自1985年Chevron公司首先發明異構脫蠟催化劑以來，加氫異構催化劑及其分子篩作為加氫異構技術的核心，一直受到國內外各個石油公司和研究機構的高度重視。

隨著分子篩合成技術、加氫異構反應機理、催化劑制備技術等方面研究工作的不斷深入，加氫異構技術日益成為生產高質量清潔燃料油和II、III類潤滑油的煉油新技術，在石油化工領域得到了越來越廣泛的應用。

加氫異構技術用于加工柴油，可生產優質低凝柴油，同時保持很高的十六烷值；用于加工潤滑油基礎油，可在降凝的同時保持很高的粘度指數，可生產II、III類潤滑油基礎油。

生產清潔燃料，減少汽車尾氣污染物的排放是目前石化行業急需解決的難題之一。我國車用汽油的主要組分是催化裂化汽油，其中硫和烯烴含量高。如何在降低烯烴和硫含量的同時，又能使處理后汽油的辛烷值保持基本不變是技術的關鍵。對催化裂化汽油進行加氫脫硫降烯烴，然后進行異構化恢復辛烷值，是生產超低硫低烯烴汽油的方法之一。因此開發具有辛烷值恢復性能好、汽油收率高的催化劑以及相關工藝條件的研究具有重要意義。

柴油臨氫異構降凝是針對影響柴油低溫流動性能的正構烷烴（在柴油餾程范圍內的高熔點的正構烷烴是引起柴油高濁點/高傾點的主要原因）通過加氫異構化使其轉化為低凝點的異構烷烴，同時引入一定程度的加氫裂化、芳烴飽和、脫烷基和環烷烴開環等反應，對柴油品質進行系統優化的一項新技術。和其他改質技術相比，臨氫異構降凝技術不僅可以極大地改善柴油的低溫流動性能，同時石腦油和氣體產量少，柴油收率高。但由于異構反應會導致十六烷值一定程度的降低（同碳數的烷烴、正構烷烴的十六烷值大于異構烷烴的十六烷值），因此，如何降低十六烷值損失又成為臨氫異構降凝的技術關鍵。如果優化改質反應，利用芳烴飽和開環有效地增加十六烷值，即可避免臨氫異構降凝過程中損失十六烷值。柴油中的高凝點組分主要是C10~C20（沸點174~344 oC）的正構烷烴。根據文獻研究結果，當正構烷烴鏈長超過C10時，正碳離子反應的相對速度與鏈長無關。

早期的 /烷烴異構化催化劑

為液體酸催化劑，如AlCl3-HCl型弗氏催化劑、硫酸以及液體超強酸催化劑。該類催化劑雖然具有很高的異構化活性，在室溫~90 oC的溫度范圍內，就可以獲得接近平衡的轉化率，但其選擇性差，穩定性不好，強烈的設備腐蝕以及環境污染嚴重，現基本上已經被淘汰。為了解決上述困難，20世紀40年代后期，雙功能催化劑被逐漸應用于烷烴異構化過程。

雙功能催化劑 / 由加氫-脫氫組分與酸性載體組成

由加氫-脫氫組分與酸性載體組分兩部分復合而成。加氫-脫氫組分，可分為兩類：1）單金屬或多金屬復合體系，Pt，Pd，Rh，Ir以及Ni等；2）過渡金屬硫化物體系，如Ni/Co、Ni/W、Ni/Mo等。而酸性載體可分為以下三類：1）無定型氧化物或復合氧化物系列，如鹵化物處理的Al2O3，SiO2/Al2O3，超強酸ZrO2/SO42-，復合氧化物WO3/ZrO2等；2）硅鋁沸石系列，如Y、β、ZSM-5、ZSM-22沸石；3）非沸石分子篩系列，硅磷酸鋁SAPO-5、SAPO-11、SAPO-31以及SAPO-41分子篩等。與無定型氧化物與超強酸催化劑相比，分子篩催化劑在擇形選擇性、穩定性、抗毒化以及抗積碳能力等方面均顯示出其優異的性能。因而，綜合各方面因素考慮，目前最有潛力應用于選擇性異構化反應工藝中的催化劑，還是沸石分子篩系列催化劑。

