NC chiết lưu huỳnh từ diesel bằng chất lỏng ion

Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện đồ án này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi, và không thể
hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người.
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Bùi Thị Lệ Thủy là người
đã hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Trong suốt thời gian thực hiện đồ án mặc dù rất bận rộn với công việc nhưng
cô vẫn dành nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn tôi. Cô đã cung cấp
cho tôi rất nhiều tài liệu và kiến thức về một lĩnh vực mới khi tôi bắt đầu bước vào
thực hiện đồ án. Trong quá trình thực hiện đồ án cô luôn định hướng, góp ý và sửa
chữa để giúp tôi hoàn thành tốt đồ án này.
Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt đến các thầy cô bộ môn Lọc
Hoá Dầu- Trường Đại học Mỏ - Địa chất, những người thầy người cô đã hướng
dẫn hỗ trợ tôi suốt năm năm đại học qua. Và đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình tôi làm thí nghiệm. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đã động
viên giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, Tháng 06/2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Quỳnh
SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh 1 Lớp:Lọc Hóa dầu A- K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh 2 Lớp:Lọc Hóa dầu A- K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH VẼ
T
T
Số hình
vẽ
Tên hình vẽ

Tran
g
1 1.1 Các loại hợp chất chứa S có trong nhiên liêu vận tải 8
2 1.2 Biểu đồ sắc ký khí của xăng, diesel, nhiên liệu phản lực 9
3 1.3 Cơ chế loại lưu huỳnh của chủng vi khuấn IGTS8 14
4 1.4 Quá trình ôxi hóa loại lưu huỳnh 15
5 2.1 Một số ví dụ điển hình về cation của chất lỏng 17
6 2.2 Quy trình chiết lưu huỳnh bằng chất lỏng ion 25
7 2.3
Cơ chế oxi hóa DBT sử dụng chất lỏng ion làm xúc tác
chuyển pha
26
8 3.1 Thu hồi dung môi tái sinh 36
9 3.2 Thiết bị đo làm lượng lưu huỳnh 37
10 4.1 Biểu đồ khả năng loại lưu huỳnh của các chất lỏng ion 46
11 4.2
Chiết nhiều bậc loại lưu huỳnh của dầu diesel bằng chất
lỏng ion [OMIM][CH
3
COO]
48
12 4.3
Hiệu suất chiết nhiều lần loại lưu huỳnh với chất lỏng
ion [OMIM][CH
3
COO]
48
13 4.4
Chiết nhiều bậc loại lưu huỳnh của dầu diesel bằng chất
lỏng ion [BMIM][HSO

4
]
49
14 4.5
Hiệu suất chiết nhiều lần loại lưu huỳnh với chất lỏng
ion [BMIM][HSO
4
]
50
15 4.6
Đồ thị so sánh hiệu suất chiết loại lưu huỳnh bằng chất
lỏng ion trước và sau tái sinh
52
SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh 3 Lớp:Lọc Hóa dầu A- K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC BẢNG BIỂU
T
T
Số
bảng
Tên bảng
Số
trang
1 1.1
Tiêu chuẩn Châu Âu về hàm lượng lưu huỳnh
trong nhiên liệu
3
2 1.2
Tiêu chuẩn của Mỹ về hàm lượng lưu huỳnh
trong nhiên liệu

3
3 1.3
Tiêu chuẩn Euro về hàm lượng lưu huỳnh trong
nhiên liệu diesel
4
4 2.1
Hệ số phân bố của từng loại hợp chất chứa lưu
huỳnh với [BMIM][HSO
4
]
27
5 2.2
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng loại lưu
huỳnh
29
6 4.1 Tính chất vật lý của chất lỏng ion 41
7 4.2 Một số pic hấp thụ chính của các chất lỏng ion 42
8 4.3
Một số mũi hấp thụ chính trong phổ cộng hưởng
từ hạt nhân
1
H NMR của các chất lỏng ion
44
9 4.4 Độ dịch chuyển hóa học của các loại cacbon 45
1
0
4.5 Kết quả loại lưu huỳnh của các chất lỏng ion 46
1
1
4.6

Ảnh hưởng của số lần chiết đến hiệu suất loại
lưu huỳnh bằng IL [OMIM][CH
3
COO]
47
1
2
4.7
Ảnh hưởng của số lần chiết đến hiệu suất loại
lưu huỳnh bằng IL [BMIM][HSO
4
]
49
1
3
4.8
Hiệu suất chiết loại lưu huỳnh sử dụng chất lỏng
ion trước và sau khi tái sinh
51
1
4
4.9
Các giá trị nhiệt độ của quá trình chưng cất etyl
axetat và xyclohecxan
53
1
5
4.10
Lượng dung môi được sử dụng để tái sinh và
lượng thu hồi được

53
SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh 4 Lớp:Lọc Hóa dầu A- K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
1 S Sulfur Lưu huỳnh
2 HDS Hydrodesulfur ration Phản ứng
hydrodesunfua hóa
3 IL Ionic liquid Chất lỏng ion
4 ASTM American Society for
Testing and Materials
Hiệp hội khoa học thử
nghiệm và vật liệu Mỹ
5 IR Infra Red Spectroscopy Phổ hồng ngoại
6 NMR Nuclear Magnetic
Resonance
Cộng hưởng từ hạt nhân
7 T Thiophen
8 BT Benzothiophen
9 DBT Dibenzothiophen
10 [BMIM]Cl 1-butyl 3- metyl imidazol clorua
11 [OMIM]Cl 3-octyl 1-metyl imidazol clorua
12 [BMIM][HSO
4
]
1-butyl 3- metyl imidazol hydrosunfat
13 [BMIM][CH
3
COO] 1-butyl 3- metyl imidazol axetat
14 [OMIM][HSO

