Изомеризация н-парафиновых углеводородов, назначение процесса, характеристика продуктов: механизм процесса; катализаторы (кислоты Льюиса и бифункциональные); влияние технологических факторов на качество продуктов процесса и селективность процесса

Назначение процесса изомеризации — повышение октанового числа нефтяных фракций С₅-С₆ путём превращения парафинов нормального строения в их изомеры, имеющие более высокое октановое число. Высокие детонационная стойкость и испаряемость продуктов изомеризации углеводородов С₅ и С₆ обуславливают их исключительную ценность в качестве низкокипящих высокооктановых компонентов автобензинов. У изомеризатов минимальная разница между октановыми числами по исследовательскому и моторному методам. Целевое назначение процессов каталитической изомеризации — получение высокооктановых изокомпонентов автобензинов (изоалканов) или сырья нефтехимии, прежде всего изопентана для синтеза изопренового каучука.

В настоящее время разработано три типа промышленных процессов изомеризации: высокотемпературная изомеризация (360−440 °С) на алюмоплатиновых фторированных катализаторах; среднетемпературная изомеризация (250−300 °С) на цеолитных катализаторах; низкотемпературная изомеризация на оксиде алюминия, промотированном хлором (120−180 °С) и на сульфатированных оксидах металлов (180−210 °С). Наибольшее распространение получили процессы низкотемпературной и среднетемпературной изомеризации. Для низкотемпературной изомеризации необходимо тщательно осушать сырье и очищать от серы и азота.

Сырьём установок изомеризации могут быть лёгкие прямогонные бензины, бензины-рафинаты (после экстракции аренов), лёгкие бензины гидрокрекинга, непосредственно фракции С₅ — С₆, полученные из газового конденсата или другого сырья. Товарными продуктами являются изопентановая и изогексановая фракции. Кроме того, на установках изомеризации выделяют бутановую и гексановую фракции, а также углеводородный газ.

Процесс легко катализируется кислотами Льюиса — AlCl₃, BF₃, ZnCl₂, температура изомеризации составляла 90−120 °С. Высокий расход катализатора, его коррозионная агрессивность и ряд технологических трудностей привели к вытеснению этого процесса изомеризацией н-парафинов на бифункциональных катализаторах, обладающих гидрирующей-дегидрирующей и кислотной активностью. В современных бифункциональных катализаторах изомеризации н-алканов в качестве металлического компонента используется платина и палладий, а в качестве носителя — фторированный или хлорированный оксид алюминия, а также алюмосиликаты или цеолиты, внесённые в матрицу оксида алюминия.

Температура процесса определяется активностью катализатора — от 100 до 425⁰С. Повышение температуры снижает выход изоалканов и вынуждает увеличивать рециркуляцию. Давление 3,0−3,5 МПа. Повышение давления снижает глубину изомеризации. Для подавления побочных реакций применяют циркуляцию водородсодержащего газа. Механизм реакции — карбоний-ионный. Вначале происходит дегидрирование н-алканов на активном центре катализатора, затем на кислотном активном центре алкен превращается в карбоний-ион, который изомеризуется в третичный ион.