Barrera Heinstein. García Rómulo. Rincón Dayanis. Zambrano Melissa. Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Petróleo II ISOMERIZACIÓN Barrera Heinstein. García Rómulo. Rincón Dayanis. Zambrano Melissa.

ISOMERIZACIÓN Proceso químico mediante el cual una molécula es transformada en otra que posee los mismos átomos pero dispuestos de forma distinta. De este modo, se dice que la primera molécula es un isómero de la segunda, y viceversa.

ISÓMEROS ISÓMEROS ESTRUCTURALES (Cadena, posición, función) ESTEROISOMEROS (Isomería Espacial) ISÓMEROS CONFORMACIONALES ENANTOMEROS DIASTEREOMEROS ¿Qué podrá hacer el público después de completar este curso? Describa brevemente para cada objetivo cómo el público obtendrá beneficios de esta presentación.

Figura 1. Isómero Estructural Figura 2. Isómeros conformacionales Figura 3. Enantiomero. Figura 4. Diastereómeros

¿ Por qué la importancia de la isomerización? Debido a la gran demanda de isobutano para alquilación ha hecho que muchas refinerías no puedan obtener en cantidades suficientes y deban proceder a la isomerización del n-butano. En muchas fracciones de refinería y en las mezclas naturales se tiene: Isobutano 19% n-butano 33% Isobutileno 20% n-butileno 28%

CATALIZADORES DE LA ISOMERIZACIÓN Los más activos en las reacciones de isomerización son los catalizadores ácidos. Estos pueden subdividirse en los siguientes grupos según el orden de disminución de su actividad: Haluros Ácidos: AlCl3, AlBr3,BF3,FeCl3,MgCl2, ZnCl2. Ácidos: Clorosulfónico (ClSO3H), Fluorosulfónico (FSO3H), p-toluenosulfónico (C7H7SO3H), Fosfórico, sulfúrico, etc. Óxidos Ácidos: Al2O3, SiO2, Cr2O3, MoO3, ThO2 y sulfuros (MoS2, MoS3 y CoS). Otro tipo de catalizador usado son los obtenidos por combinación de metales de transición o sus óxidos con óxidos ácidos, aumentando bastante su actividad (Ácido-Electrónicos)

Estos isomerizan parafínicos empleando Cl3Al y ClH en fase vapor o líquida Universal Oil Products Co. Standard Oil Co. Indiana Shell Development Co. (Cl3Al en solución en Cl3Sb) PROCESOS A BAJAS TEMPERATURAS: Temperatura (370 a 480) °C y Presiones (20 a 65) atm. UOP Penex. ( Puede Operar a bajas T) UOP Butamer. Isomerate (Pure Oil Company) Pentafining (The Atlantic Refining Co.) PROCESOS A ALTAS TEMPERATURAS:

Proceso UOP Penex. Proceso UOP Bensat. Proceso UOP Butamer.

Carga típica y composición del producto. Proceso UOP Penex Carga típica y composición del producto. Luz de Nafta (LSR): Fracción de pentano y hexano. Las reacciones tienen lugar en presencia de hidrógeno empleando un catalizador que contiene platino. Máxima Isomerización y un cracking mínimo.

Diagrama del Proceso UOP Penex

Proceso UOP Penex

Aplicaciones industriales Mejorar el índice de octano de la nafta Por Fraccionamiento de los metilpentanos Por reciclaje en una unidad Molex.

El efecto de la eliminación de plomo en la porción de gasolina

CATALIZADORES Y QUÍMICA Isomerización de parafinas caen en dos categorías principales Catalizadores de Friedel-Crafts: Cloruro de aluminio, cloruro de hidrógeno y los de hidroisomerización: Con hidrogenación metálico en el catalizador y operado en un ambiente de hidrógeno. Primera generación: Temperaturas bajas. Segunda generación: Hidroisomerización doble funcionales, Temperaturas elevadas. Tercera generación: Temperaturas mas bajas, favorece el equilibrio termodinámico.

Catalizador utilizado en el proceso Penex. Contiene un metal noble y una función ácida. Deshidrogenación de la parafina en el sitio de metal. 2. Convertir un ion carbonio por el sitio ácido fuerte. 3. El ion carbonio en la segunda reacción se somete a isomerización del esqueleto 4. El ion carbonio isoparafínico se convierte entonces en una olefina con la pérdida de un protón 5.El intermedio isoolefina se hidrogena rápidamente de nuevo a la analogía isoparafina.

