Isomerization

ISOMERIZACION
La isomerización puede definirse como el rearreglo de la configuración estructural de

una molécula sin cambiar su peso molecular. Aunque cambios estructurales de este tipo
ocurren en otros procesos, como reforma o desintegración catalíticas, en esta parte se
consideran sólo procesos en los que la isomerización es la reacción principal.
Los procesos de isomerización se utilizan en la industria del petróleo para cambiar la
configuración estructural de las parafinas C4 (n-butano) a isobutano a fin de aportar por
medios distintos a los ya mencionados el isobutano necesario para la alquilación de
olefinas en la producción de combustibles para automotores. Las parafinas C5 y C6 se
convierten por isomerización en las estructuras más arborescentes del mismo peso
molecular a fin de mejorar sus índices antidetonantes.
La isomerización también se aplica aunque en mucho menor grado a los hidrocarburos
aromáticos C4. Cualquier aumento significativo en la producción de combustible sin
plomo para automotores incrementará la necesidad de isomerización de fracciones
C5/C6. La isomerización comenzó a utilizarse intensivamente a principios de la década
de 1960, por efecto de la demanda de isobutano para la fabricación del producto
alquilato necesario en la gasolina para aviones. De los componentes de la gasolina
automotriz, el que tiene menor índice de octano sin plomo es la ligera gasolina de
destilación directa, formada por lo general de las parafinas C5 y C6 nativas en el crudo.
El índice de octano de estas fracciones parafínicas nativas puede mejorarse
notablemente por isomerización.
En la tabla se enumeran los índices de octano y puntos de ebullición normales de los

diversos isómeros parafínicos de las fracciones C5 y C6, dispuestos en orden de punto de
ebullición creciente. Una gasolina ligera de destilación directa típica contendría, además
de las parafinas incluidas en la lista, cantidades mínimas de ciclopentano,
metilciclopentano, ciclohexano y benceno, y tendría un índice de octano de
investigación (RON) neto de 68 a 70. La fracción parafínica C5 contendría
aproximadamente 60% de n-pentano. El contenido de n-hexano de la fracción parafínica
C6 sería de alrededor del 48%, y los dimetilbutanos de alto octano representarían sólo el
4% de la fracción parafínica C6 de destilación directa. Así, el contenido de la nparafina,
de muy bajo octano, consiste predominantemente en estas dos fracciones ligeras de
destilación directa.
Con respecto a las fracciones C5 y C6, a las refinerías les interesan los índices de octano
más que la distribución de los isómeros. Para la fracción C5 los índices de octano netos
de investigación correspondientes a las composiciones de equilibrio a 200 °F (93 °C) y
400 °F (204 ºC) son 89 y 84, respectivamente. Así, puede efectuarse un mejoramiento
de 5 o 6 unidades de índice de octano disminuyendo la temperatura 200 °F en esta
región.
Reacciones principal
Las reacciones principales a las cuales se busca llegar con el corte de bajo octanaje son las
siguientes:
Reacciones Colaterales
Variables que influyen en el proceso
 Influencia de la Presión:
Como no hay cambio en el número de moles en las reacciones de isomerización, los
cambios de presión no afectan.
 Influencia de la Temperatura:
Las reacciones de isomerización son reversibles y exotérmicas y el reactor opera en modo
equilibrio. Al tratarse de reacciones exotérmicas, favorece operar a temperaturas bajas.
Sin embargo, a bajas temperaturas, la velocidad de reacción puede ser baja. Por ello, hay
que emplear catalizadores muy activos.
 Tipo de Catalizadores empleados:

Hay dos tipos de catalizadores para isomerización: el estándar de Pt/alúmina clorada (muy
activo pero sensible a impurezas como agua o azufre) , y el de Pt/zeolita (menos activo
pero más resistente a impurezas).
 Tiempo espacial:
Se busca que este entre 0,5 a 6 h-1
ORIGEN DE LOS REACTANTES
La isomerización es el proceso en el cual las parafinas ligeras de cadenas rectas de bajo RON
(n-butano, n-pentano, n-hexano) son transformadas con un catalizador apropiado en cadenas
ramificadas con el mismo número de carbono y alto número de octano.
Hay dos razones para este fraccionamiento los cuales son:
1. Que los hidrocarburos ligeros tienden al hidrocraqueo en el reformador.

