正戊烷异构化催化剂简述

戊烷的用途和分离工艺，现就反应单元进行更细致的归纳。戊烷属于饱和烷烃，结构稳定、反应活性低，是汽油馏分中含碳数最少的组分，随着油品质量要求逐年提升，轻质烷烃异构化改质技术成为研究热点之一（正、异戊烷RON分别为61.7、93.5）。本文就主要异构化催化剂——低温型异构化催化剂、中温型异构化催化剂、固体超强酸催化剂（其演化关系如图1）[1]，以及离子液体催化剂进行介绍，方便读者根据催化反应条件选择合适的工艺流程。

图1 异构化催化剂演化过程

低温型催化剂

工业应用的低温型催化剂通常为贵金属卤化物无定形催化剂, 催化剂的酸性主要由卤素 (F或Cl)提供。与双功能沸石催化剂相比, 这类催化剂较活泼, 可使异构化反应在低温下进行，由于C5/C6烷烃异构化反应属微放热反应, 从热力学角度分析, 低温对生成高辛烷值的异构体更为有利, 与中温催化剂相比, 低温型催化剂在一次通过的操作条件下, 产品辛烷值可提高5个单位左右，下表是该型两种催化剂性能对比数据[2]：

表1 低温异构化催化剂性能对比[2]

中温型催化剂

中温型异构化催化剂多为贵金属负载分子筛型双功能催化剂，通常将活性金属Pt 或Pd 负载在分子筛上制成，使用温度较高，一般为( 210 ～ 280) ℃。与其他分子筛相比，丝光沸石( HM) 具有较强的酸性和较好的选择性，一般工业上大多采用HM 作为催化剂载体[1]，下面是该型两种催化剂性能对比数据[2]：

表2 低温异构化催化剂性能对比[2]

针对中温催化剂的深入研究颇多：根据负载金属类型划分成贵金属和非贵金属进行研究[3,4]，采用不同载体对比[5]和改性组分[6]进行的定性分析甚多，而明确的反应条件和动力学数据（见表3）[7]对于流程搭建和反应器设计有很大帮助。

表3 正戊烷异构化反应动力学数据

固体超强酸催化剂

自60年代末超强酸的催化作用受到广泛关注，但多相催化比均相催化具有许多优越性, 人们对固体超强酸催化剂进行了广泛的研究[8]。其研发经过从最初氧化锆/硫酸根体系在低温时对烷烃异构化能力的发现，到将金属铂负载其上改性后用于工业应用，现在引入其他组分对载体进行复合改性[1]成为热点，不同活性组分的改进研究颇多[9,10]，图2为空速对固体超强酸催化体系的影响。

图2 空速对正戊烷异构化反应的影响

离子液体催化剂

离子液体催化剂具有挥发性低、热稳定性高、酸性位分布均匀等特性。与传统异构化催化剂相比，其异构化反应温度更低，反应过程中不需要氢气，也不会发生结焦失活现象，因此显著降低了成本及能耗[11]。用于正戊烷异构化反应的离子液体多为氯铝离子，其中[BMIM]Cl-AlCl3离子液体在反应温度120℃、剂油质量比1:1时，正戊烷转化率和异构烷烃收率分别为88.1%和74.8%[11]，具体成分如表4所示，并有学者对反应条件和引发剂[12]的影响进行了深入研究。

表4 氯化铝含量对正戊烷异构化产物分布的影响

总结

正戊烷异构化催化剂的特点归纳如下：低温型催化剂具有温度低和活性高的特点，但腐蚀性强，其应用受到限制；中温型异构化催化剂稳定性高，但反应温度高，单程异构转化率低；固体超强酸催化剂活性高，反应温度低，环境友好，具有较好的发展前景[1]；离子液体催化剂具有反应温度低，无结焦，投资少，操作成本低等优点[13]。

【参考文献】

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