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO Diagrama de equilibrio para el sistema de pentano Curva de equilibrio hexano

REQUISITOS DE LA MATERIA PRIMA El material de alimentación debe ser tratada con hidrógeno. Se puede alimentar C7 hasta un 15%. Las carga que contiene aproximadamente 5,0 % o incluso mayores cantidades de benceno son permitidos. El C6 derivado de las operaciones de aromaticextraction contiene un pequeño porcentaje de olefinas y es completamente aceptable como alimentación del proceso.

Proceso UOP Bensat BENCENO Enfoques Básicos Para La Reducción De Benceno

PRE- FRACCIONAMIENTO

PROCESO BENSAT

POST FRACCIONAMIENTO

CATALIZADOR REACCION ES EXOTERMICA

VARIABLES DE PROCESO TEMPERATURA PRESION CATALIZADOR

EXPERIENCIA COMERCIAL ALTOS COSTOS.

Proceso UOP Buatmer Los primeros esfuerzos exitosos en la investigación y el desarrollo de sistemas catalíticos para la isomerización de parafinas normales se produjeron en la década de 1930. Una nueva fuente de subministro fue desarrollada , el isobutano producido a partir de este nuevo proceso reunió las características necesarias para cubrir con la necesidad del mercado.

Proceso UOP Butamer La primera unidad de isomerización de butano comercial tuvo funcionamiento a finales de 1941. Las unidades empleadas para la demanda producida por la guerra cumplieron las necesidades de la época. Sin embargo, a pesar de muchas mejoras, las unidades siguieron siendo difíciles y costosas para mantener.

Proceso UOP Butamer La introducción del proceso de UOP en 1949 y la rápida difusión de tal reformado catalítico sobre catalizadores de doble funcionalidad en la década de 1950 sirvió para centrar la atención en el desarrollo de catalizadores similares para isomerización de parafinas. Posteriormente en 1959, estaba puesta y a disposición de la industria un proceso de isomerización UOP de butano, conocido como proceso UOP Butamer.

Descripción del Proceso UOP Butamer El proceso utiliza un catalizador selectivo que promueve la conversión deseada de butano normal (nC4) a isobutano a baja temperatura y, por tanto, en condiciones de equilibrio favorables. La reacción catalítica es altamente selectiva y eficiente. El Rendimiento volumétrico del iC4 producto a base de una alimentación nC4 típicamente se aproxima un poco más de 100 por ciento

Química del proceso: La isomerización por catalizadores de doble funcionalidad se cree que funcionan a través de un intermedio de olefina. La formación de este intermedio es catalizada por el componente metálico, en nuestro caso el platino: Esta reacción es, por supuesto, reversible, y debido a que estos catalizadores se utilizan bajo presión sustancial de hidrógeno, el equilibrio es muy favorable a la izquierda.

Sin embargo, la función ácida (H + A) Del catalizador consume la olefina para formar un ion carbonio y por lo tanto permite que la olefina pase a formar un equilibrio desfavorable: El reordenamiento habitual sobreviene:

La isoolefina se forma entonces por el análogo inverso de la segunda reacción: La isoparafina es finalmente creada por hidrogenación:

Variables del proceso: Temperatura del reactor: la temperatura del reactor es el principal control del proceso para la unidad Butamer. Un aumento considerable en la temperatura aumenta el contenido de iC4, hacia su valor de equilibrio mientras que un aumento ligero produce la formación de propano y componentes más ligeros.

La velocidad espacial horaria del líquido (LHSV): Un aumento en LHSV tiende a disminuir la IC4 en el producto a una temperatura constante, cuando las demás condiciones siguen siendo las mismas. Presión: La presión no tiene ningún efecto sobre el equilibrio y sólo una pequeña influencia sobre la conversión de butano a isobutano.

Relación Hidrógeno- hidrocarburos (H2/HC): La conversión de nC4 a iC4 se incrementa mediante la reducción de la relación H2/HC, sin embargo, el efecto hidrógeno es ligeramente superior al rango de operación normal. El diseño Estándar de UOP (y patentado) requiere una relación de 0,03 H2/HC molar.

CONTAMINANTES DEL PROCESO: El azufre es un veneno temporal que inhibe la actividad del catalizador. El efecto de azufre que entra en el sistema de reacción, es reducir la conversión por pasada de butano normal a isobutano. Otro veneno para el catalizador es el fluoruro, que también se degrada mediante tamices utilizados para el secado

REACTORES ISOMERIZACIÓN: Una característica del proceso Butamer es que la desactivación del catalizador comienza en la entrada del primer reactor y procede lentamente hacia abajo a través del lecho. Para evitar El efecto adverso de tal desactivación se emplea la instalación de dos reactores en serie.

Diagrama de flujo del proceso UOP Butamer:

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