TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ hóa dầu ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ XYCLAR TỪ LPG

Mục Lục
Mục Lục 1
Mở đầu 1
Phần 1.Tổng Quan 2
1.1.Giới thiệu của nguyên liệu LPG 2
1.1.1.Các đặc tính của LPG : 3
1.1.2.Các phương pháp tồn chứa và bảo quản 5
1.2.Giới thiệu về sản phẩm 6
1.2.1.Các nguồn cung cấp hydrocacbon thơm 7
1.2.2.Các tính chất vật lý của Aromatic Các hydrocacbon thơm thường là không phân
cực. Chúng không hòa tan trong nước nhưng hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ như
hexan, dietyl-ete, và teraclorua cacbon 7
1.2.3.Tính chất hóa học của Benzen-Toluen-Xylen 8
1.2.4. Ứng dụng của hợp chất thơm: 11
2.1.Quá trình phát triển của công nghệ Xyclar 13
2.2.Sơ đồ công nghệ 14
2.3. Quá trình biến đổi hóa học 14
2.4.Xúc tác của quá trình 16
2.5.Các thiết bị chính và lưu trình công nghệ 17
2.5.1. Bộ phận lò phản ứng Reactor 17
2.5.2.Bộ phận tái sinh xúc tác 19
2.6.Sản phẩm của quá trình 21
Phần 3.So sánh và lựa chọn công nghệ 21
Các công nghệ sản xuất BTX 21
Kết luận 24
Tài liệu tham khảo 24
Mở đầu
Năm 1859,ngành công nghiệp Dầu mỏ ra đời đánh dấu bước nhảy vọt trong
công nghiệp nhiên liệu và năng lượng.Cùng với sự phát triển nhanh của
mình,nó đã dần vượt lên ngành công nghiệp than.
Sản phẩm của ngành công nghiệp Hóa dầu rất đa dạng.Một trong những sản

phẩm có nhiều ứng dụng và đem lại giá trị cao là BTX.
Do các công nghệ trước đây không đáp ứng đủ nhu cầu về sản lượng BTX nên
ngày càng có nhiều công nghệ sản xuất BTX mới hiện đại cho năng suất cao
hơn.
Trong số đó phải kể đến công nghệ Xyclar của UOP/BP.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Xyclar là công nghệ sản xuất BTX từ LPG, công nghệ Xyclar góp phần mở rộng
hiệu quả sử dụng LPG để sản xuất sản phẩm thơm có giá trị kinh tế cao và làm
tăng khả năng đáp ứng nhu cầu BTX hiện nay.
Trong bài tiểu luận này, em tìm hiếu về công nghệ Xyclar của UOP.
Bài tiểu luận gồm 3 phần chính:
Phần 1:Tổng quan
Phần 2:Công nghệ Xyclar
Phần 3:So sánh các công nghệ
Bài tiểu luận có thể còn nhiều lỗ hổng kiến thức chuyên sâu,vì vậy em mong cô
giáo góp ý để chúng em hoàn thiện kiến thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn cô.
Sinh viên thực hiện MSSV
Nguyễn Văn Mạnh 20103242
Phần 1.Tổng Quan
1.1.Giới thiệu của nguyên liệu LPG
• Thành phần:-Gồm các loại hydrocacbon khác nhau mạch parafin:C
3
,C
4

và lẫn ít C
2
,C
5

.
• Nguyên liệu:
- Lấy từ khí đồng hành.
- Lấy từ phân đoạn C
3
,C
4
trong nhà máy lọc dầu .
- Lấy từ phần lỏng của khí thiên nhiên (NMCBK).
• Các ứng dụng chủ yếu của LPG :
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
-LPG là nhiên liệu cháy hoàn toàn , không tro và hầu như không có khói , LPG
có độ sạch cao , không lẫn các tạp chất ăn mòn , là nhiên liệu ít gây ô nhiễm
môi trường .
-LPG được xem là một loại nhiện liệu công nghiệp nhưng đồng thời nó cũng là
nhiên liệu dùng trong gia đình . Khả năng vận chuyển dễ dàng và có nhiệt
lượng cao nên LPG có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và thương mại . Ở
nước ta , LPG được sử dụng rất nhiều trong các ngành của nền kinh tế quốc
dân , nó đã mang lại nhiều lợi ích to lớn :
• Cung cấp cho người tiêu dùng loại năng lượng sạch , thân thiện với môi
trường , tiết kiệm điện năng . LPG có nhiệt cháy cao nằm trong khoảng
11.300-12.000 Kcal/kg tương đương nhiệt trị của 1,3l dầu hỏa hoặc 1.5l
xăng .Sử dụng LPG tạo cho các cơ sở công nghiệp không những sử dụng
nhiên liệu sạch mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm (rõ ràng nhất là sản
xuất đồ gốm)
• Trong nông nghiệp : sử dụng LPG làm nhiên liệu trong sản xuất thức ăn
gia súc , chế biến , sấy nông sản , thực phẩm .
• Trong giao thông vận tải : LPG đã được sử dụng làm nhiên liệu thay cho
động cơ xăng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường .
• Trong công nghiệp hóa dầu : Sử dụng LPG trong quá trình sản suất tinh

