Tài liệu Thiết kế phân xưởng isome hóa

Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2 PHẦN I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 3 CHƯƠNG I. NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 3 I.1. Đặc trưng về nhiệt động học 3 I.2. Cơ chế của phản ứng isome hóa n-butan 4 CHƯƠNG II. XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH 5 II.1. Xúc tác trong pha lỏng 5 II.2. Xúc tác hydro hóa trên chất mang axit ( xúc tác lưỡng chức) 5 III.3. Xúc tác axit rắn 6 CHƯƠNG III. CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ III.1. Dây chuyền công nghệ với xúc tác pha lỏng 6 7 III.1.1. Quá trình Izomate (Standard Oil Co.Indiana) 7 III.1.2. Quá trình của Shell Devlopment Co 8 III.1.3. Quá trình của hãng Esso Research & Engineering Co. 8 III.1.4. Công nghệ của Kolleg & Root 9 III.2. Dây chuyền công nghệ với quá trình isome hóa pha hơi 10 III.2.1. Isome hóa n-butan (butamer) của UOP 10 III.2.2.Quá trình Penex của UOP 13 III.2.3. Công nghệ TIP (Total isomerization process) của UOP 15 III.2.4. Công nghệ TIP (Total isomerization process) của IFP 17 III.2.5. Công nghệ isome hóa của hãng BP (British Petroleum) 20 III.2.6. Sơ đồ công nghệ của hãng Shell (UCC Shell Hysomer) 21 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 1 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa LỜI MỞ ĐẦU Quá trình isome hóa n-parafin được dùng 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-parafin riêng biệt như izo-pentan và izo-butan từ nguyên liệu là n-pentan và n-butan tương ứng, nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp cao su izo-pren, izo-butan là nguồn nguyên liệu tốt cho quá trình alkyl hóa, hoặc để nhận izo-buten cho quá trình tổng hợp MTBE. Công nghệ isome hoá được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy lọc dầu với ứng dụng chính là isome hóa parafin nhẹ mạch thẳng thành các parafin mạch nhánh. Naphtha nhẹ có trị số octan thấp, bao gồm hỗn hợp của pentan, hexan được isome hóa thành hỗn hợp trộn cho xăng có trị số octan cao và không chứa lưu huỳnh hay hydrocacbon thơm. Bên cạnh đó, một ứng dụng phổ biến khác đó là isome hóa n-butan thành iso-butan làm nguyên liệu cho các quá trình alkyl hóa sản xuất các cấu tử có trị số octan cao như 2,2,2,trimetyl pentan, hoặc từ iso-butan sản xuất iso-buten, iso-amylen dùng cho cá quá trình tổng hợp khác. Chính vì tầm quan trọng này, trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình isome hóa đã được rất nhiều công ty lớn trên thế giới chú trọng, nghiên cứu và phát triển cụ thể như BP, UOP, Shell... GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 2 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa PHẦN I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG I. NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM I.1. Nguyên liệu Isome hóa thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C4, phân đoạn C5 và phân đoạn C6 hay hỗn hợp C5 – C6. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm. Thường hàm lượng n-parafin không vượt quá 65% trong nguyên liệu. Do đó, cần tách các iso-parafin trước khi đem đi chế biến để giảm thể tích lò phản ứng và hạn chế các phản ứng phụ không tốt cho quá trình. I.2. Sản phẩm Ngoài sản phẩm chính là các iso-parafin, còn có các sản phẩm phụ như các khí nguyên liệu C1, C2, prropan, các hydrocacbon nặng, khí H2 chưa phản ứng. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 3 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG II. NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH II.1. Đặc trưng về nhiệt động học Tất cả các công nghệ isome hóa đầu tiên được thiết kế và đưa vào ứng dụng công nghiệp những năm 1930-1940 đều dựa trên cơ sở phản ứng Friedel Crafts, sử dụng xúc tác AlCl3 và tiến hành ở nhiệt độ 80-1200C. Những quá trình này đều thể hiện những nhược điểm như tốc độ ăn mòn rất nhanh, các lớp đệm xúc tác hay bị tắc, lượng xúc tác tiêu thụ quá lớn.Các phân xưởng này đòi hỏi phải được bảo dưỡng thường xuyên, hiệu quả vận hành thấp và giá thành sản xuất cao. Đến những năm 1950, xúc tác lưỡng chức bắt đầu được phổ biến đã mở ra một xu hướng mới trong công nghệ isome hóa không gây ăn mòn hệ thống. Với xúc tác lưỡng chức, các quá trình, các quá trình isome hóa tiến hành ở nhiệt độ cao hơn 350-4500C, áp suất 2 MPa Các phản ứng isome hóa n-parafin là các phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ.Bảng 1 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các isome từ các cấu tử riêng. Bảng 1. Nhiệt phản ứng của các cấu tử riêng [1] Cấu tử 2-metylbutal(izo-pentan) 2,2-dimetylpropan(neopentan) 2-metylpentan(izo-hexan) 3-metylpentan 2,2-dimetylbutal (neohexan) 2,3-dimetylbutal H298, Kcal/mol -1,92 -4,67 -1,70 -1,06 -4,39 -2,53 Do các phản ứng isome hóa là tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học, phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ. Mặt khác phản ứng isome 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 độ thấp tạo điều kiện tạo thành các isome và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân bằng và có trị số octan cao. Đồ thị 1 cho thấy sự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của các isome vào nhiệt độ của phản ứng isome hóa n-pentan và n-hexan được xây dựng từ tính toán và từ thực nghiệm. Từ đồ thị cho ta thấy, khi tăng nhiệt độ, nồng độ các isome đều giảm, còn nồng độ các n-parafin tăng. Cũng từ đồ thị 1 cho thấy, nếu T < 200 0C sẽ thiết lập được một hỗn hợp cân bằng có trị số octan cao. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 4 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa …………….... tính toán thực nghiệm Đồ thị 1. Sự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng và nhiệt độ của phản ứng [1] Khi isome 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 phản ứng phụ và duy trì hoạt tính xúc tác , người ta thực hiện quá trình ở áp suất hydro từ 2-4 Mpa và tuần hoàn khí chứa hydro. Động học và cơ chế phản ứng isome hóa phụ thuộc vào điều kiện tiến hành quá trình và phụ thuộc vào loại xúc tác được sử dụng. II.2. Cơ chế của phản ứng isome hóa n-butan Phản ứng izome hóa n-butan trên xúc tác tùy thuộc vào độ axit của xúc tác, có thể xảy ra theo các hướng sau: II.2.1 Trên xúc tác với độ axit mạnh của chất mang, phản ứng isome hóa xảy ra ở các tâm axit. Vai trò của kim loại chỉ làm nhiệm vụ hạn chế sự tạo cốc và ngăn ngừa sự trơ hóa các tâm axit. Khi đó cơ chế phản ứng được miêu tả như sau: CH3-CH2- CH2-CH3 K,H CH3-C+(CH3)-CH3 CH3-C+(CH3)-CH3 + CH3-CH2- CH2-CH3 CH3-CH(CH3)-CH3 + CH3-+CH(CH2)-CH3 K Trong đó K là tâm axit của xúc tác. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 5 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa II.2.2. Với xúc tác lưỡng chức, cơ chế của phản ứng có thể miêu tả như sau: CH3-CH2- CH2-CH3 Me,-H2 CH3-CH=CH-CH3 K,+H+ K CH3-C(CH3)-CH3 K,-H+ CH3-CH2- +CH-CH3 CH3-CH2- +CH-CH3 CH3-C(CH3)=CH2 CH3-C(CH3)= CH2 Me,+H2 CH3-CH(CH3)-CH3 Trong đó, Me là tâm kim loại; K là tâm của xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 6 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG III. XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH Xúc tác được dùng trong quá trình isome hóa, trước hết phải thúc đẩy cho 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. III.1. Xúc tác trong pha lỏng Chất xúc tác tiêu biểu cho nhóm này là clorua nhôm (AlCl 3) khan được hoạt hóa bằng axit clohydric.Sau này người ta dùng các chất xúc tác khác như AlCl 3 + SbCl3 hay AlBr3 và các axit sunfonic hay axit clohydric. Ưu điểm của hệ xúc tác thuộc nhóm này là chúng có hoạt tính cao. Ở nhiệt độ 90 C đã có thể chuyển hóa đạt cân bằng (chuyển hóa đạt xấp xỉ 100%) các n-parafin C5, C6 thành các izo-parafin. 0 Nhược điểm của hệ xúc tác này là nhanh giảm hoạt tính và độ chọn lọc. Thêm vào đó là chúng rất dễ tự 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 các ảnh hưởng xấu này để hoàn thiện các chỉ tiêu sản xuất izo-parafin. III.2. Xúc tác hydro hóa trên chất mang axit ( xúc tác lưỡng chức) Các chất xúc tác loại 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 oxyt nhôm, oxyt nhôm và halogen hay alumino silicat. Các 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 phải cao hơn và phản ứng thường được tiến hành trong pha hơi. Nhưng do tăng nhiệt độ mà phản ứng isome hóa không thuận lợi về nhiệt động. Do đó cần thiết phải tuần hoàn nguyên liệu chưa biến đổi để nâng cao hiệu suất của isome hay đảm bảo trị số octan cao cho hỗn hợp sản phẩm. Cơ chế tác dụng và điều 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 360-420 0C và được gọi là xúc tác ở nhiệt độ cao.Xúc tác kim loại trên zeolit được sử dụng ở nhiệt độ thấp hơn (230-3800C) 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 100-200 0C và được gọi là xúc tác ở nhiệt độ thấp. Xúc tác kim loại trên zeolit đang được quan tâm nhiều nhất. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 7 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa III.3. Xúc tác axit rắn [2] BeO: biến đổi xyclohexan thành metylxyclopenten ở 4500C. Cr2O3: biến đổi hexadien-1,5 thành hexadien-2,4 ở 225 – 2500C. ThO2: isome hóa olefin ở 398 – 4400C. TiO2: biến đổi heptylen thành metylxyclohexen ở 4500C. Al2O3 – Cr2O3, Al2O3 – Fe2O3, Al2O3 – Co, Al2O3 – MnO2 (tất cả đều có tỷ lệ theo trọng lượng là 4 : 1): isome hóa metylbutylen ở 294 – 3700C. Al2O3 - Mo2O3 : biến đổi n-pentan thành izo-pentan ở 4600C. Cr2O3 – Fe2O3: chuyển vị nối đôi, nối ba trong hợp chất không no (220 – 300 0C) mà không thay đổi cấu trúc mạch cacbon. MoS3: biến đổi n-parafin thành izo-parafin, xyclohexan thành metylxyclopentan Al2O3 – V2O5: biến đổi xyclohexen thành metylxyclopenten Zeolit các loại: isome hóa hydrocacbon thơm. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 8 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG IV. CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ IV.1. Dây chuyền công nghệ với xúc tác pha lỏng Các quá trình isome hóa loại này đã có từ rất lâu và loại phổ biến để isome hóa n-butan thành izo-butan. IV.1.1. Quá trình Izomate (Standard Oil Co.Indiana) Hình 1. Sơ đồ isome hóa trong pha lỏng [1] 1. Reactor 2. Thiết bị tách xúc tác và khí 3, 4. Tháp phân đoạn Quá trình này được thực hiện có hoặc không tuần hoàn n-parafin.Chúng chỉ cần khác nhau bởi cột tách phân đoạn 4. Quá trình hoạt động liên tục và không cần tái sinh xúc tác. Xúc tác là hỗn hợp của AlCl3 và HCl khan.Vùng phản ứng được duy trì ở áp suất hydro để hạn chế các phản ứng phụ như phản ứng cracking và đa tụ. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 9 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Điều kiện công nghệ: T = 1200C P = 50 – 60 at H2/RH = 10 -18 m3/m3 nguyên liệu Nguyên liệu được bão hòa bằng HCl khan và H 2 trong thiết bị hấp thụ, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết và được nạp vào reactor. Xúc tác đã dùng được tách ra cùng cặn nhựa và phản ứng isome hóa xảy ra trong pha lỏng. Sản phẩm phản ứng sau khi qua thiết bị tách xúc tác và tách khí, được đưa qua tháp tách vết axit, rồi vào cột phân đoạn để tách riêng n-parafin và cho tuần hoàn trở lại với nguyên liệu. VI.1.2. Quá trình của Shell Devlopment Co [1] Quá trình này được dùng để chế biến phân đoạn n-butan thành izo-butan và cũng được dùng để chế biến phân đoạn C 5. Trong các tài liệu hiện có, chưa thấy số liệu áp dụng cho phân đoạn C6 và nặng hơn. Đây cũng là một quá trình liên tục và không tái sinh xúc tác. Xúc tác là một dung dịch của HCl khan và tricloantimoan được hoạt hóa bằng HCl khan.Vùng phản ứng được giữ ở áp suất hydro để hạn chế các phản ứng phụ. Điều kiện công nghệ: T PReactor = 80 – 1000C = 21 at Priêng phần hydro >= 4,3 at Mhydro/nguyên liệu = 5% Mnhôm oxyt/xúc tác = 3% Vxúc tác/RH ttiếp xúc = 1 = 15 phút IV.1.3. Quá trình của hãng Esso Research & Engineering Co [1] Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ từ 25 – 50 0C. Đặc điểm chính của quá trình là tiến hành ở độ chuyển hóa cao nên không cần phải tuần hoàn lại nguyên liệu chưa phản ứng. Sản phẩm của quá trình từ các loại nguyên liệu khác nhau. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 10 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Ngoài ra hãng ABB Lumunus Global đã thiết kế dây chuyền isome hóa để xử lý phân đoạn C5/C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan cao và độ chọn lọc cũng lớn, do vậy mà không cần phải tách izo-parafin khỏi n-parafin nhưng vẫn đạt được sản phẩm có trị số octan cao và hiệu suất đạt đến 99,5% từ nguyên liệu có RON bằng 68 – 70. IV.1.4. Công nghệ của Kolleg & Root Dùng để tăng trị số octan từ nguyên liệu giàu parafin n-C 5, n-C6. Nguồn nguyên liệu này lấy từ naphtha nhẹ, mạch thẳng, lấy phần rafinat khi đã tách các hydrocacbon thơm, condensat của khí thiên nhiên. Quá trình này tiến hành sẽ làm tăng trị số octan của nguyên liệu lên từ 10 – 18 đơn vị. Tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và vấn đề hồi lưu các cấu tử chưa chuyển hóa. Xúc tác cho phép làm việc với nguyên liệu bẩn, có một hàm lượng lưu huỳnh và nước ở trong nguyên liệu. Xúc tác của quá trình cũng có thể tái sinh được. Nguyên liệu của quá trình không nhất thiết phải xử lý hydro trước (nếu nguyên liệu không có mặt của nước tự do). Nguyên liệu có thể chứa tạp chất lưu huỳnh. Để giảm chi phí cho tái sinh và chống ăn mòn thiết