IZOME hóa trong hóa dầu

Đặc điểm nhiệt động học• Về nhiệt động học, phản ứng izome hóa là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt nhẹ, cho nên trong nghiên cứu và trong công nghệ thường được thực hiện ở nhiệt độ thấ

KHOA HÓA – LÝ KĨ THUẬT

CHỦ ĐỀ: QUÁ TRÌNH IZOME HÓA

GVHD: TS Nguyễn Việt Thái SVTH: Lê Bá Tuấn Anh

Đỗ Thị Trang Bùi Như Anh Giáp Văn Thiện MÔN HÓA HỌC DẦU MỎ

Quá Trình Izome hoá

• I Giới thiệu chung

• II Đặc điểm nhiệt động học

• III Cơ chế phản ứng

• IV Các loại xúc tác trong phản ứng

• V Phản ứng izome hóa hiện nay

I Giới thiệu chung

1 Khái niệm

Izome hóa là quá trình nhằm biến đổi Hidrocacbon mạch thẳng thành Hidrocacbon mạch nhánh, ngoài ra còn để chuyển hóa vị trí nhóm thế trong vòng benzene

2 Mục đích

+ Nâng cao trị số octan của xăng

+ Tạo ra các cấu tử cao octan pha vào xăng nhằm nâng cao chất lượng

+ Tạo ra các hợp chất phục vụ cho học tập và nghiên cứu cũng như ứng dụng trong thực tế

II Đặc điểm nhiệt động học

• Về nhiệt động học, phản ứng izome hóa là phản ứng thuận nghịch và tỏa

nhiệt nhẹ, cho nên trong nghiên cứu và trong công nghệ thường được thực hiện ở nhiệt

độ thấp

• Sự izome hóa không làm thay đổi số mol nên sự thay đổi áp suất không làm

chuyển dịch cân bằng của phản ứng Cân bằng này chỉ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ

Dễ thấy rằng hiệu suất của phản ứng izome tăng lên khi nhiệt độ giảm do phản

ứng là tỏa nhiệt

III Cơ chế phản ứng izome hoá

• 1 Cơ chế phản ứng n-parafin

2 Izome hóa các hidrocacbon thơm

IV Các loại xúc tác trong phản ứng

• 1 Xúc tác lỏng

+ Trong những năm nửa đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều chất xúc tác cho phản ứng izome hóa n-parafin đó là các hệ xúc tác đồng thể (HF-SbF5, AlCl3-HCl) có khả năng phản ứng ở nhiệt độ thấp (dưới 150oC) và có độ chuyển hóa cao, ở khoảng nhiệt độ hơn 90oC đã hầu như chuyển hóa hoàn toàn các n-parafin

+ Mặc dù tốc độ phản ứng tốt, vấn đề quan tâm chính đối với việc sử dụng chất xúc tác loại này là ăn mòn thiết bị dữ dội và tính chọn lọc kém, cụ thể là gây ra phản ứng crackinh

ở mức độ đáng kể

Việc tái sinh chất xúc tác sau khi sử dụng là rất khó khăn, tốn kém và tạo ra một lượng chất thải lớn mà trong phạm vi công nghiệp vấn đề môi trường là không thể chấp nhận được

2 Xúc tác rắn

• Qua nhiều nghiên cứu cải tiến, người ta đã sử dụng chất xúc tác rắn để thay thế

chất xúc tác pha lỏng đó là các chất xúc tác oxit có tính axit như:

- Al2O3-V2O5, BeO: Dùng để chuyển hóa ciclohexan thành metylxiclopenten

ở 450oC

- Cr2O3: Chuyển hóa hexa-1,2-dien thành hexa-2,4-dien ở 225 ÷ 250oC

- Al2O3 - Mo2O3: Chuyển hóa n-pentan thành isopentan ở 460oC

• Chất xúc tác có tính oxit có ưu điểm là dễ điều chế, rẻ tiền, bền nhiệt tới 700oC

Bản chất dị thể cho phép tách sản phẩm phản ứng đơn giản, dễ dàng thu hồi chất xúc tác nên an toàn cho môi trường

3 Xúc tác lưỡng chức

• Xúc tác lưỡng chức năng là xúc tác có chức năng oxi hóa – khử và chức năng axit - bazơ, nó

gồm có 2 tâm hoạt động: tâm kim loại và tâm axit

• Chất xúc tác lưỡng chức năng thường gồm 3 thành phần chính như sau:

- Chất mang: thường là các oxit kim loại như Al2O3, ZrO2, TiO2.

- Chất tăng cường tính axit: là các chất cải thiện tính axit khi tương tác với chất mang như: SO4 2- , BO 3 3- , PO 4 3-, …

• - Chất xúc tiến (promoter): thường là những kim loại chuyển tiếp như

Pt, Pd, Ce, Nb, Ni, Mn, Al, Sn… chúng thường được đƣa vào (hàm

lượng mỗi kim loại thường nằm trong khoảng 0,5 ÷ 6% khối lượng)

với những mục đích khác nhau:

+ Tăng hoạt tính và độ chọn lọc của phản ứng đồng phân hóa

+ Giảm sự hình thành cốc

+ Cải thiện khả năng chống ngộ độc xúc tác

V Công nghệ izome hóa hiện nay

• Izome hóa đương nhiên là một giai đoạn quan trọng trong chế biến dầu, biến các n-parafin thành dạng mạch nhánh (nâng cao trị số octan mà không chứa S hay hydrocabon thơm) Trong nhà máy lọc dầu hiện nay phân xưởng izome hóa (isomerization unit ) thường chuyển n-butan thành izo-buten, cấu tử ban đầu để tổng hợp MTBE.

• Công nghệ izome hóa được áp dụng đầu tiên khoảng năm 1930-1940 dựa trên phản ứng Friedel crafts (xúc tác AlCl3, 80-120 độ C) Sau này người ta cải tiến công nghệ xử dụng xúc tác lưỡng chức nên tiến hành được ở nhiệt độ, áp suất cao hơn (350-450 độC, p=2MPa)

• Công nghệ izome hóa phổ biến hiện nay là của hãng UOP (UOP Butamer) phản ứng ở pha hơi với lớp xúc tác cố định Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất cũng sử dụng CN này theo thiết kế ban đầu là 65.000 thùng/ ngày để chuyển hóa phân đoạn naphtha nhẹ từ phân xưởng NHT (naphtha hydrotreating unit (phân xưởng xử lý naphtha bằng khí

hidro ))thành các cấu tử pha trộn xăng có chỉ số octan cao

Cảm ơn Thầy và các bạn lắng nghe!