Tiểu luận tổng hợp hữu cơ hóa dầu công nghệ penex

Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 2
CHƯƠNG I. HÓA LÝ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ PENEX.................................. 3
I. Giới thiệu chung ............................................................................................... 3
II.

Các phản ứng chính của quá trình ................................................................. 3

1. Quá trình Isome hóa ...................................................................................... 3
2. Nguyên liệu quá trình .................................................................................... 4
3. Đặc trưng nhiệt động ..................................................................................... 5
4. Các phản ứng chính.......................................................................................... 6
III.

Xúc tác và cơ chế ........................................................................................... 7

1. Các loại xúc tác.............................................................................................. 7
2. Cơ chế phản ứng ............................................................................................ 9
CHƯƠNG II. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ PENEX................................................. 10
I. Điều kiện công nghệ ....................................................................................... 10
II.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình............................................. 11

III.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ ....................................................................... 14

IV.

Thiết bị phản ứng của dây chuyền ............................................................... 15

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG VÀO CÁC CẢI TIẾN ............................................... 17
I. Các cải tiến hiện nay ....................................................................................... 17
II. Thiết kế dây chuyền....................................................................................... 19
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 23

1


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

MỞ ĐẦU
UOP-Universal Oil Products là một công ty đa quốc gia hoạt động trong lĩnh
vực nghiên cứu và chuyển giao công nghệ liên quan đến tinh chế dầu mỏ, chế biến
khí, hóa dầu và các ngành công nghiệp sản xuất lớn. Được thành lập từ năm 1914,
trải qua một trăm năm tồn tại, các thế hệ kỹ sư của UOP đã cho ra đời hàng ngàn
bằng sáng chế, tạo nên nền tảng và thúc đẩy sự tiến bộ của quy trình công nghệ, tư
vấn, thiết kế thiết bị cho ngành công nghiệp lọc hóa dầu hiện đại ngày nay. Sản phẩm
UOP được chia thành hai nhóm, các sản phẩm vật lý có thể được nhìn thấy, và các
sản phẩm công nghệ cung cấp kiến thức và thiết kế. Các sản phẩm vật chất có xu
hướng sử dụng các mặt hàng trong một nhà máy lọc hóa dầu hoặc hóa chất để giúp
chuyển đổi thành một sản phẩm mong muốn. Sản phẩm công nghệ có xu hướng được
dựa trên khả năng phản ứng của các chất với nhau, tinh chế dầu thô, hóa chất và tách
biệt với nhau.
Trong phạm vi bài tiểu luận này chúng tôi xin đề cập tới công nghệ Penex của
UOP được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy lọc hóa dầu. Trong Công nghệ Penex,
quá trình chính xảy ra là qua trình Isome hóa, được ứng dụng chính là chuyển đổi từ

Parafin mạch thẳng thành các parafin mạch nhánh. Công nghệ được ra đời nhắm mục
đích đáp ứng yêu cầu về loại xăng chất lượng cao, và yêu cầu kinh tế trong sản xuất
lọc hóa dầu. Naphtha nhẹ có trị số octan thấp như Pentan, Hexan, được Isome hóa
thành các sản phẩm để pha trộn và xăng với trị số Octan cao, không chứa lưu huỳnh
hay Hydrocacbon thơm
Tiểu luận bao gồm 3 phần chính
1. Hóa lý quá trình của Công nghệ Penex
2. Điều kiện công nghệ, mô tả công nghệ, thiết bị của CN
3. Ứng dụng, cải tiến
2


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

CHƯƠNG I. HÓA LÝ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ PENEX

I.

