Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO2¬ khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghiêp khai thác dầu mỏ và khí là một trong những ngành
đóng góp rất lớn và nền công nghiệp năng lượng quốc gia. Khí, xăng, dầu là những mặt
hàng đóng góp rất nhiều vào ổn định và phát triển kinh tế, không những thể hiện đúng
chức năng mà còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác. Chính vì vậy không
những dầu thô mà cả khí tự nhiên cũng được khá quan tâm khai thác.
Hầu hết các mỏ khí khi khai thác đều lẫn các tạp chất khác nhau và việc loại
bỏ các tạp chất đó đi rất là cần thiết để đáp ứng được các tiêu chuẩn về khí. Trong đó
thì H
2
O, CO
2
, H2S và các tạp chất khác là những tạp chất nguy hại nhất cần phải kiểm
soát và tách chúng ra để loại bỏ hoặc đem đi sử dụng với mục đích khác.
Hiện nay các nước trên Thế giới ngay cả những nước trong khu vực Đông
Nam Á như Indonesia,Malaysia đã phát hiện và đang khai thác nhiều mỏ khí có hàm
lượng CO
2
cao (30% - 70% CO
2
thậm chí lên tới 90% CO
2
).
Ở nước ta hiện nay, cũng đã có nhiều khu vực có mỏ có trữ lượng khí lớn,
đặc biệt có cấu tạo với hàm lượng CO
2
trong khí cao, trong bối cảnh nước ta hiện nay
đi sâu vào nghiên cứu việc sử lý khí CO
2
vừa là thách thức vừa là cơ hội vì nghiên cứu

về lĩnh vực này ở nước ta còn mới mẻ, đòi hỏi sự tham gia của nhiều nhà chuyên môn
trong lĩnh vực dầu khí.
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để sử lý CO
2
như phương pháp hấp thụ
hóa học, phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp (phương pháp đông lạnh)…. Tuy
nhiên khi hàm lượng CO
2
trong các mỏ khí cao thì các phương phám nêu trên không
còn phù hợp nữa. Vì vậy những phương pháp sử lý CO
2
khác đang được nghiên cứu.
Trong đó công nghệ tách CO
2
bằng màng tẩm chất lỏng ion là phương pháp có hiệu
quả rất cao, và đặc biệt phù hợp để dùng cho các mỏ khí có hàm lượng CO
2
cao. Chính
vì vậy mục tiêu của đề tài này là “Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên
màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO
2
khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon”.
Vì sự hạn chế về mặt thiết bị và thời gian nên phần nghiên cứu tìm hiểu của
em đôi khi vẫn còn nhiều thiếu sót nên em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý
báu của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn nữa.


1
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tình hình khai thác khí tự nhiên ở Việt Nam
Theo số liệu của năm 2004, Việt Nam có 27 mỏ khí được phát hiện, chủ yếu ở
thềm lục địa dưới 200 m nước, chỉ có mỏ khí Tiền Hải C và D14 ở đất liền thuộc về
MVHN (kể cả một số mỏ khí cùng với các mỏ dầu như: mỏ Bunga, Kekwa, Sư Tử
Trắng…). Trong số 27 mỏ nêu trên có 5 mỏ khí có trữ lượng trên 30 tỉ m
3
chiếm
khoảng 40% trữ lượng khí.
Từ năm 1990, có khoảng 370 tỉ m
3
khí thiên nhiên có khả năng bổ sung đưa
tổng số trữ lượng khí lên 394,7 tỉ m
3
, lượng khí đưa vào bờ sử dụng đạt 18,67 tỷ m
3
tính đến ngày 31/12/2004 trữ lượng khí dự kiến còn lại 357 tỷ m
3
[1].
Nhìn chung chất lượng các mỏ khí ở Việt Nam là khí ngọt trừ một số ít mỏ ở bể
Malay-Thổ Chu có hàm lượng khí CO
2
cao, ngoài ra cũng có ít mỏ có hàm lượng H
2
S
trung bình cao. Sản lượng khai thác khí đồng hành và không đồng hành đưa vào sử
dụng bình quân hiện nay (2005) khoảng 17 triệu m
3
/ngày, trong đó sản lượng khí

không đồng hành trên 11 triệu m
3
/ngày, sản lượng khí không đồng hành ở đất liền (mỏ
Tiền Hải C) chỉ có trên 50 nghìn m
3
/ngày. Như vậy, sản lượng khai thác khí hàng năm
hiện tại mới chỉ chiếm 1,6 % tổng trữ lượng khí hiện có. Trong tương lai khi hình
thành và mở rộng các khu công nghiệp sử dụng khí.
Các mỏ khí có hàm lượng CO
2
cao không nằm tập trung mà phân bố rải rác ở
khu vực bể sông Hồng. Một số mỏ có hàm lượng CO
2
cao và cần được nghiên cứu xử
lý được đưa ra ở bảng 4 (tổng trữ lượng của các mỏ khí này khoảng 1400 tỉ m
3
).
2
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Bảng 1.1: Hàm lượng CO
2
tại các mỏ khí
Cá Voi Xanh
115
A
Ngựa Vằn /
Sao La /
Gấu Trúc

Bạch Trĩ/
Hải Yến
Bồ Nông /
Sáo Đá
Lô 118 115 111 112 113
Vị trí địa lý
15,84
o
Bắc
109,43
o
Đông
16,78
o
Bắc
109,1
o
Đông
17,5-17,7
o
Bắc
107,86-
108,26
o
Đông
17,2-17,5
o
Bắc
107,37
o

Đông
17,0-
17,5
o
Bắc
108,42
o
Đông
Khoảng
cách đến bờ
75km 100km
100/75/85
km
25/40km 85/70km
Điểm bờ
gần nhất
Bờ biển
Quảng Ngãi
Bờ biển Đà
Nẵng
Bờ biển
Thừa Thiên
Huế
Bờ biển
Thừa Thiên
Huế
Bờ biển
Thừa Thiên
Huế
Trữ lượng

