đồ án thiết kế phân xưởng isome hóa năng suất 100.000 tấn

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi
quốc gia trên thế giới. Trong khi, trữ lượng dầu mỏ ngày càng ít đi và trở nên
khan hiếm thì việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến dầu sẽ nâng cao
được hiệu quả sử dụng dầu mỏ, qua đó tiết kiệm được trữ lượng dầu trên thế
giới.
Trong những sản phẩm năng lượng dầu mỏ, trước hết phải kể đến nhiên
liệu xăng, một loại nhiên liệu vô cùng quan trọng trong đời sống. Cùng với sự
phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí, nhu cầu về xăng chất lượng cao,
ít gây ô nhiễm môi trường ngày càng tăng. Do vậy, lượng xăng từ quá trình
Reforming xúc tác và Cracking xúc tác là không đủ, trong khi đó phần C
5
– C
6
ngày càng nhiều nhưng trị số octan lại không đáp ứng được yêu cầu do chúng
chứa chủ yếu là cấu tử n – paraffin. Vì thế, chúng ta cần có dây chuyền công
nghệ để chuyển hóa n – paraffin thành các cấu tử có trị số octan cao. Để đáp
ứng nhu cầu này, người ta sử dụng công nghệ Isome hóa. Ưu điểm chính của
công nghệ này là làm biến đổi các cấu tử có trị số octan thấp thành cấu tử có
trị số octan cao, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng xăng.
Chính vì tầm quan trọng này, trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình
isome hóa được rất nhiều hãng nghiên cứu và phát triển như BP, Shell, UOP,
…
Do đó, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Anh Vũ, em đã
hoàn thành đề tài tốt nghiệp “ Thiết kế phân xưởng isome hóa năng suất
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 1
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
100.000 tấn/năm “ để có thể hiểu sâu hơn về cơ chế, xúc tác, dây chuyền công

nghệ và thiết bị phản ứng của quá trình isome hóa. Tuy nhiên, trong đồ án có
thể có những thiếu sót, em kính mong thầy góp ý để giúp em hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy.
PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ISOME HÓA
1.1. Sơ lược về quá trình isome hóa
Isome hóa là quá trình biến đổi các hydrocacbon mạch thẳng thành
hydrocacbon mạch nhánh. Ngoài ra, isome hóa còn bao gồm phản ứng biến
đổi vị trí nhóm thế trong vòng benzen.
Mục đích:
- Sản xuất xăng có trị số octan cao.
- Tạo ra các cấu tử có trị số octan cao làm phụ gia cho xăng: MTBE,
- Tạo ra các nguyên liệu quý cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu: izopentan để
sản xuất cao su izopren, izobutan làm nguyên liệu cho quá trình alkyl
hóa,
Chính bởi tầm quan trọng này nên trong công nghiệp hóa dầu, quá trình
isome hóa được nhiều hãng nổi tiếng ngiên cứu và phát triển: Shell, BP,
UOP,
1.1.1. Nguyên liệu của quá trình isomer hóa
Quá trình isome hóa thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C
4
– C
6
. Đặc
trưng của nguyên liệu sẽ quyết định đến chế độ công nghệ cũng như sản phẩm
của quá trình. Mỗi nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau có thành phần
khác nhau, được quyết định bởi đặc điểm dầu thô của mỗi vùng.
Bảng 1. Thành phần nguyên liệu tiêu biểu [1]
Nguồn nguyên Kuwait Xăng cất Arabia
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 2

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
liệu
n-pentan 58,4 42,2 59,8
2-metylbutan 41,5 56,2 36,4
xyclopentan 0,1 1,2 3,8
n-hexan 43,2 27,7 37,8
2-metylpentan 22,4 32,5 38,2
3-metylpentan 16,9 12,5
2,2-dimetylbutan 2,0 0,75 3,8
2,3-dimetylbutan 4,2 0,75
metylxyclopentan 5,1 17 18,8
xyclohexan 4,2 4,5
benzen 2,0 1,4
RON C
5
74,4 79,2 73
RON C
6
55,9 76,4 61,1
Từ bảng số liệu, ta nhận thấy rằng, nguyên liệu luôn có lẫn cả các thành
phần cấu tử izo. Chính vì vậy, nguyên liệu cần qua giai đoạn tiền xử lí trước
khi qua thiết bị isome hóa.
Để hạn chế các phản ứng phụ và sự kìm hãm quá trình, ta nên tiến hành
phản ứng ở mức độ biến đổi vừa phải rồi cho tuần hoàn lại nguyên liệu chưa
biến đổi để nâng cao hiệu suất quá trình.
Ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu condensate rất dồi dào. Thành phần cơ
bản của condensate là các hydrocacbon no có phân tử lượng và tỷ trọng lớn
hơn butan như pentane, hexane, heptane Ngoài ra còn chứa các
hydrocacbon mạch vòng, các nhân thơm, và một số tạp chất khác. Chất lượng
của nó phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ và chế độ vận hành của quá