Giới thiệu chung

Ngành công nghiệp dầu khí vẫn đang tìm kiếm những giải pháp kinh tế để đáp
ứng các thông số kỹ thuật theo các quy định mới về sản xuất nhiên liệu sạch và an
toàn hơn với môi trường. Hầu hết đều yêu cầu về cắt giảm và giới hạn nồng độ
benzene có trong xăng. Điều đó làm tăng nhu cầu về hiệu suất đối với C5 và C6. Do
vậy công nghệ đồng phân hóa các Naphtha nhẹ này làm giảm được lượng benzene
và duy trì làm tăng được các trị số Octan do chuyển đổi từ Parafin mạch thẳng thành
các Parafin mạch nhánh. Quá trình penex được thiết kế cho phép liên tục đồng phân
hóa các Naphtha nhẹ và đem lại lợi ích như
- Tăng trị số RONC, MONC
- Sản lượng Parafin mạch nhánh cao

- Loại bỏ, hạn chế việc tồn tại lưu huỳnh, olefin và các sản phẩm benzene trogn
pha trộng xăng
- Tối ưu hóa các kết cấu tuần hoàn nhằm tăng hiệu suất
II.

Các phản ứng chính của quá trình
1. Quá trình Isome hóa
Quá trình chính diễn ra trong công nghệ penex là quá trình Isome hóa. Isome

hóa là quá trình nhằm biến đổi các hydro cacbon mạch thẳng thành mạch nhánh. Quá
trình này thường được dùng để nâng cao trị số octan của xăng. Mặt khác, cũng là
phương pháp để tạo ra các cấu tử cao octan pha vào xăng nhằm nâng cao chất lượng.
n– parafin → iso – paraffin (quá trình này còn gọi là quá trình đồng phân hóa)
Ví dụ:

n – butan → iso – butan
n – pentan → iso – pentan
3


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

Phản ứng có ý nghĩa quan trọng trong lọc dầu là isome hóa n – butan thành iso –
butan, là cấu tử ban đầu để tổng hợp MTBE làm phụ gia tái tạo lại xăng. Đây là phản
ứng vừa isome hóa vừa dehydro hóa, dehydro hóa. Ngoài ra, isome hóa còn bao gồm
phản ứng biến đổi vị trí nhóm thế trong vòng benzenen.
2. Nguyên liệu quá trình
CN Penex thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C5 và C6. Đặc trưng của
nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm.
Hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65% trong nguyên liệu. Do đó, nếu cho

toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi isome hoá là không hợp lý mà cần phải tách các
isome khác n-parafin và chỉ cho biến đổi n-parafin. Để hạn chế các phản ứng phụ và
sự kìm hãm quá trình nên tiến hành phản ứng ở mức độ biến đổi vừa phải, rồi sau
khi tách cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi. Khi tiến hành thao tác như
vậy, đã cho phép tăng cao trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị.
Trong thực tế công nghiệp, người ta thường đem isome hoá phân đoạn C5,6
còn n-heptan đem isome hoá không tiện lợi vì trong điều kiện tiến hành quá trình,
các parafin cao (>C6) dễ bị cracking và dễ tạo cặn nhựa làm cho sản phẩm có trị số
octan tương đối thấp. Đáng tiếc là khi tiến hành isome hoá phân đoạn C5, C6, trị số
octan của xăng chỉ tăng lên đến một giới hạn nhất định và thường là không vượt quá
100 đơn vị theo phương pháp nghiên cứu. Vì thế nó không phải là quá trình chủ đạo
để thu các cấu tử cho xăng. Xong như trên đã nói nó là quá trình chính để nhận isopentan để sản xuất iso-pren.

4


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

3. Đặc trưng nhiệt động
Các phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan là các phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ.
Bảng 2 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các isome hoá từ các cấu tử riêng biệt.
Bảng 2.
∆H298 , kcal/mol

Cấu tử
C5: 2-metylbutan(isopentan)

- 1,92

2,2.dimetylpropan(neopentan)

- 4.67

C6: 2-metyl pentan(isohexan)

- 1,70

3-metylpentan

- 1,06

2,2-dimetyl butan(neohexan)

- 4,39

2,3-dimetylbutan

- 2,53

Do đó các phản ứng isome hoá là tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học phản
ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ. Mặt khác, phản ứng isome hoá n-parafin là
phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể tích, vì thế cân bằng của phản ứng
chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp sẽ tạo điều kiện thuận lợi tạo thành isome
và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân bằng và có trị số octan cao.
Khi isome hoá các n-parafin còn xảy ra một số phản ứng phụ như phản ứng cracking
và phản ứng phân bố lại:
2C5H12

→

C4H10 + C6H14

Để giảm tốc độ của phản ứng phụ này và duy trì hoạt tính của xúc tác, người ta phải
thực hiện quá trình ở áp suất hydro PH2 =2 - 4 MPa và tuần hoàn khí chứa hydro.
5


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

Động học và cơ chế phản ứng isome hoá phụ thuộc vào điều kiện tiến hành quá trình
và phụ thuộc vào xúc tác.

