Extracción de hidrocarburos aromáticos de corrientes de refinería con líquidos iónicos como disolventes. Determinación de los coeficientes de difusión, interacciones químicas y toxicidad

Resumen

Los hidrocarburos aromáticos, comúnmente denominados como fracción BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos), son compuestos de gran importancia en la industria química. Se encuentran principalmente en las fracciones ligeras del petróleo, en concreto en las gasolinas de reformado y pirólisis. Su obtención se realiza mediante extracción líquido-líquido, siendo el proceso UOP Sulfolane el de mayor aplicación a nivel industrial. Sin embargo, el uso de disolventes orgánicos presenta una serie de inconvenientes, como son un mayor gasto energético y la necesidad de recuperar el disolvente orgánico de la corriente de refinado. Debido a ello, actualmente se están estudiando los líquidos iónicos como disolventes alternativos. Se caracterizan por ser sales con puntos de fusión inferiores a 373,2 K, tener una volatilidad prácticamente nula, una estabilidad térmica elevada y mayor afinidad por compuestos aromáticos, lo que les confiere un gran atractivo para ser empleados como disolventes en la separación de hidrocarburos aromáticos de alifáticos. De este modo se lograría operar a menores temperaturas, se facilitaría a recuperación de los hidrocarburos aromáticos y la regeneración del disolvente y se eliminarían las pérdidas del disolvente por la corriente de refinado. El principal objetivo de esta tesis es el estudio y la caracterización de diferentes líquidos iónicos para poder ser empleados como disolventes alternativos en la separación de los hidrocarburos aromáticos de los alifáticos mediante el proceso de extracción líquido-líquido. Para ello se ha planteado la realización de cuatro tareas experimentales. En primer lugar se han determinado las propiedades termofísicas y extractivas de dos líquidos iónicos no testados hasta la fecha y se han comparado con aquellas que presenta el sulfolano. El segundo bloque experimental se ha centrado en el estudio de las interacciones químicas entre los hidrocarburos y los líquidos iónicos mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). En tercer lugar se han determinado los coeficientes de difusión a dilución infinita de hidrocarburos en líquidos iónicos. Finalmente, se ha evaluado la toxicidad que presentan los líquidos iónicos en el medio acuático. El primer trabajo experimental se ha realizado para los líquidos iónicos bmimTCM y 4bmpyTCM, resaltando que este último es el primero conocido en superar las propiedades extractivas que presenta actualmente el sulfolano. También se ha obtenido que sucesivas etapas de extracción y regeneración del líquido iónico no afectan ni a sus propiedades físicas ni extractivas. El estudio de las interacciones químicas mediante RMN se ha llevado a cabo con los líquidos iónicos emimSCN, emimDCA, bmimDCA, emimTCM, bmimTCM, 4bmpyTCM, emimTf2N, bmimTf2N, 4empyTf2N y 4bmpyTf2N. Ha permitido determinar que la solubilidad de los hidrocarburos en los líquidos iónicos está condicionada no solo por la fuerza de interacción entre ambas moléculas, sino también por el número de interacciones que se establecen entre ellas. Los líquidos iónicos que muestran una mayor solubilidad de aromáticos son los que están basados en el catión piridinio y en los aniones TCM o Tf2N. En el tercer trabajo experimental se han seleccionado cuatro hidrocarburos alifáticos y cuatro aromáticos para determinar sus coeficientes de difusión a dilución infinita en los líquidos iónicos emimSCN, emimDCA, emimTCM, bmimTCM, 4bmpyTCM y 4empyTf2N. Se ha obtenido que los aromáticos presentan unos coeficientes de difusión mayores en los líquidos iónicos que en el sulfolano, por lo que el empleo de los primeros como disolventes alternativos no ocasionaría ningún impedimento adicional al transporte de materia, y se ha propuesto una correlación para estimarlos ya que no se dispone de ninguna en bibliografía para sistemas con líquidos iónicos. Por último, los ensayos Microtox han revelado que la gran mayoría de los líquidos iónicos estudiados presentan una toxicidad inferior a la del sulfolano.