công nghệ penex của UOP được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy lọc hóa dầu

Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
MỤC LỤC
965.10. .................. 2
CHƯƠNG I. HĨA LÝ Q TRÌNH CÔNG NGHỆ PENEX.........................--------- 3
IL Giới thiệu chung.................................... L2. 2 2012202121211
1212115121 110111 2811121111 H khe 3
II. Các phản ứng chính của quá trình....................... - c1 2c 211112111221
1222115511 121112 x+5 3
1. Quá trình Isome hóa.................... 2 Q2 2211222 ng xnxx xke 3
2. Nguyên liệu quá trình..................... -. - - - C1 21222111211 11211
151111511 1121111511521 11101118111 xeg 4
3. Đặc trưng nhiệt động........................... -. L1 22110221
1121111121112211101 11221118 111k re 5
4. Các phản ứng chính......................- L 220122111211 111 1112111211151 111
111811112111 11tr xe 6
II. Xúc tác và cơ chế............................- 22
22221122211122211111111221111211112201110.1 ca 7
xe ao 6i. na... 7
2. Cơ chế phản Ứng..................... s1 SE 111112211112 Ha HH tra 9
CHƯƠNG II. ĐẶC ĐIÊM CÔNG NGHỆ PENEX.........................-- 52222: 222 22v 10
L Điều kiện công nøhỆ.................... -. -L - 22.11220211 121111211
12211121115 2111101 112811121 key rà 10
IL Phân tích các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình.................. s2 E131 Exzxcrxez
II
II. Sơ đồ dây chuyền công nghệ...................... 2S S E2E121111111 11x tt xa
14
IV. Thiết bị phản ứng của dây chuyển......................- SE
11E12122121121211211xEerre 15
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG VÀO CÁC CẢI TIẾN....................-525::2222222c22ccec 17
L Các cải tiễn hiện TÂY... 0022001201112 1102111111111 1111111111111 kh Hy ra 17
—IL Thiết kế dây chuyển.....................-- S2 S1 S1 1 E11512121151251 21 11 111

re 19
450097900058 ..... --ầsãầ... 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................--2222+222222212221112222112122211122211112220 e6 23


Tiểu luận THH_SV thực biện 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 chuyên giao công nghệ liên quan đến tinh chế dầu mỏ, chế biến
khí, hóa dầu và các ngành cơng 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
băng sáng chế, tạo nên nên tảng và thúc đây 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 cơng 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 đề giúp
chuyên đôi 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 thơ, hóa chất và
tách
biệt với nhau.
Trong phạm vi bài tiêu luận này chúng tôi xin đề cập tới công nghệ Penex của
UOP được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy lọc hóa dâu. Trong Cơng nghệ Penex,
q trình chính xảy ra là qua trình Isome hóa, được ứng dụng chính là chun đối từ
Paraln mạch thăng 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 ocfan thấp như Pentan, Hexan, được Isome hóa
thành các sản phâm đề 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 q trình của Cơng nghệ Penex
2. Điều kiện công nghệ, mô tả công nghệ, thiết bị của CN
3. Ứng dụng, cái tiễn


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
CHƯƠNG I. HĨA LÝ Q TRÌNH CƠNG NGHỆ PENEX
1 Giới thiệu chung
Ngành cơng 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
tồn hơn với mơi 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 Cs và Cạ Do
vậy cơng nghệ đồng phân hóa các Naphtha nhẹ này làm giảm được lượng benzene
và duy trì làm tăng được các trị số Octan do chuyên đổi từ Parafin mạch thắng 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 tròn
pha trộng xăng
- Tơi ưu hóa các kết câu tuân hoàn nhắm tăng hiệu suât
H. Các phản ứng chính của q trình
1. Q trình Isome hóa
Q trình chính diễn ra trong cơng nghệ penex là q trình Isome hóa. Isome
hóa là q trình nhằm biến đơi 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 cầu tử cao octan pha vào xăng nhằm nâng cao chất lượng.
n— parafin —> iso — paraffin (quá trình này cịn gọi là q trình đồng phân hóa)
Vị dụ: n — butan —> 1so — butan
n — pentan —> 1so — pentan

Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
Phản ứng có ý nghĩa quan trọng trong lọc đầu là isome hóa n — butan thành ¡so —
butan, là cầu tử ban đầu đề tông hợp MTBE làm phụ gia tái tạo lại xăng. Đây là phản
ứng vừa isome hóa vừa dehydro hóa, dehydro hóa. Ngồi ra, isome hóa cịn bao gồm
phản ứng biên đơi vị trí nhóm thê trong vịng benzenen.
2. Ngun liệu q trình
CN Penex thường dùng nguyên liệu là phân đoạn Cs và C. Đặc trưng của
nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm.
Hàm lượng n-parafin thường không vượt q 65% trong ngun liệu. Do đó, nếu cho
tồn bộ ngun liệu qua biến đổi isome hố là khơng 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 thiêu là 20 đơn vị.
Trong thực tế công nghiệp, người ta thường đem isome hố phân đoạn Css
cịn n-heptan đem ¡isome hố khơng tiện lợi vì trong điều kiện tiến hành quá trình,
các parafin cao (>C¿) 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 Cs, C, 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 khơng phải là q trình chủ đạo
để thu các cấu tử cho xăng. Xong như trên đã nói nó là q trình chính để nhận isopentan đê sản xuât 1so-pren.


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
3. Đặc trưng nhiệt động
Các phản ứng 1some hoá n-pentan và n-hexan là các phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ.
Bảng 2 cho thấy nhiệt phản ứng đề tạo thành các isome hoá từ các cấu tử riêng biệt.

Bảng 2.
Cầu từ AHass , kcal/mol
C;: 2-metylbutan(Isopentan) - 1,92
2,2.dimetylpropan(neopentan) - 4.67
Cạ: 2-metyl pentan(isohexan) - 1,70
3-metylpentan - 1,06
2,2-dimetyl butan(neohexan) - 4,39
2,3-dimetylbutan -253

Do đó các phản ứng 1some hố là tỏa nhiệt
ứng sẽ khơng thuận lợi khi tăng nhiệt độ.
phản ứng thuận nghịch và khơng có sự tăng
chỉ phụ thuộc vảo nhiệt độ. Nhiệt độ thấp
isome

nên về mặt nhiệt động học phản
Mặt khác, phản ứng 1some hố n-parafin là
thê tích, vì thế cân bằng của phản ứng
sẽ tạo điều kiện thuận lợi tạo thành

và cho phép nhận được hôn hợp ở điêu kiện cân băng và có trị sơ octan cao.
Khi isome hố các n-parafin cịn xảy ra một sơ phản ứng phụ như phản ứng cracking
và phản ứng phân bố lại:
2C:H¡› —>_ CuHịo + CaH‹a
Đề 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 Pu› =2 - 4 MPa và tn hồn khí chứa hydro.
5

Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
Động học và cơ chê phản ứng 1some hoá phụ thuộc vào điêu kiện tiên hành quá trình
và phụ thuộc vào xúc tác.
4. Các phản ứng chính
1. CH:;-CH;-CH;-CH;-CH; > CH;-CH(CH:;)-CH;-CH;
n-pentan 1SO-pentan
(62RON) (92RON)
2. n-Hecxane 2,2-Dimethybutane và 2,3-Dimethybutane
(26RON) (96RON) (84RON)
3. Khử Benzen và Aromactics
Benzen > Hecxane >Methyl-cyclo-Pentane n-Hecxane
4. Cracking tạo khí, coke trên bề mặt xúc tác Đề 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
Sulñdes R2S + H2 >2RH + H2S
Pyridine C:zH:N + 5H; —> C;Hì; + NHạ