bị thì chúng ta nên sử dụng nguyên liệu có 100ppm lưu huỳnh. Hình 2. Sơ đồ công nghệ isome hóa của Kolleg & Root [4] 1.Thiết bị phản ứng 2. Thiết bị gia nhiệt 3. Tháp ổn định tách hydro 4. Tháp tách butan 5. Thiết bị nén khí tuần hoàn Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu và hydro được gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết sau đó dẫn vào thiết bị phản ứng. Sản phẩm của quá trình thu được đưa qua tháp ổn định, ở đó phần phía trên đỉnh tháp là khí hydro mang qua máy nén khí tuần hoàn rồi đưa hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng. Còn phần nặng được đưa qua tháp tách butan để đưa đi làm khí nguyên liệu. Phần nặng còn lại là sản phẩm của quá trình. Tùy thuộc GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 11 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa vào yêu cầu mà ta có thể mang đi pha trộn xăng ngay hay là tách lấy các cấu tử chưa chuyển hóa cho tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. IV.2. Dây chuyền công nghệ với quá trình isome hóa pha hơi Đối với quá trình isome hóa pha hơi, xúc tác sử dụng là xúc tác rắn, lưỡng chức kim loại quý trên chất mang oxit (như Al 2O3, đất sét hay zeolit). Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn so với quá trình isome hóa trong pha lỏng nhưng bù lại quá trình này không tạo ra môi trường ăn mòn, độ chọn lọc rất cao và xúc tác có thể tái sinh được. Vì vậy mà tính kinh tế của quá trình sẽ cao hơn. Dưới đây là nguyên lý chung của quá trình này: Hình 3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của quá trình isome hóa pha hơi [5] IV.2.1. Isome hóa n-butan (butamer) của UOP Quá trình isome hóa n-butan trên xúc tác aluminoplatin được hoạt hóa bằng clo thực hiện ở pha hơi dưới áp suất hydro với lớp xúc tác cố định ở nhiệt độ từ 1202400C. Khi đó nhận được hiệu suất izo-butan lớn hơn 50% sau mỗi chu trình. Độ chọn lọc cao của xúc tác đã hạn chế các phản ứng phụ. Hiệu suất sản phẩm đạt trên 90% và tiêu hao H2 tương đối thấp, đồng thời do ít xảy ra các phản ứng phụ nên tỷ lệ H 2/RH nguyên liệu cần thấp hơn mà không làm ảnh hưởng đến thời gian làm việc của xúc tác. Hỗn hợp nguyên liệu mới và sản phẩm của phản ứng đã ổn định được đưa vào tháp tách izo-butan, tại đây sản phẩm tách ra có độ tinh khiết cao, n-butan được trộn với khí chứa H2 tuần hoàn, qua thiết bị đun nóng đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp vào lò phản ứng bên trong có chứa xúc tác. Sản phẩm phản ứng được làm lạnh rồi được dẫn vào thiết bị tách áp suất cao. Khí H 2 tách ra được bổ sung một lượng nhỏ hydro rồi qua máy nén quay lại lò phản ứng. Sản phẩm lỏng sau khi tách được đưa GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 12 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa vào cột ổn định, tại đó sẽ tách tiếp một phần khí hydro và C 1, C2 (còn gọi là khí nhiên liệu). Sản phẩm chính được cho qua tháp tách izo-butan. Ngoài ra còn bổ sung vào nguyên liệu isome hóa một lượng nhỏ các hợp chất halogen hữu cơ để duy trì độ hoạt động của xúc tác. Quá trình butamer rất phổ biến và được hãng UOP phát triển. Điều kiện công nghệ: T = 120 – 2400C P = 3,8 MPa Tốc độ nạp liệu = 1- 3 h-1 Thời gian làm việc của xúc tác > 12 tháng Ưu, nhược điểm của công nghệ: Ưu điểm:  Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao, có thể điều chỉnh được hoạt độ của nó nên hiệu suất phản ứng là khá cao, ít phản ứng phụ tạo cốc tạo cặn nên lượng khí H 2 không cần sử dụng nhiều.  