Химизм процесса изомеризации

Изомеризация – это превращение (перегруппировка) молекулы линейной структуры в другую, более разветвленную структуру. Углеводороды с более разветвленной структурой имеют более высокое октановое число. Этот процесс протекает на платиновом катализаторе в присутствии водорода.

На установке ПГИ-ДИГ/280 процесс изомеризации осуществляется в два этапа:

1. Гидрирование бензола.

2. Изомеризация.

Первая реакция является сильно экзотермичной. Для контроля температуры процесса изомеризации реакция гидрирования бензола осуществляется в отдельном реакторе R-201.

Гидрирование бензола происходит в соответствии с уравнением реакции:

 

+3Н₂→                

 

 

          бензол                       циклогексан

      (113,0 ИОЧ)                  (84,0 ИОЧ)          

 

Реакции протекающие при изомеризации обратимы и окончательное распределение изомеров соответствует равновесному составу смеси, который определяется режимом процесса в реакторе и кинетикой реакции.

Процесс изомеризации осуществляется в двух последовательных реакторах R-202 и
R-203 и характеризуется следующими реакциями:

 

                                                   СН₃

|

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ ⇄ СН₃ – СН – СН₂ – СН₃

 н-пентан                                     изопентан

(61,8 ИОЧ)                                   (93,0 ИОЧ)

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ ⇄ СН₃ – СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ 2-метилпентан

н-гексан                                           |                                 (73,4 ИОЧ)

(24,8 ИОЧ)                                       СН₃

⇅

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ ⇄ СН₃ – СН₂ – СН – СН₂ – СН₃ 3-метилпентан

    |                       (74,5 ИОЧ)

  СН₃

⇅

     СН₃

      |

 СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ ⇄ СН₃ – С – СН₂ – СН₃ 2,2 – диметилбутан

      |                         (91,8 ИОЧ)

     СН₃

⇅

     СН₃

          |

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ ⇄ СН₃ – СН – СН – СН₃    2,3 - диметилбутан

    |                    (104,3 ИОЧ)

  СН₃       

 

В сырье также могут присутствовать нафтены, такие как циклопентан, метилциклопентан, и циклогексан. Нафтеновые кольца разрушаются и гидрируются с образованием парафинов. Эти реакции ускоряются с повышением температуры и их протекание определяется равновесным составом смеси при режиме процесса. Для типичных условий в реакторе изомеризации глубина превращения при размыкании нафтеновых колец составляет около 20 – 30 %.

Нафтены или циклические соединения ингибируют реакции изомеризации и поэтому их присутствие в больших количествах нежелательно. Кроме того, они приводят к более значительному расходу водорода и к выделению тепла, что нежелательно с точки зрения термодинамического равновесия реакции изомеризации. Хотя присутствие этих соединений нежелательно, они, тем не менее, являются неотъемлемой частью пентан-гексановой фракции, и их трудно удалить, не удалив при этом другие, полезные компоненты.

 

 

 

+ Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂– СН₃ 

 

 

циклопентан                              н-пентан

        (101,0 ИОЧ)                            (61,8 ИОЧ)                         

 

 

               СН₃ 

                |

 

                                   

 + Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ 

 

 

метилциклопентан                                                     н-гексан

      (89,3 ИОЧ )                                              (24,8 ИОЧ)                         

 

 

+ Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ 

 

 

циклогексан                                н-гексан

(84,0 ИОЧ)                                (24,8 ИОЧ)

 

Нафтеновые углеводороды метилциклопентан и циклогексан находятся в равновесии. По мере повышения температуры реакция изомеризации нафтенов смещается в сторону образования метилциклопентана.

 

              СН₃

                |     

                   

 

⇄

                                                  

 

метилциклопентан    циклогексан

(89,3 ИОЧ)           (84,0 ИОЧ)

 

При мягком режиме процесса реакция гидрокрекинга углеводородов С₅ – С₆ идет в реакторах изомеризации в незначительной степени. Однако парафины С₇ легко подвергаются гидрокрекингу с образованием компонентов С₃ и С₄. При этом расходуется значительное количество водорода, а продуктами являются газы. Поэтому следует ограничить содержание углеводородов С₇ в сырье изомеризации.

 

                                                                                                                              СН₃

                                                                                                                                |

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ + Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН₃ + СН₃ – СН – СН₃

       н-гептан                                                     пропан                бутан