Si en el artículo previo se hacía un análisis de la unidad de reformado catalítico en el presente se describen otras tres unidades:
- Unidad de isomerización
- Unidad de alquilación
- Unidad de obtención de éteres
UNIDAD DE ISOMERIZACION
Objetivo
El objetivo de esta unidad es aumentar el índice de octanos de gasolina ligera separada en la unidad de ligeros. Esto se consigue transformando las n-parafinas en isoparafinas, de tal forma que el n-hexano tiene un índice de octanos de 24 mientras que el 2,2-dimetilbutano presenta un índice de 94.
Proceso
Consiste en un proceso catalítico en presencia de catalizadores ácidos (normalmente zeolitas) que favorecen la formación de carbocationes cuyo mecanismo de reacción conduce a isoparafinas. La carga es la nafta ligera separada en el splitter de nafta. La conversión no es muy alta por lo que hay una recirculación de hidrocarburos no transformados. En la siguiente figura se recoge el esquema de esta unidad:
La temperatura de reacción varía entre 120-200ºC. Se empieza a 200ºC en el primer reactor (favoreciendo la cinética) y en los dos reactores posteriores se baja (favoreciendo el equilibrio).
A la salida del tren de reactores se separan las n-parafinas de las isoparafinas en lechos absorbentes. Las isoparafinas se estabilizan en una columna de destilación, retirando los hidrocarburos C1-C4 por cabeza y la nafta isomerizada o isomerato por el fondo.
UNIDAD DE ALQUILACION
Objetivo
El objetivo de la unidad de alquilación es transformar los LPG (gases licuados del petróleo), fracción C3-C4, en otros hidrocarburos cuyo punto de ebullición se encuentre en el intervalo de las gasolinas que presentan elevado índice de octanos (por su naturaleza ramificada). Esto se consigue por reacción de isobutano con olefinas C3-C4 que provienen de otras unidades de la refinería (como es el FCC).
Reacción
El mecanismo de reacción transcurre a través de carbocationes formados por adición de un protón a la olefina o por substracción de un hidruro a la parafina. Las moléculas obtenidas al ser ramificadas presentan un elevado índice de octanos.
Para llevar a cabo este proceso se utilizan catalizadores ácidos y suelen ser generalmente el ácido sulfúrico o el ácido fluorhídrico. En el siguiente esquema simplificado se recoge el funcionamiento de esta unidad con la utilizacion de acido sulfúrico.
Proceso
La fracción de butanos separada en la unidad de ligeros contiene butano e isobutano (pero no olefinas). Esta fracción pasa por un destilador, extrayendo por cabeza isobutano y el butano por un lateral de la columna (el cual se deshidrogena).
En el reactor (agitado) se emulsionan la fase acuosa (acida) y orgánica. Tras un proceso de decantación, la fase acuosa se vuelve a introducir al reactor. La fase orgánica, en cambio, se despresuriza y la fracción C3-C4 (que no ha reaccionado) aparece en forma gaseosa. En la fase liquida se obtiene los hidrocarburos C7-C8 que se han formado en el reactor.
Los gases se llevan a una columna de destilación donde se separa la fracción C3 (ya que el propano es inerte). La fracción C4 se une a la C7-C8 y se lleva a la columna de destilación inicial extrayendo por el fondo el producto deseado, es decir, el alquilato (fracción de isómeros C7-C8 muy ramificados).
En caso de que la proporción de isobutanos no sea suficiente, se debe instalar una unidad de isomerización.
Reactor
La reacción es exotérmica y para mantener la temperatura hay que refrigerar. En el caso del ácido sulfúrico la temperatura debe ser entre 3-10ºC. Esta temperatura se mantiene aprovechando el frío producido en la despresurización de la fase orgánica.
Inconvenientes
- El ácido se gasta y puede generar un gasto importante retirarlo
- El ácido fluorhídrico no genera residuos pero es un producto peligroso (que genera quemaduras internas)
UNIDAD DE OBTENCION DE ETERES
El metiltercbutil éter y el etiltercbutil éter son dos compuestos que tienen unas propiedades muy similares a la gasolina por lo que pueden ser utilizados en mezcla para la formulación final. Estos dos compuestos presentan un elevado índice de octanos. Estos productos se obtienen por síntesis, haciendo reaccionar isobuteno con metanol o etanol.
Reactivos
El isobuteno se encuentra en las siguientes corrientes de refinería (que están por ver):
- En la fracción C3-C4 de la unidad FCC
- En la fracción C4 del craqueo con vapor de naftas
- Producto de las unidades de la deshidrogenación de butanos
El metanol y etanol, en cambio, se obtienen de forma externa. El metanol se puede obtener a partir del gas de síntesis, mezcla de CO más hidrogeno. Este gas puede tener diferentes procedencias (gas natural o reformado de naftas). El etanol suele tener una procedencia agrícola obtenido por fermentación.
Proceso
El funcionamiento de la unidad se recoge en el siguiente esquema:
La reacción catalítica (con una resina cambiadora de iones como catalizador) transcurre por un mecanismo de carbocationes . El reactor es de lecho fijo, utilizándose habitualmente dos reactores en serie con refrigeración. A la salida se separa el éter (por el fondo) de la fracción no reaccionada y del metanol introducido en exceso en una columna de destilación.
El metanol se absorbe por agua y la fracción no reaccionada se separa. El agua se separa del metanol en una columna de destilación: el agua se recircula al absorbedor y el metanol se recircula al principio.
Integración entre las unidades de alquilación y obtención de éteres
Habitualmente en la refinería los gases olefinicos procedentes de la unidad de conversión son utilizados como materia reactiva en un proceso de eterificación donde reacciona el isobuteno presente. El resto de gases, que son inertes en esta unidad, son envidados a la unidad de alquilación (siempre en este orden).