2. Los hidrocarburos con 6 números de carbonos (C6) tienden a formar benceno en el
reformador. Las especificaciones de gasolina requieren un valor muy bajo de benceno
debido a su efecto carcinógeno.
La alimentación en función de la aplicación, el objetivo del proceso de isomerización puede

ser:
 n-butano: Cuando el objetivo es convertir de n-butano en iso-butano requerido en

unidades de alquilación.
La alimentación de n-butano puede provenir de cortes C4 procedentes de la destilación
atmosférica o de una unidad de fraccionamiento de LGN.
 Nafta virgen liviana: Cuando se requiere producir a partir de este corte de muy bajo
octanaje (RON: 60-80) un componente de mayor valor (RON: 83 -92), apropiado para
ser enviado al pool de gasolinas.
En el caso de la isomerización de corrientes C5 – C6/7, la carga por preferencia es la
nafta liviana virgen, es decir la que proviene de unidades de destilación atmosférica.
Adicionalmente requiere la alimentación de H2, libre de impurezas tales como H2O, CO, CO2 y
componentes de azufre.
Distribución típica de los reactantes (nafta liviana) en la isomerización:
Componente % p, alimentación
C3 0.348
iso-butano 0.619
n-butano 1.77
n- pentano, n-hexano 97.26
Tabla 1 distribución general de los componentes que contiene la nafta liviana.
Proporción (%p) de diferentes tipos de compuestos de una carga típica de nafta liviana antes y
después de la isomerización
Componente en la Nafta % p. Alimentación % p. Producto RON

isopentano 22 41 92
n-pentano 33 12 62
2,2 -di metil butano 1 15 96
2,3 -di metil butano 2 5 84
2 metil pentano 12 15 74
3 metil pentano 10 7 74
n-hexano 20 5 26
Tabla 2 Tipos de compuestos de una carga típica de nafta liviana antes y después de la isomerización.
PROCESOS COMERCIALES DE ISOMERIZACIÓN:
Los procesos comerciales de isomerización más comunes son los siguientes:
• Proceso BENSAT de UOP
• Proceso BUTAMER de UOP
• Proceso PENEX de UOP
• Procesos UOP de isomerización TIPY en un paso con zeolitas.
• Proceso PAR-ISOM de UOP
Descripción del proceso BENSAT:
El proceso BenSat de UOP fue desarrollado para tratar alimentaciones C5-C6 y altas
concentraciones de benceno. Como casi todo el benceno se satura a ciclohexano en un lecho
catalítico fijo, no se efectúan reacciones secundarias mensurables. Las condiciones del proceso
son moderadas, y sólo se requiere un ligero exceso de hidrógeno sobre la cantidad
estequiométrica. El alto calor de reacción asociado con la saturación del benceno se administra
con cuidado para controlar el aumento de temperatura a través del reactor. El rendimiento de
los productos es mayor que 100% de volumen líquido, dada la expansión volumétrica
relacionada con la saturación del benceno y la carencia de pérdidas de rendimiento, por
desintegración de fracciones ligeras.
El producto tiene menor octano que la alimentación, como resultado de la conversión de

benceno, que produce alto octano, a ciclohexano, que produce bajo octano. Sin embargo, éste
se puede recuperar si después se procesa el producto de la unidad BenSat en una unidad de
isomerización, como la unidad Penex de UOP.
Descripción del proceso BUTAMER:
El proceso Butamer se efectúa en fase vapor y se activa con la inyección de trazos de cloruro
orgánico. La reacción se efectúa en presencia de una cantidad pequeña de hidrógeno, que
reprime la polimerización de las olefinas que se forman como compuestos intermedios en la
reacción de isomerización. Aun cuando el cloruro se convierte en HCl, se utiliza con éxito la
construcción en acero al carbón, por el ambiente seco. En el proceso se emplea un catalizador
selectivo de gran actividad que favorece la conversión que se desea, de butano normal (nC4)
en isobutano, a baja temperatura y en consecuencia a condiciones favorables de equilibrio.
Independiente del contenido de C4 en la alimentación, la fracción de butano que sale de la

unidad contiene aproximadamente 60 por ciento en volumen de /C4. En consecuencia, para
obtener una eficiencia óptima de la planta, se debe cargar un corte de butano que contenga el
máximo contenido de nC4.
La reacción catalítica es muy selectiva y eficiente, y da como resultado un mínimo de

hidrodesintegración que forme fracciones ligeras, y también mínima formación de coproducto
pesado. El rendimiento volumétrico de C4 producto, con base en la alimentación de nC4, se
aproxima a un poco más del 100 por ciento.
Descripción del proceso PENEX:
En forma específica, se diseñó el proceso Penex de UOP para la isomerización catalítica de

pentanos, hexanos y sus mezclas. Las reacciones se efectúan en presencia de hidrógeno sobre
un lecho fijo de catalizador y a las condiciones de operación que favorecen la isomerización y
reducen la hidrodesintegración.
Las condiciones de operación no son severas, lo que se refleja en los requisitos de presión
moderada de operación, baja temperatura y baja presión parcial de hidrógeno. En el caso
ideal, este catalizador de isomerización convertiría todas las parafinas de la alimentación en
estructuras ramificadas de alto octano: el pentano normal (nC5) en isopentano (/C5), y el
hexano normal (nC6) en 2, 3-dimetilbutano. La reacción está controlada por un equilibrio
termodinámico que se favorece más a baja temperatura.
La composición de la fracción C6 y C6 es muy cercana al equilibrio, a la temperatura de

