quá trình isomer hóa hóa học dầu mỏ

1. Mục đích của quá trình Isomer hóa [1]
Mục đích của quá trình isomer hóa trong chế biến dầu là tăng tính chống kích nổ của
xăng máy bay và xăng ôtô. Trong công nghiệp chế biến dầu trước tiên chúng được ứng
dụng để sản xuất isobutan từ n-butan. Isobutan sau đó được alkyl hóa bằng butylen để
nhận được isooctan. Quá trình isomer hóa công nghiệp phát triển với mục đích là tăng
nguồn isobutan - là nguyên liệu để sản xuất alkylat, là thành phần trị số octan cao cho
xăng máy bay. Nguyên liệu của quá trình là n-butan tách ra từ khí của nhà máy chế biến
dầu. Quá trình đồng phân hóa n-butan đặc biệt được quan tâm trong các nhà máy không
có cracking xúc tác (khí cracking xúc tác chứa nhiều isobutan). Xúc tác cho quá trình này
là nhôm oxit clo hóa, hoạt hóa bằng HCl và sử dụng trong chế độ nhiệt độ ôn hòa (90 ÷
120
o
C) và áp suất cao. Đồng phân hóa các hydrocarbon xăng nhẹ như n-pentan và hexan
ít phổ biến hơn, được ứng dụng để sản xuất các thành phần xăng octan cao. Những năm
sau chiến tranh thế giới thứ hai nhu cầu về xăng máy bay giảm nên quá trình isomer hóa
trong thời gian này cũng ít được quan tâm hơn. Tuy nhiên sau đó nhu cầu về đồng phân
hóa lại tăng do đòi hỏi về chất lượng xăng ôtô tăng. Quá trình reforming xúc tác là thành
phần không thể thiếu trong các nhà máy chế biến dầu. Nguyên liệu của quá trình này là
xăng có giới hạn sôi 62 ÷ 85
o
C hoặc 80 ÷ 180
o
C, còn phần nhẹ hơn của xăng chưng cất
trực tiếp ở lại trong nhà máy. Nhờ quá trình này nhận được các thành phần octan cao với
hàm lượng hydrocarbon thơm cao. Trong xăng ôtô chất lượng cao (RON 93 và RON 98)
cần chứa từ 25 đến 45% isoparafin, nhận được trong quá trình alkyl hóa và isomer hóa.
Thêm chúng vào các thành phần thơm của xăng cracking xúc tác và reforming cho phép
tăng tính ứng dụng của xăng. Nhờ isomer hóa có thể tăng trị số octan của phân đoạn xăng
nhẹ (sôi đầu đến 85
o
C) lên 15 ÷ 20 đơn vị. Do đó cùng với sự tăng trưởng sản xuất xăng

octan cao thì isomer hóa cũng tăng.
Giá trị to lớn của quá trình isomer hóa là nguyên liệu được sử dụng là các thành phần
octan thấp - như phân đoạn từ sôi đầu đến 62
o
C và rafinat của reforming xúc tác. Trong
các nguyên liệu này chứa chủ yếu là phân đoạn pentan và hexan. Các nguyên liệu này
được đồng phân hóa trong môi trường có hydro tạo thành isoparafin với trị số octan cao.
Tính chống kích nổ cao và độ bay hơi cao của sản phẩm đồng phân hóa các hydrocarbon
C
5
÷ C
6
khiến cho chúng trở thành các cấu tử có giá trị cho xăng chất lượng cao. Thí dụ,
n-hexan (có nhiệt độ sôi 69
o
C) và trị số octan là 26, còn các đồng phân của nó có trị số
octan cao:
Bảng 1. Chỉ số octan của các đồng phân n-hexan
2 - metylpentan 73,5
3 - metylpentan 74,3
2,2 - dimetylbutan 93,4
2,3 - dimetylbutan 94,3
Trị số octan đặc biệt cao khi pha trộn isomerat với hydrocarbon thơm. Nếu trị số
octan của sản phẩm đồng phân hóa các hydrocarbon C
5
÷ C
6
là 98 thì của hỗn hợp với
aromat sẽ là 103 ÷ 104. Do đó về phương diện này isomerat không thua kém sản phẩm
của quá trình alkyl hóa isobutan bằng butylen.

