BỘ CÔng thưƠng trưỜng cao đẲng công nghiệp tuy hòA

Quá trình isomer hóa

1. Mục đích, Ý nghĩa

Quá trình isome hóa n-parafin được dùng để nâng cao trị số ortan của phân đoạn pentan, hexan của phần xăng sôi ở 70⁰C, đồng thời cũng cho phép nhận các iso – parafin riêng biệt như iso – pentan, iso – butan từ nguyên liệu n - butan, n – pentan tương ứng, nhằm đáp ứng nhu cầu của nguồn nguyên liệu hóa dầu, tổng hợp cao su iso-pren, iso-butan cho alkyn hóa hoặc iso-buten cho tổng hợp MTBE.

Bảng 6.4. Trị số octan và điểm sôi của C₅, C₆

Hydrocacbon	Điểm sôi	RON	MON
n – pentan 2 – Metylbutan (iso – pentan) n – hexan 2 – Metylpentan (iso – hexan) 3 - Metylpentan 2, 2 – Dimetylbutan (neohexan) 2, 3 - Dimetylbutan	36 28 66.75 60.3 63.25 49.73 58	61.7 92 24.8 73.4 74.5 94.5 103	61.9 90.3 26 73.4 74.3 93.5 94

Nhìn số liệu bảng cho thấy rằng thích hơp nhất cho quá trình nhận xăng chất lượng cao thì phân đaọn C₅ – C₆ nhận được trong khu liên hiệp hóa dầu cần phải cho qua quá trình isome hóa

2. Cơ sở lý thuyết

Các phản ứng isome hóa n – peantan và n – hexan là các phản ứng tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động, phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ. Mặc khác, phản ứng isome hóa n-parafin là phản ứng thuận nghịch và không 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 ortan cao.

Khi isome hóa các n-parafin còn xảy ra các phản ứng phụ như phản ứng cracking và phản ứng phân bố lại, ví dụ như

Để giảm tốc độ của các phản ứng này và duy trì độ hoạt tính của xúc tác, gnười ta thực hiện quá trình ở áp suất hyđro P_H2 = 2 – 4MPa và tuần hoàn khí chứa hyđro.

3. Xúc tác của quá trình isomer hóa

Chất xúc tác tiêu biểu cho nhóm này là clorua nhôm khan được hoạt hóa bằng anhyđrit clohydric. Sau này, gnười ta đã dùng các chất xúc tác như AlCl₃ + SbCl₃ hay AlBr₃ và các axit sunfonic hay axit floric. Ưu điểm của hệ xúc tác này là chúng có độ hoạt tính cao. Tại nhiệt độ t = 93⁰C đã có thể chuyển hóa đạt cân bằng 100% các n - parafin thành iso – parafin.

Nhược điểm của chúng là nhanh chóng giảm hoạt tính và độ chọn lọc. Thêm vào đó là chúng rất dễ tự 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 iso-parafin.

Xúc tác hyđro hóa trên chất mang axit

Các xúc tác này thuộc nhóm xúc tác reforming, về bản chất chúng được tạo thành từ 2 thành phần:

Kim loạii có đặc trưng thúc đẩy phản ứng hydro hóa (hay dùng là các kim loại hiếm Pt, Pd)

Chất mang axit (oxit nhôm, oxit nhôm và halogen hay aluminosilicat)

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 cao hơn và phản ứng thường được tiến hành trong pha hơi. Nhưng khi tăng nhiệt độ thì phản ứng isome hóa n – parafin không thuận lợi về mặt nhiệt động. Do đó cần phải tuần hoàn nguyên liệu chưa chuyển hóa để nâng cao hiệu suất của isome hay đảm bảo trị số ortan cao cho hỗn hợp sản phẩm.

4. Cơ chế phản ứng isomer hóa

Ở đây K là tâm axit của xúc tác

2. Với xúc tác lưỡng chức, cơ chế có thể miêu tả như sau

Ở đây Me là tâm kim loại, K là tâm axit của xúc tác

5. Quá trình alkyl hóa

   1. Khái niệm và mục đích

EMBED Visio.Drawing.11

1. Xúc tác có thể chia thành những nhóm chính sau:

• 
  AlCl₃
  
• 
  H₂SO₄
  
• 
  HF
  

H₂SO₄ (94 – 96%(kl)). Nếu nồng độ cao, tính oxy hóa mạnh, tạo nhựa, SO₂, SO₃ và nước giảm hiệu suất ankyllat, nếu nồng độ axit thấp, sẽ xúc tiến cho quá trình polyme hóa, dễ tạo thành các ankyl sunfit tương ứng và khi đốt nóng chúng dễ phân rã tạo thành các hợp chất gây ăn mòn thiết bị, làm loãng nhanh axit sunfuric. Axit sau khi phản ứng được tái sinh bằng cách phân hủy nhiệt và cho thêm chất kích hoạt đặc biệc.

HF (>87%(kl)), hạn chế vì trong quá trình sinh ra phản ứng polyme hóa và nước làm giảm nồng độ HF, tuy nhiên mức độ tiêu hao HF ít hơn H₂SO₄

HF rắn và được dị thể hóa, thao tác an toàn hơn và môi trường sạch hơn (độ hoạt tính tương đương HF(l)), dễ tách sản phẩm ankyllat vì đã dị thể hóa xúc tác.

Xúc tác AlCl₃

Zeolit có rất nhiều ưu điểm thúc đẩy quá trình nghiên cứu ứng dụng xúc tác zeolit trong tương lai cho quá trình ankyl hóa. Khi dùng xúc tác này, điều kiện công nghệ cao hơn (P,T) nhưng ít sản phẩm phụ, dễ tách xúc tác và sản phẩm sạch hơn.

3. Ankyl hóa paraffin

Nồng độ axit (94 – 96%). Nếu nồng độ lớn hơn thúc đẩy quá trình tạo nhựa, SO₂, SO_3, H₂S, làm giảm hiệu suất sản phẩm. Nếu nồng độ thấp hơn, thúc nay quá trình ankyl hóa tạo thành ankylsunfat tương ứng, gay ăn mòn thiết bị.

Tiêu hao nhỏ hơn H₂SO₄, tuy nhiên ở dạng lỏng gay ăn mòn thiết bị lớn. Hiện nay HF được dị thể hóa dạng rắn tạo được hàng loạt ưu điểm, hoạt tính gần bằng HF lỏng, tránh được tính ăn mòn và độ độc hại, dễ tách sản phẩm ankyllat.

Cải thiện được các phản ứng phụ mà các xúc tác khác chưa cải thiện được. Đưa quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao

Olefin thấp phân tử, thường C₂ - C₄

Phản ứng



iso-C₄H₉⁺ tiếp tục tham gia phản ứng (3).

Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng phụ như: polime hóa, chuyển hóa hydro, oligome hóa, cracking…

Phân đoạn butan, buten thu được từ quá trình hấp thụ, chưng cất chiết tách phân chia khí của quá trình cracking xúc tác.

Thời gian phản ứng được xác định bởi 2 yếu tố;

Tốc độ lấy nhiệt ra khỏi vùng phản ứng để giữ nhiệt độ ổn định đã chọn.

Đủ thời gian để iso-butan hòa tan vào pha axit tạo nhũ tương

Do thiết bị làm việc liên tục nên thời gian được xác định khống chế qua tỷ lệ axit/hyđrocacbon trong thiết bị phản ứng (với H₂SO₄ – (20 - 450) phút, với HF –(10 - 20) phút).