MỘT SỐ KHẢ NĂNG CÓ TÍNH NGUYÊN TẮC CỦA
9.2.1. Các phản ứng trung hoà nhiệt
Một vài phản ứng khí xúc tác dị thể quan trọng diễn ra trong thực tế không có sự thay đổi vẻ nhiệt. Đối với những phản ứng kiểu như thế người ta dùng thiết bị phản ứng nhéi đầy.
Thiết bị phản ứng nhỏi đầy (hình 9.7) được hiểu là thiết bị phản ứng có nhỏi đầy.
chất xúc tác. Nguyên liệu được sấy nóng trước nhờ quá trình trao đổi nhiệt với sản phẩm cuối. Quá trình nung nóng này diễn ra trong một buồng nung dạng ống (tương tự như
thiết bị ống trong phản ứng khí phát nhiệt) được đậy kín nhằm tránh tổn hao nhiệt lượng.
Quá trình tự cung nhiệt
Một phương án lý tưởng để thực hiện các phản ứng khí thu nhiệt là kết hợt đồng, thời với các phản ứng phát nhỉ:
iguyên tác của việc tiến hành phản ứng tự cung nhiệt được minh hoạ bởi quá trình điều chế axetylen từ khí tự nhiên, trong đó phản ứng
đehydro - đime hoá của metan:
óa kỹ thuật 165
2CH, -› CH = CH + 3H, AH = +95 kcal được kết hợp với quá trình dét chay khi hydro sinh ra
2H, + O, — 2H,O AH=~ 115 keal
Bang 9.1. Những phản ứng khí đồng thé quan trong trong kỹ thuật
a .. ơ
Loại phản ứng Nhiệt độ
Những phản ứng phát nhiệt
Oxy hod oxit nito 20... 40
Nitro hoá propan 400 ... 450
Clo hod tir propylen thanh ankyl-clorua 400 ... 450
Clo hod metan 400 ... 500
Phản ứng tổng hợp khí clo (từ HCI) 600.... 800
Đeanky| toluen T50.... 850
Những phản ứng thu nhiệt
Nhiệt phan dixiclopentadien thanh xiclopentadien 250 ... 300
Nhiệt phân từ 1.2 dicloetan thanh vinylclorua 450... 550
Nhiệt phân từ clo-diflo-metan thành tetrafluoetylen 700 ... 900
Nhiệt phân từ axit axetic thành keten 700 ... 900
Nhiệt phan tir 2-metylpenten-(2) thank izopren 700 ... 900
| Nhiet phn hi cu m6 hay xéng than etylen 800 ... 900 Chuyển hoá metan cùng với amoniac thành xianhydric 1500... 1600 Nhiệt phân nhiệt độ cao hydrocacbon thành axetylen 1500... 2500
Những phản ứng tự cung nhiệt
Dehydro hoá etan thành etylen 800 ... 900
Khi hod hydrocacbon 1200.... 1500
Nhiệt phan metan (công nghệ Sachsse) 1500... 2200.
Người ta trộn với oxy (lượng thiếu) và đưa hỗn hợp trên với tốc độ cao đi qua hệ
thống các vòi phun, tại đó ngọn lửa với nhiệt độ từ 1800 tới 2000°C được hình thành.
Ví dụ, đồng phân hoá hydrocacbon, tỉnh chế xăng và dầu điezen bằng phương
pháp sử dụng hydro dưới áp suất cao.
166 Chương 9. Một số khả nang có tính nguyên tắc của kỹ thuật tiến hành phản ứng
Bơm nguyên
—... liêu
Khí mới (H;)
Khíthải <—_
Sản phẩm
Hình 9.7. Những khả năng mang tính nguyên tắc của kỹ thuật tiến hành phản ứng khí xúc tác dị thể trung hoà nhiệt: thiết bị lò phản ứng nhỏi đầy.
