Вестник нефтегазовой отрасли КазахстанаВестник нефтегазовой отрасли Казахстана2707-42262957-806XKMG Engineering10898410.54859/kjogi108984Обзорная статьяКаталитическая изомеризация лёгких алканов: термодинамические, кинетические и технологические аспектыОразбаевНурхан Саматулыnurkhan7allmight@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-7097-989XСейтеноваГайни Жумагалиевна<p>канд. хим. наук, профессор</p>gainiseitenova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6202-3951Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилёва30062026821191320605202625052026Copyright © 2026, Оразбаев Н.С., Сейтенова Г.Ж.2026<p>Постепенное ужесточение экологических норм в сочетании с растущим мировым спросом на экологически чистые виды топлива значительно повысило значимость передовых технологий в нефтепереработке. В этом контексте каталитическая изомеризация лёгких алканов (фракция C₄–C₆) является одним из наиболее стратегически важных процессов, позволяющих улучшить качество бензина без увеличения концентрации ароматических углеводородов или добавления опасных присадок. С химической точки зрения этот процесс способствует структурной перегруппировке линейных парафинов в соответствующие разветвленные изомеры, обладающие более высоким октановым числом. Это приводит к значительному улучшению характеристик сгорания топлива при одновременном снижении образования вредных для окружающей среды выбросов.</p> <p>В данном обзоре рассматриваются фундаментальные принципы, лежащие в основе изомеризации алканов. Особое внимание уделяется механизму реакции, протекающему через карбокатионные промежуточные соединения на кислотных каталитических центрах, что отражает классическую схему кислотно-катализируемых превращений углеводородов. Кроме того, анализируются термодинамические ограничения, определяющие равновесное распределение изомеров, а также кинетические параметры, определяющие скорость реакции, селективность продукта и общую эффективность процесса. Особое внимание уделяется бифункциональным каталитическим системам, которые сочетают металлические и кислотные функциональные группы, что позволяет одновременно осуществлять этапы гидрирования-дегидрирования и изомеризации основной цепи. Также рассматривается роль конкурирующих побочных реакций, в частности гидрокрекинга и ароматизации, ввиду их влияния на выход продукта и стабильность катализатора.</p> <p>Помимо теоретических соображений, в данном обзоре рассматриваются сложности, присущие реальным промышленным системам. На практике достижение термодинамического равновесия часто ограничивается кинетическими ограничениями, сопротивлением массопереносу внутри частиц и между фазами, а также постепенной дезактивацией катализатора из-за образования кокса или отравления. Эти факторы требуют более детального понимания поведения процесса в промышленных условиях эксплуатации.</p>catalytic isomerizationlight alkaneshydroisomerizationbifunctional catalystscarbocation mechanismthermodynamic equilibriumreaction kineticszeolite catalystscatalyst deactivationoctane number enhancementкаталитикалық изомеризацияжеңіл алкандаргидроизомеризациябифункционалды катализаторларкарбокация механизмітермодинамикалық тепе-теңдікреакция кинетикасыцеолит катализаторларыкатализаторды залалсыздандыруоктан санын көбейтумеханизмтермодинамическое равновесиекинетика реакциицеолитные катализаторыдезактивация катализатораповышение октанового числа1.Wei Ch., Zhang G., Zhao L., et al. Effect of metal–acid balance and textual modifications on hydroisomerization catalysts for n-alkanes with different chain length: A mini-review // Fuel. 2022. Vol. 315. doi: 10.1016/j.fuel.2021.122809.2.Tan Ya., Hu W., Du Ya., et al. Species and impacts of metal sites over bifunctional catalyst on long-chain n-alkane hydroisomerization: A review // Applied Catalysis A: General. 2021. Vol. 611. doi: 10.1016/j.apcata.2020.117916.3.Cheng K., wan der Wal L.I., Yoshida H., et al. Impact of spatial organization of bifunctional metal–zeolite catalysts on hydroisomerization of light alkanes // Angewandte Chemie International Edition. 2020. Vol. 59, Issue 9. P. 3592–3600. doi: 10.1002/anie.201915080.4.Del Campo P., Martinez C., Corma A. Activation and conversion of alkanes in zeolite-type materials // Chemical Society Reviews. 2021. Vol. 50. P. 8511–8595. doi: 10.1039/D0CS01459A.5.Potter M.E., Le Brocq J.J.M., Oakley A.E., et al. Butane isomerization as a diagnostic tool in solid acid catalyst design // Catalysts. 2020. Vol. 10, Issue 9. doi: 10.3390/catal10091099.6.Liu L., Zhang M., Wang L., et al. Construction of ordered mesopores outside MTT zeolite for efficient hydroisomerization // Applied Catalysis A: General. 2020. Vol. 602. doi: 10.1016/j.apcata.2020.117664.7.Wang X.-M., Wen Ch.-L., Fan Y. Synthesis of hierarchical SAPO-11-based catalysts with Al-based metal-organic framework derivative as mesoporogen to improve n-decane branched isomerization // Petroleum Science. 