Xúc Tác Hữu Cơ - Xúc Tác Trong Quá Trình Chế Biến Dầu Khí.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN
XÚC TÁC HỮU CƠ
ĐỀ TÀI:

XÚC TÁC TRONG QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

Bình Dương, tháng 07 năm 2020
1


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

2


LỜI TRI ÂN

Bài tiểu luận này hoàn thành nhờ sự tận tình dạy bảo, hướng dẫn của q thầy
cơ trong tổ bộ mơn Hóa học khoa Cơng nghệ thực phẩm của trường Đại học Thủ Dầu
Một, đặc biệt là cô Phạm Thị Hồng Dun, người ln tận tình dạy bảo, hướng dẫn,
giúp đỡ, động viên và trang bị cho chúng em những tư liệu cần thiết, thực tế để hoàn
thành bài tiểu luận này một cách tốt nhất.
Vì thời gian hạn hẹp và vốn kiến thức còn hạn chế nên bài tiểu luận này sẽ
khơng tránh khỏi những sai sót, nên chúng em rất mong sẽ nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến tận tình của q thầy cơ để bài tiểu luận được hồn chỉnh và phong
phú hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

i


MỤC LỤC

Lời tri ân ........................................................................................................................... i
Mục lục ............................................................................................................................ii
Danh mục các bảng, sơ đồ .............................................................................................. vi
Danh mục hình ảnh ........................................................................................................vii
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1. TÊN ĐỀ TÀI ........................................................................................................... 1
1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .................................................................................. 1
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 1
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 1
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 1
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................... 1
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN ........................................................................................ 2
2.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU KHÍ................................................................................. 2
2.2. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU ........................................................... 4
2.2.1. Khái niệm .............................................................................................................. 4
2.2.2. Mục đích của nhà máy lọc dầu .............................................................................. 5
2.2.3. Nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu ............................................................................. 6
2.2.3.1. Tiếp nhận và vận chuyển dầu thô ....................................................................... 6
2.2.3.2. Chế biến dầu thô ................................................................................................. 6
2.2.3.3. Kiểm tra chất lượng ............................................................................................ 6
2.2.4. Các quá trình chế biến trong nhà máy lọc dầu........................................................ 7

ii


2.2.4.1. Quá trình phân tách ............................................................................................ 7
2.2.4.2. Quá trình chuyển hóa ......................................................................................... 7
2.2.4.3. Q trình xử lý .................................................................................................... 7
2.2.4.4. Các q trình bảo vệ mơi trường ........................................................................ 7

2.2.5. Sự cần thiết phải chế biến dầu ............................................................................... 7
2.2.6. Hiện trạng và tương lai cơng nghiệp lọc hóa dầu tại Việt Nam ............................ 8
2.3. Q TRÌNH CHẾ BIẾN DẦU KHƠ ................................................................. 10
CHƯƠNG III: XÚC TÁC TRONG Q TRÌNH CHẾ BIẾN DẦU KHÍ ............ 12
3.1. CHẤT XÚC TÁC ................................................................................................. 12
3.1.1. Khái niệm ............................................................................................................ 12
3.1.2. Phân loại .............................................................................................................. 12
3.1.3. Vai trò .................................................................................................................. 12
3.1.4. Ảnh hưởng của chất xúc tác lên phản ứng hóa học ............................................. 13
3.2. CRACKING XÚC TÁC ....................................................................................... 13
3.2.1. Khái niệm và mục đích ........................................................................................ 13
3.2.2. Nguyên liệu và sản phẩm .................................................................................... 14
3.2.2.1. Nguyên liệu ....................................................................................................... 14
3.2.2.2. Sản phẩm .......................................................................................................... 15
3.2.3. Yêu cầu của quá trình cracking xúc tác ............................................................... 17
3.2.3.1. Cơ chế hình thành trung tâm hoạt động chất xúc tác ...................................... 17
3.2.3.2. Các giai đoạn phản ứng cracking khi có mặt chất xúc tác .............................. 17
3.2.3.3. Cơ chế phản ứng hóa học xảy ra trong q trình cracking xúc tác ................. 18
3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng cracking xúc tác ........................................ 20

iii


3.2.5. Công nghệ cracking xúc tác tiêu biểu.................................................................. 21
3.2.5.1. Cracking với lớp xúc tác cố định...................................................................... 21
3.2.5.2. Cracking với lớp xúc tác tầng sôi ..................................................................... 21
3.2.4.3. Tái sinh xúc tác cracking .................................................................................. 22
3.2.3.4. Tiến bộ của xúc tác ........................................................................................... 22
3.3. HYDROCRACKING XÚC TÁC ........................................................................ 24
3.3.1. Khái niệm ............................................................................................................ 24

