đồ án isome hóa của nhà máy dung quất

Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

















GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
LỜI CẢM ƠN
Đồ án chuyên ngành là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập,
nghiên cứu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau hơn một
tháng làm việc, em đã hoàn thành đề tài này. Thành quả đạt được hôm nay là do
sự nỗ lực của bản thân dưới sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý
thầy cô, của bố mẹ cũng như các anh chị em, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bà Rịa Vũng
Tàu đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học
vừa qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa Học và CNTP. Trên hết em xin
bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô Lê Thu Dung đã hướng dẫn đề tài và tận
tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án chuyên ngành này.
Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn động
viên giúp em vượt qua nhiều khó khăn trong thời gian qua.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em những lời
chúc tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những
thiếu sót là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy
cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Vị trí phân xưởng Isomer trong nhà máy lọc dầu
Hình 1.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa
Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ Isome hóa
Hình 2.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất
Hình 2.2 Sơ đồ các phân xưởng công nghệ
Hình 2.3 Sự tạo thành Zeolite A,X(Y) từ các SBU
Hình 2.4 Một đơn vị cấu trúc Zeolite A cùng với vị trí cation đối (I, II, III) và
hệ thống kênh
Hình 2.5 Cấu tạo tháp hấp phụ
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
DANH MỤC BIỂU BẢNG
Bảng 1.1 Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc
tác khác nhau
Bảng 1.2 Dạng nguyên liệu và sản phẩm octan
Bảng 2.1 Đường kính mao quản của một sô zeolit
Bảng 2.2 Một số Zeolite được sử dụng trong công nghiệp
Bảng 2.3 Đường kính mao quản của một sô zeolite cụ thể
Bảng 2.4 Đường kính phân tử một số chất
Bảng 2.5 Thành phần hóa học và tính chất hấp phụ HPG-250
Bảng 3.1 Tính chất nguyên liệu
Bảng 3.2 Thành phần của Make up
Bảng 3.3 Kết quả tính toán
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
DANH MỤC VIẾT TẮT
C1 : ethane
C2 : Ethane
C3 : Propane
iC4 : i-butane
nC4 : n-butane
iC5 : i- pentane

nC5 : n-pentane
CP : cyclopentane
22-DMB : 2,2-dimethylbutane
23-DMB : 2,3-dimethylbutane
2-MP : 2-methylpentane
3-MP : 3-methylpentane
nC6 : n-hexane
MCP : methylcyclopentane
CH : cyclohexane
BZ : benzene
2-MH : 2-methylhexane
3-MH : 3-methylhexane
3-EP : 3-ethylpentane
22-DMP : 2,2-dimethylpentane
23-DMP : 2,3-dimethylpentane
24-DMP : 2,4-dimethylpentane
33-DMP : 3,3-dimethylpentane
nC7 : n-heptane
MCH : methylcyclohexane
DMCP : dimethylcyclopentane
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là quốc gia may mắn được thiên nhiên ưu đãi, ban tặng cho
nguồn tài nguyên quý giá là dầu mỏ. Chỉ tính riêng năm 1994, thu nhập từ dầu
khí đã gần 1 tỷ USD bằng một phần ba tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước.
Trong giai đoạn phát triển với nhịp điệu tăng trưởng cao, dầu khí sẽ đóng một
vai trò vô cùng quan trọng góp phần hình thành nên nhiều ngành kinh tế và kỹ
thuật khác ra đời và phát triển như: năng lượng, công nghiệp nhiên liệu, công
nghiệp hàng tiêu dùng và nhiều ngành công nghiệp đa dạng khác.