4. Các phản ứng chính
1. CH3-CH2-CH2-CH2–CH3  CH3-CH(CH3)-CH2-CH3
n-pentan

iso-pentan

(62RON)
2.

n-Hecxane

(26RON)

(92RON)


2,2-Dimethybutane và 2,3-Dimethybutane

(96RON)

(84RON)

3. Khử Benzen và Aromactics
Benzen  Hecxane Methyl-cyclo-Pentane n-Hecxane
4. Cracking tạo khí, coke trên bề mặt xúc tác Để khắc phục thì cần điều
chỉnh điều kiện công nghệ như: Tỷ lệ mol: H2/HC 0.05/1
5. Các phản ứng loại bỏ tạp chất
Mercaptan RSH + H2  RH + H2S
Sulfides R2S + H2 2RH + H2S
Pyridine C5H5N + 5H2 → C5H12 + NH3

6


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

III.

Xúc tác và cơ chế

1. Các loại xúc tác
Các yêu cầu của xúc tác rắn trong công nghiệp
Chất xúc tác chỉ thực sự có tính khả thi khi chúng thoả mãn phần lớn các yêu cầu
công nghệ đặt ra:
Có hoạt tính và độ chọn lọc cao để đảm bảo hiệu suất của thiết bị.
Dễ sản xuất, rẻ tiền, có tính tái sinh và bền với những tác nhân gây ngộ độc xúc tác.
Đảm bảo được sản lượng lớn trong quy mô công nghiệp, phù hợp với thực tế là lượng
tạp chất rất nhiều.

Độ ổn định bền cơ, bền nhiệt, bền hoá học và độ thuần khiết về thành phần hoá học
cao. Mặt khác, nó còn có khả năng dẫn nhiệt tốt có khả năng tạo kích thước và hình
dạng phù hợp đồng đều.
1.1 Xúc tác lưỡng chức
Xúc tác lưỡng chức gồm hai phần:
Phần kim loại có đặc trưng hyđro hoá, kim loại thường dùng là : Pt ,Pd…
Phần chất mang axit (Al203 ,Al203 + halogen…). Loại xúc tác này có đủ độ chọn lọc
cần thiết khi isome hoá nguyên liệu C5-C6 nhưng độ linh hoạt của nó khá thấp vì thế
đòi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao. Vì vậy để đảm bảo được hiệu suất của quá trình
thì người ta cho tuần hoàn.
Xúc tác Pt/Al2O3 dùng rất có hiệu quả khi isome hoá phân đoạn C5,C6 nhưng để đạt
được tốc độ phản ứng cần thiết, chúng chỉ được sử dụng ở nhiệt độ từ 450-5100C.
Độ hoạt tính của xúc tác lưỡng chức được tăng lên bằng cách tăng độ axit của chất
mang. Xúc tác Pt/Al2O3 tạo ra ngay được ion cacnboni ở nhiệt độ 500C. Sau này
người ta dùng xúc tác Pt/Modenit, zeolite. Với xúc tác này có thể tạo ra được phản
ứng có hiệu quả ở nhiệt độ 2500C. Nhưng phổ biến nhất vẫn là xúc tác Pt/Al2O3
được bổ sung clo.
7


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

1.2 Zeolite cho phản ứng isome hoá
Trong tất cả các loại zeolit thì zeolit sử dụng phù hợp nhất cho quá trình isome hoá
là ZSM5,11. Vì chúng có kích thước khá phù hợp cho phép độ chọn lọc của quá trình
cao hơn.
Sau đây là một số đặc trưng của quá trình isome hóa.
Tóm tắt điều kiện nhiệt độ làm việc của các loại xúc tác:
Bảng 4
Xúc tác