(tỷ m
3
)
489,6 820,7 54,7 95,1 52,4
CO
2
(% mol) 75-80 78-93 5-39 27-40 40-48
1.2. Sự cần thiết phải tách khí CO
2
ra khỏi hỗn hợp khí
1.2.1. Khái quát về khí CO
2

Khí cacbonic (CO
2
) hay còn gọi là cacbodioxit là chất khí không màu, không
mùi, có vị chua.
Khí cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy, khi bị nén tới 60atm ở nhiệt
độ phòng nó sẽ hóa lỏng. Khí cacbonic lỏng hóa hơi, một phần biến thành cacbonic rắn
màu trắng (khí CO
2
lỏng, sôi ở 78,5
o
C, 780mmHg) nén cacbonic rắn thu được tuyết
khô.
Trong không khí, khí CO
2
chiếm thành phần 0,03 % thể tích (N
2
= 78,09; O

2
=
20,95; Ar = 0,93) khí CO
2
nặng hơn không khí .
Khí CO
2
hòa tan khá nhiều trong nước, độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng
Ví dụ: Ở 0
o
C một thể tích H
2
O hòa tan 1,713 thể tích khí CO
2
Ở 10
o
C một thể tích H
2
O hòa tan 1,194 thể tích khí CO
2
3
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Ở 20
o
C một thể tích H
2
O hòa tan 0,878 thể tích khí CO
2

Khí CO
2
cũng khòa tan tốt trong dầu mỏ, trong rượu…
Tính chất quan trọng của khí CO
2
là chỉ đóng vai trò là chất khử, không thể hiện
tính oxi hóa do đã đạt đến giá trị dương cao nhất. Phản ứng quan trong của CO
2
là khi
trong môi trường ẩm (có nước) khí CO
2
sẽ hòa tan trong nước tạo ra axit cabonic
(H
2
CO
3
) là một axit yếu gây ăn mòn đường ống và thiết bị.
Trong mỏ hidrocacbon khí CO
2
có hàm lượng rất khác nhau từ vài ppm đến vài
chục phần trăm. Thậm chí trong một số mỏ khí có hàm lượng CO
2
rất cao ( như: mỏ D-
Alpha của Indonesia chứa trên 70% khí CO
2
, mỏ MC Elmo của Mỹ chứa trên 90% khí
CO
2
…)
1.2.2 Ứng dụng của khí CO

2
CO
2
sau khi được tách ra khỏi dòng khí tự nhiên có thể được sử dụng vào các
mục đích :
- CO
2
dạng lỏng thường được dùng làm lạnh thực phẩm cả trước và trong quá
trình vận chuyển.
- Làm lạnh thực phẩm trong quá trình chế biến.
- Dùng trong việc giết mổ gia cầm thay thế cho việc giết mổ bằng điện mà ta
thường thấy.
- Sử dụng như khí bao bọc sản phẩm: khí CO
2
thoát ra từ dạng lỏng được sử
dụng như một môi trường trơ để ngăn chặn sự mất hương vị, sự gia tăng của các lại vi
khuẩn làm hỏng thực phẩm do quá trình oxi hóa.
- Sử dụng trong quá trình chiết chất lỏng tới hạn giúp lọc bỏ hết các chất cafein
trong cà phê.
- Khử trùng vật liệu thực phẩm .
- Trong công nghiệp hóa chất, hóa học CO
2
được sử dụng để tạo ra: Chì
cacbonat (chì trắng), Urê (sản xất phân đạm), (Na,K,NH
3
, và hidro) cacbonat: cacbonat
axit, Natrixalyxylat (một hợp chất trung gian trong quá trình sản xuất aspirin trong
công nghiệp dược), sử dụng trong công nghiệp giấy và bột giấy, sử dụng trong quá
trình SFE.
Những ứng dụng khác: CO

2
dạng lỏng và rắn cũng được sử dụng để bơm trực
tiếp vào hệ thống phản ứng hóa học nhằm điều chỉnh nhiệt độ của hệ thống.
- Trong nông nghiệp:
CO
2
được dùng làm tác nhân để phun (xông) vào các tháp ủ thức ăn:
4
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Như một loại thuốc phun (thuốc trừ sâu) không độc hại, CO
2
sẽ giết chết sâu bọ,
côn trùng bằng sự sấy khô chúng. CO
2
có những thuận lợi đáng kể khi cạnh tranh với
các thuốc trừ sâu hóa học như: phôt phin, metybrômic…
CO
2
được thêm vào nước tưới để tăng cường sự hấp thụ chất dinh dưỡng của
thực vật, CO
2
được cho thêm vào có tác dụng làm thay đổi độ PH của đất trồng do đó
làm tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của thực phẩm.
- Trong công nghiệp sản xuất đồ uống, nước giải khát:
CO
2
chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực này để sản xuất các loại đồ uống nhẹ,
mặc dù cũng dùng CO

2
để sản xuất rượu vang, một vài loại đồ uống khác như nước trái
cây, sôđa… lỏng CO
2
được sử dụng để sản xuất đồ uống phải không có mùi và tinh
khiết đến mức có thể, vì sự tinh khiết của CO
2
có thể ảnh hưởng đến hương vị của đồ
uống.
- Sản xuất băng khô, (Dry ice):
Băng khô (Dry ice) hoặc CO
2
ở dạng rắn được tạo ra bằng sự hóa lỏng CO
2
ở áp
suất khí quyển. Kết quả của sự hóa lỏng CO
2
tạo một phần CO
2
ở dạng khí và một phần
CO
2
ở dạng rắn. CO
2
ở dạng tuyết (rắn) được nén ở áp suất cao trong các máy nén ép
tạo ra các dạng khối hoặc viên, sau đó được đưa đến nơi tiêu thụ. Băng khô được sử
dụng ở nhiều ngành công nghiệp do tính chất lạnh của nó. Trong hầu hết các ứng dụng
làm lạnh, băng khô thay thế rất tốt cho nước đá vì nó có hiệu suất làm lạnh cao hơn và
nhiệt độ làm lạnh thấp hơn. Một vài ứng dụng của băng khô là:
+ Làm lạnh thực phẩm, thịt, sản phẩm lạnh… trước khi chúng được chuyển tới

