Mô phỏng, tối ưu hóa và xử lý sự ố cho phân xưởng hydroisomer hóa naphtha nhẹ (c5, c6) của nhà cung cấp bản quyền uop

Trang 16 Ở giai đoạn cuối, quá trình chuyển mạch xảy ra, hình thành phân tử iso parafin và 1 gốc ion cacboni mới:Đó là cơ chế có thể xảy ra khi sử dụng xúc tác friedel crafts, đối với xú

CUNG CẤP BẢN QUYỀN UOP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS PHẠM THANH HUYỀN

Hà Nội – Năm 2017

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS TS Phạm Thanh Huyền

Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung làthực và chưa từng được công bố dưới bất kỳhình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Học viên

Nguyễn Trọng Thái

L I C Ờ ẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Phạm Thanh Huyền đã hướng dẫn em thực hiện trong suốt quá trình thực hiện luận văn Với những lời khuyên, góp ý sâu sắc nhất trong suốt những thời gian được học tập tại trường

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người luôn bên em trong từng bước, từng giai đoạn của cuộc sống

Em xin cảm ơn tất cả các thầy cô của Viện Kỹ Thuật – Hóa Học, trường đại học Bách Khoa Hà Nội với những kiến thức vô cùng quý giá mà em đã được học

Thanh Hóa, Ngày 07 tháng 09 năm 2017

Nguyễn Trọng Thái

DANH M C CÁC KÝ HI U, CH Ụ Ệ Ữ VIẾ T T T Ắ

1 Deisohexanizer (DIH) – là thiết bị chưng cất, được sử ụng để d phân tách các

s n ph m isomer cả ẩ ủa C6ra khỏi phần naphtha nh ẹ

2 H s X- ệ ố Factor – là t ng phổ ần trăm khố ượi l ng c a benzene, cyclohexane, ủmethylcyclopentane, và các c u t n ng (Cấ ử ặ 7+) Giá tr ịnày có ý nghĩa khi xem xét mức độ isomer hóa b c n tr do các h p ch t vòng và các c u t n ng Giá ị ả ở ợ ấ ấ ử ặtrị này thường được tính toán để đánh giá đặ c tính c a các ngu n nguyên li u ủ ồ ệcho quá trình isomer hóa

3 Hydro: Hydrocarbon Ratio (H 2 /HC) là t– ỷ l mole c a dòng hydro so vệ ủ ới dòng hydrocarbon đi qua thiế ịt b ph n ng ả ứ

4 Isomers – là các c u t có công th c phân t ấ ử ứ ử như nhau nhưng cấu trúc hoặc

s phân b c a các nguyên t ự ố ủ ử trong đó là khác nhau

5 Isomerization – Là quá trình x y ra trong thi t b ph n ng c a công ngh ả ế ị ả ứ ủ ệpenex UOP –

6 Isomerate – là s n phả ẩm ổn định c a quá trình isomer hóa (ch ng h n sủ ẳ ạ ản

ph m cẩ ủa phân xưởng penex)

7 Isomer ratio – là t l s n phỷ ệ ả ẩm isomerate, đượ ửc s dụng để xác định mức độ

c a quá trình isomer hóa x y ra trong thi t b ủ ả ế ịphả ứn ng Có th ký hi u là Iso-ể ệRatios, được xác định b ng: ICằ 5/C5P, 2-2 DMB/C6P, 2-3 DMB/C6P

8 Paraffin Isomerization Number (PIN) – là t ng c a 3 t l s n ph m bao ổ ủ ỷ ệ ả ẩ

g m: iCồ 5/C5P + 2-2 DMB/C6P + 2-3 DMB/C6P, đơn vị là phần trăm kh i ốlượng

DANH M C CÁC B Ụ Ả NG

B ng 1ả : Một số tiêu chu n phân tích t p ch t 23 ẩ ạ ấ

B ng 2: Các thiả ết bị chính của phân xưởng hydroisomer hóa 23

B ng 13: Tính toán TSOT cả ủa dòng 243 (trước phả ứn ng) 63

B ng 14: Tính toán TSOT c a dòng s n ph m isomerate 63 ả ủ ả ẩ

B ng 15ả : Ảnh hưởng của tăng áp suất hydro 67

B ng 16ả : Ảnh hưởng của giảm áp su hydro 67 ất

B ng 17: Kả ết quả ả kh o sát 69

B ng 18: B ng phân tích các s c 70ả ả ự ố

DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ, ĐỒ THỊ

Hình 1: Sơ đồ nhà máy l c dầu [3] 10 ọHình 2 : Cân bằng hóa h c cho quá trình penex 19 ọHình 3: Sơ đồ ố kh i quá trình hydroisomer hóa 24 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý c a quá trình penex [5] 25 ủHình 5: Phương pháp nghiên cứu 28 Hình 6: Các cấ ửu t mô ph ng 33 ỏHình 7: Lựa chọ ện h nhi t đ ng 33 ệ ộHình 8: Cân b ng hóa hằ ọc quá trình penex 35 Hình 9: Cân b ng c a quá trình penex 35 ằ ủHình 10: Điều ki n biên dòng hydro 38 ệHình 11: Thành ph n c u t dòng hydro 38 ầ ấ ửHình 12: Điều ki n biên c a dòng hydrocarbon 39 ệ ủHình 13: Lưu lượng các c u t dòng Hydrocarbon 39 ẩ ửHình 14: Sơ đồmô phỏng tĩnh phân xưởng hydroisomer hóa 52 Hình 15: Biểu đồ thông s u khi n FIC-100 53 ố điề ểHình 16: Biểu đồ thông s u khi n FIC-101 53 ố điề ểHình 17: Biểu đồ thông s u khi n FIC-102 54 ố điề ểHình 18: Biểu đồ thông s u khi n TIC-101 54 ố điề ểHình 19: Biểu đồ thông s u khi n TIC-102 54 ố điề ểHình 20: Biểu đồ thông s u khi n IC-100 55 ố điề ểHình 21: Biểu đồ thông s u khi n TIC-100 55 ố điề ểHình 22: Biểu đồ thông s u khi n TIC-103 55 ố điề ểHình 23: Biểu đồ thông s u khi n IC-102 56 ố điề ểHình 24: Biểu đồ thông s u khi n FIC-103 56 ố điề ểHình 25: Sơ đồ mô phỏng động phân xưởng Hydroisomer hóa 58 Hình 26: Kết quả tính cân b ng v t ch t 65 ằ ậ ấHình 27: Kết quả tính cân bằng năng lượng 66