Nhằm đáp ứng được xu thế phát triển công nghệ chế biến dầu mỏ nhằm
đáp ứng sự đa dạng trong sản phẩm và tận dụng được nguồn tài nguyên, chính
phủ và nhà nước đã tập trung xây dựng nhiều dự án mang tính quy mô và chiến
lược trong lĩnh vực dầu khí. Sự ra đời của nhà máy lọc dầu Dung Quất là một
điển hình hứa hẹn một sức bật mạnh mẽ cho công nghiệp dầu khí và đảm bảo về
an toàn năng lượng, một vấn đề được quan tâm nhất đối với kinh tế nhiều quốc
gia và cũng như đối với Việt Nam chúng ta.
Trong chức năng và nhiệm vụ của mình, nhà máy sẽ cung cấp cho thị
trường các sản phẩm: LPG, Xăng 90/92/95, Nhiên liệu phản lực, Dầu Diesel,
FO Một trong những sản phẩm chiếm thị phần phân phối rất lớn, có mặt khắp
mọi nơi và cũng đang là nhu cầu bức thiết của xã hội hiện nay đó là xăng có chỉ
số octan cao và ít ô nhiễm môi trường để thay thế cho xăng Mogas 83 chất
lượng thấp. Chất lượng cho xăng thương phẩm sẽ được cải thiện rất nhiều nhờ
hai phân xưởng RC và đồng phân hóa. Trong đó, phân xưởng đồng phân hóa với
năng suất 6500 thùng/ngày bằng công nghệ PENEX-DIH của UOP vừa đảm bảo
tăng RON cho xăng nhưng lại ít tạo các hợp chất thơm độc hại như phân xưởng
RC. Trong tương lai gần phân xưởng Đồng phân hóa càng có vai trò quan trọng
và là phân xưởng không thể thiếu trong các nhà máy lọc dầu trong tương lai.
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Với tình hình trên, đề tài đã tiến hành: ‘‘Nghiên cứu và thiết kế phân
xưởng đồng phân hóa (Isome hóa) của nhà máy lọc dầu Dung Quất’’ với mục
tiêu:
- Tìm hiểu công nghệ phân xưởng Isome hóa với xúc tác
- Tính toán thiết kế tháp phản ứng Isome hóa.
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tình hình chế biến dầu mỏ
1.1.1. Tình hình dầu mỏ thế giới
Trong những năm gần đây thế giới đang lâm vào một cuộc khủng hoảng
năng lượng, giá dầu thô trên thị trường thế giới liên tục tăng cao, giá dầu trung

bình có lúc lên đến 70USD/thùng. Cuộc khủng hoảng này sẽ được khắc phục
chủ yếu nhờ vào việc nỗ lực phát triển công nghệ, sử dụng tiết kiệm năng lượng.
Nguồn dầu khí trên thế giới phân bố không đều, trong đó chủ yếu dầu mỏ
tập trung ở khu vực Trung Đông 63,3%, châu âu và châu á chiếm 9,2%, trung
mỹ và nam mỹ chiếm 8,9%.
Giá các loại năng lượng không ổn định, đặc biệt là giá dầu thường thay
đổi theo biến động của chính trị thế giới. Trong năm 2004 giá dầu tăng từ
25USD/thùng đến 50USD/thùng. Những tháng đầu năm 2006 giá dầu tăng đến
70USD/thùng.
1.1.2 Tình hình dầu mỏ Việt Nam
Năm 2003, tổng sản lượng sản xuất đạt khoảng 35,1 triệu tấn dầu, trong
đó dầu thô đạt 17,53 triệu tấn.
Sản xuất năng lượng có tốc độ tăng bình quân giai đoạn 1991-2003 là
13,14 %/năm, trong đó khai thác dầu tăng 16,5%.
Cơ cấu năng lượng sản xuất năm 2003, dầu mỏ chiếm tỷ trọng lớn nhất
485, tiếp đến là than 31,5%, thủy điện 13% và khí đốt tăng 7,5%.
Năm 2003, Việt Nam xuất khẩu 17,2 triệu tấn dầu thô, trên 7 triệu tấn
than. Giá trị xuất khẩu năng lượng đạt khoảng 4 tỷ USD, tăng 16,5% so với năm
2002 và bằng 17,3% kim ngạch xuất khẩu của cả nước.
Trang 1
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
1.2 Phân xưởng isomer hóa
1.2.1. Giới thiệu về quá trình đồng phân hóa
Quá trình đồng phân hoá phân đoạn C
5
– C
6
để sản xuất trực tiếp xăng
isomerat. Quá trình đồng phân hóa chuyển n-paraffin thành i-paraffin có IO cao
hơn và có độ nhạy thấp.

Quá trình đồng phân hoá paraffin nhẹ gồm hai phần:
- Đồng phân hoá n-C
4
thành i-C
4
: nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa
- Đồng phân hoá phân đoạn C
5
- C
6
: sản xuất xăng isomerat để phối trộn
vào xăng.
Ngoài ra còn có quá trình đồng phân hóa nC
4
=  iC
4
= nguyên liệu cho quá
trình sản xuất MTBE.
1.2.2. Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu
Hình 1.3: Vị trí của phân xương isomer trong nhà máy lọc dầu
Trang 2
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Phân xưởng Isome hóa là 1 trong 3 phân xưởng chính của cụm 1A trong
nhà máy. Cụm 1A bao gồm phân xưởng Naphtha HydroTreater (NHT), phân
xưởng Continuous Catalytic Reformer (CCR), và Isome (ISOM). Dòng naphtha
từ CDU được đưa đến phân xưởng NHT, tại đây Naphtha được xử lý bằng hydro
sử dụng thiết bị phản ứng một tầng xúc tác cố định để khử các tạp chất lưu
huỳnh, Nitơ có trong FRN từ phân xưởng CDU, chuẩn bị nguyên liệu cho phân
xưởng ISOM và CCR. Naphtha sau khi được xử lý sẽ đi vào tháp phân tách
(Naphtha Splitter) cho ra hai sản phẩm:

- Light Naphtha đưa sang phân xưởng Isome hóa Unit – ISOM
- Heavy Naphtha đưa sang phân xưởng Reforming Unit – CCR
Phân đoạn naphtha nhẹ C
5
,C
6
có trị số octan không đủ cao, RON nằm
trong khoảng 60-70 , vì nC5 chiếm 40-60 % trong tổng số nC
5
, nC
6
chiếm 25-
40 % trong số nC
6
còn trong số iC
5
và iC
6
thì phần lớn là hydrocacbon một
nhánh. Hàm lượng các hydrocacbon naphten và aromatic trong chúng thường rất
bé, chỉ một vài ba phần trăm. Do đó cần phải làm tăng ON của chúng bằng cách
đồng phân hóa các hydrocacbon đó thành hydrocacbon nhiều mạch nhánh với
RON > 90.
1.2.3. Nguyên liệu
Phân đoạn C
5
-C
6
thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô hoặc từ
quá trình RC. Trong trường hợp RC, xăng reformat thu được sẽ phân tách thành

2 phân đoạn:
 Reformat nặng chứa C
7
+
làm cấu tử pha xăng
 Reformat nhẹ chủ yếu là benzene sau khi được hydro hóa (có thể
phối trộn với phân đoạn C
5
– C
6
thu được từ CDU) làm nguyên liệu
cho quá trình isomer hóa
Trong trường hợp tổng quát, điểm cắt của chưng cất nguyên liệu được duy
trì ở 70-80
0
C để tránh sự có mặt của benzen, cyclohexane và hydrocacbon C
7+
.
Bởi lẽ sự có mặt của thành phần này trong nguyên liệu của phân xưởng Đồng
phân hóa sẽ dẫn đến giảm hiệu suất của quá trình.
Trang 3
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
1.2.4. Các phản ứng của quá trình
1.2.4.1. Các phản ứng chính
Phản ứng isome hóa xảy ra theo cơ chế cacbocation trên xúc tác axit. Trước
kia xúc tác AlCl
3
ít nhiều được tăng cường tính axit bởi HCl ,H
2
SO

4
được dung
phổ biến. Phản ứng xảy ra trong pha lỏng , ở nhiệt độ dưới 120
0
C khi có mặt
một lượng khí H2 bằng áp suất 20-60 atm. Lượng khí H
2
1-6 % mol nguyên liệu
có tác dụng chống các phản ứng phụ. Nhược điểm của chất xúc tác loại này là ăn
mòn thiết bị dự dội và tính chọn lọc kém, cụ thể là gây ra các phản ứng Cracking
ở mức độ đáng kể.
Phản ứng xảy ra trong tầng xúc tác cố định, chứa kim loại hiếm và thành
phần cung cấp tính axit. Phản ứng xảy ra trong môi trường hydro và
percloroethylen như một chất hoạt hóa xúc tác, được phun vào với nguyên liệu
với khoảng phần trăm của 150 phần trên phần triệu trọng lượng. Xúc tác yêu cầu
phải khô, hàm lượng sulfua thấp trong nguyên liệu. Quá trình hydrocraking
thành các khí nhẹ nói chung ít xảy ra.
Trang 4
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
1.2.4.2. Các phản ứng phụ
CH
3
89.3 RON 84 RON
Trang 5
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
1.2.5. Sản phẩm
• Xăng isomerat rất giàu i-paraffin (chủ yếu là i-C
5
và i-C
6

)
• Fuel gas
Tuỳ vào thành phần nguyên liệu, sơ đồ công nghệ và xúc tác khác nhau mà
thu được những sản phẩm với thành phần và chất lượng khác nhau.
1.2.6. Nhiệt động học
Phản ứng đồng phân hoá là phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt ít (ΔH = - 4 ÷ -
20 kJ/mol). Đây là một phản ứng không biến thiên số mol và không ảnh hưởng
bởi sự biến thiên áp suất. Cân bằng nhiệt động học thể hiện trong sơ đồ:
Hình 1.4: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa
Trang 6
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Dựa vào giản đồ ta thấy rằng quá trình isome hóa xảy ra ở nhiệt độ càng
thấp càng tốt. Do đó cần phải giảm nhiệt độ đến mức thấp nhất có thể để thu
được lượng sản phẩm isomerat có chứa nhiều cấu tử RON cao.
1.2.7. Xúc tác
1.2.7.1. Quá trình phát triển của xúc tác
Xúc tác của quá trình phải mang tính axit để xúc tiến cho sự hình thành
cacbocation, tồn tại ở giai đoạn trung gian.
Bốn loại xúc tác được phát triển liên tiếp kể từ năm 1933, các nhà nghiên
cứu đã chỉ ra rằng hexane và heptane có thể bị đồng phân hoá bởi AlCl
3
, đây là
xúc tác đầu tiên của quá trình đồng phân hoá.
- Loại 1: Xúc tác Friedel Crafts, thể hiện độ hoạt động cao ở nhiệt độ thấp
(80- 100
0
C). Tuy nhiên xúc tác này khó ứng dụng vì nó nhạy với tạp chất trong
nguyên liệu và phát sinh sự ăn mòn.
- Loại 2 (năm 1950): Xúc tác hai chức kim loại/chất mang, chủ yếu là
Pt/Al