Nhiệt độ phản ứng khi Nhiệt độ phản ứng khi
sử dụng

sử dụng

Oxit Al2O3,Cr2O3,BeO

200-4500C

Pha hơi

Pt/Al2O3

350-5000C

Pha hơi

Pt/Al2O3 clo hoá

80-1500C

Pha hơi

Pt/zeolite

250-3000C

Pha hơi

Pt/zeolite-X

300-3300C

Pha hơi

Pt/zeolite-Y

300-3300C

Pha hơi

Pt/ZSM5

300-3300C

Pha hơi

8


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

2. Cơ chế phản ứng
Đối với n-butan
Isome hóa sử dụng xúc tác lưỡng chức được thực hiện nhờ sự hình thành hợp chất
trung gian olefin nhờ tác động của thành phần kim loại trong xúc tác:

Về lý thuyết phản ứng này thuận nghịch. Vì xúc tác được sử dụng dưới điều kiện áp
suất hydro đủ lớn nên cân bằng sẽ dịch chuyển về bên trái. Tuy nhiên , chất axit

trong xúc tác sẽ tấn công olefin để tạo thành các ioncaboni và vì vậy, cho phép olefin
được hình thành nhiều hơn , mặc dù không thuận lợi về mặt cân bằng.

Ion cacboni mới hình thành sẽ sắp xếp lại thành dạng bậc ion bậc 3 bền vững

Khi đó iso-olefin sẽ được hình thành theo phản ứng :

Cuối cùng iso-parafin cuối cùng cũng được tạo thành nhờ phản ứng hydro hóa

9


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

CHƯƠNG II. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ PENEX
I.

Điều kiện công nghệ

Quá trình này cũng nhằm đi sản xuất xăng có chất lượng cao từ các phân đoạn có
trị số octan thấp. Phản ứng này muốn thu được hiệu suất cao thì ta phải thực hiện
điều kiện thuận lợi cho phản ứng isome hoá và hạn chế các phản ứng phụ thì phải có
sự có mặt của hyđrô.
Xúc tác của quá trình thuộc loại Fidel-Craft và xúc tác hyđrô hoá. Trong quá trình
phát triển của công nghệ thì xúc tác cũng được ngày càng hoàn thiện hơn, trong công
nghệ này thì hãng UOP dã sử dụng thế hệ 3 của xúc tác Fidels-Craft. Khi đó xúc tác
được biểu diễn dưới dạng HAlX4 (H+ A-)
Đối với hệ xúc tác này thì rất nhạy với các loại tạp chất vì vậy cần phải làm sạch
trước khi đưa vào thiết bị phản ứng. Quá trình làm sạch này được sử lý bằng hyđrô
hoá làm sạch và sấy khô.

Sản phẩm của quá trình được đem ra thiết bị ổn định để thu hồi hydro và đem hồi
lưu. Sau đó nó được đưa ra thiết bị tách khí nhẹ, khí này phải được lọc sạch HCl hình
thành từ lượng Clo hữu cơ mang vào. Cần phải tách nó để tránh ăn mòn thiết bị và
đảm bảo chỉ tiêu mang đi làm nhiên liệu. Tuỳ theo điều kiện và yêu cầu về sẩn phẩm
thì ta có thêm quá trình tách n-Parafin tuần hoàn trở lại.
Quá trình này diễn ra ở lớp xúc tác cố định
Nhiệt độ phản ứng

:120-2600C

Áp suất của quá trình này là: 2,1-7 MPa
Quá trình UOP Penex thì được thiết kế đặc biệt cho xúc tác đồng phân hoá pentan,
hexan và hỗn hợp của chúng. Các phản ứng diễn ra với sự có mặt của hiđro và được
thực hiện trên bề mặt xúc tác, tại điều kiện thích hợp mà ở đó đẩy mạnh các quá trình
đồng phân hoá và qúa trình hydrocracking là bé nhất. Điều kiện thực hiện phản ứng
10