chế dầu nhờn . Ngoài ra nó còn được ứng dụng là nguyên liệu hóa học để tạo
ra những monome để tổng hợp polime trung gian như : polyvinyclorua ,
polypropylene, để sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số octan hay thế cho
các chất của chì pha vào xăng , để sản xuất các hydrocacbon thơm…
• Sử dụng cho nhà máy điện : dùng LPG làm chất đốt để chạy tuabin để sản
xuất ra điện phục vụ cho nghành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh
tế cao…
1.1.1.Các đặc tính của LPG :
LPG có đặc tính là có độ sạch cao , không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất
chứa lưu huỳnh , không gây ăn mòn các phương tiện vận chuyển và tồn chứa .
Khi cháy , LPG ít gây ôi nhiễm môi trường , không gây độc hại kể cả khi LPG
tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm .
a.Áp suất :
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
LPG là loại khí đốt thuận tiện cho việc vận chuyển và tồn chứa do khả năng
hóa lỏng ở áp suất không quá cao ở nhiệt độ thường (0,3-0,4MPa) nên thể tích
sẽ giảm được rất nhiều(1 đơn vị thể tích lỏng bằng 250 đơn vị thể tích khí).
b.Nhiệt độ sôi
Như đã nói LPG thành phần chủ yếu là propan(C
3
) và butan (C
4
) .Ở áp suất khí
quyển propan sôi ở t
s
=-42
o
C và butan sôi ở t
s
= -0.5

o
C.Vì vậy tại nhiệt độ và áp
suất thường LPG hóa hơi rất mạnh .
LPG gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp , nhất là với dòng LPG rò rỉ
trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động .
Nhiệt của LPG khi cháy rất cao từ 1900
o
C 1950
o
C ,có khả năng đốt cháy và
nung nóng chảy hầu hết các chất.
c.Khối lượng riêng
Khối lượng riêng
Tại t = 15
o
C ,p=760mmHg:
Thể lỏng:C
3
= 507.3kg/m
3

C
4
= 584,6kg/m
3

Như vậy khối lượng riêng của LPG ở thể lỏng khỏng bằng nửa khối lượng riêng
của nước
Thể hơi :C
3

= 1.523
C
4
= 2.007
Như vậy khối lượng riêng của LPG ở thể hơi xấp xỉ bằng 2 lần khối lượng riêng
của không khí . Vì vậy khi khí gas bị dò rỉ thì sẽ lan tỏa trên mặt đất .
d.Tính giãn nỡ do nhiệt
LPG có tỷ lệ giãn nở lớn , từ dạng lỏng sang dạng hơi . Nhờ hệ số giãn nở
này mà LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dưới dạng lỏng
Tỷ lệ giãn nở :
-Propan: ở 1 atm 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi
-Butan : ở 1 atm 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi.
Do vậy trong các bồn chứa LPG không bao giờ được nạp đầy , chúng được quy
định chỉ chứa từ 80-85% dung tích toàn để không gian cho LPG giãn lỏng nở
khi nhiệt độ tăng.
e.Giới hạn cháy nổ
Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp vói không khí- gas là phần trăm thể tích hơi gas
để tự bắt cháy nổ . giới hạn cháy nổ của LPG trong không khí khá hẹp , chỉ từ
1.5-10%.Chính vì vậy , LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khác .
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp
cháy nổ . Đạt tới giới hạn nồng độ cháy , dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc
ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị , cơ sở vật chất , công trình.
Bảng 1. Giới hạn cháy nổ một số loại nhiên liệu [01]
f.Mùi và màu sắc
LPG ở trạng thái nguyên chất không mùi , nhưng dễ bị phát hiện bằng khứu giác
khi có rò rỉ do LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất
định có mùi đặc trưng.
1.1.2.Các phương pháp tồn chứa và bảo quản
Do các đặc tính của LPG nên vấn đề bảo quản tồn chứa là rất quan trọng.

Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Người ta có thể bảo quản và tồn chứa LPG trên mặt đất hoặc trong lòng đất tùy
theo mức độ tồn chứa , khả năng tiêu thụ và điều kiện ở mỗi vùng khác nhau.
• Tồn chứa trên mặt đất :
Các thiết bị chứa LPG là các thiết bị chịu áp lực được thiết kế và chế tạo
theo hình trụ nằm ngang , hai đầu là các hình bán cầu , hoặc có thể tồn
chứa LPG ở những bồn chứa hình cầu vì nó có khả năng chịu áp lực cao.
Trên các bồn chứa đều được lắp đặt các thiết bị bảo vệ an toàn trong quá
trình tồn chứa dù cho thời gian ngắn hay dài . Tùy theo nhu cầu của thị
trường hoặc mục đích yêu cầu chứa LPG mà người ta sử dụng các bồn
chứa to nhỏ tùy theo các mức dung tích khác nhau.
• Tồn chứa trong lòng đất :
Người ta có thể tồn chứa LPG trong lòng đất , trong hang động muối hoặc
mỏ . Cách tồn chứa này an toàn và hiệu quả , song chỉ thực hiện ở một số
nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh,Canada.
LPG là chất rất rễ cháy nổ trong quá trình tồn trữ và bảo quản , vận
chuyển , vấn đề an toàn được đặc biệt quan tâm .LPG dễ bắt lửa , nếu
thoát ra ngoài sẽ giải phóng ra một lượng khí dễ cháy nổ rất lớn .Do LPG
nặng hơn không khí và nhẹ hơn nước nên khi bị dò rỉ ra ngoài môi trường
thì dễ ngưng tụ lại ở những chỗ thấp , nếu để lâu trong phòng kín nó sẽ
choáng hết chỗ của không khí và gây ngạt thở , nếu có nguồn lửa sẽ gây
cháy nổ .
Nói chung , việc tồn chứa LPG hiện nay đa số được tồn chứa và bảo quản
trong các bồn chứa khác nhau. Các loại bồn chứa này có thể chịu áp suất
từ vài MPa đến vài trăm MPa và chứa từ vài chục m3 đến vài trăm nghìn
m
3
LPG.
1.2.Giới thiệu về sản phẩm
Hydrocacbon thơm là loại hợp chất hữu cơ vòng.Các hợp chất này là loại đặc

biệt của hợp chất không no,các hợp chất thơm một vòng gọi là đơn nhân ( đơn
vòng),các hợp chất thơm nhiều vòng gọi là đa nhân (đa vòng).Loại đa vòng này
thường chia thành nhiều hợp chất khác nhau về vòng.Các loại vòng có nguyên
tử cacbon chung gọi là (naphtalen) các hợp chất vòng độc lập,trong đó có các
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
vòng được tách riêng.
Benzen, Toluen, các Xylen (gọi chung là BTX), etylbenzen và cumen là các
hydrocacbon thơm được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghệ tổng hợp hữu
cơ hóa dầu. Chúng là các chất quan trọng cho nhiều quá trình sản xuất hóa chất
và polyme thương mại như phenol,trinitrotoluen (TNT),nylon và chất dẻo.Các
hợp chất hydrocacbon thơm được đặc trưng bởi cấu trúc vòng bên vững nhờ sự
xen phủ (cộng hưởng) của các orbitan .Do đó, chúng không dễ dàng tham gia
phản ứng cộng các tác nhân dạng halogen và axit như là các anken.Tuynhiên các
hydrocacbon thơm rất nhạy với phản ứng thế electrophil với sự có mặt của chất
xúc tác.
1.2.1.Các nguồn cung cấp hydrocacbon thơm.
Trước đây,chủ yếu thu được từ quá trình cốc hóa than đá nhưng năng suất thấp.
Tiếp theo,nguồn cung cấp chủ yếu do quá trình reforming xúc tác naphta nhưng
nguyên liệu naphta ngày càng ít nên đã có nhiều phương pháp mới như:Cracking
xúc tác phân đoạn năng của dầu mỏ ít có giá trị,quá trình Xyclar.
1.2.2.Các tính chất vật lý của Aromatic
Các hydrocacbon thơm thường là không phân cực. Chúng không
hòa tan trong nước nhưng hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ như
hexan, dietyl-ete, và teraclorua cacbon.
Bảng 2: Một số thông số vật lý của hydrocacbon thơm
Hydrocacbon thơm
T
0
sôi
0

C
T
0
nóng
chảy
0
C
T
0
bắt
lửa
0
C
Tỷ
trọng
d
20
/d
4
Benzen
Toluen
o-xylen(1,2
dimetylxylen)
m-xylen(1,3
dimetylxylen)
p-xylen(1,4 dimetyxylen)
80.1
110.6
114.4
139.1

