Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu và Mô phỏng phân xưởng đồng phân hóa (Isome hóa) của nhà máy lọc dầu Dung Quất’’.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứu
của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc, em đã
hoàn thành đề tài này. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân dưới
sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như các anh
chị em, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Đà
Nẵng đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học vừa
qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa và bộ môn công nghệ chế biến dầu và khí.
Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân đã
hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp
này.
Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn động viên giúp
em vượt qua nhiều khó khăn trong thời gian qua.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em những lời chúc
tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót
là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Trần Hữu Phương
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH 4
LỜI MỞ ĐẦU 8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG ISOME HÓA 10
1.1. Giới thiệu về quá trình đồng phân hóa 10
1.2. Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu 10
1.3. Nguyên liệu 11

1.4. Sản phẩm 11
1.5. Xúc tác 11
1.5.1. Quá trình phát triển của xúc tác 11
1.5.2. Các xúc tác dùng trên thị trường 12
1.5.3. So sánh các loại xúc tác 13
1.6. Các phản ứng của quá trình 14
1.6.1. Các phản ứng chính 14
1.6.2. Các phản ứng phụ 15
1.7. Cơ chế phản ứng 15
1.8. Nhiệt động học 17
1.9. Điều kiện vận hành của quá trình 18
1.10 Các công nghệ isome hóa 19
1.10.1. Ảnh hưởng của xúc tác tới công nghệ 19
1.10.2 Các công nghệ isomer hóa 19
1.10.2.1. Quá trình không tuần hoàn, 1 giai đoạn 19
1.10.2.2. Quá tình có hồi lưu: 22
1.10.3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ 26
Chương 2: PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT28
2.1 Tổng quan nhà máy lọc dầu Dung Quất 28
2.1.1. Địa điểm 28
2.1.2 Diện tích sử dụng 28
2.1.3. Công suất chế biến 29
2.1.4.Nguyên liệu 29
2.1.5.Các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu 29
2.1.5.1 Các phân xưởng công nghệ 30
2.1.5.2 Các phân xưởng phụ trợ 30
2.1.5.3 Phân xưởng ngoại vi 31
2.2. Phân xưởng isomer hóa 31
2.2.1.Nguyên liệu 31
2.2.2. Make-up Gas 32

2.2.3. Sản phẩm 33
2.2.3.1. Isomerate 33
2.2.3.2. Net Gas 33
2.2.4. Sơ đồ công nghệ PENEX-DIH 34
2.2.4.1. Các thiết bị chính trong phân xưởng 34
2.2.4.2. Sơ đồ công nghệ 38
Chương 3 39
MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG ĐỒNG PHÂN HÓA BẰNG PHẦN MỀM ASPEN
HYSYS 39
3.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys 39
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
3.1.1. Giới thiệu sơ lược về Aspen Hysys 39
3.1.2. Những ưu điểm của phần mềm Aspen Hysys 39
3.2. Thao tác mô phỏng tính toán trong Aspen Hysys 40
3.2.1. Các bước xây dựng mô hình tính toán mô phỏng trong Hysys 40
3.2.2. Ứng dụng Aspen Hysys để mô phỏng công nghệ PENEX/DIH của phân xưởng
Đồng phân hóa 44
3.2.2.1. Tiến hành xây dựng sơ đồ công nghệ 44
3.2.2.2. Nhập các thông số cho các dòng và các thiết bị 45
3.3. Đánh giá kết quả mô phỏng 63
3.3.1. Cân bằng vật chất tại các cụm thiết bị chính 63
3.3.1.1 Tháp Stabilizer 63
3.3.1.2 Tháp DIH 63
3.3.1.3 Cân bằng vật chất toàn bộ phân xưởng 63
3.2. Sản phẩm Isomerat 63
3.4. Các thông số cơ khí chính của các thiết bị 66
3.4.1. Tính sizing cho tháp Stabilizer: 66
3.4.2. Tính sizing cho tháp DIH : 67
4.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển 68

4.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quá trình điều khiển 68
4.1.1.1. Điều khiển đóng mở 68
4.1.1.2. Điều khiển quá trình 68
4.1.2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS trong các nhà máy hiện đại 68
4.1.3. Bộ điều khiển PID 69
4.1.3.1. Vai trò của bộ điều khiển PID 69
4.1.3.2. Lựa chọn khâu tác động và các thông số đặt trưng cho PID 70
4.2. Sơ đồ điều khiển cho tháp DIH 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc tác
khác nhau
Bảng 1.2: So sánh 2 loại xúc tác với 2 sơ đồ công nghệ khác nhau
Bảng 1.3: So sánh chất lượng của 2 quá trình
Bảng 1.4: Hiệu suất thu sản phẩm của quá trình TIP
Bảng 1.5: Giá trị RON thu được khi sử dụng hai loại xúc tác cho từng công nghệ
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Bảng 2.1: Thành phần và tính chất của nguyên liệu
Bảng 2.2: Thành phần của Make-up
Bảng 2.3: Thành phần isomerate trong mỗi trường hợp SOR và EOR
Bảng 2.4: Thành phần của Net Gas trong các chể độ khác nhau
Bảng 3.1: Cân bằng vật chất tháp Stabilizer
Bảng 3.2: Cân bằng vật chất tháp DIH
Bảng 3.3: Cân bằng vật chất toàn bộ phân xưởng
Bảng 3.4: Thành phần của sản phẩm Isomerate thu được sau khi mô phỏng
Bảng 3.5: Giá trị RON và BRON của các cấu tử
Bảng 3.6: Kết quả sizing cho tháp Stabilizer
Bảng 3.7: Kết quả sizing cho tháp DIH
Bảng 1: Bảng tính số đĩa lý thuyết cho tháp T-2301