4
] 3-octyl 1-metyl imidazol hydrosunfat
15 [OMIM][CH
3
COO] 3-octyl 1-metyl imidazol axetat
16 [BMIM][DBP] 1-butyl 3- metyl imidazol dibutylphotphat
SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh 5 Lớp:Lọc Hóa dầu A- K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Trong dầu mỏ luôn tồn tại các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các chất này là
những chất không mong muốn trong quá trình chế biến cũng như sử dụng dầu mỏ
và các sản phẩm của nó. Lưu huỳnh trong dầu thô, khi chế biến sẽ gây ăn mòn thiết
bị, gây ngộ độc xúc tác, gây ô nhiễm môi trường. Lưu huỳnh trong nhiên liệu, khi
cháy sẽ tạo ra khí SO
x
, gây ô nhiễm môi trường (mưa axit), ăn mòn động cơ. Vì vậy
cần phải loại lưu huỳnh ra khỏi dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ.
Ngày nay quy định của các nước trên thế giới về hàm lượng lưu huỳnh tối đa
trong nhiên liệu ngày càng ngặt nghèo. Thực tế khói thải động cơ không chứa lưu
huỳnh tức là nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh xấp xỉ bằng không sẽ được kêu
gọi trên toàn thế giới.
Trong ngành công nghiệp dầu mỏ việc loại lưu huỳnh ra khỏi dầu diesel
thường được thực hiện bởi quá trình hydrocracking hoặc hydrotreating (tức là sử
dụng hydro để loại lưu huỳnh). Quá trình hydrotreating chỉ có hiệu quả làm giảm
hàm lượng lưu huỳnh. Tuy nhiên việc loại sâu hàm lượng lưu huỳnh xuống dưới
0.0001 ÷ 0.0002% khối lượng chất sẽ gặp một số khó khăn như quá trình hydro hóa
các hợp phần benzothiophen hay dibenzothiophen cần một lượng năng lượng lớn,
phản ứng thực hiện ở điều kiện cao hơn: nhiệt độ, áp suất cao, lượng hydro sử dụng
lớn và xúc tác phải có độ hoạt hóa cao. Do đó cần chi phí đầu tư và chi phí hoạt
động khá cao. Hơn thế nữa nó còn gây ra các phản ứng phụ không mong muốn

giảm chỉ số octan của xăng hay làm giảm các đặc tính tốt của nhiên liệu.
Những năm gần đây, có khá nhiều phương pháp loại sâu lưu huỳnh dưới
những điều kiện vừa phải mà không cần H
2
được khảo sát rộng rãi trong công
nghiệp lọc dầu gồm phương pháp loại lưu huỳnh bằng công nghệ sinh học, hấp thụ
chọn lọc, oxi hóa (ODS), ankyl hóa và chiết bằng chất lỏng ion. Tuy nhiên, mỗi
phương pháp còn có một số nhược điểm nhất định. Để khắc phục, hạn chế nhược
điểm và đạt được hiệu suất loại lưu huỳnh cao hơn người ta có thể kết hợp các
phương pháp trên lại với nhau. Điển hình là việc kết hợp phương pháp oxi hóa và
chiết bằng chất lỏng ion với việc sử dụng chất lỏng ion như một xúc tác chuyển pha.
Bởi vì chất lỏng ion có một số đặc tính tốt như: không bay hơi ở nhiệt độ thường,
không bị hòa tan trộn lẫn với nhiên liệu mà chỉ hòa tan các hợp chất lưu huỳnh
trong nhiên liệu nên có thể tách chiết dễ dàng.
Để hội nhập với các quốc gia trên thế giới thì tiêu chuẩn về hàm lượng lưu
huỳnh tối đa trong nhiên liệu của nước ta cũng phải phù hợp với xu hướng của thế
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 6 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
giới, tức là sẽ ngày càng chặt chẽ hơn. Ngoài ra, trong tương lai các nhà máy lọc
dầu của chúng ta sẽ sử dụng nguyên liệu chứa 50% dầu chua của Trung Đông có
hàm lượng lưu huỳnh cao. Vì lý do đó, tiến hành nghiên cứu để từng bước nắm bắt
và làm chủ quá trình xúc tác loại sâu lưu huỳnh của nhiên liệu là một việc làm cần
thiết ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay.
Mục tiêu của đồ án này là “ Nghiên cứu khả năng chiết lưu huỳnh trong
dầu diesel bằng chất lỏng ion. Khả năng tái sinh chất lỏng ion và thu hồi dung
môi tái sinh ”.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 7 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LƯU HUỲNH TRONG NHIÊN LIỆU
1.1. Các tiêu chuẩn về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu

Nhiên liệu chứa lưu huỳnh khi cháy sẽ tạo ra khí thải có chứa SO
x
gây ăn mòn
thiết bị, gây mưa axit và gây độc hại cho người. Các hộp xúc tác không thể xử lý
được các khí SO
x
này. Do đó để giảm thiểu các tác động xấu đến sức khỏe con
người và môi trường của khí thải động cơ, cần phải giảm hàm lượng lưu huỳnh
trong nhiên liệu. Các bảng sau đây chỉ ra một số tiêu chuẩn về hàm lượng lưu huỳnh
trong nhiên liệu ở một số nước tiên tiến trên thế giới [1,2].
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Châu Âu về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu
Loại nhiên liệu Năm Hàm lượng lưu huỳnh (ppm)
Xăng
2000 150
2002 – 2005 < 50
2005 – 2011 < 10
Diesel
2000 350
2002 – 2005 < 50
2005 – 2011 < 10
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Mỹ về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu
Loại nhiên liệu Năm Hàm lượng lưu huỳnh (ppm)
Xăng
2000 250
2003 < 150
2004 120
2005 90
2006 30
2008- đến nay < 5
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 8 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53

Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Diesel
2000 450
2003 250
2004 150
2005 30
2006 15
2008- đến nay < 10
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn ở một số quốc gia khác
Năm
Quốc gia
2000 2005 – 2006
Nhật
Triều Tiên
Đức
Đan Mạch
500 ppm
500 ppm
< 15 ppm
< 15 ppm
50 ppm
30 ppm-diesel/ 50 ppm-xăng
Như vậy là đến nay thì cần phải loại gần như hoàn toàn lưu huỳnh khỏi nhiên
liệu (< 10 ppm), do đó hiệu quả của các quá trình khử lưu huỳnh là rất quan trọng.
Các công nghệ khử lưu huỳnh hiện nay không thể sản xuất được nhiên liệu có hàm
lượng lưu huỳnh gần như bằng không trong khi vẫn giữ được các tính chất khác của
nhiên liệu như: hàm lượng oxi, áp suất hơi bão hòa, hàm lượng các chất thơm, trị số
octan, … đối với xăng; trị số cetan, tỷ trọng, hàm lượng chất thơm, điểm chưng cất
95%, đối với diesel. Không những thế chi phí để thực hiện lại rất tốn kém. Ví dụ,
tại thời điểm năm 2003, khoảng 15 tỷ USD từ ngành công nghiệp lọc dầu ở châu Âu