trình chế biến khí.
Bảng 2. Thành phần condensate Nhà máy chế biến khí Dinh Cố [6]
Cấu tử %khối lượng %thể tích %mol
I - butan 0.74 0.87 1.04
I - pentan 18.54 19.80 21.05
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 3
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
N - pentan 25.77 27.24 29.26
2,2 – đimetylbutan 0.58 0.59 0.55
Xyclopentan 0.97 0.86 1.14
2,3 – đimetylbutan 1.03 1.03 0.98
2 – metylpentan 7.41 7.51 7.04
3 – metylpentan 3.51 3.50 3.34
N – hexan 12.03 12.08 11.44
Metylxyclopentan 2.20 1.95 2.14
Benzen 2.00 1.51 2.10
Xyclohexan 1.63 1.39 1.59
+
7
C
21. 20.24 17.73
RON 65.9
TLPTTB 81.93
Tỷ trọng 0.662
Từ bảng số liệu trên, Condensate thu được từ Nhà máy chế biến khí Dinh
Cố là loại condensate nhẹ, sạch nhưng RON thấp. Do đó, không thể pha xăng
trực tiếp, nên ta sử dụng làm nguồn nguyên liệu cho quá trình isome hóa.
Nguồn condensate Bạch Hổ chứa khá nhiều thành phần
+

7
C
nên trước khi
sử dụng làm nguyên liệu cho phân xưởng Isomar cần phải qua phân xưởng
chưng cất phân đoạn để thu phân đoạn C
5
, C
6
có T
sđ
khoảng 70 - 80°C.
Bảng 3. Thành phần nguyên liệu isomer hóa phân đoạn T
sđ
80°C [6]
Thành phần, tính chất %khối lượng %mol
C
5
– parafin 57.32 61.65
isopentan 23.99 25.80
N – pentan 33.33 35.85
C
6
– parafin 35.47 31.3
2,2 – đimetylbutan 0.91 0.77
2,3 – đimetylbutan 1.53 1.27
2 – metylpentan 9.57 8.62
3 – metylpentan 4.43 3.99
N – hexan 19.03 16.65
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 4

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
C
5
, C
6
– vòng 7.21 7.05
Xyclopentan 1.27 1.41
Metylxyclopentan 2.41 2.23
Xyclohexan 1.39 1.28
Benzene 2.14 2.13
RON 69.5
TLPTTB 77
Tỷ trọng 0.645
S, ppm < 0.1
H
2
O, ppm Không đáng kể
1.1.2. Sản phẩm quá trình isome hóa
Đặc trưng sản phẩm của quá trình isome hóa là các hydrocacbon mạch
nhánh, là những cấu tử có trị số octan cao thích hợp cho việc sản xuất xăng
chất lượng cao. Sản phẩm thu được từ quá trình isome hóa có trị số octan có
thể đạt tới RON 99.
Quá trình isome hóa còn tạo ra nguồn nguyên liệu quý cho tổng hợp hữu
cơ hóa dầu như: izopentan,izobuten,o-xylen và p-xylen,
1.2. Đặc trưng về nhiệt động
Phản ứng đồng phân hoá là phản ứng toả nhiệt nhẹ (4 - 20 kJ/mol). Đó là
một phản ứng cân bằng mà nó diễn ra không có sự thay đổi số mol nên vì thế
không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi áp suất. Đường cân bằng nhiệt động (hình
1.1) chỉ ra rằng các isome cần thiết để tăng trị số octan (có nhiều mạch nhánh)
được ưu tiên ở nhiệt độ thấp. Mặt khác, từ quan điểm động học (định luật

Arrhenius), nhiệt độ cao hơn cải thiện được hoạt tính xúc tác. Trong các quá
trình công nghiệp người ta cố gắng tiến hành ở điều kiện nhiệt độ hài hoà nhất
giữa hoạt tính xúc tác và cân bằng nhiệt động hoặc độ chọn lọc tối ưu. Nhưng
cho dù ở nhiệt độ, người ta vẫn thu được một hỗn hợp sản phẩm n – parafin
và isoparafin.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 5
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Hình 1. Giản đồ cân bằng nhiệt động trong pha khí của C
5
, C
6
. [1]
Khi isome hóa còn xảy ra các phản ứng phụ như phản ứng cracking, phản
ứng phân bố lại và phản ứng tạo nhựa tạo cốc gây mất hoạt tính xúc tác.
2C
5
H
12
C
4
H
10
+ C
6
H
14
C
6
H