operación. Con parafinas C5, se efectúa una interconversión entre pentano normal e
isopentano. La isomerización de las parafinas C6 es más compleja. Como la formación de 2- y
3-dimetilpentano y 2,3-dimetilbutano se limita por el equilibrio, la reacción consiste
principalmente en la conversión de hexano normal en 2,2-dimetilbutano. Todo el benceno en
la alimentación se hidrogena a ciclohexano, y se establece un equilibrio termodinámico entre
metilciclopentano y ciclohexano. El octano se incrementa en 14 unidades.
Descripción del proceso TIPY en un paso con zeolitas:
El proceso de isomerización zeolítica UP es de lecho fijo y en fase vapor, para la isomerización

catalítica de pentano normal o hexano normal, o ambos, de bajo octano, para formar
isoparafinas de alto octano. La reacción de isomerización se efectúa a entre 245 y 270 °C (470
a 520 °F), y entre 21 y 35 kg/cm2 (de 300 a 500 lb/pulg2 manométricas), en presencia de
hidrógeno. Los equipos necesarios son un recipiente de reacción, compresor de recirculación
de hidrógeno, intercambiador de calor alimentación/producto, enfriador de producto, tanque
separador de fases y sección de estabilización de producto.
Si se diseña la unidad de isomerización con zeolitas UP para un menor espacio velocidad SVHP,
o si se desea recircular parafinas normales para obtener el máximo aumento de octano, la
conversión de aislamiento interno a externo puede llegar hasta 25 a 30 por ciento de aumento
en el volumen del reactor. Este aumento es posible, por la temperatura relativamente baja de
operación en el proceso de isomerización con zeolitas UP; sin embargo, se deben comprobar
las limitaciones de presión o temperatura del material que se usa para construir la envolvente
del reactor.
Descripción del proceso Par-Isom:
El proceso Par-Isom de UOP fue diseñado específicamente para la isomerización catalítica de

pentanos, hexanos y sus mezclas. Las reacciones se efectúan en presencia de hidrógeno, sobre
un lecho fijo de catalizador y a condiciones de operación que favorecen la isomerización y
reducen la hidrodesintegración. La unidad opera a temperatura y presión moderadas.
En el caso ideal, un catalizador de isomerización convertiría todas las parafinas en la

alimentación en estructuras ramificadas de alto octano: «C5 en isopentano y «C6 en 2,2 y 2,3-
dimetilbutano. Estas reacciones se controlan con el equilibrio termodinámico que es más
favorable a baja temperatura. El proceso Penex opera a menor temperatura que el proceso
Par-Isom, que a su vez opera a menor temperatura que el proceso de isomerización zeolítica
EUP. En consecuencia, el proceso Penex produce el máximo octano en el producto, seguido
por el proceso Par-Isom y el proceso de isomerización zeolítica de un paso ofrece el menor
octano en el producto

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La isomerización puede definirse como el rearreglo de la configuración estructural de

En la tabla se enumeran los índices de octano y puntos de ebullición normales de los

Variables que influyen en el proceso

 Tipo de Catalizadores empleados:

Hay dos razones para este fraccionamiento los cuales son:

1. Que los hidrocarburos ligeros tienden al hidrocraqueo en el reformador.

La alimentación en función de la aplicación, el objetivo del proceso de isomerización puede

 n-butano: Cuando el objetivo es convertir de n-butano en iso-butano requerido en

Distribución típica de los reactantes (nafta liviana) en la isomerización:

Componente en la Nafta % p. Alimentación % p. Producto RON

Los procesos comerciales de isomerización más comunes son los siguientes:

• Proceso BENSAT de UOP

• Proceso BUTAMER de UOP

• Proceso PENEX de UOP

• Procesos UOP de isomerización TIPY en un paso con zeolitas.

• Proceso PAR-ISOM de UOP

Descripción del proceso BENSAT:

El producto tiene menor octano que la alimentación, como resultado de la conversión de

Descripción del proceso BUTAMER:

Independiente del contenido de C4 en la alimentación, la fracción de butano que sale de la

La reacción catalítica es muy selectiva y eficiente, y da como resultado un mínimo de

En forma específica, se diseñó el proceso Penex de UOP para la isomerización catalítica de

La composición de la fracción C6 y C6 es muy cercana al equilibrio, a la temperatura de

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El proceso de isomerización zeolítica UP es de lecho fijo y en fase vapor, para la isomerización

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