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

thì không khắt khe, phản ánh áp suất làm việc vừa phải, nhiệt độ thấp và yêu cầu áp
suất riêng phần của hyđro thấp.
Xúc tác quá trình đồng phân hoá sẽ chuyển hoá tất cả các nguyên liệu parafin chuyển
thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-pentan (nC5)thành isopentan(iso-C5)và n-hexan(n-C6) 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.
II.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
1.Nguyên liệu

Trong công nghiệp thì người ta thường dùng nguyên liệu cho quá trình isome hoá là:
C4,C5,C6 hay hỗn hợp của chúng cụ thể là phần naphta nhẹ. Đặc trưng của nguyên
liệu sẽ quyết định đến chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm. Thông thường hàm
lượng n-parafin chỉ chiếm khoảng nhỏ hơn 60%. Để đạt được hiệu suất cao thì cần
phải tách phần iso-parafin ra khỏi nguyên liệu .
Nguyên liệu từ các nguồn khác nhau do đó thành phần hoá học và sự phân bố hàm
lượng hyđrocacbon có phân tử lượng lớn hay nhỏ cũng sẽ khác nhau. Ví dụ như
nguyên liệu có hàm lượng chất độc lớn hơn qui định thì phải sử lý, làm sạch sơ bộ
trước khi đưa vào phản ứng. Như vậy nguyên liệu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến việc chế tạo xúc tác cũng như xác định các yếu tố công nghệ khác.
Hàm lượng cho phép của các chất độc trong công nghiệp
%Trọng lượng
S

2.10-3

N

0,5.10-4

H2O

5.10-4
11


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

2. Áp suất H2
Quá trình isome hoá trong công nghiệp thường được thực hiện với áp suất cao của

H2. Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng thì sự có mặt của H2 sẽ cản trở quá trình
tạo cốc trên tâm kim loại và phản ứng cracking. Do đó các hyđrocacbon nhẹ ít được
tạo ra hơn, hàm lượng cốc giảm đi, hoạt tính của xúc tác cũng ít bị thay đổi.
Do vậy, quá trình isome hoá thực hiện ở áp suất cao của H2 là cần thiết, giá trị của áp
suất H2 phô thuộc vào hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác và bản chất của nguyên liệu.
Ngày nay, xúc tác cho quá trình ngày càng hoàn thiện hơn do đó áp suất H2 ngày
càng giảm dần, dao động trong khoảng 21-70 atm.
Mối liên hệ giữa áp suất H2 và nhiệt độ là khá rõ rệt. Khi ở nhiệt độ cao, áp suất của
H2 ít ảnh hưởng tới độ chuyển hoá của nguyên liệu và ngược lại.
Sự ảnh hưởng của áp suất H2 lên mức độ chuyển hóa n-hecxan ở các nhiệt độ khác
nhau.

3.Nhiệt độ của phản ứng
Nhiệt độ quá trình phản ứng ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần sản phẩm thông qua
hiệu ứng nhiệt các phản ứng và ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng.
12


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

Về nhiệt động thì nhiệt độ cao không có lợi cho phản ứng isome hoá nhưng về động
học thì rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì các phản ứng cracking và các phản ứng đề hyđro
hoá chiếm ưu thế.
Nhiệt độ thấp rất có lợi cho phản ứng isome hoá nhưng hiệu suất của quá trình không
cao. Nhược điểm này sẽ được khắc phục bằng cách cải thiện xúc tác tăng tính axit
cho nó. Ngày nay đối với quá trình dùng xúc tác thì nhiệt độ phản ứng đã được hạ
thấp xuống còn khoảng 80 -1250C.
4.Tốc độ thể tích
Tốc độ thể tích là nghịch đảo thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và các sản phẩm
trung gian với xúc tác trong phản ứng. Ta có thể điều chỉnh được giá trị này bằng

cách thay đổi lưu lượng của nguyên liệu hoặc lượng xúc tác.
Năng suất của quá trình cao khi khắc phục được giai đoạn chậm. Do đó người ta cố
gắng đưa vận tốc khuyếch tán xấp xỉ với vận tốc động học.
Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100C thì vận tốc động học tăng lên 2-3 lần còn
vận tốc khuyếch tán tăng lên 1-1,5 lần.
Với quá trình isome hoá, khi tăng tốc độ thể tích thì phản ứng isome hoá chiếm ưu
thế. Còn các phản ứng đòi hỏi thời gian lớn như phản ứng khử H2 xảy ra yếu hơn cho
nên khi tốc độ thể tích lớn sẽ khống chế được các phản ứng đó. Khi tốc độ phản ứng
nhỏ ngoài lượng cốc tạo ra lớn thì năng suất của quá trình cũng bị giảm.

