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当代化工研究 Modern Chemical Research120 工艺与设备 2020 ・ 08 工艺条件对正戊烷异构化反应的影响 *王庆云 银川能源学院 宁夏750100 摘耍正戊烷异构化受催化剂餉影响，如果想要汽油辛烷值需要进行适宜的异构化反应，汽油中餉辛烷值对于保护发动机是有极大的作 用餉，汽油中的辛烷值越高，对发动机餉保护性也就越好.影响正戊烷异构化的因素有反应温度、反应压力、空速、氢油比，在本文中会 对以上影响因素做出讨论，以得到正戊烷异构化的最佳反应条件. 关键词正戊烷；异构化；反应温度值；反应压力值；空速值；氢油比例 中图分类号T 文献标识码A Effect of Process Condit ions on t he Isomerizat ion of N-Pent ane Wa n g Qin gyun Yin c h ua n En er gy In st it ut e, Nin gxia , 750100 Abstracts The isomerization of n-pentane is affected by the catalyst. If the octane number of gasoline needs to be properly isomerized, the octane number ofgasoline has a great effect on protecting the engine. The higher the octane number ofgasoline, the better the protection of the engine. The factors influencing the isomerization of n-pentane are reaction temperature, reaction pressure, space velocity and hydrogen oil ratio. In this paper, the above factors will be discussed to obtain the best reaction conditions of n-pentane isomerization. Key words N-Pentane\ Isomerization reaction temperature valuer reaction pressure valuer airspeed valuer hydrogen oil ratio 引言 正戊烷异构化的加工工艺是一种提高汽油辛烷值的方 法，使用这种工艺加工汽油是为了得到高辛烷值的汽油，高 辛烷值能够保护发动机，减少汽车发动机在降速时的震动， 这是高辛烷值汽油的一大优点，这种高辛烷值汽油相比添加 过催化剂的汽油，质量相差甚远。在当下，提高汽油辛烷值 的手段多样，领域内都在寻找反应的最佳条件，目前国外比 较成熟的催化技术是混合桂异构化，但是我国目前发展比较 慢，所以，能够研究出正戊烷异构化的最佳反应条件，将会 是我国当前的汽油生产情况的重大突破。 1.空速对反应的影响 在反应条件为PH22MPa , H2/n C54. 0, t 200C 时，做 了空速对正戊烷异构化的影响实验，在实验过程中，记录多 组数据，通过数据做出数据表1。 表］空速对正戊烷异构化反映的影响 空速正戊烷转化率异戊烷选择性液收率异戊烷产率 0. 260. 510. 810.910. 50 0. 500. 570. 900.930. 55 1. 000. 660. 920.970. 62 1. 500. 700. 940.960. 63 2. 000. 610. 950.970. 61 3. 000. 500. 930.960. 53 空速是指在某一时间内通过反应气床层中通过的催化剂 的重量，根据实验显示的数据，在表1中可以观察到，通过 控制空速的大小值，异戊烷的收率与正戊烷的转化率趋势是 一种由逐渐增大变为逐渐减小的趋势，当把空速值调高时， 正戊烷转化率就会变低，异戊烷收率同样也会变低，反应的 选择性和液收率，则是一种增大的态势。这反映了正戊烷与 催化剂接触的时间长短与异构化反应结果有非常大的关系。 正因如此，在能够做到保证这其中的转化率、选择性合理的 前提条件下，争取最大可能采用更高的空速，以此来提高汽 油的生产能力。但是如果使异戊烷的收率与正戊烷转化率想 要达到巅峰临界点时，由数据可以看出此时空速为1.5,并 且异戊烷的收率达到了0. 63的最高值，同时正戊烷的转化率 也增加到了0.7这样的巅峰临界值。但是这时的空速值是相 对较低的，正戊烷与添加的催化剂处于一种长时间接触的状 态，从表中可以看出，此时的液收率和异戊烷的选择性呈现 增大的趋势。 2.反应温度的影响 通过空速的实验数据，在测试反应温度对正戊烷异构化 的影响时，PH22MPa , H2/n C54. 0,空速设定成1. 5,在这 个条件下，通过记录实验数据，做出数据表2。 表2反应温度对正戊烷异构化反映的影响 反应温度/P正戊烷转化率异戊烷选择性液收率异戊烷收率 1400.231. 001. 000.23 1800. 560.970. 980.55 1900. 650.950. 960.60 2000. 700.920. 950.65 2100. 720.900. 940.63 2200. 750.850. 930.59 通过利用实验数据，观察反应温度与异构化反应的关 系，总结表中的实验数据，反应温度的提高，使正戊烷的转 化率改变为保持增长的态势，异戊烷的选择性和液收率也是 一种持续减小的情况，而在此期间的异戊烷收率可以看出是 先增后减的趋势。同时可以观察到异戊烷收率处于最大值 时，反映的温度显示为200-C,这反映出在2009的反应温度 条件下，异戊烷收率是最高的，收率为0. 