NGHIÊN cứu ĐỘNG học PHẢN ỨNG ISOMER hóa n HEXANE TRÊN hệ xúc tác 0,35pt HZSM 5

Trang -i-


I HC QUC GIA TP.H CHÍ MINH
I HC BÁCH KHOA
KHOA K THUT HÓA HC
B MÔN K THUT CH BIN DU KHÍ
o0o


LUẬN VĂN KĨ SƢ


NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC
PHẢN ỨNG ISOMER HÓA n-HEXANE
TRÊN HỆ XÚC TÁC 0,35Pt/HZSM-5



GVHD: GS. TSKH LƢU CẨM LỘC
SVTH: LÊ KHANG KIỀU
MSSV: 61001617





TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2015

i hc Quc Gia Tp.HCM CNG HOÀ XÃ HI CH T NAM
 c lp - T do - Hnh phúc

S: 
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC
B MÔN: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
H VÀ TÊN: LÊ KHANG KIỀU MSSV: 61001617
NGÀNH: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ LP: HC10DK
1.  tài lu
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ISOMER HÓA n-HEXANE
TRÊN HỆ XÚC TÁC 0,35Pt/HZSM-5
2. Nhim v và ni dung:
- u ch xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5.
- Nghiên cu tính cht lý  hóa c    nh thành phn pha
nh cu trúc b mt ca xúc tác (TEM), chu xung (HPC), kh
 (TPR), m tâm acid (TPD).
- Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane  u kin áp sut
ng (1atm), nhi kho sát t 225
o
C n 300
o
C (vc nhy là 25
o
C)
nhnh ng ca các yu t nhi, nguyên liu, sn phn tc
 phn ng. T    ng hc cho phn ng isomer hóa n-
hexane trên h xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5.
3. Ngày giao nhim v lu
4. Ngày hoàn thành nhim v

5. H ng dn: Gm Lc
Ni dung và yêu cc thông qua B môn.
Ngày … tháng … năm 2015 Ngày … tháng … năm 2015
CH NHIM B MÔN NG DN CHÍNH



PHN DÀNH CHO KHOA, B MÔN:
i duyt (ch):
:
Ngày bo v:
m tng kt:
 lu



C HOÀN THÀNH TI PHÒNG THÍ NGHI
DU KHÍ  B MÔN K THUT CH BIN DU KHÍ - KHOA K THUT
HÓA HC  I HC BÁCH KHOA  I HC QUC QUA TP H CHÍ MINH
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -ii-

LỜI CẢM ƠN
c tiên, em xin gi li cm Lc,
ng dn và truyt cho em nhng kin thc quý báu trong sut
thi gian thc hin lu
Em xin gi li c n T và Th.S
Nguyng dn trong sut thi gian qua.
Xin c  , các anh ch phòng thí nghi Du
khí  khoa K thut Hóa hc và các anh ch phòng Du khí  Xúc tác, Vin Công ngh
c  và tu kin thun li cho em hoàn thành lu
Xin cy, Cô b môn K thut Ch bin Du khí - Khoa K thut
Hóa hi hi hc Qu Chí Minh 
dy d và trang b nhng kin thc cn thit cho em trong quãng thi gian hc tp ti
ng.
Xin cy, Cô trong hng chm lu
 n xét giúp em hoàn thi
Xin cp thêm cho tôi nim tin và ngh lc trong
thi gian qua.

TP. H Chí Minh, tháng 01 2015

Lê Khang Kiu
Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -iii-

TÓM TẮT
Trong khuôn kh  tài nghiên cu này, xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5 u
ch bm.
Nghiên cu tính cht lý  hóa (XRD, TEM, BET, TPC, TPR, TPD) ca xúc tác
u ch c các kt qu sau:
- Nung HZSM-5  500
o
C và t cu trúc tinh
th ca cht mang. Trên xúc tác này Pt tn ti  dng phân tán cao trên b mt vi kích
c khong 1,5 nm. Trong xúc tác Pt/HZSM-5 tn ti  dng Pt
2+
nm trong hc
sodalit và hc l.  m bc kh hoàn toàn ta cn
kh xúc tác  nhi khong 500
o
C, trong 2 h.
- Mu xúc tác có m tâm axit yu và trung bình chi  so vi
tâm axit mnh làm cho hot tính ca xúc tác khá cao trong quá trình isomer hóa n-
hexane.
ng hc ca phn ng phân hóa n-hexane trên mu ch
c nghiên cu bng cách kho sát ng ca nhi phn ng và n ca
tác cht, sn phm n t phn ng. Kt qu nghiên cc
ng hc có dng:
62

