Thiết kế phân xưởng alkyl hóa

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ đã tận tình giúp đỡ
và hướng dẫn em trong suốt thời gian em hoàn thành đồ án.
Qua việc thực hiện đồ án, em đã hiểu thêm các kiến thức cơ bản trong
chuyên ngành Hữu Cơ - Hoá Dầu cũng như các vấn đề cần thiết khi thiết kế một
phân xưởng sản xuất trong cơng nghệ hóa dầu. Tuy nhiên, kiến thức chuyên môn
và kinh nghiệm của em còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em
rất mong được sự góp ý, chỉ bảo thêm của thầy để đồ án của em được hoàn thiện
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên
Đặng Hồng Phi

1


MỤC LỤC

MỤC LỤC .............................................................................................................. 2
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. 6
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYL HĨA ............................ 8
1.1 Khái niệm ...................................................................................................... 8
1.2 Vị trí và vai trị của q trình alkyl hóa ........................................................ 8
1.3 Ngun liệu của q trình alkyl hóa ............................................................. 9
1.4 Sản phẩm của q trình alkyl hóa ............................................................... 10
1.6 Cơ sở hóa lý của q trình alkyl hóa .......................................................... 11
1.6.1 Đặc trưng nhiệt động học của phản ứng............................................... 11

1.6.2 Cơ sở của q trình alkyl hóa iso-butan bằng butylen ......................... 11
1.7 Xúc tác của q trình alkyl hóa .................................................................. 14
1.7.1 Xúc tác lỏng.......................................................................................... 14
1.7.2 Xúc tác rắn............................................................................................ 16
1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình alkyl hóa ........................................... 17
1.8.1 Chất lượng nguyên liệu ........................................................................ 17
1.8.2 Nhiệt độ phản ứng ................................................................................ 17
1.8.3 Áp suất .................................................................................................. 19
1.8.4 Nồng độ axit ......................................................................................... 19
1.8.5 Thời gian phản ứng .............................................................................. 19
1.8.6 Nồng độ iso-butan ................................................................................ 20
1.8.7 Khuấy trộn và tốc độ khơng gian thể tích ............................................ 21
CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG NGHỆ ALKYL HĨA .............................................. 22
2.1 Cơng nghệ alkyl hóa xúc tác axit sunfuric ................................................. 23
2.1.1 Cơng nghệ Stratco ................................................................................ 23
2.1.2 Công nghệ ExxonMobil ....................................................................... 25
2.2 Công nghệ alkyl hóa xúc tác axit flohidric ................................................. 26
2.2.1 Cơng nghệ Conoco-Phillips.................................................................. 27
2.2.2 Công nghệ UOP.................................................................................... 28
2.3 Công nghệ alkyl hóa xúc tác rắn................................................................. 30
2


2.3.1 Công nghệ UOP Alkylen ...................................................................... 30
2.3.2 Các công nghệ khác .............................................................................. 31
2.4 So sánh công nghệ ...................................................................................... 31
2.4.1 So sánh các cơng nghệ alkyl hóa .......................................................... 31
2.4.2 So sánh hai công nghệ xúc tác lỏng ..................................................... 33
2.4.3 Lựa chọn cơng nghệ ............................................................................. 36
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ ......................................................... 39

3.1 Các số liệu ban đầu ..................................................................................... 39
3.2 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng .................................................. 40
3.2.1 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ nhất ............................. 42
3.2.2 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ hai ............................... 44
3.2.3 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ ba ................................ 45
3.2.4 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ tư ................................. 46
3.2.5 Đồ thị khảo sát dòng chất qua bốn thiết bị phản ứng ........................... 47
3.3 Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị phản ứng ............................................ 50
3.3.1 Tính nhiệt phản ứng ............................................................................. 50
3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt lượng tỏa ra đến nhiệt độ thiết bị phản ứng ....... 51
3.3.3 Tính lượng hydrocacbon cần bay hơi lớn nhất..................................... 52
3.4 Tính tốn thiết kế cho thiết bị phản ứng ..................................................... 53
3.4.1 Tính thể tích thiết bị phản ứng ............................................................. 53
3.4.2 Tính đường kính thiết bị phản ứng ....................................................... 54
3.5 Tính tốn dàn trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng ..................................... 54
3.6 Tính toán thiết bị ổn định trong dây chuyền ............................................... 56
3.6.1 Thiết bị ổn định (2) trên thiết bị phản ứng thứ hai ............................... 56
3.6.2 Thiết bị ổn định (2) trên thiết bị phản ứng thứ tư................................. 57
3.7 Tính tốn đường kính ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm ........................... 58
3.7.1 Đường kính ống dẫn nguyên liệu vào .................................................. 58
3.7.2 Đường kính ống dẫn iso-butan tuần hồn ............................................ 58
3.7.3 Đường kính ống dẫn xúc tác axit H2SO4 .............................................. 58
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 61

3


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến MON của alkylat ...................................... 18

Hình 2: Năng suất alkylat của các cơng nghệ trên thế giới[8] ............................. 22
Hình 3: Thiết bị phản ứng alkyl hóa Stratco ........................................................ 23
Hình 4: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng Stratco xúc tác sunfuric[9] ........... 24
Hình 5: Thiết bị phản ứng alkyl hóa hãng ExxonMobil[11]................................ 25
Hình 6: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng ExxonMobil xúc tác sunfuric[12] 26
Hình 7: Thiết bị phản ứng alkyl hóa hãng COP[12] ............................................ 27
Hình 8: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng COP xúc tác axit flohidric[6] ....... 28
Hình 9: Thiết bị phản ứng alkyl hóa hãng UOP[12] ............................................ 29
Hình 10: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng UOP xúc tác flohidric[13].......... 30
Hình 11: Sơ đồ cơng nghệ UOP Alkylen[14] ...................................................... 31
Hình 12: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất xăng alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 ............ 37
Hình 13: Sơ đồ khối quá trình alkyl hóa .............................................................. 40
Hình 14: Đồ thị khảo sát lưu lượng iso-butan trong các thiết bị phản ứng.......... 48
Hình 15: Đồ thị khảo sát lưu lượng olefin trong các thiết bị phản ứng ............... 48
Hình 16: Đồ thị khảo sát lưu lượng axit sunfuric trong các thiết bị phản ứng .... 49
Hình 17: Đồ thị khảo sát lưu lượng alkylat trong các thiết bị phản ứng.............. 49
Hình 18: Đồ thị khảo sát lưu lượng propan và n-butan trong các TBPU ............ 50