3.3.2. Nguyên liệu và sản phẩm .................................................................................... 24
3.3.3. Các phản ứng hóa học ......................................................................................... 26
3.3.3.1. Phản ứng mong muốn ....................................................................................... 26
3.3.3.2. Các phản ứng không mong muốn ..................................................................... 26
3.3.4. Xúc tác cho quá trình Hydrocracking xúc tác ..................................................... 27
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình .................................................................... 28
3.3.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ.................................................................................... 28
3.3.5.2. Ảnh hưởng của áp suất và lượng hydro sử dụng ............................................. 28
3.3.6. Sơ đồ tiêu biểu cho quá trình Hydrocracking xúc tác ......................................... 29
3.3.6.1. Quá trình Hydrocracking một cấp.................................................................... 29
3.3.6.2. Quá trình Hydrocracking hai cấp ............................................................... 29
3.4. REFORMING XÚC TÁC .................................................................................... 32
3.4.1. Khái niệm ............................................................................................................ 32
3.4.2. Mục đích .............................................................................................................. 32
3.4.3. Một số thành phần và tính chất của reformat ...................................................... 32
3.4.4. Nguyên liệu và sản phẩm .................................................................................... 34

iv


3.4.4.1. Nguyên liệu ....................................................................................................... 34
3.4.4.2. Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác ..................................................... 34
3.3.5. Yêu cầu của xúc tác sử dụng cho quá trình Reforming ........................... 36
3.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Reforming ................................................. 37
3.3.6.1. Nhiệt độ............................................................................................................. 37
3.3.6.2. Tốc độ nạp liệu ................................................................................................. 38
3.3.6.3. Áp suất vận hành .............................................................................................. 39
3.3.6.4. Tỉ lệ H2 trên nguyên liệu ................................................................................... 39
3.3.7. Công nghệ Reforming xúc tác tiêu biểu .............................................................. 40
3.3.7.1. Công nghệ bán tái sinh ..................................................................................... 40

3.3.7.2. Công nghệ tái sinh liên tục (CCR) .............................................................. 42
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN ........................................................................................ 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 44

v


DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ

 BẢNG
Bảng 3.1: So sánh thành phần và nguyên liệu của quá trình Cracking nhiệt và
quá trình Cracking xúc tác ............................................................................................. 14
Bảng 3.2: Các sản phẩm từ các nguyên liệu tương ứng trong
quá trình Cracking xúc tác. ........................................................................................... 15
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp các sản phẩm, tính chất, ứng dụng tương ứng
Trong q trình Cracking xúc tác. ................................................................................. 16
Bảng 3.4: Nguyên liệu cho quá trình Hydrocracking ........................................... 26
Bảng 3.5: Thành phần và tính chất của một số nguyên liệu Reforming xúc tác. . 33
Bảng 3.6: Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác. ........................................ 35
Bảng 3.7: Ảnh hưởng các thông số vận hành đến hiệu suất và chất lượng
sản phẩm trong quá trình Reforming xúc tác. ............................................................... 40

 SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1: Mục đích của nhà máy lọc dầu. ............................................................. 5
Sơ đồ 2.2: Quy trình chế biến của nhà máy lọc dầu ............................................... 6
Sơ đồ 2.3: Sơ đồ quy trình sản xuất chung của một số nhà máy lọc dầu ............. 11
Sơ đồ 3.1: Thành phần xúc tác cracking tầng sôi trong công nghiệp ................... 14
Sơ đồ 3.2: Công nghệ FCC ngày nay ................................................................... 22
Sơ đồ 3.3: Sơ đồ công nghệ Hydrocracking hai cấp linh hoạt ............................. 30
Sơ đồ 3.4: Sơ đồ Hydrocracking hai bậc không tiến hành

làm sạch sản phẩm của giai đoạn I ................................................................................ 31
Sơ đồ 3.5:. Sơ đồ tổng quát các phản ứng xảy ra trong quá trình Reforming
với sự tham gia của hai loại tâm xúc tác ....................................................................... 37

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Các sản phẩm từ cơng nghệ lọc hóa dầu. ............................................... 4
Hình 2.2: Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn (bên trái) đang trong quá trình xây dựng
và nhà máy lọc dầu Dung Quất (bên phải) đi vào sản xuất năm (2004) ......................... 8
Hình 2.3: Mỏ dầu Rạng Đơng ................................................................................. 9
Hình 2.4: Mỏ dầu Bạch Hổ ..................................................................................... 9
Hình 2.5: Cấu tạo theo mặt cắt dọc lị phản ứng Reforming xúc tác .................... 42