Hình 28: Ảnh hưởng của lưu lượng hydro n nhi t đ c a thiế ị ả ứđế ệ ộ ủ t b ph n ng s 1 68 ốHình 29: Ảnh hưởng của lưu lượng hydro n nhi t đ c a thiế ị ả ứđế ệ ộ ủ t b ph n ng s 2 69ố

M C L C Ụ Ụ

L ỜI CAM ĐOAN 1

L Ờ I CẢM ƠN 2

DANH M Ụ C CÁC KÝ HI U, CH Ế Ệ Ữ VI T T T 3 Ắ DANH M Ụ C CÁC B Ả NG 4

DANH MỤ C CÁC HÌNH V Ẽ, ĐỒ TH 5 Ị M Ụ C LỤ C 7

M Ở ĐẦ U 9

CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN 12

1.1 Công ngh Hydroisomer Hóa 12 ệ 1.1.1 Mục đích, nguyên liệu và s n ph m 12ả ẩ 1.1.2 Cơ sở hóa h c c a quá trình 13ọ ủ 1.1.3 Các thông s công ngh 17ố ệ 1.1.4 Xúc tác và các ch t gây ng c xúc tác 20ấ ộ độ 1.1.5 Các thiết bị chính 23

1.1.6 Sơ đồ công ngh 24ệ 1.1.7 M t s công ngh Isomer hóa khác 25ộ ố ệ 1.2 T ối ưu hóa trong nhà máy lọ c hóa d u 26 ầ 1.2.1 Giới thiệ ề ối ưu hóau v t 26

1.2.2 S d ng ph n m m mô ph ng thử ụ ầ ề ỏ ay đổi một số thông s công ngh cố ệ ủa phân xưởng 27

CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞ NG HYDROISOMER HÓA 28

2.1 Phương pháp nghiên cứ u 28

2.2 Ph ầ n mề m mô ph ỏ ng 29

2.2.1 Giới thiệu chung v ph n m m mô phề ầ ề ỏng 29

2.2.2 Ph n m m UniSim Design 29ầ ề 2.3 Mô ph ỏng tĩnh 31

2.3.1 Thi t lế ập cơ sở 31

2.3.2 Thi t l p cế ậ ụm phả ứn ng 37

2.3.3 Thi t l p cế ậ ụm chưng cất 42

2.4 Mô ph ỏng độ ng 43

2.4.1 Thi t l p thông s ế ậ ốcác thiết bị 43

2.4.2 Thi t lế ập các vòng điều khi n 46ể CHƯƠNG 3: KẾ T QU VÀ TH O LU N 52 Ả Ả Ậ 3.1 Các sơ đồ , bi u đ mô ph ng 52 ể ồ ỏ 3.1.1 Mô phỏng tĩnh 52

3.1.2 Mô phỏng động 53

3.2 So sánh k t qu mô ph ng v ế ả ỏ ớ i số liệ u thi ế t kế 59

3.2.1 So sánh thông s ố cơ bản c a các dòng công ngh chính 59ủ ệ 3.2.2 So sánh thành ph n s n phầ ả ẩm phả ứng và độn chuy n hóa 59ể 3.2.3 So sánh ch tiêu các s n phỉ ả ẩm của phân xưởng 62

3.3 Cân b ằ ng vật chất và năng lượng 64

3.3.1 Cân b ng vằ ật chất 64

3.3.2 Cân bằng năng lượng 65

3.4 T ối ưu hóa 66

3.4.1 Phương pháp thực hi n 66ệ 3.4.2 K t qu 68ế ả 3.5 M ộ t số ấn đề thường gặ v p trong quá trình v n hành và cách x 70 ậ ử lý K Ế T LUẬ N 74 TÀI LIỆ U THAM KH O 76 Ả

M Ở ĐẦ U

Trong lịch sử thế giới hiện đại, ngành công nghiệp dầu mỏ được phát triển từ năm

1846 khi Abraham Gessner, Nova Scotia, Canada khám phá ra cách thu được kerosene từ than đá Nhanh chóng sau đó, vào năm 1854 Ignacy Lukasiewicz cũng , phát hiện ra cách thu hồi kerosene từ dầu mỏ ở Ba Lan Năm 1856, nhà máy lọc dầu đầu tiên được xây dựng, sử dụng nguồn dầu dồi dào ở Romania

Cũng trong thời gian đó, năm 1858 mỏ dầu đầu tiên được khai thác tại Ontario, Canada Năm 1859, Edwin Drake tìm thấy dầu gần Titusville, Pennsylvania Trong giai đoạn này, sản phẩm thu được chủ yếu là Kerosene phụ vụ cho nhu cầu thắp sáng Vào đầu năm 1900, lần đầu tiên giới thiệu về động cơ đốt trong và việc sử dụng động

cơ đốt trong tạo điều kiện để phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp dầu khí [1]

Sự phát triển của công nghiệp dầu khí ở các quốc gia liên quan đến việc phát hiện ra các mỏ dầu tại nơi đó Tại Việt Nam, ngày 26/6/1986 xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt-Xô đã khai thác tấn dầu đầu tiên từ mỏ Bạch Hổ Kể từ ngày 26/6/1986 đến hết tháng 10/2008, chủ yếu Việt Nam khai thác và xuất khẩu dầu thô với doanh thu mang lại gần 60 tỷ USD Năm 2009, đánh dấu việc xây dựng thành công nhà máy lọc dầu Dung Quất, Công ty lọc hóa dầu Bình Sơn Đánh dấu một bước chuyển mới trong ngành công nghiệp dầu khí nước nhà [2]

Trước những năm thế chiến thứ hai, phần lớn các nhà máy lọc dầu trên thế giới chỉ

có các quá trình đơn giản như “tháp chưng cất dầu thô”, một vài có thêm phân xưởng chưng cất chân không, cracking nhiệt Tuy nhiên, sau khi kết thúc thế chiến thứ hai,

sự bùng nổ của khoa học kỹ thuât, phát triển các loại động cơ mới dẫn đến nhưng nhu cầu mới về nhiên liệu cho động cơ Điển hình là các xu hướng về tăng công suất nhà máy móc, tăng trị số octane, giảm hàm lượng lưu huỳnh, tăng nhiệt trị, thân thiện với môi trường…

Điển hình một nhà máy lọc dầu được mô tả như hình 1:

Hình 1: Sơ đồ nhà máy lọc dầu [3]