Đồng phân hóa không chỉ được quan tâm trong công nghiệp chế biến dầu mà cả
trong công nghiệp hóa dầu do isopentan dehydro hóa sẽ tạo thành isopren là nguyên liệu
sản xuất cao su tổng hợp. Như vậy, isomer hóa vừa được ứng dụng để sản xuất xăng
octan cao và cả cao su tổng hợp.
2. Nguyên liệu và sản phẩm[3]
2.1. Nguyên liệu
Nhập liệu chính cho quá trình isomer hóa là phân đoạn naptha nhẹ với thành phần
chính là pentan, hexan và một lượng nhỏ heptan.
Nguyên liệu phải được xử lý nhằm loại lưu huỳnh và nitơ trước khi đưa vào bình
phản ứng để bảo vệ hoạt tính của chất xúc tác, có thể xử lý bằng các quá trình như Merox,
xử lý Clay hay hydrotreating. Thông thường đối với nhập liệu là naptha nhẹ thì thường chọn
quá trình xử lý bằng hydro (hydrotreating). Izome hóa thường dùng nguyên liệu là phân
đoạn C
5
và C
6
. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản
phẩm. Thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác nhau được trình bày ở bảng
2. Từ các số liệu trong bảng thấy rằng, hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65%
trong nguyên liệu. Do đó, nếu cho toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi izome hóa là không hợp
lý mà cần phải tách các izome ra khỏi n-parafin và chỉ cho biến đổi n-parafin. Để hạn chế
các phản ứng phụ và sự kìm hãm quá trình nên tiến hành phản ứng ở mức độ biến đổi vừa
phải, rồi sau khi tách cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi. Khi tiến hành thao tác
như vậy, đã cho phép tăng trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị.
Bảng 2: Thành phần nguyên liệu tiêu biểu
Nguồn nguyên liệu Kuwait Mid continent
Xăng
cất
Arabia Wyoming
C

5
: n-pentan 58.5 3.0 42.2 64.3 59.8
2-metylbutan 41.5 36.2 56.2 33.3 36.4
2,2-dimetylpropan - - - - -
Xyclopentan 0.1 0.8 1.2 2.4 3.8
C
6
: n-hexan 43.2 41.6 27.7 46.6 37.8
2-metylpentan 22.4 26.3 32.5 40.5 38.2
3-metylpentan 16.9 14.3 12.5 - -
2,2-dimetyl butan 2.0 0.5 0.75 3.9 3.8
2,3-dimetyl butan 4.2 0.5 0.75 - -
Metylxyclopentan 5.1 14.0 17.0 7.3 18.8
Xyclohexan 4.2 2.2 4.5 - -
Benzen 2.0 0.6 - 2.0 1.4
RON của C
5
74.4 72.9 79.2 72.1 73
RON của C
6
55.9 57.7 76.4 55.1 61.1
Trong thực tế công nghiệp, người ta thường đem izome hóa phân đoạn C
5
- C
6
còn n-
heptan đem izome hóa không tiện lợi vì trong điều kiện tiến hành quá trình tiến hành các
parafin cao (>C
6
) dễ bị cracking và dễ tạo cặn nhựa làm cho sản phẩm có trị số octan tương

đối thấp. Đáng tiếc khi tiến hành izome hóa phân đoạn C
5
- C
6
, trị số octan của xăng chỉ tăng
lên đến một giới hạn nhất định và thường là không vượt quá 100 đơn vị theo phương pháp
nghiên cứu. Vì thế nó không phải là quá trình chủ đạo để thu các cấu tử cho xăng.
2.2. Sản phẩm
Sản phẩm của quá trình isomer bao gồm:
• Một lượng nhỏ sản phẩm khí sinh ra do quá trình Cracking.
• Một phần nguyên liệu chưa chuyển hóa.
• Isoparafin và cycloparafin
Nếu tăng tính nghiêm khắc của công nghệ thì cũng nâng cao được chỉ số octan của
sản phẩm nhưng cũng làm tăng hiệu suất phân đoạn khí tạo thành.
Bảng 3: Thành phần sản phẩm từ các nguyên liệu khác nhau
Cấu tử
Nguyên liệu Lousianna Arbian
Nguyên liệu Sản phẩm Nguyên liệu Sản phẩm
% V
n-pentan 16.3 4.8 29.1 7.1
Isopentan 11.6 23.1 11.3 33.3
n-pentan 19.0 4.4 30.4 4.1
2,2-dimetylbutan 1.9 20.7 0.0 25.2
2,3-dimetylbutan 2.1 5.0 0.7 4.6
2-metylpentan 15.3 11.4 11.3 12.0
3-metylpentan 9.4 6.2 6.6 5.1
Xyclopentan 2.3 1.8 0.7 0.1
Xyclohexan 6.4 15.5 1.5 6.6
Metylcyclopentan 10.8 2.2 5.4 0.9
Benzen 4.8 4.8 1.0 1.0