4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh một số chỉ tiêu của các loại xăng [5]........................................... 8
Bảng 2: Thành phần nguyên liệu từ quá trình cracking ......................................... 9
Bảng 3: Ảnh hưởng của nguyên liệu đến hiệu suất alkylat[6] ............................... 9
Bảng 4: Tính chất cơ bản của xăng alkyl hóa ...................................................... 10
Bảng 5: Sản phẩm chính của phản ứng alkyl hóa[5] ........................................... 10
Bảng 6: Nhiệt phản ứng tạo thành các ion cacboni .............................................. 12
Bảng 7: Tính chất đặc trưng của xúc tác lỏng[7] ................................................. 15
Bảng 8: Giá trị RON của alkyl hóa phụ thuộc vào F và nguyên liệu .................. 20

Bảng 9: So sánh các cơng nghệ alkyl hóa[7] ....................................................... 32
Bảng 10: Trị số octan olefin nhẹ .......................................................................... 34
Bảng 11: Chi phí đầu tư hai công nghệ năm 1983 ............................................... 36
Bảng 12: So sánh công nghệ xúc tác H2SO4 và HF ............................................. 36
Bảng 13: Thành phần nguyên liệu từ quá trình cracking xúc tác ........................ 39
Bảng 14: Khối lượng các cấu tử đi vào thiết bị phản ứng trong một giờ ............ 41
Bảng 15:Thành phần các cấu tử đi vào hệ thống TBPU trong một giờ ............... 42
Bảng 16: Thành phần nguyên liệu đi vào mỗi thiết bị phản ứng trong một giờ .. 42
Bảng 17: Thành phần nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng thứ nhất .................. 43
Bảng 18: Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ nhất ............................. 44
Bảng 19: Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ hai ............................... 45
Bảng 20: Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ ba................................. 46
Bảng 21: Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng thứ tư ................................. 47
Bảng 22: Tổng kết kích thước thiết bị.................................................................. 57

5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu Tiếng Anh

Tiếng Việt

Trang

1

TBPU

Thiết bị phản ứng

4

2

RON

Trị số octan nghiên cứu

9

Trị số octan động cơ

9

Research Octane
Number

3

MON

Motor Octane Number

US EPA United States
4

Environmental

Cơ quan Bảo vệ Môi trường

Hoa Kỳ

9

Protection Agency
5

MTBE

Ete metyl tert-butyl

(CH3)3COCH3

9

6

BPD

Barrels per day

Thùng/ngày

10

7

RVP

Reid Vapor Pressure

Áp suất hơi theo Reid

11

8

FCC

Fluidized Catalytic

Cracking xúc tác

11

Cracking
9

TMP

Trimethyl pentane

C8H18

12

10

ASO

Acid Soluble Oils

Dầu tan trong axit

19

11

LPG

Liquified Petroleum

Khí hóa lỏng

37

$ milion milion

Tỷ tỷ đơ la

39

Gas
12

$MM

13

NL

-

Nguyên liệu

45

14

TH

-

Tuần hoàn

46

6


LỜI MỞ ĐẦU
Dầu mỏ là một nguồn tài nguyên quý giá, nguyên liệu chủ yếu trong rất
nhiều ngành công nghiệp hóa học, năng lượng và trong hầu hết các lĩnh vực hoạt
động của nền kinh tế quốc dân.
Trong nhiều sản phẩm từ dầu mỏ thì xăng động cơ là một sản phẩm khơng
thể thiếu. Nó được phối trộn từ nghiều nguồn khác nhau đảm bảo các yêu cầu về
chất lượng. Một trong các chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của xăng động cơ là
trị số octan. Trong công nghiệp sản xuất xăng, nhìn chung các quốc gia đều có xu
hướng cải thiện và nâng cao chất lượng xăng nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của
động cơ và bảo vệ mơi tường trong sạch. Vì vậy việc nâng cao chất lượng xăng

trong đó quan trọng nhất là nâng cao trị số octan, giảm hàm lượng benzen, hàm
lượng các hợp chất chứa oxy, hàm lượngolefin đang là vấn đề đặt lên hàng đầu.
Trong các loại xăng cơng nghệ thì xăng alkyl hố, đặc biệt là xăng alkyl
hố xúc có thể đáp ứng được các yêu cầu trên: trị số octan cao trên 95, khơng chứa
benzen, có độ ổn định hố học cao, áp suất hơi bão hoà thấp, hàm lượng độc trong
khí thải thấp nên đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật của động cơ và góp phần bảo
vệ mơi trường trong sạch.
Như vậy q trình alkyl hố là một công nghệ rất quan trọng trong nhà máy
chế biến dầu mỏ, vì ngồi những ưu điểm của sản phẩm, đây còn là hướng sử dụng
hợp lý nguyên liệu, tiết kiệm được nguồn năng lượng dầu mỏ ngày càng cạn kiệt.
Do vậy việc phát triển và nâng cao công nghệ alkyl hoá trong các nhà máy chế
biến dầu là rất cần thiết. Vì vậy em đã chọn Đề tài cho Đồ án chuyên ngành kỹ sư
là: “Thiết kế phân xưởng alkyl hóa xúc tác lỏng, năng suất 480.000 tấn/năm”
Đồ án này bao gồm các phần chính sau:
- Tổng quan về q trình alkyl hóa
- Tính tốn cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng
- Tính tốn thiết bị chính
- Bản vẽ sơ đồ cơng nghệ và thiết bị chính
Do thời gian và kiến thức có hạn, Đồ án khơng thể tránh khỏi những thiếu
sót. Em mong nhận được sự góp ý, bổ sung của thầy cơ để Đồ án có thể hồn thiện
hơn.
7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH ALKYL HĨA
1.1 Khái niệm
Q trình alkyl hóa chiếm 20% thể tích dầu mỏ đưa vào chế biến và là một
quá trình quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu khí. Alkyl hóa là quá trình
nhằm chế biến các olefin nhẹ (chủ yếu là C4H8) và iso-butan (C4H10) thành cấu tử
xăng có giá trị cao nhất đó là iso-parafin mà chủ yếu là iso-octan (i-C8H18) có trị

số octan là 100. Alkylat nhận được là cấu tử tốt nhất để pha trộn tạo xăng cao cấp
cho nhà máy lọc hóa dầu vì nó có trị số octan cao (RON ≥ 96, MON ≥ 94), độ nhạy
thấp và áp suất hơi thấp. Điều đó cho phép chế tạo được xăng theo bất kỳ công
thức pha trộn nào. Ngồi ra, khi alkyl hóa benzen bằng olefin nhẹ ta cũng thu được
alkyl benzen có trị số octan cao dùng để pha chế xăng hoặc tổng hợp hóa dầu và
hóa học[1].

