Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le procédé d'alkylation des oléfines par les paraffines a été développé au début de la seconde guerre mondiale pour produire des carburants aviation à hauts indices d'octane. Les capacités mondiales de production d'alkylats ont fortement augmenté ces dernières années. En effet, les alkylats offrent des avantages appréciables par rapport aux essences issues d'autres procédés : leur indice d'octane élevé qui permet de compenser en partie la disparition du plomb dans l'essence, leur toxicité faible et leur combustion moins polluante. Cet article détaille le schéma réactionnel de l’alkylation, avant de présenter la mise en œuvre industrielle des procédés HF et des procédés H2SO4, pour compléter avec les procédés d’alkylation en présence de catalyseurs hétérogènes.
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Jean-François JOLY : Ingénieur de l'École supérieure de chimie industrielle de Lyon - Ingénieur-docteur de l'Université de Lyon - Chef du Département réactions et modélisation des réacteurs à l'IFP
INTRODUCTION
Le procédé d'alkylation des oléfines par les paraffines a été développé dans les années 1930 et a connu un grand essor au début de la seconde guerre mondiale pour produire des carburants aviation à hauts indices d'octane. Plus récemment, la demande croissante en essence ainsi que la reformulation des carburants (en particulier la diminution des teneurs en soufre et des teneurs en composés aromatiques) s'est accompagnée d'une augmentation des capacités mondiales de production d'alkylats. En effet, ces derniers offrent des avantages appréciables par rapport aux essences issues d'autres procédés : leur indice d'octane élevé permet de compenser en partie la disparition du plomb dans l'essence, leur toxicité est faible et leur combustion donne lieu aux émissions les moins polluantes.
La réaction d'alkylation consiste à faire réagir une molécule d'isobutane avec une molécule d'oléfine légère pour produire une coupe essence constituée de paraffines dont les nombres d'atomes de carbone sont compris entre 5 et 12.
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- Version archivée 1 de juin 1984 par Bernard TORCK
- Version archivée 2 de déc. 1996 par Bernard TORCK
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Environnement et comparaison des procédés4. Procédés d'alkylation en présence de catalyseurs hétérogènes
L'utilisation de catalyseurs hétérogènes est la solution la plus adaptée pour réduire les risques inhérents à l'utilisation de catalyseurs liquides et en particulier HF. L'objectif est de disposer d'une alternative sans risque pour l'environnement, à coût comparable aux procédés HF et H2SO4 .
Les travaux de recherche de catalyseurs et des technologies associées se sont heurtés à plusieurs difficultés majeures :
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le catalyseur doit présenter un niveau d'acidité suffisant pour lui permettre de travailler à basse température (inférieure à 50 oC) de façon à minimiser les réactions de craquage des alkylats produits ainsi que les réactions d'oligomérisation des oléfines. Le rendement de l'alkylation ainsi que la qualité de l'akylat (indice d'octane) se dégradent quand la température de réaction augmente ;
-
les produits de la réaction d'alkylation sont de masse moléculaire supérieure aux réactifs, par conséquent la porosité du catalyseur doit permettre leur bonne diffusion des sites actifs vers le milieu réactionnel, pour éviter les réactions d'alkylation successives conduisant à la formation d'oligomères et par conséquent à une désactivation rapide par obstruction de la porosité ;
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le catalyseur doit pouvoir être régénéré régulièrement sans subir de dégradation de ses caractéristiques ;
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il doit conduire à un rendement en alkylat voisin de 200 % (rendement théorique) pour limiter une surconsommation d'isobutane.
Les catalyseurs ayant fait l'objet d'études peuvent être classés en deux catégories principales : les catalyseurs dont l'acidité est structurelle et ceux dont l'acidité est générée par ajout d'un acide déposé sur un support.
Dans la première catégorie, on peut citer les catalyseurs à base de zéolithes (USY, Hbeta), nafion, alumines chlorées, hétéropolyacides et leurs sels (Cs2,5H0,5PW 12O40), zircone sulfatée...
Dans la seconde catégorie se trouvent les systèmes catalytiques de type HF-SbF5/alumine, BF3/silice, BF3/alumine, acides fluorosulfoniques/silice.
Deux types de technologies de réacteur sont possibles : le lit fixe ou le réacteur slurry.
Le lit fixe possède...
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Procédés d'alkylation en présence de catalyseurs hétérogènes
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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Bibliographie
WEAST (R.C.) - ASTLE (M.J.) - BEYER (W.H.) (eds) - Handbook of Chemistry and Physics. - CRC Press, 67th ed., Boca Raton, FL (1986).
RHODES (A.K.) - * - Oil Gas J., USA, 92-34, p. 52, (1994).
HUTSON (T.J.) - HAYS (G.E.) - Reaction mechanisms for hydrofluoric acid alkylation. - Dans : ALBRIGHT (L.F.), ACS Symposium series, ACS, p. 27 (1977).
HUTSON (T.J.) - LOGAN (R.S.) - Estimate alky yield and quality. - Hydrocarbon Processing, USA, no 9, p. 107 (1975).
INNES (R.A.) - Fluorosulfonic acid promoters in HF alkylation. - Dans : Industrial and laboratory alkylation dans ALBRIGHT (L.F.), ACS Symposium Series ACS, p. 57 (1977).
CHAPUT (G.) - LAURENT (J.E.) - BOITIAUX (J.P.) - COSYNS (J.) - SARRAZIN (P.) - IFP. Pretreat alkylation feed. - Hydrocarbon Processing, USA, p. 51, sept. 1992.
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ALBRIGHT (L.F.) - KRANZ (K.E.) - MASTERS (K.R.) - Alkylation of isobutane with light olefins : yield of alkylates for different olefins. - Ind. Eng. Chem. Res., USA, 32, no 12, p. 2991 (1993).
JEZAK (A.) - C5 alkylate : a superior blending component. - Hydrocarbon...
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