Aplicación de los líquidos iónicos (emim) (C2H5SO4) y (bmim) (CH3SO4) como disolventes en la extracción líquido-líquido de los hidrocarburos aromáticos de hidrocarburos alifáticos

Resum

En el presente trabajo de investigación se ha estudiado la separación de hidrocarburos aromáticos de sus mezclas con hidrocarburos parafínicos mediante extracción con líquidos iónicos basados en aniones alquisulfatos. Los procesos de separación y purificación de los hidrocarburos aromáticos de las corrientes que los contienen son operaciones de gran relevancia en la industria petroleoquímica. La extracción líquido-líquido con disolventes polares (p. ej. sulfolano) es la operación más ampliamente utilizada para la separación de la fracción aromática del resto de hidrocarburos. Sin embargo, la extracción con este tipo de disolventes no es una opción válida para aquellas corrientes en las que la proporción de aromáticos esté por debajo del 20% en peso, situación que se da sobre todo con la gasolina de pirólisis del craqueo con vapor de naftas ligeras. Por ello, en este trabajo se propone el empleo de líquidos iónicos como disolventes para la extracción de aromáticos por debajo de esas concentraciones. Los líquidos iónicos seleccionados se eligieron en base a sus previsibles capacidades y selectividades, coste y disponibilidad comercial, nula corrosividad y propiedades físicas. Estos compuestos fueron el etilsulfato de 1-etil-3-metilimidazolio ([emim][C2H5SO4]) y el metilsulfato de 1-butil-3-metilimidazolio ([bmim][CH3SO4]). La parte experimental comenzó con la caracterización de dichos líquidos iónicos atendiendo a su densidad, viscosidad y tensión superficial. Además, se determinaron sus puntos de fusión, temperaturas de cristalización o vitrificación así como sus calores específicos y su descomposición por efecto de la temperatura y del tiempo. Todo esto permitió conocer si estos líquidos iónicos pueden trabajar a las temperaturas de extracción y como se ven afectadas sus propiedades en función de las condiciones de operación. La siguiente etapa de la investigación fue la determinación de las solubilidades de los hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno y o-, m- y p-xilenos) y de las parafinas (n-hexano y n-heptano) en los líquidos iónicos [emim][C2H5SO4] y [bmim][CH3SO4]. A la vista de los resultados de la etapa anterior, se procedió al estudio de los sistemas ternarios benceno + hexano + [emim][C2H5SO4] o [bmim][CH3SO4]. Se determinaron los coeficientes de reparto y las selectividades hacia el hidrocarburo aromático a 298, 313 y 328 K. Los datos experimentales del equilibrio líquido-líquido, tanto binarios como ternarios, se correlacionan mediante las ecuaciones NRTL y UNIQUAC, con la ayuda de Aspen Plus 11.1. Finalmente, tras los estudios realizados se concluyó que el [bmim][CH3SO4] presenta coeficientes de reparto mayores que el [emim][C2H5SO4], siendo las selectividades de ambos muy similares. Comparando estos valores experimentales con los obtenidos en la extracción de aromáticos con sulfolano como disolvente se observa que si bien estos líquidos iónicos presentan un coeficiente de reparto inferior muestran una selectividad más elevada. También es de señalar que los líquidos iónicos empleados, al contrario que el sulfolano, son prácticamente insolubles en la fase rica en n-hexano, lo que facilitará su posterior recuperación.