13


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

III.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Mô tả dây chuyền: 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 hyđro trước khi vào
thiết bị phản ứng. Có hai 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. Hyđro 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 thêm vào nguyên liệu trong
thiết bị phản ứng để duy trì hoạt tính xúc tác. Sau khi lọc khí, lượng khí thu được ở

trên đỉnh thì đưa đi làm nhiên liệu. Sản phẩm lỏng của quá trình isome hoá ở phần
cuối của tháp tách thì được đưa sang phân xưởng pha trộn xăng. Sự lùa chọn phần
cuối của tháp tách có các thành phần n-parafin và iso-parafin bởi quá trình tinh cất
14


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

hay quá trình tách bằng rây phân tử hay sự kết hợp của cả hai phương pháp để tuần
hoàn các n-parafin và metylpentan có trị số octan thấp (MeC5). 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 xắp xếp khác nhau.

IV.

Thiết bị phản ứng của dây chuyền

Thiết bị phản ứng kiểu đệm với lớp xúc tác cố định

Thiết bị phản ứng có lớp đệm xúc tác cố định trong thực tế có kích thước, kết cấu cơ
khí khác nhau. Các lò phản ứng có lớp đệm xúc tác cố định có dạng hình trụ, mặt
trong được phủ một lớp hợp kim đặc biệt có khả năng chịu nhiệt và chống lại được
15


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

môi trường phản ứng khắc nghiệt. Lớp phủ này cho phép ngăn cách vỏ của lò phản
ứng tiếp xúc trực tiếp với môi trường phản ứng để tăng tuổi thọ của thiết bị và giảm
chiều dày của thiết bị. Các phần kim loại tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cao có mặt

của hydro sẽ được chế tạo bằng các hợp kim chịu được nhiệt và hiện tượng gây giòn
kim loại của hydro. Đầu vào của lò phản ứng có bộ phận phân phối nguyên liệu trước
khi qua lớp đệm xúc tác nhằm tận dụng tối đa thể tích hữu ích của xúc tác, tránh tạo
ra các "vùng chết" trong thiết bị. Có nhiều phương pháp để phân phối nguyên liệu
tùy theo từng công nghệ cụ thể và trạng thái pha của nguyên liệu. Hệ thống phân
phối nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng thời gian lưu trong
thiết bị phản ứng và giảm đƣợc tổn thất áp suất của dòng phản ứng khi đi qua lớp
đệm. Để kiểm soát và điều khiển nhiệt độ của quá trình phản ứng và quá trình tái
sinh xúc tác, trong lớp đệm xúc tác người ta bố trí một số đầu đo nhiệt độ, số lượng
đầu đo phụ thuộc vào từng công nghệ và điều kiện cụ thể.

16


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG VÀO CÁC CẢI TIẾN
I.

Các cải tiến hiện nay

Trong quá trình chọn lựa quá trình tuần hoàn có hiệu suất cao bao gồm sự kết hợp
quá trình Penex với qúa trình UOP Molex, quá trình Molex sử dụng các rây phân
tử để tách các sản phẩm tách ra trong quá trình Penex chuyển thành dòng isoparafin có trị số octan cao và dòng n-prafin có trị số octan thấp thì được đưa vào
quá trình Penex. Các Hydrocacbon 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
xăng.
Lựa chọn dòng chảy của công nghệ Penex