và khoảng 16 tỷ USD từ ngành công nghiệp lọc dầu Bắc Mỹ được sử dụng để đáp
ứng các tiêu chuẩn môi trường về nhiên liệu sạch [3].
Hiện nay ở Việt Nam, tiêu chuẩn về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu còn
rất cao so với tiêu chuẩn các nước trong khu vực và trên thế giới. Ví dụ, hàm lượng
lưu huỳnh trong xăng không lớn hơn 500 ppm, trong diesel là không lớn hơn 500
ppm đối với diesel loại 1 và không lớn hơn 2500 ppm đối với diesel loại 2. Để đảm
bảo sức khỏe cho con người, đảm bảo các tiêu chuẩn về môi trường và để hội nhập
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 9 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
thì bắt buộc chúng ta phải giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu. Khi tiêu
chuẩn môi trường ngày càng chặt chẽ và cộng thêm việc sử dụng nguyên liệu chứa
50% dầu chua Trung Đông cho nhà máy lọc dầu Dung Quất thì chúng ta buộc phải
sử dụng các công nghệ loại lưu huỳnh sâu. Chính vì vậy, việc nghiên cứu một cách
có hệ thống công nghệ loại lưu huỳnh sâu để nâng cao chất lượng nhiên liệu là yêu
cầu cấp bách góp phần chuẩn bị cho việc phát triển công nghiệp lọc và hóa dầu của
nước ta trong tương lai.
1.2. Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu
Các hợp chất cơ lưu huỳnh có mặt trong hầu hết các phân đoạn dầu thô. Có thể
phân loại các hợp chất này theo các nhóm chính như sau [1-4]:
+ Mercaptan (R – S – H): các mercaptan được tạo thành từ nhóm chức –SH
kết hợp với mạch hydrocacbon. Các mercaptan có mặt trong hầu hết các phân đoạn
dầu mỏ, chủ yếu tập trung ở các phân đoạn nhẹ, chúng gây ra nhiều bất lợi vì là các
axit và có mùi khó chịu. Các mercaptan này có gốc hydrocacbon cấu trúc mạch
thẳng, nhánh vòng naphthen. Cũng giống như hydrocacbon trong phần nhẹ, những
gốc hydrocacbon có mạch nhánh của mercaptan cũng chỉ là các gốc mạch nhỏ (hầu
hết là metyl). Lưu huỳnh ở dạng mercaptan khi ở nhiệt độ khoảng 300
o
C dễ bị phân
hủy thành H
2

S và các suafua, ở nhiệt độ cao hơn nữa chúng có thể bị phân hủy tạo
H
2
S và các hydrocacbon không no tương ứng với gốc hydrocacbon của nó.
C
5
H
11
SH
C
5
H
10
500
0
C
H
2
S+
Mặt khác, mercaptan lại rất dễ bị oxi hóa ngay cả với không khí tạo thành
disunfua, và nếu với chất oxi hóa mạnh có thể tạo thành sunfuaxit.
2C
3
H
7
SH + 1/2O
2
C
3
H

7
SSC
3
H
7
+ H
2
O
2C
3
H
7
SH + HNO
3
C
3
H
7
SO
2
OH
+ Các hợp chất sunfua: là các hợp chất mà trong đó các nguyên tử lưu huỳnh
được liên kết với 2 mạch hydrocacbon ở 2 đầu. Do đó, lưu huỳnh trở thành nguyên
tử trung gian giữa hai mạch cacbon. Người ta phân loại chúng thành các nhóm nhỏ
như sau:
• Các hợp chất sunfua R
1
-S-R
2
: trong đó chỉ có 1 nguyên tử lưu huỳnh.

• Các hợp chất di-sunfua R
1
-S-S-R
2
: trong đó có 2 nguyên tử lưu huỳnh.
• Các hợp chất poly-sunfua R
1
-S-S-…-R
2
: chứa nhiều nguyên tử lưu
huỳnh.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 10 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Các hợp chất này có mặt trong dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ. So với
mercaptan thì các hợp chất sunfua không có tính axit, khó bay hơi hơn nên không
gây mùi khó chịu.
Các hợp chất sunfua có trong dầu mỏ cũng có thể chia thành 3 nhóm sau: các
sunfua nằm trong cấu trúc vòng no (thiophan) hoặc không no (thiophen), các sunfua
với các gốc hydrocacbon thơm naphthen. Trong dầu mỏ nhiều nơi cũng xác định
được các sunfua có gốc hydrocacbon mạch thẳng C
2
-C
8
, các sunfua nằm trong
naphthen một vòng C
4
-C
14
, các sunfua nằm trong naphthen hai vòng C
7

-C
9
. Còn các
sunfua nằm trong naphthen 3 vòng mới chỉ xác định được một chất là tioa-
damantan, cấu trúc hoàn toàn như adamantan. Nói chung, các sunfua nằm trong
vòng naphthen (sunfua vòng no) có thể xem là dạng chứa lưu huỳnh chủ yếu nhất
trong phân đoạn có độ sôi trung bình của dầu mỏ. Cấu trúc của chúng giống hoàn
toàn với cấu trúc của napthen 2,3 vòng ở phân đoạn đó.
Những sunfua có gốc hydrocacbon thơm 1,2 hay nhiều vòng hoặc những gốc
là hydrocacbon thơm hỗn hợp với các vòng naphthen lại là hợp chất chứa S chủ yếu
ở những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn.
Tương tự như các hydrocacbon, hỗn hợp naphthen – thơm ở những phân đoạn
có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ, các hợp chất S cũng có dạng không ngưng tụ mà
qua cầu nối như:
Lưu huỳnh dạng thiophen, benzothiophen và dibenzothiophen đa vòng là
những loại có cấu trúc như sau:
Những loại này thường chiếm 45-92% trong tất cả các dạng hợp chất chứa lưu
huỳnh trong dầu mỏ. Các hợp chất này thể hiện tính chất gần giống các hydro-
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 11 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
cacbon thơm: vòng không no, bền nhiệt… Chúng là các hợp chất khó tách loại nhất
và khối lượng của chúng tăng lên ở các phân đoạn dầu nặng.
+ Ngoài các dạng hợp chất chứa lưu huỳnh kể trên, dầu mỏ còn chứa lưu
huỳnh tồn tại ở dạng nguyên tố và dạng H
2
S. Tuy nhiên, lưu huỳnh dạng nguyên tố
cũng như lưu huỳnh dạng H
2
S không phải trong dầu mỏ nào cũng có, chúng thay
đổi trong một giới hạn rất rộng đối với các loại dầu khác nhau. Ví dụ, hàm lượng

