combinada entra en la carcasa de un intercambiador de calor a tra$/s de reactor de $arias boquillas posicionadas para mantener una temperatura uniorme en todo el reactor! "l calor de la reacción es remo$ido por un intercambiador de calor con un $olumen grande de rerigerante que 8u%e atra$es de los tubos teniendo un aumento de las ba#as temperaturas! Si el agua de enriamiento usada, tambi/n se podrá usar en cualquier parte de la unidad! "l e8uente del reactor entra en el decantador, % el ácido decantado se de$uel$e al reactor! 'a ase de 3idrocarburo, que contiene disuelto ácido H<, 8u%e desde el sedimentador, se precalienta % carga al isoagotador! lquilato producto se recupera de la parte inerior de la columna! Cualquier butano normal que pueda 3aber entrado en la unidad se retira como una racción de destilación lateral! Esobutano sin reaccionar tambi/n se recupera como una racción de destilación lateral % se recicla al reactor! 'a sobrecarga isoagotador se compone principalmente de isobutano, propano, % ácido H
el isobutano! 9na porción de las partes ineriores del separador de H< se utilia como material de la$ado! 9na corriente de ondo neto es retira des8uorada % es cargada a la sección de concentración de gas (di$isor de CB?C4 para e$itar una acumulación de gas propano en la unidad de alquilación de H
Datos Adicionales •
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o todas las reacciones secundarias son indeseables, por e#emplo, ellas pueden 3acer posible la ormación de isooctano a partir de propilenos o amilenos! :ara el proceso de alquilación con H<, la combinación para una buena econom5a en la planta, rendimiento de productos % calidad son alcanados con el sistema de operación de reacción a temperatura de agua de rerigeración % un e)ceso de isoparafna, libres de contaminantes en las materias primas % un buen contacto entre el ácido % el 3idrocarburo! :ara minimiar el consumo de ácido % asegurar una buena calidad en el alquilato, la alimentación a la unidad de alquilación debe estar seca % con ba#o contenido de aure! ormalmente un dise=o de una unidad de secado es incluido en el paquete de dise=o! 0ratamiento de la alimentación en una unidad de
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UOP Merox para remo$er el aure de mercaptano puede ser un complemento económico a la unidad de alquilación! 'a unidad de alquilación está construida casi en su totalidad de acero al carbono, aunque algunos metales como el Donel se utilian para pieas mo$ibles % en algunos otros lugares limitados! eutraliante au)iliar % equipo de la$ado está incluido en el dise=o de la planta para asegurar que todo el material que sale de la unidad durante las operaciones normales % de emergencia, son libres de ácido!
Dise%o de ingenier#a •
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"n el dise=o del reactor, los siguientes actores requieren una atención particular& 'a eliminación del calor de reacciónI Feneración de una superfcie ácida& relación de mecla ácido63idrocarburoI Composición ácidaI limentación de olefna! "l control adecuado de estos actores me#ora la calidad % rendimiento del producto alquilato! "l dise=o de ingenier5a inclu%e una sección de neutraliación, cu%o único ob#eti$o es reducir el m5nimo de e8uentes contaminantes o materiales peligrosos que puedan ser liberados a la atmosera! "l sistema de ali$io se compone de una torre de la$ado de gases, tanque de meclado de GOH, bombas de circulación, % un tanque de regeneración de GOH! 0odos los conductos de $entilación de ácido % $ál$ulas de ali$io se canalian a esta sección ali$io pasando los gases a tra$/s del depurador con el fn de neutraliar el H< mediante la solución de GOH! .espu/s de la neutraliación del ácido, los gases pueden ser liberados de orma segura en el sistema de antorc3a de la refner5a! Sin el dise=o de la sección de destilación no se lograr5a la alta purea de producto que se requiere % esto es con la combinación de una torre isoagotadora % una torre despropaniadora!