66
0,5
nC H
1 nC 3 iC
KP P
r=
1+k P +k P

 hin:
- Phn ng din ra trong vùng che ph trung bình, n-hexane tham gia  dng
hp ph không phân ly, còn hydro  dng hp ph phân ly.
- Trong phn ng n-hexane và sn phm phn ng hp ph m
và th hin s i vi phn ng, còn hydro thì không kìm hãm phn ng.

Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -iv-

ABSTRACT
In the framework of this research project, 0.35 wt% Pt/HZSM-5 catalyst is
modulated by the impregnation method.
These are following results from studying the physico  chemical
characteristics of the catalyst (XRD, TEM, BET, TPC, TPR, TPD).
- Calcining of HZSM-5 catalyst at 500
o
C and Pt impregnation have no
significant change in the structure of catalyst support. On the surface of this catalyst,
Pt exists in a highly dispersal form of about 1.5 nm in size. TPR spectrum of catalyst
display 2 peaks at 200

o
C and 400
o
C. In order to make sure that the catalyst is
deactivated entirely, deactivation of catalyst has to be carried out at 500
o
C in 2 hours.
- The catalyst sample has higher density of weak and medium acid centers so
that the activity of catalyst is quite high for the isomerization of n-hexane.
Kinetics of isomerization reaction of n-hexane over modulated catalyst is researched
by studying the effect of temperature, concentration of reactant and products on the
reaction rate. The result of this project is dynamical equation of the form:
62
66
0,5
nC H
1 nC 3 iC
KP P
r=
1+k P +k P

This equation indicates that:
- The reaction takes place in the average coverage, n-hexane participate in the
adsorbed nonionic form, whereas Hydro participate in the form of dissociative
adsorption.
- In the reaction, n-hexane and product adsorb stronger than hydro and
express the ability of reaction inhibition.


Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -v-

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC v
DANH MỤC HÌNH viii
DANH MỤC BẢNG x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1
1.1. LI M U 1
1.2. MC TIÊU NGHIÊN CU 3
1.3. NI DUNG NGHIÊN CU 3
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN 4
2.1. PHN NG PHÂN HÓA 4
2.1.1. Phn ng phân hóa 4
2.1.2. Mng phân hóa 5
 ng phân hóa 7
2.1.4. Các yu t ng phân hóa 10
2.2. XÚC TÁC CA PHN NG PHÂN HÓA 15
2.2.1. Quá trình phát trin ca xúc tác cho phn ng phân hóa 15
ng cha xúc tác 20
NG HC PHN NG PHÂN HÓA 25
ng hóa hc 25
2.3.2. Các nghiên cng hc phn  26
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM 30
Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -vi-

U CH XÚC TÁC 30
3.1.1. Thit b, dng c và hóa cht 30
ng tin cht s dng 30
u ch xúc tác 30
3.2. NGHIÊN CU TÌNH CHT LÝ  HÓA CA XÚC TÁC 32
u x tia X 33
3.2.2. Nghiên cu b mt xúc tác b 33
nh din tích b mt riêng ca xúc tác bp hp ph
BET 34
3.2.4. Chu xung HPC 35
3.2.5. Kh  TPR 37
3.2.6. Hp ph và gii hp NH
3
 TPD 39
3.3. NGHIÊN CNG HC PHN NG 40
 h thng thí nghim 40
3.3.2. Tin hành thc nghim 41
3.3.3. Phân tích hn hp phn ng 46
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50
4.1. TÍNH CHT LÝ  HÓA CA XÚC TÁC 50
4.1.1. Thành phn pha ca xúc tác 50
4.1.2. Kt qu hình thái b mt xúc tác 51
4.1.3. Kh  TPR 52
4.1.4. Kt qu  tâm axit ca xúc tác 53
NG HC PHN NG ISOMER HÓA n-HEXANE 53
4.2.1. ng ca khung hc phn ng isomer hóa 53