Trong cuộc cách mạng công nghiệp, những máy móc, động cơ được sử dụng ngày càng có yêu cầu cao về chất lượng của nguồn nguyên liệu Trị số octane là giá trị được quan tâm hàng đầu “Trị số octane: là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng

cho khả năng chống kích nổ của nhiêu liệu, được đo bằng phần trăm thể tích của isooctane (2, 2, 4 trimethylpentane) trong hỗn hợp chuẩn với n heptane, tương đương -với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn” [25]

-Để cải thiện trị số octane của xăng là việc làm đòi hỏi nhiều thời gian và công sức khi tác động lên từng hợp phần của hỗn hợp nhiên liệu cuối cùng Có một quá trình được nghiên cứu và hứa hẹn thay đổi đáng kể hợp phần nhẹ có trong xăng là quá trình isomer hóa Luận văn này sẽ đưa ra những nội dung khái quát và cụ thể nhất trong quá trình isomer hóa để thu được sản phẩm theo yêu cầu

CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN 1.1 Công ngh Hydroisomer Hóa ệ

1.1.1 M ục đích, n guyên li u và s n ph m ệ ả ẩ

Light straight run naptha (LSRN) chỉ ra một phân đoạn có trị số octane thấp, điển hình nằm trong khoảng 65 – 70 RON (research octane number) Sau khi loại bỏ mercaptane, phần phân đoạn nhẹ này có thể được trộn trực tiếp với gasoline để tạo xăng thương phẩm Tuy nhiên, sau đó phải bổ sung thêm chì để tăng trị số octane của hỗn hợp xăng thu được Đó là cách làm của mấy thập kỷ trước Với yêu cầu của thị trường hiện nay, ngành công nghiệp dầu khí cũng phát triển tương thích để đáp ứng yêu cầu của nó

Hiện nay, do vấn đề ô nhiễm môi trường, xăng không chì không được sử dụng nữa.Với việc giảm hàm lượng chì xuống đến mức vết (ppb) (ASTM D 3831) đòi hỏi các quá trình chế biến để tăng phẩm cấp của phần nhẹ (LSRN) được trộn vào xăng phải phát triển hơn nữa Quá trình đó gọi là đồng phân hóa (quá trình isomer hóa), sản phẩm của quá trình đáp ứng được yêu cầu đặc biệt như không aromatic, benzene, sulfurs hoặc olefin

Trị số octane – Do hàm lượng parafin cao trong nguyên liệu đầu, nên quá trình isomer giúp cải thiện đáng kể trị số octane của sản phẩm thu được Hỗn hợp nC5/C6 của nguyên liệu có trị số octane 45 – 60, sau quá trình isomer hóa, sản phẩm thu được có thể tăng trị số octane lên 89 – 93 Điều này đã cải thiện đáng kể được trị số octane của phần nhẹ có trong xăng khi khởi động nguội ban đầu

Không có sản phẩm Aromatic – Đặc trưng của phản ứng đồng phân hóa là chuyển hóa các parafin mạch thẳng thành mạch nhánh nhờ cơ chế phản ứng ion cacboni Vì vậy, sản phẩm aromatic hoàn toàn không được tạo thành trong quá trình phản ứng Hơn nữa, trong quá trình phản ứng dưới điều kiện hydro (quá trình hydroisomer hóa), thì sản phẩm tạo thành không có điều kiệntồn tại ở dạng vòng aromatic

Không sulfurs hoặc olefin – Sản phẩm tạo thành của quá trình isomer, nhờ nguồn nguyên liệu đầu từ phần nhẹ của quá trình chưng cất dầu thô, nên các phần metyl

mecraptane dễ dàng bị khử và loại bỏ đặc biệt trong môi trường có hydro Khi đó các olefin cũng không có điều kiện tạo thành và tồn tại [4]

1.1.2 Cơ sở hóa học củ a quá trình

Xúc tác để isomer hóa parafin thành iso – parafin được chia làm 2 loại: (1) xúc tác friedel-crafts với thành phần chính là AlCl3/HCl hoặc (2) xúc tác lưỡng chức năng hydro isomer hóa Nhìn chung, khi thực hiện với loại xúc tác nào, phản ứng cũng tiến hành theo cơ chế ion cacboni

Lấy ví dụ cho phản ứng isomer hóa n-pentane:

Đối với phản ứng xúc tác friedel crafts, trong quá trình phản ứng có sự có mặt của các olefin hoặc alkyl halides như là các ion cacboni trong giai đoạn khơi mào, sau đó

-là quá trình phát triển mạch

Trong gian đoạn khơi mào, cần sự có mặt của một lượng nhỏ của olefin để phản ứng với HCl hoặc HAlCl4 Hàm lượng olefin có mặt do sự tồn tại ở dạng vết có trong nguồn nguyên liệu đầu hoặc phản ứng cracking của parafin

Ion cacboni được tạo thành ở giai đoạn ơ mào tiếp tục tiến hành quá trình isomer kh i hóa:

Quá trình định hướng lại ion cacboni tiếp tục diễn ra tạo thành mạch nhánh:

1

3

Ở giai đoạn cuối, quá trình chuyển mạch xảy ra, hình thành phân tử iso parafin và 1 gốc ion cacboni mới:

Đó là cơ chế có thể xảy ra khi sử dụng xúc tác friedel crafts, đối với xúc tác lưỡng chức hydro isomer hóa, quá trình có thể xảy ra như sau:

-Dưới tác dụng của xúc tác lưỡng chức năng, quá trình tạo thành olefin như là một giai đoạn trung gian dưới tác dụng của xúc tác có thành phần kim loại, chẳng hạn Pt

Khi đó, chức năng axit có trong xúc tác, xúc tác cho phản ứng hình thành ion cacboni trên các olefin được hình thành Phản ứng này giống như phản ứng (2) của xúc tác friedel-crafts

Sau đó, quá trình tiến hành tương tự để tạo thành mạch nhánh:

Sau đó, phản ứng tại tạo thành hợp chất axit bằng cách:

Cuối cùng, là phản ứng kết hợp với hydro để tạo thành hợp chất iso paraffin:

Nhìn chung, với 2 loại xúc tác, các bước tiến hành cơ chế có khác nhau nhưng đều dựa trên cơ chế ion cacboni Dưới ảnh hưởng của xúc tác lưỡng chức, các bước dưới tác dụng của xúc tác lưỡng chức hydro isomer dường như chủ động và đạt được hiệu quả cao hơn, hạn chế được tác động của cân bằng đến các bước phản ứng thành phần.Ngoài phản ứng chính và được mong đợi xảy ra trong quá trình chuyển hóa, trong thiết bị phản ứng còn xảy ra nhiều phản ứng phụ khác như sau:

- Phản ứng no hóa benzene

Phân xưởng isomer hóa (penex unit) được thiết kế trong điều kiện dòng nguyên liệu

có chứa đến 2 % của benzene Xúc tác của quá trình penex sẽ tiến hành no hóa V benzene thành cyclohexane Phản ứng này được tiến hành rất nhanh và xảy ra ngay

cả trong điều kiện có nhiệt độ thấp Phản ứng no hóa benzene không phải là phản ứng cân bằng nên nó độ chuyển hóa của phản ứng là 100% Nhiệt của phản ứng tạo thành bởi phản ứng no hóa benzene giới hạn bởi lượng benzene có trong nguyên liệu Do

đó, trong điều kiện thực tế thì phân xưởng penex có thể hoạt động bình thường với

10

lượng benzene đến 5% Chức năng của Pt có mặt trong xúc tác chịu trách nhiệm chính cho phản ứng này Tuy nhiên, với TSOT của benzene là rất cao (>100) mà lại tạo thành hợp chất cyclohexane (TSOT 84) nên tính tương đối sẽ làm giảm TSOT của phần nguyên liệu.

- Phản ứng hydrocracking

Phản ứng hydrocraking xảy ra trong thiết bị phản ứng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và điều kiện vận hành Các hợp chất có phân tử khối càng lớn (chẳng hạn C7+) có xu hướng tạo thành các phân tử nhỏ một cách dễ dàng hơn (50% nC7 có xu hướng này) C5 và C6 cũng có xu hướng tham gia phản ứng hydrocracking, nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều Khi phản ứng isomer hóa C5/C6 đạt cân bằng, phần còn lại cũng có thể tham gia phản ứng cracking Nếu phản ứng isomer hóa tiến hành ở điều kiện cứng (nhiệt đô, áp suất cao) khi đó phản ứng hydrocracking sẽ làm giảm một lượng sản phẩm của quá trình phản ứng và làm tăng nhiệt phản ứng Khi đó, các sản

phẩm khi như methane, ethane, propane và butane sẽ thu được cùng với dòng khí hydro

- Phản ứng isomer hóa vòng naphthene

Các phản ứng isomer hóa cũng xảy ra giữa hợp chất naphthene và cyclo paraffin Điển hình là tồn tại cân bằng của phản ứng giữa MCP và CH như sau:

Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng cũng tăng lên [4]

11

12

1.1.3 Các thông s công ngh ố ệ

Quá trình penex được phát triển bởi UOP, thiết kế đặc biệt cho quá trình isomer hóa liên tục cho hỗn hợp n-pentane và n-hexane Phản ứng được tiến hành trong môi trường áp suất hydro, thiết bị phản ứng có xúc tác cố định, điều kiện vận hành phản ứng thích hợp cho phản ứng isomer hóa và tối thiểu các phản ứng phụ có thể xảy ra như hydrocracking Sau đây là các thông số công nghệ quan trọng trong quá trình hoạt động

1.1.3.1 Nhiệ ột đ ph n ng ả ứ

Quá trình được thiết kế tối ưu hóa cho giám sát và vận hành Thiết bị được vận hành

ở áp suất trung bình, nhiệt độ thấp (< 199oC) và áp suất riêng phần của hydro thấp.Khi tiến hành phản ứng, nhiệt độ của thiệt bị phản ứng số 1 cao hơn so với nhiệt độ thiết bị phản ứng số 2 Do đó, trong quá trình phản ứng, các phản ứng isomer hóa được xảy ra chủ yếu ở thiết bị phản ứng số 1 Thiết bị phản ứng số 2 được sử dụng

để phản ứng xảy ra triệt để đồng thời cũng đảm bảo là quá trình ứng tiến hành là liên tục

Nhiệt độ thiết bị phản ứng số 1 thông thường đạt 142oC, thiết bị phản ứng số 2 khoảng

139oC Các thông số này được thay đổi phụ thuộc vào thành phần của nguồn nguyên liệu được sử dụng

1.1.3.2 Áp su t và tấ ốc độ tuần hoàn khí hydro

Các phản ứng trong công nghệ hydroisomer hóa đa phần không sử dụng hydro cho các phản ứng của mình tuy nhiên các phản ứng này vẫn được thực hiện trong môi trường hydro Do đặc điểm của phản ứng là phản ứng cân bằng nên sự có mặt của hydro có thể gây lên những tác động có hại và có lợi cho quá trình phản ứng

Nếu áp suất riêng phần của hydro quá cao, sẽ làm giảm tốc độ phản ứng isomer hóa,

từ đó độ chuyển hóa giảm xuống Mặt khác, áp suất riêng phần của hydro cao có thể kéo dài tuổi thọ của tác được sử dụng trong quá trình do làm giảm tác động của quá trình cốctạo thành trên xúc tác

Nếu áp suất riêng phần của hydro thấp, các phản ứng có thể tăng độ chuyển hóa nhưng xúc tác sẽ nhanh chóng phải thay thế và tái sinh.

Ngoài đảm bảo thời gian hoạt động xúc tác, tham gia vào một số phản ứng phụ như: phản ứng no hóa benzene hay phản ứng chuyển mạch MCP và CH Hydro còn có tác dụng tăng độ hoạt hóa của xúc tác bằng cách huyển hóa hợp chất bổ sung clo c(perchloroethylene) thành dạng axit HCl Chính axit này mới có tác dụng bổ sung tính axit cho xúc tác Do đó, đảm bảo được độ ổn định cũng như tăng thời gian sống của xúc tác

Hydro được đưa vào để đảm bảo áp suất của thiết bị phản ứng đạt 3224 – 3424 kPag

và tỷ lệ HC/H2khoảng từ 2 8 tùy vào xúc tác và công nghệ sử dụng Độ tinh khiết của hydro tối thiểu là 90%

-1.1.3.3 Tốc độ không gian khối lượng/thể tích (WHSV/LHSV)

WHSV là khái niệm dùng để so sánh khối lượng nguyên liệu nạp vào một thiết bị phản ứng trong một giờ và khối lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng đó

WHSV =Khối lượng nguyên liệu nạp vào thiết phản bị ứng (tấn ⁄giờ)