1.2 Vị trí và vai trị của q trình alkyl hóa
Alkyl hóa là q trình quan trọng trong sản xuất xăng có trị số octan cao,
alkylat là một thành phần để pha chế xăng có trị số octan cao. Q trình alkyl hóa
được thiết kế sau q trình hydrocracking và quá trình cracking xúc tác với nguyên
liệu là sản phẩm của hai quá trình trên.
Quá trình hydrocracking là q trình bẻ gãy mạch C-C có sự tham gia của
hydro, sản phẩm thu được hầu hết là các hydrocacbon no. Với nguyên liệu là gasoil
nặng từ chưng chân không thì hiệu suất sản phẩm butan lên đến 5,2%, trong đó
iso-butan là ngun liệu đầu vào cho q trình alkyl hóa.
Q trình cracking xúc tác là q trình bẻ gãy mạch C-C của hydrocacbon
có sự tham gia của xúc tác. Với sản phẩm là buten, penten,… cũng là nguyên liệu
đầu vào cho q trình alkyl hóa.
Bảng 1: So sánh một số chỉ tiêu của các loại xăng [5]
RVP

Aromatic

Olefin

(bar)

( % thể tích )

( % thể tích )

89 ÷ 93

0,5

30

20

87 ÷ 92

96 ÷ 105

0,37

70

0,7

90 ÷ 94

92 ÷ 97

0,55

0,4

0,5

Xăng

MON

RON

FCC

78 ÷ 81

Reformat
Alkylat

8


Sản phẩm alkylat là hỗn hợp của các hydrocacbon có trị số octan MON là
90 ÷ 94 và RON là 92 ÷ 97. Do có trị số octan cao, thành phần hydrocacbon thơm
và olefin rất thấp nên alkylat được sử dụng để pha vào các loại xăng khác nhau
nhằm nâng cao chất lượng. Vì vậy, phân xưởng alkyl hóa đóng vai trò quan trọng
trong nhà máy lọc hóa dầu.

1.3 Nguyên liệu của q trình alkyl hóa
Ngun liệu alkyl hóa cơng nghiệp là phân đoạn butan, butylen nhận được
từ quá trình hấp phụ, phân chia khí của khí cracking xúc tác là chủ yếu. Phân đoạn
này chủ yếu chứa 80 ÷ 85% C4, phần còn lại là C3 và C5.
Bảng 2: Thành phần nguyên liệu từ quá trình cracking
Cấu tử

Propan n-butan i-butan

Propen i-

1-buten 2-

buten
Hàm

lượng 13,0

6,5

22,8

25,9

8,6

buten
7,3

15,9

(%)
Propan và n-butan trong nguyên liệu không tham gia vào phản ứng nhưng
sự có mặt của chúng ảnh hưởng đến quá trình bởi vì chúng chiếm thể tích vùng
phản ứng và làm giảm nồng độ iso-butan, làm giảm nồng độ xúc tác. Do đó, để cải
thiện quá trình alkyl hóa cần phải tách sâu hơn các n-parafin nhờ các cột tách
propan và butan.
Hàm lượng và thành phần olefin trong nguyên liệu có ảnh hưởng và sẽ quyết

định chất lượng sản phẩm.
Bảng 3Ảnh hưởng của nguyên liệu đến hiệu suất alkylat[6]
C3H8 (40%)
Chỉ tiêu

C3H6

C4H8 (60%)

C4H8

Hiệu suất alkylat so với olefin
178

174

172

Tiêu hao iso-butan (% thể tích ) 127

117

111

RON

89 ÷ 92

92 ÷ 95

94 ÷ 97

RON (+ 0.8ml TMP/l)

101,5  103

103,5  105

104,2  106,3

MON

87  90

90  93

92  94

(% thể tích )

9


Trong nguyên liệu cũng cần chứa ít etylen và nhất là butadien bởi vì khi
tiếp xúc với xúc tác axit chúng sẽ tạo thành các polyme hòa tan trong axit làm giảm
nồng độ axit. Ngoài ra, các hợp chất oxy, nitơ hay lưu huỳnh trong nguyên liệu
cũng dễ tác dụng với axit gây tiêu hao nguyên liệu.

1.4 Sản phẩm của q trình alkyl hóa
Sản phẩm alkylat của q trình alkyl hóa thu được bao gồm như sau:

• Alkylat nhẹ dùng làm hợp phần pha chế xăng có chất lượng cao.
• Alkylat nặng (ts = 170 ÷ 300ᵒC) dùng làm nhiên liệu diesen.
• Hỗn hợp khí hydrocacbon no dùng làm nhiên liệu.
Tính chất cơ bản của xăng alkylat và sản phẩm chính của q trình alkyl hóa như
sau:
Bảng 4: Tính chất cơ bản của xăng alkyl hóa
Xăng

MON

Alkylat 90 ÷ 94

RON

RVP (bar)

Aromatic (%V) Olefin (%V)

92 ÷ 97

0,55

0,4

0,5

Bảng 5: Sản phẩm chính của phản ứng alkyl hóa[5]
Olefin
Propen
i-buten

1-buten

2-buten

Sản phẩm

MON

RON

2,3-dimethylpentan

89

91

2,4-dimethylpentan

84

83

2,2,4-trimethylpentan

100

100

2,3-dimethylhexan

79

71

2,4-dimethylhexan

70

65

2,2,3-trimethylpentan

99,9

109,6

2,2,4-trimethylpentan

100

100

2,3,4-trimethylpentan

96

103

2,3,3-trimethylpentan

99

106

Các cấu tử có giá trị nhất là iso-octan. Quy ước cấu tử chuẩn là 2,2,4trimetylpentan có RON = 100 và MON = 100.