Bảng 2: Bảng tính số đĩa lý thuyết cho tháp T-2303


DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Vị trí của phân xương isomer trong nhà máy lọc dầu
Hình 1.2: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ Penex của OUP
Hình 1.4: Sơ đồ đơn giản của công nghệ PAR-ISOM
Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ PENEX / DIH (UOP)
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ của quá trình TIP
Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ của quá trình IPSORB
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Hình 1.8: Sơ đồ công nghệ của quá trình HEXSORB
Hình 1.9: Đồ thị so sánh hiệu quả kinh tế của các công nghệ
Hình 2.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất
Hình 2.2: Sơ đồ các phân xưởng công nghệ
Hình 2.3: Cụm Feed Driers (DR-2303/2304)
Hình 2.4: Cụm thiết bị phản ứng (R-2302/2303)
Hình 2.5: Thiết bị Stabilizer (T-2301)
Hình 3.1: Khởi động phần mềm
Hình 3.2: Thiết lập đơn vị
Hình 3.3: Chọn hệ phương trình nhiệt động
Hình 3.4: Lựa chọn cấu tử
Hình 3.5: Môi trường mô phỏng trong Hysys
Hình 3.6: Lựa chọn cấu tử từ Component Library
Hình 3.7: Nhập các thông số cho dòng Feed Naphtha (201)
Hình 3.8: Nhập các thông số cho dòng 549RCY
Hình 3.9: Biểu diển thiết bị hấp phụ DR-2303

Hình 3.10: Biểu diễn thiết bị giải hấp DR-2304
Hình 3.11: Thiết bị tách D-2301
Hình 3.12: Bơm nâng áp P-2301A/B
Hình 3.13: Nhập thông số cho dòng Make-up Gas (113)
Hình 3.14: Mô phỏng thiết bị DR-2301
Hình 3.15: Mô phỏng thiết bị DR-2302
Hình 3.16: Mô phỏng thiết bị MIX-2
Hình 3.17: Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2306
Hình 3.18: Thông số của thiết bị trao đổi nhiệt E-2306
Hình 3.19: Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2307
Hình 3.20: Thông số của thiết bị trao đổi nhiệt E-2307
Hình 3.21: Mô phỏng thiết bị MIX-3
Hình 3.22: Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2308
Hình 3.23: Thông số của thiết bị trao đổi nhiệt E-2308
Hình 3.24: Chọn phản ứng dạng cân bằng
Hình 3.25: Biểu diễn cách khai báo phản ứng
Hình 3.26: Hiệu chỉnh Approach của phản ứng chuyển hóa CP
Hình 3.27: Hiệu chỉnh Approach của phản ứng chuyển hóa CH
Hình 3.28: Tạo Set và add mô hình nhiệt động
Hình 3.29: Biểu diễn cách mô phỏng đối với thiết bị phản ứng R-2302
Hình 3.30: Khai báo các thông số cho thiết bị phản ứng R-2302
Hình 3.31: Biểu diễn cách đặt hệ phản ứng vào thiết bị R-2302
Hình 3.32: Biểu diễn cách mô phỏng đối với thiết bị phản ứng R-2303
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Hình 3.33: Khai báo các thông số cho thiết bị phản ứng R-2303
Hình 3.34: Giản đồ Q2-IFP để tra hiệu suất sử dụng đĩa
Hình 3.35: Mô phỏng tháp T-2301
Hình 3.36: Ràng buộc cho tháp T-2301
Hình 3.37: Biểu diễn cách mô phỏng bình tách hai pha D-2303

Hình 3.38: Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2312
Hình 3.39: Biểu diễn cách mô phỏng thiết bị T-2302
Hình 3.40: Biểu diễn cách ràng buộc thiết bị T-2302
Hình 3.41: Mô phỏng tháp T-2303
Hình 3.42: Thiết lập ràng buộc tháp T-2303
Hình 4.1: Sơ đồ hoạt động của khâu PID
Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển tháp DIH
DANH MỤC VIẾT TẮT
C1 : ethane
C2 : Ethane
C3 : Propane
iC4 : i-butane
nC4 : n-butane
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
iC5 : i- pentane
nC5 : n-pentane
CP : cyclopentane
22-DMB : 2,2-dimethylbutane
23-DMB : 2,3-dimethylbutane
2-MP : 2-methylpentane
3-MP : 3-methylpentane
nC6 : n-hexane
MCP : methylcyclopentane
CH : cyclohexane
BZ : benzene
2-MH : 2-methylhexane
3-MH : 3-methylhexane
3-EP : 3-ethylpentane
22-DMP : 2,2-dimethylpentane

