Bibliographie & annexes
Présentation
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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Schéma réactionnel de l'alkylation1. Réaction principale, catalyseurs et réactifs
1.1 Réaction principale
La réaction la plus typique de l'alkylation est l'addition de l'isobutane sur les butènes pour donner l'isooctane :
C'est une réaction exothermique, qui s'effectue à basse température (10 à 40 oC) en présence de catalyseurs acides.
Diverses hypothèses ont été émises pour expliquer la formation des produits. Toutes ces hypothèses sont basées sur des réactions s'effectuant par l'intermédiaire d'ions carbonium.
HAUT DE PAGE1.2 Catalyseurs
1.2.1 Catalyseurs conventionnels
L'alkylation s'effectue en présence de catalyseurs acides susceptibles de protoner les oléfines et de favoriser les transferts d'hydrure à basse température. Les catalyseurs utilisés industriellement sont l'acide sulfurique à 98 % en masse et l'acide fluorhydrique anhydre.
Les principales caractéristiques des acides H2SO 4 et HF sont données dans le tableau 1.
Ce tableau met en évidence des différences importantes de propriétés physico-chimiques qui ont un impact direct sur les technologies retenues pour les réacteurs industriels, en particulier :
-
la solubilité de l'isobutane et des produits de la réaction dans les acides est très faible ; il y a donc deux phases distinctes au sein du réacteur et un apport d'énergie est nécessaire pour créer une interface suffisante entre ces deux phases (formation d'une émulsion), pour que la réaction d'alkylation se déroule à une vitesse suffisante ;
-
la viscosité de l'acide H2SO4 est nettement plus élevée que celle de l'acide HF, cela se traduit par des choix technologiques différents pour créer l'émulsion ;
-
la température de fusion de H2SO4 est relativement élevée (voisine de 10 oC...
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Réaction principale, catalyseurs et réactifs
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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