14
C
2
+ C
4
Để giảm tốc độ phản ứng phụ và duy trì hoạt tính xúc tác, người ta thực
hiện phản ứng ở áp suất 2 – 4 Mpa và liên tục tuần hoàn H
2
.
 Vai trò của hydrogen trong quá trình isome hóa :
− Thứ nhất, H
2
tham gia trực tiếp vào phản ứng hydro hóa để tạo sản
phẩm chính iso – paraffin, đồng thời làm no hóa các hợp chất tiền
tạo cốc giúp hạn chế sự tạo cốc. Như vậy, sẽ hạn chế được sự giảm
hoạt tính xúc tác.
− Thứ hai, phản ứng cracking sẽ bị hạn chế với sự có mặt của H
2
. Do
đó hạn chế sự tạo thành hợp chất tiền tạo cốc như các olefin nhẹ.
− Ngoài ra, H
2
còn có tác dụng đuổi nước và các hợp chất chứa S.
Như vậy sự có mặt của H
2
là rất cần thiết. Trong quá trình isomer hóa ta
thường thực hiện với áp suất H
2
cao để tăng độ chuyển hóa.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH

LỚP: KTHH5 – K55 Page 6
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Đây là sự ảnh hưởng của áp suất H
2
đến độ chuyển hóa :
1.3. Cơ chế phản ứng isome hóa
Cơ chế của phản ứng isome hóa là phản ứng phân bố lại nội phân tử thông
qua các hợp chất trung gian là cacbocation. Sự hình thành cacbocation tuân
theo 2 cơ chế:
1.3.1. Đối với xúc tác axit mạnh [7]
Đây là cơ chế phản ứng đơn chức axit.
- Sự tạo thành của cacbocation diễn ra nhờ việc tách một hydrua từ
parafin:
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH

CH
3
+ H

- Sự phân bố lại của cacbocation bậc 2 thành cacbocation bậc 3 bền hơn:
CH
3
CH
2
CH
2
CH
+
CH
3
CH
3
CH
2
C
+
CH
3
CH
3
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 7
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
- Cuối cùng là sự tạo thành isoparafin nhờ phản ứng chuyển vị hydrua:

CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
+
CH
3
CH
2
C
+
CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
CH
3
CH
3

+
CH
3
CH
2
CH
2
CH
+
CH
3
1.3.2. Đối với xúc tác Zeolit có tính axit yếu hơn [8]
Phản ứng diễn ra theo cơ chế kim loại/ lưỡng chức. Trong giai đoạn đầu,
olefin được tạo thành từ phản ứng dehydro hóa các parafin trên platin. Sau đó,
cacbocation được tạo thành bởi sự proton hóa của các olefin trên các tâm axit
theo sơ đồ sau:
- Tạo olefin:
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH

2
CH
2
CH CH
2
+
H
2
Pt
2+
- Tạo cacbocation:
CH
3
CH
2
CH
2
CH CH
2
+
H
+
A
-
CH
3
CH
2
CH
2

CH
+
CH
3
+
A
-
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 8
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
- Phân bố lại cacbocation bậc 2 thành bậc 3:
CH
3
CH
2
CH
2
CH
+
CH
3
CH
3
CH
2
C
+
CH
3
CH

3
- Tạo iso – olefin:
CH
3
CH
2
CH CH
3
CH
3
+
A
-
CH
3
CH
2
C CH
2
CH
3
+
H
+
A
-
- Tạo sản phẩm isoparafin:
CH
3
CH

2
C CH
2
CH
3
+
H
2
CH
3
CH
2
CH CH
3
CH
3
Pt
2+
Trên các chất xúc tác loại này, cơ chế phản ứng cũng liên quan đến sự khuếch
tán giữa các tâm kim loại và tâm axit (hình 2) cho nên các tâm này cần phải
đủ gần với các tâm khác. Chính vì thế, việc điều chế xúc tác có ảnh hưởng rất
quan trọng đến hoạt tính xúc tác.
Hình 2. Sơ đồ phản ứng đồng phân hóa theo cơ chế lưỡng chức
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 9
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
1.4. Xúc tác isome hóa [2]
Xúc tác của quá trình isome hóa có tính axit. Có thể chia thành các nhóm
xúc tác sau:
1.4.1. Xúc tác pha lỏng