4.2.2. ng ca nhi n t phn ng isomer hóa n-hexane 54
Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -vii-

4.2.3. ng ca áp sut H
2
n t phn ng isomer hóa n-hexane 57
4.2.4. ng ca áp sut nC
6
n t phn ng isomer hóa n-hexane 60
4.2.5. ng ca áp sut iC
6
n t phn ng isomer hóa n-hexane 62
4.3. XÂY DNG HC 64
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
5.1. KT LUN 67
5.1.1. Tính cht hóa lý ca xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 67
ng hc phn ng isomer hóa n-hexane 67
5.2. KIN NGH 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC . 72



Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -viii-

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Tr ng du m c phát hin t nh
 1
Hình 2.1. S ph thuc ca thành phn cân bng n-butane/isobutane vào nhi (
o
C)
8
Hình 2.2. ng ca nhi  chuyn hóa v chn lc ca xúc tác 0,5%
Pt/H-Modenit (Phn ng isomer hóa n-hexane, T = 230
o
C ÷ 310
o
C; WHSV= 0,9 h
-1
;
H
2
/nC
6
= 9) [5] 11
Hình 2.3. S ph thu  chuy    chn lc ca phn ng isomer hóa
n-hexane theo áp sut tng trong thi gian 5 phút (০) và 300 phút  
o
C;
WHSV= 4 h
-1
; H
2
/n-hexane = 7) 12

Hình 2.4. S ph thu  chuy    chn lc ca phn ng isomer hóa
n-hexane theo t l H
2
/N
2
(áp sut riêng phn H
2
)  thi gian phn ng 5 phút (০) và

o
C, WHSV= 4 h
-1
, P = 6 kg.cm
-2
) 13
Hình 2.5. S ph thuc c chuyn hóa và hot tính xúc tác 0,3% Pt/Al-MCM-41
trong phn ng isomer hóa n-hexane theo thi gian tip xúc (H
2
/n-hexane = 3,5;
TOS = 45 phút) 15
Hình 2.6. S phân b cc trên xúc tác HY 24
Hình 2.7. s phân b cc trên xúc tác HZSM-5 24
Hình 2.8. S phân b cc trên xúc tác HMOR 25
Hình 3.1.  u ch xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 32
Hình 3.2.  nguyên lý h thng dòng tun hoàn 40
Hình 4.1. Gi XRD ca xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 50
Hình 4.2. nh TEM ca mu xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 51
Hình 4.3. Gi TPR ca xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 52
Hình 4.4. ng cng dòng t chuyn hóa ca phn ng 54
Hình 4.5. Mi quan h gia t phn  chuyn hoá ca n-hexane (X) 

các nhi khác nhau (
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 55
Hình 4.6. S ph thuc ca logarit t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào i
o nhi (X = 0,50;
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 56
Hình 4.7. Mi quan h gia t phn  chuyn hoá ca n-hexane (X) 
các áp sut H
2

khác nhau (T = 250
o
C;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 58
Hình 4.8. S ph thuc ca t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào áp sut H
2

(X = 0,50; T = 250
o
C;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 59
Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -ix-

Hình 4.9. Mi quan h gia t phn  chuyn hoá ca n-hexane (X) 
các áp sut nC
6
khác nhau (T = 250
o
C;
2
H
P
= 500 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 60
Hình 4.10. S ph thuc ca t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào áp sut nC
6

(X = 0,50; T = 250
o
C;
2
H
P
= 500 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 61
Hình 4.11. Mi quan h gia t phn  chuyn hoá ca n-hexane (X)
 các áp sut iC

6
khác nhau (T = 250
o
C;
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77) 62
Hình 4.12. S ph thuc cng ngho t phn ng isomer hóa n-
hexane (1/r) vào áp sut iC
6
(X = 0,50; T = 250
o
C;
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77) 63
Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5


