BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TRẦN HOÀNG TRUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA VÀ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN HÀ NỘI 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TRẦN HỒNG TRUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VỀ Q TRÌNH ALKYL HĨA VÀ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TRẦN HOÀNG TRUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VỀ Q TRÌNH ALKYL HĨA VÀ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS-TS- BÙI THỊ LỆ THỦY GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN HÀ NỘI - 2022 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc cô hướng dẫn PGS.TS Bùi Thị Lệ Thuỷ hướng dẫn bảo tận tình, tạo điều kiện để giúp đỡ em trình nghiên cứu Em xin trân trọng cảm ơn thầy cô mơn Lọc-Hố dầu trang bị cho em lượng kiến thức lớn trường để em hồn thành tốt đồ án giao Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người bạn giúp đỡ em giải đáp thắc mắc phạm vi đồ án suốt trình thực Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng năm 2022 Sinh viên Trần Hoàng Trung MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ .1 1.1 Nguồn gốc 1.2 Thành phần hydocacbon dầu mỏ 1.2.1 Hydrocacbon parafinic 1.2.2 Hydrocacbon naphtenic (vòng no) 1.2.3 Hydrocacbon aromatic (hydrocacbon thơm) 1.2.4 Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten-thơm 1.3 Các thành phần phi hydrocacbon [1] 1.3.1 Các chất chứa lưu huỳnh .6 1.3.3 Các chất chứa oxy .7 1.3.4 Các kim loại nặng 1.3.5 Các chất nhựa asphanten 1.3.6 Nước lẫn dầu mỏ (nước khoan) 1.4 Phân loại dầu mỏ 1.4.1 Phân loại dầu mỏ dựa vào chất hoá học .9 1.4.2 Phân loại dầu mỏ theo chất vật lý 12 1.5 Ứng dụng phân đoạn dầu mỏ 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN Q TRÌNH ALKYL HỐ 14 2.1 Mục đích, ý nghĩa trình .14 2.2 Phân loại phản ứng alkyl hoá .14 2.3 Cơ sở hố học q trình alkyl hố isoparafin olefin: 15 2.3.1 Cơ chế phản ứng alkyl hoá 15 2.3.2 Phản ứng alkyl hoá isobutan olefin 17 2.3.3 Các phản ứng mong muốn 18 2.3.4 Các phản ứng không mong muốn .19 2.3.5 Nguyên liệu sản phẩm trình 20 2.3.6 Xúc tác q trình alkyl hố 22 2.4 Điều kiện ảnh hưởng đến q trình alkyl hố 23 2.4.1 Nhiệt độ phản ứng .23 2.4.2 Nồng độ axit 24 2.4.3 Thời gian phản ứng 25 2.4.4 Nồng độ izo-butan 26 CHƯƠNG 3: CÁC CƠNG NGHỆ ALKYL HỐ ĐANG SỬ DỤNG 28 3.1 Đặc điểm chung 28 3.2 Q trình alkyl hố hãng Kellogg 28 3.3 Cơng nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 hãng Exxon: [6] 32 3.4 Công nghệ alkyl hoá dùng xúc tác H2SO4 hãng Stratco 34 3.5 Cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác HF hãng UOP [7] 38 3.6 Xu hướng phát triển cơng nghệ Alkyl hố [8] 40 CHƯƠNG 4: CƠNG NGHỆ AlKYL HỐ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 42 4.1 Giới thiệu nhà máy lọc hoá dầu Nghi Sơn 42 4.2 Các sản phẩm thương mại nhà máy 43 4.3 Cấu trúc nhà máy lọc dầu 47 4.4 Phân xưởng alkyl hoá (InAlk) 48 4.5 Cơ sơ ly thuyêt cua ankyl hoa gian tiêp (bao gôm SHP va NRU) [9] 48 4.6 Tổng quan phân xưởng [9] 49 4.7 Nguyên lý hoạt động [9] 54 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ Dầu mỏ hay dầu thô chất lỏng sánh đặc màu nâu ngả lục Dầu mỏ tồn lớp đất đá số nơi vỏ Trái Đất Dầu mỏ hỗn hợp hóa chất hữu thể lỏng đậm đặc, phần lớn hợp chất hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần đa dạng 1.1 Nguồn gốc Đó giả thuyết hình thành dầu mỏ từ vật liệu hữu ban đầu Những vật liệu xác động vật biển, cạn bị dịng sơng trơi biển, qua thời gian dài ( hàng triệu năm ) lắng đọng xuống đáy biển Ở nước biển có nhiều loại