lưu huỳnh dạng nguyên tố có thế khác nhau đến 60 lần nghĩa là trong khoảng 0,008-
0,48% trong dầu mỏ, còn lưu huỳnh dạng H
2
S cũng vậy có thể từ rất ít (vết) đến
0,02%. Giữa hàm lượng lưu huỳnh trong dầu mỏ và hàm lượng lưu huỳnh nguyên
tố, hàm lượng H
2
S không có một mối quan hệ ràng buộc, nghĩa là có thể có loại dầu
nhiều lưu huỳnh, nhưng vẫn ít H
2
S, ngược lại có những loại dầu ít lưu huỳnh nhưng
lại có hàm lượng H
2
S cao. Vì lưu huỳnh dưới dạng H
2
S hòa tan trong dầu mỏ, dễ
dàng thoát ra khỏi dầu khi bị đun nóng nhẹ, nên chúng ăn mòn rất mạnh hệ thống
đường ống, thiết bị chưng cất, thiết bị trao đổi nhiệt Do đó thường căn cứ vào
hàm lượng lưu huỳnh trong H
2
S có trong dầu mà phân biệt dầu “chua” hay dầu
“ngọt”.
Trong các sản phẩm lọc dầu, các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn thường
chứa nhiều lưu huỳnh hơn và các hợp chất chứa lưu huỳnh thường có phân tử lượng
cao hơn. Hoạt tính của các hợp chất này thay đổi tùy theo cấu trúc của chúng và vị
trí của nguyên tử lưu huỳnh trong phân tử. Phân đoạn dầu thô có nhiệt độ sôi thấp
chứa chủ yếu các hợp chất chứa lưu huỳnh mạch thẳng (từ 1 đến 3 trong hình 1.1)
được chuyển hóa hoàn toàn thành H
2
S và các ankan tương ứng trong các quá trình

xử lý hydro hiện hành. Còn phân đoạn dầu thô có nhiệt độ sôi cao hơn gồm các hợp
chất thơm chứa lưu huỳnh có vòng và đặc biệt bị cản trở về không gian như các dẫn
xuất của dibenzothiophen (từ 6 đến 8 hình 1.1) kém hoạt tính trong các quá trình xử
lý hydro. Hệ số chuyển hóa 4-metyl-dibenzothiophen (7) hoặc 4,6-dimetyl-
dibenzothiophen (8) giảm khoảng 2 và 10 lần so với dibenzothiophen (6). Đối với
gasoline (gồm naphtha) trong phân đoạn FCC thì chứa chủ yếu thiophen (hình 1.1)
nên có thể chuyển hóa bằng phương pháp hydrodisunfua hóa (HDS). Hệ số chuyển
hóa thiophen có thể cao hơn 20 lần so với dibenzothiophen.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 12 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.1. Các loại hợp chất chứa S có trong nhiên liệu vận tải
Trong 3 loại nhiên liệu vận tải gasoil (xăng), nhiên liệu phản lực, diesel có sự
khác nhau về thành phần các hợp chất chứa lưu huỳnh và các tính chất [5]:
• Loại xăng gasoil: naphtha, naphtha lấy từ cracking xúc tác tầng sôi (FCC) có
chứa:
 Mercaptan (RSH), sunfit (R
2
S) và disunfit (RSSR);
 Thiophen và các dẫn xuất ankylat của nó;
 Benzothiophen (BT).
• Loại nhiên liệu phản lực: naphtha nặng, phần chưng cất phân đoạn giữa có
chứa các hợp chất lưu huỳnh sau:
 Benzothiophen (BT) và các dẫn xuất alkylat.
• Loại nhiên liệu diesel: phần chưng cất phân đoạn giữa, dầu tuần hoàn nhẹ
(LCO) có chứa:
 Benzothiophen đã ankyl hóa;
 Dibenzothiophen (DBT) và các dẫn xuất ankylat của nó.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 13 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2. Biểu đồ sắc ký khí một số hợp chất lưu huỳnh có trong phân đoạn

gasoil [6]
Trong phòng thí nghiệm, việc xác định tất cả các hợp chất lưu huỳnh có mặt
trong nhiên liệu (xăng và diesel) là một việc vô cùng khó khăn vì có rất nhiều hợp
chất khác nhau. Chính vì vậy, người ta đã chọn giải pháp sau đây: tiến hành
hydrodesunfua hóa (HDS) nhiên liệu đến một mức độ khử lưu huỳnh nhất định rồi
phân tích để định dạng các hợp chất lưu huỳnh còn lại. Kết quả cho thấy, đối với
xăng nhẹ, các phân tử lưu huỳnh còn lại chưa bị khử thường là các hợp chất
thiophen. Đối với diesel, các hợp chất lưu huỳnh khó bị khử nhất thường là
dibenzothiophen (DBT) hoặc các dẫn xuất của dibenzothiophen (DBT). Chính vì
vậy, đối với các thử nghiệm loại lưu huỳnh sâu trong phòng thí nghiệm trên các
phân tử model, thiophen được lựa chọn như một đại diện của các phân tử chứa lưu
huỳnh có mặt trong xăng nhẹ còn dibenzothiophen (DBT) hoặc dẫn xuất của
dibenzothiophen (DBT) đại diện cho các phân tử chứa lưu huỳnh có mặt trong các
phân đoạn nặng hơn như dầu hỏa, dầu diesel.
1.3. Các phương pháp loại lưu huỳnh
1.3.1. Phân loại các phương pháp loại lưu huỳnh
Dựa trên cách mà các hợp chất lưu huỳnh bị biến đổi, quá trình khử lưu huỳnh
được chia thành 3 phương pháp như sau: các hợp chất lưu huỳnh bị phân hủy, các
hợp chất lưu huỳnh được tách ra mà không bị phân hủy, hoặc kết hợp cả 2 phương
pháp trên [3,7,8].
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 14 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
- Với phương pháp thứ nhất, các sản phẩm lưu huỳnh dạng khí hay rắn được
tạo thành, công nghệ HDS (hydrodesunfua hóa) truyền thống là một ví dụ điển hình
của phương pháp này.
- Với phương pháp thứ 2, các hợp chất lưu huỳnh được tách một cách đơn
thuần ra khỏi nguyên liệu, hoặc trước tiên các hợp chất cơ lưu huỳnh được biến đổi
sang dạng khác dễ tách hơn, sau đó các hợp chất này mới được tách ra. Phương
pháp này có thể làm mất một số các thành phần quý trong nguyên liệu.
- Với phương pháp thứ 3, trước tiên các hợp chất lưu huỳnh được tách khỏi