Trị số octan 98 98.5
Hiệu suất, % V >99 99
Hiệu suất chuyển hóa của công nghệ phụ thuộc vào tính chất của nhập liệu và chỉ
số octan của sản phẩm. Nếu tính chất của nguyên liệu không tốt thì độ chuyển hóa chỉ
khoảng 85% hoặc hiệu suất sản phẩm lỏng sẽ thấp, còn nếu tính chất của nguyên liệu tốt
thì độ chuyển hóa có thể đạt đến 97%.
Đặc trưng sản phẩm của quá trình izome hóa là các iso-parafin đây là những cấu tử cao
octan, rất thích hợp cho việc sản xuất xăng chất lượng cao. Sản phẩm thu được từ quá trình
izome hóa có trị số octan có thể đạt tới 88÷89 (theo RON). Với mỗi hãng khác nhau thì sản
phẩm thu được chứa phần trăm thể tích của các cấu tử khác nhau nhưng nhìn chung nó
không có sự chênh lệch về trị số octan, cụ thể như sản phẩm của quá trình izome hóa của
hãng Essoresearch và Engineering Co tiến hành trong pha lỏng có kết quả như trong bảng 3.
Từ số liệu trong bảng dưới đây thấy rằng trong quá trình biến đổi izome hóa đi từ nguyên
liệu n-C
5
và C
6
thì sản phẩm chính thu được là iso-pentan và 2,2-dimetylbutan. Sản phẩm thu
được từ quá trình izome hóa có chất lượng cao.
3. Bản chất hóa học[3]
Quá trình izomer hóa bao gồm n-parafin thành izo-parafin và n-parafin thành izo-
olefin. Ví dụ 1 : Phản ứng biến đổi n-butan thành izo-butan và izo-buten có thể xảy theo
hai cách:
Cơ chế xyclopropan mới giải thích sự tạo thành izo-parafin và izo-alken.
Theo cơ chế trên, xyclopropan khi mở vòng tạo thành C
+
bậc 1, tốc độ tạo thành C
+
bậc 1
rất nhỏ, sau đó chuyển sang C

+
bậc 3 với tốc độ rất lớn:
Ngoài cách phản ứng trên, còn xảy ra phản ứng tạo dime (cơ chế lưỡng phân tử):
Trong hai cơ chế trên, cơ chế lưỡng phân tử dễ xảy ra hơn. Tuy nhiên sản phẩm trung
gian của cơ chế này (dime) có kích thước lớn hơn. Nếu chất xúc tác có lỗ xốp nhỏ hơn kích
thước của dime thì phản ứng này không xảy ra được. Do vậy muốn tăng độ chọn lọc, phải
chọn xúc tác có kích thước phù hợp. Xúc tác thường dùng trong công nghiệp là zeolit
Feriorit (có d = 5A, độ axit tương đương độ axit của ZSM-5).
Izo-butan là cấu tử rất quan trọng vì từ đó, bằng cách dehydro hóa thu izo-buten, là
nguyên liệu để sản xuất MTBE. Sơ đồ phản ứng như sau:
n-butan izo-butan izo-buten MTBE
Phản ứng có thể xảy ra trên xúc tác axit rắn, điển hình là zeolit. Ví dụ trong bảng cho
biết, với xúc tác là zeolit mordenit, độ chọn lọc của izo-butan có thể đạt tới 74%.
Bảng 4. Izome hóa n-butan trên mordenit ở 250
o
C và 1at
Thời gian trong dòng (phút) 5 20 25
Độ chuyển hóa (%) 60 22 15
Độ chọn lọc (%):
Izo-butan
C
3
C
5
49
35
16
65
22
13