2
O
3
, gần giống xúc tác của quá trình RC. Xúc tác này ứng dụng đơn giản,
vấn đề ăn mòn bị loại bỏ, vấn đề nhạy với chất ngộ độc xúc tác ít mãnh liệt, tăng
thời gian sống. Tuy nhiên, nó làm việc ở nhiệt độ cao: 350-500
0
C, dẫn đến hạn
chế về nhiệt động học của quá trình chuyển hoá.
- Loại 3: Xúc tác này cũng là xúc tác hai chức kim loại/chất mang nhưng
tăng tính axit bằng clo (halogen) trên chất mang Al
2
O
3
. Nó cho phép đạt được
hoạt tính cao ở nhiệt độ làm việc gần giống quá trình xúc tác Friedel Crafts (80 –
150
0
C). Nó rất nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt với nước. Ngoài ra, nó còn
gây ra quá trình ăn mòn. Sự ăn mòn này chủ yếu là do bơm hợp chất chứa Clo
liên tục vào nguyên liệu để duy trì hoạt tính của xúc tác. Do đó, chất xúc tác này
rất khó ứng dụng.
- Loại 4 : Xúc tác Zeolithe, hai chức, cho phép làm việc ở nhiệt độ trung
bình: 250 – 260
0
C. Chất xúc tác này có những điểm thuận lợi là dễ ứng dụng và
chống ngộ độc xúc tác (thậm chí nó có thể chống ngộ độc đối với lưu huỳnh và
nước). Do đó, phân xưởng không cần quá trình tiền xử lý nguyên liệu.
Trang 7
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung

Mỗi loại xúc tác thể hiện quá trình phát triển trong công nghiệp. Chỉ thực
sự ứng dụng trong công nghiệp xúc tác loại 3 và loại 4.
1.2.7.2. Các xúc tác dùng trên thị trường
Một số loại xúc tác trên thị trường hiện nay:
UOP





−
2
2
4
32
ZrO/SO/Pt100LPI
chloreOAl/Pt
Mordenite/Pt
AXENS







−
PtenteneurfaibleprechlorerOAlPtAIS
prechlorerOAlPtAIS
situinchlorerOAlPtIS

MordenitePtIP
32
32
32
/614
/612
/612
/632
AXENS-AKZO ATIS-2L Pt/Chlorinated Alumina
*Đặc điểm:
Xúc tác thể hiện dưới hình dạng viên bi có thể bền với các tác dụng cơ học,
gồm khoảng 0,2 – 0,3 % Pt.
Hàm lượng Cl trong xúc tác Pt/Al
2
O
3
(Cl) từ 5-10%.
Trong trường hợp xúc tác hai chức (xúc tác zéolitique) thì Pt vừa tham gia
trực tiếp vào cơ chế phản ứng, vừa là tác nhân tẩy rửa bề mặt do quá trình tạo
cốc bám trên xúc tác.
Trong trường hợp xúc tác đơn chức, Pt đóng vai trò chủ yếu là tác nhân khử
cốc.
Xúc tác [Pt/Al
2
O
3
(Cl)] rất nhạy với chất độc và với sự có mặt của nước
(tách loại Cl) và chất hữu cơ chứa nitơ (trung hoà các tâm axit). Hàm lượng của
chúng trong nguyên liệu phải dưới 0,1 ppm.
1.2.7.3. So sánh các loại xúc tác