nguyên liệu, sau đó chúng được đưa vào thiết bị phản ứng riêng để phân hủy.
Phương pháp này cho kết quả rất tốt, có thể loại được phần lớn lưu huỳnh ra khỏi
nguyên liệu. Các quá trình khử lưu huỳnh có sử dụng chất xúc tác là các công nghệ
điển hình của phương pháp này.
Quá trình khử lưu huỳnh cũng có thể được chia thành 2 phương pháp là: quá
trình HDS và quá trình non-HDS, tùy thuộc vào vai trò của hydro trong quá trình
loại lưu huỳnh [9].
- Quá trình HDS: sử dụng hydro để loại lưu huỳnh.
- Quá trình non-HDS: không sử dụng hydro để loại lưu huỳnh.
1.3.2. Các phương pháp loại lưu huỳnh hiện nay
1.3.2.1. Phương pháp hydrotreating
Phương pháp này ngày nay đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy lọc
dầu để loại bỏ lưu huỳnh và các hợp chất dị nguyên tố khác ra khỏi dầu (như N, O,
kim loại) [10]. Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là dùng khí hidro ở áp suất
cao, nhiệt độ cao để phá vỡ các phân tử hợp chất dị nguyên tố khi có mặt các chất
xúc tác thích hợp. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là phản ứng xảy ra ở
nhiệt độ trung bình khoảng 320 – 400
o
C nên thường có một số phản ứng phụ như
phản ứng hydrocracking, phản ứng tạo cốc. Mặt khác, để tăng tốc độ chuyển hóa
cần thực hiện phản ứng ở áp suất cao khoảng ba bốn chục atm trở lên do đó cần
nhiều H
2
. Nguyên liệu càng nặng, càng chứa nhiều dị nguyên tố thì áp suất càng
phải cao. Điều đó có nghĩa là tỉ số H
2
/nguyên liệu càng phải lớn. Nguồn H
2
sử dụng
cho quá trình này chủ yếu là H

2
thương phẩm nên giá thành cao. Ngoài ra
benzothiophen, dibenzothiophen và các dẫn xuất bền vững với quá trình hydro hóa
nên cần nhiều hydro hơn và chất xúc tác phải hoạt động hơn kéo theo một số vấn đề
như giá đầu tư cao và chi phí vận hành cao. Do đó, phương pháp không đáp ứng
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 15 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
được nhu cầu khử sâu lưu huỳnh. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được thay
thế bằng phương pháp loại lưu huỳnh khác và nó vẫn được sử dụng rộng rãi và hiệu
quả không những để loại dị nguyên tố mà còn cải thiện nhiều tính chất kĩ thuật ít
nhiều có liên quan hoặc không liên quan đến hàm lượng, bản chất hợp chất dị
nguyên tố, ví dụ để tăng CN của GO làm DO, cải thiện chiều cao ngọn lửa không
khói của kerosen làm nhiên liệu phản lực, làm dầu thắp, để làm sạch các tạp chất
khỏi parafin…nó đáp ứng từng mục đích riêng cho từng loại sản phẩm:
+ Đối với phân đoạn xăng
Loại hợp chất của lưu huỳnh mercaptan, sunfua để phân đoạn xăng có chứa rất
ít nguyên liệu cho refoming, cho quá trình đồng phân hóa, làm dung môi cho công
nghiệp thực phẩm. Phân đoạn xăng nặng vào lò refoming phải chứa lưu huỳnh, nitơ
tính bằng phần triệu ppm mà thôi.
+ Đối với GO dùng làm DO
Loại lưu huỳnh, nitơ, biến aromatic thành hydrocacbon no để có nhiên liệu
DO sạch, có chỉ số CN cao hơn. Yêu cầu về hàm lượng lưu huỳnh trong DO hiện
nay là nhỏ hơn 0.3% nhưng trong tương lai không xa, đặc biệt là ở các nước tiên
tiến, là nhỏ hơn 0,05% trong khi đó SRGO chứa trung bình trên 1% lưu huỳnh.
Hydrotreating có thể làm tăng CN vài ba đơn vị khi hàm lượng aromatic giảm vài
%:
+ Đối với VGO là nguyên liệu cho FCC
VGO dùng trong công nghệ FCC phải có hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn 2%
nhưng nên dùng nguyên liệu sạch hơn, bởi vì sản phẩm xăng cracking thường cần
được hydrotreating.

