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Tesis
Autoría
Fecha
01/01/2011
Resumen
Información suministrada por el agente en
SIGEVA
El término alquilación en química comprende una serie de reacciones que poseen como característica la incorporación de un grupo alquilo, con un determinado número de átomos de carbono, a un agente alquilante que puede ser un alqueno, un alcohol, o un halogenuro de alquilo [1]. Sin embargo, en la industria petroquímica y más precisamente en la refinación de petróleo, la alquilación es un proceso que se realiza ag...
El término alquilación en química comprende una serie de reacciones que poseen como característica la incorporación de un grupo alquilo, con un determinado número de átomos de carbono, a un agente alquilante que puede ser un alqueno, un alcohol, o un halogenuro de alquilo [1]. Sin embargo, en la industria petroquímica y más precisamente en la refinación de petróleo, la alquilación es un proceso que se realiza aguas abajo de la unidad de craqueo catalítico (FCC) [2]. El objetivo es convertir los hidrocarburos de C4 que vienen de la unidad de FCC (butenos lineales, isobuteno, butano e isobutano) en una compleja mezcla de alcanos ramificados, que comúnmente se denomina alquilado, y que es el componente de mayor valor que se agrega al pool de gasolina para su refinación o reformulación. Las características principales de este producto alquilado son su elevado número de octanos (research octane number RON y motor octane number MON) [3], su baja presión de vapor, y que no contiene aromáticos, alquenos ni azufre. Esto lo hace atractivo para mezclar con la gasolina, sobre todo por las regulaciones cada vez más estrictas acerca de los límites en los contenidos de azufre, olefinas, aromáticos y oxígeno. Existen diversos agregados que pueden realizarse a la gasolina para aumentar la calidad de la misma, pero dentro de todos ellos el producto de alquilación resulta ser el más beneficioso. Por ejemplo, el agregado del corte de reformado al pool de gasolina resulta positivo para bajar el contenido de azufre. Sin embargo, la cantidad de reformado a adicionar está limitada ya que el mismo está principalmente formado por compuestos aromáticos, los cuales deben reducirse en el producto final. Otro aditivo para las naftas es el metil-terbutil-eter (MTBE), un compuesto oxigenado de elevado octanaje. Pero se ha prohibido su uso porque se encontró que al filtrar a las napas subterráneas, desde los tanques de almacenamiento, produce la contaminación del agua con olores importante aún en concentraciones muy bajas del orden de ppb. Por otro lado, los alcoholes como el etanol, que podrían reemplazar al éter como fuente de oxígeno, tienen la desventaja de producir un aumento importante en la presión de vapor al mezclarlos con la gasolina. La reacción de alquilación es catalizada por ácidos fuertes, siendo el sulfúrico (H2SO4) y el fluorhídrico (HF) los empleados comercialmente [4]. Pero estos catalizadores tienen una serie de desventajas en lo que respecta a la seguridad y elimpacto ambiental. En el caso del HF, es muy corrosivo y altamente tóxico, y posee un punto de ebullición muy cercano a la temperatura ambiente. El H2SO4 si bien también es corrosivo, no es volátil y su manejo es un poco más seguro. La principal desventaja en el uso de este ácido viene dada por el elevado consumo del mismo, siendo alrededor de un tercio del costo de operación total de la unidad de alquilación [5]. En ambos procesos se tiene como desventajas la corrosión de los equipos, los peligros en el manejo y transporte, y los riesgos medioambientales asociados con el depósito de los catalizadores agotados [6]. Debido a los inconvenientes enunciados para los ácidos líquidos, hace varios años ha surgido el interés por reemplazarlos por catalizadores sólidos ácidos, que sean fáciles de manejar y ambientalmente benignos. Se han estudiado diferentes sólidos como ser zeolitas [7-10], sulfato zirconias superácidas [11,12], y heteropoliácidos [13-15]. Dentro de las zeolitas las más estudiadas fueron la Y [7,10,16-24], la X [25-29], y mordenita [8,24]. Muchos de los catalizadores mencionados mostraron buena actividad y selectividad para la producción de trimetilpentanos (TMP), que son los productos deseados con mayor octanaje. Sin embargo, se tiene el inconveniente de la rápida desactivación de los sólidos, lo que impide hasta el momento su aplicación en tecnologías a escala industrial de manera competitiva con los procesos existentes. En esta tesis se evalúan diferentes tipos de catalizadores para la aplicación en la reacción de alquilación de isobutano con olefinas de C4. Las principales diferencias entre ellos vienen dadas por aspectos físicos, como ser su estructura y el tamaño de los poros, como así también por sus propiedades químicas, principalmente en la acidez de la superficie interna. Por un lado en el Capítulo 3 es estudian zeolitas microporosas, Y, X, y Beta de estructuras porosas tridimensionales, y Mordenita con una red bi-dimensional de poros. Estos materiales además, presentan diferentes relaciones Si/Al. La regulación de la acidez se realiza mediante intercambio iónico con La+3 y/o NH4+. En el Capítulo 4 se presenta el diseño de catalizadores mesoporosos, estudiándose sílices del tipo SBA-15 funcionalizadas con grupos sulfónicos. Se proponen diferentes métodos de preparación para lograr la acidez adecuada y se los ensaya en la reacción de alquilación y en la de esterificación de ácidos grasos. En todos los casos se utilizan diversas técnicas de caracterización, tanto en los materiales frescos como desactivados, que permiten comprender el comportamiento catalítico de cada material.
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Palabras Clave
ISOBUTANOALQUILACIONDESACTIVACIONZEOLITAS