65o在这个环节 中，产生这样结果的原因，是发生平行串联反应导致的，正 戊烷通过转化自身变为异戊烷后，接下来进行裂解反应，过 当代化工研究 Modern Chemical Research2020 ・ 08 工艺与设备 程中出现裂解反应的产物为C1-C4低分子坯，其中正戊烷在 此过程中也发生了直接的裂解反应，在此次的正戊烷异构化 反应中△的结果为负数，这种裂解反应具有可逆性，是一 种微放热反应，反应过程中能够产生高温，适宜的温度可以 帮助正戊烷物质产生高效率的异构化反应。 3.反应压力的影响 在进行反应力对正戊烷异构化影响的实验中，实验条 件为t 200C, H2/n C54. 0,空速仍然为1. 5,再次反应条件 下，通过试验观察正戊烷异构化反应现象，记录实验数据， 实验结果为表3。 表3反应压力对正戊烷异构化反应的影响 反应压力/MPa正戊烷转化率异戊烷选择性液收率异戊烷收率 1. 000. 370.910. 910. 36 1. 500.800.920. 930. 57 2. 000.670.940. 950.64 2. 500.650.950. 960.60 3. 000.600.960. 970. 58 正戊烷异构化反应属于等分子反应的过程。如果只是 考虑析出物与反应物本身是有限制的，利用热力学来分析实 验数据，其中的压力因素对异构化反应不产生影响。单一的 注意实验中的催化反应和副反应是不够的，氢气对于金属中 心上正构烷炷的脱氢和烯坯加炷的速率是非常有影响的，会 对正构桂的反应过程的转化率产生比较大的影响。其副反应 的裂解反应会使反应分子数增加，在反应压力减小的情况 下，裂解反应也会加快。因此，使压力和氢气分压保持在一 定数值是对裂解反应有利的，足够的压力与氢气会使裂解反 应的程度变低，裂解反应程度的降低，能够有效地降低积碳 的生成速度，实验证明异构反应需要在额定的氢压情况下进 行。在表3中能够体现出压力的增加，当异戊烷选择性和液 收率长时间保持在一直增加情况下。但是正戊烷的转化率与 异戊烷的选择性却是先增后减的，观察表中数据当压力处于 2. OMPa的情况下时，正戊烷的转化率和异戊烷的选择性是处 于巅峰值的，分别是67与94,出现这种数据的原因，是因 为压力的提高，对于正戊烷异构化反应会有一个抑制的作 用，从而会使得异戊烷收率和选择性提高。而如果选择高氢 压，氢气压力的增加也会抑制脱氢反应的顺利进行，脱氢反 应在受到控制之后,异构化反应中的烯怪含量会得到减小， 所以表中的数据可以得出正戊烷转化率和异戊烷收率是一种 下降趋势，所以在压力为2MPa时，是适合正戊烷异构化发生 反应的。 4. H2/n C5的影响 同样的条件下，t200C, P2.0MPa ,空速仍然为1.5, 进行正戊烷异构化试验，观察H2/n C5对此过程的影响，整理 实验数据得到表4。 表4 H2/n C5对正戊烷异构化反应的影响 H2/nC5正戊烷转化率异戊烷选择性液收率异戊烷收率 1.250.550.600.730. 33 2.600.730.850.870. 62 4. 000. 700.900. 950.65 5. 300. 650.950. 960.60 6.700. 500.980. 990.50 综合以上四个表格可以看出，正戊烷异构化的影响因 素数值，需要准确的把控，一项环节的忽视，都会使得异构 化的反应过程受到或多或少的影响，在各项影响因素中，每 一条都不能够轻视。在四次的实验中，每组实验数据都是对 正戊烷异构化反应的探索，在目前，国内的相关技术不成熟 的条件下，要加强技术的开发，目前能够了解到固体超强酸 催化剂可以用于正戊烷的异构化反应中，并且催化的效果也 是非常不错的，而且正戊烷在固体超强酸催化剂的催化作用 下，双功能反应机理能够在此过程中充分体现。在多次的试 验中，可以发现正构烯炷在金属中心第一次进行脱氢反应， 正碳离子在脱氢后在酸性中心形成，在正碳离子形成后会进 行进一步的异构化反应，再进一步，在金属中心上会形成一 种异构烷桂，此时如果在其中加入催化剂，异构烷桂与催化 剂发生催化反应，此过程中的反应类属于平行串联反应。正 戊烷转化为异戊烷完成后，会通过裂解反应裂解成C1-C4低 分子炷类，在这个阶段中，异构化是一种具有可逆性的微放 热反应，与其相对的是裂解反应，属于吸热反应。在实验 中，我们能够总结出，有精确的数据支撑是实践的保障，合 理的反应条件对于正戊烷的异构化是非常重要的。 正戊烷异构化的研究，对国家的汽油生产时有着巨大影 响的，能够帮助国家打破国外技术的垄断，异构化反应的过 程中，其中反应温度值、反应压力值、空速等因素，都是异 构化反应进行过程中的敏感因素，需要不断地实验摸索，来 统计出科学的数据，通过数据的分析，来确定出正戊烷异构 化的最佳反应条件，能够保证正戊烷的异构化的正常反应进 行。 正戊烷异构化受影响的敏感因素，需要准确的计算与把 握，在以上的几个实验中，都得到了每个敏感因素的合理数 据，结合各因素的适宜数值，能够使正戊烷的异构化反应达 到最大化，此时的反应条件是最佳的。 5结束语 通过实验研究，固体超强酸催化剂能够在正戊烷异构化 的反应中起到很好的催化作用，其中空速的最佳数值为1. 5, 反应压力的最佳数值为2. OMPa , H2/n C5最佳数值为4. 0。 【参考文献】 [1] 孙媛媛.Pt/HBeta正戊烷异构化催化剂的构效关系及动力 学研究[D].华东理工大学,2017. [2] 李政.正己烷异构化催化剂的研制及性能评价[D].中国石 油大学北京,2017. [3] 王孟艳，韩磊，黄传峰,李慧慧，杨帆.轻质烷怪异构化催化 剂研究进展[J].工业催化，2016, 24 05 19-24. [4] 刘全夫，李盈.工艺条件对正戊烷异构化反应的影响[J].化 工中间体,2014,100116-19. 【作者简介】 王庆云 1999-,男，银川能源学院,；研究方向化学工 程.