Н-парафиндердің изомерленуі

Өнеркәсіпте н-бутанның изомерленуі маңызды орын алады. Бұл реакция 0-100°С аралығындағы температурада және бутан булары идеал газ заңдарына бағынатын қысымда қайтымды; реакцияның тепе-теңдік тұрақтысының температураға тәуелділігі келесі теңдеумен өрнектеледі

RlnK_p= 2318/(273+t) – 4,250.

Мұнда K_p – н-бутанның изомерлену реакциясының тепе-теңдік тұрақтысы.

Төмен температуралар изобутан түзілуіне септігін тигізеді. Негізінде реакция сұйық немесе булы фазада 60-120°С температура мен 2 МПа жуық артық қысымда жүргізіледі. Процессті сұйық фазада жүргізгенде негізгі аппарат араластырғышы бар реактор болып табылады, ал катализатор ретінде SbCl₃-дағы AlCl₃ ерітіндісі қолданылады. Процессті булы фазада жүргізгенде құбырлы реакторлар қолданылады, катализатор – тасымалдағыштағы (Al₂O₃+AlCl₃) платина.

Қазіргі уақытта жеңіл бензиндер мен н-гексан изомерленуі кеңінен қолданылады; алынатын изомерлер жоғарғы октанды бензиндердің компоненттері ретінде қолданылады. Изомерлену төмен температуралы реакция болып табылады: төмен температуралар көп тармақталған изомерлердің түзілуіне әсер етеді. Мұндай көмірсутектердің октан саны біршама жоғары болғандықтан, төмен температуралы режимде изомерлегенде сапасы жақсы бензин алынады.

Н-парафиндердің изомерлену жылдамдығы олардың молекулалық массасы жоғарылағанда бірден өседі. Осылайша, вольфрам сульфиді қатысында 340°С-та изомерлену жылдамдығы құрайды: н-пентан үшін – 1,0; н-гексан үшін – 1,2; н-октан үшін – 4,2. Осыдан, изомерлену процесін талғамды жүргізген дұрыс, яғни бензиннің жеңіл фракциялары үшін – қатал режимде және керісінше.

Алюминий хлориді қатысында изомерлеуді жұмсақ температуралық режимде жүргізеді, бұл –процесстің артықшылығы. Өндірістік процесстің температурасы 90-120°С аралығында. Температураны жоғарылату изомерленуді жылдамдатады, бірақ бір мезгілде крекинг процесінің өтуіне әсер етеді. Мақсатты өнімнің шығымын жоғарылату үшін процессті өзгермеген шикізатты рециркуляциялаумен жүргізеді.

Шет елде «Изомейт» атауына ие болған алғашқы өнекәсіптік изомерлену процесінде катализатор ретінде хлорсутекпен белсендірілген сұйық кешенді қолданған, оның құрамына алюминий хлориді мен көмірсутектер, оның ішінде промоторлаушы олефиндер кірген. Соңғы уақытта дамытылған процессте құрғақ хлорсутекпен белсендірілген сурьманың үш хлоридіндегі алюминий хлориді ерітіндісі катализатор ретінде қолданылады («Бутамер» процесі). Процессті сұйық фазада жүргізу үшін қоғарылатылғын қысым (≈2 МПа) қолданады. Н-пентан мен ауыр көмірсутектерді өңдеуде реакциондық зона арқылы сутектің аздаған мөлшерін циркуляциялау талап етіледі.

Алюминий хлориді қатысында көмірсутектерді изомерлеу реакторы араластырғышы бар аппарат болып табылады, оның ішкі жабыны никльден немесе никельді балқымадан. Шикізаттағы ылғал мөлшері 0,001%-дан аспауы керек.

Реактордағы катализатор мен шикізаттың көлемдік қатынасы 1:1. Көмірсутекті фазаның реакторға келу ұзақтығы 10-15 мин. Катализатордың жоғары белсенділігін қамтамасыз ету үшін оның бір бөлігін шлам түрінде жүйеден периодты жояды және орнын жаңа ерітіндімен толтырады.

Платиналы катализатордағы изомерленудің барлық процесін жүйедегі жоғары қысымда (2-4 МПа) сутекті рециркуляциялап жүргізеді.

Қазіргі уақытта платиналы катализатордағы изомерлену процесінің бірнеше модификациясы бар («Бутамер», «Пенекс», «Пентафайнинг»), олар аппаратурасы және катализаторлық құрамымен ерекшеленеді.

1-суретте изомерлену процесінің кең таралғандарының бір технологиялық схемасы көрсетілген.

1-сурет. С₅-С₆ көмірсутектерінің изомерленуінің технологиялық схемасы:

1,8 – ректификациялық колонналар; 2 – циркуляциялық компрессор; 3 – жылу алмастырғыш; 4 – сепаратор; 5 – құбырлы пеш; 6 – изомерлеу реакторы; 7 – тұрақтандырғыш колонна.

Қондырғы н-пентанды немесе С₅-С₆ көмірсутектерінің фракцияларын изомерлеуге арналған. Бастапқы шикізат пентанды фракциямен араласқаннан кейін 1 колоннада бөлінеді, оның жоғарғы жағынан изопентанды концентрат шығады. 1 колоннаның кубты қалдығын сутекпен араластырады және 3 жылу алмастырғыш арқылы 5 құбырлы пешке жібереді. 370-450°С-қа дейін қыздырылған шикізат 6 изомерлеу реакторына келіп түседі. Процесс 0,7-5,0 МПа қысымда платина катализаторы қатысында өтеді. Реакция өнімдері циркуляциялаушы сутек бөлінетін 4 сепаратордан өтіп, 7 тұрақтандырғыш колоннаға түседі. Осы колоннаның жоғарысынан отындық газ ретінде қолданылатын төмен молекулалы көмірсутектер шығарылады, ал кубты қалдық 8 колоннаға түседі. Онда пентанды және изогександы фракциялардың бөлінуі жүзеге асырылады. Н-пентанды осындай схема бойынша өңдеу арқылы изопентан алынады, ал С₅-С₆ фракцияларын өңдеуде – сәйкесінше бензинге жоғары октанды қоспалар.