138.1
5.5
-9.5
-25.2
-47.9
13.3
-14
5
29
29
29
0.879
0.867
0.880
0.864
0.861
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Từ bảng số liệu các thông số vật lý của các hydrocacbon thơm. Ta thấy
benzen-toluen và xylen là những chất có nhiệt độ bắt lửa rất thấp ,nên độ nguy
hiểm của chúng là rất lớn.Do đó cần có biện pháp an toàn, đề phòng cháy nổ
trong sản xuất,tồn chứa, cũng như sử dụng.
Các tính chất vật lý của hydrocacbon thơm ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng
tách riêng biệt các cấu tử trong công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu.
1.2.3.Tính chất hóa học của Benzen-Toluen-Xylen
Phân tử alkyl Benzen gồm hai phần: vòng Benzen và gốc ankyl. Vì vậy
tính chất của ankyl Benzen bao gồm: tính thơm của vòng benzen và tính no của
gốc ankyl. Tuy nhiên tính chất của vòng Benzen và gốc ankyl bị biến đổi, do
ảnh hưởng tương hỗ giữa hai phần tử đó.
Các phản ứng cơ bản của ankyl Benzen là phản ứng S
E

cộng vòng
Benzen,phản ứng S
R
oxi hóa gốc ankyl.Phản ứng S
E
là phản ứng quan trọng nhất
trong hai loại hợp chất này.
a)Phản ứng thế S
E
của Benzen:
Tất cả các phản ứng thế electrophin vào nhân benzene (hay nhân thơm) dễ
xảy ra bằng cách tấn công của tác nhân elcetrophin E
+
(Cation hay đầu dương
của liên kết phân cực) vào hệ electron thơm để tạo thành sản phẩm cưới cùng
qua nhiều giai đoạn:

Tổng quát các phản ứng thế quan trọng của benzen:
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
b)Phản ứng halogen hóa
Benzen phản ứng với Clo và Brom khi có xúc tác Lewis như AlCl
3
,FeBr
3
….
Chẳng hạn,Brom phản ứng với Benzen khi có FeBr
3
:
Hợp chất trung gian ion Bromoni ổn định bằng sự giải tỏa điện tích dương cho
ba vị trí trong vòng benzen mà tiêu biểu bằng 3 công thức Lewis và ion giải tỏa:

c)Phản ứng Nitro hóa:
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Axit nitric đặc phản ứng rất chậm với benzene để tạo thành hợp chất
nitro.Tốc độ tăng lên khi thêm axit sunfuric đặc, vì thế phản ứng nitro hóa xảy ra
với hỗn hợp nitro hóa: H
2
SO
4
+ HNO
3

H
2
SO
4
+ HONO
2
ß H
2
O
+
NO
2
+ HSO
4
-
H
2
O
+

NO
2
+ H
2
SO
4
ß H
3
O
+
+ NO
2
+
+ HSO
4
-
2H
2
SO
4
+ HONO
2
ß H
3
O
+
+ NO
2
+
+ 2HSO

4
-
Tác nhân electrophil là ion nitroni:
d)Phản ứng oxi hóa :
h) Phản ứng sunfua hóa
Benzen phản ứng với H
2
SO
4
khói (dư SO
3
):
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
C
6
H
6
+ H
2
SO
4 đặc
C
6
H
5
-SO
3
H + H
2
O

Tác nhân electrophin là SO
3
có trong axit đặc hay hình thành do phản ứng:
2H
2
SO
4
H
3
O
+
+ HSO
4
-
+ SO
3
i)Phản ứng alkyl hóa (phản ứng Friedel-Crafts)
Benzen phản ứng với ankylhalogennua tạo thành alkylbenzen khi có xúc tác
Lewis:
C
6
H
6
+ (CH
3
)
3
CCl
FeCl3

C
6
H
5
-C(CH
3
)
3
+ HCl
Do có nhiều tính chất hóa học như trên nên BTX là nguồn nguyên liệu rất quý
trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu để tạo các sản phẩm có giá trị cao.
1.2.4. Ứng dụng của hợp chất thơm:
Các hợp chất thơm thì BTX là quan trọng nhất vì nó có nhiều ứng dụng :
Nó là thành phần nhiêu liệu của xăng cao cấp, vì các cấu tử này có số octan rất
cao (trên 100).Mặt khác BTX là nguyên liệu rất quan trọng trong ngành công
nghiệp hóa dầu và hóa học, đồng thời nó còn sử dụng trong lĩnh vực dung môi
cụ thể như sau:
• Benzen: được dùng làm nguyên liệu gốc để chế biến các loại capron và
nylon cao su tổng hợp và chất dẻo, trên cơ sở phenol. Ngoài ra Benzen
được dung làm nguyên liệu để chế biến thuốc nhuộm, dược phẩm và các
chế phẩm ảnh, dung làm dung môi và chất tách ly. Trong công nghiệp hóa
dầu Benzen được dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất các loại
sản phẩm ankyl.

Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
• Toluen: là loại dung môi dầu mỏ tốt cho nhựa, dầu mỡ nhờn và các sản
phẩm tự nhiên. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa
chất, sơn, tráng men và trong y dược, làm dung môi chiếc, tách vá khử
dầu mỡ làm nguyên liệu cho sản xuất chất keo dính, mực in và các hóa
chất quan trọng như thuốc nổ TNT, dùng trong chiến tranh thế giới thứ

II.Bằng phương pháp oxy hóa toluene kết hợp với xúc tác, có thể chế biến
được cồn, benzen, axit benzoic, anhydricmaleic và nhiều sản phẩm hóa
học khác.
• Xylen: là dung môi tốt cho các chất béo, hắc ín, sáp và nhiều loại
nhựa,xylen được làm dung môi và chất pha loãng trong sơn, tráng men,
làm nguyên liệu mực in, keo dính, thuốc trừ sâu, chất màu và tẩy rửa tổng
hợp. Trong công nghiệp chế biến xylen còn chủ yếu: chuyển hóa xylen
thành dẫn xuất nitro.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Phần 2.Công nghệ Xyclar
2.1.Quá trình phát triển của công nghệ Xyclar
Năm 1991,lần đầu tiên thử nghiệm công nghệ Xyclar được công bố thành công
bởi UOP/BP.Quá trình thử nghiệm được tiến hành tại nhà máy lọc dầu của BP
tại Anh trong vong 7 tháng với năng suất 1500 thùng/ngày nguyên liệu.
Năm 1994,công nghệ Xyclar được ứng dụng lần đầu tiên tại Scotland với năng
suất 1000 thùng mỗi ngày.
Năm 1999,công nghệ này tiếp tục được sử dụng tại nhà máy Yanbu -Saudi
Arabia với năng suất 45000 BPD/ngày.
Và từ đây,công nghệ Xyclar chỉ do UOP quản lý.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
2.2.Sơ đồ công nghệ
Hình 1.Sơ đồ công nghệ quá trình xyclar của UOP/BP.
2.3. Quá trình biến đổi hóa học
Quá trình Cyclar biến đổi trực tiếp LPG thành sản phẩm aromatics lỏng.
Các giai đoạn trong quá trình Cyclar:
• Dehydro hóa thành olefin
CH
3
-CH
2

-CH
3
CH
3
-CH=CH
2
+ H
2
• Oligome hóa làm tăng chiều dai mạch cacbon
2CH
3
-CH=CH
2
CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH=CH
2
• Đóng vòng dimer hoặc trimer phân tử
CH
3
CH
2
CH
2

CH
2
CH=CH
2

• Dehydro hóa vòng cyclo tạo aromatic

Điều kiện nhiệt độ tốt nhất là 535°C. Quá trình dehydro hóa các paraffin
nhẹ (propane và butane) thành olefin là bước hạn chế tốc độ. Sau khi hình thành,
olefins được phản ứng oligome hóa tạo thành các sản phẩm trung gian lớn hơn.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Sau đó nhanh chóng đóng vòng tạo ra vòng xyclo (naphthenes). Tất cả các phản
ứng dehydro hóa, oligome hóa, đóng vòng đều dùng xúc tác axit. Xúc tác
thường được dùng cho quá trình Cyclar là Ga
2
O
3
/H-ZSM 5 hoặc Ga
2
O
3
/H-ZSM
11. Độ chọn lọc hình dáng của zeolit sẽ thúc đẩy phản ứng tạo vòng và giới hạn
kích thước vòng tạo thành. Bước phản ứng cuối cùng là dehydro hóa xyclo
thành vòng thơm tương ứng.
Hình 2.Sự biến đổi hóa học trong quá trình Xyclar
Tuy nhiên một số sản phẩm trung gian có thể tham gia phản ứng phụ
hydrocracking tạo thành metan, etan. Kết quả làm giảm năng suất của quá trình
bởi vì metan và etan trơ ở điều kiện hoạt động Cyclar.
Vì olefin là sản phẩm chính của phản ứng trung gian, nên olefin cũng có thể là

nguyên liệu cho quá trình Cyclar. Những paraffin nặng hơn như pentane cũng có
thể làm nguyên liệu. Tuy nhiên cả olefin và pentan đều phải được xử lý vì hàm
lượng tạo cốc cao hơn so với nguyên liệu là butan và propan tinh khiết.
Sản phẩm của quá trình:
 Chứa tỉ lệ 5 : 1 sản phẩm H2/Aromatic
 Phần lỏng chứa 92% khối lượng là BTX, 7-8% là C9 và C10 ,ít lượng
hidrocacbon không thơm
 Hiệu suất thường từ 63-66%,tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu.
 Có sản phẩm phụ là CH4 và C2H6 của quá trình cracking.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Phản ứng tổng cộng là phản ứng thu nhiệt.
Bởi vì propane và butanes là tương đối không hoạt động, quá trình Cyclar đòi
hỏi một chất xúc tác có hoạt tính cao. Đồng thời, metan và etan từ các
phản ứng phụ hydrocracking không mong muốn phải được giảm thiểu. Xúc tác
được sử dụng mang những đặc tính quan trọng đảm bảo hiệu quả thương mại:
● Trong điều kiện yêu cầu cao về độ chọn lọc aromatic , hiệu suất chuyển hóa
của chất xúc tác giảm dần.
● Độ chọn lọc aromatics là gần như không đổi trên phạm vi bình thường của
độ chuyển hóa, dẫn đến năng suất và chất lượng sản phẩm ổn định.
● Ở các điều kiện quá trình bình thường, tốc độ lắng đọng carbon trên chất
xúc tác là chậm và ổn định, chiếm ít hơn 0,02% khối lượng của nguyên liệu,
điều kiện tái sinh xúc tác nhẹ nhàng kéo dài tuổi thọ của xúc tác.
● chất xúc tác có tính ổn định nhiệt cao và tương đối không nhạy
cảm với các chất gây ngộ độc phổ biến trong nguyên liệu. Tái sinh hoàn toàn
phục hồi hoạt động và tính chọn lọc của chất xúc tác để thực hiện được nhìn
thấy với chất xúc tác mới.
● độ bền cơ học cao và đặc điểm tiêu hao thấp làm cho các chất xúc tác thích
hợp cho quá trình tái sinh xúc tác liên tục.
2.4.Xúc tác của quá trình
Xúc tác của quá trình Cyclar là Zeolite Ga