vi khuẩn khí yếm khí, động thực vật bị chết, chúng bị phân huỷ Những phần dể bị phân huỷ ( chất albumin, hydrat cacbon ) bị vi khuẩn cơng trước tạo thành chất dễ tan nước khí bay đi, chất khơng tạo nên dầu khí Ngược lại, chất khó bị phân huỷ ( protein, chất béo, sáp, dầu, nhựa ) dần lắng đọng tạo thành hydrocacbon ban đầu [1] RCOOR’ + H2O RCOOH + R’OH RCOOH RH + CO2 RCH2OH R’CH=CH2 + H2O R’CH=CH2 + H2 R’CH2CH3 Dựa theo trình biến đổi trên, phải có hydro để làm no olefin, tạo thành parfin Và người ta đưa hai giả thuyết tạo thành H2 : + Do tia phóng xạ lịng đất mà sinh H2 Giả thuyết có tính thuyết phục + Do vi khuẩn yếm khí đáy biển, chúng có khả làm lên men chất hữu để tạo thành H Tác giả Jobell tìm thầy 30 loại vi khuẩn có khả lên men chất hữu tạo H2 Các vi khuẩn thường gặp nước hồ ao lớp trầm tích; nguồn cung cấp H2 cho q trình khủ Ngồi yếu tố vi khuẩn, nhiều nhà nghiên cứu cịn cho có hàng loạt yếu tố khắc như: Nhiệt độ,áp suất, thời gian, có mặt chất xúc tác ( kim loại Ni, V, Mo, khoáng sét,…) lớp trầm tích tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy Thuyết nguồn gốc hữu dầu mỏ cho phép giải thích nhiều tượng thực tế Chẳng hạn như: dầu mỏ nơi khác nhau, khác vật liệu hữu ban đầu Ví dụ, vật liệu hữu ban đầu giàu chất béo tạo dầu loại parafinic… Dầu sinh rải rác lớp trầm tích, gọi “đá mẹ” Do áp suất cao nên chúng bị đẩy buộc phải di đến nơi tầng “ đá chứa” thường có cấu trúc rỗng xốp Sự di chuyển tiếp tục xảy đến chúng gặp điều kiện địa hình thuận lợi để lại tích tụ thnahf mỏ dầu; “bẫy”, dầu vào mà khơng được, có nghĩa nơi phải có tầng đá chắn nút muối Trong trình di chuyển, dầu mỏ phải qua tầng đá xốp, xảy hấp phụ ( giống sắc ký), chất có cực (như nhựa, asphenten…) bị hấp phụ lại lớp đá, kết dầu nhẹ Nhưng trình di chuyển dầu bị tiếp xúc với oxy khơng khí, chúng bị õy hố dẫn đến tạo hợp chất chứa nguyên tố dị thể, làm xấu chất lượng dầu Khi dầu tích tụ nằm mỏ dầu, trình biến đổi xảy mỏ dầu kín Trong trường hợp có khe hở, oxy , nước khí lọt vào, xảy biến chất theo chiều hướng xấu phản ứng hoá học ( oxy hoá, trùng hợp hoa, …) Các hydrocacbon ban đầu dầu khí thường có phân tử lượng lớn (C 30-C40), chí cao Các chất hữu nằm lớp trầm tích chịu nhiều biến đổi hoá học ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất, xúc tác ( khoáng sét ) Người ta thấy rằng, lún chìm sâu xuống 30 mét nhiệt độ lớp trầm tích tăng từ 0,54 đến 1,2 oC; áp suất tăng từ đến 7,5 at Như vậy, độ sâu lớn nhiệt độ, áp suất tăng lớp trầm tích tạo dầu khí, nhiệt độ lên tới 100 đến 200 oC áp suất từ 200 đến 1000 at Ở điều kiện vậy, hydrocacbon có phân tử lượng lớn, mạch dài, cấu trúc phức tạp bị phân huỷ nhiệt, tạo thành chất có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn, số lượng vịng thơm hơn… Thời gian dài yếu tố thúc đẩy trình cacking xảy mạnh Chính vậy, tuổi dầu cáo, độ lún chìm sâu, dầu tạo thành chứa nhiều hydrocacbon với trọng lượng phân tử nhỏ Sâu có khả chuyển hồn tồn thành khí, khí metan bền vững nên hàm lượng cao Cũng vậy, tăng chiều sâu giếng khoan thăm dị dầu khí xác suất tìm thấy khí thường cao Tóm lại, chất, dầu khí có nguồn gốc, nguồn gốc hữu Ở đâu có dầu thường tìm thấy khí Cũng có mỏ khí nằm riêng biệt, có lẽ “di cư” 1.2 Thành phần hydocacbon dầu mỏ Hydrocabon thành phần dầu, tất loại hydro-cacbon (loại trừ olefin) có mặt dầu mỏ Chúng chia thành nhóm parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphten-aromat Bằng phương pháp hoá lý, người ta xác định 400 loại hydrocacbon khác 1.2.1 Hydrocacbon parafinic Hydrocacbon parafinic (còn gọi alkan) loại hydrocacbon phổ biến Trong dầu mỏ, chúng tồn ba dạng: khí, lỏng, rắn Các hydrocacbon khí (C 1-C4), nằm dầu, áp suất cao nên chúng hoà tan dầu mỏ Sau khai thác, áp suất giảm, chúng thoát khỏi dầu Các khí gồm metan, etan, propan butan gọi khí đồng hành Trong khí đồng hành, bu tan ciếm tỷ lệ cao (khác hẳn với khí thiên nhiên, CH4 chiếm tới 80%), ngồi cịn có lượng nhỏ pentan bay [2] Trong dầu mỏ có hai loại parafin: n-parafin izo-parafin, n-parafin chiếm đa số (25-30% thể tích), chúng có số nguyên tử cacbon từ C đến C45 Một điểm cần ý n-parafin có số cacbon lớn C 18, nhiệt độ thường chúng chất rắn Các parafin hồ tan dầu tạo thành tinh thể lơ lửng dầu Khi hàm lượng parafin rắn cao, dầu bị đơng đặc, gây khó khăn cho vấn đề vận chuyển Do vậy, chất parafin rắn có liên quan đến độ linh động dầu mỏ Hàm lượng chúng cao, nhiệt độ đông đặc dầu lớn Ví dụ, dầu Minas (Indonesia) có 13% parafin rắn, nên 33 oC dầu bị đơng đặc; cịn dầu Libi, có 10% parafin rắn, nhiệt độ đông đặc 18 oC Dầu mỏ Việt Nam có nhiệt độ đơng đặc cao: dầu Bạch Hổ đông đặc 33 oC, dầu Đại Hùng đông đặc 27 oC Như vậy, dầu Minas dầu Bạch Hổ loại dầu điển hình có nhiều parafin rắn, nhiệt độ thường chúng không chảy lỏng Khi bơm, vận chuyển loại dầu phải áp dụng biện pháp như: gia nhiệt đường ống, cho thêm phụ gia, tách bớt parafinrawns nơi khai thác để hạ điểm đông đặc Các biện pháp gây tốn kém, làm tăng giá thành khai thác dầu thô Tuy nhiên, parafin rắn tách từ dầu thô nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học dầu điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi nhân tạo, phân bón, chất dẻo,… Các izo-parafin thường nằm phần nhẹ phần có nhiệt độ sơi trung bình dầu Chúng thường có cấu trúc đơn giản, mạch dài, nhánh phụ ngắn, nhánh phụ thường nhóm metyl Các izo-parafin có số cacbon từ C đến C10 cấu tử quý phần nhẹ dầu mỏ, chúng làm tăng khả chống kích nổ ( tăng giá trị số octan) xăng So với n-parafin, izo-parafin có độ linh động cao 1.2.2 Hydrocacbon naphtenic (vòng no) Naphtenic (xyclo parafin) số hydrocacbon phổ biến quan trọng dầu mot Hàm lượng chúng thay đổi từ 30 đến 60% trọng lượng Chúng thường dạng vòng 5, cạnh, dạng ngưng tụ vịng Cũng có trường hợp phân tích hợp chất có dến vịng ngưng tụ, Các hydrocacbon naphtenic có mặt phân đoạn nhẹ (thường vịng nhánh phụ); phần có nhiệt độ sơi trung bình cao ( cấu tử có nhiều vịng nhánh phụ dài ) Một số ví dụ hydrocacsbon naphtenic có dầu mỏ sau: Hydrocacbon naphtenic thành phần quan trọng nhiên liệu động dầu nhờn Các naphtenic vịng làm cho xăng có chất lượng cao; hydrocacbon naphtenic vịng có mạch nhánh dài thành phần tốt dầu nhờn chúng có độ nhớt cao thay đổi theo nhiệt độ Đặc biệt, chúng cấu tử quý cho nhiên liệu phản lực, chúng cho nhiệt cháy cao, đồng thời giữ tính linh động nhiệt độ thấp, điều phù hợp động phải làm việc nhiệt độ âm Ngồi ra, hydrocacbon naphtenic dầu mỏ cịn ngun liệu quý để từ điều chế hydrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), chất khởi đầu sản xuất tơ sợi tổng hợp chất dẻo ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TRẦN HỒNG TRUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHI? ??P TÌM HIỂU VỀ Q TRÌNH ALKYL HĨA VÀ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG... HỐ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 42 4.1 Giới thiệu nhà máy lọc hoá dầu Nghi Sơn 42 4.2 Các sản phẩm thương mại nhà máy 43 4.3 Cấu trúc nhà máy lọc dầu 47 4.4 Phân xưởng alkyl. .. lẫn dầu mỏ (nước khoan) 1.4 Phân loại dầu mỏ 1.4.1 Phân loại dầu mỏ dựa vào chất hoá học .9 1.4.2 Phân loại dầu mỏ theo chất vật lý 12 1.5 Ứng dụng phân đoạn dầu