Separación de parafinas lineales, mono- y di-ramificadas por cromatografía empleando zeolitas como fase estacionaria sólida

Abstract

[ES] La mejora de los combustibles de automoción ha contribuido al enorme desarrollo de catalizadores sólidos microporosos, fundamentalmente zeolíticos, ya que son los responsables de realizar el fraccionamiento de hidrocarburos pesados en otros de menor peso molecular. En el caso de la fracción de gasolina, estos hidrocarburos han de ser altamente ramificados para obtener elevado índice de octano. En las refinerías esta operación no se realiza en un único paso, y se requiere de unidades de hidroisomerización, en las que las parafinas de cadena corta son transformadas en otras más ramificadas. Sin embargo, estas corrientes ricas en parafinas lineales contienen cantidades apreciables de hidrocarburos ramificados, que son fácilmente craqueados en gases o productos de menor punto de ebullición. Por tanto, es deseable disponer de tecnologías capaces de separar los hidrocarburos lineales de los ramificados. Esto puede llevarse a cabo mediante la adecuada selección de materiales porosos, tales como zeolitas, capaces de permitir el paso de compuestos lineales, pero no de los ramificados. Además, resulta de gran relevancia encontrar adsorbentes capaces de separar hidrocarburos mono-ramificados de otros con mayor grado de ramificación, puesto que estos últimos poseen mayor índice de octano. Así, el proceso ideal consiste en la separación de los hidrocarburos lineales y mono-ramificados de los multi-ramificados para ser reciclados en la unidad de hidroisomerización. Recientemente, se ha reportado el potencial de la zeolita de poro medio STW de composición puramente silícea (Si-STW) en la separación de parafinas lineales, mono- y di-ramificadas de las fracciones C5-C7, mediante el estudio de isotermas y cinéticas de adsorción de los compuestos puros. Los resultados obtenidos indican que esta zeolita podría ser utilizada como adsorbente selectivo en esta separación mostrando mejores resultados en términos de selectividad cinética y capacidad de adsorción que la zeolita silicalita (Si-MFI), ampliamente estudiada para estos procesos. El objetivo de este trabajo final de master es estudiar el comportamiento de la zeolita Si-STW en la separación de mezclas de estos hidrocarburos y compararlo con la zeolita Si-MFI. Para ello, se utilizará la técnica de cromatografía empleando columnas que contengan la zeolita (STW o MFI) y se inyectarán mezclas de los correspondientes hidrocarburos de las fracciones C5-C7 que se pretende separar.

[EN] The improvement of automotive fuels has contributed to the enormous development of solid microporous catalysts, fundamentally zeolitic materials, since they are responsible for the fractionation of heavy hydrocarbons in others of lower molecular weight. In the case of the gasoline fraction, these hydrocarbons must be highly branched to obtain a high octane index. In refineries this operation is not carried out in a single step, and hydroisomerization units are required, in which short-chain paraffins are transformed into more branched ones. However, these linear paraffin-rich streams contain appreciable amounts of branched hydrocarbons, that are easily cracked in gases or products of lower boiling point. Therefore, it is desirable to have technologies capable of separating linear from branched hydrocarbons. This can be carried out by the proper selection of porous materials, such as zeolites, capable of allowing the passage of linear compounds, but noy branced ones. In addition, it is of great relevance to find adsorbents capable of separating monobranched hydrocarbons from others with a higher degree of branching, since the latter have a higher octane index. Thus, the ideal process consists on the separation of linear and monobranched hydrocarbons from multi-branched hydrocarbons to be recycled in the hydroisomerization unit. Recently, the potential of the pure siliceous composition STW medium pore size zeolite (Si-STW) in the separation of linear paraffins has been reported in the separation of linear, mono- and di-branched paraffins from fractions C6-C7, by studying isotherms and adsorption kinetics of pure compounds. The results obtained indicate that this zeolite could be used as a selective adsorbent in this separation showing better results in terms of kinetic selectivity and adsorption capacity than zeolite silicalite (Si-MFI, ZSM-5), widely studied for these processes. The objective of this final master's project is to study the behavior of the zeolite Si-STW in the separation of mixtures of these hydrocarbons and compare it with the zeolite Si-MFI. To do this, the chromatography technique will be used using columns containing zeolite (STW or MFI) and mixtures of the corresponding hydrocarbons of the C6-C7 fractions to be separated shall be injected.