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
HI. Xúc tác và cơ chế
1. Các loại xúc tác
Các yêu câu 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 ỗn định bên cơ, bền nhiệt, bền hoá học và độ thuần khiết về thành phần hố học
cao. Mặt khác, nó cịn 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 (Als0; ,Al;0; + halogen...). Loại xúc tác này có đủ độ chọn lọc
cần thiết khi isome hố ngun liệu Cs-C¿ nhưng độ linh hoạt của nó khá thấp vì thế
địi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao. Vì vậy để đảm bảo được hiệu suất của quá trình
thì người ta cho tuần hồn.
Xúc tác P/AlzOs dùng rất có hiệu quả khi isome hoá phân đoạn Cs,C¿ nhưng để đạt
được tốc độ phản ứng cân 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/AlaOa tạo ra ngay được ion cacnboni ở nhiệt độ 50°C. Sau này
người ta dùng xúc tác Pt/Modenit, zeolite. Với xúc tác này có thê tạo ra được phản
ứng có hiệu quả ở nhiệt độ 250°C. Nhưng phố biến nhất vẫn là xúc tác PWAlsOa
được bố sung clo.


Tiểu luận TÌ HH] 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 q trình isome
hố
là ZSMS.11. Vì chúng có kích thước khá phù hợp cho phép độ chọn lọc của quá trình
cao hơn.
Sau đây là một sơ đặc trưng của q trình Isome hóa.
Tóm tắt điêu 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 AlaO:,CrzOsBeO_ | 200-450°%C Pha hơi
Pt/AI:O› 350-500°%Œ Pha hơi
Pt/Al:O› clo hoá 80-150%C Pha hơi
Pt/zeolite 250-300°C Pha hơi
Pt/zeolite-X 300-330%C Pha hơi
Pt/zeolite-Y 300-330°C Pha hơi
Pt/ZSMS 300-330°%C Pha hơi


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
2. Cơ chế phản ứng
Đơi 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:
CH; - CH; — CH; —- CH, _ CH; - CH: —CH =(CH, + H,
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 đề tạo thành các ioncaboni và vì vậy, cho phép
olefin
được hình thành nhiều hơn , mặc dù khơng thuận lợi về mặt cân bằng.
CH, - CH, - CH =CH, + H‡A' -›CH, - CHạ - CH- CH, + A"
: 2 3 : k k
lon cacbomi mới hình thành sẽ sắp xếp lại thành dạng bậc 1on bậc 3 bền vững
CH,
|
CH, - CH, - CH— CH,>CH. — C— CH,
: g—Ê zCH, - (
Khi đó 1so-olefin sẽ được hình thành theo phản ứng :
CHa CH:

|
CHa — C— CHa+ A_' -> CH:ạ— C = CH;ạ + H”A_”
-+E
Cuối cùng ¡so-parafin cuối cùng cũng được tạo thành nhờ phản ứng hydro hóa
CHa CHạa
| |
CHạ — C = CH; + H; Š CH;— CH— CHạ


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
CHƯƠNG HH. ĐẶC ĐIÊỄM CÔNG NGHỆ PENEX
1 Điều kiện cơng nghệ
Q 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 hyđrơ.
Xúc tác của q trình thuộc loại Fidel-Craft và xúc tác hyđrơ hố. Trong q trình
phát triển của cơng nghệ thì xúc tác cũng được ngày càng hồn thiện hơn, trong cơng
nghệ này thì hãng UOP dã sử dụng thế hệ 3 của xúc tác Fidels-Craft. Khi đó xúc tác
được biểu diễn đưới dạng HAIX4 (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. Q trình làm sạch này được sử lý bằng hyđrơ
hố làm sạch và sây khơ.
Sản phẩm của q 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 HCI
hình
thành từ lượng Clo hữu cơ mang vào. Cần phải tách nó để tránh ăn mịn thiết bị và
đảm bảo chỉ tiêu mang đi làm nhiên liệu. Tuỳ theo điều kiện và u cầu về sẵn phâm
thì ta có thêm q trình tách n-Parafin tuần hồn trở lại.
Q trình này diễn ra ở lớp xúc tác cô định