các siêu thị.
+ Làm lạnh thực phẩm trên máy bay, tàu hỏa, làm lạnh dược phẩm…
*Các ứng dụng khác:
Dùng trong kỹ nghệ cứu hỏa: các bình cứu hỏa được bơm đầy bởi CO
2
tinh
khiết hoặc cả hỗn hợp của các khí khác. Dùng CO
2
để dập lửa không gây ảnh hưởng
(hư hại) đến vật liệu được dập lửa, đặc biệt ở những nơi mà vai trò của nước không
đáng kể hoặc không có tác dụng. Dùng làm tác nhân thổi (Blowing agent) trong công
nghiệp cao su, chất dẻo. Dùng làm dung môi: Trong sự phun sơn (Spray Painting) CO
2
siêu tới hạn được dùng thay thế cho các cấu tử dễ bay hơi VOC
5
(Volatile organic
compounds). Mặc dù có nhiều loại khí khác cũng được sử dụng trong trường hợp này,
song CO
2
có ưu điểm hơn do nó có thể hòa trộn tốt với các polime màu.
Dùng CO
2
siêu tới hạn để làm sạch các chi tiết rất nhỏ, các thiết bị điện tử…
5
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Dùng CO
2
để bơm ép vào các vỉa trong quá trình khai thác dầu: Bằng phương

pháp gaslift nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu. Trong phương pháp này khí CO
2
được
đưa vào ống trống của giếng dầu với áp suất cao. Ở vị trí dưới mực chất lỏng tĩnh, CO
2
sẽ sủi bọt nổi lên trên qua chất lỏng tạo sự thông khí làm giảm áp suất cột chất lỏng,
đẩy chất lỏng đi lên. Đây cũng là ứng dụng chủ yếu của CO
2
sau khi được tách ra khỏi
dòng khí có hàm lượng CO
2
trong khí lớn, đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới.
1.2. 3. Sự cần thiết phải loại bỏ khí CO
2
ra khỏi khí tự nhiên
CO
2
và nước là các tạp chất thường có trong khí tự nhiên. Cần phải loại bỏ hai
tạp chất này do:
- Gây ăn mòn: CO
2
có mặt trong khí tạo ra môi trường ăn mòn các vật liệu tồn
chứa và chuyên chở. Thép cacbon dùng trong công nghiệp dầu khí tiếp xúc với khí
chứa 40 % CO
2
sẽ bị ăn mòn mạnh và cần phải sử dụng thép không gỉ, thép không gỉ
hai lớp.
- Giảm nhiệt trị: CO
2
trong khí sẽ làm giảm nhiệt trị và giá trị thương mại của

khí
- Nhiệt trị thể tích thấp: Khí nhiên liệu cung cấp cho tuabin khí, lò, chiếu sáng.
Một trong những thách thức chính của khí có nhiệt trị thể tích thấp là không thể dùng
cho một số tuabin khí.
- Sự khuếch tán: Khí có hàm lượng CO
2
cao dùng cho hệ thống thắp sáng.
Trong trường hợp ngọn lửa bị tắt, khí CO
2
nặng hơn không khí sẽ dễ di chuyển xuống
thấp và làm cho nồng độ CO
2
tăng đột xuất gây ngạt cho những người vận hành.
- Tạo hydrat: Khí có hàm lượng CO
2
cao dễ tạo thành hydrat hơn ở cùng nhiệt
độ và áp suất gây tắc đường ống, van. Hydrat gây hậu quả nghiêm trọng khi thời tiết
lạnh và áp suất cao.
- Khả năng sử dụng khí CO
2
: Hiện nay chưa có nhiều quốc gia quan tâm đến
việc tách CO
2
và bơm trở lại giếng. Với cảnh báo về sự ấm lên toàn cầu và hiệu ứng
nhà kính. Một trong những giải pháp là bơm CO
2
trở lại giếng. Hơn nữa, việc khai thác
và xử lý các mỏ khí có CO
2
cao sẽ tạo cơ sở cho quá trình bơm CO

2
để tăng hệ số thu
hồi dầu.
Do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cùng với yêu cầu khắt khe về bảo vệ
môi trường, nhiều loại khí đã và sẽ trở thành nguồn năng lượng quan trọng như:
- Khí thiên nhiên và khí đồng hành
- Khí biomass
6
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
- Khí hóa than
Tuy nhiên, một số mỏ khí ở bể Sông Hồng Việt Nam chứa nhiều CO
2
(có khi
lên tới 60-70%), đặc biệt là khí đồng hành thu được khi khai thác các mỏ dầu sử dụng
CO
2
để tăng hệ số thu hồi. Khi đó, các phương pháp tách khí axit đang sử dụng không
còn phù hợp.
Khí hóa than và khí biomass cũng chứa hàm lượng CO
2
đáng kể làm giảm chất
lượng và hiệu quả sử dụng các khí này.
Ngoài ra, việc tách CO
2
trong khí thải đang là vấn đề dành được sự quan tâm
đặc biệt trên thế giới và ở Việt Nam trong tương lai không xa.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu để tạo ra phương pháp và vật liệu phù hợp để tách
và xử lý khí CO