vii


CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. TÊN ĐỀ TÀI: Xúc tác trong q trình chế biến dầu khí.
1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, các hóa chất làm từ dầu mỏ và khí thiên nhiên hay cịn gọi là sản
phẩm hóa dầu là một trong các thành phần nền tảng của hầu hết các ngành cơng
nghiệp hiện đại.
Các sản phẩm lọc hóa dầu là một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta.
Sản phẩm lọc dầu chủ yếu là các loại nhiên liệu (LPG, xăng, dầu hỏa, dầu DO, FO),
một số sản phẩm khác như dầu nhờn, nhựa đường, lưu huỳnh, sáp, cốc dầu và các loại
nguyên liệu cho hóa dầu.
Các phân đoạn thu được từ quá trình chưng cất dầu thô cần được nâng cấp chất

lượng trước khi sử dụng, thơng qua các q trình chuyển hóa hóa học (cơng nghệ
reforming, đồng phân hóa, alkyl hóa, cracking nhiệt, cracking xúc tác, hydrocracking,
cốc hóa, xử lý bằng hydro) hoặc được phối trộn với phụ gia. Tùy theo yêu cầu của chất
lượng sản phẩm cuối mà q trình chuyển hóa hóa học hoặc loại phụ gia phù hợp được
lựa chọn.
Từ các nguyên liệu cơ bản được sản xuất từ nhà máy lọc dầu hoặc được sản xuất
từ khí thiên nhiên (các olefin, các hợp chất thơm và khí tổng hợp), bằng hàng trăm
cơng nghệ đa dạng, phức tạp, có thể tạo ra hàng ngàn sản phẩm hóa dầu hữu ích (chất
dẻo, nhựa, xơ sợi, phân bón, thuốc chữa bệnh, hóa chất khác). Cơng nghệ hóa dầu với
nhiều cách kết hợp các loại nguyên liệu cơ bản với nhau, thay đổi bản chất nguyên liệu
về mặt hóa học để tạo thành các sản phẩm có tính chất như mong muốn.
Nói đến cơng nghệ Lọc dầu và Hóa dầu, khơng thể khơng nói đến xúc tác. Xúc
tác là yếu tố cực kỳ quan trọng của các q trình cơng nghệ Lọc Hóa dầu. Nó là chìa
khóa và là động lực để phát triển các công nghệ mới, sản phẩm mới. Làm nền tảng để
các ngành cơng nghiệp có liên quan phát triển, cung cấp ngun liệu ổn định cho
ngành cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp phụ trợ và dệt may để tăng khả năng cạnh
tranh, hội nhập với khu vực, tận dụng được các hiệp định thương mại quốc tế.

1


Vì khả năng ứng dụng rộng rãi của dầu khí và tính chất đa dạng, khả năng phản
ứng đặc trưng của các xúc tác trong các quá trình chế biến dầu khí nên chúng tơi chọn
đề tài “Xúc tác trong q trình chế biến dầu khí” làm đề tài nghiên cứu.
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Hệ thống hóa lại tính chất và ứng dụng của dầu khí; tìm hiểu, so sánh các q
trình chế biến dầu khí có sử dụng hoạt chất xúc tác khác nhau trong các quá trình.
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Các phương pháp tổng hợp, q trình chế biến dầu khí có sự tham gia của các

chất xúc tác.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Việc nghiên cứu các phương pháp, quá trình trong việc chế biến dầu khí có sự
tham gia của các chất xúc tác trong các nhà máy chế biến dầu khí tại Việt Nam và trên
thế giới.
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu lý thuyết:
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài.
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài.

2


CHƯƠNG II: TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU KHÍ
Dầu khí là dầu thơ, khí thiên nhiên và hydrocarbon ở thể khí, lỏng, rắn hoặc nửa
rắn trong trạng thái tự nhiên, kể cả sulphur và các chất tương tự khác kèm theo
hydrocarbon nhưng không kể than, đá phiến sét, bitum hoặc các khống sản khác có
thể chiết xuất được dầu.
- Dầu thơ, hay cịn gọi là dầu mỏ, là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả
lục, là một hỗn hợp các phân tử hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là hỗn hợp các
hydrocarbon.
+ Trong điều kiện áp suất khí quyển, các thành phần hóa học của dầu mỏ được
chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn bao gồm: xăng ête, xăng nhẹ, xăng
nặng, dầu hỏa nhẹ, dầu hỏa, dầu diesel, dầu bôi trơn và các thành phần khác như hắc
ín, nhựa đường…
+ Phụ thuộc vào tỷ trọng và độ nhớt tương đối mà dầu thô được chia ra dầu
nặng, dầu nhẹ khác nhau. Phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu thơ mà
chia ra dầu ngọt - chứa 0,5% lưu huỳnh hoặc ít hơn và dầu chua có hàm lượng lưu
huỳnh 1-6%.
- Khí thiên nhiên hay khí đốt là tồn bộ hydrocarbon ở thể khí, khai thác từ giếng

khoan, bao gồm cả khí ẩm, khí khơ, khí đầu giếng khoan và khí cịn lại sau khi chiết
xuất hydrocarbon lỏng từ khí ẩm.
- Theo nguồn gốc hình thành khí đốt có thể chia làm 3 loại: Khí tự nhiên, khí
đồng hành, khí ngưng tụ.
+ Khí tự nhiên: là các khí chứa trong các mỏ riêng biệt. Trong khí, thành phần
chủ yếu là khí mêtan (93-99%), cịn lại là các khí khác như êtan, propan và một ít
butan và các chất khác (N2, S…).
+ Khí đồng hành: là khí nằm lẫn trong dầu mỏ được hình thành cùng với dầu,
thành phần chủ yếu là các khí nặng hơn như propan, butan, pentan.