23-DMP : 2,3-dimethylpentane
24-DMP : 2,4-dimethylpentane
33-DMP : 3,3-dimethylpentane
nC7 : n-heptane
MCH : methylcyclohexane
DMCP : dimethylcyclopentane
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là quốc gia may mắn được thiên nhiên ưu đãi, ban tặng cho nguồn tài
nguyên quý giá là dầu mỏ. Chỉ tính riêng năm 1994, thu nhập từ dầu khí đã gần 1 tỷ
USD bằng một phần ba tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước, một con số đáng ghi
nhận vai trò và ý nghĩa của dầu khí nước ta ngay trong giai đoạn đầu mới hình thành.
Trong giai đoạn phát triển mới của đất nước, giai đoạn công nghiệp hoá - hiện đại hoá
nhằm tạo ra một sự phát triển với nhịp điệu tăng trưởng cao, dầu khí sẽ đóng một vai
trò vô cùng quan trọng góp phần hình thành nên nhiều ngành kinh tế và kỹ thuật khác
ra đời và phát triển như: Ngành năng lượng, ngành công nghiệp nhiên liệu, ngành công
nghiệp hàng tiêu dùng và nhiều ngành công nghiệp đa dạng khác.
Ở nước ta, dầu khí tuy còn là một ngành công nghiệp mới mẻ nhưng đầy triển
vọng và đã sớm khẳng định được vị trí quan trọng. Đó là một ngành công nghiệp mũi
nhọn góp phần thúc đẩy nền kinh tế nước ta trong nhiều lĩnh vực mà quan trọng nhất
là công nghiệp hoá - hiện đại hoá và hội nhập với quốc tế.
Nắm bắt được vai trò quan trọng của ngành công nghiệp đầu tàu này, chính phủ
và nhà nước đã tập trung xây dựng nhiều dự án mang tính quy mô và chiến lược trong
lĩnh vực dầu khí. Và nhà máy lọc dầu Dung Quất ra đời là một điển hình hứa hẹn một
sức bật mạnh mẽ cho công nghiệp dầu khí và đảm bảo về an toàn năng lượng, một vấn
đề được quan tâm nhất đối với kinh tế nhiều quốc gia và cũng như đối với Việt Nam
chúng ta.
Trong chức năng và nhiệm vụ của mình, nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ cung cấp

cho thị trường các sản phẩm: LPG, Xăng 90/92/95, Nhiên liệu phản lực, Dầu Diesel,
FO, đảm bảo tiêu chuẩn Việt Nam. Một trong những sản phẩm chiếm thị phần phân
phối rất lớn, có mặt khắp mọi nơi và cũng đang là nhu cầu bức thiết của xã hội hiện
nay đó là xăng có chỉ số octan cao và ít ô nhiễm môi trường để thay thế cho xăng
Mogas 83 chất lượng thấp. Chất lượng cho xăng thương phẩm sẽ được cải thiện rất
nhiều nhờ hai phân xưởng reforming xúc tác và đồng phân hóa (isome hóa). Phân
xưởng đồng phân hóa trong nhà máy lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất
6500 thùng/ngày bằng công nghệ PENEX-DIH của UOP đảm bảo tạo ra nguồn phối
liệu Isomerat cho xăng vừa có chỉ số octan cao, vừa không tạo các hợp chất thơm độc
hại như phân xưởng reforming xúc tác.
Với tầm quan trọng ngày càng lớn do tiêu chuẩn môi trường ngày càng trở nên
khắt khe hơn, phân xưởng đồng phân hóa sẽ là phân xưởng không thể thiếu trong các
nhà máy lọc dầu hiện đại trong tương lai.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Do phân xưởng Đồng phân hoá có tầm quan trọng như vậy nên việc nghiên cứu
trên cơ sở mô phỏng bằng phần mềm là việc làm cần thiết cho những kỹ sư hóa dầu
sau này. Vì vậy em đã thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu và Mô phỏng phân xưởng đồng
phân hóa (Isome hóa) của nhà máy lọc dầu Dung Quất’’.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG ISOME HÓA
1.1. Giới thiệu về quá trình đồng phân hóa
Trong công nghiệp quá trình đồng phân hoá paraffin nhẹ bao gồm:
- Đồng phân hoá n-C
4
thành i-C
4
: nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa
- Đồng phân hoá phân đoạn C

5
- C
6
: sản xuất xăng isomerat để phối trộn vào
xăng.
Ngoài ra còn có quá trình đồng phân hóa nC
4
= thành iC
4
= nguyên liệu cho quá
trình sản xuất MTBE.
Trong nhà máy lọc dầu quá trình đồng phân hóa được thực hiện với phân đoạn
C
5
– C
6
để sản xuất trực tiếp xăng isomerat. Đây là quá trình chuyển hóa n-parafin
thành i-parafin có IO cao hơn và có độ nhạy thấp.
1.2. Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu
Hình 1.1: Vị trí của phân xương isomer trong nhà máy lọc dầu
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
1.3. Nguyên liệu
Phân đoạn C
5
-C
6
thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô hoặc từ quá
trình Catalytic Reforming. Trong trường hợp RC, xăng reformat thu được sẽ phân tách
thành 2 phân đoạn:

• Reformat nặng chứa C
7
+
làm cấu tử pha xăng
• Reformat nhẹ chủ yếu là benzene sau khi được hydro hóa (có thể phối trộn
với phân đoạn C
5
– C
6
thu được từ CDU) làm nguyên liệu cho quá trình isomer
hóa
Trong trường hợp tổng quát, điểm cắt của chưng cất nguyên liệu được duy trì ở
70-80
0
C để tránh sự có mặt của benzen, cyclohexane và hydrocacbon C
7+
. Bởi lẽ sự có
mặt của thành phần này trong nguyên liệu của phân xưởng Đồng phân hóa sẽ dẫn đến
giảm hiệu suất của quá trình.
1.4. Sản phẩm
• Xăng isomerat rất giàu i-paraffin (chủ yếu là i-C
5
và i-C
6
)
• Fuel gas
Tuỳ vào thành phần nguyên liệu, sơ đồ công nghệ và xúc tác khác nhau mà thu
được những sản phẩm với thành phần và chất lượng khác nhau.
1.5. Xúc tác
1.5.1. Quá trình phát triển của xúc tác

Xúc tác của quá trình isome hóa phải mang tính axit để xúc tiến cho sự hình
thành cacbocation, tồn tại ở giai đoạn trung gian.
Bốn loại xúc tác được phát triển liên tiếp kể từ năm 1933, các nhà nghiên cứu đã
chỉ ra rằng hexane và heptane có thể bị đồng phân hoá bởi AlCl
3
, đây là xúc tác đầu
tiên của quá trình đồng phân hoá.
- Loại 1: Xúc tác Friedel Crafts, thể hiện độ hoạt động cao ở nhiệt độ thấp (80-
100
0
C). Tuy nhiên xúc tác này khó ứng dụng vì nó nhạy với tạp chất trong nguyên liệu
và phát sinh sự ăn mòn.
- Loại 2 (năm 1950): Xúc tác hai chức kim loại/chất mang, chủ yếu là Pt/Al
2
O
3
,
gần giống xúc tác của quá trình RC. Xúc tác này ứng dụng đơn giản, vấn đề ăn mòn bị
loại bỏ, vấn đề nhạy với chất ngộ độc xúc tác ít mãnh liệt, tăng thời gian sống. Tuy
nhiên, nó làm việc ở nhiệt độ cao: 350-500
0
C, dẫn đến hạn chế về nhiệt động học của
quá trình chuyển hoá.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
- Loại 3: Xúc tác này cũng là xúc tác hai chức kim loại/chất mang nhưng tăng
tính axit bằng clo (halogen) trên chất mang Al
2
O
3

. Nó cho phép đạt được hoạt tính cao
ở nhiệt độ làm việc gần giống quá trình xúc tác Friedel Crafts (80 – 150
0
C). Nó rất
nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt với nước. Ngoài ra, nó còn gây ra quá trình ăn
mòn. Sự ăn mòn này chủ yếu là do bơm hợp chất chứa Clo liên tục vào nguyên liệu để
duy trì hoạt tính của xúc tác. Do đó, chất xúc tác này rất khó ứng dụng.
- Loại 4 : Xúc tác Zeolithe, hai chức, cho phép làm việc ở nhiệt độ trung bình:
250 – 260
0
C. Chất xúc tác này có những điểm thuận lợi là dễ ứng dụng và chống ngộ
độc xúc tác (thậm chí nó có thể chống ngộ độc đối với lưu huỳnh và nước). Do đó,
phân xưởng không cần quá trình tiền xử lý nguyên liệu.
Mỗi loại xúc tác thể hiện quá trình phát triển trong công nghiệp. Chỉ thực sự ứng
dụng trong công nghiệp xúc tác loại 3 và loại 4.
1.5.2. Các xúc tác dùng trên thị trường
Một số loại xúc tác trên thị trường hiện nay:
UOP





−
2
2
4
32
ZrO/SO/Pt100LPI
chloreOAl/Pt

Mordenite/Pt
AXENS







−
PtenteneurfaibleprechlorerOAlPtAIS
prechlorerOAlPtAIS
situinchlorerOAlPtIS
MordenitePtIP
32
32
32
/614
/612
/612
/632
AXENS-AKZO ATIS-2L Pt/Chlorinated Alumina
*Đặc điểm:
Xúc tác thể hiện dưới hình dạng viên bi có thể bền với các tác dụng cơ học, gồm
khoảng 0,2 – 0,3 % Pt.
Hàm lượng Cl trong xúc tác Pt/Al
2
O
3
(Cl) từ 5-10%.