Đầu tiên, tất cả các quá trình isome hóa đều sử dụng xúc tác axit Lewis,
điển hình là AlCl
3
khan được hoạt hóa bằng HCl. Sau đó, người ta thay thế
bằng các xúc tác khác như AlBr
3
, AlCl
3
+SbCl
3
và các loại axit sunfonic hay
axit clohydric. Ưu điểm loại xúc tác này là hoạt tính cao. Tuy nhiên chúng lại
có nhược điểm là mau mất hoạt tính, độ chọn lọc thấp, dễ bị phân hủy tạo hợp
chất gây ăn mòn thiết bị. Chính những hạn chế đó nên hiện nay hệ xúc tác này
ít được sử dụng.
1.4.2. Xúc tác axit rắn
Qua nhiều nghiên cứu cải tiến, người ta dần thay thế xúc tác lỏng bằng
xúc tác axit rắn gồm hỗn hợp các oxit kim loại.
Bảng 4. Một số hệ xúc tác axit rắn
Hệ xúc tác Sự biến đổi
BeO,Al
2
O
3
-V
2
O
5
Xyclohexen thành metylxyclopenten
Cr

2
O
3
Hexadien-1,5 thành hexadien-2,4
ThO
2
Isome hóa olefin
Al
2
O
3-
Mo
2
O
3
n-pentan thành izopentan
MoS
3
n-parafin thành izoparafin
xyclohexan thành metyl xyclopentan
Xúc tác axit rắn có ưu điểm là giá thành hợp lý, dễ sản xuất nhưng có
nhược điểm là độ chuyển hóa không cao, nhanh mất hoạt tính do sự tạo cốc
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 10
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
trên bề mặt xúc tác. Do đó, xúc tác axit rắn dần nhường chỗ cho các thế hệ
xúc tác mới có nhiều ưu điểm hơn, đó là xúc tác lưỡng chức gồm chức kim
loại và chức axit.
1.4.3. Xúc tác lưỡng chức
Xúc tác lưỡng chức là loại xúc tác được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Hệ

xúc tác bao gồm thành phần chính là kim loại quý mang trên chất mang, ví dụ
như: Pt/Al
2
O
3
(Cl
-
), Pt/Al
2
O
3
-SiO
2
, kim loại/Zeolit,
1.4.3.1. Chức kim loại
Chức kim loại thúc đẩy phản ứng dehydro và hydro hóa.
Thành phần của chức kim loại chủ yếu là kim loại hoặc hỗn hợp kim loại
quý họ Pt. Ngoài ra còn có các kim loại thay thế với giá thành rẻ hơn như : Fe,
Mn , Ir, Cu, Ni,
Ngoài ra, người ta còn sử dụng thêm chất phụ trợ kim loại để tăng hoạt
tính xúc tác, tăng độ chọn lọc sản phẩm cũng như tăng độ phân tán kim loại
lên bề mặt chất mang như một số nguyên tố Re, Sn, Cr, Ni,
1.4.3.2. Chất mang axit
Yêu cầu chức năng:
- Diện tích bề mặt riêng lớn để phân tán tốt kim loại.
- Có tính axit đủ mạnh để thúc đẩy quá trình hình thành ion cacboni.
Một số chất mang được sử dụng phổ biến như: γ-Al
2
O
3

, ZSM-5,ZSM-11,
Zeolit,…….
Để tăng hoạt tính axit của chất mang cần bổ sung clo sau mỗi chu kì làm
việc của xúc tác.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 11
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Ưu điểm của xúc tác lưỡng chức là có độ chọn lọc cao, nhưng hoạt tính
thấp hơn xúc tác lỏng. Vì vậy, ta phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao hơn.
Mà về mặt nhiệt động, tiến hành ở nhiệt độ cao không thuận lợi cho phản ứng
isome hóa. Do đó, ta phải tuần hoàn nguyên liệu để nâng cao hiệu suất quá
trình.
1.4.4. Nguyên nhân gây mất hoạt tính xúc tác
1.4.4.1. Ảnh hưởng của các hợp chất chứa S
Các hợp chất chứa S gây ngộ độc tâm kim loại qua phản ứng sunfit hóa:
M+ H
2
S MS +H
2
Hợp chất chứa S còn tạo ra một số anhydrit có thể phản ứng với Al
2
O
3
tạo ra
Al
2
(SO
4
)
3