2
trong các nguồn khí khác nhau ngày càng trở nên quan trọng và cấp
thiết, phù hợp với xu hướng chung trên Thế giới và với điều kiện Việt Nam.
1. 3. Tách CO
2
ra khỏi hỗn hợp khí tự nhiên bằng công nghệ màng lọc
Màng là vật cản trở rất mỏng, có khả năng thấm chọn lọc một vài cấu tử của hỗn
hợp. Cơ chế khuếch tán trong màng khác nhau đáng kể phụ thuộc vào dạng màng được
sử dụng. Các dạng chủ yếu của màng tổng hợp:
- Màng hữu cơ: Dạng đồng nhất/không đồng nhất (thường là các polymer vô định hình)
- Màng vô cơ:
+Dạng không có lỗ xốp (hợp kim Pb, oxit) dạng có lỗ (kim loại đioxit, zeolit)
+ Dạng cấu trúc/ không cấu trúc
Tách khí CO
2
bằng công nghệ màng lọc là một phương pháp có hiệu quả rất
cao, công nghệ này có liên quan đến kỹ thuật hiện đại. Phương pháp tách bằng màng
lọc dựa trên sự thấm lọc khác nhau của các phần tử từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp
suất thấp ở 2 bên màng lọc. Vật liệu để chế tạo màng chủ yếu là các polime, ví dụ:
cenlulo axetat. Ngoài công dụng tách CO
2
(làm ngọt khí) màng lọc còn được sử dụng
trong nhiều quá trình khác như: thu hồi H
2
từ dòng khí tinh chế trong quá trình tổng
hợp amôni, loại nước từ dòng khí tự nhiên, thu hồi N
2
từ không khí.
Màng lọc để tách khí CO
2

thường được chế tạo theo dạng phiến bằng hoặc dạng
sợi rỗng ở dạng phiến bằng thì các lớp màng xếp xen kẽ nhau từ vòng ngoài vào vòng
trong theo hình xoắn ốc. Ở dạng sợi rỗng thì các sợi rỗng này được bọc lại vòng quanh
ống trung tâm tương tự như lớp vỏ bọc xếp khít nhau.
7
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Khí nguyên liệu sẽ được đưa qua cạnh bình, khí giàu CO
2
được thẩm thấu qua
lớp màng và được thoát ra ở một đầu của ống trung tâm. Dòng khí nghèo CO
2
sẽ được
thoát ra ở một đầu khác.
Công nghệ màng được sử dụng nhiều trong 2 lĩnh vực ứng dụng tách CO
2
chính
như sau:
-Xử lý khí thiên nhiên;
-Tăng hệ số thu hồi dầu: Tại đây, CO
2
được tách ra khỏi khí đồng hành và đưa
trở lại giếng dầu để tăng khả năng thu hồi dầu
Đây là công nghệ rất phù hợp với việc tách khí có hàm lượng CO
2
cao. Ngoài
ra, công nghệ này còn có rất nhiều ưu điểm đó là dễ vận hành, chi phí vận hành và lắp
đặt thấp, kích thước nhỏ gọn, cho phép lắp đặt ở dạng module chắc chắn, trọng lượng
nhỏ, dễ nâng cấp, có qui mô công suất lớn, có thể lắp đặt ngoài khơi, linh hoạt trong

việc thay đổi nguyên liệu.
Trên cơ sở nhận xét trên, cùng với việc tham khảo kinh nghiệm của các nhà
cung cấp công nghệ trên thế giới, khả năng áp dụng công nghệ tách CO
2
phụ thuộc
nhiều nhất vào thành phần CO
2
trong nguyên liệu và trong sản phẩm. Sự phụ thuộc này
được tổng kết một cách gần đúng theo hình 1.1

8
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu

Hình 1.1. Khả năng áp dụng công nghệ theo hàm lượng CO
2
trong
nguyên liệu đầu vào và trong sản phẩm
Theo giản đồ này, để xử lý các mỏ khí có hàm lượng CO
2
trên 40% thì nên lựa
chọn công nghệ màng.
Theo phân tích ở trên, ở bể khí Sông Hồng với hàm lượng CO
2
(40- 80%) cao
như vậy thì lựa chọn công nghệ màng là hợp lý. Đề xuất này cũng phù hợp với kết luận
của Viện Dầu Khí trong “Qui hoạch phát triển và sử dụng khí phía Bắc Việt Nam
(2001)”.
1.3.1 Vật liệu màng

Hiện nay, để loại bỏ CO
2
từ dạng khí, phổ biến trên thị trường nhất là màng
được chế tạo từ polyme như: các sợi cenlulo axetat, polyimit, polycacbonat,
polyeteimit, polysunfo. Cenlulo axetat là vật liệu được thí nghiệm và sử dụng rộng rãi
nhất trong các hệ thống màng lọc. Polyimit có khả năng loại bỏ CO
2
nhưng không có
ứng dụng rộng rãi.
9
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
3
%
10
%
20
%
30
%
40
%
50
%
10
%
40
%
50
%

80
%
7
%
MÀNG
KẾT
HỢP
MÀNG
HOẶC
AMINE
% CO
2
đầu vào
%CO
2
đầu ra
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Những tính chất của olyimit và các polyme khác có thể biến đổi để tăng thêm
những tính năng của chúng. Ví dụ: olyimit ban đầu được sử dụng làm màng cho việc
thu hồi hyđro nhưng sau đó nó được biến tính để loại bỏ CO
2.
1.3.2. Cấu trúc màng
Dung dịch tạo ra màng gồm 1 lớp không lỗ vô cùng mỏng được gắn vào 1 lớp
có lỗ dày hơn trên cùng một loại vật liệu. Cấu trúc màng được nói đên ở đây chính là
cấu trúc màng không đồng chất (Asymmetric Membrane Structue).
Cấu trúc này trái ngược hẳn với cấu trúc đồng nhất (homogenous structure). Ở
đó tính xốp của màng kém, hoặc đồng nhất toàn diện hơn. Một ví dụ về cấu trúc không
đồng nhất được minh hoạ trên (Hình 1.2)
Lớp không có lỗ thường bắt gặp khi yêu cầu của màng là lý tưởng. Ở đó độ
chọn lọc của màng cao hơn và màng cũng mỏng hơn.

