1.2 Химизм процесса

При изомеризации пентан-гексановой фракции протекают реакции сле-дующих типов:

- гидрирование бензола;

- изомеризация;

- раскрытие нафтеновых колец;

- гидрокрекинг.

Гидрирование бензола. Происходит взаимодействие бензола и водорода с образованием циклогексана.

Гидрирование бензола является экзотермической реакцией (выделяется 16 800 ккал на каждый кмоль потребленного водорода), однако в силу незначительного содержания бензола в сырье выделяемое тепло малозначимо.

Изомеризация. Изомеризация представляет собой превращение или изменение структуры соединения с образованием более разветвленных цепочек, обладающих более высоким октановым числом. Подобные изменения структуры можно изобразить с помощью приведенных ниже формул:

Как показано, приведенные реакции являются обратимыми, и оконча-тельное распределение изомеров зависит от равновесного состава, определяемого техническими условиями работы реактора и кинетикой реакций.

Раскрытие нафтеновых колец. В сырье изомеризации обычно присутствуют три нафтена – циклопентан, метилциклопентан и циклогексан. Кольца этих нафтенов разрушаются во время реакции гидрирования с образованием парафинов. При стандартных условиях в реакторе изомеризации конверсия нафтеновых колец с образованием парафинов проходит примерно на 20-30 %.

Их присутствие в больших количествах в сырье нежелательно, поскольку циклические компоненты абсорбируются на катализаторе, в результате чего ог-раничивается доступ к активным центрам его поверхности, необходимым для протекания реакции изомеризации парафинов. Также они потребляют водород и приводят к выделению большого количества тепла, что нежелательно с точки зрения равновесия изомеризации.

В результате гидрокрекинга парафинов C₇ происходит образование C₃ и C₄.

С₇H₁₆ +H₂ → C₃H₈+C₄H₁₀ .

1.3 Механизм процесса

Существует несколько теорий механизма протекания реакций изомеризации, основанных на типе применяемого катализатора, т.е. в зависимости от того, используется ли бифункциональный катализатор, состоящий из металла и носителя, или же используется катализатор, кислотность которого повышена посредством введения галогена. Вне зависимости от типа используемого катализатора на промежуточном этапе происходит образование карбениевого иона или карбокатиона.

Реакции изомеризации на бифункциональных катализаторах в присутст-вии водорода можно в целом описать, приведя следующую схему реакции:

Металлическая функция катализатора (в данном случае за счет присутст-вия платины) заключается в стимулировании образования олефинов в качестве промежуточного продукта путем дегидрирования парафинов. Затем происходит превращение олефинов в карбениевые ионы в результате присоединения про-тона при адсорбции на кислотной поверхности катализатора.

Затем происходит скелетная перегруппировка:

После перегруппировки происходит десорбция карбениевого иона в виде изо-олефина, который затем подвергается гидрированию под действием метал- лической функции катализатора с образованием изо-парафина:

Бифункциональные катализаторы гидроизомеризации, которые работают при очень низких температурах, характеризуются более сильными кислотными центрами по сравнению с катализаторами, для работы которых требуются бо- лее высокие температуры. В этом случае, согласно данной теории, карбениевый ион образуется в результате прямого отрыва гидридного иона от парафина под действием кислотной функции катализатора.

После скелетной перегруппировки образуется изопентан, и цепь увеличи- вается за счет образования нового кислотного центра.