gây khó khăn cho quá trình tái sinh xúc tác.
Hàm lượng S cho phép trong nguyên liệu là ≤ 2 ppm.
1.4.4.2. Ảnh hưởng của các hợp chất chứa N
Các hợp chất chứa N thường mang tính bazơ nên sẽ làm ngộ độc tâm axit.
Hàm lượng N cho phép là 0,5 ppm.
1.4.4.3. Ảnh hưởng của nước
Nước làm pha loãng tâm axit, làm giảm độ axit của xúc tác. Đồng thời,
nước gây ăn mòn thiết bị. Do đó, nguyên liệu cần được làm khô trước khi vào
thiết bị isome hóa.
1.4.4.4. Ảnh hưởng của sự thiêu kết, sự tạo cốc
Khi nhiệt độ phản ứng cao, sẽ dẫn đến sự thiêu kết gây mất hoạt tính xúc
tác.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 12
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Trong quá trình phản ứng, có xảy ra các phản ứng phụ như phản ứng
ngưng tụ, đóng vòng tạo cốc làm che phủ bề mặt tâm hoạt tính dẫn đến giảm
hoạt tính xúc tác.
Chính vì thế nên ta cần tái sinh xúc tác liên tục đồng thời bổ sung clo để
tăng độ axit của xúc tác và bổ sung dòng khí H
2
để hạn chế sự tạo cốc.
Để bảo vệ xúc tác ta còn phải tiền xử lí nguyên liệu để loại bỏ các hợp
chất chứa S, N bằng quá trình HDS, HDN.
1.4.5. Yêu cầu về xúc tác trong công nghiệp
Các xúc tác sử dụng trong công nghiệp phải đảm bảo các yêu cầu:
- Độ hoạt tính, độ chọn lọc cao.
- Dễ sản xuất và dễ dàng tái sinh hoàn toàn.
- Độ ổn định bền cơ, bền nhiệt, bền hóa học cao, giá thành hợp lí.
1.5. Công nghệ Isome hóa

Trong công nghiệp có rất nhiều công nghệ isome hóa của nhiều hãng khác
nhau, nhưng nhìn chung dựa vào xúc tác có thể phân ra làm hai nhóm: Công
nghệ sử dụng xúc tác trong pha lỏng và công nghệ sử dụng xúc tác pha hơi.
1.5.1. Công nghệ isome hóa trong pha lỏng [1]
1.5.1.1. Công nghệ Izomate
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 13
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Hình 3. Sơ đồ Isome hóa pha lỏng
1.Reactor 2.Tháp tách xúc tác và khí 3,4.Tháp phân đoạn
Quá trình này có thể không tuần hoàn nguyên liệu. Hai quá trình chỉ khác
nhau ở thiết bị 4. Quá trình liên tục không cần tái sinh xúc tác.
Xúc tác là hỗn hợp của AlCl
3
và HCl khan. Vùng phản ứng được duy trì ở
áp suất hydro để hạn chế các phản ứng phụ như phản ứng cracking và đa tụ.
Thông số công nghệ:
- T = 120
0
C
- P = 50 – 60 at
- H
2
/RH = 10 -18 m
3
/m
3
nguyên liệu
Nguyên liệu được bão hòa bằng HCl khan và H
2

trong thiết bị hấp thụ, sau
đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết và được nạp vào reactor. Xúc tác đã
dùng được tách ra cùng cặn nhựa và phản ứng isome hóa xảy ra trong pha
lỏng. Sản phẩm phản ứng sau khi qua thiết bị tách xúc tác và tách khí, được
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 14
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
đưa qua tháp tách vết axit, rồi vào cột phân đoạn để tách riêng n – parafin và
cho tuần hoàn trở lại với nguyên liệu.
1.5.1.2. Công nghệ của hãng Shell Devlopment Co
Công nghệ này biến đổi n-butan, n-pentan thành isobutan và isopentan.
Phản ứng liên tục, không tái sinh xúc tác.
Xúc tác sử dụng là hỗn hợp HCl khan và tricloantimoan được hoạt hóa
bằng HCl khan.
Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ: 80 – 100°C
- Áp suất: 2.1 MPa
- Tỉ lệ H
2
/nguyên liệu: 5
- Tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu: 1
1.5.1.3. Công nghệ Isome hóa của Kolleg & Root
Công nghệ này dùng để nâng cao trị số octan của parafin n – C
5
, C
6
.
Nguồn nguyên liệu lấy từ Naphta nhẹ mạch thẳng, phần Rafinat khi đã tách
aromat và codensat khí thiên nhiên.
Xúc tác cho phép làm việc với nguyên liệu lẫn tạp chất S, H

2
O nên không
cần xử lí nguyên liệu trước. Quá trình có thể tái sinh xúc tác.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 15
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ

Hình 4. Sơ đồ công nghệ Kolleg & Root
1.Reactor 4.Tháp tách butan
2.Thiết bị gia nhiệt 5.Thiết bị nén khí tuần hoàn
3.Tháp ổn định tách hydro
Nguyên liệu và H
2
được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng rồi đưa vào thiết
bị Reactor. Sản phẩm của quá trình được đưa qua tháp ổn định. Tại tháp ổn
định, khí H
2
ở đỉnh được đưa tuần hoàn trở lại Reactor, phần nặng ở đáy tháp
được đưa qua tháp tách butan để đem làm khí nhiên liệu. Sản phẩm thu được
ở đáy tháp.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 16
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
1.5.2. Công nghệ Isome hóa pha hơi
Đối với quá trình isome hóa pha hơi, xúc tác sử dụng là xúc tác rắn, lưỡng
chức kim loại quý trên chất mang oxit (như A1
2
O
3
, đất sét hay zeolit). Quá

trình này đựơc thực hiện ở nhiệt độ cao hơn so với quá trình isome hóa trong
pha lỏng nhưng bù lại quá trình này không tạo ra môi trường ăn mòn, độ chọn
lọc rất cao và xúc tác có thể tái sinh được. Vì vậy mà tính kinh tế của quá
trình sẽ cao hơn. Dưới đây là nguyên lý chung của quá trình này:
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý làm việc của quá trình isome hóa pha hơi. [1]
Các dây chuyền công nghệ Isome thương mại hiện nay gồm: [9]
Các quá trình của UOP :
- Quá trình UOP Penex
- Quá trình ONCE-THROUGH Zeolitic
- Quá trình Penex/DIH
- Quá trình Penex/UOP Molex
- Quá trình DIP/Penex/SuperDIH
- Quá trình TIP
Các quá trình của IFP :
- Quá trình Axens ONCE-THROUGH
- Quá trình Asenx DIH
- Quá trình Axens Ipsorb
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 17
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
- Quá trình Axens Hexorb
Quá trình của BP
Quá trình Hysomer của Shell
Quá trình CDTECH/Lyondell IsomPlus.
Bảng 5 . Thông số của một số quá trình Isome hóa [12]
Thông số Pt/Zeolite Pt/Al
2
O
3
clo hóa Pt/ZrO

2
UOP
Zeolitic
Axens
IFP
Hysom
er Shell
UOP
Penex
Axens
IFP
BP UOP
Par-Isom
T, °C 260 –
280
230 –
285
245 –
247
120 –
250
120 –
180
90 –
160
140 –
190
P, MPa 1.5 – 3 1.5 – 3 2 – 3.5 2.1 – 7 1.6 – 2 2.7 3.2
LHSV 2 1 – 2 1 – 3 1.5 2 2 2.5
H

2
/RH 4 : 1 3 – 4 1 : 4 (0.3 –
0.5) : 1
< 1 _ 2 : 1
Máy nén Có Không Có
Bổ sung
Clo
Không Có Không
Sấy nguyên
liệu
Không Có Không
Yêu cầu
nguyên
liệu:
H
2
O,ppm
N
2
, ppm
S, ppm
C
6
H
6
, wt
С7+, wt
50
1
50

5
2 – 3
50
1
50
5
2 – 3
10 – 20
-
35
-
-
0.1
0.1
0.1 – 0.5
1
1
20
1
1 – 5
10
5
RON:
1 giai đoạn.
Với DIP.
Với DIH.
Với DIP và
DIH.
78 – 80
-

-
-
80
82
86
-
83
-
-
-
83 – 86
-
87 – 89
(Penex
/DIH)
90 – 92
83– 84
85
88
(Axen
s/DIH)
-
80 81 – 83
-
86 – 87
-
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 18
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Có hồi lưu

nC
5
, nC
6
.
87 – 90
(TIP)
88 – 90
(Ipsorb
91(Hex
orb)
-
(DIP-
Penex/
DIH)
88 – 91
(Penex
/Molex
)
90(Ips
orb)
92(He
xorb)
-
Hiệu suất,
%V
97 – 98 - 98.1
99
≥
- -

97
≥
iC
5
/∑C
5
53 – 62 70 – 78 - 68 – 72
DMB/∑C
6
10 – 16 30 – 36 - 20 – 27
1.5.2.1. Các dây chuyền công nghệ 1 giai đoạn
Các quá trình của BP; Hysomer (Shell); IsomPlus; Penex, ONCE-
THROUGH Zeolite (UOP); Axens ONCE-THROUGH (IFP) là các quá trình
một giai đoạn, chỉ gồm có một hoặc hai thiết bị isome hoá nối tiếp nhau và
một thiết bị ổn định để tách sản phẩm thành hai phần khí và lỏng. Sản phẩm
lỏng được thu hồi còn phần khí thì quay trở lại thiết bị phản ứng.
a. Công nghệ Isome hóa của BP [1]
Nguyên liệu được xử lí làm sạch rồi đưa vào thiết bị Reactor. Đồng thời
xúc tác cũng được bơm vào Reactor. Tại đây, phản ứng isome hóa xảy ra. Sau
phản ứng, toàn bộ được đưa sang bộ phận tách xúc tác và khí, còn cặn nhựa
xúc tác được tháo phía dưới Reactor. Xúc tác được tuần hoàn trở lại sau khi
tách sản phẩm và nguyên liệu chưa chuyển hóa đưa sang tháp phân đoạn. Sau
khi thu sản phẩm, ta tuần hoàn nguyên liệu lại Reactor đồng thời bổ sung
nguyên liệu mới.
Hình 6. Sơ đồ công nghệ Isome của BP.
1.Lò gia nhiệt nguyên liệu 2. Lò phản ứng
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 19
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
3.Tháp tách khí - lỏng 4. Cột ổn đinh