SVTH: Lê Khang Kiu Trang -x-

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Công sung phân hóa (nghìn thùng/ngày) 5
Bảng 2.2ng các chc cho phép có trong nguyên liu quá trình isomer hóa
15
Bảng 2.3. Bng tóm tc các loi xúc tác axit rn 17
Bảng 2.4. Bng tóm tt các loi isomer hóa qua các thi k [4] 19
Bảng 2.5. Hiu su chn lc ca phn ng isomer hóa n-hexane  275
o
C, 5 bar
[19] 23
Bảng 2.6. Các hng s ng hc ca phn ng isomer hóa ankane 29
Bảng 3.1. Khng xúc tác (g), chiu cao lp xúc tác (mm) và th tích thy tinh cn
trn ca xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 42
Bảng 3.2. T dòng s dng trong quá trình kho sát ph thuc ca t phn
ng vào áp sut H
2
43
Bảng 3.3. T dòng s dng trong quá trình kho sát ph thuc ca t phn
ng vào áp sut nC
6
44
Bảng 3.4. T dòng s dng trong quá trình kho sát ph thuc ca t phn
ng vào áp sut iC
6
45
Bảng 4.1. Din tích b mt riêng (S
BET
c tinh th HZSM5 (d
HZSM

) ti v trí
góc nhiu x 2 = 23,3 ca ph ng kính tinh th Pt theo ph TEM (d
TEM
Pt
)
c tinh th Pt (d
Pt
 phân tán c sung ca xúc tác 51
Bảng 4.2. S phân b m các loi tâm axit 53
Bảng 4.3. ng cc h chuyn hóa ca phn ng
isomer hóa n-hexane (
2
H
V
:
2
N
V
= 2:1; V
tng
= 9 l/h; T = 250
o
C;
6
nC
T
= 30
o
C) 53
Bảng 4.4. S ph thuc ca logarit t phn ng isomer hóa n-i

o nhi (X = 0,50;
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 55
Bảng 4.5. S ph thuc ca t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào áp sut H
2

(X = 0,50; T = 250
o
C;
6
nC
P
= 77 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 58
Bảng 4.6. S ph thuc ca t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào áp sut nC
6

(X = 0,50; T = 250
o
C;
2
H
P
= 500 hPa;
6
iC
P
= 0 hPa) 61
Bảng 4.7. S ph thuc ca t phn ng isomer hóa n-hexane (r) vào áp sut iC
6

(X = 0,50; T = 250
o
C;
2
H
P
= 616 hPa;
6
nC
P
= 77) 63
Bảng 4.8. Giá tr các hng s c   ng hc phn ng isomer hóa n-
hexane trên xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 65

Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -xi-

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
FID Flame Ionization Detector
BET Brunauer  Emmett  Teller
XRD X-ray Diffraction Detection
TPR Temperature Programmed Reduction
TPD Temperature Programmed Desorption
TPC Hydrogen Palse Chemsorption
ZSM-5 Zeolite Socony Mobil no. 5
IEA ng th gii
MTBE Methylterttiary Butyl Ether
ETBE Ethylterttiary Butyl Ether
CM Cht mang
i thiu

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -1-

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. LỜI MỞ ĐẦU
Hin nay, du m  thành mt ngun nhiên liu vô cùng quan trng phc
v c lc cho cuc sng ci, t cung cp nhiên liu cho sn xut, cho các
n ti, cho ti to ra các sn phm dân dng s
dng trong i sng hng ngày. Báo cáo ca IEA (ng Quc t) cho
bit , nhu cu du m toàn c15 s u thùng/ngày so vi
mc 1,2 triu thùng/ngày hin nay và ch yn t các nn kinh t th ng mi
ni và các quc gia công nghip mi.
Tuy nhiên, ngun nhiên lin kit. Hình sau th
hin tr ng du m ca th gii t  i (theo báo

cáo v ng th gii ca IEA).

Hình 1.1. Tr ng du m c phát hin t nh

c tình hình này, v cp thit hin nay cn phi thc hi
chính là phi tìm ra mt ngun nhiên liu mi thay th, bên cn
phi nâng cao các công ngh x lí và ch bin hin t có th s dng mt cách hiu
qu nht ngun nhiên liu này.
Trong s các sn phm du m t ngun nhiên liu vô cùng quan
trng, nó có mt trong hu ht mi sng và sn xui nhu cu
tiêu th không nga loi nhiên liu này thì nhu cu v nhng lo
i thiu

