tiểu luận tìm hiểu quá trình izome hóa

Đề tài: QUÁ TRÌNH ISOME HÓA I. Giới thiệu và mục đích 1 Giới thiệu Công nghệ chế biến dầu dùng hai quá trình chủ đạo để nhận xăng có chỉ số octan cao là quá trình refoming xúc tác và cracking xúc tác. Nhưng do nhu cầu về xăng chất lượng cao ngày càng tang, trong khi đó phần C5 – C6 của công nghiệp chế biến dầu ngày càng có số lượng lớn mà lại không thể đạt được chỉ số octan caokhi áp dụng các quá trình trên. Trước đây phân đoạn này chỉ dung để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất hơi bão hòa của xăng và thành phần cất, còn chỉ số octan của phần này không đủ cao. Các số liệu trích dẫn ở bảng 1 cho thấy rõ điều này. Cấu tử Điểm sôi RON MON C5: npentan 36 61,7 61,9 2metylbutan ( izopentan) 28 92 90,3 C6: nhexan 66,75 24,8 26 2metylpentan (izohexan) 60,3 73,4 73,4 3metylpentan 63,25 74,5 74,3 2,2dimetylbutan (neohexan) 49,73 94,5 93,5 2,3dymetylbutan 58 103 94 Các số liệu của bảng cho thấy, thích hợp nhất cho quá trình nhận xăng chất lượng cao thì phân đoạn n C5 – C6 nhận được trong khu liên hợp lọc – hóa dầu cần phải được qua quá trình izome hóa. 2 Mục đích Quá trình izome hóa n paraffin được dung để nâng cao trị số octan của phân đoạn pentan – hexan của phần xăng sôi đến 700C, đồng thời cũng cho phép nhận các izo paraffin riêng biệt như izopentan và izobutan từ nguyên liệu là n pentan và butan tương ứng nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp cao su izopren, izobutan là nguồn nguyên liệu tốt cho quá trình alkyl hóa, hoặc để nhận izobuten cho quá trình tổng hợp MTBE. II. Nguyên liệu và sản phẩm 1 Nguyên liệu Izome hóa thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C5 và C6. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định đến chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm. Hàm lượng nparafin không được vượt quá 65% trong nguyên liệu. Do đó, nếu toàn bộ nguyên liệu biến đổi qua quá trình izome hóa là không phù hợp mà cần phải tách các izome ra khỏi nparafin và chỉ cho biến đổi nparafin , để hạn chế các phản ứng phụ và sự kiềm hãm quá trình nên tiến hành phản ứng ở mức đọ biến đổi vừa phải, rồi sau khi tách cho tuần hoàn lại nguyên liệu chưa biến đổi. khi tiến hành thao tác như vậy, đã chp phép tang trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị. 2 Sản phẩm Đặc trưng sản phẩm quá trình izome hóa là các isoparafin đây là những cấu tử làm trị số octan cao, rất thích hợp cho sản xuất xăng có chất lượng cao. Sản phẩm thu được từ quá trinh izome hóa có trị số octan cao có thể đạt tới 88 dến 99 (theo RON). Quá trình izome hóa đi từ nguyên liệu là n C5C6 thì sản phẩm chính thu được là isopentan và 2,2 dymetylbutan, sản phẩm của quá trình izome hóa có chất lượng cao, chính vì ưu điểm này nên có nhiều hãng tham gia nghiên cứu thiết kế dây chuyền izome hóa để xử lý phân đoạn C5C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan cao cho xăng, để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng có chất lượng cao như hiện nay.

Trường :Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Khoa Hóa và CNTP

Đề tài: QUÁ TRÌNH ISOME HÓA

I Giới thiệu và mục đích

1 Giới thiệu

Công nghệ chế biến dầu dùng hai quá trình chủ đạo để nhận xăng có chỉ số octan cao là quá trình refoming xúc tác và cracking xúc tác Nhưng do nhu cầu về xăng chất lượng cao ngày càng tang, trong khi đó phần C5 – C6 của công nghiệp chế biến dầu ngày càng có số lượng lớn mà lại không thể đạt được chỉ số octan caokhi áp dụng các quá trình trên Trước đây phân đoạn này chỉ dung để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất hơi bão hòa của xăng và thành phần cất, còn chỉ số octan của phần này không đủ cao Các số liệu trích dẫn ở bảng 1 cho thấy rõ điều này