Quá trình làm việc ở pha hơi nên khả năng ăn mòn là không đáng kể.  Nhiệt độ, áp suất phản ứng không quá cao nên ít tiêu tốn năng lượng cho quá trình.  Xúc tác có khả năng tái sinh nên đảm bảo được tính kinh tế của quá trình. Nhược điểm: Tốn nhiều thiết bị bơm, máy nén. Đối với sơ đồ dùng một phản ứng sẽ gặp khó khăn trong vấn đề bảo đảm mức độ chuyển hóa khi tái sinh xúc tác. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 13 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 4. Dây chuyền công nghệ isome hóa n-butan [1] 1. 2. 3. 4. 5. 6. I. II. III. IV. Cột tách izo-butan Cột ổn định Lò phản ứng Lò đốt nóng Máy nén Thiết bị tách Nguyên liệu H2 Khí đốt Izo-butan Thiết bị Cột tách iso-butan: Cột ổn định: có nhiệm vụ tách các khí nhẹ khỏi sản phẩm trước khi đưa vào tháp tách iso-butan. Lò phản ứng: lò phản ứng là thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định, phản ứng tiến hành trong pha hơi, được xúc tiến bởi lượng vết clo hữu cơ IV.2.2.Quá trình Penex của UOP Quá trình này nhằm thu sản phẩm có trị số octan cao từ nguyên liệu là phân đoạn naphta nhẹ có trị số octan thấp. GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 14 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Xúc tác của quá trình thường nhạy với các tạp chất độc nên nguyên liệu trước khi đưa vào thiết bị chính phải được loại các chất độc như các hợp chất chứa lưu huỳnh, chứa oxy, chứa halogen, nước. Người ta xử lý bằng cách sử dụng khí H 2 và kết hợp với phương pháp sấy khô. Hình 5. Sơ đồ công nghệ Penex của UOP [4] 1. 2. 3. 4. 5. 6. Thiết bị sấy 2.Máy nén Thiết bị phản ứng Thiết bị tách Tháp ổn định Thiết bị lọc khí Điều kiện công nghệ: T= 370 - 4800C P= 20 - 70 atm Xúc tác : Pt/Al2O3 Có bổ sung halogen: có Tốc độ nạp liệu : 2h-1 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 15 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu từ bể chứa đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt cùng với khí H2 từ trên xuống để đạt nhiệt độ thích hợp, sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng. Sau khi phản ứng xảy ra hỗn hợp được đưa sang các tháp tách để loại các tạp chất và nguyên liệu chưa phản ứng để thu sản phẩm isome hóa tinh khiết và đưa vào bể chứa sản phẩm. Ưu, nhược điểm của công nghệ: Ưu điểm:  Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao, bền cơ nhiệt, làm việc trong một thời gian dài.  Môi trường làm việc của quá trình là môi trường hơi nên hạn chế được khả năng ăn mòn thiết bị.  Quá trình thực hiện liên tục nên có khả năng tự động hóa cao.  Có khả năng liên hợp với các quá trình khác như alkyl hóa đểtận dụng được các nguồn nguyên liệu. Nhược điểm:  Nhiệt độ phản ứng còn quá cao nên rất dễ xảy ra các phản ứng phụ tạo cốc, tạo cặn.  