Lớp có lỗ sẽ cung cấp sự chống đỡ cơ học và cho phép dòng tự do của các cấu
tử đó thẩm thấu qua lớp không có lỗ.
Mặc dù các màng dạng không đồng nhất là sự cải tiến rất lớn dựa trên các cấu
trúc màng đồng nhất, nhưng chúng cũng có một vài trở ngại. Bởi vì chúng chỉ bao gồm
một loại vật liệu, đắt tiền, các polymer sản xuất theo yêu cầu của khách hàng đòi hỏi độ
thẩm thấu cao, chúng thường được sản xuất với số lượng rất nhỏ.
Sự khó khăn này đã được khắc phục bằng cách tạo ra một loại màng có tên gọi
là màng hỗn hợp (composite membrane). Màng này gồm một lớp thẩm thấu chọn lọc
rất mỏng (Seletive layer) chế tạo từ một loại Polymer được gắn vào một cấu trúc không
đồng nhất được tạo ra từ một loại Polymer khác. Cấu trúc hỗn hợp này cho phép sản
xuất màng sử dụng dễ dàng, vật liệu sẵn có. Một ví dụ về cấu trúc này được chỉ trên
(hình 1.3). Cấu trúc hỗn hợp đang được sử dụng trong hầu hết các màng loại bỏ CO
2
vì
những tính chất của lớp chọn lọc có thể được điều chỉnh dễ dàng mà không cần tăng
chi phí cho màng.
10
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Hình 1.2: Cấu trúc màng không đồng nhất
Lớp chọn lọc
Màng không đồng nhất
Hình 1.3: Cấu trúc màng hỗn hợp
1.3.3. Các modul màng
Các loại màng để phân tách khí thường được sử dụng dưới 2 dạng: dạng phiến
bằng hoặc dạng sợi rỗng.
11
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52

Lớp không lỗ
Lớp có lỗ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
- Dạng cuộn xoắn ốc là sự kết hợp điển hình bởi các lớp cuộn vào nhau có mặt
cắt hình xoắn ốc.
- Dạng sợi hình rỗng là sự kết hợp từ các bó sợi tương tự như lớp vỏ (hay ống
trao đổi nhiệt) (hình 1.4)
Hình 1.4 Thiết bị mang kiểu mặt cắt xoắn ốc
Trong thiết bị màng lắp đặt theo kiểu xoắn ốc, hai tấm màng mỏng có khoảng
không gian thẩm thấu được ở giữa được dán chặt 3 mép chỉ để lại 1 mép tạo thành một
cái phong bì (hoặc lá ghép, như được gọi trong công nghiệp màng).
Nhiều phong bì như vậy được tách ra bởi khoảng không gian nguyên liệu và
quấn xung quanh mặt các ống thẩm thấu được sao cho phần mở của cái phong bì gắn
lên mặt của ống thẩm thấu được.
Khí nguyên liệu đi dọc theo màng trong khoảng không nguyên liệu phân cách
giữa các phong bì. Trong khi khí đi giữa các phong bì, CO
2
, H
2
S và các hợp chất có độ
thấm cao sẽ thấm vào trong phong bì. Các hợp chất đã thấm qua này chỉ có một đường
ra đó là chúng phải đi trong khoảng không của phong bì vào trong ống thẩm thấu.
.Lực phát động cho quá trình thẩm thấu qua màng là áp suất thẩm thấu thấp và
áp suất khí nguyên liệu cao. Dòng khí thẩm thấu đi vào ống thấm (ống trung tâm) qua
các lỗ trên bề mặt ống ở đó chúng di chuyển vào trong lòng ống và nhập vào cùng
12
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
dòng khí thấm qua của các thiết bị phân tách bằng màng khác thành một hệ thống

nhiều màng nối tiếp nhau (ghép theo kiểu modul).
Các khí không thấm (giàu hydrocacbon) sẽ đi ra theo một đầu khác ngược chiều
với đầu ra.

Hình 1.5 Thiết bị dạng sợi rỗng
Các thông số cần tối ưu hóa cho modul cuộn xoắn ốc là số phong bì (màng bao)
và đường kính ống. Dòng khí thẩm thấu sẽ di chuyển dọc theo mỗi một lớp màng, vì
vậy chiều dài của các màng ngắn hơn sẽ có ý nghĩa hơn các màng dài bởi vì độ sụt áp
của các màng có chiều dài ngắn hơn sẽ giảm đáng kể trong trường hợp đầu.
Đường kính của các bó (ống) lớn hơn cho phép tạo được các lớp màng bao dày
đặc hơn nhưng lại làm tăng chi phí của quá trình, chúng cũng làm tăng trọng lượng của
thiết bị, do đó làm cho các thiết bị này sẽ khó sử dụng hơn khi lắp đặt và thay thế.
13
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Nguyên liệu giàu CO
2
Sản phẩm nghèo CO
2
Khí giàu CO
2
thẩm
thấu qua
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Các thiết bị dạng sợi rỗng gồm các lớp sợi vô cùng nhỏ được xếp chồng lên
nhau vòng quanh ống trung tâm. Dòng khí nguyên liệu đưa vào bên trên và giữa các
lớp sợi này đến khi chúng tiếp xúc với ống trung tâm. Ở đó chúng sẽ hòa trộn với các
dòng thẩm thấu từ các quá trình khác, tổng lượng các khí này sẽ đi ra khỏi thiết bị qua
ống trung tâm. Các khí không đi qua ống trung tâm được sẽ xuyên qua theo cách tương
tự như thiết bị dạng phiến bằng, tuy nhiên trong trường hợp này ống trung tâm sẽ có cả

đường dẫn cho dòng thấm qua (residure).
 Những thuận lợi của thiết bị dạng ống là:
Đường kính lớp sợi càng nhỏ cho phép mật độ bao quanh cao hơn những đường
kính lớp sợi lớn hơn cho độ sụt áp suất thẩm thấu thấp hơn và áp suất tạo lực phát động
sẽ hiệu quả hơn.
Mỗi thiết bị màng đều có những thuận lợi riêng của chúng:
- Thiết bị dạng mặt cắt xoắn ốc có thể sử dụng ở áp suất cao hơn , có sức chịu
đựng với sự tắc nghẽn, có lịch sử lâu đời trong việc làm ngọt khí tự nhiên.
- Thiết bị dạng sợi rỗng có mật độ bao quanh dày đặc hơn song được sử dụng
trong các nhà máy sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn so với nhà máy dùng các thiết bị xoắn
ốc.
- Màng với các modul và thanh trượt .
Trước đây các loại màng được sản xuất dưới các dạng modul riêng biệt, chúng
được lắp ghép với nhau thành một cái ống.( hình 1.6)
14
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Hình 1.6: Màng với các modul và thanh trượt
1.3.4. Tính thấm của màng
Các loại màng được sử dụng để loại bỏ CO
2
không hoạt động giống như thiết bị
lọc - ở đó các phân tử nhỏ bị tách ra khỏi các phân tử lớn hơn qua vật trung gian chứa
các lỗ. Nhưng các loại màng sử dụng để loại CO
2
hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản
là sự khuyếch tán dung dịch qua màng (không qua lỗ), CO
2
được hoà tan vào trong