3


+ Khí ngưng tụ (condensate) thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí,
bao gồm các hydrocacbon như propan, butan và một số hydrocacbon khác như pentan,
hexan…

Hình 2.1: Các sản phẩm từ cơng nghệ lọc hóa dầu.
Sản phẩm hóa dầu là các hóa chất được sản xuất từ nguyên liệu là sản phẩm
trung gian của nhà máy lọc dầu hoặc từ khí thiên nhiên.
Cơng nghiệp dầu khí bao gồm các hoạt động khai thác, chiết tách, lọc, vận
chuyển (thường bằng các tàu dầu và đường ống), và tiếp thị các sản phẩm dầu mỏ.
Phần lớn các sản phẩm của ngành công nghiệp này là dầu nhiên liệu và xăng. Dầu mỏ
là nguyên liệu thô dùng để sản xuất các sán phẩm hóa học như dược phẩm, dung mơi,
phân bón, thuốc trừ sâu và nhựa tổng hợp.
2.2. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU
2.2.1. Khái niệm
Nhà máy lọc dầu là một nhà máy xử lý cơng nghiệp tại đó dầu thô được chuyển
và tinh chế thành các sản phẩm hữu ích hơn như naphtha dầu khí, xăng, dầu diesel, cơ
sở nhựa đường, dầu nóng, dầu hỏa, khí dầu mỏ hóa lỏng, nhiên liệu máy bay phản

lực và dầu nhiên liệu.

4


Các nhà máy lọc dầu thường là các khu công nghiệp rộng lớn, trải dài với các
đường ống rộng khắp chạy qua, mang theo các dòng chất lỏng giữa các đơn vị xử lý
hóa chất lớn, chẳng hạn như cột chưng cất. Theo nhiều cách, các nhà máy lọc dầu sử
dụng phần lớn cơng nghệ và có thể được coi là các loại nhà máy hóa chất.
Ngun liệu dầu thơ thường được xử lý bởi một nhà máy sản xuất dầu. Thường
có một kho chứa dầu tại hoặc gần một nhà máy lọc dầu để lưu trữ nguyên liệu dầu thô
đến cũng như các sản phẩm lỏng số lượng lớn.
Các nhà máy lọc dầu là các cụm công nghiệp rất lớn, bao gồm nhiều đơn vị xử lý
và các cơ sở phụ trợ khác nhau như các đơn vị tiện ích và bể chứa. Mỗi nhà máy lọc
dầu có sự sắp xếp và kết hợp độc đáo của các quy trình tinh chế phần lớn được xác
định bởi vị trí nhà máy lọc, các sản phẩm mong muốn và các cân nhắc kinh tế.
2.2.2. Mục đích
Nhà máy lọc dầu là nơi thực hiện các q trình chế biến dầu thơ thành các sản
phẩm dầu mỏ. Cơ cấu về các sản phẩm dầu mỏ phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ của
thị trường theo từng khu vực và sự phân chia sản xuất trên phạm vi thế giới.
Ngoài ra, nhà máy lọc dầu phải đảm bảo chất lượng cho các sản phẩm sản xuất từ
nhà máy theo các tiêu chuẩn chất lượng đã quy định.
Mục đích của nhà máy lọc dầu có thể phác họa theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.1: Mục đích của nhà máy lọc dầu.

5


Ngồi ra, nhà máy lọc dầu cịn cung cấp một lượng ngun liệu rất lớn cho ngành

cơng nghiệp hóa dầu như: dung mơi, sợi nhân tạo, nhựa, hóa chất cơ bản, phân bón, ...
Quy trình chế biến của nhà máy lọc dầu được minh họa trong sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.2: Quy trình chế biến của nhà máy lọc dầu.
2.2.3. Nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu
2.2.3.1. Tiếp nhận và vận chuyển dầu thơ
Có thể tiếp nhận một lượng lớn dầu thô về cả số lượng lẫn chủng loại, nhằm
tránh sự tác động của sự biến động rộng lớn về nguồn nguyên liệu và có thể cấu
thành nguyên liệu phù hợp với chế độ công nghệ của nhà máy nhằm đáp ứng được
yêu cầu về cơ cấu sản phẩm dầu mỏ của thị trường. Có thể tiếp nhận bằng cầu
cảng hoặc đường ống.
2.2.3.2. Chế biến dầu thô: Thực hiện các q trình chế biến dầu thơ thành các sản
phẩm dầu mỏ hay chất nền.
2.2.3.3. Kiểm tra chất lượng: Thực hiện việc kiểm tra chất lượng các nguyên liệu
và sản phẩm của nhà máy nhằm theo dõi các quá trình chế biến và đảm chất lượng cho
các sản phẩm tạo thành.