Xúc tác hầu như không có khả năng tái sinh nên tính kinh tế chưa cao. IV.2.3. Công nghệ TIP (Total isomerization process) của UOP Quá trình thực hiện isome hóa nguyên liệu thuộc phân đoạn từ C 5 – C6 chiếm 40 – 50% (mạch thẳng). Trong nguyên liệu nếu có mặt của benzen thì sẽ bị hydro hóa thành xyclohexan. Công nghệ này có sử dụng quá trình hấp phụ và để tách cấu tử mạch nhánh và mạch thẳng ra khỏi nhau. Chất hấp phụ thường dùng trong quá trình này ở dạng sàng phân tử. Trong đó nó chỉ cho phép n-parafin đi qua, còn các cấu tử khác sẽ bị giữ lại. Sau khi tách ra khỏi hỗn hợp các cấu tử có trị số octan cao được đem đi pha trộn xăng. Còn phần bị hấp phụ được đem đi tách và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. Quá trình này khi tiến hành cần phải có mặt của khí hydro để tránh sự tạo cốc trên xúc tác và tránh mất hoạt tính xúc tác. Điều kiện công nghệ: T= 200 – 3700C P= 1365 – 3415 Kpa Thời gian nạp liệu : 1 - 3h-1 Có bổ sung halogen: không GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 16 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 17 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 6. Sơ đồ TIP của UOP [1] Quá trình này khi tiến hành cũng cần phải có mặt của hydro để tránh sự tạo cốc trên xúc tác và tránh mất hoạt tính xúc tác. Nguyên liệu sạch được đưa qua thiết bị hấp phụ thay vì đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng. Như vậy, các hợp chất mạch nhánh được đưa trực tiếp vào bể chưa sản phẩm. Do đó sẽ làm giảm được quá trình cracking tạo các sản phẩm nhẹ. Đối với những nguyên liệu chứa ít n-parafin thì việc đưa thiết bị hấp phụ vào sẽ giảm được kích thước thiết bị phản ứng. Đối với nguyên liệu có hàm lượng benzen cao thì có thể tiến hành trong cả hai thiết bị (thiết bị phản ứng và thiết bị hấp phụ), benzen trong thiết bị phản ứng sẽ được chuyển hóa thành xyclohexan, vì thế sản phẩm sẽ chứa ít benzen. Ưu, nhược điểm của công nghệ: Ưu điểm:  Xúc tác có hoạt tính cao, bền cơ, có khả năng tái sinh nên hiệu quả kinh tế cao.  Sử dụng xúc tác trong pha hơi nên môi trương làm việc có nồng độ axit nhỏ nên khả năng ăn mòn không đáng kể. Nhược điểm: Nhiệt độ phản ứng tương đối cao còn tạo cốc, tạo cặn nên giảm hoạt tính xúc tác. VI.2.4. Công nghệ TIP (Total isomerization process) của IFP Nguyên liệu của quá trình sử dụng phân đoạn C 5 – C6 giàu các cấu tử parafin có trị số octan thấp, sau khi thực hiện quá trình isome hóa sẽ thu được các cấu tử có trị số octan cao. Quá trình này sử dụng xúc tác zeolit hoặc Al – Cl. Sự lựa chọn loại xúc tác phụ thuộc vào yêu cầu nâng cao trị số octan. Quá trình này có tuần hoàn các cấu tử nparafin chưa chuyển hóa bằng sàng phân tử trở lại thiết bị ban đầu. Trị số octan được cải thiện một cách rõ rệt. Điều này thể hiện rõ ở bảng sau: Bảng 2: trị số octan của sản phẩm isome hóa theo công nghệ IFP ở các chế độ và xúc tác khác nhau [6] Công nghệ Zeolit Al - Cl Không tuần hoàn nguyên liệu chưa 80 83 chuyển hóa Tách izo-pentan và không tuần hoàn n82 84 parafin Có tách và tuần hoàn các cấu tử chưa 86 88 chuyển hóa Có tuần hoàn các cấu tử n-parafin 88 90 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 18 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Tách izo-pentan và n-parafin, có tuần hoàn n-parafin 92 92 Điểm đặc biệt của công nghệ này là có dùng một thiết bị khử izo-pentan ra khỏi nguyên liệu. Hấp phụ và nhả hấp phụ ở pha hơi và dùng izo-pentan để khử hấp phụ. Điều kiện công nghệ: T= 230 - 2900C P= 14 - 42 kg/cm 2 Tốc độ nạp liệu thể tích: 14 - 22h-1 Tỷ lệ H2/nguyên liệu : 1/4 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 19 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 7. Sơ đồ công nghệ isome hóa của IFP [1] GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 20