Trong trường hợp xúc tác hai chức (xúc tác zéolitique) thì Pt vừa tham gia trực
tiếp vào cơ chế phản ứng, vừa là tác nhân tẩy rửa bề mặt do quá trình tạo cốc bám trên
xúc tác.
Trong trường hợp xúc tác đơn chức, Pt đóng vai trò chủ yếu là tác nhân khử cốc.
Xúc tác [Pt/Al
2
O
3
(Cl)] rất nhạy với chất độc và với sự có mặt của nước (tách loại
Cl) và chất hữu cơ chứa nitơ (trung hoà các tâm axit). Hàm lượng của chúng trong
nguyên liệu phải dưới 0,1 ppm.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
1.5.3. So sánh các loại xúc tác
Đặc điểm của các loại xúc tác được sử dụng hiện nay:
- Xúc tác [Pt/Al
2
O
3
(Cl)] nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt là nước và chất
hữu cơ chứa nitơ (trung hoà tâm axit) và lưu huỳnh. Nước và hợp chất chứa Nitơ là
những chất gây ngộ độc vĩnh cữu, yêu cầu hàm lượng của chúng trong nguyên liệu
phải thấp hơn 0,1ppm. Lưu huỳnh là chất gây ngộ độc thuận nghịch , hàm lượng yêu
cầu trong nguyên liệu giới hạn ở 5 ppm. Do đó cần phải có quá trình xử lý bằng hydro
ở nhiệt độ thấp để loại bỏ các chất gây ngộ độc xúc tác.
- Xúc tác zeolit bền với chất gây ngộ độc. Nó ít bị ngộ độc bởi một hàm lượng
lớn lưu huỳnh và nước. Chỉ có hợp chất hữu cơ chứa nitơ có khả năng trung hoà tính
axit của xúc tác sẽ dẫn đến ngộ độc tức thời.
- Xúc tác Pt/SO
4

2-
/ZrO
2
(UOP) có hoạt tính cao hơn xúc tác zeolit nhưng thấp
hơn Pt/Al
2
O
3
(Cl). Nó bền với chất gây độc, độ ổn định cao, không cần tách nước cho
nguyên liệu và dòng hydro, không cần xử lý S cho nguyên liệu khi hàm lượng thấp và
có khả năng tái sinh dễ dàng. Hoạt tính cao hơn, vận hành ở nhiệt độ thấp hơn, tuổi thọ
xúc tác lớn hơn.
Sự hướng đến xúc tác của quá trình đồng phân hoá không có clo đã mở ra cánh
cửa lớn để cải tiến kinh tế của quá trình đồng phân hoá paraffin nhẹ. Xúc tác mới này
kết hợp với sơ đồ truyền thống của quá trình. Xúc tác này hoạt tính cao nhưng không
cần thêm hợp chất chứa Clo vào nguyên liệu, có thể tái sinh và ít bị ngộ độc bởi nước.
Đó là xúc tác PI – 242 được đưa ra bởi UOP.
Rây phân tử SAPO 5 :
- Rây phân tử aluminophotphat được phát hiện đầu tiên vào đầu những năm
1980. Song cho đến nay những dạng thay thế đồng hình của chúng vẫn đang được
quan tâm. Khi thay thế những nguyên tử Al,P trong AlPO
4
bằng Si tạo được SAPO.
Vật liệu này có khả năng trao đổi ion và có tính axit bề mặt. Tuy vậy các tính chất này
còn phụ thuộc vào hàm lượng Si trong khung và SAPO như một xúc tác axit.
- Rây phân tử SAPO – 5 mang kim loại Pt có thể làm xúc tác tốt cho quá trình
đồng phân hoá n- hexan. Đường kính phân tử lớn của rây phân tử này tạo điều kiện
thuận lợi cho đồng phân mạch nhánh tạo thành. Hàm lượng Pt tối ưu tìm được là 0,6%
về trọng lượng so với SAPO – 5. Khi tăng hàm lượng Si trong SAPO – 5 thì độ
chuyển hoá tăng, nhưng khi hàm lượng Si trong khung vượt quá 10% thì tỷ lệ đồng

phân hoá trên cracking giảm. Nhiệt độ thường dùng cho phản ứng đồng phân hoá trên
xúc tác này là 300 đến 350
0
C.
- Phản ứng đồng phân hoá thường được tiến hành trên axit hai chức năng.
Trong đó tâm hydro hoá (pha kim loại) tạo hợp chất trung gian olefin và tâm axit trên
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
chất mang tạo ion cacbenium để cuối cùng hình thành sản phẩm đồng phân hoặc sản
phẩm cracking.
- Với nhiều xúc tác thường tỷ lệ đồng phân/cracking giảm khi nhiệt độ tăng.
Còn đối với chất mang SAPO – 5 thì ngược lại, tỷ lệ đồng phân/cracking tăng từ 250
đến 350
0
C sau đó giảm dần. Như vậy, xúc tác Pt/SAPO – 5 thuộc loại xúc tác đồng
phân hoá ở nhiệt độ trung bình. Điều này do số lượng tâm và độ mạnh axit trung bình
gây ra.
- Khi tăng tốc độ khí hydro, tức làm giảm thời gian tiếp xúc của nguyên liệu với
xúc tác thì độ chuyển hoá giảm nhưng tỷ lệ đồng phân/cracking tăng. Có thể khi tốc độ
dòng cao, thời gian tiếp xúc thấp thì thời gian lưu của HC trên xúc tác ngắn nên phản
ứng phụ ít xảy ra. Còn nếu giảm hàm lượng hydro và tăng hàm lượng Nitơ trong khí
mang để tốc độ dòng không đổi thì độ chuyển hoá tăng nhưng tỷ lệ đồng
phân/cracking giảm do giảm tỷ lệ hydro thì quá trình cracking tăng.
1.6. Các phản ứng của quá trình
1.6.1. Các phản ứng chính
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
1.6.2. Các phản ứng phụ
CH
3