74
21
5
Nhiều nhà nghiên cứu chỉ ra rằng, oxyt zirconi được sunfat hóa có thể izome hóa butan
thành izo-butan ở nhiệt độ từ 100
o
C đến 150
o
C .
Bảng 5: Izome hóa n-butan trên xúc tác SO
4
2-
/ZnO
2
trong dòng nitơ
Nhiệt độ phản ứng (
o
C) 150 250
Hiệu suất (%) izo-C
4
C
3
C
5
izo-C
4
C
3
C
5

Thời gian trong dòng (phút):
5
25
30
50
24,7
17,9
15,5
14,4
7,5
0,7
0,6
0,5
1
0
0
0
36,5
23,9
19,6
16,8
8,6
2,2
1,4
1,1
4,2
1,2
1,4
0,7
Khi thêm Fe và Mn vào oxyt zirconi làm tăng đáng kể hoạt tính xúc tác, nhưng không cải

thiện thời gian làm việc của xúc tác. Ngược lại, thêm Pt làm tăng độ chọn lọc thành izo-
butan và cả thời gian làm việc của xúc tác.
Bảng 6: Izome hóa n-butan trên xúc tác Pt/SO
4
2-
/ZrO
2
trong dòng hydro
C4/H2 Thời gian phản ứng (phút)
5 35 65
CH
3
OH
H
+
-H
2
Mẫu (g.h/mol) X S
i
X S
i
X S
i
Pt/SO
4
2-
/ZrO
2
5/1
1/1

1/3
33
32
33
88
91
100
25
31
37
91
95
100
24
33
37
92
95
100
Trong đó: X: độ chuyển hóa; S
i
: độ chọn lọc
Ví dụ 2:
Izome hóa: n-hexan izo-hexan
Cơ chế phản ứng như sau: Giai đoạn 1 tạo olefin, xúc tiến cho quá trình này là các tâm
kim loại trong xúc tác Pt. Sau đó tiếp đến giai đoạn 2 là quá trình đồng phân hóa, xảy ra trên
các tâm axit Lewis:
Tóm lại, xúc tác cho izome hóa tương tự như xúc tác cho reforming, xúc tác hai chức
năng, vì izome hóa thường xảy ra qua hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tách hydro (lúc này vai trò xúc tác là tâm kim loại M).

Giai đoạn 2: Đồng phân hóa (vai trò xúc tác là các tâm axit A).
Izome hóa các hydrocacbon thơm
Một số quá trình izome hóa khác có ứng dụng trong hóa dầu là izome hóa các
hydrocacbon thơm, chủ yếu là m-xylen tạo p-, o-xylen là các sản phẩm có giá trị cho tổng
hợp hóa dầu.Để izome hóa alkyl benzen, vai trò của các axit rất quan trọng.Trong quá trình
izome hóa, thường xảy ra các phản ứng sau:
Phản ứng đồng phân hóa:
Tốc độ tạo hai đồng phân như nhau.
Cơ chế:
Phản ứng phân bố lại:
Độ chọn lọc các loại sản phẩm ở trên phụ thuộc vào xúc tác. Ví dụ, muốn thu được p-
xylen, phải chọn xúc tác có kích thước lỗ xốp phù hợp với kích thước động học của phân tử
p-xylen, đó là zeolit loại mao quản trung bình ZSM-5. Thực nghiệm cho biết rằng, trên zeolit
ZSM-5, tốc độ khuếch tán của p-xylen nhanh hơn 100 lần so với các đồng phân octo và
meta. Nhóm zeolit mao quản trung bình là loại tốt nhất đối với quá trình izome hóa, vì với
loại xúc tác này sẽ tránh được các phản ứng không mong đợi, đó là phản ứng ngưng tụ. Còn
nếu sử dụng zeolit có mao quản lớn thì có thể thu được cả sản phẩm phân bố lại hoặc sản
phẩm ngưng tụ.
4. Xúc tác cho quá trình
Xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng trăm, hàng nghìn lần. Bản chất của xúc tác là
chất xúc tác chỉ có tác dụng đưa hệ nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng, bằng cách làm
giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng chứ không ảnh hưởng gì đến cân bằng hóa học. Một
phản ứng không có khả năng xảy ra thì xúc tác sẽ vô tác dụng. Chất xúc tác một phần cũng
thúc đẩy phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. Sau phản ứng, chất xúc tác không thay đổi gì
về thành phần hóa học, chỉ thay đổi một ít về tính chất vật lý.
Xúc tác cho quá trình izome hóa thuộc loại xúc tác thúc đẩy phản ứng tạo thành ion
cacboni, tức là các xúc tác có tính axit. Có thể chia thành 3 nhóm xúc tác sau.
4.1. Xúc tác pha lỏng
Trước đây người ta dùng xúc tác axit Lewis như AlCl
3

