異構化

異構化

異構化,是指改變化合物的結構而分子量不變的過程。一般指有機化合物分子中原子或基團的位置的改變而其組成和分子量不發生變化。

基本信息

名詞解釋

40年代以前,異構化過程主要用於生產高辛烷值汽油調合組分。40年代以後,由於對航空汽油的大量需求,由異丁烷烷基化生產高辛烷值汽油調合組分的過程迅速發展,同時廣泛開展了用三氯化鋁作催化劑(見固體酸催化劑)的正丁烷異構化研究,並實現了工業化,擴大了烷基化的原料來源。1960年,美國大西洋煉油公司將異構化過程套用於芳烴的轉換,開發了以氧化鋁或氧化鋁-氧化矽為載體的鉑催化劑的二甲苯異構化工藝過程,隨後日本三菱瓦斯化學公司又開發了用氟化氫-氟化硼作催化劑的液相二甲苯異構化過程。1976年和1978年美國莫比爾化學公司先後開發了使用新型ZSM-5分子篩催化劑的二甲苯氣相和液相異構化過程。

反應類型

異構化異構化
主要有氣相法和液相法兩種。按工業中最有代表性的原料,又分為:
烷烴的異構化,如C4、C5、C6烷烴的異構化:
烯烴的異構化,如1-丁烯的異構化:
芳烴的異構化,如二甲苯、乙苯的異構化:
環烷烴的異構化,如甲基環戊烷的異構化:
環烷烴的異構化是催化重整過程的重要反應之一。
甲酚的異構化。

催化劑

主要有下列幾類:

弗瑞德-克來福特型催化劑,常用的有三氯化鋁-氯化氫、氟化硼-氟化氫等。這類催化劑活性高,所需反應溫度低,用於液相異構化,如正丁烷異構化為異丁烷,二甲苯的異構化等。

②以固體酸為載體的貴金屬催化劑,如鉑-氧化鋁、鉑-分子篩、鈀-氧化鋁等。這類催化劑屬於雙功能催化劑,其中金屬組分起加氫和脫氫作用,固體酸起異構化作用。採用這類催化劑時,反應需在氫存在下進行,故也稱臨氫異構化催化劑,用於氣相異構化。烷烴、烯烴、芳烴、環烷烴的異構化也可採用。尤其是乙苯異構化為二甲苯和環烷烴的異構化只有這類催化劑有效。其優點是結焦少,使用壽命長。

③以固體酸為載體的非貴金屬催化劑,如鎳-分子篩等,一般也需有氫存在,用於氣相異構化,但不能使乙苯異構化成二甲苯。

④ZSM-5分子篩催化劑,主要用於二甲苯的氣相或液相異構化。

過程條件

異構化是可逆反應,反應常常可進行到接近平衡轉化率。由於反應熱效應很小,溫度對平衡組成影響不甚顯著,但低溫操作有利於減少副反應。液相異構化反應溫度一般為90~150°C。氣相異構化反應溫度則為300~500°C。氣相非臨氫異構化可在低壓(約0.3MPa)下進行,氣相臨氫異構化則需較高壓力(2.0~2.5Mpa)下進行。氫烴摩爾比為5~20:1,過量氫氣可循環使用。氣相異構化可採用固定床反應器,液相均相異構化可用塔式反應器,非均相異構化則可用涓流床反應器。

工業套用

在石油煉製工業中正丁烷異構化得到的異丁烷,可作為生產高辛烷值航空汽油摻合劑異辛烷的主要原料。因此,正丁烷異構化裝置常與異丁烷烷基化裝置聯合使用。C5、C6烷烴的異構化生成的支鏈化合物,如異戊烷、異己烷等,可直接作為高辛烷值汽油的摻合劑,異構化過程也可套用於增產所需的目的產物。如C8芳烴的異構混合物在分離出對二甲苯以後,可以通過異構化反應得到具有平衡組成的C8芳烴異構混合物,然後再將對二甲苯分離出。這樣就可最大限度地得到所需的目的產物對二甲苯。又如甲苯丙烯基化生成的甲基異丙苯、氧化後得到的主要是鄰甲基苯酚,可通過異構化而轉化成用途較大(生產合成樹脂)的間甲酚。此外,在碳四餾分分離時也可採用異構化的方法。

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