+ Đối với xăng cracking, sản phẩm visbreaking
Để loại dị nguyên tố, để giảm hydrocacbon đói, ổn định hóa.
+ Đối với việc sản xuất dầu bôi trơn, parafin, sáp
Làm sáng màu, khử mùi, đặc biệt là khi chúng được dùng làm dược phẩm,
thực phẩm.
+ Đối với AR
Loại bớt dị nguyên tố, đặc biệt là các kim loại.
+ Đối với kerosen
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 16 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Giảm dị nguyên tố, giảm hàm lượng aromatic để tăng chiều cao ngọn lửa
không khói, giảm độc tính.
1.3.2.2. Loại lưu huỳnh bằng phương pháp sinh học (BDS)
Là quá trình loại các hợp chất lưu huỳnh từ nhiên liệu bằng cách sử dụng các
phản ứng xúc tác enzyme. Công nghệ này là một bước tiến lớn về năng lượng và có
thể giảm chi phí giá thành. BDS có khả năng tiết kiệm chi phí bởi vì quá trình hoạt
động ở nhiệt độ, áp suất thường và sản phẩm phụ sinh ra không độc, không cần quá
trình xử lý H
2
S. Xúc tác sinh học có tính chọn lọc cao với với các hợp phần chứa
lưu huỳnh. Do đó DBS giữ được giá trị của sản phẩm xăng. Các nhà nghiên cứu đã
xác định một số vi khuẩn có khả năng sử dụng thiophen, bezothiophen như một
nguồn lưu huỳnh. Những gen chịu trách nhiệm biến đổi sinh học lưu huỳnh lấy từ
các loại vi khuẩn đã được cô lập, nhân bản và đánh giá khả năng chuyển đổi
thiophen và benzothiophen.
Có 4 mã gen chuyển hóa DBT là: (i) mã gen dszC, DBT bị ôxi hóa với 1, 2
nguyên tử ôxi tạo thành sulfoxide và sau đó tạo thành sulfone; (ii) mã gen dszA
DBT-sulfone bị ôxi hóa thành 2-hydroxybiphenyl-2-sulfinic axit; (iii) mã gen dszB
chuyển hóa 2-hydroxybiphenyl-2-sulfinic axit thành 2-hydroxybiphenyl and sulfite;
(iv) mã gen dszD chuyển hóa nhóm các enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa khử

NADH-FMN để cung cấp FMNH2 cần cho ba quy trình oxy hóa đầu tiên. Cơ chế
chuyển hóa được thể hiện trong hình 1.3.
Gần 70 chủng vi khuẩn được sàng lọc để kháng xăng tốt nhất trong số này
được nuôi trồng (phát triển) cấy ghép liên tục trong sự có mặt của xăng. Một chủng
vi khuẩn (PpG1) kháng xăng tốt nhất và được chọn phát triển để loại lưu huỳnh
trong xăng.
Một số ưu điểm của phương pháp này:
• Dự kiến giảm được 50% vốn và 15-25% chi phí vận hành so với HDS.
• BDS không làm giảm chỉ số octane trong xăng.
• BDS không yêu cầu nhiệt độ và áp suất cao.
• Cải thiện môi trường thực hiện nhằm giảm chi phí đầu tư.
1.3.2.3. Phương pháp hấp phụ chọn lọc
Phương pháp này sử dụng các chất hấp phụ có cấu trúc lỗ xốp, có bề mặt diện
tích lớn như than hoạt tính, zeolit, Ni/SiO
2
-Al
2
O
3
, nhôm ôxít hoạt tính để hấp phụ
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 17 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
các hợp chất lưu huỳnh lên bề mặt hay vào không gian cấu trúc của chúng. Phương
pháp này được sử dụng khi yêu cầu sản phẩm đòi hỏi độ tinh khiết cao. Trong
phương pháp này còn được chia thành hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học
Để có hiệu xuất cao các chất hấp phụ cần đạt một số yêu cầu sau:
+ Có bề mặt riêng lớn.
+ Dễ tái sinh.
+ Có tính chọn lọc.
+ Bền cơ học để chịu được rung động và va đập.

+ Bền năng lực hấp phụ.
Conoco Phillips đã phát triển một công nghệ mới gọi là S-Zorb, nó có thể
được sử dụng để sản xuất ra xăng có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp. Nguyên tử lưu
huỳnh của hợp chất chứa lưu huỳnh bị hút lên trên chất hấp phụ và phản ứng với
chất hấp phụ. Nguyên tử lưu huỳnh bị giữ lại trên chất hấp phụ trong khi phần
hydrocacbon của phân tử thoát ra đi vào quá trình xử lý tiếp theo. Không có H
2
S
thoát ra đi vào sản phẩm đã xứ lý dó đó tránh được phản ứng giữa H
2
S và olefin tạo
ra mercaptan. Chất hấp phụ đã sử dụng được đưa ra liên tục từ thiết bị phản ứng và
đưa tới khu vực tái sinh. Trong bình tái sinh, lưu huỳnh được đốt cháy và tách khỏi
chất hấp phụ, SO
2
được đưa tới nhà máy sản xuất lưu huỳnh. Chất hấp phụ còn
được làm sạch thêm bằng cách khử bằng H
2
và sau đó chất hấp phụ được đưa trở lại
thiết bị phản ứng để tiếp tục loại lưu huỳnh. Tốc độ lấy chất hấp phụ ra được điều
khiển để làm giảm nồng độ lưu huỳnh trong sản phẩm ở mức mong muốn. Bởi vì
chất hấp phụ được tái sinh liên tục, Phillips đã xác định rằng chất hấp phụ này dùng
được trong 4-5 năm thì mới phải thay chất hấp phụ mới [12].
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 18 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3. Cơ chế loại lưu huỳnh của chủng vi khuấn IGTS8 [11]
1.3.2.4. Alkyl hóa loại lưu huỳnh
Acheson và Harrison [13] đã nghiên cứu metyl hóa DBT bằng CH
3
I trong sự

có mặt của AgF
4
ở nhiệt độ phòng để tạo thành các hạt kết tủa S methyl thiophen
tetrafluoroborat tương ứng. Các muối của thiophen có độ phân cực cao và không
tan trong dung môi phân cực. Như vậy, có thể áp dụng để loại lưu huỳnh trong dầu
đặc biệt là BT, DBT từ dầu nhẹ trong điều kiện nhẹ nhàng. Điều này đã được công
nhận như là một phương pháp mới loại bỏ lưu huỳnh BT, DBT.
Cơ chế của phản ứng alkyl hóa là thế S
2
N vào nguyên tử lưu huỳnh bằng hệ
CH
3
I–AgBF
4
. Hiệu suất loại DBT thấp là do tetradecane có tính ái nhân thấp và là
một dụng môi không phân cực. Để làm tăng độ phân cực của tetradecane bằng cách
người ta cho thêm 15ml C
2
H
2
Cl
2
thì hiệu suất loại DBT tăng lên 85%. Phản ứng ở
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 19 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
nhiệt độ cao hơn 47
o
C thì hiệu suất loại lưu huỳnh giảm một cách đáng kể, do sự
phân hủy nhiệt của các muối thiophen tạo thành. Do đó, nên thực hiện ở nhiệt độ
nhỏ hơn 47