10


1.6 Cơ sở hóa lý của q trình alkyl hóa
1.6.1 Đặc trưng nhiệt động học của phản ứng
Alkyl hóa iso-butan bằng olefin nhẹ thường sử dụng phân đoạn C2  C4
chứa olefin của các quá trình chế biến khác nhau. Các phản ứng cơ bản gồm[6]:
iso-C4H10

+ C2H4

→

2,2 và 2,3-dimethyl butan

(1)

iso-C4H10

+ C3H6

→

2,3 và 2,4-dimethyl pentan

(2)

iso-C4H10

+ C4H8

→

iso-C8H18 (iso-octan)

(3)

(khí)

(khí)

(lỏng)

• ΔG = −27100 +63,2T

ΔG < 0 khi T ≤ 156˚C

iso-C4H10 + C4H8
(khí)

(khí)

• ΔG = −18350 +39,1T

→

iso-C8H18 (iso-octan)

(4)

(khí)
ΔG < 0 khi T˚ ≤ 196˚C

Alkyl hóa iso-parafin bằng olefin là một q trình tỏa nhiệt có kèm theo
giảm số lượng phân tử. Do vậy, khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất sẽ thuận lợi cho
quá trình nghĩa là cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành sản phẩm. Theo số liệu
thực nghiệm người ta thấy rằng, nhiệt của phản ứng như sau: propen là 195 kcal/kg
alkylat, buten là 175 kcal/kg alkylat và penten là 140 kcal/kg alkylat.
1.6.2 Cơ sở của q trình alkyl hóa iso-butan bằng butylen
Trong cơng nghiệp dầu mỏ, sản phẩm alkyl hóa trước hết là dùng để chế
tạo xăng.Vì vậy, cơ sở của quá trình về cơ bản là phản ứng tác dụng của iso-butan
với butylen khi có mặt xúc tác là các axit mạnh để tạo ra iso-octan, cấu tử có giá
trị nhất của xăng. Phản ứng xảy ra theo cơ chế ion cacboni:
R – CH2 – CH = CH2 +

H+ ↔ R – CH2 – +CH – CH3

Thời gian tồn tại của ion cacboni dao động trong khoảng thời gian nhất
định, phụ thuộc vào cấu trúc, các hiệu ứng riêng và khả năng solvat của nó. Khi
tác dụng của H+ với olefin thẳng thì ưu tiên tạo thành ion cacboni bậc 2 hơn là ion
cacboni bậc 1.
CH3 – CH2 – CH = CH2 + H+ ↔ CH3 – CH2 – +CH – CH3 (bậc 2)
CH3 – CH2 – CH = CH2 + H+ ↔ CH3 – CH2 – CH2 – +CH2 (bậc 1)
Nếu olefin có cấu trúc nhánh với liên kết đơi ở vị trí β sẽ cho ion cacboni

bậc 3 nhiều hơn ion cacboni bậc 2:
11


Nhiệt tạo thành của các ion cacboni như sau:
Bảng 6: Nhiệt phản ứng tạo thành các ion cacboni
Ion cacboni

ΔH (kJ/mol)

+

1100

CH3 – +CH2

941

CH3 – CH2 – +CH2

907

CH3 – +CH2 – CH3

798

CH3 – CH2 – CH2 – +CH2

869

CH3 – CH2 – +CH2 – CH3

760

(CH3)3+C

697

CH4

Độ bền của ion cacboni có thể xếp theo thứ tự giảm dần như sau:
Ion bậc 3 > Ion bậc 2 > Ion bậc 1
Áp dụng trong công nghiệp alkyl hóa iso-butan bằng buten, các phản ứng xảy ra:
H+

→

C4H9*

→

n-C4H10

iso-+C4H9 +

C4H8

→

iso-+C8H17

(7)

iso-+C8H17 +

iso-C4H10 →

iso-C8H18 + iso-+C4H9

(8)

C4H8

+

iso-C4H10 +

+

+

C4H9*

(5)
+ iso-+C4H9

(6)

Iso-+C4H9 lại tiếp tục tham gia phản ứng (7), trong đó ion +C4H9* là loại có cấu
trúc bất kì.

Nếu ngun liệu là phân đoạn C4, ta có các phản ứng sau:

12


Các ion iso-octan này có khả năng trao đổi ion hydrit với iso-butan để tạo
thành sản phẩm iso-octan. Tất nhiên, riêng đối với 1-buten và 2-buten trong điều
13


kiện alkyl hóa nó có thể trùng hợp tạo hydrocacbon nặng làm giảm nồng độ của
xúc tác.
Ngồi ra, cịn có các phản ứng phụ khác như phản ứng cracking, phản ứng
phân bố lại, phản ứng chuyển hydro,…
• Polyme hóa
2C3H6 → C6H12
• Chuyển hydro
2iso-C4H10 + C6H12 → C8H18 + C6H14
• Oligome hóa
C8H18 + C4H8 → C12H26 → C20H42
• Phản ứng phân bố lại
2C8H18 → C7H14 + C9H20
• Cracking
C12H26 → C7H14 + C5H12 → iso-C4 + C8H18
Từ cơ sở hóa học của q trình alkyl hóa iso-butan bằng butylen, thực chất
của q trình là tạo thành ion iso-+C4H9 mà phản ứng chính đó là sự chuyển ion
hydrit ở iso-C4H10. Chỉ có các axit mạnh mới có hoạt tính xúc tác thúc đẩy tốc độ
vận chuyển ion hydrit. Do vậy, xúc tác alkyl hóa trong cơng nghiệp thường là axit
sunfuric hay axit flohidric. Tốc độ vận chuyển H+ giảm xuống khi nồng độ axit
giảm. Trong cơng nghiệp hiện nay, các q trình alkyl hóa vẫn sử dụng phổ biến

hai loại axit nói trên.