89.3 RON 84 RON
1.7. Cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng khác nhau tuỳ theo xúc tác dùng là Pt/Alumine clo hóa hoặc
xúc tác zeolit.
• Với xúc tác mang tính axit cao Pt/alumine clo hóa, cơ chế phản ứng xảy ra như
sau:
- Hình thành cacbocation:

hoặc
- Sắp xếp lại cacbocation bậc 2 thành cacbocation bậc 3 bền vững hơn.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân

- Hình thành isoparaffin bằng sự chuyển hóa hydrua :
• Với xúc tác zeolithe có tính axit yếu: thể hiện cơ chế đa chức năng kim
loại/axit. Ban đầu, olefin tạo thành do quá trình khử hydro của paraffin trên platin. Sau
đó cacbocation được hình thành bởi sự proton hoá những olefin trên tâm axit.
- Hình thành n- olefin:
- Hình thành cacbocation:
- Sắp xếp lại cacbocation bậc hai thành cacbocation bậc ba
- Hình thành iso-oleffin:
- Hình thành iso-paraffin:
Trên loại xúc tác thứ hai này, quá trình phản ứng có sự chuyển vị giữa tâm kim
loại và tâm axit, điều này đòi hỏi các tâm này phải đủ gần nhau.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Trong trường hợp xúc tác axit mạnh, chức kim loại Pt sẽ đóng vai trò là tác nhân
khử cốc, bằng sự hydro hoá cốc có mặt trên bề mặt xúc tác.
Trong trường hợp xúc tác zeolit, ngoài vai trò là tác nhân khử cốc, kim loại hoạt
động còn có tác dụng trực tiếp đến quá trình hydro hoá/ đề hydro hoá, sắp xếp lại

khung cacbon thực hiện trên tâm axit.
Hai phản ứng phụ cơ bản là phản ứng cracking và phản ứng tạo cốc. Tỷ lệ của
chúng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ tâm kim loại trên tâm axit n-Pt/n-A. Có 3 trường
hợp xảy ra:
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A cao (n-Pt/n-A > 0,15) : xúc tác được xem là lý tưởng cho quá
trình đồng phân hoá. Trong trường hợp này, các olefin trung gian chỉ thực hiện một
quá trình chuyển hóa trong suốt quá trình dịch chuyển giữa 2 tâm liên kết. Khả năng
gặp các olefin khác với các tâm acide để thực hiện các phản ứng cracking và tạo cốc là
rất khó gặp giữa 2 tâm kim loại gần nhau, dẫn đến các phản ứng cracking và tạo cốc bị
hạn chế. Các tâm axit chỉ dùng cho phản ứng đồng phân hoá n-Olefin thành i-Olefin
qua trung gian các ion cacbonium
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A thấp (n-Pt/n-A < 0,03), các olefin sẽ bị chuyển hóa 1 hoặc
nhiều lần với các tâm acide trước khi gặp 1 tâm kim loại. Sản phẩm đơn nhánh, đa
nhánh và sản phẩm cracking là các sản phẩm đầu tiên của phản ứng, tăng nhanh quá
trình tạo cốc và chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh chóng.
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A trung bình (0,03< n-Pt/n-A < 0,15): olefin có thể chuyển
hoá liên tiếp thành olefin đơn nhánh rồi hai nhánh trước khi gặp tâm kim loại. Số tâm
axit hoạt động giữa hai tâm kim loại là quá thấp để cho phép hình thành sản phẩm
cracking và tạo cốc mà được dung triệt để cho quá trình isomer hóa.
1.8. Nhiệt động học
Phản ứng đồng phân hoá là phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt ít (ΔH = - 4 ÷ - 20
kJ/mol). Đây là một phản ứng không biến thiên số mol và không ảnh hưởng bởi sự
biến thiên áp suất. Cân bằng nhiệt động học thể hiện trong sơ đồ:
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Hình 1.2: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa
Dựa vào giản đồ ta thấy rằng quá trình isome hóa xảy ra ở nhiệt độ càng thấp
càng tốt. Do đó cần phải giảm nhiệt độ đến mức thấp nhất có thể để thu được lượng
sản phẩm isomerat có chứa nhiều cấu tử RON cao.
1.9. Điều kiện vận hành của quá trình

Phản ứng xảy ra dưới áp suất riêng phần của H
2
với sự có mặt của xúc tác hai
chức kim loại/axit. Tuỳ theo bản chất của xúc tác mà yêu cầu hàm lượng tạp chất trong
nguyên liệu, điều kiện vận hành, NOR của isomerat thu được khác nhau như trình bày
trong bảng sau:
Bảng 1.1: Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc tác
khác nhau
Pt/Al
2
O
3
(Cl) Pt/zeolit
Pt/SO
−2
4
/ZrO
2
Nhiệt độ (
o
C)
Áp suất (bar)
VVH (h
-1
)
H
2
/HC (mol/mol)
RON của sản phẩm
80 – 150