Khối lượng chất xúc tác trong thiết phản bị ứng (tấn )Khi sử dụng đơn vị đo là thể tích ta có khái niệm LHSV

LHSV =Thể tích nguyên liệu nạp vào thiết phản bị ứng (m3⁄ giờ)

Thể tích chất xúc tác trong thiết phản bị ứng (m3)Tốc độ không gian là một trong các thông số để đánh giá mức độ khắc nghiệt của phản ứng Khi tốc độ không gian giảm tức là lượng nguyên liệu trên một đơn vị xúc tác giảm, nếu các điều kiện khác không đổi điều này đồng nghĩa với mức độ khắc nghiệt của quá trình tăng lên Giảm tốc độ không gian làm tăng độ chuyển hóa, do đó

để giữ độ chuyển hóa nhất định nếu tốc độ không gian giảm nhiệt độ phản ứng cũng phải giảm xuống

1.1.3.4 Độ chuyển hóa

Do phản ứng isomer hóa là phản ứng cân bằng, bị giới hạn bởi động học cho nên độ chuyển hóa của toàn bộ phản ứng được xem xét cho một vài cấu tử quan trọng trong quá trình chuyển hóa

Hình 2 : Cân b ng hóa hằ ọc cho quá trình penex 1.1.3.5 Cân b ng v t ch t và cân bằ ậ ấ ằng năng lượng

Trong thực tế tính toán cân bằng vật chất thường được dùng để xác minh sự chính , xác của các thiết bị đo Nếu cân bằng vật chất tính toán được có giá trị từ 99% đến 101% thì các số liệu đo đạc là chấp nhận được, nếu kết quả tính toán nằm ngoài khoảng trên thì các thiết bị đo đạc cần phải được hiệu chỉnh hoặc sửa chữa Rất nhiều vấn đề vận hành nghiêm trọng đã xảy ra có nguyên nhân cuối cùng được tìm ra là do các thiết bị đo không chính xác (đặc biệt là các thiết bị đo lưu lượng), do vậy việc tính toán cân bằng vật chất giúp xác định và loại bỏ các vấn đề trên

y = -0.0816x + 87.957 R² = 0.9966

y = -0.1232x + 81.581 R² = 0.9961

y = 0.262x + 13.552 R² = 0.9914

y = 0.0893x + 33.114 R² = 0.9807

y = -0.1377x + 51.429 R² = 0.9882

y = -0.0096x + 12.043 R² = 0.8679

y = 0.0652x + 2.4048 R² = 0.9926

Reactor Outlet Temperature (C)

Penex Equilibirum Curve

MCP/(MCP+CH) (2MP+3MP)/C6P 2-2DMB/C6P 23DMB/C6P nC6/C6P Linear (iC5/C5P) Linear (iC4/C4P) Linear (MCP/(MCP+CH)) Linear ((2MP+3MP)/C6P) Linear (2-2DMB/C6P)

Cân bằng vật chất của toàn bộ phân xưởng được tính như sau:

Cân bằng vật chất (%) = Tổng lưu lượng khối lượng các dòng ra

Tổng lưu lượng khối lượng các dòng vào × 100Sai số cân bằng vật chất được tính bằng tổng lưu lượng khối lượng các dòng ra trừ đi tổng lưu lượng khối lượng các dòng vào Sai số tương đối của cân bằng vật chất được tính theo công thức sau:

Sai tương đối số (%) = Σ khối lượng dòng − Σ khối lượng dòng vào ra

Σ khối lượng dòng vào × 100Cũng tương tự cho tính toàn cân bằng năng lượng Nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa các dòng năng lượng cấp vào, năng lượng mất mát và năng lượng được chuyển hóa trong các thiết bị

Các mối quan hệ của cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng giữa các dòng sẽ được trình bày cụ thể với sự giúp đỡ của các thuật toán trong phần mềm mô phỏng

Trước khi vào thiết bị phản ứng, nguyên liệu đã được qua phân xưởng xử lý bằng hydro và làm khô Tuy nhiên, các tạp chất có thể ảnh hưởng lớn đến quá trình vận hành và sản xuất cho dù ở nồng độ rất nhỏ (ppm).

Ảnh hưởng:

- Lưu huỳnh

Sự có mặt của lưu huỳnh trong dòng nguyên liệu sẽ làm giảm hoạt tính của xúc tác Mức độ giảm hoạt tính của xúc tác là tạm thời, có thể khôi phục khi lưu huỳnh được loại bỏ ra khỏi xúc tác Quá trình tăng nhiệt độ của thiết bị phản ứng có thể loại bỏ thành phần lưu huỳnh bám trên xúc tác diễn ra nhanh hơn kèm theo dòng nguyên liệu

đã được loại bỏ lưu huỳnh Trong khi lưu huỳnh có mặt trong nguyên liệu, quá trình tăng nhiệt độ phản ứng có thể dẫn đến sự tích tụ của lưu huỳnh trong xúc tác, tiếp tục làm giảm hoạt tính xúc tác

- Nước và các hợp chất oxygenate

Quá trình gây ra mất hoạt tính của nước hoặc các hợp chất oxygenate là vĩnh viễn Các hợp chất oxygenate, ở bất kì dạng nào sẽ chuyển thành nước khi đi vào quá trình penex Nước sẽ phản ứng với phân tử chloride có mặt trong xúc tác Những phân tử chloride này được tạo thành do liên kết hóa học với nguyên từ nhôm trong quá trình sản xuất Do đó, quá trình gây mất hoạt tính này gây ra là do, sự có mặt của nguyên

từ oxy “O” có trong nước sẽ tạo thành liên kết với nguyên từ nhôm, thay thế hoàn toàn các nguyên từ Clo hoạt tính có trong xúc tác

Thêm vào đó, các hợp chất vòng chưa no, tiêu thụ một lượng hydro trong phản ứng

no hóa Phản ứng no hóa là phản ứng tỏa nhiệt do đó làm ảnh hưởng đến điểm cân bằng của phản ứng isomer hóa

Benzen nhanh chóng bị hydro hóa tạo thành cyclo hexane Cyclo hexane và các C6 naphthene được phá vòng tạo thành C6 parafin Kết quả làm giảm trị số octane của phản ứng

- Hydrocacbon C7+

Hàm lượng các hydrocacbon C7+ có trong nguyên liệu đầu nên được giới hạn từ 23% Các hợp chất C7 parafin nhanh chóng bị cracking thành C3 và C4, làm giảm lượng sản phẩm thu được

-C7 naphthene ảnh hưởng tương tự hư C6 naphthene nhưng với mức độ nhanh hơn Như vậy mức độ hàm lượng C7+ hydrocacbon có trong nguyên liệu đầu được hạn chế càng ít càng tốt

- Butane

Chưa có khái niệm cụ thể về ảnh hưởng cũng như tác hại của butane lên quá trình, nhưng thông thường hàm lượng butane <4% là chấp nhận được.