1.7 Xúc tác của q trình alkyl hóa
Xúc tác alkyl hóa có thể được chia thành hai nhóm chính như sau:
• Xúc tác axit lỏng ( H2SO4, HF,…).
• Xúc tác rắn ( zeolit, nhơm oxit,…).
1.7.1 Xúc tác lỏng
Để alkyl hóa iso-butan bằng olefin, q trình alkyl hóa sử dụng hai loại axit
lỏng chủ yếu là axit sunfuric (H2SO4) và axit flohidric (HF).
Với xúc tác là axit H2SO4, nồng độ 94  98%, nồng độ axit đậm đặc hơn
khơng mong muốn vì tính chất oxy hóa mạnh của nó và tính chất này làm phức tạp
thêm quá trình như dễ tạo nhựa, dễ tạo SO2, SO3 và H2S, làm giảm hiệu suất alkylat.
14


Khi nồng độ axit thấp, nó xúc tác cho quá trình polyme hóa, dễ tạo thành các alkyl
sunfat tương ứng và khi đốt nóng chúng bị phân hủy thành các hợp chất ăn mòn,
làm loãng nhanh axit. Axit H2SO4 đã sử dụng trong các dây chuyền hiện đại thường
được đưa vào tái sinh bằng phương pháp phân hủy nhiệt độ cao. Hiệu quả của q
trình alkyl hóa được tăng lên khi thêm vào xúc tác các chất kích hoạt đặc biệt, nó
làm thay đổi sức căng bề mặt của giới hạn phân chia pha hoặc tạo thành nhũ tương
trong axit.
Với xúc tác là axit HF, nồng độ thường dùng ≥ 87%. Do có mặt các sản
phẩm nặng vì polyme hóa và nước làm giảm nồng độ axit. Độ hoạt tính tốt nhất
đạt được khi trong xúc tác chỉ chứa lượng nhỏ hơn 1,5% H2O và 12% hydrocacbon
nặng. Khi nồng độ HF < 87%, nó được đưa đi tái sinh. Tiêu hao axit HF thường
nhỏ hơn so với H2SO4 (< 0.14lb/thùng alkylat so với H2SO4 là 25-30 lb/thùng
alkylat).
Bảng 7: Tính chất đặc trưng của xúc tác lỏng[7]
Tính chất

HF

H2SO4

Khối lượng phân tử

20,1

98,1

Nhiệt độ sơi (ᵒC)

19,4

290,0

Nhiệt độ nóng chảy (ᵒC)

82,8

10,4

Trọng lượng riêng

0,99

1,8

Độ nhớt (cP) (0ᵒC)

0,26

33,0

Độ axit Hammett

10,0

11,1

Xúc tác axit HF giúp tạo ra alkylat có trị số octan cao hơn nhờ các phản ứng
dịch chuyển hydro. Tuy nhiên, lượng tiêu thụ iso-butan càng lớn thì lượng xúc tác
tiêu thụ càng bé khi sử dụng HF. Trong khi vận hành, axit bị làm bẩn bởi nước và
các hợp chất hữu cơ hòa tan, khiến giảm độ axit tổng. Trong những điều kiện như
vậy, độ hòa tan của iso-butan cao hơn (0,4% khối lượng trong H2SO4 và 3,6% khối
lượng trong HF).
Thực tế, một trong những sự khác biệt lớn nhất giữa alkyl hóa dùng HF và
H2SO4 là quá trình xử lý xúc tác axit. Hoạt tính axit giảm dần theo thời gian do bị
pha lỗng, sự tạo thành ASO, các polyme có chứa lưu huỳnh thúc đẩy sự ăn mòn
thiết bị và tích tụ tạp chất. Axit HF có thể được phân tách để loại bỏ nước và ASO.
H2SO4 phải được tháo khỏi phân xưởng và tái sinh bằng cách phân hủy hoàn toàn
15


axit thành SO2, SO3 và ngưng tụ chúng lại thành H2SO4. Q trình tái sinh có thể
được thực hiện ở trong hoặc ngoài nhà máy lọc dầu ở địa điểm cách biệt. Do những
lý do trên, lượng H2SO4 bị tiêu thụ thường cao hơn nhiều so với HF, mặc dù HF
có thể hình thành hỗn hợp đẳng phí với nước, dẫn đến mất mát axit.
1.7.2 Xúc tác rắn

Axit HF rất dễ bay hơi (ts = 19,5ᵒC), tạo sương mù nguy hiểm nếu xảy ra sự
cố rò rỉ. Axit H2SO4 phải vận chuyển lượng lớn xúc tác để tái sinh tạo nên những
mối nguy khi vận chuyển. Cả hai loại axit đậm đặc được chứa trong thép cacbon
và có khả năng ăn mòn rất cao khi pha loãng với nước. Hơn nữa, việc sử dụng xúc
tác pha lỏng còn một số hạn chế khiến cho quá trình tái sinh xúc tác khó khăn, tiêu
tốn chi phí cho tồn bộ q trình lớn.
Chính vì những lý do trên, cơng nghiệp lọc dầu đã phát triển một số phương
pháp để khắc phục những hạn chế và vấn đề còn tồn tại này. Ngày nay, UOP đã
phát minh ra xúc tác HF dạng axit rắn và dị thể hóa xúc tác HF. Cải tiến mới của
UOP với xúc tác rắn và dị thể hóa xúc tác HF mang lại các ưu điểm nổi bật là:
• Thay thế được axit HF dạng lỏng có tính ăn mòn mạnh và độc hại do vậy
thao tác an tồn hơn và mơi trường sạch hơn.
• Độ hoạt tính tương đương với dùng HF lỏng.
• Dễ tách sản phẩm alkylat vì đã dị thể hóa xúc tác.
Xúc tác axit rắn bao gồm zeolit trao đổi, nhựa trao đổi ion như Amberlyst,
Perfluoro polymers với nhóm axit sunfuric, siêu axit rắn (nhơm oxit được clo hóa,
zirconia được sunfat hóa) và siêu axit lỏng cố định trên chất rắn. Các xúc tác rắn
được hỗ trợ bởi axit mạnh là nhôm oxit (hoặc zeolit)/BF3, silica/CF3SO3H,
silica/SbF5. Xúc tác rắn có thể cải thiện an tồn và chi phí sản xuất, tuy nhiên có
xu hướng giảm hoạt tính nhanh chóng dưới điều kiện alkyl hóa do lắng đọng cốc
và hợp chất nặng trên bề mặt xúc tác. Đốt các hydrocacbon nặng dưới nhiệt độ cao
nhanh chóng phá hủy hoạt tính của xúc tác.
Để giải quyết vấn đề giảm hoạt tính, một vài cơng ty đã phát triển các loại
thiết bị phản ứng mới và hệ thống tái sinh mới dựa vào quá trình giải hấp
hydrocacbon nặng bằng cách sử dụng dòng hydro hay sử dụng các phụ gia đặc biệt
làm giảm khả năng HF tạo sương mù. Quá trình tái sinh axit sunfuric tại chỗ đã
16


xuất hiện để loại bỏ quá trình vận chuyển xúc tác đã sử dụng và đã tái sinh, nhưng

rất ít các nhà máy lọc dầu hiện nay vận hành theo phương pháp này.