SAPO-11分子篩的孔徑為0.39 nm * 0.63 nm，是橢圓形的非交叉的十元環一維孔體系。由于其特殊的孔道結構和中強酸到弱酸范圍內的酸性，表現出良好的擇形異構化性能，并且有一定量的二取代和三取代產物。近年來，國內外關于SAPO-11分子篩研究的熱點主要集中在用貴金屬（如Pt和Pd）改性，改性后的分子篩多應用于長鏈烷烴支鏈化反應、潤滑油降凝以及加氫裂化尾油異構脫蠟等方面。但由于貴金屬Pt和Pd對原料中的硫含量要求比較苛刻，同時價格昂貴，所以貴金屬改性SAPO-11分子篩在含硫油品方面的應用受到一定的限制。Wittenbrink等考察了在NiCu/SAPO-11催化劑的作用下，將F-T蠟轉化為潤滑油的工藝過程；Escalanate等研究了正丁烯在Zn/SAPO-11催化劑上的異構化情況。

石油中間餾分和潤滑油餾分的蠟組分主要是 / C14~C36正構烷烴

為了得到較好低溫流動性產品，必須將高傾點的蠟組分除去。從降低傾點同時盡量不降低粘度指數的角度考慮，脫蠟異構化產物最好是單支鏈異構體，而非多支鏈異構體。為防止深度異構產生多支鏈異構體，在催化反應過程中應選擇對多支鏈異構中間體有空間限制的分子篩催化劑，同時該催化劑還應具有適當的酸強度，以減少二次裂化反應的發生。SAPO-11分子篩主孔道的孔徑分布集中在0.60 nm，小于具有相同位置的雙甲基支鏈異構體的分子臨界直徑（0.70 nm），能有效抑制多支鏈異構體中間體的生成；同時由于磷的引入，使得SAPO-11分子篩比傳統硅鋁分子篩的酸性弱，更適用于脫蠟異構化反應。

SAPO-11分子篩是一種比較理想的脫蠟異構化反應催化劑組分。

對于擴散控速的反應，梯度孔分子篩比微孔分子篩具有更加優異的催化性能。梯度孔分子篩更有利于目標產物從活性中心脫附并擴散到體相中，從而防止裂化等二次反應的發生；它具有更高的外比表面積，可以暴露更多的孔口，有利于催化活性的提高。對于長鏈烷烴的異構化反應，除了遵循正碳離子機理外，還可能遵循孔口機理。孔口機理認為，當分子篩的孔口較小且為一維孔道時，異構化反應主要發生在分子篩的孔口和外表面上。因此，具有高外比表面積和暴露更多孔口的梯度孔SAPO-11分子篩比微孔SAPO-11分子篩更適于制備加氫異構化催化劑。

高品質潤滑油基礎油

隨著環保和節能的要求，汽車和工業機械加工設備需要高品質的潤滑油，為調制高檔潤滑油產品必須使用高質量的潤滑油基礎油，潤滑油加氫異構脫蠟技術是近年來逐漸發展起來的對原料的適應性較高的一種潤滑油基礎油生產工藝，該工藝通過加氫使進料中的蠟異構化，達到降低基礎油傾點、提高粘度指數和氧化安定性的目的。由于潤滑油的低粘度化將導致油品的揮發性增加，為保證油品的質量和使用性能，從安全和環保的角度考慮，要求油品具有更低的揮發性，只有API（美國石油協會）II、III類油和α烯烴合成油（PAO）才能滿足要求。目前國內潤滑油基礎油主要是采用傳統的老三套工藝進行生產的，老三套工藝是通過溶劑精制和酮苯脫蠟工藝把油中的非理想組分（多環芳烴，極性物和蠟等）除去，但不能改變油中既有的烴化物結構，因而經老三套工藝處理的基礎油其性質大大依賴于原油性質，而加氫異構化工藝則通過加氫的化學反應，把油中的環狀物、飽和烴及芳烴等轉變為潤滑油理想組分異構烷烴及長側鏈烷烴的少環烷烴，同時把其他性能好但傾點高的正構烷烴變成低傾點的異構烷烴，又能除去硫、氮化物等極性物，使基礎油各方面性能得到大幅度提高。產品質量達到API分類的II、III類基礎油。從另一方面來講世界范圍內原油日趨重質化、劣質化，老三套工藝很難生產出優質的基礎油，而加氫工藝對原料油的質量要求較低，原料來源更廣闊。