- Để kiểm tra được các thông số trên, sử dụng một số tiêu chuẩn như sau:

B ng 1ả : Một số tiêu chu n phân tích t p ch t ẩ ạ ấImpurity Typical Limit Laboratory Method Total Sulfur 0.1 ppmw UOP 987 Total Nitrogen 0.1 ppmw UOP 981 Total Oxygenates 0.1 ppmw UOP 960 Water 0.05 ppmw On line Analyzer

Fluorides 0.5 ppmw ASTM D7359

Total Chloride 0.5 ppmw UOP 395

1.1.5 Các thi ế t bị chính

Các thiết bị chính trong phân xưởng hydroisomer hóa được liệt kê ở Bảng 1.5

B ng 2: Các thi t b chính cả ế ị ủa phân xưởng hydroisomer hóa

1 Feed surge drum

2 Lớp bảo vệ lưu huỳnh

8 Máy nén khí

9 Máy bơm nguyên liệu

10 Tháp ổn định sản phẩm (Stabilizer)

11 Tháp trung hòa axit

12 Tháp chưng tách sản phẩm cuối (DIH)

1.1.6 Sơ đồ công ngh ệ

Sơđồ khối phân xưởng Hydroisomer hóa điển hình được mô tả ở Hình 3

Hình 3: Sơ đồ khối quá trình hydroisomer hóa

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý c a quá trình penex [5] ủ

Sơ đồ được mô tả là quá trình tiếp xúc hơn một lần giữa xúc tác và nguyên liêu Một phần sản phầm có TSOT thấp được tuần hoàn lại để tăng hiệu quả của quá trình Cụ thể:

Sản phẩm là xăng nhẹ có thành phần chủ yếu là C5, C6 paraffin có TSOT lần lượt là 61.7 và 25 Phần nguyên liệu có TSOT thấp này được trộn với dòng hydro của nhà máy và đi vào thiết bị phản ứng Để nâng cao hiệu suất của phản ứng, thiết bị phản ứng gồm hai thiết bị nối tiếp nhau Do phản ứng isomer hóa là phản ứng tỏa nhiệt nhẹ nên giữa hai thiết bị có đặt các thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng và làm giảm nhiệt

độ của dòng sản phẩm qua thiết bị phản ứng đầu tiên Dòng sản phẩm đi ra được đưa vào tháp ổn định, tách phần khí nhẹ thu được trên đỉnh tháp và sản phẩm lỏng dưới đáy tháp Dòng sản phẩm lỏng có chưa phần có TSOT thấp được đưa qua tháp chưa cất để hồi lưu lại Sản phẩm cuối thu được là sản phẩm xăng isomerate có TSOT 88 – 90 [10], [16], [20]

1.1.7 M t s công ngh Isomer ộ ố ệ hóa khác

Bên cạnh công nghệ Penex DIH, trên thế giới hiện này các công nghệ Isome hóa rất phát triển và đa dạng Dưới đây ta sẽ xem xét đánh giá đồng thời so sánh một số công nghệ có tuần hoàn tiêu biểu

- Công nghệ Penex/DIH, TIP đều cho sản phẩm có RON = 87 – 89 Mặc dù công nghệ Penex/DIH có chi phí vận hành cao nhưng chi phí đầu tư ban đầu lại thấp, thời gian thu hồi vốn ngắn hơn nhiều so với TIP.

- Công nghệ DIP/Penex/DIH (UOP), Hexorb (Axens) cho isomerate có RON rất cao (90 – 92) nhưng chi phí đầu tư và chi phí vận hành rất lớn, hiệu quả kinh tế không cao

- So với các công nghệ của UOP, quá trình Ipsorb (Axens) cho sản phẩm cóRON khá cao (8990), chi phí đầu tư và chi phí vận hành chấp nhận được Tuy nhiên, quá trình này thích hợp hơn với nguồn nguyên liệu chứa hàm lượng C5 cao (≥ 15%)

1.2 T ối ưu hóa trong nhà máy lọ c hóa d u ầ

1.2.1 Giớ i thi u v t ệ ề ối ưu hóa

Nhìn chung, quản lý vận hành nhà máy lọc dầu là công việc rất khó khăn và phức tạp

do nó chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố Những yếu tố như sự biến động giá cả dầu thô và sản phẩm, áp lực của các đối thủ cạnh tranh, những rủi ro nội tại liên quan đến

an toàn cháy nổ hay thiên tai… đều gây ảnh hưởng trực tiếp lên công tác vận hành nhà máy lọc dầu ối ưu hóa trong quá trình vận hành nhà máy lọc dầu là xu thế bắt Tbuộc trong vận hành, hoạt động của nhà máy Phương pháp này được tiến hành song song với quá trình vận hành và muốn đạt được kết quả cao nhất thì quá trình vận hành thường sử dụng trực tiếp những số liệu đã được tối ưu hóa

Trong quá trình vận hành thương mại, các biện pháp tối ưu hóa tiếp tục được nghiên cứu và áp dụng để nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh Trong giai đoạn này, các phương án tối ưu hóa bao gồm:

- Optimization: Phương án tối ưu hóa công suất, lợi nhuận không cần triển khai cải hoán;

- Retrofit: Phương án tối ưu hóa công suất, lợi nhuận chế biến có yêu cầu phải triển khai các cải hoán nhỏ;

- Upgrading/Expansion: Nâng cấp, mở rộng nhà máy ở quy mô lớn

Trong đó hai phương pháp đầu là Optimization và Retrofit thường được áp dụng do chúng ít ảnh hưởng đến hoạt động liên tục của nhà máy, có chi phí đầu tư thấp và sớm mang lại hiệu quả kinh tế.