20 – 30
1 – 2
0.1 – 2
83 – 84
250 – 260
15 – 30
1 – 2
2 – 4
78 – 80
180 – 240
15 – 30
3
1 – 2
80 – 82
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
1.10 Các công nghệ isome hóa
1.10.1. Ảnh hưởng của xúc tác tới công nghệ
Như trên đã trình bày, hiện nay có 2 loại xúc tác được sử dụng chính cho công
nghệ isome hóa là xúc tác Pt/Al
2
O
3
clo hóa và xúc tác Zeolit. Tùy thuộc vào loại xúc
tác sử dụng mà sơ đồ công nghệ sẽ khác nhau.
• Đối với xúc tác Pt/Al
2
O
3
clo hóa: Nhờ có hoạt tính acid cao nên các phản ứng

isome hóa chỉ xảy ra 3 giai đoạn và trong điều kiện nhiệt độ không quá cao, do vậy
không cần lò đốt để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu vào mà chỉ cần thiết bị trao đổi
nhiệt. Tuy nhiên xúc tác này rất dễ bị ngộ độc bởi tạp chất, do vậy trong sơ đồ công
nghệ nhất thiết phải trang bị thiết bị sấy nguyên liệu và dòng khí Make up để loại bỏ
nước trước khi vào thiết bị phản ứng.
• Đối với xúc tác Zeolit: Do xúc tác zeolit không bị ngộ độc bởi nước nên
không cần thiết bị sấy nguyên liệu và dòng Make up. Điều kiện tiến hành phản ứng
xảy ra ở nhiệt độ cao nên trước khi vào thiết bị phản ứng, nguyên liệu và dòng Make
up phải đi qua lò đốt. Chính vì làm việc ở nhiệt độ cao nên khả năng tạo cốc lớn, do đó
quá trình yêu cầu tỷ lệ H
2
/HC phải cao để hạn chế quá trình tạo cốc.
Bảng 1.2: Bảng so sánh 2 loại xúc tác với 2 sơ đồ công nghệ khác nhau
Các chỉ tiêu so sánh Công nghệ dùng xúc
tác Pt/Al
2
O
3
clo hóa
Công nghệ dùng xúc tác
Zeolit
Nhiệt độ vào thiết bị
phản ứng (
o
C)
80-150 250-260
Có trang bị lò đốt Không Có
Có trang bị thiết bị sấy
nguyên liệu
Có Không

H
2
/HC (mol/mol) 0.1-2 2-4
Chi phí vận hành Liên quan đến chi phí
bổ sung clo hoạt hóa
Liên quan đến chi phí năng
lượng tiêu tốn cho lò đốt
1.10.2 Các công nghệ isomer hóa
1.10.2.1. Quá trình không tuần hoàn, 1 giai đoạn
Trong quá trình 1 giai đoạn không có tuần hoàn lại dòng sản phẩm chưa chuyển
hóa, do vậy chất lượng sản phẩm có RON không cao. Với quá trình này ta có một số
công nghệ đặc trưng như sau:
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
 Quá trình Penex của UOP
Quá trình Penex của UOP được thiết kế cho quá trình đồng phân hoá pentane,
hexane và hỗn hợp của chúng với sự có mặt của chất xúc tác. Phản ứng xảy ra với sự
có mặt của H
2
trên tầng xúc tác cố định nhằm tiến phản ứng đồng phân hoá, giảm phản
ứng cracking và tạo cốc. Điều kiện tiến hành ở áp suất trung bình, nhiệt độ thấp, áp
suất hơi riêng phần của H
2
thấp.
Quá trình gồm một máy sấy nguyên liệu, sấy H
2
và bơm liên tục clo để duy trì
hàm lượng clo trong xúc tác. Thành phần chứa clo thường dùng nhất là CCl
4
(tetraclorua) và C

2
Cl
4
(percloelylen).
Thuyết minh sơ đồ: Dòng nguyên liệu Light Naphtha và dòng Hydrogen được
cho qua thiết bị sấy để tách nước. Sau đó hợp chất clo sẽ được bơm vào dòng nguyên
liệu. Dòng nguyên liệu và dòng Hydrogen sau khi xử lý sẽ trộn lại với nhau trước khi
vào thiết bị phản ứng R1 và R2. Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng R2 sẽ đi vào tháp
ổn định. Sản phẩm đáy thu được là Isomerat. Sản phẩm đỉnh cho qua thiết bị tách khí
axit Scrubber, thu được Off gas.
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ Penex của OUP
 Công nghệ Par – Isom (UOP)
Công nghệ Par – Isom là một ứng dụng có tính chất đổi mới của quá trình đồng
phân hoá paraffin nhẹ với xúc tác không chứa clo. Quá trình này dùng xúc tác
PI – 242, có hoạt tính gần với hoạt tính của xúc tác Pt/Al
2
O
3
(Cl) mà không cần bơm
thêm hợp chất chứa Cl trong quá trình phản ứng.
Những thuận lợi của quá trình :
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
- Giá cả thiết kế không cao.
- Không đòi hỏi sấy nguyên liệu và sấy hydro.
- Có thể tái sinh.
- Độ chọn lọc của xúc tác cao.
- Không yêu cầu bơm thêm hợp chất chứa clo.
- Không gây ăn mòn.
Hình 1.4: Sơ đồ đơn giản của công nghệ PAR-ISOM

