Tiểu Luận - Công Nghệ Chế Biến Dầu Mỏ - Đề Tài - Cơ Sở Lý Thuyết Quá Trình Ankyl Hóa Các Thông Số Công Nghệ Ảnh Hưởng Đến Quá Trình

Trang 1 Cơ sở lý thuyết quá trình ankyl hóa Trang 2 Quá trình ankyl hóa là gì?- Quá trình ankyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu, nhằm chế biến các olefin nhẹ và iz

Cơ sở lý thuyết quá trình ankyl hóa

Các thông số công nghệ ảnh

hưởng đến quá trình

Quá trình ankyl hóa là gì?

- Quá trình ankyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu, nhằm

chế biến các olefin nhẹ và izo-butan thành cấu tử xăng có giá trị cao nhất đó là

izo-parafin mà chủ yếu là izo-octan

- Ankylat thu được là cấu tử tốt nhất để pha trộn tạo xăng cao cấp cho nhà máy lọc dầu vì nó có trị số octan cao và độ nhạy nhỏ (RON>=96, MON>=94), áp suất thấp

Cho phép chế tạo được xăng theo bất kỳ công thức pha trộn nào

- Khi ankyl hóa benzen bằng olefin nhẹ ta cũng sẽ thu được ankyl

benzen có trị số octan cao dùng để pha chế xăng hoặc để tổng hợp hóa dầu và hóa học

I/ Cơ sở hóa lý của quá trình

- Ankyl hóa izo-butan bằng nguyên liệu olefin nhẹ thường sử dụng nguyên liệu là phân

đoạn chứa olefin của các quá trình chế biến khác nhau trong khu lọc dầu

- Các phản ứng cơ bản gồm:

- - Ankyl hóa izo-parafin bằng olefin là 1 quá trình tỏa nhiệt có kèm theo giảm số lượng phân tử

Khi giảm t o và tăng p cân bằng sẽ chuyển dịch

về phía tạo thành sản phẩm

(thuận lợi cho quá trình)

C2-C4

1, Đặc trưng nhiệt động học của phản

ứng

2, Cơ sở của quá trình alkyl hóa izo-butan bằng butylen

 - Trong công nghiệp dầu mỏ, sản phẩm alkyl hóa trước hết là dung để chế tạo xăng Vì vậy, cơ sở của quá trình về cơ bản là phản ứng tác dụng của iso butan với butylene khi

có mặt xúc tác là các axit mạnh để tạo ra izooctan- cấu tử có giá trị nhất của xăng

 - Phản ứng xảy ra theo cơ chế ion cacboni Ion cacboni tùy loại theo xúc tác được sử dụng có thể tạo ta theo các hướng sau:

- Thời gian tồn tại của ion cacboni giao động trong khoảng thời gian nhất

định, phụ thuộc vào cấu trúc, các hiệu ứng riêng và khả năng solvat của nó

- Sự tạo thành ion cacboni cũng tuân theo quy tắc nhất định Khi tác dụng

của H+với olefin thẳng thì ưu tiên tạo thành ion cacboni bậc 2 hơn là ion

cacboni bậc 1 Ví dụ:

- Nếu olefin có cấu trúc nhánh với liên kết đôi ở vị trí β sẽ cho ion cacboni bậc 3 nhiều hơn bậc 2:

Áp dụng trong công nghiệp alkyl hóa izobutan bằng buten, ta có các phản ứng sau:

- Các izo-octan này có khả năng trao đổi ion hydrit với izo-butan để tạo thành sản phẩm izo-octan Ngoài ra còn có các phản ứng khác:

- Từ cơ sở hóa học của quá trình alkyl hóa izo-butan bằng butylene, ta thấy thực chất

của quá trình là phải tạo thành ion izo-C 4 H 9 + mà phản ứng chính đó là sự chuyển ion hydrit ở izo-C 4 H 10

- Chỉ có các axit mạnh mới có hoạt tính thúc đẩy tốc độ vận chuyển ion hydrit Do vậy xúc tác alkyl hóa trong công nghiệp thường là H2SO4 hoặc HF

II/Các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình

Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà hiệu quả của các quá trình khác nhau là khác nhau, nhưng nhìn chung hiệu quả của quá trình alkyl hóa phụ thuộc chủ yếu vào:

1 Nguồn olefin sử dụng

2

3

4

5

Nồng độ axit

Nhiệt độ phản ứng Thời gian phản ứng

Nồng độ iso-butan

1, Nguồn olefin sử dụng

- Khi so sánh sản phẩm của các quá trình alkyl hóa trên các nguồn olefin khác nhau ta nhận thấy nguồn nguyên liệu butylene là tốt nhất cho quá trình này, vì sản phẩm của

nó

có chỉ số octan cao (RON=93-95), lượng butylene tiêu thụ thấp và hạn chế được các phản ứng phụ

