Isomérisation des paraffines de C4 à C7 sur catalyseurs zéolithiques. Revue bibliographique Isomerization of C4 to C7 Paraffins on Zeolitic Catalysts (Bibliographic Review)

Abstract

L'isomérisation des alcanes connaît un nouvel intérêt, depuis que la législation a prévu, par souci de protection de l'environnement, la suppression des alkyls de plomb dans les essences à l'horizon 1992. Cette réaction catalytique permet, en partant de n-paraffines de faible indice d'octane, issues du réformage catalytique ou de la distillation directe, d'obtenir des iso-paraffines présentant un indice d'octane beaucoup plus élevé. Elle est thermodynamiquement favorisée à basse température et nécessite par conséquent l'utilisation de catalyseurs développant une acidité importante. Deux types de catalyseurs sont actuellement utilisés industriellement : les catalyseurs à base de Pt sur lumine chlorée et les catalyseurs zéolithiques à base de Pt sur mordinite. Ces derniers sont considérés comme étant la nouvelle génération de catalyseurs. Ils présentent l'avantage d'être faciles à mettre en oeuvre et d'être beaucoup moins sensibles à la présence de poisons tels que soufre et eau dans la charge. Cependant ils conduisent à un gain d'octane considérablement plus faible que celui obtenu avec les catalyseurs Pt sur alumine chlorée. Cette étude bibliographique fait le point sur les différents mécanismes invoqués suivant le type de catalyseurs, les données cinétiques obtenues dans la littérature, et les différents procédés mis en oeuvre. Elle permet en particulier de mettre en évidence les contributions respectives des fonctions acides et métalliques pour l'isomérisation des alcanes de C4 à C7. En effet, il apparaît que suivant le type de catalyseurs utilisés, le mécanisme de la traction peut être bifonctionnel ou monofonctionnel acide. Dans certains cas, il pourrait même y avoir superposition des 2 mécanismes. L'étude de la longueur de la chaîne carbonée sur la réaction d'isomérisation ainsi que l'influence de la présence de composés cycliques, aromatiques ou non, ont également été envisagées. Il apparaît que la réactivité des alcanes augmente avec le nombre d'atomes de carbone et le degré de ramification de la molécule, et que la présence de composés aromatiques provoque une inhibition de la réaction d'isomérisation. Ce dernier point est très important pour l'industrie. There has been renewed interest in the isomerization of alkanes since legislation, with a view to environmental protection, has undertaken to eliminate lead alkyls from gasoline between now and 1992. Starting from low octane-number n-paraffins issuing from catalytic reforming or straight-run distillation, this catalytic reaction can be used to produce iso-paraffins having a much higher octane number. It is thermodynamically enhanced at low temperature and hence requires the use of catalysts developing high acidity. Two types of catalysts are currently used industrially, i. e. Pt base catalysts on chlorinated alumina and Pt base zeolitic catalysts on mordenite. These latter are considered to be the new generation of catalysts. They have the advantage of being easy to use and of being much less sensitive to the presence of poisons such as sulfur and water in the feedstock. However, they lead to a considerably lower improvement in octane than what is obtained with Pt catalysts on chlorinated alumina. This bibliographic study reviews the different mechanisms used according to the type of catalyst, the kinetic data obtained from the literature and the different processes used. In particular, it highlights the respective contributions of the acidic and metallic functions for the isomerization of C4 to C7 alkanes. Indeed, depending on the type of catalyst used, it appears the traction mechanism may be acidic bifunctional or monofunctional. In some cases two mechanisms might even be superposed. The study has also considered the effect of the length of this carbon chain on the isomerization reaction as well as the influence of the presence of ring compounds, whether aromatic or not. It seems that the reactivity of alkanes increases with the number of carbon atoms and with the degree of branching of the molecule, and that the presence of aromatic compounds inhibits the isomerization reaction. This last point is of great industrial importance.