Slide Lọc Hóa Dầu Tìm hiểu về quá trình HYDROCRACKING

ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU Q TRÌNH HYDROCRACKING
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Lớp: Lọc hóa dầu A-K56
Nhóm:4
Vũ Văn Lực
Trần Xuân Cường
Phạm Văn Tuấn
Vũ Đình Trung
Trần Ngọc Anh
Đặng Xuân Hội
Phạm Ngọc Hưng

• GVHD:
• PGS.TS: Bùi Thị Lệ Thủy


I.
II.
III.
IV.
V.

Tổng quan về q trình Hydrocracking
Hóa học của q trình Hydrocracking
Xúc tác của quá trình Hydrocracking
Cơ chế phản ứng và yếu tố ảnh hưởng
Các công nghệ tiêu biểu


TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH
HYDROCRACKING
1.1. Khái niệm
Hydrocracking là q trình bẻ gãy mạch C - C với sự
tham gia của hydro và xúc tác, sản phẩm cuối cùng
thu được là các hydrocacbon no. Đó là sự kết hợp của
q trình cracking xúc tác các hợp chất ban đầu và
hydro hóa các hợp chất không no vừa được tạo ra.


1.2 Mục đích
Cũng như các q trình chế biến dầu mỏ khác như
reforming xúc tác, cracking, isomer hóa,… thì q
trình hydrocracing cũng nhằm chế biến các phần cất
của dầu mỏ thành các sản phẩm nhiên liệu, các loại
dầu bôi trơn và các sản phẩm trung gian cho cơng
nghiệp tổng hợp hóa dầu.



2. Ngun liệu và sản phẩm

•

Ngun liệu cho q trình hydro cracking rất đa dạng.


Hóa học của q trình hydrocracking
• 2.1. Nhiệt động học
•
•

Phản ứng cracking và hydro hóa:
Phản ứng cracking sẽ tạo ra và cung cấp olefn cho q trình
hydro hố và ngược lại, phản ứng hydro hố sẽ cung cấp nhiệt
lượng cho q trình cracking. Nhiệt tỏa ra từ q trình  hydro
hóa >nhiệt tỏa ra từ q trình cracking, vì thế khi xem xét  tồn
bộ q trình thì có thể xem hydrocracking là phản ứng
tỏa nhiệt.


Các phản ứng chính trong q trình hydrocracking như:
-Hydro hóa các hợp chất dị nguyên tố.
-Hydro đồng phân hóa alkane.
-Hydro hóa vòng thơm.
-Hydro phân vòng naphtene.
-Cắt mạch các parafn và mạch nhánh alkyl.
-Cắt vịng naphten.

Phản ứng phụ

-Phản ứng HDS, HDN.

-Phản ứng cốc hố.


•
•
•
•
•

2.2. Động học và tốc độ phản ứng
Tốc độ phản ứng vừa mang tính nối tiếp, vừa mang tính song song.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc:
-Bản chất của hợp chất,
-Độ hoạt động của xúc tác
Hiệu suất cực đại của các sản phẩm có ích được đảm bảo bởi sự chọn
lựa xúc tác phù hợp, bằng cách hạn chế độ sâu biến đổi của nguyên
liệu và tuần hoàn phần nguyên liệu chưa bị biến đổi.


•  Để đạt được hiệu quả biến đổi cao:
• -xúc tác cần có khả năng thúc đẩy mạnh q trình
cracking.
• - Xúc tác phải có khả năng izomer hố cao.
• -xúc tác  phải có hoạt tính hydro hóa nhất định
• Do vậy giữa chức năng cracking và chức năng hydro
hóa nên chọn một điều kiện tối ưu nhất.


XÚC TÁC CHO Q TRÌNH VÀ VAI TRỊ CỦA
MANG

CHẤT

• 3.1. Xúc tác cho quá trinh hydrocracking
• 3.1.1 Xúc tác lưỡng chức
Xúc tác cho quá trình hydrocracking là hệ xúc
tác hai chức năng bao gồm các tâm hoạt động
axit, tâm hoạt động kim loại và chất xúc tiến.


• Tâm hoạt động acid:
xúc tác sử dụng là zeolite: zeolite aluminosilica, zeolite Y.
Trong đó zeolit Y là được sử dụng chủ yếu
- Cơng thức hóa học của một tế bào cơ sở loại zeolite Y như
sau:

Na56[(Al2O)56.(SIO2)136].250H2O
Tỷ số Si/Al = 2. Với Dα =12,7Ao


 Hình1 : Zeolite y


Tâm hoạt động kim loại:
• Chức năng kim loại được thử nghiêm đối với các kim loại như
Pt, Pd, Ni-Mo, Ni-W. Kim loại, oxit kim loại, sunfua kim loại,
hoặc một sự kết hợp củanhững hợp chất này có thể cung cấp
chức năng kim loại của chất xúc tác.
• Yêu cầu quan trọng cho chức năng kim loại là nó phải kích
hoạt các hydro và là chất xúc tác khử và hydro hóa phản ứng.