Trên thực tế, tối ưu hóa trong quá trình vận hành nhà máy lọc dầu là một khái niệm tương đối phức tạp, nếu nói trên diện rộng, nó bao gồm việc lập kế hoạch sản xuất,

kế hoạch bảo dưỡng, lựa chọn chủng loại nguyên liệu/cơ cấu sản phẩm thích hợp, các chương trình tiết kiệm năng lượng, nâng cao công suất cho các phân xưởng, các phân tích và phương pháp phòng ngừa sự cố, đảm bảo an toàn tối đa trong quá trình vận hành sản xuất và các phương pháp tiết kiệm chi phí khác

1.2.2 S d ng ph n m m mô ph ử ụ ầ ề ỏng thay đổ i m t s thông s công ngh c a phân ộ ố ố ệ ủ xưở ng

Trong các nhà máy lọc dầu các yếu tố này thường được quan tâm bởi vì, chỉ cần 1 số thay đổi nhỏ mà có thể đưa đến những kết quả vô cùng khả quan và khích lệ Việcthay đổi một trong các thông số này có thể được thực hiện trong một phân xưởng riêng lẻ hoặc trên toàn bộ hệ thống Các thông số này có thể độc lập hoặc liên quan với nhau Do đó, khi thay đổi một thông số cần có những khảo sát và đánh giá trên những điều kiện giả định trước khi thực hiện Phần mềm mô phỏng là một sự lựa chọn không thể tốt hơn trong trường hợp này

Các thông số thường được chú ý trong quá trình khảo sát này gồm có: Lưu lượng, áp suất, nhiệt độ dòng, nhiệt độ thiết bị… Các thông số này được khảo sát, đánh giá bằng các công cụ có sẵn trong phần mềm dưới trạng thái tĩnh hay động tùy vào yêu cầu của quá trình đánh giá Kết quả của quá trình khảo sát này phải được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng trước khi đưa vào áp dụng trong thực tế Được đánh giá tiềm năng cũng như các mối nguy có thể xảy ra

Sau khi đã tiến hành khảo sát, đánh giá bằng phần mềm, kết quả có thể được áp dụng dưới dạng các “case study” trước khi hoàn toàn sử dụng các thông số mới Trong quá trình áp dụng, nếu có bất kỳ trường hợp ngoại lệ nào phải lập tức tiến hành điều tra

và kiểm soát các mối nguy có thể xảy ra

CHƯƠNG 2 : MÔ PH ỎNG PHÂN XƯỞ NG HYDROISOMER

HÓA 2.1 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn được nghiên cứu theo phương pháp như ở Hình 5

Hình 5: Phương pháp nghiên cứu

Số liệu thiết kế của nhà bản quyền công nghệ

Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm

Điều chỉnh mô hình mô phỏng cho phù hợp với các chỉ tiêu công suất, chất lượng sản phẩm v.v…

Tối ưu hóa trên mô hình mô

phỏng

Giả định một số sự cố thường gặp trong quá trình vận hành

Tiến hành xử lý các sự cố đã giả

định

- Đánh giá kết quả thu được

- Đề xuất phương pháp áp dụng vào thực tế

2.2 Phầ n m m mô ph ề ỏ ng

2.2.1 Giớ i thi u chung v ệ ề phầ n m m mô ph ề ỏ ng

Mô phỏng là quá trình tiến hành một việc nào đó để biểu diễn lại một phần hay toàn

bộ quá trình đó xảy ra trên thực tế mà nó chưa xảy ra [ ] Trong ngành công nghiệp, các quá trình mô phỏng được ứng dụng rất rộng rãi và ngày càng sâu rộng, quá trình thiết kế mô phỏng thiết bị phức tạp, mô phỏng quá trình bay để đào tạo phi công… Lợi ích của việc sử dụng mô phỏng:

- Tiết kiệm chi phí tối đa mà vẫn đạt được hiệu quả cao nhất

- Hạn chế phải trực tiếp với những công việc hay điều kiện nguy hiểm

- Có thể dự đoán, đưa ra được phương hướng xử lý nhanh chóng, chính xác

- Hỗ trợ quá trình thiết kế dễ dàng hơn

Với những ưu thế ngày càng được cũng cố bởi sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học máy tính Những chiếc máy tính có cấu hình ngày càng cao cộng với những thuật toán mô phỏng càng chính xác được sử dụng Mô phỏng kết hợp với

tự động hóa có thể trở thành điều cốt yếu trong các ngành công nghiêp

Trong công nghiệp lọc hóa dầu, các phần mềm mô phỏng là điều không thể thiếu cho quá trình quản lý và vận hành thiết bị cũng như là đào tạo Có nhiều phần mềm trên thị trường như: PRO/II, DYNSIM, Aspen HYSYS, PetroSim, Unisim Design, OLGA… [6], [14], [18]

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu, sử sụng và ứng dụng các phần mềm trong công nghiệp hóa chất được chú trọng và sử dụng trong các trường đại học cũng đã được chú ý Ví

dụ như: Unisim Design, Aspen Hysys tại đại học Bách Khoa Hà Nội, đại học Mỏ Địa Chất; Petrosim tại trường cao đẳng nghề Dầu Khí… Sử dụng thành thạo và ứng dụng các phần mềm này trong các nhà máy lọc dầu là điều thiết yếu, cần có hiện nay

2.2.2 Ph n m m UniSim Design ầ ề

UniSim Design là phần mềm mô phỏng bản quyền của Tập đoàn Honeywell Đây là phần mềm chuyên dụng để tính toán mô phỏng công nghệ chế biến dầu khí và công nghệ hóa học UniSim Design có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính

xác cao đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế, điều khiển các nhà máy chế biến dầu khí và tổng hợp hóa dầu

Phần mềm UniSim Design được ứng dụng chủ yếu trong những nhiệm vụ sau:

- Thiết kế lưu trình,

- Sử dụng những công cụ khảo sát để tối ưu thiết kế sao cho đáp ứng những chỉ tiêu về mặt kinh tế,

- Tính toán kích thước của thiết bị đáp ứng một khoảng điều kiện vận hành rộng,

- Dự đoán những tác động của việc thay đổi nguyên liệu, thay đổi của tác nhân gây nhiễu và điều kiện vận hành dựa trên những yêu cầu về sự an toàn, độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống,