5.Máy nén khí 6.Thiết bị ngưng tụ
b. Công nghệ Hysomer (Shell) [1]
Quá trình được dùng để isome hóa phân đoạn C
5
– C
6
của xăng cất trực
tiếp nhằm mục đích nhận các hợp phần có trị số octan cao trong khi trị số
octan của nguyên liệu nhỏ hơn 73 mà cho phép pha trộn tạo sản phẩm có trị
số octan cao hơn RON 83. Xúc tác cho quá trình thuộc loại xúc tác đa chức
năng với kim loại quý trên chất mang zeolit với hàm lượng natri nhỏ nhất.
Nguyên liệu sau khi được cho qua quá trình hydro hóa làm sạch khỏi các
tạp chất của lưu huỳnh và được sấy khô để loại hơi nước nhằm hạn chế khả
năng ăn mòn thiết bị của các hợp chất này mới cho vào isome hóa. Xúc tác
của quá trình này không nhạy với các loại hợp chất của lưu huỳnh và nước.
Do vậy mà hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong nguyên liệu là 35ppm về
khối lượng, và hàm lượng nước cho phép là 10-20ppm.
Hình 7. Sơ đồ công nghệ của Hysomer
1.Thiết bị phản ứng ; 2. Tháp tách; 3. Máy nén; 4.Tháp ổn định.
Ưu, nhược điểm của công nghệ:
Ưu điểm:
- Nhiệt độ và áp suất không quá cao nên thuận lợi về mặt nhiệt động,
thuận lợi cho việc gia công thiết bị, không sử dụng nhiều các máy nén
đắt tiền.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 20
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
- Dây chuyền hoạt động liên tục nên có khả năng tự động hóa, giảm
được số nhân công sử dụng trong phân xưởng.
- Xúc tác có thời gian làm việc khá lâu, hoạt tính cao.

Nhược điểm:
- Xúc tác có hoạt tính cao, thời gian làm việc lâu nhưng khả năng tái sinh
rất kém.
- Quá trình làm việc trong môi trường axit nên khả năng ăn mòn thiết bị
cao.
c. Công nghệ Penex của UOP [1]
Quá trình này nhằm thu sản phẩm có trị số octan cao từ nguyên liệu là
phân đoạn naphta nhẹ có trị số octan thấp.
Xúc tác của quá trình thường nhạy với các tạp chất độc nên nguyên liệu
trước khi đưa vào thiết bị chính phải được loại các chất độc như các hợp chất
chứa lưu huỳnh, chứa oxy, chứa halogen, nước. Người ta xử lý bằng cách sử
dụng khí H
2
và kết hợp với phương pháp sấy khô.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 21
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Hình 8. Sơ đồ công nghệ Penex của UOP.
1. Thiết bị sấy 4. Tháp tách
2. Máy nén 5. Tháp ổn định
3. Thiết bị phản ứng 6. Thiết bị lọc khí
Nguyên liệu từ bể chứa đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt cùng với khí H
2
từ
trên xuống để đạt nhiệt độ thích hợp, sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng.
Sau khi phản ứng xảy ra hỗn hợp được đưa sang các tháp tách để loại các tạp
chất và nguyên liệu chưa phản ứng để thu sản phẩm isome hóa tinh khiết và
đưa vào bể chứa sản phẩm.
Ưu điểm:
- Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao, bền cơ nhiệt, làm việc trong một thời