Đặc điểm của các loại xúc tác được sử dụng hiện nay:
- Xúc tác [Pt/Al
2
O
3
(Cl)] nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt là nước và
chất hữu cơ chứa nitơ (trung hoà tâm axit) và lưu huỳnh. Nước và hợp chất chứa
Nitơ là những chất gây ngộ độc vĩnh cữu, yêu cầu hàm lượng của chúng trong
nguyên liệu phải thấp hơn 0,1ppm. Lưu huỳnh là chất gây ngộ độc thuận nghịch,
Trang 8
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
hàm lượng yêu cầu trong nguyên liệu giới hạn ở 5 ppm. Do đó cần phải có quá
trình xử lý bằng hydro ở nhiệt độ thấp để loại bỏ các chất gây ngộ độc xúc tác.
- Xúc tác zeolit bền với chất gây ngộ độc. Nó ít bị ngộ độc bởi một hàm
lượng lớn lưu huỳnh và nước. Chỉ có hợp chất hữu cơ chứa nitơ có khả năng
trung hoà tính axit của xúc tác sẽ dẫn đến ngộ độc tức thời.
- Xúc tác Pt/SO
4
2-
/ZrO
2
(UOP) có hoạt tính cao hơn xúc tác zeolit nhưng
thấp hơn Pt/Al
2
O
3
(Cl). Nó bền với chất gây độc, độ ổn định cao, không cần tách
nước cho nguyên liệu và dòng hydro, không cần xử lý S cho nguyên liệu khi
hàm lượng thấp và có khả năng tái sinh dễ dàng. Hoạt tính cao hơn, vận hành ở
nhiệt độ thấp hơn, tuổi thọ xúc tác lớn hơn.

Rây phân tử SAPO 5 :
- Rây phân tử aluminophotphat được phát hiện đầu tiên vào đầu những
năm 1980. Song cho đến nay những dạng thay thế đồng hình của chúng vẫn
đang được quan tâm. Khi thay thế những nguyên tử Al,P trong AlPO
4
bằng Si
tạo được SAPO. Vật liệu này có khả năng trao đổi ion và có tính axit bề mặt.
Tuy vậy các tính chất này còn phụ thuộc vào hàm lượng Si trong khung và
SAPO như một xúc tác axit.
- Rây phân tử SAPO – 5 mang kim loại Pt có thể làm xúc tác tốt cho quá
trình đồng phân hoá n- hexan. Đường kính phân tử lớn của rây phân tử này tạo
điều kiện thuận lợi cho đồng phân mạch nhánh tạo thành. Hàm lượng Pt tối ưu
tìm được là 0,6% về trọng lượng so với SAPO – 5. Khi tăng hàm lượng Si trong
SAPO – 5 thì độ chuyển hoá tăng, nhưng khi hàm lượng Si trong khung vượt
quá 10% thì tỷ lệ đồng phân hoá trên cracking giảm. Nhiệt độ thường dùng cho
phản ứng đồng phân hoá trên xúc tác này là 300 đến 350
0
C.
- Phản ứng đồng phân hoá thường được tiến hành trên axit hai chức năng.
Trong đó tâm hydro hoá (pha kim loại) tạo hợp chất trung gian olefin và tâm
axit trên chất mang tạo ion cacbenium để cuối cùng hình thành sản phẩm đồng
phân hoặc sản phẩm cracking.
- Với nhiều xúc tác thường tỷ lệ đồng phân/cracking giảm khi nhiệt độ
tăng. Còn đối với chất mang SAPO – 5 thì ngược lại, tỷ lệ đồng phân/cracking
Trang 9
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
tăng từ 250 đến 350
0
C sau đó giảm dần. Như vậy, xúc tác Pt/SAPO – 5 thuộc
loại xúc tác đồng phân hoá ở nhiệt độ trung bình. Điều này do số lượng tâm và

độ mạnh axit trung bình gây ra.
- Khi tăng tốc độ khí hydro, tức làm giảm thời gian tiếp xúc của nguyên
liệu với xúc tác thì độ chuyển hoá giảm nhưng tỷ lệ đồng phân/cracking tăng.
Có thể khi tốc độ dòng cao, thời gian tiếp xúc thấp thì thời gian lưu của HC trên
xúc tác ngắn nên phản ứng phụ ít xảy ra. Còn nếu giảm hàm lượng hydro và
tăng hàm lượng Nitơ trong khí mang để tốc độ dòng không đổi thì độ chuyển
hoá tăng nhưng tỷ lệ đồng phân/cracking giảm do giảm tỷ lệ hydro thì quá trình
cracking tăng.
1.2.8. Cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng khác nhau tuỳ theo xúc tác dùng là Pt/Alumine chlorée
hoặc xúc tác zeolit.
• Với xúc tác mang tính axit cao Pt/alumine chloré, cơ chế phản ứng xảy ra
như sau:
- Hình thành cacbocation:
hoặc
- Sắp xếp lại cacbocation bậc 2 thành cacbocation bậc 3 bền vững hơn.
Trang 10
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
- Hình thành isoparaffin bằng sự chuyển hóa hydrua :
• Với xúc tác zeolithe có tính axit yếu: thể hiện cơ chế đa chức năng kim
loại/axit. Ban đầu, olefin tạo thành do quá trình khử hydro của paraffin trên
platin. Sau đó cacbocation được hình thành bởi sự proton hoá những olefin trên
tâm axit.
- Hình thành n- olefin:
- Hình thành cacbocation:
- Sắp xếp lại cacbocation bậc hai thành cacbocation bậc ba
- Hình thành iso-oleffin:
Trang 11
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
- Hình thành iso-paraffin:

Trên loại xúc tác thứ hai này, quá trình phản ứng có sự chuyển vị giữa tâm
kim loại và tâm axit, điều này đòi hỏi các tâm này phải đủ gần nhau.
Trong trường hợp xúc tác axit mạnh, chức kim loại Pt sẽ đóng vai trò là tác
nhân khử cốc, bằng sự hydro hoá cốc có mặt trên bề mặt xúc tác.
Trong trường hợp xúc tác zeolit, ngoài vai trò là tác nhân khử cốc, kim loại
hoạt động còn có tác dụng trực tiếp đến quá trình hydro hoá/ đề hydro hoá, sắp
xếp lại khung cacbon thực hiện trên tâm axit.
Hai phản ứng phụ cơ bản là phản ứng cracking và phản ứng tạo cốc. Tỷ lệ
của chúng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ tâm kim loại trên tâm axit n-Pt/n-A. Có 3
trường hợp xảy ra:
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A cao (n-Pt/n-A > 0,15) : xúc tác được xem là lý tưởng
cho quá trình đồng phân hoá. Trong trường hợp này, các olefin trung gian chỉ
thực hiện một quá trình chuyển hóa trong suốt quá trình dịch chuyển giữa 2 tâm
liên kết. Khả năng gặp các olefin khác với các tâm acide để thực hiện các phản
ứng cracking và tạo cốc là rất khó gặp giữa 2 tâm kim loại gần nhau, dẫn đến
các phản ứng cracking và tạo cốc bị hạn chế. Các tâm axit chỉ dùng cho phản
ứng đồng phân hoá n-Olefin thành i-Olefin qua trung gian các ion cacbonium
Trang 12
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A thấp (n-Pt/n-A < 0,03), các olefin sẽ bị chuyển hóa 1
hoặc nhiều lần với các tâm acide trước khi gặp 1 tâm kim loại. Sản phẩm đơn
nhánh, đa nhánh và sản phẩm cracking là các sản phẩm đầu tiên của phản ứng,
tăng nhanh quá trình tạo cốc và chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh chóng.
• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A trung bình (0,03 < n-Pt/n-A < 0,15): olefin có thể
chuyển hoá liên tiếp thành olefin đơn nhánh rồi hai nhánh trước khi gặp tâm kim
loại. Số tâm axit hoạt động giữa hai tâm kim loại là quá thấp để cho phép hình
thành sản phẩm cracking và tạo cốc mà được dung triệt để cho quá trình isomer
hóa.
1.2.9. Điều kiện quá trình
Phản ứng xảy ra dưới áp suất riêng phần của H

2
với sự có mặt của xúc tác
hai chức kim loại/axit. Tuỳ theo bản chất của xúc tác mà yêu cầu hàm lượng tạp
chất trong nguyên liệu, điều kiện vận hành, RON của isomerat thu được khác
nhau như trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.1: Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc
tác khác nhau
Pt/Al
2
O
3
(Cl) Pt/zeolit Pt/SO
−2
4
/ZrO
2
Nhiệt độ (
o
C)
Áp suất (bar)
VVH (h
-1
)
H
2
/HC (mol/mol)
RON của sản phẩm
80 – 150
20 – 30
1 – 2

0.1 – 2
83 – 84
250 – 260
15 – 30
1 – 2
2 – 4
78 – 80
180 – 240
15 – 30
3
1 – 2
80 – 82
1.2.10 Lựa chọn xúc tác
Chất xúc tác lựa chọn cho công nghệ này là Pt/SO
−2
4
/ZrO
2
(UOP) do có ưu
điểm sau: Có tất cả ưu điểm của xúc tác Pt/zeolit như bền đối với các chất gây
ngộ độc, độ ổn định cao, không cần có quá trình tách H
2
O cho dòng H
2
và
nguyên liệu, không cần xử lý S cho nguyên liệu khi hàm lượng thấp, tái sinh dễ
dàng. Nhưng hoạt tính cao hơn, vận hành ở nhiệt độ thấp hơn. NOR của sản
Trang 13
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
phẩm thu được cao hơn 3 đơn vị. Tuổi thọ của xúc tác loại này khá lớn từ 5

