Алканы — это насыщенные углеводороды, в которых все атомы углерода в молекуле заняты простыми связями с атомами водорода. Следовательно, гомологи метанового ряда характеризуются структурной изомеризацией алканов.

Изомерия углеродного скелета

Гомологи, содержащие четыре или более атомов углерода, характеризуются структурной изомерией в изменениях углеродного скелета. Метил-CH2 может быть присоединен к любому атому углерода в цепи с образованием нового вещества. Чем больше атомов углерода в цепи, тем больше изомеров может быть образовано. Теоретическое количество гомологов рассчитывается с помощью математических расчетов.

Реакция изомеризации алкана

Он широко используется для получения редких низших и высших изомеров парафинов (изомеризация алканов).

Алканы с разветвленной цепью C5-C6 имеют высокое октановое число и являются хорошими компонентами автомобильного бензина. Изопентан и изобутан — ценное сырье для синтетического каучука. Изобутан также используется для производства алкилбензолов и высокооктановых эфиров, наиболее распространенным из которых является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Изомеризация алканов (пентана) помогает снизить температуру застывания дизельного и моторного масла.

Процесс изомеризации алканов характеризуется следующими типами реакций:

• Изомеризация парафинов;
• Раскрытие цикла нафтеновых соединений;
• Изомеризация циклоалканов;
• Насыщение бензолом;
• Гидрокрекинг
• Трансалкилирование циклоалканов.

Реакция изомеризации парафинов сбалансирована и протекает без изменения объема, поэтому термодинамическое равновесие зависит только от температуры:
Низкая температура способствует образованию более разветвленных изопарафинов, однако с повышением температуры скорость изомеризации увеличивается.
Помимо реакции изомеризации парафинов, также происходит несколько других важных реакций.

В процессе изомеризации бензина реакция раскрытия кольца ускоряется при повышении температуры. Для типичных условий в реакторе установки изомеризации глубина конверсии, когда циклоалкан раскрывается с образованием парафина, составляет примерно 20-40%.

Циклоалканы-метилциклопентан и циклогексан находятся в равновесии. С повышением температуры равновесие смещается в сторону образования метилциклопентана.

Реакция гидрирования бензола протекает очень быстро при очень низких температурах и выделяет тепло. Тепло, выделяющееся во время реакции, ограничивает содержание бензола в сырье, подаваемом в устройство. Масса бензола в сырье, подаваемом в реактор изомеризации, не должна превышать 1%.

Реакция гидрокрекинга является побочной реакцией. Степень конверсии гидрокрекинга зависит от качества сырья и сложности технологического процесса. Молекулы с большим количеством атомов углерода, такие как C7, более склонны к гидрокрекингу, чем молекулы с меньшим количеством атомов углерода. Парафины C5-C6 также в определенной степени подвергаются гидрокрекингу. Реакция гидрокрекинга дает метан, этан, пропан и бутан.