màng và sau đó sẽ khuyếch tán qua nó. Vì màng không chứa các lỗ, nên nó không phân
tách dựa trên kích thước của các phân tử. Đúng hơn là nó phân tách dựa trên khả năng
hoà tan vào màng của các cấu tử, sau đó khuyếch tán qua màng.
Vì các chất khí như: CO
2
, H
2
, He, H
2
S, hơi nước, thẩm thấu rất nhanh nên chúng
được gọi là khí nhanh (Fast gases).
Các khí như CO, N
2
, CH
4
, C
2
H
6
và các Hydrocacbon khác, thẩm thấu chậm hơn
do đó được gọi là các khí chậm (slow gases)
Màng cho phép loại bỏ chọn lọc các khí nhanh ra khỏi các khí chậm: CO
2
được
loại bỏ từ dòng khí tự nhiên, hơi nước và khí H
2
S cũng được loại ra cùng thời gian đó
nhưng các khí metan, etan và các hydrocacbon có phân tử lượng cao hơn bị loại bỏ với
tốc độ thấp hơn nhiều.
15

Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Định luật Fick dưới đây được dùng gần đúng cho quá trình khuyếch tán dung
dịch:
J =
k.D∆P
l
Trong đó:
J: Là khả năng chảy qua màng của CO
2
(hay lưu lượng phân tử của CO
2
qua một
đơn vị bề mặt màng)
k: Là khả năng hoà tan của CO
2
trong màng.
D: Là hệ số khuếch tán của CO
2
qua màng
∆P: Độ chênh lệch áp suất riêng phần của CO
2
giữa nguyên liệu (áp suất cao) và
phần thấm qua màng (áp suất thấp)
l: Độ dày cuả màng.
Định luật Fick có thể viết tương tự cho metan và các cấu tử khác trong dòng khí.
Khả năng hoà tan (tính tan) và hệ số khuyếch tán thường được kết hợp để đưa ra
một khái niệm chung được gọi là khả năng thẩm thấu (P). Tỷ số P/l phụ thuộc vào
màng, còn ∆P phụ thuộc vào quá trình. P/l không là một hằng số, nó rất nhạy với sự

thay đổi của điều kiện hoạt động như nhiệt độ, áp suất. Một khái niệm quan trọng khác
được định nghĩa trong quá trình này là độ chọn lọc (α). Độ chọn lọc là khả năng thẩm
thấu của CO
2
so với các cấu tử khác được định nghĩa trong dòng khí qua màng. Ví dụ:
Độ chọn lọc của CO
2
đối với metan là α = 5 - 30, có nghĩa là CO
2
thấm qua màng
nhanh hơn CH
4
từ 5 - 30 lần.
Cả độ chọn lọc và khả năng thấm (khả năng thẩm thấu) là những yếu tố quan
trọng khi lựa chọn màng. Khả năng thẩm thấu cao hơn thì diện tích màng yêu cầu cho
sự phân tách sẽ thấp hơn, do đó chi phí cho hệ thống sẽ giảm xuống. Độ chọn lọc cao
hơn thì lượng hydrocacbon thất thoát qua màng sẽ thấp hơn khi CO
2
bị loại bỏ, sản
phẩm khí (sau khi loại bỏ CO
2
) sẽ thu được nhiều hơn.
1.3.5. Những thông số ảnh hưởng đến quá trình.
Nhiều thông số của quá trình có thể điều chỉnh sao cho phù hợp để thoả mãn
nhu cầu của khách hàng, phù hợp với từng yêu cầu sử dụng một vài yêu cầu cơ bản là:
- Chi phí thấp
- Mực độ tin cậy cao
- Dễ hoạt động, vận hành
- Mức độ thu hồi hydrocarbon cao.
16

Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
- Thời gian hoạt động lớn
- Mức độ bảo dưỡng thấp
- Năng lượng tiêu tốn thấp
Nhiều yêu cầu hoạt động có thể đối ngược lại với một vài yêu cầu khác ví dụ
như: Một hệ thống có độ thu hồi cao thường yêu cầu có thêm máy nén, do đó làm tăng
chi phí bảo dưỡng. Các kỹ sư thiết kế phải biết cân đối giữa các yếu tố để đảm bảo
những điều kiện tốt nhất cho hoạt động của toàn bộ hệ thống.
a. Cách bố trí dòng
Cách bố trí dòng đơn giản nhất trong công nghệ màng lọc là nguyên liệu đầu
vào chỉ gồm có 1 dòng (hình vẽ 1.7)

Hình 1.7: Bố trí dòng trong công nghệ màng lọc với nguyên liệu
đầu vào gồm có một dòng
Dòng khí nguyên liệu được phân tách thành 1 dòng thấm qua màng lọc (giàu
CO
2
) và 1 dòng còn lại (giàu hydrocarbon)
Trong quá trình loại CO
2
, một lượng hydrocarbon đáng kể bị thẩm thấu qua
màng và bị thất thoát. Hệ thống nhiều công đoạn đã cố gắng thu hồi một phần nào đó
những hydrocarbon này. Hệ thống gồm có hai bước (2 bậc) được mô tả trong (hình vẽ
1.8)
17
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Khí

nguyên liệu
Phần còn lại
(nghèo CO
2
)
Phần thẩm
thấu (giàu
CO
2
)
Thiết bị
màng lọc
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu

Hình 1.8: Hệ thống thu hồi hidrocacbon giai đoạn 1
Ở bậc thứ nhất chỉ có một phần hidrocarbon trong dòng khí thấm qua bị thất
thoát. Phần khí còn lại (không thấm qua) được thấm lọc tiếp ở bậc thứ hai. Khi thấm
qua màng lọc ở bậc thứ hai được hồi lưu trở lại , nhập với dòng nguyên liệu đầu vào.
Hệ thống hai bậc cho mức độ CO
2
thấm lọc qua là cao nhất và lượng
hydrocarbon thất thoát là ít nhất. Dòng thu hồi lưu phải được tái nén trước khi nhập
vào cùng dòng nguyên liệu.
Một cách bố trí dòng 2 giai đoạn khác được mô tả trên (hình vẽ 1.9)

Hình 1.9: Hệ thống thu hồi hidrocacbon giai đoạn 2
Dòng khí thấm qua ở giai đoạn 2 thường có hàm lượng CO
2
qua lớn hơn hai lần
so với lượng CO

2
qua ở giai đoạn 1. Phần khí còn lại ở giai đoạn 2 cũng được thu hồi
trở lại và kết hợp với dòng khí nguyên liệu.
18
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Phần còn lại
(nghèo CO
2
)
Phần thẩm thấu
(giàu CO
2
)
Khí nguyên liệu
Máy nén khí
Thiết bị
làm lạnh
Khí
còn lại
Khí thẩm thấu
Nguyên liệu
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Khí thấm qua ở giai đoạn 1 phải được nén bằng một máy nén trước khi đưa vào
giai đoạn 2. Hệ thống hai giai đoạn cho phép mức độ thu hồi hidrocarbon cao hơn hệ
thống 2 bậc và hệ thống 1 giai đoạn. Nhưng yêu cầu về năng lượng lại lớn hơn (vì phải
nén nhiều khí hơn trước khi xử lý tiếp).
Cũng có một vài cách bố trí hệ thống khác nhưng chúng ít khi được sử dụng.
Để quyết định xem có nên sử dụng hệ thống 1 giai đoạn hay nhiều giai đoạn hay
không còn nhiều yếu tố phải xem xét thêm. Biểu đồ sau đây (hình vẽ.1.10) sẽ minh hoạ

cho điều này.
Tỷ lệ thu hồi hydrocarbon (%) được vẽ tương ứng mức độ loại CO
2
(%) đối với
một hệ thống 1 giai đoạn và 2 giai đoạn ở những điều kiện nhất định của quá trình.
Hình 1.10: Tỷ lệ thu hồi hidrocacbon ứng với độ loại CO
2

Tỷ lệ Hydrocacbon thu hồi được định nghĩa bằng phần trăm Hydrocacbon thu
hồi được từ khí thương phẩm đối với hàm lượng Hydrocacbon có trong khí nguyên
liệu. Từ biểu đồ trên ta thấy, lượng Hydrocacbon thu hồi được ở hệ thống 2 giai đoạn
lớn hơn ở hệ thống một giai đoạn .Tuy nhiên để quyết định xem có sử dụng phương
pháp một giai đoạn hay nhiều giai đoạn, người kỹ sư thiết kế phải tính đến tác động
của máy nén hồi lưu. Để loại CO
2
ở mức độ vừa phải (xấp xỉ dưới 50%) thì hệ thống
màng lọc 1 giai đoạn thường được sử dụng vì xét đến góc độ kinh tế, lúc này hệ thống
1 giai đoạn có tính kinh tế hơn so với hệ thống gồm nhiều giai đoạn.
b. Lưu lượng dòng.
19
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
% thu hồi hydrocarbon
% CO
2
loại

bỏ
1 giai đoạn
2 giai đoạn

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Vì hệ thống màng hoạt động theo kiểu modul, sự tăng lưu lượng sẽ ảnh hưởng
trực tiếp đến tỷ lệ tăng diện tích màng đối với sự phân tách lượng Hydrocacbon thất
thoát cũng tăng nhưng tỷ lệ (%) Hydrocacbon thất thoát (Hydrocacbon mất
mát/Hydrocacbon nguyên liệu) vẫn là 1 hằng số.
c. Nhiệt độ vận hành
Sự tăng nhiệt độ của nguyên liệu dẫn đến sự tăng khả năng thấm của màng và
làm giảm độ chọn lọc. Diện tích màng yêu cầu do đó sẽ giảm, nhưng lượng
Hydrocacbon thất thoát và năng lượng cho sự tái nén đối với hệ thống nhiều giai đoạn
cũng tăng. Minh hoạ cho điều này được chỉ trên (hình 1.11)

Hình 1.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến diện tích màng và hidrocacbon thất
thoát
d. Áp suất khí nguyên liệu
Áp suất khí nguyên liệu tăng sẽ làm giảm cả khả năng thấm của màng lẫn độ
chọn lọc. Tuy nhiên sự tăng áp suất nguyên liệu tạo ra lực phát động lớn xuyên qua
màng, do đó diện tích màng yêu cầu giảm xuống.
Năng lượng cho máy nén tăng không đáng kể và lượng hydrocacbon thất thoát
giảm ít (hình 1.12)
Vì diện tích màng yêu cầu cũng bị tác động bởi áp suất, trong khi 1 vài yếu tố
khác thì không. Người kỹ sư phải cố gắng sử dụng áp suất vận hành cao tới mức có thể
để hệ thống rẻ hơn và nhỏ gọn hơn.
20
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Diện tích (lượng thất thoát) tương đối
Nhiệt độ vận hành (độ F)
Hydrocarbon thất thoát
Diện tích màng lọc
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu

Hình 1.12: Ảnh hưởng của áp suất đến diện tích màng loc và
HC thất thoát
e. Áp suất thấm (áp suất thẩm thấu)
Tác động của áp suất thẩm thấu trái ngược với tác động áp suất của khí nguyên
liệu. Áp suất thấp hơn tạo lức phát động qua màng cao hơn, do đó diện tích màng yêu
cầu sẽ thấp hơn. Khác với áp suất khí nguyên liệu, áp suất thẩm thấu ảnh hưởng mạnh
tới lượng hydrocacbon mất mát (hình 1.13).
21
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Diện tích (lượng thất thoát) tương đối
Áp suất nguyên liệu (Psia)
Hydrocarbon thất thoát
Diện tích màng lọc
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Hình 1.13: Ảnh hưởng của diện tích màng đến áp suất thẩm thấu và hidrocacbon thất
thoát
Các phân tích chi tiết đã chỉ ra rằng, một yếu tố khác cũng khá quan trọng
không kém khi thiết kế hệ thống đó là tỷ lệ áp suất xuyên qua màng. Tỷ lệ này chịu ảnh
hưởng mạnh mẽ bởi áp suất thẩm thấu.
Ví dụ: Nếu áp suất khí nguyên liệu là 90 bar, áp suất thẩm thấu là 3 bar, thì tỷ lệ
áp suất xuyên qua màng của sản phẩm là 30.
Nếu ta giảm áp suất thẩm thấu xuống còn 1 bar, thì tỷ lệ này sẽ tăng từ 30 đến
90, sự thay đổi này ảnh hưởng mạnh mẽ tới hoạt đọng của hệ thống. Vì lý do đó, người
kỹ sư thiếu kế phải làm sao để đạt được áp suất thẩm thấu thấp nhất tới mức có thể.
f. Lượng CO
2
loại bỏ
Một ví dụ đối với khí thương phẩm, sự tăng hàm lượng CO

2
nguyên liệu dẫn
đến sự tăng diện tích màng yêu cầu cũng như tăng lượng Hydrocacbon mất mát (CO
2
phải thấm qua nhiều hơn, lượng hydrocacbon thẩm thấu cũng nhiều hơn). Điều này chỉ
ra trên hình 1.14
22
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Diện tích (lượng thất thoát) tương đối
Áp suất thẩm thấu (Psia)
Hydrocarbon
thất thoát
Diện tích màng lọc
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu

Hình 1.14: Ảnh hưởng của hàm lượng CO
2
đến diện tích màng và hidrocacbon thất
thoát
1.3.2. Ưu nhược điểm của công nghệ màng lọc
1.3.2.1. Ưu điểm
- So sánh với công nghệ hấp thụ, công nghệ màng lọc có những ưu điểm sau:
+ Do không cần hoá chất trong sự phân tách, nên không cần tái sinh dung môi.
+ Hệ thống màng lọc được kết hợp với trọng lượng rất nhỏ gọn, có thể định vị
theo cả dạng nằm ngang hoặc thẳng đứng, thuận lợi cho việc thay thế, thêm vào các bộ
phận màng lọc mới.
+ Thiết kế modul cho phép thuận lợi khi lắp đặt hệ thống vận hành nhiều công
đoạn.
23

Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Diện tích (lượng thất thoát) tương đối
% CO
2
loại bỏ
Hydrocarbon
thất thoát
Diện tích màng lọc
Hình 1.15: Một số ví dụ điển hình về cation của chất lỏng
ion.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
+ Mức độ bảo dưỡng thấp, hoạt động dễ dàng và mức độ tin cậy cao.
+ Chi phí cơ bản và chi phí vận hàng thấp hơn.
1.3.2.2 Nhược điểm:
+ Phải xử lý thận trọng nước.
+ Hệ thống làm lạnh lớn
+ Thất thoát nhiều Hydrocacbon
+ Nhà cung cấp độc quyền
1.4. Tách CO
2
ra khỏi hỗn hợp khí CO
2
và CH
4
bằng công nghệ màng hấp phụ chất
lỏng ion
1.4.1. Giới thiệu về chất lỏng ion(ILs)
Chất lỏng ion (ILs) là các hợp chất dạng ion có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn
100

o
C. Chúng được cấu tạo từ các cation hữu cơ và các anion hữu cơ hoặc vô cơ. Việc
thay đổi cấu trúc hoặc chiều dài của chuỗi cacbon của cation hoặc anion đều dẫn đến
sự tạo thành các chất lỏng ion mới có tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Vì vậy
chất lỏng ion được xem như là dung môi hoặc chất xúc tác có thể thiết kế được để đáp
ứng yêu cầu cho từng mục đích cụ thể.
 Cation: Các cation thường dùng để tạo nên chất lỏng ion được đưa ra ở
hình 1.15
24
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu
K52
Hình 1.15: Một số ví dụ điển hình về cation của chất lỏng
ion.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu
Trong đó: (1) ammoni; (2) sulfoni; (3) phosphoni; (4) lithi; (5) imidazoli; (6)
pyridini; (7) Pyrrolidini; (8) và (9) thiazoni; (10) isoquinolini; (11) pyrazoli; (12)
triazoli; (13) oxazoli [14,15]
 Anion: Các anion thông thường là: X
-
, BF
4
-
, AlX
4
-
, Al
2
Cl
7
-

, PF
6
-
, SR
3
-
,
HSO
4
-
…[15]
1.4.1.1. Tính chất của chất lỏng ion
Chất lỏng ion có nhiều tính chất hóa lý có giá trị. Sau đây là những tính chất
quan trọng nhất:
- Tính đa dạng
- Nhiệt độ nóng chảy thấp
- Áp suất hơi rất thấp
- Ổn định nhiệt và điện hóa
- Phân cực
- Dẫn điện và nhiệt
Có thể điều chỉnh được các tính chất, ví dụ: tính axit, tính tan, độ nhớt, khả năng
cộng kết, hoạt tính hóa học.
Tính đa dạng của chất lỏng ion được thể hiện ở chỗ sự kết hợp các anion và các
cation khác nhau có thể tạo ra một số lượng lớn các chất lỏng ion với các tính chất
khác nhau.
Nhiệt độ nóng chảy thấp cho phép chúng tồn tại ở thể lỏng ở nhiệt độ thấp, nhờ
đó có thể thực hiện các quá trình ở nhiệt độ thấp khi sử dụng chúng làm xúc tác và
dung môi.
25
Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu

K52