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -2-

chng cao (có ch s octane cao, ít gây ô nhing, nâng cao tui th ca
nh m trong thi gian qua.
a th gi nâng cao ch s i ta
ng b c các ph c ETBE
uy nhiên, hin nay các ch tiêu v thành phn hóa hc c
tr nên kh i 2005) liên minh
Châu Âu sit cht gii hng các hp ch c hnh
(150 ppm  50 ppm), hydrocacbon (42%  35%), oleffin (18%), benzen (1%),
Hin nay, do tính chc hi mà sn ph loi b hoàn toàn.
ng  p cht ch gia MTBE, ETBE
c chc hi cho nc hn ch s dng.
Vì vi ta dn dn chuyng phân hóa các paraffin thp (C
5
 C
6

)
    s       c h   i và môi
ng.
Trong phn c xem là yu t ct lõi quynh
 chuyn hóa ca phn  tinh khit ca sn ph hiu qu v
mt kinh t, t   hin kh   ng ca nó trong thc t  qui mô công
nghip. Xúc tác cho phn ng phân hóa có nhiu h úc tác kim loi quý,
xúc tác kim loi quý bi

u
cm Lc thuc Vin Công ngh Hóa h
thành phn t xúc tác Pt trong phn ng
ng phân hóa n-hexanei k n xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5


0,35Pt/HZSM-5) vi hot tính cao.
Tip ni các nghiên cc, phn ng phân hóa trên xúc tác này cn
c làm rõ quy lung hc, các yu t n t phn t
 phn ng, áp sut riêng phn ca các tác cht và sn phm phn ng. Vì v tài:
Nghiên cu ng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-
c hin trong lu kt qu c cho phép
i thiu

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -3-

    ng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác
0,35Pt/HZSM-5.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
 ng ca các yu t  phn ng, áp sut riêng phn
ca các tác cht và sn phm phn ng n t phn ng.

ng hc phn ng ng phân hóa n-hexane trên h xúc
tác 0,35Pt/HZSM-5.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong khuôn kh lu tài tin hành nghiên cu các ni dung sau:
- u ch xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 bm.
- Nghiên cu tính cht lý  hóa cu ch: BET, XRD,
TPR, HPC, TEM, TPD.
- Nghiên cng hc phn ng phân hóa n-hexane: kho sát s ph
thuc ca t phn ng vào nhit riêng phn ca các tác ch
  
2
, n-hexane) và sn phm phn ng (i-hexane).
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -4-

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. PHẢN ỨNG ĐỒNG PHÂN HÓA
2.1.1. Phản ứng đồng phân hóa
ng phân hóa, hing là chuyn hóa phân t t dng phân
này sang dng phân khác, là phn ng có nhiu kiu chuyn hóa khác nhau, ví
d: di chuyn các n, chuyn hóa t mt cu hình này sang cu hình
i cu trúc ca mn ng phân làm thay
i cu trúc mch carbon ca các phân t hydrocarbon là quá trình có tm quan trng
nht do quy mô trin khai ng dng ca nó trong các ngành công nghip hóa  lc
du.
Phn u trúc các n-paraffin có th din ra trên các xúc tác
axit  carbocation, tuy nhiên hin nay trong công nghip quá trình này ch
yc thc hing chi s có mt ca hydro.
i ta chia các quá trình công ngh ng phân hóa n-paraffin

thành 2 loi :
- ng phân hóa các n-ankane thp C
5
 C
7
 sn xut các cu t có tr s
octane n hóa n-butane thành isobutane  sn xut alkylate
- ng phân hóa các n-ankane mch dài trong các sn phm du nhm làm
gim nhi c.
Bng sau trình bày s  ng c     ng phân hóa n-
paraffin nh trên th gii [1] .

ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -5-

Bảng 2.1. Công sung phân hóa (nghìn thùng/ngày)
Khu vc
m
1990
1995
1998
2000
2010
Bc M
504
604
664
700
800

Tây Âu
169
437
501
550
580

24
67
92
210
700

-
39
57
100
200
M Latin
23
41
116
120
135

3
49
66
150
200

Châu Phi
15
15
30
50
80
Tng cng
738
1252
1526
1880
2695
2.1.2. Mục đích của quá trình đồng phân hóa
Trong công nghip ch bin dng phân hóa c ng
d  sn xut isobutane. Isobutane   c alkyl hóa bng butylene  to
thành isootane. Quá trình isomer hóa công nghip phát trin vi m   
ngun isobutane  là ngun nguyên li  sn xut alkylate, là thành phn ch s
octane cao cho . Nguyên liu ca quá trình là n-butane tách ra t khí ca nhà máy
ch bin dng phân hóa n-butane t bit quan tâm trong nhà máy
không có cracking xúc tác (khí cracking xúc tác cha nhiu isobutane). Xúc tác cho
quá trình này là nhôm oxit clo hóa, hot hóa bng HCl, ch  nhi ôn hòa (90
o
C
 120
o
C) và áp sut cao.
Nhn tranh th gii th hai nhu cu v m nên
ng phân hóa trong th
  u v ng phân hóa l    i v ch  
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -6-

    ng cao (RON 93 và RON 98) cn cha t 25% - 45%
isoparaffin, nhc trong quá trình alkyl hóa và isomer hóa. Thêm chúng vào các
thành ph dng
c ng phân hóa có th ng tr s octane c (sôi
n 85
o
C) lên 15  i s ng ca vic sn xut
e 
Giá tr to ln cng phân hóa là nguyên lic s dng là các
thành phn có ch s octane thp  n 62
o
C và raffinate ca
reforming xúc tác. Các nguyên liu này cha ch yn pentane và hexane.
Chúng s ng có hydro to thành isoparaffin vi tr
s octane cao. Tính cht quan trng ca isomer hóa là chênh lch gia tr s octane xác
nh bu (RON) ti thiu.
Chênh lch này là 2  . Isomerate có trong thành phn phm làm
gii ca aromatics n 
chng kích n  a sn phng phân hóa các hydrocarbon C
5

C
6
khin cho chúng tr thành các cu t có giá tr ng chng cao. Ví d, n-
hexane (có nhi sôi 69
o
C) và có tr s octane ng phân ca nó có

tr s octane cao [2]:
2-metylpentane 73,5
3-metylpentane 74,3
2,2-dimetylbutane 93,4
2,3-dimetylbutane 94,3
Tr s octane c bit cao khi pha trn isomerate vu tr
s octane ca sn phng phân hóa các hydrocarbon C
5
 C
6
là 98 thì tr s ca
hn hp aromatics là 103  104 [2]  n này isomerate không thua
kém sn phm ca quá trình alkyl hóa isobutane bng butylene.
c tính quan trng khác cng phân hóa là chúng ít b nh n áp
su    n phm. Hin nay, thành ph  n phm là butane hoc
isobutane, tr s octane cng kích n c phn ca
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -7-

 7% - 10% vi áp sut nhiên, vi nng
 y butane và isobutane t áp su
cu nghiêm ngt v áp sun ph ng mng,
nên isopentan và isohexane là thành phn octane cao c
2.1.3. Cơ chế đồng phân hóa
Phn ng phân hóa n-paraffin là phn ng thun nghch, din ra không có
s i th tích, ta nhit nh (6  8 KJ/mol [2] ng nhing ch
ph thuc vào nhi, cân bng nhing chuyn dch v phía
  n hydrocarbon mch thng và gim thành phn hydrocarbon mch
nhánh. Trên hình 2.1 biu din s ph thuc ca t l cân bng mol n-butane/isobutane

vào nhi [3] . Các kho sát tr s octane ca các hn hp cân bng C
5
, C
5
+ C
6
và
C
6
cho th t 373 K lên 573 K các giá tr cng này gim
ng là t 88, 85 và 82 xung còn 81, 77, 71 [3] 
n nhing hc, phn ng phân hóa n-paraffin có th xy ra thun
li  u kin nhi thp. Tuy nhiên, theo quy lut cng hóa hc, nhi cao
s y t ca các phn ng hóa hc mô t 
trình Arrhenius:
r= A.k.e
-E/RT

(
2.1)

r: t phn ng ti nhi T.
A: h s u t entropi.
k: hng s t phn ng.
ng hot hóa ca phn ng.
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -8-