Chọn lựa tuần hoàn MeC5 và nC6

Tuần hoàn nC5 và nC6 kết hợp thiết bị Molex

17


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

Đê làm tăng thêm trị số octan, lợi ích khác nhau của sự phối họp dòng chảy cơ
bản của quá trình Penex nhằm bảo hoà tât cả benzen chuyên thành cyclohexan.
Hướng phát triên này có vai trò quan trọng đối với các quá trình lọc dầu ở đó người
ta muốn loại bỏ lượng lỏng benzen trong hổn hợp xăng nghèo của chúng. Một vài
nguyên liệu, như nguyên liệu reforming nhẹ, có thế chứa một lượng lớn benzen lỏng.
Việc thực hiện quá trình Penex có thể gây ra tác hại khi quá trình sử dụng loại nguyên
liệu này bởi vì benzen bị hyđrohoá ở đó phản ứng toả nhiệt lớn. Nhiệt phát ra bởi
phản ứng hyđro hóa benzen là nguyên nhân mà thiết bị 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 hoá). Thực hiện với các ứng dụng, UOP đề nghị quá trình Penex, ở đó
bao gồm hai thiết bị phản ứng. Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hoà benzen
chuyển thành cyclohexan. Thiết bị thứ hai thì được thiết kế đế đồng phân hoá nguyên
liệu cho trị số octan cao. Mồi thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều kiện mà ở đó
thuận lợi cho quá trình chuyến hoá các phản ứng theo mong muốn là lớn nhất.
Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của quá trình Penex là cải thiện trị sổ
octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thẳng (LSR). Mức độ cải thiện trị số octan cho
nguyên liệu C5-C6 thì được đưa ra bởi các mô hình chọn lùa khác nhau được chỉ ra
ở (bảng 10)
Bảng 10. Dạng nguyên liệu và Octan sản phẩm
Nguyên liệu vào
Sản phâm:
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

RON
69
83
88
89
92

Nếu như yêu cầu về trị số octan có phù hợp bởi sự tuần hoàn của các metylpentan,
18


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

sự tinh chế hầu như chọn lựa quá trình tinh cất là lý do trên hết. Ở đó có giá trị thực
tiễn cao, sự tinh chế có thế chọn lựa một thiết bị Molex, khi đó sẽ tách cả nC5 và
nC6 đế tuần hoàn. Sự tách nC5 và nC6 bằng thiết bị Molex thì có giá trị thực tiễn
thấp hơn khi tách các metylpentan bởi quá trình tinh cất, và khi đó sẽ đạt được trị
số RON cao hơn.
II.

Thiết kế dây chuyền

Hệ thống DIP-Penex-DIH của Ban Sisak: Các đơn vị sản xuất sản phẩm có
chỉ số octan cao nhất và sản lượng sản phẩm đạt giá trị cao nhất nếu so sánh với
các công nghệ khác UOP trong đồng phân hóa các Naphtha nhẹ

19


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

Sự kết hợp giữa Penex và Molex:

Điều kiện phản ứng:
-

Sử dụng xúc tác Pt/ZSM-5

-

Nhiệt độ phản ứng 230  290°C

-

Áp suất
- Tốc
- Sử

14  42kg/cm2

độ nạp liệu thể tích l ,4  2,2 h~ Tỷ lệ H2/nguyên liệul 1:4

dụng Zeolit loại có mao quản trung bình làm rây phân tử để hấp phụ

(ZSMA-5).
Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Nguyên liệu đầu được bơm từ bể chứa cho qua thiết bị sấy (1) bằng rây phân tử
để tách nước để bảo vệ cho xúc tác. Hydro được bổ sung cũng được cho qua thiết bị
sấy (1) để tách nước. Sau đó khí hydro bổ sung được trộn với khí hydro tuần hoàn
và đem trộn với hỗn hợp nguyên liệu vào và được trộn với n-parafín tuần hoàn từ
công nghệ tách Molex. Hỗn hợp sau trộn lẫn được trao đối nhiệt với sản phẩm của
từng thiết bị phản ứng trước khi đi vào thiết bị gia nhiệt. Tại thiết bị gia nhiệt hỗn
hợp nguyên liệu được gia nhiệt tới 230°c trước khi đi vào thiết bị phản ứng. Ở thiết
bị phản ứng thứ nhất (3) xẩy ra các phản ứng hydro hoá làm no hoá các hydrocacbon
thơm, naphten... Sau thiết bị phản ứng thứ nhất (3) hỗn hợp được trao đối nhiệt để
hạ nhiệt độ đến 230°c vì các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng thứ nhất (3) đều toả
nhiệt mạnh do đó ưu tiên xảy ra trước phản ứng đồng phân hoá. Sau khi hỗn hợp sản
20