- Điều khiển quá trình vận hành của hệ thống,

- Tối ưu hóa quá trình vận hành, thiết lập và khắc phục các sự cố

Ngoài thư viện có sẵn, UniSim Design cho ph épngười sử dụng tạo ra các thư viện riêng, hoặc cho phép liên kết với các chương trình tính toán hay các phần mềm khác như Visual Basic, Excel, Visio, C++, Java… Cũng như các phầm mềm tiên tiến khác, UniSim Design có thể tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin, do đó sẽ tránh được sai sót và có thể thay đổi các điều kiện cũng như sử dụng các

dữ liệu đầu vào khác nhau

UniSim được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng là mô phỏng tĩnh và mô phỏng động Mô phỏng tĩnh thường được sử dụng để nghiên cứu thiết kế một quá trình công nghệ mới hoặc cải tiến, mở rộng tối ưu quá trình công nghệ sẵn có Mô , phỏng động dùng để mô phỏng thiết bị, quá trình ở trạng thái đang vận hành, phản ánh thay đổi các thông số theo thời gian từ đó có thể hỗ trợ vận hành, tối ưu hóa và giả lập sự cố

Luận văn này sử dụng phần mềm UniSim Design được cấp cho các trường đại học làm công cụ mô phỏng

B ng 3: Các c u t mô ph ng ả ấ ử ỏ

Normal Operation SOR case

Liq Vol Flow, Std m3/h 91.5 Liq Density, Kg/STD m3 646.1

Vap Vol Flow, NRML m3/h 0.00

Vap Density, Kg/STD m3 0.00

2.3.1.2 L a ch n h nhiự ọ ệ ệ ột đ ng

Hệ nhiệt động được sử dụng là hệ Per Robinson, đây là hệ nhiệt động phù hợp nhất

g-để tính toán cân bằng lỏng hơi cũng như tính toán tỷ trọng chất lỏng cho các quá - trình xử lý hydrocacbon

Hệ nhiệt động Perg-Robinson tính toán chính xác các hệ thống một pha, hai pha hoặc

ba pha với hiệu suất cũng như độ tin cậy cao và được sử dụng cho các dải điều kiện rất rộng:

- Nhiệt độ: > -271oC (-456oF),

- Áp suất: < 100.000 kPa (15.000 psia)

Hình 6: Các c u t mô ph ng ấ ử ỏ

Hình 7: Lựa ch n h nhi t đ ng ọ ệ ệ ộ2.3.1.3 Thiết lập gói phả ứn ng

Thiết lập phản ứng là bước quan trọng trong quá trình mô phỏng Để xác định được loại phản ứng đưa vào mô phỏng cần dựa trên các tài liệu nghiên cứu, để đưa các loại phản ứng có thể vào trong môi trường mô phỏng

Các phản ứng isomer với đặc điểm là phản ứng tỏa nhiệt nhé, có nhiều phản ứng trung gian liên quan đến nhiều quá trình khác nhau nên đưa vào các phản ứng động học

khiến cho quá trình mô phỏng trở nên khó khăn, khó kiểm soát Do đó, đề nghịđưa phản ứng có độ chuyển hóa được tính toán kèm theo nhiệt độ để tiến hành mô phỏng.Quá trình này liên quan đến khái niệm tỷ lệ isomer hóa (Isomerization Ratio): Isomer Ratios (thực tế) là khái niệm về mức độ của quá trình isomer hóa xảy ra trong thiết bị phản ứng Có thể được tính là phần trăm khối lượng hoặc mol của iso-parafin với tổng paraffin trong dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng Các tỷ lệ isomer hóa được quan tâm thông thường là iC5/C5P, 22DMB/C6P và 23DMB/C6P, các hệ số này có thể tính theo dòng nguyên liệu, sau thiết bị phản ứng thứ nhất và trong dòng sản phẩm cuối cùng.

Isomer Ratios (tại cân bằng) – do phản ứng isomer hóa là phản ứng cân bằng, hỗn hợp đạt cân bằng khi đạt được tỷ lệ iso và n-parafin trong hỗn hợp sản phẩm tại một nhiệt độ xác định Thực tế, tỷ lệ iso- đạt được tại cân bằng sẽ nhỏ hơn khi so sánh tỷ lệ iso tính toán bằng lý thuyết Khi muốn thu được tỷ lệ sản - phẩm iso cao hơn so với trường hợp lý tưởng (tính toán) là điều không thể, lúc -

đó có thể làm gia tăng quá trình hydrocraking trong thiết bị phản ứng

Như vậy có thể thấy rằng, nếu xác định được đường cân bằng của quá trình này (quá trình penex chằng hạn) có thể xác định được độ chuyển hóa của phản ứng chính xảy ra trong thiết bị phản ứng

Đường cong cân bằng trong quá trình penex, như hình 2 bên dưới

Hình 8: Cân b ng hóa hằ ọc quá trình penex

Hình 9: Cân b ng c a quá trình penex ằ ủXác định các phản ứng hóa học xảy ra trong thiếtbị phản ứng

y = -0.0816x + 87.957 R² = 0.9966

y = -0.1232x + 81.581 R² = 0.9961

y = 0.262x + 13.552 R² = 0.9914

y = 0.0893x + 33.114 R² = 0.9807

y = -0.1377x + 51.429 R² = 0.9882

y = -0.0096x + 12.043 R² = 0.8679

y = 0.0652x + 2.4048 R² = 0.9926

Reactor Outlet Temperature (C)

Penex Equilibirum Curve

MCP/(MCP+CH) (2MP+3MP)/C6P 2-2DMB/C6P 23DMB/C6P nC6/C6P Linear (iC5/C5P) Linear (iC4/C4P) Linear (MCP/(MCP+CH)) Linear ((2MP+3MP)/C6P) Linear (2-2DMB/C6P)

Như đã trình bày trong mục 2 Cơ sở lý thuyết của quá trình isomer hóa Tạm chia các phản ứng xảy ra thành các cụm: Phản ứng đồng phân hóa, phản ứng no hóa benzene, phản ứng hydrocracking, phản ứng đồng phân hóa naphthene và phản ứng

mở vòng Tất cả các phản ứng chính xảy ra trong hai thiết bị phản ứng chính (Lead reactor và Lag reactor) Có thể tóm tắt lại theo bảng 4 sau:

10 nC7 + H2 C3 + iC4 → Phản ứng hydro cracking

Đó là các phản ứng đã được nêu ra trong mục 1.1.2, và được trình bày cụ thể như bảng 4 Để đặc trưng cho các phản ứng, có bảng 5 so sánh các phản ứng xảy ra như sau:

B ng 5: Nhi t hóa h c c a ph n ng ả ệ ọ ủ ả ứ

Loại phản ứng Nhiệt phản ứng

Kcal/kg-mol Độ chuyển hóa