為了生產API II類及III類基礎油，石油化工科學研究院以及國外的Exxon等公司開發了一種將潤滑油溶劑精制與加氫處理結合起來的組合工藝，即將加氫處理裝置的進料，先經過溶劑精制以降低進料中的氮化物及稠環芳烴含量。由于改善了進料質量，加氫處理可在較緩和的溫度和壓力下進行，這樣不但可以提高基礎油的粘度指數，而且粘度損失小，光安定性好。另外，由于加氫處理條件比較緩和，原料中石蠟的結構很少遭到破壞，因此所得到的加氫生成油在溶劑脫蠟時，其過濾性質與溶劑精制油非常接近，不像餾分油直接加氫處理所得到的加氫生成油那樣，溶劑脫蠟時過濾速度很慢，需要添加助濾劑以提高脫蠟過濾速度。由于大多數煉油廠已有溶劑精制裝置，故采用此工藝只需增加一套中壓加氫處理設施，就能從低質原油生產出高粘度指數基礎油，具有投資少、收效快的特點。采用潤滑油溶劑精制與加氫處理結合起來的組合工藝生產高粘度指數基礎油時，關鍵技術之一是如何選擇溶劑精制的深度過高的溶劑精制深度，會導致基礎油總收率下降而溶劑精制深度過低，則加氫處理須選擇苛刻的條件，從而使產品光安定性變差。

為了更好地提高溶劑精制-加氫處理組合工藝的產品質量，Exxon公司和石科院都采用了多個反應器串聯的加氫技術。在Exxon公司開發的三段反應RHC工藝中，設有三個反應器。第一個反應器選擇較苛刻的加氫條件，目的是提高產品的粘度指數；第二個反應器是為了克服熱力學平衡對芳烴加氫的限制，選擇比第一個反應器低的操作溫度，以利于芳烴加氫。第一、二反應器裝填的都是沒有酸性的KF-840鎳-鋁催化劑，第三個反應器裝填的則是加氫活性強的催化劑，目的是降低油品中的致癌物質并提高產品的光安定性，由此得到的加氫生成油經蒸餾切除輕質油以后再進行溶劑脫蠟以降低其傾點。

石科院開發的溶劑精制加氫處理組合工藝中的RHT工藝，設有兩個反應器，第一個反應器裝填的是具有高脫硫、脫氮以及加氫開環性能的鎢-鎳催化劑RL-1，第二個反應器裝填的是具有高芳烴加氫飽和性能、沒有酸性的催化劑RJW-2。

溶劑脫蠟時，為了得到一定凝點的基礎油，需把溶劑和潤滑油料冷卻到比基礎油凝點更低的溫度，所以需要昂貴的冷凍設備，同時也較難得到凝點很低的潤滑油產品，因此近年來，國內外許多單位相繼開展了臨氫降凝的研究工作。根據所用催化劑的不同，臨氫降凝工藝分為催化脫蠟及異構脫蠟兩種類型。以選擇性加氫裂化反應為主的催化脫蠟，采用裂解活性很強的分子篩為擔體的催化劑。由于分子篩有規則的孔結構，所以在這種催化劑上的反應以正構烷烴的選擇性加氫裂化為主，同時也能裂化進入分子篩孔道的環狀烴類的長側鏈以及側鏈上碳數較少的異構烷烴。催化脫蠟的缺點是其脫蠟油的粘度指數一般比溶劑脫蠟低。為了克服上述缺點，Chevron、Mobil公司和石科院都開發了潤滑油異構脫蠟工藝。由于異構脫蠟催化劑能使石蠟異構成為潤滑油的理想組分異構烷烴，所以其脫蠟油收率及粘度指數比催化脫蠟高。潤滑油基礎油異構脫蠟的技術關鍵是需要有一種高選擇性的異構脫蠟催化劑，該催化劑應為雙功能催化劑。在雙功能催化劑上連續進行異構化及加氫裂化反應，其歷程為正構烷烴首先在催化劑的加氫-脫氫中心上生成相應的烯烴，此種烯烴迅速轉移到酸性中心上得到一個質子生成正碳離子。該正碳離子極其活潑，只能瞬時存在，一旦形成就迅速進行下列兩種反應。