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

phẩm lò thứ nhất (3) được hạ nhiệt độ thì được cho qua lò thứ hai (3). Tại đây sẽ xảy
ra các phản ứng đồng phân hoá và có xây ra cả phản ứng cracking. Sản phẩm ra khỏi
lò thứ hai (3) được cho qua thiết bị ngưng tụ và vào thiết bị tách (4). Tại đây lượng
hydro được tách ra tuần hoàn trở lại còn hỗn hợp sản phẩm được cho qua tháp ổn
định (5). Khí nhiên liệu được tách ra ở đỉnh còn sản phẩm ISOME hoá được đưa
sang hệ thống tách bằng công nghệ Molex.
Công nghệ Molex ở đây sử dụng sàng phân tử là loại Zeolit 5A và dùng chất nhả
hấp phụ là khí nhẹ. Sản phẩm lỏng Isome hoá được cho vào cột hấp phụ (6) nhờ van
quay (7). Trong cột hấp phụ (6) xẩy ra đồng thời quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ.
Sản phẩm ra khái van quay (7) gồm có, một là gồm các sản phẩm izóme hoá và chất
nhả hấp phụ được đưa qua cột Rafínat (8), hai là các n-parafín cùng chất nhả hấp
phụ đi qua tháp chưng cất (9). ơ cột (8) sản phẩm isome hoá được tách ra ở đáy đi
vào hệ thống chứa và sẽ được đưa sang phân xưởng pha chế xăng, còn chất nhả hấp
phụ được tách ra ở đỉnh và được hồi lưu lại. Ở tháp (9) n-parafĩn được tách ra ở đáy

và hồi lưu lại thiết bị phản ứng, còn ở đỉnh thì chất nhả hấp phụ được tách hồi lưu
lại cột hấp phụ. Tất cả chất nhả hấp phụ hồi lưu đều được cho qua thiết bị gia nhiệt
(10).

1. Thiết bị sấy khí

2. Máy nén khí

3. Thiết bị phản ứng

4. Thiết bị tách

5. Tháp ổn định 6. Cột hấp phô

7. Van quay

8. Cột Rafínat

9. Tháp tách

10. Thiết bị gia nhiệt

11. Lò đốt

12. Thiết bị làm lạnh hồi lưu

21


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

22


Tiểu luận THHD_SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh

KẾT LUẬN
Quá trình Công nghệ Penex tiến hành isome hoá n-parafin được dùng để nâng
cao trị số octan của phân đoạn pentan-hexan của phần xăng sôi đến 700C, đồng thời
cũng cho phép nhận các iso-parafin riêng biệt như iso-pentan và iso-butan từ nguyên
liệu cho quá trình tổng hợp cao su iso-pren, iso-butan là nguồn nguyên liệu tốt cho
quá trình alkyl hoá, hoặc để nhận iso-buten cho quá tổng hợp MTBE.

Với mức độ sử dụng nhiên liệu xăng như hiện nay, nhu cầu về xăng chất lượng
cao, xăng không chì của xã hội, thì ngoài Reforming xúc tác, Cracking xúc tác là hai
quá trình chế biến cơ bản, quá trình isome hoá vẫn là một phương án đầy triển vọng.
Vì vậy, việc tìm hiểu về các công nghệ tổng hợp iso-parafin bằng quá trình isome.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS. Phạm Thanh Huyền, PGS.TS Nguyễn Hồng Liên. Công nghệ tổng hợp
hữu cơ hóa dầu. NXB Khoa học và kỹ thuật 2006.
2. TS. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB Khoa học kỹ thuật 2001
3. PGS.TS. Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ. ĐHBKHN 2001.
4. Robert.A.Meyers - Hanbook of petroleum refining processes, second edition.
1986.
5. Hydrocacborn Processing . November/2000

23