Nhiệt độ phản ứng :120-260°%C
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 đây mạnh các q
trình
đồng phân hố và qúa trình hydrocracking là bé nhất. Điều kiện thực hiện phản ứng
10


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
thì khơng 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 chuyên hoá tất cả các nguyên liệu parafin chuyên
thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-penftan (nC:)thành 1sopentan(iso-Cs)và n-hexan(n-C¿) 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.
H. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến q trình
1.Ngun liệu
Trong cơng nghiệp thì người ta thường dùng ngun liệu cho q trình isome hố là:
Ca,Cs,Cs 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 hố 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 tổ quan trọng ảnh hưởng
đên việc chê tạo xúc tác cũng như xác định các yêu tô công nghệ khác.
Hàm lượng cho phép của các chất độc trong công nghiệp

%Trọng lượng

R) 2.103

N 0,5.10

H;O 5.10

11


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
2. Áp suất H›
Q trình isome hố trong cơng nghiệp thường được thực hiện với áp suất cao của
Hạ. Theo ngun lý chuyển dịch cân bằng thì sự có mặt của H; 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 ổi, hoạt tính của xúc tác cũng ít bị thay đơi.
Do vậy, q trình isome hố thực hiện ở áp suất cao của H; là cần thiết, giá trị
của áp
suất Hạ phơ thuộc vào hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác và bản chất của nguyên
liệu.
Ngày nay, xúc tác cho q trình ngày càng hồn thiện hơn do đó áp suất Hạ ngày
càng giảm dần, dao động trong khoảng 21-70 atm.
Mối liên hệ giữa áp suất Hạ và nhiệt độ là khá rõ rệt. Khi ở nhiệt độ cao, áp suất
của
Hạ ít ảnh hưởng tới độ chuyển hố của nguyên liệu và ngược lại.
Sự ảnh hưởng của áp suất Hạ lên mức độ chuyển hóa n-hecxan ở các nhiệt độ khác
nhau.

1£?

8 =ư
= [| mm _ |
`= 6Œ
-3 F———| ___~
¬
5. 4Ö
=-_=] |—_——
=


20
œ
1O 20 3 -;O 53G
Ấp suất E1am
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 tôc phản ứng.
12


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
Về nhiệt động thì nhiệt độ cao khơng có lợi cho phản ứng isome hố nhưng về động
học thì rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì các phản ứng cracking và các phản ứng đề
hyđro
hoá chiêm ưu thê.
Nhiệt độ thấp rất có lợi cho phản ứng isome hố nhưng hiệu suất của q trình khơng
cao. Nhược điểm này sẽ được khắc phục bằng cách cải thiện xúc tác tăng tính axit
cho nó. Ngày nay đối với q trình dùng xúc tác thì nhiệt độ phản ứng đã được hạ
thấp xuống cịn 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 đôi 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
găng đưa vận tốc khuyếch tán xấp xỉ với vận tốc động học.
Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 10°C thì vận tốc động học tăng lên 2-3 lần cịn
vận tốc khuyếch tán tăng lên 1-1,5 lần.
Với quá trình isome hố, khi tăng tốc độ thê tích thì phản ứng isome hố chiếm ưu
thế. Cịn các phản ứng địi hỏi thời gian lớn như phản ứng khử Hạ xảy ra yêu hơn cho
nên khi tốc độ thê tích lớn sẽ khống chế được các phản ứng đó. Khi tốc độ phản ứng
nhỏ ngồi lượng cơc tạo ra lớn thì năng suât của quá trình cũng bị giảm.
13


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
HI. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ
TIvd e khí
rõ hyđơ tần hồn.