, được hoạt hóa bằng HCl. Gần đây
người ta dùng xúc tác trên cơ sở AlBr
3
và hỗn hợp AlCl
3
+ SbCl
3
, ưu điểm của xúc tác mới
này là có hoạt tính cao, ở nhiệt độ 93
o
C đã hầu như chuyển hóa hoàn toàn các parafin C
5
÷C
6
thành iso-parafin. Nhược điểm cảu xúc tác này là mau mất hoạt tính, độ chọn lọc thấp và dễ
tự phân hủy. Độ axit mạnh của xúc tác dễ gây ăn mòn thiết bị.
Ngoài ra còn có thể dùng một số xúc tác axit sau đây:
- H
3
PO
4
ở 26÷135
o
C;
- C
6
H
5
SO
3

H ở 76
o
C để izome hóa buten-1 vào buten-2;
- H
3
PO4/chất mang là đất nung ở 325÷360
o
C để izome hóa n-alken vào izo-alken.
4.2. Xúc tác axit rắn
• BeO : Dùng để biến đổi xyclohexen thành metylxyclopenten ở 450
o
C.
• Cr
2
O
3
: Dùng để biến đổi hexadien-1,5 thành hexadien2,4 ở 225÷250
o
C.
• ThO
2
: Izome hóa olefin ở 398÷440
o
C.
• TiO
2
: Dùng để biến đổi heptylen thành metylxyclohexen ở 450
o
C.
• Al

2
O
3
– Cr
2
O
3
, Al
2
O
3
– Fe
2
O
3 ,
Al
2
O
3
– Co
,
Al
2
O
3
– MnO
2
(tất cả đều có tỷ lệ theo
trọng lượng là 4:1) dùng để izome hóa metylbutylen ở 294÷370
o

C.
• Al
2
O
3
– Mo
2
O
3
: Dùng để biến đổi n-pentan thành izo-pentan ở 460
o
C.
• Cr
2
O
3
– Fe
2
O
3
: Chuyển vị nối đôi, nối ba trong hợp chất không no ở 220÷300
o
C
mà không thay đổi cấu trúc mạch cacbon.
• MoS3 : Dùng để biến đổi n-parafin thành izo-parafin, xyclohexan thành metyl-
xyclopentan.
• Al
2
O
3

– V
2
O
5
:

Dùng để biến đổi xyclohexen thành metylxyclopenten.
• Zeolit các loại: izome hóa hydrocacbon thơm. Zeolit là hợp chất của Alumino-
silic. Đó là hợp chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt, cấu trúc của chúng được đặc
trưng bằng mạng các lỗ rổng, rãnh rất nhỏ thông nhau. Các zeolit được chế tạo
cùng lúc với xúc tác Alumino-silicat hay với đất sét thiên nhiên, rồi sau đó được
xử lý bằng các phương pháp đặc biệt hợp thành xúc tác chứa zeolit. Xúc tác chứa
zeolit có hoạt tính rất cao, độ chọn lọc tốt và lại có giá thành vừa phải có khả năng
tái sinh vì thế chúng được sử dụng rộng rãi.
Thành phần hóa học của zeolit được biểu diễn dưới dạng công thức sau:
M
2/n
Al
2
O
3
.xSiO
2
.yH
2
O
Trong đó: x>2 và n là hóa trị của cation kim loại M.
Về cấu tạo zeolit được tạo thành từ sodalit. Nếu các đơn vị này nối nhau theo các mặt
bốn cạnh thì tạo nên zeolit mà người ta gọi là zeolit loại A. Còn khi các đơn vị này nối nhau
theo cac mặt sáu cạnh thì zeolit tạo thành người ta gọi là zeolit loại X hay Y, có cấu trúc