1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa
Năng suất và chất lượng của sản phẩm q trình alkyl hóa khơng chỉ phụ
thuộc vào ngun liệu và xúc tác mà còn bị ảnh hưởng bởi các thơng số cơng nghệ
của q trình alkyl hóa. Đối với các dây chuyền công nghệ khác nhau người ta sẽ
điều chỉnh các chế độ công nghệ khác nhau. Các thông số cơng nghệ chính của
q trình alkyl hóa iso-parafin bằng olefin là: Chất lượng nguyên liệu, nhiệt độ
phản ứng, tỷ lệ iso-butan/olefin, áp suất, nồng độ axit, thời gian phản ứng, khuấy
trộn và tốc độ khơng gian thể tích.
1.8.1 Chất lượng ngun liệu
Trong ngun liệu có những chất pha lỗng như propan, n-butan, n-pentan.
Những chất này không tham gia phản ứng nhưng lại chiếm một phần thể tích của
thiết bị phản ứng, do đó làm lỗng nồng độ của iso-butan trong thiết bị phản ứng
và làm giảm chất lượng của sản phẩm alkylat.
Hàm lượng diolefin cần được hạn chế vì chúng là nguyên nhân gây mất
lượng lớn axit sunfuric do khi tiếp xúc với axit tạo thành các polyme hòa tan trong
axit làm giảm nồng độ axit.
Hàm lượng các tạp chất không gây ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản
phẩm alkyl hóa nhưng làm tăng sự tiêu thụ axit cho q trình. Do đó, dòng ngun
liệu hydrocacbon cần phải được sấy và desunfua nhất là khi sử dụng xúc tác HF.
1.8.2 Nhiệt độ phản ứng
Nhiệt độ là thông số rất quan trọng của q trình alkyl hóa, có ảnh hưởng
khá phức tạp đến quá trình này.
Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của các tác nhân giảm xuống, điều đó cho phép
tăng cường khuấy trộn làm cho các tác nhân phản ứng tiếp xúc với nhau tốt hơn,
nhờ vậy giảm được năng lượng khuấy trộn. Khi tăng nhiệt độ, các phản ứng phụ
như polyme hóa, oligome hóa và oxy hóa lại tăng lên và có tốc độ tăng mạnh tương
đương với tốc độ phản ứng alkyl hóa. Vì thế, độ chọn lọc của quá trình lại giảm
xuống, giảm nồng độ axit, tăng tiêu hao axit, do đó làm giảm chất lượng alkylat.

17


Nếu hạ thấp nhiệt độ đến một giới hạn nhất định nào đó, sẽ tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình alkyl hóa, làm cho độ chọn lọc tăng, giảm tiêu hao xúc tác
và hiệu suất cũng như chất lượng alkylat tăng lên. Yếu tố hạn chế khi giảm nhiệt
độ là làm tăng độ nhớt của các tác nhân và axit, làm tiêu tốn năng lượng khuấy
trộn và chất tải nhiệt. Trong trường hợp này cũng khó tạo thành nhũ tương tốt thích
hợp cho phản ứng alkyl hóa.
Trong trường hợp alkyl hóa xúc tác axit sunfuric, nếu nhiệt độ phản ứng là
15ᵒC thì phản ứng oxi hóa và sunfo hóa tăng mạnh gây tiêu hao lượng lớn axit.
Nếu giảm nhiệt độ xuống dưới 5ᵒC thì độ nhớt của dung dịch axit tăng mạnh gây
khó khăn cho q trình phân tán hydrocacbon trong xúc tác. Do đó, trong cơng
nghiệp thường chọn nhiệt độ vận hành thích hợp cho q trình alkyl hóa xúc tác
axit H2SO4 nằm trong khoảng từ 5 ÷ 10ᵒC.
Đối với xúc tác axit HF thì nhiệt độ phản ứng ít ảnh hưởng hơn so với xúc
tác H2SO4 và sử dụng nước để làm mát cho quá trình nên nhiệt độ phù hợp với chỉ
tiêu kinh tế và kỹ thuật sẽ nằm trong khoảng 20 ÷ 35ᵒC.

Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến MON của alkylat
Giá trị cụ thể nhiệt độ phản ứng được chọn cần phải tính đến ảnh hưởng của
các thông số khác và các chỉ tiêu kinh tế của quá trình, sao cho đảm bảo chỉ tiêu
chất lượng và hiệu suất alkylat. Ví dụ theo thời gian phản ứng, nồng độ xúc tác
giảm, hoạt tính xúc tác giảm, có thể tăng nhiệt độ lên 2 ÷ 3ᵒC trong khoảng cho
phép để bù lại hoạt tính của xúc tác nhằm duy trì hiệu suất tạo alkylat ổn định.
18


1.8.3 Áp suất
Do phản ứng xảy ra trong pha lỏng nên áp suất khơng ảnh hưởng đến q