nhiên
liệu
6
Chất ãrL
Ỷ THỒN
4
C1o hữu cơ
` TNgun liệu Ý Sản phẩm


Mơ tả dây chuyền: Ngun 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 đôi 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 tuân 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 HCI từ đạng 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 q trình isome hố 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 TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
hay quá trình tách băng 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 (MeC:). 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

NGUYÊN LIEU
HD PHZHPHT |
PHỞI l

ĐẦU b0 HHTỆT bũ
LỚP EM BŨM
~ 1
__ L_ l LŨE HỤP KIM
H CHỊU NHHIET
ĐIỆM HÚC TÁC
'ƯỦ 1ù PHÉN ỨHữ
LÚP BÕM BÚ XỨC
TÁC
ỮA THÀD
XÚC TÁU
SẢHPHĂMPHAH
ỨHữ
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 lị 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 chồng lại được


Tiểu luận TÌ HH] 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 tuôi 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 lị phản ứng có bộ phận phân phối nguyên liệu trước
khi qua lớp đệm xúc tác nhằm tận dụng tơi đa thê 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 ngun liệu. Hệ thống phân
phối ngun liệu đóng vai trị quan trọng trong việc tăng thời gian lưu trong
thiết bị phản ứng và giảm đojợc tốn thất áp suất của dịng phản ứng khi đi qua lớp
đệm. Để kiểm sốt và điều khiến 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 TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
CHƯƠNG II. ỨNG DỤNG VÀO CÁC CẢI TIỀN
I. Các cải tiến hiện nay
Trong quá trình chọn lựa quá trình tn hồn 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 q trình Penex chuyển thành dịng ¡isoparafin có trị số octan cao và địng n-prafin có trị số octan thấp thì được đưa vào
quá trình Penex. Các Hydrocacbon mạch thắng 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
C 3
Nguyên ——= L- lơ
liệu Panex —] tách |
———T† - lhexan|
MeC và ng —T— | Sản
: ——" phẩm

Chọn lựa tuần hồn MeC5 và nCó

Tuần hồn nC5 và nC6 kết hợp thiết bị Molex

ộ K Cột | nC
Nguy ên| [ pamx | jtách| fTách bảng rãi
HIỂM L——D Bề phân tử
¬ _„ Sản
5 phẩm
CTiọn lựa tuần hồn MIeCˆ và nCˆ . nC;

17


Tiểu luận TÌ HH] 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 q trình Penex nhằm bảo hồ tât cả benzen chun thành cyclohexan.
Hướng phát triên này có vai trị quan trọng đối với các q trình lọc dầu ở đó người
ta muốn loại bỏ lượng lỏng benzen trong hỗn 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 q trình Penex có thê gây ra tác hại khi quá trình sử dụng loại
nguyên
liệu này bởi vì benzen bị hyđrohố 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 khơng thuận lợi cho việc làm tăng trỊ số octan (khơng thuận lợi cho q
trình isome hố). Thực hiện với các ứng dụng, UOP để nghị quá trình Penex, ở đó
bao gồm hai thiết bị phản ứng. Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hồ
benzen
chun thành cyclohexan. Thiết bị thứ hai thì được thiết kế đề đồng phân hố ngun
liệu cho trị số octan cao. Mơi thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều kiện mà ở
đó
thuận lợi cho q trình chuyến hố các phản ứng theo mong muốn là lớn nhất.

Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của q trình Penex là cải thiện trị số
octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thăng (LSR). Mức độ cải thiện trị số octan cho
nguyên liệu C5-C6 thì được đưa ra bởi các mơ hình chọn lùa khác nhau được chỉ ra
ở (bảng 10)
Bảng 10. Dạng nguyên liệu và Octan sản phẩm

IRKON
Nguyên liệu vào 69
Sản phâm:
Chọn
Chọn
Chọn
Chọn

lựa
lựa
lựa
lựa

1:
2:
3:
4:

khơng tn hồn 83
Tuần hồn 2 và 3-MeC5+nC6 38
Tuần hồn nC5+nC6 q9
Tuần hoàn nC5+nC6+ 2 và 3MeC5 92

Nêu như yêu câu về trị sơ octan có phù hợp bởi sự tuân hoàn của các metyÏlpentan,

18


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
sự tinh chế hầu như chọn lựa quá trình tính cất
thực
tiễn cao, sự tính chế có thế chọn lựa một thiết
nC6 đề tuần hồn. Sự tách nC5 và nCó bằng thiết
thấp hơn khi tách các metylpentan bởi quá trình
số RON cao hơn.

là lý do trên hết. Ở đó có giá trị
bị Molex, khi đó sẽ tách cả nC5 và
bị Molex thì có giá trị thực tiễn
tinh cất, và khi đó sẽ đạt được trị

H. 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 cơng nghệ khác UOP trong đồng phân hóa các Naphtha nhẹ

DỊP øverhead lsomerafe pnrodLic†

DỊH œerhead

DỊH sidedraw (methylpentanes and r-Cnp}

DỊP bottom DIH bottem (C:.}

Figure 1: UOP DIP-Penex-DIH system for high octane isomerate production

19


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
Sự kết hợp giữa Penex và Molex:

Tr PENEX
——

Sản phẩm

< tr OK
n-Parafin tuần hoàn

Điều kiện phản ứng:
-_ Sử dụng xúc tác Pt/ZSM-S
- Nhiệt độ phản ứng 230 > 290°C
- Áp suất 14 > 42kg/cm?
- Tốc độ nạp liệu thê tích l,4 => 2,2 h~ Tỷ lệ Hz/nguyên liệul 1:4
- Sử dụng Zeolit loại có mao quản trung bình làm rây phân tử để hấp phụ
(ZS5MA-5).
Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Nguyên liệu đầu được bơm từ bề chứa cho qua thiết bị sấy (1) bằng rây phân tử
để tách nước đề bảo vệ cho xúc tác. Hydro được bỗ sung cũng được cho qua thiết bị
sấy (1) để tách nước. Sau đó khí hydro bỗ sung được trộn với khí hydro tuần hoàn
và đem trộn với hỗn hợp nguyên liệu vào và được trộn với n-parafin tuần hồn từ
cơng 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) xây 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 TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
phẩm lò thứ nhất (3) được hạ nhiệt độ thì được cho qua lị thứ hai (3). Tại đây sẽ
xảy
ra các phản ứng đồng phân hố 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 hồn trở lại cịn hỗn hợp sản phẩm được cho qua tháp ơn
định (Š). Khí nhiên liệu được tách ra ở đỉnh cịn sản phẩm ISOME hố 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) xây 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 hố và chất
nhả hấp phụ được đưa qua cột Rafinat (8), hai là các n-parafin cùng chất nhá hấp
phụ đi qua tháp chưng cất (9). ơ cột (§) sản phẩm isome hố được tách ra ở đáy đi
vào hệ thống chứa và sẽ được đưa sang phân xưởng pha chế xăng, còn chất nhá hấp
phụ được tách ra ở đỉnh và được hồi lưu lại. Ở tháp (9) n-parafin được tách ra ở
đáy
và hồi lưu lại thiết bị phản ứng, cịn ở đỉnh thì chất nhả hấp phụ được tách hồi lưu
lại cột hấp phụ. Tất cả chất nhá 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 ôn định 6. Cột hấp phô
7. Van quay 8§.CộtRafinat 9. Tháp tách
10. Thiết bị gia nhiệt 11. Lò đốt 12. Thiết bị làm lạnh hồi lưu
21


Tiểu luận TÌ HH] SV thực hiện Trần Thế Nhật-Nguyễn Văn Linh
Hyđc

a-Parafin tuần hoàn.


Cnrlerzat
DÂY TELIYỂN CÔNG NGH PENEX + MCLE%
2