Hình 2.1. S ph thuc ca thành phn cân bng n-butane/isobutane vào nhi (
o
C)
Nghiên c phn ng phân hóa cho thy, phn ng này din ra
 ni ting phân cha hai, ba nhóm metyl to thành qua
n to isomer vi m sâu chuyn hóa làm
  s octane 
2.1.3.1. Phản ứng đồng phân hóa hydrocarbon với xúc tác axit
Phn  ng phân hóa hydrocarbon vi xúc tác axit di    
carbocation. Xét phn ng isomer hóa n-butane [2] . Vt oleffin trong hn h
mào phn ng. Kt hp oleffin vi xúc tác sinh ra proton xúc tác và ion carboni:
CH
3
 CH
2
 CH = CH
2
+ HA  CH
3
 CH
2
 C
+
H  CH
3
+ A
-

(
2.2)

i phân t n-butane sinh ra ion carboni mi t n-butane:
CH
3
 CH
2
 C
+
H  CH
3
+ CH
3
 CH
2
 CH
2
 CH
3

CH
3
 CH
2
 CH
2
 CH
3
+ CH
3
 CH
2

 C
+
H  CH
3
(
2.3)
n hóa tip thành ion carboni bc ba:
CH
3
 CH
2
 C
+
H  CH
3
 C
+
H
2
 CH  CH
3
 CH
3
 C
+
 CH
3
CH
3
CH

3

(
2.4)
Ion carboni bc ba hình thành theo cách này tip tc tham gia vào phn ng dây
chuyn vi các phân t n-butane mi và trong quá trình này isobutane c to thành:
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -9-

CH
3
 C
+
 CH
3
+ CH
3
 CH
2
 CH
2
 CH
3


CH
3

 CH

3
 CH  CH
3
+ CH
3
 CH
2
 CH
2
 CH
3
CH
3

(
2.5)
T ng phân hóa các paraffin mch th 
d, ting phân hóa trên xúc tác sulfua volfram t 
i ca các n-paraf [2] : n-pentane  1,0; n-hexane  1,2; n-octane  4,2.
2.1.3.2. Phản ứng đồng phân hóa với xúc tác lưỡng chức năng
ng ch: phn ng dic:
hydro hóa   phn   ng chc
i quá trình xy ra theo th t sau [4] : (i) dehydro hóa n-paraffin trên tâm
kim loi thành n-olenfin, (ii) di chuyn và hp ph n-oleffin trên các tâm axit, (iii) hình
thành ion cacboni mch thng và (iv) ting phân hóa ion này thành mch
nhánh, (v) chuyn hóa ion cacboni thành phân t isooleffin, (vi) chuyn isooleffn
các tâm kim loi và (vii) hp ph và hydro hóa isooleffin trên các tâm kim loi thành
isoparaffin.
-H
2

khuch tán +H
2

nP nO nO nC
+

kim loi axit Sn
phm
+H
2
khuch tán -H
2
Cracking
iP iO iO iC
+
kim loi axit
 phc tp này kh y ra các phn ng ph là rt ln. Yu t
quan trng nht n kh n các phn ng ph là t l các tâm
kim loi/các tâm axit. T l này phi c mt giá tr ti thiu nhnh [4] . Nu t
l này quá nh c hình thành trên các tâm axit s có nhiu có h
ng quan

SVTH: Lê Khang Kiu Trang -10-

tham gia vào các phn ng khác.  ng hp n các tâm
kim lo ln thì hing cc hóa b mt xúc tác vn có th xy ra nu áp sut
hy ln.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đồng phân hóa
Thông s công ngh ca quá trình ph thuc vào bn cht ca nhiên liu và xúc
tác s dng.

2.1.4.1. Nhiệt độ
V nhing hc phn ng phân hóa din ra thun li  u kin nhit
 thp. Nhi thp có kh o thành isomer có  
nhc sn phm có ch s octane n, khi  
 n m ng thi khi t s làm
 isomer hóa n-pentane
t 350
o
C lên 375
o
C hiu sut isopentane p tt
 lên 400
o
u sut isopentane gim [2] .
Nguyn Vi   ng s [5] , trong công trình nghiên cu ca mình v
phn ng isomer hóa n-hexane trên xúc tác Pt/H-Modenit, cho thy rng khi nhi
 chuy chc lc gim. Nhi  làm t phn
 chuyc li thun ln ng cracking
và hydro phân t n phm cracking và gi chn lc i-hexane.