Výroba benzinových složek polymerací

Polymerace obecně znamená spojování kratších nenasycených molekul (monomerů) do delších řetězců. Polymerace se používá pro výrobu pohonných hmot, mazacích olejů a hlavně v petrochemii pro výrobu různých polymerů.

Při výrobě pohonných hmot se spojením 2 - 3 molekul plynných C3 - C4 alkenů připravují kapalné izoalkeny. Jedná se tedy o spojování alkenů do nižšího polymeračního stupně, o tzv. oligomeraci. Tyto izoalkeny mají velké oktanové číslo. Jejich nevýhodou je přítomnost dvojných vazeb.

Katalytická polymerace se v současné době používá hlavně tam, kde je přebytek alkenů a nedostatek izobutanu potřebného pro alkylaci. Alkylace je obvykle preferována před polymerací, protože kromě plynných alkenů přeměňuje na benzinovou komponentu i plynný izobutan.

Při výrobě benzinových složek nachází uplatnění polymerace katalyzovaná kyselinou fosforečnou (H3PO4) nanesenou na pevném inertním nosiči. Dimerizací izobutenu vzniká směs izooktenů, ve kterých převažuje 2,4,4 trimetylpent-1-en. Cílem polymerace butenů je vznik dimerů, polymerace propenu se vede tak, aby vznikala směs dimerů a trimerů.

Surovinou pro polymeraci mohou být čisté C3 a C4 alkeny nebo jejich směsi. Polymerace je exotermní reakcí, proto se provádí při co nejnižší teplotě. Vzhledem k tomu, že dochází ke zmenšování počtu molů, je výhodné provádět polymeraci při velkých tlacích. V praxi se reakce provádí při teplotě 150 - 200 °C a tlaku 4 - 8 MPa, dosahuje se 90 - 95 % konverze na žádané produkty.

Protože sirné sloučeniny působí při polymeraci jako katalytický jed, musí být z alkenické suroviny odstraněny. Sulfan se odstraňuje extrakcí pomocí aminů a poté se extrakcí louhem odstraňují merkaptany. Stržený louh a aminy se vyperou vodou a pak se alkeny pomocí molekulového síta nebo silikagelu zbaví vody. Do takto připravené suroviny se přidá cca 400 mg/kg vody, která slouží k ionizaci kyseliny na katalyzátoru (čistění suroviny není na obrázku uvedeno).

Po smíchání s recyklem alkanů (propan, případně i butan) se surovina vede do reaktoru, ve kterém prochází několika vrstvami katalyzátorového lože. Polymerace je silně exotermní reakcí, proto se musí reakční produkty po průchodu každé vrstvy katalyzátoru ochladit. Chlazení se provádí buď zaváděním chladného alkanu do reakčních produktů nebo se reakční produkty ochlazují ve výměníku vodou a odebrané teplo se využívá na výrobu páry. Propan a případně i butan se do suroviny přidávají jako zřeďovadla, která umožňují řídit reakční rychlost a pomáhají udržet reakční teplotu v požadovaném rozmezí. Reakční produkty vystupující spodem reaktoru jsou vedeny přes výměník tepla, ve kterém jsou ochlazeny vstupující surovinou, do depropanizéru a debutanizéru, ve kterých se zbaví propanu a butanu. Část propanu a případně i butanu se vede zpět k ředění suroviny. Získaný polymerát má velké oktanové číslo, výzkumnou metodou cca 97 a motorovou metodou cca 83.

Schéma polymerace alkenů katalyzované kyselinou fosforečnou
(1 - reaktor, 2 - depropanizér, 3 - debutanizér, 4 - chladič)