Phản ứng đồng phân hoá hydrocacbon có thể được xếp vào loại các phản ứng gần như trung hoà nhiệt. Thông thường người ta sử dụng quá trình đồng phân hoá trong chưng cất dầu thô của công đoạn xăng nhằm nâng cao chỉ số octan. Người ta dẫn phân đoạn xăng vào hỗn hợp xúc tác, phần lớn là y-Al,O, hay alumosilicat với khoảng 0,5%
Pt ở nhiệt độ khoảng 400 đến 500°C với sự có mặt của hyđro và áp suất khoảng 20 đến
40 at. Nhóm chức axit của xúc tác sẽ giúp cho quá trình đồng phân hoá các parafin mạch thẳng thành những isoparafin theo cơ chế tạo ion cacboni. Còn khả năng hydro hoá của xúc tác sẽ làm no hoá các olefin sinh ra. Ở đây các olefin là những sản phẩm phụ và quá trình hydro hoá nói trên sẽ ngăn chặn quá trình polyme hoá của các hợp chất olefin, nếu không ở nhiệt độ khoảng 500°C sẽ tạo ra các hợp chất cao phân tử dạng hắc
ín có thể bao bọc, kiềm chế các chất xúc tác và thậm chí còn dẫn đến sự tạo cốc. Thong
qua sự có mặt của hyđro và xúc tác lạydro hoá, tuổi thọ của các chất xúc tác cũng được
tăng lên đáng kể. Tuy nhiên sau một thời gian nhất định người ta cũng phải tái sinh xúc
tác. Quá trình tái sinh xúc tác của đa số các công nghệ chế biến dầu thô phổ biến thường, diễn ra ngay trong thiết bị mà không cần thay xúc tác mới. Để thực hiện, người ta dẫn
Hóa kỹ thuật 167
Khí nitơ có chứa oxy (trôn không khí vào nitơ tình khiết) qua thiết bị phản ứng tại nhiệt
độ khoảng 500°C. Khi đó những cận bám như than cốc và các chất dạng hắc ín đọng trên
hạt xúc tác sẽ bị đốt cháy và hoạt tính của chát xúc tác sẽ được tái sinh lại.
Quá trình tái sinh chất xúc tác bảng sự gia tăng không khí cần phải thận trọng, căn đẻ phòng nhiệt độ thiết bị phản ứng tăng lên quá cao, nếu không chất xúc tác sẽ bị
phá huỷ hoặc sẽ mất đi toàn bộ hoạt tính.
Những phản ứng đồng phân hoá trên xúc tác nhị năng cũng diễn ra với những hydrocacbon tỉnh khiết. Bằng cách đó, người ta có thể sử dụng phương pháp chưng cất để tách isopentan từ phân đoạn C.„ sau đó phản còn lại là n-pentan, va n-pentan lại được
tiếp tục đồng phân hoá thành isopentan. Cứ như thế isopentan được tạo thành và tách ra
bởi quá trình trên (isopentan được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp isopren bằng phản
tmg dehydro hoá xúc tác).
Tương tự như vậy, người ta có thể thực hiện phản ứng đồng phân hoá n-butan
(isobutan được sử dụng trong quá trình điều chế nguyên liệu dạng ankylat).
Quá trình đồng phân hoá các hợp chất thơm C, giàu m-xylen có một ý nghĩa
quan trọng. Hén hop chất thơm C, này còn lại sau khi tách o-xylen bằng quá trình chưng
cất và p-xylen qua quá trình kết tỉnh làm lạnh. Dung dịch gốc có chứa xylen này tiếp tục được chuyển hoá ở 400 đến 500°C với sự có mặt của hyđro trên xúc tác nhị năng sẽ chuyển thành một hỗn hợp cân bằng ban đầu chứa khoảng 22% o-xylen va 20% p-xylen, sau đồ người ta lại có thể lặp lại quá trình tách trên. Qua tổ hợp một loạt các quá trình chưng cất, kết tỉnh làm lạnh và đồng phân hoá. người ta có thể chuyển hoá hỗn hợp
thơm. C, thu được nhờ quá trình chiết lỏng - lỏng từ hỗn hợp sản phẩm xăng reforming.
thành ứ-xylen hay p-xylen gần như trọn vẹn.
Trong những nâm gần đây, hoá học các hợp chất thơm C, đã thu được nhiều
thành tựu quan trọng trong kỹ thuật phản ứng khí trung hoà nhiệt. Ví dụ quá trình phân
bố lại bất đối xứng của toluen thành benzen và xylen, người ta cũng dùng xúc tác nhị nang cho phan ting nay.
Giống như những phản ứng trung hòa nhiệt, người ta có thể. tiến hành một vài
quá trình tỉnh chế dầu mỏ phát nhiệt trong thiết bị phản ứng nhồi đầy, trong đó xảy ra
các phản ứng sau:
R—S—R?+2H, — R'H + H,S + R’H
ROR? +2H, > R'H + H,0+ RH
R!
R?—N +3H,->R'H +R°H +R`H +NH, Rt
168 Chương 9. Một số kha nang co tinh nguyén tác của kỹ thuật tiền hành phản ứng.
Ở đây xúc tác thông thường được sử dụng là (CoO + MoO,)/ y-Al;O; và (NiO +
WO,)/1-Al,O,