trình phản ứng. Áp suất phản ứng được duy trì để đảm bảo các chất phản ứng trong
pha lỏng.
1.8.4 Nồng độ axit
Nồng độ axit là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản
phẩm alkylat. Nồng độ axit tối thiểu sẽ phụ thuộc vào loại olefin sử dụng và loại
axit. Ở nồng độ axit thấp các phản ứng trùng hợp sẽ chiếm ưu thế. Hàm lượng
nước trong axit cũng cần được tối ưu vì nó làm giảm hoạt tính axit gấp 3 ÷ 5 lần
so với các hydrocacbon pha lỗng nhưng nó lại là chất cần thiết để ion hóa axit.
Để alkyl hóa phân đoạn C4, thường dùng axit H2SO4 có nồng độ từ 90 ÷
99%. Còn đối với q trình sử dụng axit HF thì để thu được sản phẩm alkylat chất
lượng cao thì cần giới hạn hàm lượng nước trong dung dịch khoảng 2,8%. Nếu
axit có nồng độ quá cao thì sẽ ảnh hưởng đến tính oxi hóa, cịn nếu q thấp thì
tốc độ phản ứng polyme hóa tăng. Vì thế hệ thống đạt khả năng phản ứng cực đại
khi nồng độ olefin hòa tan vào xúc tác đúng bằng lượng ion cacboni tạo thành và
tham gia phản ứng alkyl hóa. Trong q trình axit bị giảm nồng độ do các tạp chất
ta nên bổ sung thêm một lượng axit nhất định để đảm bảo hiệu suất q trình.
Ngồi ra, hiệu quả q trình cịn phụ thuộc vào sự tiếp xúc của axit với các tác
nhân phản ứng nên cần tăng khả năng khuấy trộn.
1.8.5 Thời gian phản ứng
Thời gian phản ứng của q trình alkyl hóa xác định bởi hai yếu tố cơ bản
là: Tốc độ lấy nhiệt khỏi vùng phản ứng đủ để điều chỉnh nhiệt độ của phản ứng
và thời gian cần thiết đủ để iso-butan hòa tan vào pha axit tạo nhũ tương, nhờ vậy
mà đảm bảo tiến trình xảy ra các phản ứng mong muốn và hạn chế các phản ứng
phụ. Do thiết bị hoạt động liên tục, nên để khống chế thời gian phản ứng người ta
khống chế qua tỷ lệ giữa axit và hydrocacbon trong vùng phản ứng của thiết bị
phản ứng. Thông thường, tỷ số này được chọn bằng 1/1 đến 2/1, tỷ số này cho chất
lượng alkylat là tốt nhất. Trong thực tế, để đạt hiệu suất cực đại, thời gian tiếp xúc
trong thiết bị phản ứng với xúc tác H2SO4 thường từ 15 đến 30 phút, còn trên xúc
tác HF là từ 10 đến 20 phút.
19

1.8.6 Nồng độ iso-butan
Do khả năng hòa tan iso-butan trong pha axit rất nhỏ (trong HF là 0,3%,
trong H2SO4 là 0,1%) nên muốn tăng tốc độ phản ứng, nồng độ iso-butan cần phải
đạt cực đại trong vùng phản ứng. Độ hòa tan cũng còn phụ thuộc vào cường độ
khuấy trộn, nên người ta thường thiết kế các bộ phận khuấy trộn đặc biệt trong
thiết bị phản ứng. Olefin hầu như hòa tan tức thời trong axit nên lượng olefin đưa
vào cần phải được chia nhỏ để hạn chế phản ứng phụ. Điều này được khống chế
qua tỉ lệ giữa iso-butan/buten. Trong công nghiệp, tỉ lệ iso-butan/buten thay đổi từ
5/1 đến 15/1, nghĩa là sử dụng một lương dư rất lớn iso-butan.
Ngoài ra, khi quan sát mối quan hệ giữa nồng độ iso-butan trong dòng sản
phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng và chất lượng của alkylat, người ta thấy rằng chất
lượng của alkylat mà cụ thể là tính chống kích nổ của sản phẩm tăng lên hầu như
tỉ lệ thuận với nồng độ iso-butan trong dòng chất ra khỏi thiết bị phản ứng. Vì vậy,
hàm lượng iso-butan khi đó được dùng để đánh giá chất lượng alkylat. Sự phụ
thuộc giữa tính chống kích nổ của alkylat vào nồng độ iso-butan trong dòng sản
phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng được xác định thông qua chỉ số F. Chỉ số F được
tính theo phương trình của Smith và Pinketon như sau:
F=

C1s (I/O)
100 (V.S)o

Trong đó:
o C1s là %V của iso-butan trong sản phẩm alkylat.
o I/O là tỉ lệ iso-butan/olefin trong nguyên liệu nạp vào thiết bị phản ứng.
o (VS)o là tốc độ nạp nguyên liệu riêng của olefin.
Bảng 8: Giá trị RON của alkyl hóa phụ thuộc vào F và nguyên liệu
Tác nhân alkyl hóa F = 4

F = 10

F = 20

F = 40

F = 200

Propylen

88,0

88,8

89,6

90,3

92,0

Penten

89,6

90,7

91,6

92,5

94,4

Butylen

94,2

94,8

95,9

95,8

97,0

20


1.8.7 Khuấy trộn và tốc độ khơng gian thể tích
Khi tăng sự khuấy trộn thì sự phân tán các giọt hydrocacbon trong nhũ
tương tốt hơn, làm tăng diện tích bề mặt do vậy sẽ làm tăng chất lượng của sản
phẩm.
Trong trường hợp chất xúc tác là axit lỏng, tốc độ khơng gian thể tích sẽ là
thước đo nồng độ olefin trong pha axit và có thể được định nghĩa như sau:
m3

olefin trong lị phản ứng ( h )
Tốc độ khơng gian thể tích =
axit trong lị phản ứng (m3 )

Khi tốc độ khơng gian thể tích tăng, trị số octan có xu hướng giảm và lượng
axit tiêu thụ tăng.

21


CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG NGHỆ ALKYL HĨA
Cơng nghệ alkyl hóa sản xuất xăng có trị số octan cao sử dụng axit sunfuric
được sử dụng rộng rãi và thương mại hóa trên khắp các nhà máy lọc dầu thế giới.
Công nghệ alkyl hóa xúc tác axit sunfuric được cấp bản quyền bởi DuPont
(Stratco), ExxonMobil và CB&I. Cơng nghệ alkyl hóa sử dụng axit flohidric được
hãng UOP và COP phát triển với năng suất tổng gần bằng hãng Stratco.

Hình 2: Năng suất alkylat của các công nghệ trên thế giới[8]
Khi tiến hành thay xúc tác axit flohidric bằng axit sunfuric sẽ làm giảm khả
năng hình thành đám mây hơi axit khi thải ra khí quyển, giúp giảm ơ nhiễm mơi
trường nhưng lại cần hệ thống vận chuyển và tái sinh xúc tác.
Phương pháp sử dụng axit rắn là một công nghệ mới và đã được CB&I bắt
đầu ở Trung Quốc với năng suất 2.700 BPD vào năm 2015. KBR đang trong giai
đoạn thiết kế thử nghiệm. Hãng UOP đã phát triển một loại xúc tác gọi là Alkylen,
sử dụng quá trình tái sinh xúc tác liên tục.
Hiện nay, cơng nghệ alkyl hóa đang ngày càng được phát triển để tối ưu
hóa chất lượng của sản phẩm, kinh tế và môi trường[7].