6


2.2.4. Các quá trình chế biến trong nhà máy lọc dầu
Tùy vào ngun liệu dầu thơ và mục đích của nhà máy lọc dầu mà qui trình cơng
nghệ chế biến rất khác nhau. Nhưng nhìn chung, quá trình chế biến tổng thể của nhà
máy. Tuy nhiên, các quá trình chế biến trong các nhà máy lọc dầu luôn bao gồm các
bộ phận sau:
2.2.4.1. Quá trình phân tách: Tạo ra các phân đoạn cơ sở nhằm đáp ứng mục
đích sử dụng cho các quá trình chế biến tiếp theo (chưng cất, trích ly…).
2.2.4.2. Q trình chuyển hóa: Nhằm tạo ra các phân tử mới có tính chất phù hợp
với sản phẩm sử dụng (alkyl hóa, isomer hóa, reforming, cracking,…).
2.2.4.3. Q trình xử lý: Nhằm loại bỏ các tạp chất không mong muốn có mặt

trong thành phần các phân đoạn và sản phầm, nhằm đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu
cho quá trình chế biến tiếp theo hay đạt chất lượng sản phẩm thương phẩm.
2.2.4.4. Các q trình bảo vệ mơi trường: Bao gồm các q trình xử lí mơi
trường nhằm bảo đảm an tồn mơi trường làm việc và mơi trường tự nhiên xung quanh
nhà máy (bao gồm các quá trình xử lý khí, nước thải, chất thải, khí chua …).
2.2.5. Sự cần thiết phải chế biến dầu
Dầu thô không thể sử dụng để chạy bất cứ động cơ gì, ngồi việc dùng để đốt tạo
năng lượng. Vi vậy, muốn sử dụng dầu thô để làm nhiên liệu động cơ cần phải qua các
quy trình chế biến dầu khác nhau, phân đoạn và các quá trình phản ứng sử dụng nhiều
biện pháp hóa học, chất xúc tác phức tạp, quy mơ.
Dầu mỏ là nguồn cung cấp năng lượng chính chiếm khoảng 70% năng lượng trên
tồn thế giới; ngồi ra cịn lấy năng lượng từ than đá, năng lượng nước, năng lượng
mặt trời, năng lượng gió… Vì vậy cơng nghệ chế biến dầu mỏ đã tạo ra nhiều việc làm
cho người lao động và cung cấp các nguồn nguyên liệu ban đầu cho các sản phẩm
khác. Theo xu thế ngày nay, các sản phẩm từ công nghệ cần chất lượng cao, thân thiện
mơi trường và tiêu hao ít nguồn nhiên liệu ban đầu. Cho nên cơng nghệ lọc hóa dầu
ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu chung cho thị trường, cuộc sống.

7


2.2.6. Hiện trạng và tương lai cơng nghiệp lọc hóa dầu tại Việt Nam
Ở Việt Nam lĩnh vực lọc hóa dầu đã bắt đầu từ năm 1982 với các nhà máy lọc
dầu đơn giản, quy mô nhỏ như nhà máy chế biến condensate Cát Lái (thuộc
Saigonpetro), Phú Mỹ (thuộc Petrovietnam), Cần Thơ (do RPC, một công ty Thái Lan,
đầu tư sau đó chuyển qua các nhà đầu tư Việt Nam) và các nhà máy hóa dầu riêng lẻ
như 02 nhà máy nhựa PVC (do liên doanh Vinachem-TPC Vina (Thái Lan) và liên
doanh Petrovietnam-Petronas đầu tư), nhà máy sản xuất chất hóa dẻo DOP
(Petrovietnam, Vinachem và LG đầu tư), sản phẩm hỗ trợ cho việc sử dụng nhựa PVC
thường dùng trong xây dựng. Các tổ hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn, hóa dầu Long Sơn và

các tổ hợp/nhà máy lọc hóa dầu khác đi vào hoạt động, ngành công nghiệp lọc hóa dầu
Việt Nam sẽ phát triển từ lọc dầu đến hóa dầu và hóa dầu từ khí thiên nhiên.