tương tự như các faurazit. Ngày nay, người ta chế tạo được hàng trăm loại zeolit khác nhau
đủ mọi kích cỡ.
Bảng 7: Một số xúc tác zeolit thường dùng
Zeolit Thành phần hóa học Đường kính trung bình lỗ (A
0
)
A Na
2
O. Al
2
O
3
.2SiO
2
.4,5H
2
O 3,6÷3,9A
o
X Na
2
O. Al
2
O
3
.2,5SiO
2
.6H
2
O 7,4A
o

Y Na
2
O. Al
2
O
3
.4,8SiO
2
.8,9H
2
O 7,4A
o
Mordenit Na
8
(Al
2
O
3
)4,8(SiO
2
)
40
.24H
2
O 2,9÷5,7A
o
ZSM5 và 11 5,4-÷5,6A
o
4.3. Xúc tác lưỡng chức
Đó là các loại xúc tác tương tự như xúc tác reforming Pt/Al

2
O
3
. Với xúc tác này có thể
tạo ra ngay R
+
ở 50
o
C (nhiệt độ phản ứng nói chung nhỏ hơn 150
o
C).
Sau này người ta dùng xúc tác Pt/mordenit, hoặc Pt/zeolit khác. Với xúc tác đó, phản ứng
phải thực hiện ở 250
o
C. Nhưng phổ biến vẫn là loại xúc tác Pt/Al
2
O
3
, có 7% Cl
2
trên xúc tác.
Dùng CCl
4
để clo hóa.
Bảng 8: Đặc trưng của xúc tác izome hóa
Xúc tác Nhiệt độ phản ứng khi sử dụng
Fridel – crafts AlCl
3
,
AlBr

3
80÷100
o
C pha lỏng, gây ăn mòn
thiết bị
Oxyt Al
2
O
3
, Cr
2
O
3
, BeO 200÷450
o
C
pha hơi
Pt/ Al
2
O
3
350÷500
o
C
Pt/ Al
2
O
3
clo hóa 80÷150
o

C
Pt/zeolit 250÷300
o
C
Pt (0,3%)/mordernit 250÷270
o
C
Pt/zeolit-X
300÷330
o
C
Pt/zeolit-Y
Pt/ZSM-5
Sự khác nhau giữa xúc tác izome hóa và xúc tác reforming ở chỗ:
• Xúc tác reforming Pt/Al
2
O
3
.Cl (Pt 0,3%, lượng clo ít).
• Xúc tác izome hóa

Pt/Al
2
O
3
.Cl (Pt 0,3%, lượng clo nhiều hơn).
Zeolit là một trong các axit rắn, nó có đặc tính rất quý là: độ axit cao, lỗ xốp lớn, là
một gây phân tử, do vậy cho phép ta tách các phân tử có kích thước khác nhau. Tốt hơn cả là
dùng xúc tác zeolit ZMS-5 của hãng Mobile Oil (Mỹ).
Một số đặc trưng của hệ xúc tác izome hóa được thể hiện ở bảng 8.

Reforming Izome hóa
Cl
Al-Cl Al
Cl
lực axit yếu hơn lực axit mạnh hơn
(1 nguyên tử Cl cho 1 nguyên tử Al) (2 nguyên tử Cl cho 1 nguyên tử Al)
Chất mang Al
2
O
3
thường ở dạng γ và ɳ.
Do xúc tác izome hóa cần lực axit mạnh hơn nên sử dụng zeolit, còn quá trình reforming
chỉ sử dụng Al
2
O
3
có lực axit yếu hơn.
5. Điều kiện công nghệ & Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
5.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ được xem như thông số chính điều khiển quá trình Isomer hóa, nhiệt độ cao
thì tăng tính nghiêm khắc của quá trình (bao gồm cả quá trình hydrocracking).
- Phản ứng izomer hóa là phản ứng tỏa nhiệt nhẹ nên về mặt động học , phản ứng sẽ
không có lợi khi tăng nhiệt độ.
- Phản ứng izomer hóa n – parafin là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể
tích,vì thế cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
- Qúa trình diễn ra ở nhiệt độ thấp, khả năng tạo thành isomer hóa phân nhánh cao hơn,
nhận được xăng có trị số octan cao.
- Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ cường độ isomer hóa tăng, nhưng chỉ ở mức độ nào đó.
- Nếu tăng nhiệt độ quá cao xảy ra quá trình hydrocracking, tăng chi phí hydro, quá
trình isomer giảm => Giảm trị số octan.