2
O
3
/H-ZSM 5 có bổ sung thêm Zn, là
xúc tác axit rắn có các đặc điểm sau:
 Công thức dạng ngậm nước:Nan.Aln.Si96-n.O192.16H2O
 Loại xúc tác và kích thước:
 Xúc tác lưỡng chức.
 Giàu Si:tỉ lệ Si/Al=100.
 Có mao quản trung bình:5,1A°-5,7A°.
 Diện tích bề mặt: 150-400 m2/g
 Cấu trúc tinh thể:dạng tứ diện TO4(T là Si hoặc Al)
Vai trò của các thành phần:
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Ga được bổ sung vào thành phần tạo khung tinh thể cùng với Alumino.
Sự phân tán của Ga trong ZSM-5 đem lại hoạt tính tối ưu giữa tính axit và tính
oxi hóa khử của Zeolit. Ga cũng góp phần tăng cường chọn lọc các hợp chất
thơm trong chuyển đổi Propane. Zn là nguyên tố kim loại chuyển tiếp. Zeolite
có bổ sung thành phần kim loại quý như Pt, Pd, Rh, Ru, và Ir. Pt mang chức
năng oxy hóa khử, xúc tiến cho quá trình Dehydro hóa tạo vòng thơm. Hàm
lượng kim loại chuyển tiếp là từ 0.1-50% khối lượng, tốt nhất là 1-30%. Hàm
lượng kim loại quý là từ 0.05-5% khối lượng, tốt nhất là từ 0.2-1%. Tỷ lệ
nguyên tử trong zeolite Si/(Ga + Al) tốt hơn là lớn hơn 2. Một ví dụ của một tỷ
lệ chấp nhận được đối với khung zeolite là Si/(Ga + Al) nguyên tử tỷ lệ trong
khoảng từ 10 đến 200.
2.5.Các thiết bị chính và lưu trình công nghệ
Một chu trình Cyclar được chia thành ba phần chính. :
• Thiết bị phản ứng bao gồm các lò phản ứng xuyên tâm loại xếp chồng
(stacked), kết hợp trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu, thiết bị gia nhiệt,
và tiền gia nhiệt.

• Phần tái sinh xúc tác bao gồm thiết bị tái sinh xếp chồng và đường đi của
chất xúc tác.
• Phần thu hồi sản phẩm bao gồm các thiết bị phân tách sản phẩm,
máy nén khí, thiết bị chưng tách, và thiết bị thu hồi khí.
2.5.1. Bộ phận lò phản ứng Reactor
-Gồm 3,4 thiết bị đặt chồng lên nhau có kích thước tăng dần.Giữa mỗi thiết bị có
bộ phận gia nhiệt trung gian.
-Xảy ra các phản ứng trong quá trình biến đổi hóa học.
-Điều kiện công nghệ: Nhiệt độ 535
o
C, áp suất thấp(6 at)do:
Nhiệt độ phải đủ cao để đảm bảo chuyển hóa gần như hoàn toàn các chất trung
tạo sản phẩm lỏng, nhưng đủ thấp để giảm thiểu các phản ứng tạo sản phẩm
không mong muốn làm giảm hiệu suất quá trình thơm hóa.
Áp suất phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quá trình. Áp suất cao
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
làm tăng tốc độ phản ứng, do đó làm giảm lượng chất xúc tác cần thiết. Tuy
nhiên, một số phản ứng áp suất cao hơn này là phản ứng hydrocracking tăng
lên, làm giảm năng suất sản phẩm thơm.
Lượng xúc tác trong mỗi thiết bị là khác nhau thường theo tỉ lệ 1:1,5:3:4,5
-Sản phẩm thu được gồm:aromatic(chủ yếu BTX),khí H
2
,LPG thừa,khí nhiên
liệu và cốc(cần loại bỏ).
-Diễn biến:
Nguyên liệu ban đầu và dòng tuần hoàn được kết hợp và trao đổi nhiệt đối với
dòng sản phẩm cuối. Dòng nguyên liệu tổng hợp này được gia nhiệt đến nhiệt độ
phản ứng trong thiết bị gia nhiệt rồi đưa đến vùng thiết bị phản ứng. Bốn khoang
phản ứng đoạn nhiệt loại xuyên tâm được đặt chồng theo chiều dọc. Dưới tác
dụng của trọng lực, xúc tác chảy dọc xuống từng khoang, và tỏa tròn qua mỗi