Hình 2.2: Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn (bên trái) đang trong quá trình xây dựng
và nhà máy lọc dầu Dung Quất (bên phải) đi vào sản xuất năm 2004.
Công nghệ và sản phẩm lọc hóa dầu ở Việt Nam trong tương lai cũng khơng nằm
ngồi xu hướng thế giới. Các tổ hợp lọc hóa dầu sẵn có như Dung Quất, Nghi Sơn…
sẽ được nâng cấp để có thể chế biến các loại dầu thơ có chất lượng thấp với giá rẻ hơn
thành các sản phẩm lọc dầu sạch và ít gây ơ nhiễm mơi trường hơn; ngồi xăng dầu sẽ
có thêm các loại nhựa đường, dầu nhờn, lưu huỳnh và nhiều chủng loại sản phẩm

8


trung gian và thành phẩm hóa dầu mới. Các sản phẩm hóa dầu sẽ được sản xuất bằng
cơng nghệ hiện đại, tiên tiến, chú trọng đến hóa dầu từ khí thiên nhiên, thế mạnh của
Việt Nam trong tương lai với các mỏ khí trải dài ngồi khơi từ Bắc tới Nam.

Hình 2.3: Mỏ dầu Rạng Đơng

Hình 2.4: Mỏ dầu Bạch Hổ

Các Liên hợp Lọc Hóa Dầu và Hóa Khí như Dung Quất, Nghi Sơn, Long Sơn,
Phú Mỹ, Cà Mau, Miền Trung với sản phẩm đa dạng, làm nền tảng để các ngành cơng
nghiệp có liên quan phát triển, cung cấp ngun liệu trong nước ổn định cho ngành
cơng nghiệp hóa chất, công nghiệp phụ trợ và dệt may để tăng khả năng cạnh tranh,
hội nhập với khu vực, tận dụng được các hiệp định thương mại quốc tế và liên chính
phủ như hiệp định thương mại xun Thái Bình Dương (TPP), các hiệp định của khu
vực mậu dịch tự do ASEAN (AFTA) hay của Tổ chức thương mại thế giới (WTO).

9


2.3. Q TRÌNH CHẾ BIẾN DẦU KHƠ
Nếu trong dầu có hàm lượng nước và muối cao chế độ công nghệ của các quá
trình bị phá hủy, làm tăng áp suất trong thiết bị và giảm cơng suất. Muối cịn có tác hại
lớn hơn. Muối đóng trên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt,
dẫn tới tăng chi phí nhiên liệu, giảm cơng suất thiết bị.
Nước trong dầu thường tạo thành dạng nhũ tương khó phá hủy. Nước trong dầu
chứa nhiều muối khoáng khác nhau và một số kim loại hòa tan. Các cation thường gặp
trong nước là Na+, Ca2+, Mg2+ và một lượng Fe2+ và K+ ít hơn. Các anion thường gặp
là Cl- và HCO3-, còn SO 2- và SO 2- với một lượng ít hơn.
Ngồi ra, trong dầu cịn có một số oxit không phân ly như: Al2O3, Fe2O3, SiO2.
Hàm lượng tổng của muối khóang (độ khống) của nước có thể từ dưới 1% đến 20 ÷
26%. Một số muối khóang dễ bị thủy phân (xem trong phần tiếp theo), do đó nước đi
kèm theo dầu mỏ là vấn đề được quan tâm.
Muối trong dầu tồn tại ở dạng hòa tan trong nước hoặc tinh thể có tính chất
khác nhau. Clorua natri hầu như khơng hịa tan. Clorua canxi trong điều kiện tương
ứng có thể thủy phân đến 10% và tạo HCl. Clorua maghê thủy phân 90% và quá trình
này diễn ra cả ở nhiệt độ thấp. Do đó nước có thể là nguyên nhân ăn mòn thiết bị.
Thủy phân clorua maghe:
MgCl2 + H2O

MgOHCl + HCl

Diễn ra dưới tác dụng của nước chứa trong dầu và do nước kết tinh clorua
maghê. Ăn mòn dưới tác dụng của sản phẩm thủy phân diễn ra trong vùng nhiệt độ cao
(các ống của lò nung, thiết bị bay hơi, tháp cất) và trong các thiết bị nhiệt độ thấp (thiết
bị ngưng tụ và thiết bị làm lạnh).
Trong chế biến dầu do phân hủy hợp chất lưu huỳnh tạo H2S là nguyên nhân

ăn mòn mạnh, đặc biệt khi kết hợp với HCl. H2S khi có nước hoặc dưới nhiệt độ cao
tác dụng với kim loại của thiết bị tạo sulfur sắt:
Fe + H2S

FeS + H2

10


Màng FeS che phủ bề mặt kim loại, bảo vệ nó khơng bị ăn mịn tiếp, nhưng khi
có có HCl màng bảo vệ bị phá hủy do sulfur sắt tham gia vào phản ứng sau:
FeS + 2 HCl