2022. Vol. 19, Issue 6. P. 3171–3181. doi: 10.1016/j.petsci.2022.06.003.8.Lyu Yu., Yu Zh., Yang Ye., et al. Metal-acid balance in the in-situ solid synthesized Ni/SAPO-11 catalyst for n-hexane hydroisomerization // Fuel. 2019. Vol. 243. P. 348–405. doi: 10.1016/j.fuel.2019.01.013.9.Besl H., Crowe T.J., Caracotsios M. Nontraditional optimization for isom unit improves profits // Oil & Gas Journal. 1998 [about 1 p.]. Дата обращения: 12.04.2026. Доступ по ссылке: www.ogj.com/home/article/17225389/nontraditional-optimization-for-isom-unit-improves-profits.10.Said M.M., Ahmed T.S., Moustafa T.M. Predictive Modeling and Optimization for an Industrial Penex Isomerization Unit: A Case Study // Energy & Fuels. 2014. Vol. 28, Issue 12. P. 7726–7741. doi: 10.1021/ef502332k.11.Seghir M.Z., Djennad M., Schomäcker R., Ghezzar M.R. Study of n-Butane isomerization on acid catalysts niobium and lanthanum promoted tungstated zirconia: n-Butane isomerization activity // Kemija u Industriji. 2022. Vol. 71(7-8). P. 439–446. doi: 10.15255/KUI.2021.078.12.Koncsag C., Tutun I.A., Safta C. Study of C₅/C₆ isomerization on Pt / H-zeolite catalyst in industrial conditions // Chemistry. 2011. Vol. 22, N 2. P. 102–106.13.Wang J, Song K, Xiang HW, et al. Single event kinetic modeling for paraffin hydrocracking over an industrial Ni-W silica-aluminum catalyst // Reaction Chemistry & Engineering. 2023. Vol. 8, Issue 1. P. 95–108. doi: 10.1039/D2RE00286H.14.Zhong H., Song X., He Sh., et al. Reaction behavior and kinetic model of hydroisomerization and hydroaromatization of fluid catalytic cracking gasoline // Molecules. 2025. Vol. 30, Issue 4. doi: 10.3390/molecules30040783.15.Batalha N., Pinard L., Bouchy C., et al. n-Hexadecane hydroisomerization over Pt-HBEA catalysts. Quantification and effect of the intimacy between metal and protonic sites // Journal of Catalysis. 2013. Vol. 307. P. 122–131. doi: 10.1016/J.JCAT.2013.07.014.16.Parsafard N., Shakor Z.M. Advancements in zeolite-based catalysts for the isomerization of n-alkanes: mechanistic insights and future directions // Discover Applied Sciences. 2025. Vol. 7. doi: 10.1007/s42452-025-06842-4.17.Safaat M., Adilina I., Tursiloadi S. A Review on the Hydroisomerisasion of n-Parafins over Supported Metal Catalysts // Jurnal Rekayasa Proses. 2021. Vol. 15, No. 2. P. 141–153. doi: 10.22146/jrekpros.67587.18.Чеканцев Н.В., Иванчина Э.Д., Чузлов В.А., Куртуков В.А. Оптимизация состава перерабатываемого сырья на установках каталитического риформинга бензинов и изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием комплексной математической модели «HYSYS IZOMER ACTIV» // Фундаментальные исследования. 2013. №8-3. С. 766–772.19.Дюсова Р.М., Жакманова Е.А., Сейтенова Г.Ж. Сравнительная характеристика технологий каталитического риформинга в Казахстане // Вестник нефтегазовой отрасли Казахстана. 2025. Т. 7, №4. C. 91–100. doi: 10.54859/kjogi108876.20.Szoboszlai Zs., Hancsók J. Investigation of kinetics of hydroisomerization of C₅/C₆ and C₆/C7 alkenes and their binary mixture // Hungarian Journal of Industrial Chemistry. 2011. Vol. 39, Issue 1. P. 117–120.21.Hancsók J., Kasza T., Visnyei O. Isomerization of n-C₅/C₆ Bioparaffins to Gasoline Components with High Octane Number // Energies. 2020. Vol. 13, Issue 7. doi: 10.3390/en13071672.22.Mortezaeikia V., Tavakoli O., Khodaparasti M.S. A review on kinetic study approach for pyrolysis of plastic wastes using thermogravimetric analysis // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2021. Vol. 160. doi: 10.1016/j.jaap.2021.105340.23.Martínez J., Zúñiga-Hinojosa M.A., Ruiz-Martínez R.S. A thermodynamic analysis of naphtha catalytic reforming reactions // Processes. 2022. Vol. 10, No. 2. doi: 10.3390/pr10020313.24.Шакун Ф.Н., Федорова М.Л., Карпенко Т.В., Демидова Е.В. Развитие процессов изомеризации парафиновых углеводородов // Мир нефтепродуктов. 2020. №6. doi: 10.32758/2071-5951-2020-0-6-6-14.25.Ling H., Wang Q., Shen B. Hydroisomerization and hydrocracking of hydrocracker bottom for producing lube base oil // Fuel Processing Technology. 2009. Vol. 90, Issue 4. P. 531–535. doi: 10.1016/j.fuproc.2009.01.006.26.Díaz-Cervantes D.K., Elías-Domínguez A., Castro-Agüero Á., et al. A Comparative Study of Kinetic Reaction Schemes for the Isomerization Process of the C₆ Series // Applied Sciences. 2025. Vol. 15, Issue 8. doi: 10.3390/app15084429.27.Valavarasu G., Sairam B. Light Naphtha Isomerization Process: A Review // Petroleum Science and Technology. 2013. Vol. 31, Issue 6. P. 580–595. doi: 10.1080/10916466.2010.504931.28.Naqvi S.R., Bibi A., Naqvi M., et al. New trends in improving gasoline quality and octane through naphtha isomerization: a short review // Applied Petrochemical Research. 2018. Vol. 8. P. 131–139. doi: 10.1007/s13203-018-0204-y.29.Barbosa E., Menon A.K. Thermodynamic and kinetic characterization of salt hydrates for thermochemical energy storage // MRS Communications. 2022. Vol. 12. P. 678–685. doi: 10.1557/s43579-022-00264-8.