÷
6
năm [12].
Xúc tác Pt/Al
2
O
3
(Cl) có hoạt tính cao hơn nhưng dễ bị ngộ độc, bắt buộc phải
có quá trình tách H
2
O và khử S cho nguyên liệu. Ngoài ra do bổ sung liên tục
các hợp chất của Clo nhằm duy trì hoạt tính của xúc tác nên gây ăn mòn thiết bị
và phải có quá trình khử axit cho khí, xúc tác này không thể tái sinh được và giá
thành đắt hơn xúc tác Pt/SO
−2
4
/ZrO
2
. Hiệu quả sử dụng của ba loại xúc tác vừa
nêu được so sánh trên bảng sau:
Xúc tác T (
o
C) P(bar) VVH(h
-1
) H
2
/HC S (ppm)
H
2
O

(ppm)
RON
Pt/Al
2
O
3
(Cl) 120-180 20-30 1-2 0.1-2 < 0.1 < 0.1 83-84
Pt/zeolit 250-270 15-30 1-2 2-4 < 20 < 30 78-80
Pt/SO
−2
4
/ZrO
2
180-240 15-30 3 1-2 < 20 < 30 80-82
1.3. Lựa chọn công nghệ Isome hóa
1.3.1 Các công nghệ Isome hóa đã được sử dụng
• Quá trình không tuần hoàn một giai đoạn: RON
≤
84
Công nghệ Penex, Par-Isom (UOP)
Công nghệ Hysomer (Shell)
Công nghệ Axens One-Through
• Quá trình có hồi lưu: RON có thể lên đến 92
Công nghệ DIP/Penex/SuperDIH
Công nghệ ISOMER sử dụng xúc tác Pt/zeolit của SHELL
Công nghệ PENEX / DIH (UOP)
Công nghệ PENEX – MOLEX
Công nghệ của quá trình TIP
Công nghệ của quá trình IPSORB (IFP)
Công nghệ của quá trình HEXSORB (IFP)

1.3.2 Lựa chọn công nghệ và loại xúc tác
Trang 14
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Mục tiêu của phân xưởng isome hóa cần thiết kế là nhằm thu được xăng
có trị số octan cao từ phân đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp. Nguyên
liệu ở đâylà phân đoạn C
5
và C
6
, hay phân đoạn C
5
, C
6
riêng biệt. Cho nên ta lựa
chon công nghệ Penex và MOLEX của UOP. Đây là công nghệ được thiết kế
riêng cho quá trình isome hóa xúc tác của pentan, hexan và cả hỗn hợp của
chúng.
1.3.2.1 Nghiên cứu công nghệ Penex và MOLEX của UOP
Quá trình UOP Penex thì được thiết kế đặc biệt cho xúc tác đồng phân
hóa pentan, hexan và hỗn hợp của chúng. Các phản ứng diễn ra với sự có mặt
của hidro và đươc thực hiện trên bề mặt xúc tác, tại điều kiện thích hợp mà ở đó
đẩy mạnh các quá trình đồng phân hóa và quá trình hydrocracking là bé nhất.
Điều kiện thực hiện phản ứng thì không khắc khe, phản ánh áp suất làm việc vừa
phải, nhiệt độ thấp và yêu cầu áp suất riêng phần của hydro thấp.
Xúc tác của quá trình đồng phân hóa sẽ chuyển hóa tất cả nguyên liệu parafin
chuyển thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-pentan thành
isopentan và n-hexan thành 2,2 và 2,3-dimetylbutan. Phản ứng thì được điều
khiển ở đó có sự cân bằng nhiệt động và thuận lợi hơn ở nhiệt độ thấp.
Với các parafin C
5

, tham gia vào các quá trình chuyển hóa bở n-pentan và
isopentan. Quá trình isome hóa parafin C
6
thì có phần phức tạp hơn. Bở vì sự
hình thành 2 và 3-metylpentan và 2,3-dimetylbutan thì có một giới hạn bởi sự
cân bằng, mạng lưới phản ứng bao gồm chủ yếu là chuyển hóa n-hexan thành
2,2-dimetylbutan. Tất cả benzene trong nguyên liệu thì được hydro hóa tạo
cyclohexan, và một cân bằng nhiệt động được thiết lập giữa metylcyclopentan
và cyclohexan. Trị số octan cũng tăng 14 lần.
Việc lựa chọn quá trình tuần hoàn có hiệu suất cao bao gồm sự kết hợp
quá trình Penex với quá trình UOP Molex, quá trình Molex sữ dụng các rây
phân tử để tách các sản phẩm tách ra trong quá trình Penex chuyển thành dòng
iso-parafin có trị số octan cao và dòng n-parafin có trị số octan thấp thì đưa vào
quá trình Penex. Các hidrocacbon mạch thẳng thì được tách ra trong thiết bị
Molex và sản phẩm đồng phân hóa được thu gom cho qua phân xưởng pha trộn
Trang 15
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
xăng. Sự chuẩn bị điều kiện tốt nhất để pha trộn vào thành phần nguyên liệu và
đạt yêu cầu về trị số octan của sản phẩm.
1.3.2.2 Miêu tả quá trình công nghệ
Nguyên liệu xăng nhẹ thì được đưa vào thiết bị sấy. Các thiết bị này được
điền đầy bằng các rây phân tử, ở đây nước được tách ra để bảo vệ xúc tác.
Nguyên liệu thì được trao đổi nhiệt bởi nhiệt của thiết bị phản ứng trước khi đi
vào thiết bị trao đổi nhiệt. Hỗn hợp nguyên liệu được trộn với hydro trước khi
vào thiết bị phản ứng. Có 2 thiết bị phản ứng chính được chọn.
Nhiệt toả ra từ thiết bị phản ứng thì được làm lạnh trước khi đưa vào thiết
bị tách sản phẩm. Các thiết kế mới hơn của Penex, bao gồm cả tuần hoàn khí
nén và tách sản phẩm. Hydro nạp vào chỉ cần độ tinh khiết vừa phải, loại này
được cung cấp bởi quá trình reforming xúc tác. Lượng hơi trên đỉnh tháp tách thì
được thu gom trong thiết bị lọc hơi để tách HCl từ dạng clo hữu cơ them vào