Thuyết minh sơ đồ: Nguyên liệu sạch nC
5
– C
6
cùng với H
2
đưa vào và H
2
hồi lưu
được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt, để đạt đến nhiệt độ phản ứng. Lò đốt không đòi
hỏi trong quá trình PAR- ISOM vì xúc tác PI – 242 làm việc ở nhiệt độ thấp hơn xúc
tác zeolit. Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt được đưa đến thiết bị phản
ứng. Có thể dùng một hoặc hai thiết bị phản ứng liên tiếp phụ thuộc vào ứng dụng.
Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng được làm lạnh và sau đó đưa đến
thiết bị tách để tách H
2
đưa đến hồi lưu từ sản phẩm lỏng. Lượng H
2
thu hồi được đưa
trực tiếp đến máy nén và trở lại thiết bị phản ứng. Sản phẩm lỏng được đưa đến tháp
ổn định. Sản phẩm Isomerat thu được có thể đưa trực tiếp đến phối trộn xăng.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
1.10.2.2. Quá tình có hồi lưu:
Nhằm tăng hiệu quả của quá trình đồng phân hóa, quá trình có hồi lưu được ứng
dụng nhằm mục đích phân tách và hồi lưu những hợp chất n-paraffin chưa chuyển hóa
và những hợp chất i-paraffin đơn nhánh (RON thấp). Sự phân tách này có thể thực
hiện bằng quá trình chưng cất hoặc hấp phụ bằng rây phân tử.
 Hồi lưu bằng chưng cất
Sự khác biệt của sơ đồ hồi lưu so với không hồi lưu là sản phẩm Isomerat của quá

trình hồi lưu có RON rất cao (RON có thể đạt đến 91)
Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ PENEX / DIH (UOP)
Bảng 1.3: So sánh chất lượng của hai quá trình
Một giai đoạn PENEX/DIH
RON 83 87
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 22
Quá trình
Tiêu chuấn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
MON 80.5 85.5
 Hồi lưu dựa trên hấp phụ bởi rây phân tử
Kể từ nhiều năm nay, UOP đã đưa ra quá trình TIP (total isomerization process)
kết hợp đồng phân hoá trên xúc tác zeolit với phân xưởng phân tách n, i-paraffin trên
rây phân tử. Sự giải hấp phụ n-paraffin trên rây phân tử được thực hiện nhờ dòng H
2
nóng.
Mô tả quá trình TIP :
- Quá trình TIP tiến hành ở pha hơi, áp suất không đổi từ 14 đến 35 kg/cm
2
, và
nhiệt độ trung bình (245 – 370
0
C). Áp suất riêng phần của hydro phải đạt giá trị yêu
cầu trong suốt quá trình đồng phân hoá để ngăn ngừa quá trình tạo cốc và khử hoạt
tính của xúc tác.
- Nguyên liệu sạch đã gia nhiệt được trộn lẫn với dòng hydro hồi lưu nóng và n-
paraffin trước khi vào thiết bị phản ứng đồng phân hoá. Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản
ứng được làm lạnh và đưa đến bình phân tách. Sản phẩm lỏng, chứa một lượng n-
paraffin không chuyển hoá có IO thấp được bốc hơi và đi qua tháp hấp phụ rây phân
tử. Ở đó, n-paraffin bị hấp thụ và hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng. Isomer mạch nhánh

và HC mạch vòng, có đường kính phân tử lớn hơn đường kính lỗ hấp phụ rây phân tử
không thể hấp phụ. Sản phẩm isomerat được ổn định để loại bỏ hydro dư, 1 – 2% sản
phẩm cracking và một ít propan hoặc butan đi kèm với hydro thêm vào. Khí hydro
sạch từ thiết bị tách được lưu thông đến máy nén hồi lưu qua một lò nhiệt và sau đó
dùng như khí sạch để tách n-paraffin trước đó đã bị hấp phụ trên rây phân tử
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ của quá trình TIP
Bảng 1.4: Hiệu suất thu sản phẩm của quá trình TIP
Mol% Nguyên liệu Sản phẩm
C
4
3.2 1.6
iC
5
22.6 51.8
nC
5
29.5 1.5
CP 2.5 2.2
22-DMB 0.5 9.1
23-DMB 1.8 4.4
2-MP 12.3 15.5
3-MP 8 10.2
nC
6
13.7 <0.1
MCP 3.9 2.4
CH 0.4 0.7
BZ 1.5 0

C
7
+
0.1 0.5
C
5
+
RON 72 89
C
5
+
MON 6.9 86
Sau này IFP đã ứng dụng hai quá trình phân tách trên rây phân tử là: IPSORB và
HEXSORB. Tính độc đáo của 2 quá trình này là kết hợp giữa chưng cất và hấp phụ
trên rây phân tử:
 Công nghệ IPSORB gồm: một tháp desisopentaniseur (DIP) và thiết bị khử
hấp phụ isopentan trên rây phân tử.
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
 công nghệ HEXSORB gồm: một tháp desisohexaniseur (DIH) và thiết bị
khử hấp phụ metylpentan.
Mục đích của việc kết hợp này là :
• Giảm hàm lượng n-parafin của isomerat bằng hấp phụ rây
phân tử
• Tăng hàm lượng n-parafin của nguyên liệu nhờ lượng n-
paraffin hồi lưu
Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ của quá trình IPSORB
SVTH: Trần Hữu Phương Trang 25