 -Trong phản ứng hydrocracking có hai phản ứng chính:
phản ứng cracking và phản ứng hydro hóadehydro hóa. Phản ứng cracking diễn ra trên tâm acid
  trong khi phản ứng hydro-dehydro hóa diễn ra trên
tâm kim loại. Do đó xúc tác hydrocracking phải là xúc
tác lưỡng chức.


Xúc tác hydrocracking có chức năng hydro hóa tốt sẽ giúp cho chất
lượng distillate tốt hơn, ít khí sinh ra và ổn định hơn. Tuy nhiên,
chức năng cracking và hydro hóa phải được cân bằng và tỷ lệ giữa
tâm acid và tâm kim loại phải được điều chỉnh sao cho có hoạt tính
và độ chọn lọc tối ưu. Hoạt tính và độ chọn lọc là hai trong bốn tiêu
chí để đánh giá phản ứng hydrocracking:


• - Độ hoạt hóa được tính bằng nhiệt độ cần
thiết để đạt được sản phẩm mong muốn.
• - Độ ổn định, được tính bằng tốc độ gia nhiệt
để giữ được q trình chuyểnhóa mong
muốn.
• - Độ chọn lọc sản phẩm, được tính bằng khả
năng xúc tác cho phản
ứng tạosản
phẩm chính.


- Chất lượng sản phẩm, được tính bằng các chỉ
tiêu chất lượng như độ nhỏ giọt, chiều cao

ngọn lửa không khói và chỉ số cetane.
- Một xúc tác hydrocracking được xem là hiệu
quả khi có sự chuyển phân tử cực nhanh giữa
tâm kim loại và tâm acid để tránh các phản
ứng không mong muốn xảy ra. Việc chuyển
phân tử cực nhanh xảy ra khi tâm kim loại nằm
rất gần tâm acid.


Bảng 3: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa tâm kim loại/tâm acid với
phản ứng hydrocracking.


 Bảng 4: Các tâm hoạt động kim loại thường dùng trong quá trình hydrocracking 
Kim loại

Ứng dụng chính

Khả năng hidro hóa

Co-Mo

HDS

Trung Bình

Ni-Mo

HDN, hydrocracking

Cao

Ni-W

HDN, hydrocracking

Rất Cao

Pd-Pt

Hydrocracking

Cao Nhất

   
Pd và Pt bị đầu độc bởi lưu huỳnh và chỉ có thể sử dụng trong mơi trường có nồng độ
H2S thấp.


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA QUÁ TRÌNH HYDROCRACKING XÚC TÁC
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
• 4.1. Cơ chế phản ứng hydrocracking
• 4.1.1 Chức năng của xúc tác
• Tâm kim loại:
Tạo olefn hoặc cyclo olefn qua phản ứng dehydro hóa
• Tính Acid:
Tạo ion carbenium từ olefn nhờ quá trình chuyển
proton.Bẻ gãy ion carbenium Chuyển proton vào ion
carbenium để tạo thành olefn
• Tâm kim loại:

 No hóa olefn nhờ phản ứng hydro hóa


4.1.2.Cơ chế phản ứng trên xúc tác

Sự tạo thành olefn:

-Phản ứng diễn ra trên tâm kim loại hoạt động, tạo thành
olefn và khí hydro.
- Parafn sau khi đã được isomer hóa trên tâm acid thành iparafn, nó sẽ được hấp phụ lên tâm kim loại. Tại đây sẽ
diễn ra phản ứng dehydro hóa để tạo thành olefn
R-CH2-CH2-CH-CH3
CH3

R-CH=CH-CH-CH3
CH3


Sự tạo thành ion carbenium:
Phản ứng diễn ra trên tâm acid. Tâm acid có 2 loại là
acid Bronsted và acidLewis. Olefn sẽ tham gia phản
ứng với tâm acid của xúc tác để tạo
thành ioncarbenium
R-CH=CH-CH-CH3
CH3

Acid

+

R-CH2-CH2-C-CH3
CH3


Phản ứng isomer hóa và cracking:
Các ion carbenium thơng thường được isomer hóa thành các ion
carbenium bền hơn. Phản ứng cracking ion carbenium diễn ra
theo quy tắc β (cắtmạch ở vị trí β so với carbon mang điện tích)
Acid
+
R-CH2-CH2-C-CH
3

CH3

R-CH2 + H2C=C-CH
+
3
CH3


Phản ứng hydro hóa olefn tạo thành:

Phản ứng cracking sẽ dừng lại khi ion carbenium loại bỏ
proton trên tâm kim loại tạo thành olefn và các olefn tạo
thành tiến hành phản ứng hydro hóa trên tâm kim loại để
thu được các parafn tương ứng
CH3
H2C= C-CH3

Acid

H2

CH3
H3C-CH-CH3