- Sử dụng t
0
< 200
0
C thu được xăng có trị số octan cao.
5.2. Áp suất tổng
Áp suất cao có thể làm ăng tuổi thọ của chất xúc tác nhưng cũng làm tăng các phản ứng
phụ khác như hydrocracking.
- Áp suất không ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm isomer hóa,do phản ứng không
thay đổi thể tích.
- Tiến hành ở áp suất 20 – 40 atm, sử dụng áp suất cao để giảm quá trình tạo cốc, làm
tăng tuổi thọ xúc tác.
- Tuy nhiên nếu quá cao sẽ tăng hiệu suất của quá trình hydrocracking, quá thấp tạo cốc
bám trên bề mặt xúc tác.
- Tăng nhiệt độ ảnh hưởng của áp suất đến phản ứng giảm.
5.3. Áp suất riêng phần của hydro
Áp suất riêng phần của hydro càng cao thì làm tăng hiệu suất phản ứng hydrocracking
nhưng cũng có khả năng bảo vệ và kéo dài tuổi thọ của chất xúc tác.
5.4. Tốc độ thể tich.
Với độ chuyển hóa cố định tốc độ thể tích và nhiệt độ có ảnh hưởng như nhau. Nếu tăng
gấp đôi tốc độ thể tích tương đương với tăng nhiệt độ phản ứng lên 8-11
0
C.
Hiệu suất của quá trình isomer chịu sự tác động tổng hợp của tất cả các yếu tố kể trên,
tuy nhiên yếu tố điều khiển chủ yếu là dựa vào sự cân bằng của các phản ứng hóa học
trong quá trình isomer hóa. Vì thế để nâng cao hiệu suất của quá trình có thể thực hiện
phân tách các hợp chất isoparafin ra khỏi nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình isomer.
6. Các công nghệ tiêu biểu.
6.1. Quá trình isomer hóa trong pha lỏng với xúc tác AlCl
3

.[1]
Các quá trình izome hóa loại này ra đời từ rất sớm và là loại phổ biến để izome hóa n-
butan thành iso-butan. Sơ đồ nguyên lý của loại này được trình bày dưới đây:
Nguyên tắc hoạt động như sau: Nguyên liệu được bảo hòa bằng HCl và khí H2 trong
thiết bị hấp thụ, sau đó được đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng Reactor (1). Đồng thời xúc
tác cũng được bơm vào Reactor. Tại đây phản ứng izome hóa xảy ra, sau phản ứng toàn bộ
được đưa sang thiết bị tách xúc tác và khí, còn cặn nhựa xúc tác (2) được tháo ra từ phía
dưới Reactor.
Hình 1: Sơ đồ izome hóa trong pha lỏng
1.Reactor; 2. Thiết bị tách xúc tác và khí; 3,4. Tháp phân đoạn
Sau khi xúc tác được tách cho tuần hoàn lại. Sản phẩm và nguyên liệu chưa phản ứng
được đưa sang thiết bị phân đoạn (3,4), sau khi phân đoạn ta thu được sản phẩm và nguyên
liệu chưa phản ứng được tuần hoàn lại để tiếp tục phản ứng. Quá trình này được thực hiện có
thể không cần tuần hoàn n-parafin. Chúng chỉ khác nhau ở cột tách (4). Quá trình hoạt động
liên tục và không cần tái sinh xúc tác. Xúc tác được dùng là hỗn hợp AlCl
3
và HCl khan.
Vùng phản ứng được duy trì ở áp suất H
2
để ngăn chặn phản ứng phụ như phản ứng
Cracking và đa tụ.
Chế độ công nghệ của quá trình:
T
o
= 120
o
C; P = 50–60at .H
2
/RH = 10-18 m
3