khoảng chứa xúc tác hình bán khuyên. Hơi nạp vào mỗi khoang phản ứng đều
được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng.
Sản phẩm từ khoang phản ứng cuối cùng được làm lạnh do trao đổi nhiệt với
dòng nguyên liệu rồi được đưa đến thiết bị tách để tách lỏng-hơi.Ở thiết bị tách,
sản phẩm được chia thành sản phẩm lỏng và khí giàu H
2
. Sản phẩm lỏng được
gửi đến một thiết bị chưng tách, thu sản phẩm thơm C6. Hơi từ thiết bị tách sản
phẩm được nén rồi đưa tới phân đoạn thu hồi gas. Qua phân đoạn này thu được
dòng sản phẩm Hydro tinh khiết tới 95%, một dòng gas nhiên liệu của cấu tử
nhẹ bão hòa (Fuel gas) và một dòng thu hồi LPG chưa chuyển hóa. Hydro không
được thu hồi.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
2.5.2.Bộ phận tái sinh xúc tác
Hình 3.Bộ phận tái sinh xúc tác
Bởi vì cốc hình thành và bám trên chất xúc tác theo thời gian ở điều
kiện phản ứng nên xúc tác sẽ giảm hoạt tính nên ta cần tái sinh.
Quá trình:
Xúc tác được lọc tại phễu lọc với sự có mặt của khí trơ Nitơ. Xúc tác sau khi đã
lọc được nâng lên với nitơ đến phễu tách, nằm trên đỉnh của tháp tái sinh xúc
tác. Ở bộ phận tách này, người ta bổ sung thêm một lượng khí H
2
tuần hoàn để
tách các hạt bụi mịn của xúc tác và mang chúng ra ngoài với khí vào ống tập
trung bụi, còn xúc tác rơi xuống đáy bộ phận tách bụi rồi chảy xuống lò tái sinh.
Tháp phản ứng và tháp tái sinh riêng biệt, mỗi thiết bị hoạt động trong điều kiện
tối ưu. Ngoài ra, thiết bị tái sinh có thể được tạm thời hoạt động để bảo trì mà
không ảnh hưởng đến hoạt động của lò phản ứng và bộ phận thu hồi sản phẩm.
Tái sinh xúc tác gồm 5 bước: đuổi hydrocarbon ra khỏi xúc tác bằng khí trơ,
thổi không khí nóng vào để đốt cốc, tiến hành clo hoá xúc tác nhằm tăng hoạt

tính xúc tác, sấy chất xúc tác, đuổi hết O
2
ra khỏi xúc tác bằng luồng khí trơ N
2

sau đó tiến hành hydro hoá để chuyển từ môi trường oxy hoá sang môi trường
khử.
Đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác được tiến hành trong vùng cháy ở đỉnh lò
tái sinh. Xúc tác được đưa vào và chảy xuống phía dưới giữa màng chắn hình trụ
đặt thẳng đứng, không khí nóng được thổi theo hướng bán kính đi từ phía ngoài
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
vào trong qua lớp xúc tác. Khí cháy nóng được thổi nhờ bơm, sau đó làm lạnh
và tuần hoàn qua các ống trong vùng cháy. Đốt cháy cốc vẫn xảy ra trong khi
xúc tác vẫn chuyển động xuống phía dưới, bộ phận làm lạnh tái sinh sẽ lấy nhiệt
khi đốt cốc.
Còn bộ phận đốt nóng tái sinh sẽ làm việc khi cần phải đốt nóng khí để đảm bảo
nhiệt độ phía trong vùng thích hợp.
Quá trình oxy hóa, phân tán kim loại trên xúc tác và bổ sung thêm clo được
thực hiện trong vùng clo hóa của lò tái sinh bố trí ở dưới vùng cháy. Xúc tác rơi
xuống theo các lớp hình trụ, khí clo hóa nóng được thổi qua lớp xúc tác và đi ra
vùng cháy, từ vùng sấy khô thổi qua các ống vòng tròn đi vào vùng clo hóa. Hợp
chất clo hữu cơ được phun vào không khí để dẫn vào vùng clo hóa và cũng được
đốt nóng ở bộ phận gia nhiệt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào.
Sấy khô không khí được thực hiện ở vùng sấy. Vùng sấy nằm phía dưới vùng
clo hóa, khí khô nóng được thổi qua lớp xúc tác và tách ẩm. Việc đốt nóng khí
khô được thực hiện bởi lò đốt không khí.
Quá trình khử kim loại trên xúc tác xảy ra ở vùng khử. Vùng khử đặt phía
dưới và tách biệt khỏi ba vùng trên. Khí khử nóng được thổi qua lớp xúc tác. Hệ
thống tinh chế sẽ tách các hydrocarbon nhẹ từ khí này và làm tăng độ tinh khiết
của H