FeCl2 + H2S

Clorua sắt chuyển thành dung dịch nước, còn hydro sulfur được giải phóng lại
tác dụng với sắt.
Bụi và muối gây ăn mịn ống dẫn, tích lũy lại trong sản phẩm dầu làm giảm chất
lượng của chúng. Trong quá trình loại muối bên cạnh clorua cũng loại 50÷70% các
hợp chất vanadium và niken, phần lớn hợp chất angtimon và các tạp chất khác có
khả năng đầu độc xúc tác và ăn mịn thiết bị trong các quá trình chế biến tiếp.
Do nước tồn tại trong dầu ở dạng nhũ tương bền vững nên các phương pháp loại
nước tập trung vào việc phá nhũ tương trong dầu. Có 3 phương pháp pháp nhũ: cơ
học, hóa học và điện.
Dầu thơ khai

Ổn định ( tách

Tách muối và

thác từ dầu mỏ

khí hịa tan)

nước

Chưng cất chân khơng
để thu dầu nhờn (hoặc
cracking xúc tác thu sản

Chưng cất khí quyển
Cặn khí quyển

để thu sản phẩm
trắng

phẩm trắng)

Hydrocracking thu sản

Cặn chân khơng

phẩm ngun liệu.

Sơ đồ 2.3: Sơ đồ quy trình sản xuất chung của một số nhà máy lọc dầu.

11


CHƯƠNG III: XÚC TÁC TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

3.1. CHẤT XÚC TÁC
3.1.1. Khái niệm
Chất xúc tác là chất tham gia vào q trình hóa học làm tăng tốc độ pư mà bản
thân khơng thay đổi về mặt hóa học.
Chất xúc tác sau khi tham gia vào quá trình khơng bị thay đổi về phương diện
hóa học nhưng có thể thay đổi tính chất vật lý (chẳng hạn như thay đổi hình dạng: từ
dạng hạt sang dạng bụi nhỏ...)
3.1.2. Phân loại
Xúc tác được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau, có thể là một hỗn hợp phức tạp
gồm nhiều oxyt như zeolit, đất sét, aluminosilicat ...; hoặc là một chất tinh khiết như
xúc tác kim loại Ag, Cu, Pt...; hoặc là một hợp chất đơn giản như các oxyt, sulfur...;
hoặc dưới dạng một hợp chất phức tạp như xúc tác men.
3.1.3. Vai trị
Xúc tác đóng vai trị hết sức quan trọng trong cơng nghiệp hóa học. Theo
Freedonia Group Inc.World Catalys, Jan. 2007, có tới 60% các q trình cơng nghệ,
90% các sản phẩm cơng nghiệp hóa học có sử dụng chất xúc tác.
Trong những năm gần đây trước viễn cảnh nguồn tài ngun cạn kiệt, mơi trường
suy thối nghiêm trọng, thì xúc tác là niềm hy vọng trong việc sx những nguồn năng
lượng mới, vật liệu mới, các quá trình sản xuất ít thải hơn, sạch hơn, mà đỉnh cao là
hóa học xanh.
Xúc tác đóng vai trị quyết định trong nhiều thành tựu của nền văn minh nhân
loại, nhất là trong các lĩnh vực sau:
- Cơng nhiệp phân bón, đảm bảo an ninh lương thực;
- Cơng nghiệp lọc hóa dầu, Cơng nghiệp vật liệu, hóa chất.
- Cơng nghiệp dược phẩm; Công nghiệp vật liệu;

12


- Xử lí chất thải, bảo vệ mơi trường…

3.1.4. Ảnh hưởng của chất xúc tác lên phản ứng hóa học
Ảnh hưởng của chất xúc tác rất mạnh tốc độ phản ứng có thể tăng hàng trăm
lần, hàng nghìn lần và hơn nữa. Chất xúc tác có thể kích thích những phản ứng mà nếu
khơng có chúng thì thực tế phản ứng không xảy ra trong điều kiện khảo sát nhất định.
Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa, tăng nhanh tốc độ phản ứng 
giảm thời gian, đơn giản hóa điều kiện pư (ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khơng
cao…)  giảm chi phí trong cơng nghiệp hóa chất.
Thơng thường chất xúc tác chỉ làm nhiệm vụ cho một phản ứng; đặc biệt xúc tác
men chỉ làm xúc tác cho một hay vài giai đoạn trong một phản ứng; nhưng cũng có
những loại xúc tác có hoạt tính cho một vài nhóm phản ứng như xúc tác axit làm xúc
tác cho các phản ứng cracking, isome hóa, thuỷ phân, đề hydrat, alkyl hóa...
Vì có rất nhiều ưu việt nên trong kỹ thuật hóa học, đặc biệt là trong lĩnh vực lọc
hóa dầu và ngành tổng hợp hữu cơ, hầu hết các phản ứng đều dùng xúc tác. Hiện nay
tất cả các nhà máy lọc hóa dầu hiện đại đều dùng phương pháp cracking xúc tác,
reforming xúc tác,... thay cho các quá trình cracking nhiệt, reforming nhiệt trước đây.
3.2. CRACKINH XÚC TÁC
3.2.1. Khái niệm và mục đích
- Cracking xúc tác là quá trình quan trong trong nhà máy lọc dầu để sản xuất
xăng có chỉ số octan cao từ các phân đoạn nặng hơn đáp ứng yêu cầu chất lượng sản
phẩm đề ra.
- Mục đích của q trình cracking xúc tác:
+ Chuyển hóa các phân đoạn dầu nặng thành sản phẩm lỏng và khí (khí, xăng,
dầu DO, …)
+ Nâng cao độ chọn lọc của quá trình Cracking.
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm.

