PRELIMINAR CONCEPT OF A REACTION SYSTEM FOR ALKYLATION OF ISOBUTANE ON A SOLID CATALYST

Abstract

espanolRESUMEN En las refinerias de petroleo, la alquilacion de isobutano con olefinas ligeras, principalmente butilenos, es usada para la produccion de alquilato, un componente de alto octanaje usado en la preparacion de gasolinas extras. La produccion de alquilato se basa principalmente en procesos donde el catalizador es un acido liquido fuerte, como el acido fluorhidrico o el acido sulfurico, los cuales pueden tener impactos potenciales en la seguridad del proceso y el medio ambiente. Por lo tanto, un catalizador solido seria ideal para evitarei uso de acidos liquidos altamente toxicos y corrosivos, y para facilitar adicionalmente las etapas de separacion, dado que se evita la formacion de emulsiones fuertes hidrocarburo-acido. Con base en una revision del estado del arte, simulaciones y la aplicacion de una metodologia estructurada de seleccion de sistemas de reaccion, en este trabajo se diseno un concepto de un sistema de reaccion para la alquilacion de isobutano usando un catalizador solido. El sistema de reaccion propuesto considera la combinacion de un catalizador estructurado en una configuracion pseudo-CSTR en etapas, simplificando el proceso al tiempo que se mantiene la selectividad a alquilato y el octanaje del producto en comparacion con los procesos de alquilacion convencionales. De acuerdo con la literatura consultada se encontro que la zeolita β es la mejor alternativa como fase activa para un catalizador solido que pueda remplazar a los acidos liquidos. portuguesRESUMO Nas refinarias de petroleo, a alquilacao de isobutano com oleofinas leves, principalmente butilenos, e usada para a producao de alquilato, um componente de alta octanagem utilizado no preparo de gasolinas premium. A producao de alquilato esta baseada principalmente em processos onde o catalizador e um acido liquido forte, como o acido fluoridrico ou o acido sulfurico, os quais podem causar impactos potenciais na seguranca do processo e do meio ambiente. Portanto, um catalizador solido seria ideal para evitar o uso de acidos liquidos altamente toxicos e corrosivos, alem de facilitar as etapas de separacao, evitando a formacao de emulsoes fortes hidrocarboneto-acido. Com base na revisao do estado da arte e simulacoes e atraves da aplicacao de uma metodologia estruturada de selecao de sistemas de reacao, neste trabalho foi desenhado um conceito de um sistema de reacao para a alquilacao de isobutano usando um catalizador solido. O sistema de reacao proposto considera a combinacao de um catalizador estruturado em uma configuracao pseudo-CSTR por etapas, simplificando o processo enquanto se mantem a seletividade ao alquilato e a octanagem do produto quando comparado com os processos de alquilacao convencionais. Segundo a literatura consultada, verificou-se que a zeolita β e a melhor alternativa como fase ativa para um catalizador solido que possa substituir os acidos liquidos. EnglishABSTRACT In oil refineries alkylation of isobutane with olefins, especially buthylenes, is carried out to produce alkylate, a high-octane component used in the preparation of premium gasolines. Alkylate production is mainly based on processes where the catalyst is a strong liquid acid, such as hydrofluoric or sulfuric acid, which might have potential impacts on process safety and environment. Therefore, a solid catalyst would be ideal to avoid the use of highly toxic and corrosive liquid acids, as well as to facilitate the separation steps, since the formation of strong hydrocarbon-acid emulsions is avoided. Based on the state-of-the-art, simulations, and the application of a structured methodology for selecting reaction systems, in this study, a reaction system concept for alkylation of isobutane using a solid catalyst has been designed. The proposed reaction set up considers a combination of a structured catalyst in a staged CSTR-like configuration which simplifies the process, while maintaining selectivity to alkylate and product octane when compared to conventional alkylation processes. According to the literature consulted, zeolite β was found as the best alternative for an active phase catalyst that can replace liquid acids.