22


2.1 Cơng nghệ alkyl hóa xúc tác axit sunfuric
Alkyl hóa xúc tác axit sunfuric lần đầu được phát triển vào năm 1938, trong
giai đoạn trước chiến tranh thế giới thứ hai. Về bản chất, công nghệ xúc tác sunfuric

phụ thuộc vào một cụm phản ứng để tạo một nhũ tương giữa hydrocacbon và axit
cũng như là nơi xảy ra phản ứng và một cụm ổn định để phân tách, tuần hoàn axit.
Cụm chưng tách phân đoạn để tách alkylat từ iso-butan dư và được tuần hoàn lại
thiết bị phản ứng. Hiện nay, có hai hãng cơng nghệ alkyl hóa chính sử dụng axit
sunfuric là Stratco và ExxonMobil, mỗi công nghệ sử dụng cách tiếp cận khác
nhau trong thiết kế cụm phản ứng và cụm tái sinh.
2.1.1 Công nghệ Stratco
Thiết bị phản ứng Stratco là một thiết bị áp suất nằm ngang chứa các chùm
ống bên trong, đóng vai trò như một thiết bị trao đổi nhiệt với mục đích loại nhiệt
phản ứng và một cánh khuấy. Thiết bị hoạt động ở áp suất từ 3,5 ÷ 5,0 bar, nhiệt
độ từ 5 ÷ 10˚C, mục đích để giữ hai pha ở trạng thái lỏng. Nguyên liệu axit và
hydrocacbon tiếp xúc với nhau và được khuấy mạnh bởi bộ cánh khuấy. Nhũ tương
được hình thành và phản ứng diễn ra gần như đồng thời, thời gian tiếp xúc rất ngắn
và các phản ứng phụ được giữ tối thiểu. Tốc độ tuần hoàn cao của nhũ tương cho
phép điều khiển nhiệt độ phản ứng một cách hiệu quả[2].

Hình 3: Thiết bị phản ứng alkyl hóa Stratco
Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng Stratco sử dụng xúc tác
axit sunfuric: Dòng nguyên liệu ban đầu (olefin và iso-butan) kết hợp với dòng
iso-butan tuần hoàn được bơm từ thiết bị tách phân đoạn đi đến thiết bị lọc sơ bộ
để loại bỏ chất rắn. Sau khi được lọc, hỗn hợp được đưa đến thiết bị kết tụ lỏng,
23


các hạt nước nhỏ kết tụ lại với nhau thành các hạt lớn, dưới tác dụng của trọng lực
hỗn hợp đã loại bỏ được nước. Sau khi đã loại bỏ nước, hỗn hợp được đưa vào
thiết bị phản ứng cùng với dịng iso-butan từ bình tách pha tuần hồn.

Hình 4: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng Stratco xúc tác sunfuric[9]
Trong thiết bị phản ứng, các hydrocacbon kết hợp với dòng axit từ thiết bị

ổn định axit mà đầu vào là dòng axit sạch. Bộ phận cánh khuấy để tăng cường
khuấy trộn các tác nhân, hỗn hợp nhũ tương được hình thành. Một phần nhũ tương
trong thiết bị phản ứng tiếp tục được đưa sang thiết bị ổn định axit để tách pha
hydrocacbon đã phản ứng khỏi nhũ tương axit. Axit sau khi được ổn định trở lại
thiết bị phản ứng. Axit được làm sạch từ phân xưởng, thông thường là liên tục và
axit mới được đưa vào để độ mạnh axit được giữ ở mức cao. Pha hydrocacbon
chứa sản phẩm alkylat và iso-butan được đưa vào chùm ống trong thiết bị phản
ứng bằng cách giảm áp suất đến khoảng 0,4 ÷ 0,6 bar, đi qua một van điều khiển
áp suất ngược. Tại áp suất này, các cấu tử nhẹ của dịng sản phẩm được hóa hơi,
giảm nhiệt độ xuống dưới 0oC. Q trình hóa hơi xảy ra được bổ sung trong chùm
ống do dòng sản phẩm ra tiến hành giảm bớt nhiệt của phản ứng.
Dòng từ chùm ống được đưa sang bình tách pha để tách pha lỏng và hơi,
iso-butan dư được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng, n-butan và alkylat được đưa
sang thiết bị rửa axit, rửa kiềm để loại bỏ hợp chất chứa lưu huỳnh, lọc chất rắn và
24


loại bỏ nước để vào thiết bị tách phân tách để thu được sản phẩm alkylat cùng nbutan không tham gia phản ứng. Pha hơi từ bình tách pha được nén, làm mát và
ngưng tụ. Propan được loại bỏ trong tháp tách butan, sản phẩm đáy tháp được tuần
hoàn về thiết bị phản ứng.
2.1.2 Công nghệ ExxonMobil
Công nghệ của ExxonMobil sử dụng hệ thống làm lạnh để loại bỏ nhiệt
phản ứng và duy trì nhiệt độ thấp cho phản ứng alkyl hóa (4 ÷ 5oC).

Hình 5: Thiết bị phản ứng alkyl hóa hãng ExxonMobil[11]
Thiết bị phản ứng là một thiết bị áp suất nằm ngang chứa một số các ngăn
và thiết bị trộn trong mỗi giai đoạn để nhũ hóa hỗn hợp hydrocacbon-axit. Phản
ứng được giữ ở áp suất thấp và nhiệt phản ứng được loại bỏ bằng cách hóa hơi trực
tiếp dòng iso-butan được đưa vào một đầu thiết bị phản ứng. Axit được cho vào
cùng một đầu và di chuyển cùng với iso-butan bằng cách tràn từ ngăn này sang

ngăn khác. Nguyên liệu olefin được chia và thêm vào từng ngăn. Để tránh hydro
cacbon nhẹ hóa hơi, khơng cần thiết duy trì áp suất cao trong thiết bị phản ứng, áp
suất thay đổi từ 0,5 ÷ 1,5 bar (từ ít iso-butan đến nhiều iso-butan)[10].
Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của hãng ExxonMobil sử dụng xúc
tác axit sunfuric: Dòng nguyên liệu iso-butan kết hợp với dòng iso-butan tuần hoàn
từ tháp tách butan và dòng axit đưa vào thiết bị phản ứng. Dòng nguyên liệu olefin
qua thiết bị trao đổi nhiệt được đưa vào thiết bị phản ứng. Tại thiết bị phản ứng,
25