1、異構化反應：

正碳離子通過氫原子或甲基轉移進行重排，相繼生成單支鏈、雙支鏈、三支鏈的正碳離子。這些正碳離子將氫離子還給催化劑的酸性中心后變成異構烯烴，然后在加氫-脫氫中心加氫，即得到與原料分子碳數相同的各種異構烷烴。

2、裂化反應

大的正碳離子，特別是支鏈多的正碳離子不穩定，容易在其鄰近的β位處，發生C-C鍵斷裂，生成一個較小的烯烴和一個新的正碳離子，所生成的烯烴是α烯烴，在氫存在下迅速加氫生成低分子烷烴，新生成的正碳離子則進一步進行裂解或異構化反應。支鏈在直鏈中部或雙支鏈的異構烷烴，具有較低的傾點，繼續增加支鏈的數目，并不能使異構烷烴的傾點進一步降低，反而會導致其粘度指數下降，并且由于支鏈增加，將加劇不希望的加氫裂化反應。因此高選擇性的異構脫蠟催化劑，一方面必須具有很強的加氫性能，使異構得到的烯烴迅速加氫生成異構烷烴，以避免進一步的異構化或加氫裂化；另一方面用于異構脫蠟催化劑的分子篩，其孔道應比催化脫蠟催化劑的分子篩小，其酸性中心的酸性強度也應較低，以限制多支鏈的異構烴的生成，從而避免過度的加氫裂化。

Mobil公司的異構脫蠟工藝使用的是一種載有貴金屬、其分子篩約束指數比ZSM-5大的催化劑，例如Pt-ZSM23。雪佛龍公司開發的異構脫蠟催化劑則是載鉑的中孔磷酸硅鋁分子篩催化劑。磷酸硅鋁分子篩，例如SAPO-11具有適宜于單支鏈異構烴生成的一維橢圓形孔道，孔徑為3.9-6.3 nm，并且具有較弱的酸性中心，因此由此種分子篩制成的異構脫蠟催化劑，其異構脫蠟油具有較低的傾點，較高的粘度指數和收率，因為異構脫蠟所用的催化劑都是以貴金屬作為加氫-脫氫組分的雙功能催化劑，因此此種工藝對原料中的硫、氮等雜質非常敏感，原料須經深度加氫精制。進入異構化反應器的原料，其硫質量分數應低于10ppm，氮質量分數應低于2ppm，故異構脫蠟裝置通常由原料油加氫處理及加氫異構脫蠟兩部分組成，兩部分都有獨立的氫氣循環系統。

由于加氫處理的生成油經異構脫蠟后，其粘度指數損失比催化脫蠟及溶劑脫蠟小，故其加氫處理深度可低于一般采用催化脫蠟或溶劑脫蠟生產潤滑油的加氫處理過程。雪弗龍公司對沙特輕質原油的371-468 oC餾分，分別采用異構脫蠟、催化脫蠟及溶劑脫蠟方法，進行加氫處理，生產傾點-15 oC、粘度指數為100的基礎油。

異構脫蠟裝置進料如為溶劑精制油，其加氫處理部分分離系統通常只設汽提塔，用來脫除加氫生成油中夾帶的硫化氫和氮氣，以免影響異構脫蠟催化劑的活性；如進料為直餾減壓蠟油，則設有汽提塔及常壓塔以分離加氫生成油中的輕質油，減少異構脫蠟部分的負荷及設備投資。進料經加氫處理和異構脫蠟后，得到的脫蠟油其光安定性往往并不理想，在光照下與空氣接觸容易變色并生成沉淀，故需在高壓低溫的條件下，進一步加氫以除去殘留的少量稠環芳烴，因此異構脫蠟反應器的餾出物，經換熱后需進入后精制反應器進行加氫飽和。異構脫蠟后精制通常采用貴金屬加氫催化劑。鈀加氫活性高而多作為催化劑的金屬組分，鈀的缺點是抗堿性能差。而鉑具有高的抗硫性能，但加氫活性低，需要高的加氫溫度，但所得到的加氫油安定性不理想，因此新一代的異構脫蠟后精制催化劑，采用鉑、鈀雙金屬作為加氫組分。此種催化劑不但保留有鉑催化劑的抗硫能力，而且其加氫性能也不低于鈀催化劑。后精制催化劑抗硫性能的提高，可降低原料加氫處理的苛刻度，使異構脫蠟過程產品收率得到進一步提高。