- Propylen thì cho sản phẩm có chỉ số octan không cao (RON=89-92) và tiêu thụ

nhiều propylene và axit

- Sản phẩm từ olefin pentan là một hỗn hợp vì khả năng xảy ra phản ứng phụ rất cao

2, Nhiệt độ

- Trong công nghiệp alkyl hóa, nhiệt độ thích hợp đối với các xúc tác như sau:

• Xúc tác axit H2SO4 :4-10 OC

• Xúc tác axit HF :20-35 OC

- Nhiệt độ là thông số rất quan trọng, có ảnh hưởng khá phức tạp đến quá trình alkyl hóa

 Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt của tác nhân giảm xuống, cho phép tăng cường khuấy trộn làm cho tác nhân phản ứng tiếp xúc với nhau tốt hơn, nhờ vậy giảm được năng lượng

khuấy trộn Khi tăng nhiệt độ, các phản ứng phụ như polyme hóa, oligome hóa và oxy hóa lại tăng lên và có tốc độ mạnh tương đương với tốc độ phản ứng alkyl hóa Vì thế, độ chọn lọc của quá trình lại giảm xuống, giảm nồng độ axit, tăng tiêu hao axit, giảm chất lượng alkylat

 Nếu hạ thấp nhiệt độ đến một giới hạn nhất định sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình, làm độ chọn lọc tăng lên, giảm tiêu hao xúc tác, hiệu suất cũng như chất lượng sản phẩm tăng lên Nếu nhiệt độ giảm quá thấp sẽ làm tăng độ nhớt của tác nhân và axit, tăng tiêu tốn năng lượng khuấy trộn và chất tải nhiệt, khó tạo thành nhũ tương thích hợp cho quá trình alkyl hóa

Do vậy, phải tiến hành ở nhiệt độ thấp phù hợp

3, Nồng độ axit

- Để tiến hành alkyl hóa trong phân đoạn C4, người ta dùng H2SO4 và HF nồng độ từ 88-98% (tốt nhất từ 94-96%) Ở nồng độ này vừa thuận tiện cho quá trình alkyl hóa và phản ứng đồng phân hóa, cho nhiều 2,2,4- trimetylpentan Điều này quyết định quá

trình

tạo sản phẩm là các iso-octan

 Nếu nồng độ quá cao xúc tác sẽ có tính oxy hóa cao

 Nếu nồng độ quá thấp thì tốc độ phản ứng polymer tăng nhanh và làm giảm tốc độ phản ứng alkyl hóa

- Vì thế, hệ thống sẽ đạt được khả năng phản ứng cực đại khi nồng độ olefin hòa tan vào xúc tác đúng bằng lượng ion cacboni tạo ra và tham gia phản ứng alkyl hóa

4, Nồng độ iso-butan

muốn tăng tốc độ phản ứng, nồng độ iso-butan cần đạt cực đại trong vùng phản ứng Olefin hòa tan tức thời trong axit nên lượng olefin đưa vào cần tách nhỏ để hạn chế phản ứng phụ Điều này được khống chế qua tỷ lệ giữa isobutan/buten từ 5/1 đến 15/1 Khi nồng độ iso-butan vượt quá yêu cầu thì nó sẽ hạn chế khả năng tan của các isobutan trong axit và làm tăng phản ứng polymer hóa các olefin

alkylat (mà cụ thể là tính chống kích nổ) của sản phẩm tăng lên

Smit và Pinkerton:

Trong đó:

F : Nồng độ isobutan trong dòng sp ra khỏi pư

C1S : %V iso-butan trong dòng sp alkylat

I/O : Tỷ lệ iso-butan/olefin trong nguyên liệu

(V.S)O: Tốc độ nạp nguyên liệu olefin

5, Thời gian phản ứng

Thời gian phản ứng của quá trình alkyl hóa được xác định bởi 2 yếu tố cơ bản:

tiến trình phản ứng các phản ứng mong muốn và hạn chế phản ứng phụ

Do thiết bị hoạt động theo dòng liên tục, nên thời gian phản ứng được khống chế qua tỷ lệ giữa axit và hidrocacbon trong thiết bị phản ứng Tỷ lệ này thường trong khoảng từ 1/1 đến 2/1, trong khoảng này sẽ cho chất lượng alkylat tốt nhất (hình 9.2)

Cảm ơn cô và các bạn đã chú ý lắng nghe