o
C.
1.3.2.5. Khử lưu huỳnh bằng phương pháp oxi hóa
Là một phương pháp mới đầy hứa hẹn để loại sâu lưu huỳnh và đang được
quan tâm vì so với phương pháp hydrotreating thì phương pháp oxi hóa (ODS) có
thể loại lưu huỳnh ở điều kiện: nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Trong quá
trình oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh như TS hay các dẫn xuất của chúng BT,
DBT, 4,6- DMDBT bị oxi hóa thành các sunfoxit, sufone tương ứng có ái lực cao
và có tính chất lý hóa khác đáng kể so với các hợp chất có trong dầu. Do đó, chúng
dễ dàng được loại bỏ bằng các phương pháp tách: chưng, chiết, hấp thụ, phân hủy.
Quá trình oxi hóa thường thực hiện qua 2 bước, bước đầu các hợp chất chứa
lưu huỳnh được oxi hóa chọn lọc thành các sonfoxit và sunfone rồi sau đó mới được
tách ra bằng việc sử dụng chiết hay hấp thụ. Hình 1.4 thể hiện quy trình oxi hóa.
Trong hợp chất sunfone có tồn tại các liên kết giữa nguyên tử oxi và nguyên tử lưu
huỳnh (S=O) có thể làm tăng lưỡng cực, do đó làm tăng độ hòa tan của nó trong
dung môi phân cực. Các sunfone và sunfit của hợp chất lưu huỳnh trong dầu có thể
được tách ra bằng cách chiết với dung môi hữu cơ chiết khác. Các chất oxi hóa
thường được sử dụng là: axit hữu cơ /H
2
O
2
, andehyde/O
2
, polyoxometylen/ H
2
O
2
, hệ
oxi hóa H
2

O
2
-axit formic, hệ chất oxi hóa hữu cơ [14].
Mặc dù, quá trình này có hiệu quả nhưng vẫn còn một số vấn đề như sự phản
ứng chéo giữa chất tách và gây ra sự mất mát nguyên liệu, cần sử dụng một lượng
chất oxi hóa lớn, chi phí cao và chất xúc tác dễ bị mất hoạt tính. Do đó, phương
pháp này chưa được ứng dụng trong công nghiệp mà mới chỉ thực hiện trong phòng
thí nghiệm.
O
2
hoặc Peroxid Diesel ~ 500ppm S Chiết sulfone
Hình 1.4. Quá trình ôxi hóa loại lưu huỳnh [15].
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 20 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Phản ứng
lưu huỳnh
Chất oxi hóa
Diesel sạchTách sulfone
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
1.3.2.6. Khử lưu huỳnh bằng phương pháp chiết bằng chất lỏng ion
Đây là phương pháp mới có khả năng loại sâu lưu huỳnh đang được rất nhiều
nhà khoa học quan tâm. Phương pháp này sử dụng những chất lỏng ion có khả năng
hòa tan các hợp chất có chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu mà hoàn toàn không tan
trong nhiên liệu. Đặc biệt, những hợp chất như benzothiophen, DBT và các dẫn
xuất của DBT có thể được loại ra dễ dàng. Phương pháp này cũng có thể tránh được
việc sử dụng một lượng lớn hydro, không đòi hỏi hoạt động ở nhiệt độ cao và hơn
nữa phương pháp này không làm thay đổi cấu trúc hóa học của các hydrocacbon có
trong dầu. Chất lỏng ion sau khi thực hiện quá trình tách được đem đi tái sinh bằng
phương pháp chưng cất hoặc chiết vẫn cho hiệu quả tách cao. Một số kết quả
nghiên cứu cho thấy hiệu suất chiết với việc sử dụng chất lỏng ion khá cao, có thể
loại được khoảng 96 – 98 % hàm lượng lưu huỳnh ban đầu. Các hợp chất có chứa

lưu huỳnh tách ra sau khi tái sinh chất lỏng ion được thu hồi lại nên không gây mất
mát nhiên liệu.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 21 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II. CHẤT LỎNG ION (IONIC LIQUID)
2.1. Giới thiệu về chất lỏng ion.
Chất lỏng ion (IL) 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
2.1.
Hình 2.1. Một số ví dụ điển hình về cation của chất lỏng ion
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 22 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Trong đó: (1) ammonium; (2) sulfonium; (3) phosphonium; (4) lithium; (5)
imidazolium; (6) pyridinium; (7) Pyrrolidinium; (8) và (9) thiazonium; (10)
isoquinolinium; (11) pyrazolium; (12) triazolium; (13) oxazolium.
 Anion: Các anion thường là: X
-
, BF
4
-
, AlX
4
-

, Al
2
Cl
7
-
, PF
6
-
, SR
3
-
, HSO
4
-
…
2.2. Tính chất của chất lỏng ion.
Như đã đề cập ở trên, chất lỏng ion có nhiều tính chất hóa lý có giá trị. Sau
đây là những tính chất quan trọng nhất:
 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: 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.
 Áp suất hơi rất thấp: những chất lỏng ion là những chất không bay hơi hay
áp suất hơi rất thấp nhờ đó có thể sử dụng chúng trong những hệ thống có độ chân
không cao và thay thế cho các dung môi bay hơi hiện tại trong các quá trình hóa học
[15].
 Điều này làm giảm được chi phí và ô nhiễm môi trường do các dung môi dễ
bay hơi gây nên. Ngoài ra, có thể tách sản phẩm bằng phương pháp chưng cất mà