13


3.2.2. Nguyên liệu và sản phẩm

3.2.2.1. Nguyên liệu: Xúc tác cho q trình cracking tầng sơi trong cơng nghiệp
thuộc loại axit rắn, có thành phần khá phức tạp như sau:

Sơ đồ 3.1: Thành phần xúc tác cracking tầng sôi trong công nghiệp.
Bảng 3.1: So sánh thành phần và nguyên liệu của quá trình Cracking nhiệt và
quá trình Cracking xúc tác.
Thành phần nguyên liệu

Với n-parafin.

Với vòng no.
Với alkyl thơm.

Cracking nhiệt

Cracking xúc tác

- Phần lớn thu C2 olefin và

- Thu C3 –C6 olefin mạch

C4-C5 mạch thẳng.

nhánh.

- Phản ứng đồng phân hóa

- Đồng phân hóa rất nhiều.

khơng nhiều.

- Thu sản phẩm vịng, tạo

- Khó thu sản phẩm vịng.

aren.

Cracking khó khăn.

Cracking dễ dàng.

Đổi mạch alkyl.

14

Tách nhóm alkyl ra khỏi
vịng thơm.


3.2.2.2. Sản phẩm
Bảng 3.2: Các sản phẩm từ các nguyên liệu tương ứng trong quá trình Cracking xúc tác.
HYDROCACBON

SẢN PHẨM QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC
- Olefin và parafin.

Parafin

- Olefin và hydro, iso-parafin.
- Các hợp chất olefin có trọng lượng phân tử thấp.

- Parafin và dien.

Olefin

- Parafin, naphten và hydrocacbon thơm.
- Polyme, cốc.
- Olefin.

Naphten

- Cyclohexan và olefin.
- Hydrocacbon thơm.

Hydrocacbon thơm
(alkyl thơm)

- Parafin và alkyl có mạch bên ngắn.
- Đồng phân hóa, chuyển vị nhóm alkyl.
- Sản phẩm ngưng tụ và cốc.

Phản ứng bậc 2:

- Hydrocacbon thơm

Naphten+ Olefin

- Parafin

Hydrocacbon
thơm +Olefin

- Sản phẩm ngưng tụ và cốc

15


Bảng 3.3: Bảng tổng hợp các sản phẩm, tính chất, ứng dụng tương ứng trong quá
trình Cracking xúc tác.
SẢN PHẨM KHÍ
Etylen và Propylen
Propan – propen

TÍNH CHẤT
Hàm

-

lượng - Nhựa PE, PP

hydrocacbon cấu trúc - Quá trình polyme
nhánh cao Hiệu suất sản hóa và sản xuất các
phẩm khí chiếm 10- chất hoạt động bề mặt
15% nguyên liệu.

KHÍ BÉO

Propan – propen,
butan - buten

ỨNG DỤNG

và làm nhiên liệu đốt

- Sự phụ thuộc thành (LPG).
phần khí cracking xúc - Q trình alkyl hóa
tác vào ngun liệu.
và q trình tổng hợp
-

Thành phần khí hóa dầu.

cracking phụ thuộc vào
xúc tác sử dụng.
Thành

XĂNG
KHÔNG
ỔN ĐỊNH

phần

xăng -

Xăng nhận được từ -

Xăng ơ tơ, xăng

cracking:

q trình cracking xúc máy bay( phải ổn định

- Aren : 20 – 30% ;

tác có tỉ trọng khoảng xăng)
0,72-0,77.

-Olefin : 9 - 10% ;
- Naphten : 2-10%;

Trị số octan theo

nghiên

cứu

(RON)

- iso-parafin : 35-50%. khoảng 87-91.
Thành
GASOIL
NHẸ

phần: Chỉ số xetan và hàm Làm thành phần nhiên

hydrocacbon không no lượng lưu huỳnh cao liệu DO, nguyên liệu
và aromat (28- 55%), hơn so với phân đoạn điều chế muội, chất
ts 175-350, tỷ trọng diesel.

pha loãng trong điều

0,83- 0,94.

chế cặn mazut.

16