2
. Khí khử được đốt nóng nhờ lò đốt nóng riêng để đảm bảo cho nhiệt độ
vào vùng khử.
Sau khi khử, xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống nâng thứ hai,
tốc độ chảy được khống chế để đảm bảo chu trình khử và tái sinh xảy ra. Tiếp
theo xúc tác được khí H
2
vận chuyển và nâng lên bunke chứa đặt ở phía trên của
đỉnh thiết bị phản ứng thứ nhất, tiếp tục chuyển động vào các thiết bị phản ứng
làm việc.
Chuyển động của xúc tác từ thiết bị phản ứng này xuống thiết bị phản ứng khác
được khống chế và phân phối qua tám ống dẫn hay nhiều hơn để đảm bảo điều
hòa, phân phối đều, tránh chảy tháo xúc tác hay đứt quãng lớp xúc tác.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
2.6.Sản phẩm của quá trình
Sản phẩm lỏng chính của cúa trình là BTX và aromatic C9+.
Thành phần sản phẩm phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu như sau:
Với nguyên liệu là propan và butan thu được 91% BTX và 9% C9+
Sản phẩm propan Butan
benzen 27 22
toluen 43 44
xylen 21 25
Phần 3.So sánh và lựa chọn công nghệ
Các công nghệ sản xuất BTX
• CCR flatforming của UOP
-Làm việc liên tục
-Xúc tác chuyển động
-Làm việc ở áp suất thấp
-Xúc tác tự chảy nên giảm được năng lượng.
-Hiệu suất có thể đạt được :64% khối lượng.

• Aromizer của Fin
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
-Làm việc gián đoạn
-Xúc tác cố định
-Để giảm lượng cốc thì áp suất phải cao
⇒
tốc độ phản ứng giảm
-Hiệu suất có thể đạt :57% khối lượng.
• Công nghệ Cyclar
-Nguyên liệu :LPG có nhiều ,giá thành rẻ hơn naphta.
-Sản phẩm lỏng chứa 91% BTX là sản phẩm có giá trị và nhiều ứng dụng.
-Sản phẩm có độ tinh khiết cao do:toluen và xylen có thể được tách bằng cất
phân đoạn làm nguyên liệu hóa dầu
⇒
loại bỏ được giai đoạn làm sạch khi khai
thác.
-Xúc tác liên tục tự chảy
-Có thể làm việc ở áp suất thấp(3,5at).
-Vấn đề kinh tế:
Một bản tóm tắt có năng suất, chi phái đầu tư và tiêu đung tiện ích được cho
trong bảng cho 430.000 MTA (15.000 thùng/ngày)phân xưởng Cyclar sản xuất
BTX làm nguyên liệu cho Aromatic phức tạp. Thành phần nguyên liệu là C3-
50% khối lượng và C4-50% khối lượng.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Với những thuận lợi và khó khăn trên ta chọn công nghệ Xyclar là phù hợp với
tình hình hiện nay về cả nguồn nguyên liệu,điều kiện xúc tác,điều kiện công
nghệ và lợi nhuận kinh tế cao.
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Kết luận
Qua quá trình làm tiểu luận đã giúp em có cái nhìn tổng thể về công nghệ

Xyclar.Qua đó em cũng tích lũy thêm được kiến thức cho bản thân về quy
trình,điều kiện công nghệ tối ưu của quá trình Xyclar và vai trò của nó đối với
ngành công nghiệp sản xuất BTX nói riêng,ngành công nghiệp hóa dầu nói
chung.Tóm lại,công nghệ Xyclar là giải pháp hỗ trợ và thay thế đầy hiệu quả
cho việc sản xuất BTX.Nó đem lại chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế cao.
Sau bài tiểu luận này,em sẽ cố gắng tìm hiểu các công nghệ khác nữa để tích lũy
kiến thức cho bản thân mình được tốt nhất trước khi trở thành một kỹ sư hóa
dầu.

Tài liệu tham khảo
1.McGraw-Hill Handbooks - Handbook of Petroleum Refining Processes, Third
Sinh viên:Nguyễn Văn Mạnh Tiểu Luận Công Nghệ Xyclar
Edition.
2. Cyclar Process, UOP.
3.Bài giảng Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu,