I catalizzatori nelle reazioni di alchilazione tipicamente utilizzati sono acido solforico, acido fluoridrico, acido fosforico, acidi solidi, liquidi ionici e zeoliti
Le reazioni di alchilazione sono processi in cui un gruppo alchilico si lega a un substrato organico tramite una reazione di addizione o sostituzione.
I gruppi alchilici possono infatti sostituire o addizionarsi a molecole o a specie reattive come carbocationi, carbanioni o radicali. I gruppi alchilici possono legarsi, in genere, a carbonio, azoto o ossigeno.
Il petrolio, e i gas derivati, sono costituiti da una miscela di idrocarburi a diverso numero di atomi di carbonio.
La maggior parte di essi sono idrocarburi saturi a catena lineare che sono scarsamente utilizzati come tali nell’industria chimica o come carburante per le automobili.
Cracking catalitico
Il cracking catalitico è un processo di conversione utilizzato per convertire alcani e alcheni in composti ramificati e a basso peso molecolare utilizzati, ad esempio, nella benzina.
Le frazioni più preziose per l’industria chimica e per la produzione di benzina sono il gas di petrolio liquefatto (GPL), la nafta, il cherosene e il gasolio. Questi sono trattati secondo diversi processi, tra cui il cracking, l’isomerizzazione e il reforming.
Catalizzatori nelle reazioni di alchilazione
Acido solforico
Tra i catalizzatori nelle reazioni di alchilazione vi è l’acido solforico.
Esso è miscelato e alimentato al reattore contenente olefine con 3-4 atomi di carbonio e isobutano. Poiché la reazione è esotermica il reattore è refrigerato per ridurre al minimo la formazione di sottoprodotti. Gli idrocarburi in uscita dal reattore sono costituiti principalmente da alchilato, isobutano non reagito, n-butano e propano
Acido fluoridrico
Un altro catalizzatore nelle reazioni di alchilazione che richiede molto meno acido rispetto all’ acido solforico per ottenere la stessa quantità di prodotti
Nel processo si ottengono una piccola quantità di sottoprodotti organofluorurati che sono continuamente rimossi dal reattore. Tuttavia bisogna tener conto dell’azione corrosiva di HF ed inoltre, per la sua pericolosità, è preferibile che sia ottenuto in sedi vicine.
Acido fosforico
L’acido fosforico solido è tra i catalizzatori nelle reazioni di alchilazione e oligomerizzazione usato sin dai primi anni ’30
Il catalizzatore è tradizionalmente prodotto mediante calcinazione di acido fosforico con farina fossile ad alta temperatura. A causa del suo basso costo, stabilità termica e riciclabilità, questo catalizzatore ha ricevuto una notevole attenzione soprattutto nelle applicazioni dell’industria chimica
Acidi solidi
I catalizzatori acidi solidi potrebbero sostituire gli acidi liquidi ed eliminare molti problemi di sicurezza e ambientali. Tuttavia essi si disattivano rapidamente a causa della deposizione e dell’accumulo di idrocarburi pesanti sulla superficie del catalizzatore. Esempi sono il solfato di zirconio (IV) Zr(SO4)2 e il tungstato di zirconio ZrWO4
Liquidi ionici
La ricerca e lo sviluppo nel campo dei liquidi ionici hanno portato alla scoperta che alcuni di essi sono molto efficaci nell’alchilazione delle olefine.
Gli sforzi successivi nel corso di molti anni hanno consentito di ottenere liquidi ionici ovvero specie che si presentano in forma liquida a temperatura ambiente quali catalizzatori nel processo di alchilazione. Presentano forti proprietà acide, quindi possono essere utilizzati senza utilizzare gli acidi liquidi convenzionali. Tra essi il cloroalluminato AlCl4–
Zeoliti
I recenti progressi nell’industria petrolchimica prevedono l’uso di nuovi processi e un aumento della loro selettività. I catalizzatori contenenti zeoliti influenzano i processi associati alla petrolchimica e alla raffinazione del petrolio.
Essi sono selettivi e presentano cavità interne con una superficie sviluppata e finestre di ingresso di dimensioni specifiche. Possono adsorbire molecole sia nella fase gassosa che liquida e farle passare in base alle dimensioni delle finestre di ingresso. Sono usati per reazioni di isomerizzazione, alchilazione, cracking catalitico, hydrocracking, hydrotreatment e aromatizzazione. Hanno un’attività sufficiente per sintetizzare alchilati di alta qualità e un’elevata selettività e capacità di rigenerazione.