gian dài.
- Môi trường làm việc của quá trình là môi trường hơi nên hạn chế được khả
năng ăn mòn thiết bị.
- Quá trình thực hiện liên tục nên có khả năng tự động hóa cao.
- Có thể dễ dàng kết hợp với các quá trình khác như Molex, alkyl hóa.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 22
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
d. Công nghệ Axens IFP [5]
Nguyên liệu lỏng là hỗn hợp chứa C
5
/C
6
được kết hợp khí hồi lưu và khí
bổ sung để đi vào thiết bị gia nhiệt. Tại đó, hỗn hợp được gia nhiệt để hoá hơi
hoàn toàn. Sau đó dòng hơi nguyên liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ mong
muốn rồi lần lượt đi vào đỉnh hai thiết bị phản ứng nối tiếp nhau. Trong các
thiết bị phản ứng, dòng nguyên liệu đi từ trên xuống qua lớp xúc tác Pt/Al
2
O
3
bổ sung clo mà tại đó một phần của n – parafin và i – parafin được chuyển
hoá thành các cấu tử nhiều nhánh hơn (trị số octan cao). Sản phẩm ra khỏi
thiết bị phản ứng được đưa qua tháp ổn định làm để tách thành hai phần: sản
phẩm lỏng (isomerat) và dòng khí ra.
Hình 9. Sơ đồ công nghệ Axens ONCE-THROUGH (IFP)
Quá trình này thì trị số octan của sản phẩm chỉ đạt RON 83 – 84 ngay cả khi
hoạt tính xúc tác cao nhất ( xúc tác mới ).
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 23

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
1.5.2.2. Các công nghệ sử dụng thiết bị tách DIH và DIP [5]
Các quá trình Isome 1 giai đoạn có thể cải tiến bằng cách kết hợp với các
thiết bị loại isohexan (DIH), thiết bị loại isopentan (DIP) hoặc cả hai thiết bị
DIH và DIP để tạo ra các công nghệ mới như Axens DIH, Penex DIH,
DIP/Penex/SuperDIH.
Hình 10. Sơ đồ quá trình Penex/DIH
Sản phẩm từ thiết bị đồng phân hóa được đưa sang tháp khử DIH có bản
chất là tháp chưng cất. Tại đỉnh tháp, isohexan và đimetylbutan (RON cao) dễ
bay hơi hơn được chưng cất ra cùng với các cấu tử C
5
. Sản phẩm đáy của tháp
DIH gồm Metylxyclopentan, xyclohexan được trộn lẫn với sản phẩm đỉnh để
đi vào bộ phận thu hồi sản phẩm isomerat. Dòng cấu tử tách ở cạnh sườn của
tháp DIH gồm MeC
5
, nC
6
có RON thấp được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng.
Công nghệ Penex/DIH có thiết kế đơn giản, cải thiện được trị số RON so
với các công nghệ 1 giai đoạn nhưng trong sản phẩm isomerat vẫn chứa cấu
tử nC
5
nên RON sản phẩm vẫn bị hạn chế.
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 24
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ISOMER HÓA 100.000T/NĂM GVHD: TS.NGUYỄN ANH VŨ
Quá trình kết hợp cả hai thiết bị DIP và DIH (DIP/Penex/SuperDIH) của
UOP tạo ra sản phẩm isomerat có trị số octan RON trên 90 (90 ÷92) nhưng
không kinh tế bằng các quá trình khác vì chi phí vận hành thì cao gấp nhiều

lần so với các quá trình khác (được xem là quá trình có chi phí vận hành cao
nhất). Có lẽ đây là một lý do làm cho quá trình này chưa được ứng dụng
nhiều.
1.5.2.3. Các công nghệ hồi lưu tiên tiến
Để chuyển hoá hoàn toàn tất cả các parafin mạch thẳng, cần phải hồi lưu
các parafin mạch thẳng để chuyển hoá triệt để chúng thành các isome mạch
nhánh. Điều này liên quan đến quá trình tách các parafin mạch thẳng khỏi các
isome của chúng và hồi lưu các parafin mạch thẳng này.
Công nghệ hấp phụ bằng rây phân tử là một giải pháp hiện đại cho giai
đoạn tách này. Sử dụng các rây phân tử hoặc trong pha hơi hoặc trong pha
lỏng là kỹ thuật tách công nghiệp đã được kiểm chứng và đã được áp dụng
cho các quá trình isome hoá.
Phương pháp tách này dựa vào kích thước lỗ xốp của rây phân tử để hấp
phụ một cách chọn lọc các phân tử có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ xốp
của chúng. Bước hấp phụ được kế tiếp bởi bước nhả hấp phụ để thu hồi hết
parafin mạch thẳng. Các bước này được tiến hành theo chu kỳ hoặc giả liên
tục và thường dựa vào dòng thứ ba để nhả hấp phụ (H
2
hoặc nC
5
). [5]
a. Công nghệ TIP của UOP [8]
Hỗn hợp sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị isome hoá được đưa qua tháp
tách để tách khí hydro khỏi sản phẩm lỏng. Sản phẩm lỏng chứa các
isoparafin và n – paraffin chưa phản ứng được cho qua tháp hấp phụ chứa rây
phân tử. Trong tháp hấp phụ, các n – paraffin bị giữ lại trong rây phân tử còn
các cấu tử mạch nhánh và hydrocacbon vòng có đường kính phân tử lớn hơn
SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH
LỚP: KTHH5 – K55 Page 25