không bị nhiễm bẩn bởi dung môi.
 Ổn định nhiệt và điện hóa: hầu hết các chất lỏng ion đều bền nhiệt (tới 100
o
C
hoặc cao hơn) và tương hợp tốt với các chất hữu cơ và vô cơ. Do đó, chất lỏng ion
càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
 Phân cực: chúng thường bao gồm các ion liên kết phối trí yếu ớt, do vậy
chúng có khả năng trở thành những dung môi phân cực cao không chứa liên kết
phối trí, đây là nét riêng biệt quan trọng khi sử dụng xúc tác kim loại chuyển tiếp.
 Dẫn điện và nhiệt.
 Độ tan của các chất trong chất lỏng ion rất quan trọng cho các quá trình xúc
tác. Sự khác nhau về độ tan của chất đầu, sản phẩm, chất xúc tác trong chất lỏng ion
là cần thiết để dễ dàng phân tách sản phẩm. Những hiểu biết về tính tan của chất
lỏng ion với các dung môi khác rất quan trọng trong các quá trình chiết và tách ở
các hệ thống hai pha. Chất lỏng ion có khả năng hòa tan trong rất nhiều dung môi
hữu cơ phân cực. Tính chất hoà tan tốt nhiều chất nền hữu cơ và vô cơ cho phép
kích thước của các thiết bị máy móc nhỏ hơn và làm giảm không gian trống. Một số
chất lỏng ion hoà tan rất tốt trong nước, một số khác lại kỵ nước (hydrophobic).
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 23 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Chính vì thế, chất lỏng ion được sử dụng như dung môi cho nhiều phản ứng đặc
biệt. Nhiều phản ứng cổ điển khi khảo sát sử dụng chất lỏng ion thì hiệu suất tăng
lên đáng kể có khi đến 100%, ví dụ như phản ứng của CO
2
với ankyl oxit sản xuất
ankyl carbonat [16] (một hợp chất có nhiều ứng dụng). Chất lỏng ion còn có tác
dụng như xúc tác chuyển pha, ví dụ như để điều chế ankyl nitril (C
n
H
m

CN), ta có
thể cho ankyl halogen C
n
H
m
X (X=Cl, Br, I) tác dụng với NaCN. Tuy nhiên hỗn hợp
phản ứng tồn tại hai pha, một pha là NaCN tan trong nước, một pha là chất hữu cơ
không tan trong nước, cho nên không thể xảy ra phản ứng trao đổi giữa nhóm thế
halogen và anion CN
-
, nhưng nếu ta thêm vào hỗn hợp một lượng muối hữu cơ, ví
dụ amoni clorit, thì phản ứng sẽ xảy ra. Trong trường hợp này, muối hữu cơ amoni
là "cầu nối" tiếp xúc cho hai tác nhân khác nhau nằm trong hai pha lỏng.
 Có thể điều chỉnh được các tính chất, ví dụ: tính axit, tính tan, độ nhớt, khả
năng cộng kết, hoạt tính hóa học. Huddleston và cộng sự đã nghiên cứu các tính
chất vật lý của các dãy chất lỏng ion kỵ nước và ưa nước được cấu tạo từ 1-ankyl-3-
metylimidazol [17]. Kết quả cho thấy hàm lượng nước, tỷ trọng, độ nhớt, sức căng
bề mặt, nhiệt độ nóng chảy, độ ổn định nhiệt thay đổi khi thay đổi chiều dài của gốc
ankyl với một anion cố định hoặc khi thay đổi bản chất của anion với một cation cố
định. Chất lỏng ion được sử dụng như là dung môi và xúc tác làm tăng tốc độ phản
ứng, độ chọn lọc cũng như hiệu suất [15,18]. Tuy nhiên, các chất lỏng ion đôi khi bị
coi là môi trường ăn mòn. Nhưng ngày nay chúng ta đang phát triển một loại chất
lỏng ion không chứa halogen trên cơ sở sunfat hoặc photphat (không còn vấn đề ăn
mòn liên quan đến sự tạo thành HX và không gây ô nhiễm môi trường), ngoài ra
chúng còn cải thiện được tính chọn lọc định hướng sắp xếp và cấu trúc phân tử sản
phẩm.
Vì các tính chất đã đề cập ở trên mà có thể dễ dàng tìm được một chất lỏng
ion thích hợp nhất cho một ứng dụng hoặc thậm chí có thể phát triển một chất lỏng
ion mới nhờ sự kết hợp cation và anion dựa trên những hiểu biết về chúng.
2.3. Phân loại

Việc phân loại các chất lỏng ion có thể dựa trên rất nhiều căn cứ [15] như:
các tính chất lý hoá, các tính năng cơ bản, ứng dụng…
 Dựa trên cấu tạo:
- Các dẫn xuất imidazol ;
- Các dẫn xuất pyridin ;
- Các chất lỏng ion không chứa halogen.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 24 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
 Dựa trên cation:
- Nhóm cation amoni bậc 4 (quaternary ammonium cation): đây là nhóm phổ
biến nhất gồm các loại cation như imidazolium, morpholinium, pyrrolidinium,
pipperidinium, ammonium, piperazinium, pyridinium Ở trạng thái hóa trị 3, nitơ
vẫn còn một cặp electron nên trở thành một chất nhường electron có khả năng phản
ứng với các tác nhân nucleophin để hình thành nitơ mang điện tích dương ;
- Nhóm cation photphoni với nguyên tử mang điện dương là photpho (P) ;
- Nhóm sunphoni cation với nguyên tử mang điện dương là nguyên tử lưu
huỳnh (S).
 Dựa trên anion:
- Sunfat (HSO
4
-
);
- Axetat (CH
3
COO
-
);
- Triluoro-axetat (CF
3
COO

-
);
- Bis (triflorometansulfonyl) imide ((CF
3
SO
2
)
2
N
-
) hay viết tắt là TFSI hoặc
NTf
2
;
- Hexaflorophotphat (PF
6
-
);
- Tetrafloroborat (BF
4
-
);
- Triflorometansulfonat (CF
3
SO
3
-
)hay còn gọi là tripflet (Tf
3
);

- Aluminat (Al
2
O
7
-
).
2.4. Ứng dụng của chất lỏng ion
Ứng dụng của các chất lỏng ion rất đa dạng và phong phú. Dưới đây là các
ứng dụng của chất lỏng ion trong công nghệ hoá học :
 Công nghệ tách: tách loại sunfua trong dầu diesel; công nghệ tách sản phẩm,
xúc tác.
 Tổng hợp hữu cơ: dung môi; xúc tác.
 Xúc tác sinh học: dung môi cho các phản ứng xúc tác bằng enzym.
 Phân tích: sắc ký khí; sắc ký lỏng cao áp.
 Công nghệ vật liệu: vật liệu polime, vật liệu nano.
 Điện hoá học: pin, ắc quy; công nghệ mạ; chất điện phân.
Sinh viên: Nguyễn Thị Quỳnh 25 Lớp: Lọc Hóa Dầu A – K53