nguyên liệu trong thiết bị phản ứng để duy trì hoạt tính xúc tác. Sauk hi lọc khí,
lượng khí thu được ở trên đỉnh thì đưa đi làm nhiên liệu. Sản phẩm lỏng của quá
trình isome hóa ở phần cuối của tháp tách thì được đưa sang phân xưởng pha
trộn xăng. Sự lựa chon phần cuối của tháp tách có thành phần n-parafin và iso-
parafin bởi quá trình tinh cất hay quá trình tách bằng rang phân tử hay sự kết
hợp của hai phương pháp để tuần hoàn các n-parafin và metylpentan có trị số
octan thấp. Trị số octan của sản phẩm trong khoảng 87 đến 92 có thể đạt được
bởi việc chọn lựa một trong các hệ thống có sự sắp xếp khác nhau.
Sự phối hợp dòng chảy tuần hoàn là yêu cầu chủ yếu nhất đạt được bởi sự
kết hợp quá trình Penex với một cột tách hexan. Cột tách hexan tập trung
metylpentan có trị số octan thấp được tách loại theo chiều chuyển động. Dòng
tách loại này được kết hợp với nguyên liệu đầu trước khi đưa vào thiết bị phản
ứng Penex. Ở trên đỉnh cột tách hexan, ở đó chủ yếu là iso-pentan, 2,2-
dimetylbutan và 2,3-dimetylbutan thì được thu gom và đưa qua phân xưởng pha
trộn xăng. Một lượng nhỏ kéo theo dòng chảy ở dưới đáy tháp tách bao gồm các
C
6
naphtan và các C
7
, thì cũng được tách ra từ cột tách hexan và sử dụng để pha
trộn vào xăng hay được dùng làm nguyên liệu reforming.
Trang 16
Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS. Lê Thị Thu Dung
Một vài nguyên liệu, như nguyên liệu reforming nhẹ, có thể chứa một
lượng lớn benzene lỏng. Việc thực hiện quá trình Penex có thể gây ra tác hại khi
quá trình sử dụng loại nguyên liệu này bởi vì benzene bị hidro hóa ở đó phản
ứng tỏa nhiệt lớn. Nhiệt phát ra bởi phản ứng hidro hóa benzen là nguyên nhân
mà thiết bi phản ứng làm việc tại điều kiện đó thì không thuận lợi cho việc làm
tăng trị số octan (không thuận lợi cho quá trình isome hóa). Thực hiện với các
ứng dụng, UOP đề nghị quá trình Penex, ở đó bao gồm 2 thiết bị phản ứng.

Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hòa benzene thì cyclohexan. Thiết bị
thứ hai thì được thiết kế để đồng phân hóa nguyên liệu cho trị số octan cao. Mỗi
thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều kiện mà ở đó thuận lợi cho quá trình
chuyển hóa phản ững theo mong muốn là lớn nhất.
1.3.2.3 Các ứng dụng của quá trình
Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của quá trình Penex là cải thiện trị
số octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thằng (LSR). Mức độ cải thiện trị số
octan cho nguyên liệu C
5
, C
6
thì được đưa ra bởi các mô hình chọn lựa khác
nhau .
Bảng 1.2 Dạng nguyên liệu và sản phẩm octan
Trang 17
Nguyên liệu vào
RON
69
Sản phẩm
Chọn lựa 1: Không tuần hoàn
Chọn lựa 2: Tuần hoàn 2 và 3-MeC5+nC6
Chọn lựa 3: Tuần hoàn nC5+nC6
Chọn lựa 4: Tuần hoàn nC5+nC6+ 2 và 3MeC5
83
88
89
92