/m
3
nguyên liệu. Nguyên liệu được bảo
hòa bằng HCl khan và khí H
2
trong thiết bị hấp thụ, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần
thiết và được nạp vào Reactor. Xúc tác đã dùng được tách ra cùng cặn nhựa và phản ứng
izome hóa xảy ra trong pha lỏng.
6.2. Quá trình isomer hóa n – butan.[1]
Hình 2. Sơ đồ công nghệ isomer hóa n - butan
Hỗn hợp nguyên liệu và sản phẩm của phản ứng đã ổn định được đưa vào tháp tách
izo-butan (1), tại đây sản phẩm tách ra có độ tinh khiết cao. n-Butan được đưa từ đáy
tháp trộn với dòng khí H
2
tuần hoàn đưa vào lò đốt nóng (4) đun nóng đến nhiệt độ phản
ứng 120
0
C – 240
0
C rồi được nạp vào lò phản ứng (3), bên trong có chứa xúc tác
aluminoplatin. Sản phẩm phản ứng được làm lạnh và được dẫn vào thiết bị tách áp suất
cao (6), tại đây khí H
2
được tách ra và bổ sung một lượng nhỏ rồi qua máy nén (5) quay
lại lò phản ứng. Sản phẩm lỏng sau khi tách được H
2
đưa vào cột ổn định (2), tại đây sẽ
tách tiếp một phần khí H
2
và C

1,
C
2
được đưa lên đỉnh tháp sau đó được làm lạnh và đưa
vào thiết bị tách (6). Dòng khí đốt III được tách ra phía trên còn sản phẩm lỏng nhờ máy
bơm hồi lưu lại cột ổn định (2). Sản phẩm chính nhờ máy bơm đưa vào cột tách izo-
butan (1), sản phẩm khí được tách ra qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ và đưa vào thiết bị
tách (6). Khí C
1
, C
2
còn lại được tách ra phía trên còn lỏng nhờ máy bơm một phần hồi
lưu đỉnh tháp (1) phần còn lại được đưa ra ngoài. n-Butan chưa phản ứng hết được trộn
với dòng nguyên liệu mới tiếp tuc quá trình. Hiệu suất nhận được izo-butan trong quá
trình đạt 90% và tiêu hao H
2
tương đối thấp, đồng thời do ít xảy ra các phản ứng phụ nên
tỉ lệ H
2
/RH nguyên liệu cần thấp hơn mà không làm ảnh hưởng đến thời gian làm việc
của xúc tác.
6.3. Sơ đồ công nghệ của hãng BP.[1]
Hình 3. Sơ đồ công nghệ isomer hóa của hãng BP
Dòng nguyên liệu cùng với dòng H
2
và halogen được gia nhiệt sơ bộ rồi đưa vào lò
đốt nóng (1) với nhiệt độ 150-200
0
C, áp suất 3,8MPa được đưa vào lò phản ứng (2) có
chứa xúc tác Pt/Al

2
O
3
. Tại đây xày ra quá trình izome hóa chưa hoàn toàn tiếp tục qua
phản ứng (3) đồng thời bổ sung halogen để tăng hoạt tính và độ chọn lọc của axit. Hỗn
hợp sản phẩm qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào tháp tách khí (4) làm việc với áp suất
cao vì thế H
2
được tách ra tuần hoàn lại vào máy nén khí (5) bổ sung cho dòng nguyên
liệu. Sản phẩm lỏng nhờ máy bơm vào cột ổn định (6) dòng khí được đưa lên đỉnh tháp
được làm lạnh ngưng tụ và đưa vào tháp tách khí, khí RH (IV) được đưa lên phía trên,
dòng lỏng hồi lưu lại đỉnh tháp. Ở đáy tháp dòng sản phẩm được ra qua thiết bị trao đổi
nhiệt một phần hồi lưu gia nhiệt cho đáy tháp, phần còn lại được đưa ra ngoài.
Tài liệu tham khảo
[1] Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. Đại học Bách khoa Hà nội. 2006.
[2] Lưu Cẩm Lộc. Công nghệ lọc và chế biến dầu. Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[3]