Các số liệu của bảng cho thấy, thích hợp nhất cho quá trình nhận xăng chất lượng cao thì phân đoạn n- C5 – C6 nhận được trong khu liên hợp lọc – hóa dầu cần phải được qua quá trình izome hóa

2 Mục đích

Quá trình izome hóa n- paraffin được dung để nâng cao trị số octan của phân đoạn pentan – hexan của phần xăng sôi đến 700C, đồng thời cũng cho phép nhận các izo- paraffin riêng biệt như izopentan và izobutan từ nguyên liệu là n- pentan

và butan tương ứng nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp cao

su izopren, izobutan là nguồn nguyên liệu tốt cho quá trình alkyl hóa, hoặc để nhận izobuten cho quá trình tổng hợp MTBE

II Nguyên liệu và sản phẩm

1 Nguyên liệu

Izome hóa thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C5 và C6 Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định đến chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm Hàm lượng n-parafin không được vượt quá 65% trong nguyên liệu Do đó, nếu toàn bộ nguyên liệu biến đổi qua quá trình izome hóa là không phù hợp mà cần phải tách các izome ra khỏi n-parafin và chỉ cho biến đổi n-parafin , để hạn chế các phản ứng phụ và sự kiềm hãm quá trình nên tiến hành phản ứng ở mức đọ biến đổi vừa phải, rồi sau khi tách cho tuần hoàn lại nguyên liệu chưa biến đổi khi tiến hành thao tác như vậy, đã chp phép tang trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị

2 Sản phẩm

Đặc trưng sản phẩm quá trình izome hóa là các iso-parafin đây là những cấu

tử làm trị số octan cao, rất thích hợp cho sản xuất xăng có chất lượng cao Sản phẩm thu được từ quá trinh izome hóa có trị số octan cao có thể đạt tới 88 dến 99 (theo RON) Quá trình izome hóa đi từ nguyên liệu là n- C5-C6 thì sản phẩm chính thu được là iso-pentan và 2,2 dymetylbutan, sản phẩm của quá trình izome hóa có chất lượng cao, chính vì ưu điểm này nên có nhiều hãng tham gia nghiên cứu thiết

kế dây chuyền izome hóa để xử lý phân đoạn C5-C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan cao cho xăng, để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng có chất lượng cao như hiện nay

III Cơ sở ly thuyết của quá trinh izome hóa

- Đặc trưng về nhiệt động học

Các phân phản ứng izome hóa n-pentan và n-hexan là các phản ứng tỏa nhiệt nhẹ Bảng 2 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các izome từ các cấu tử riêng

3-metylpentan -1,06

Do các phản ứng izome hóa la tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học, phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ Mặt khác, phản ứng izome hóa n-parafin

là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể tích, vì thế cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Nhiệt đọ thấp tạo điều kiện tạo thành các izome và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân bằng và có trị số octan cao

Đồ thị sau cho thấy sự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của cac izome vào nhiệt

độ phản ứng izome hóa n-pentan và n-hexan được xây dựng từ tính toán thực nghiệm

Từ đồ thị cho thấy, khi tăng nhiệt độ, nồng độ các izome điều giảm, còn nồng độ các n-parafin tăng Nếu t0 <2000C thì sẽ thiết lập được một hỗn hợp cân bằng có trị số octan cao

Khi izome hóa các n-parafin còn xảy ra các phản ứng phụ như phản ứng cracking

và phản ứng phân bố lại, ví dụ:

2C5H12  C4H10 + C6H14

Để giảm tốc độ của các phản ứng phụ và duy trì độ hoạt tính của xúc tác, người ta phải thực hiện quá trình ở áp suất hydro p H2   2 4Mpa và tuần hoàn khí chứa hydro Động học và cơ chế phản ứng izome hóa phụ thuộc vào điều kiên tiến hành qua trình và phụ thuộc vào loại xúc tác sử dụng

- Cơ chế của isome hóa n-parafin

Phản ứng isome hóa n-parafin trên xúc tác tùy thuộc vào độ axit của xúc tác, có thể xảy ra theo các hướng sau

Trên xúc tác với độ axit mạnh củ chất mang , phản ứng isome hóa xảy ra ở các tâm aixt Vai trò của kim loại chỉ hạn chế sự tạo cốc và ngăn ngừa sự trơ hóa các tâm axit khi đó cowchees phản ứng được miêu tả như sau:

ở đây K là tâm axit của xúc tác

Với xúc tác lưỡng chức, cơ chế của phản ứng có thể miêu tả như sau:

- Xúc tác của quá trình

Xúc tác được dung trong quá trình izome hóa, trước hết phải thúc đẩy quá trình tạo ion cacboni, nghĩa là xúc tác phải có tính axit Các chất xúc tác cổ điển thường dùng là xúc tác trong pha lỏng Ngày nay người ta hay dùng xúc tác lưỡng chức có kim loại trên chất mang axit

- Xúc tác trong pha lỏng

Chất xúc tác tiêu biểu cho nhóm này là clorua nhôm khan được hoạt hóa bằng anhydric clohydric Sau này người ta dùng các chất xúc tác khác như AlCl3+ SbCl3 hay AlBr3 và các axit sunfonic hay axit clohydric Ưu điểm của hệ xúc tác thuộc nhóm này là chúng có độ hoạt tính cao Ở nhiệt độ 90 0C đã có thể chuyên hóa đạt cân bằng các n-parafin C5, C6 thành các izoparafin

Nhược điểm của xúc tác loại này là nhanh giảm hoạt tính và độ chọn lọc Thêm vào đó là chúng rất dễ bị phân hủy , và khi phân hủy chúng tạo nên môi trường axit mạnh, gây ăn mòn thiết bị Ngày nay người ta đang tìm cách hạn chế ảnh hưởng xấu này dể hoàn thiện các chỉ tiêu sản xuất izo-parafin

- Xúc tác hydro hóa trên chất mang axit

Các chất xúc tác này thuộc nhóm xúc tác refoming Về bản chất chúng được tạo thành từ hai thành phần:

- Kim loại có đặc trưng thúc đẩy phản ứng hydro hóa, thường dùng là các kim loại hiếm như Pt, Pd

- Chất mang axit như nhôm oxit , oxit nhôm và halogen hay alumino silicat

Các chất xúc tác này có độ chọn lọc cao hơn xúc tác trong pha lỏng, nhưng

độ hoạt tính của chúng thường thấp hơn , vì thế đòi hỏi nhiệt độ phản ứng được tiến hành trong pha hơi Nhưng do khi tăng nhiệt độ phản ứng isome hóa n-parafin không thuận lợi về mặt nhiệt động do đó cần thiết phải tuần hoàn nguyên liệu

chưa biến đổi để nâng cao hiệu suất của isome hóa hay đảm bảo trị số octan cho hỗn hợp sản phẩm

Cơ chế tác dụng và diều kiện làm việc của xúc tác trong quá trình phụ thuộc vào bản chất của xúc tác và phương pháp chế tạo nó Các xúc tác alumino platin được kích hoạt bằng flo cho phép tiến hành quá trình isome hóa ở nhiệt độ từ

360-420oC và được gọi là xúc tác nhiệt độ cao Xúc tác kim loại trên zeolit được sử dụng ở nhiệt độ thấp hơn (230-380oC) và được gọi là xúc tác ở nhiệt độ trung bình; còn xúc tác alumino platin được hoạt hóa bằng clo cho phép tiến hành quá trình ở nhiệt độ từ 100-200oC và được gọi là xúc tác ở nhiệt độ thấp

 Các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ: là yếu tố ành hưởng chính của quá trình isome hóa Vì là phản ứng toă nhiệt nên nhiệt độ thấp có lợi cho quá trình Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá thấp sẽ tạo điều kiện cho phản ứng trùng hợp xảy ra mạnh mẽ làm giản hiệ suất của quá trình Khi nhiệt độ quá cao tốc độ isome hóa giảm cho do sẽ làm tăng hiệu suất của quá trình cracking

Áp suất: hầu như không ảnh hưởng nhiều đến phản ứng Áp suất tổng cao chỉ giúp nâng cao tuổi thọ cho xúc tác

IV Quá trình isome hóa công nghiệp

Isome hóa thường dùng là phân đoạn C4 và phân đoạn C5, C6 hay hỗn hợp C5 - C6 Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định công nghệ và chế độ sản phẩm thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác nhau được trình bày ở bảng sau: Nguồn nguyên liệu Kuwait

Mid-continent

Xăng cất Arabie Wyoming

-2,2-dimetylbutan 2,0 0,5 0,75 3,9 3,8

Từ số liệu trong bảng thấy rằng , hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65% trong nguyên liệu Do đó, nếu chó toàn bộ nguyên liệu biến đổi isome hóa là không họp lí mà cần phải tách các isome khỏi n-parafin Để hạn chế các phản ứng phụ và

sự kìm hãm quá trình, nên tiến hành phản ứng ở mức độ vừa phải, rồi sau đó cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi Khi tiến hành thao tác như vậy, đã cho phép tăng chỉ số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị

1 Các quá trình pha lỏng tiếp xúc với AlCl3

Các quá trình isome hóa loại này có từ rất lâu và là loại phổ biến đẻ isome hóa n-butan thành iso-n-butan

 Quá trình isomate

Sơ đồ nguyên lí

Hình a Sơ đồ isome hóa xúc tác trong pha lỏng

1 Reactor; 2 Thiết bị xúc tác và khí; 3-4 Tháp phân đoạn Quá trình này được thực hiện có hoặc không tuần hoàn n-parafin Chúng chỉ khác nhau bởi cột phân đoạn 4 Quá trình hoạt động liên tục và không cần tái sinh xúc tác

Xúc tác được dùng là hỗn hợp AlCl3 và HCl khan Vùng phản ứng được duy trì

ở áp suất H2 để hạn chế phả ứng phụ như phản ứng cracking và đa tụ

 Điều kiện của quá trình

Nhệt độ = 120oC; áp suất = 50-60 at; H2/RH = 10-18m3/m3 nguyên liệu.

Nguyên liệu được bảo hào bằng HCl khan và H2 trong thiết bị hấp phụ, sau đó được đốt nóng lên nhiệt độ cần thiết và được nạp vào reactor Xúc tác đã dùng được tách ra cặn nhựa và phản ứng isome hóa xảy ra tròn pha lỏng

Sản phẩm phản ứng sau khi qua thiết bị tách xúc tác và tách khí, dược đưa qua tháp tác vết axit, rồi cho vào phân đoạn để tách riêng n-parafin và cho tuần hoàn trở lại với nguyên liệu

 Quá trình isome hóa pha hơi

Quá trình isome hóa n-butan an tren xúc tacsalumino platin được hoạt hóa bằng clo thực hiện ở pha hơi dưới áp suất hydro và xúc tác có tính cố định ở nhiệt độ từ 120-240oC Khi đó nhận được hiệu suất iso-butan lơn hơn 50% sau một chu trình

Độ chọn lọc cao của xúc tác sẽ hạn chế các phả ứng phụ Hiệu suất của sản phẩm đạt trên 90% và tiêu hao H2 tương đối thấp, đồng thời do ít xảy ra phản ứng phụ nên tỉ lệ H2/RH nguyên liệu cần thấp hơn mà không cần ảnh hưởng đến thời gian làm việc của xúc tác:

Sơ đồ công nghệ của quá trình:

Hình b dây chuyền công nghệ isome hóa n-butan

1 Cột tách butan; 2 Cột ổn định; 3 Lò phản ứng; 4 Lò đốt nóng; 5 Máy nén;

6 Thiết bị tách; I nguyên liệu; II Khí H2; III Khí đốt; IV Iso-butan

Thuyết minh sơ đồ:

Hỗn hợp nguyên liệu mới và sản phẩn của phản ứng đã được ổn định đưa vào tháp tách iso-butan (1), tại đây sản phẩm tách ra có độ tinh khiết cao n-butan được trộn với khí H2 tuần hoàn , qua thiết bị đôt nóng (4) đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp vào lò phản ứng (3) – bên trong có chưa xúc tác, sản phẩm phẩm phản ứng được làm lạnh rồi dẫn vào thiết bị tách áp suất cao (6) Khí H2 tách ra được bổ sung một lượng nhỏ hydro rồi cho qua máy nén quay lại lò phản ứng Sản phẩm lỏng sau khi tách được đưa vào cột ổn định(2), tại đây sẽ tách tiếp một phần khí hydro và C1,C2

(còn gọi là khí nhiên liệu) Sản phẩm chính được cho qua tháp tách iso-butan (1)

V Kết luận

Quá trình izome hóa tuy hiện chưa được đề cập nhiều trong kế hoạch xây dựng những nhà máy lọc dầu đầu tiên ở nước ta Song nếu nhìn xa hơn trong tương lai, với mức độ sử dụng xăng như hiện nay, nhu cầu về xăng chất lượng cao, xăng không pha chì, thì ngoài Reforming xúc tác, Cracking xúc tác là hai quá trình chế biến cơ bản, quá trình Izome hóa vẫn là phương án đầy triển vọng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Công nghệ chế biến dầu mỏ - Lê Văn Hiếu

http://doc.edu.vn

Google.vn