- Sản phẩm chứa khí hydro
2. Cơ sở lý thuyết của isome hóa
Cấu tử Delta H (Kcal/mol) Iso- C5 -1,92 Iso-C6 -1,7 3-methyl pentane -1,06 2,2-dimethylpropane -4,39 2,3-dimethylbutane -2,53
Bởi vì các phản ứng isome hoá là tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học phản ứng sẽ không có lợi khi tăng nhiệt độ. Mặt khác, phản ứng isome hoá n-parafin là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể tích (hay số mole), vì thế cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp sẽ tạo điều kiện thuận lợi tạo thành đồng phân isome và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân bằng.
Từ đồ thị cho thấy khi tăng nhiệt độ nồng độ các isome đều giảm còn nồng các n-parafin lại tăng, khi đó nó làm giảm hiệu xuất của quá trình isome hoá. Dựa vào đồ thị thấy rằng nếu nhiệt độ t0 < 2000C sẽ thiết lập được một hỗn hợp cân bằng có trị số octan cao.
Khi isome hoá các n-parafin còn xảy ra một số phản ứng phụ như phản ứng cracking và phản ứng phân bố lại:
Để giảm tốc độ của phản ứng phụ này và duy trì hoạt tính của xúc tác, người ta phải thực hiện quá trình ở áp suất hydro PH2 =2 ÷ 4 MPa và tuần hoàn khí chứa hydro.
Phản ứng isome hoá xảy ra trên các tâm axit. Vai trò của kim loại là nơi xảy ra các phản ứng dehydro hóa và hydro hóa, hạn chế sự tạo cốc và ngăn ngừa sự trơ hoá các tâm axit.
c. Xúc tác cho phản ứng
Xúc tác đầu tiên được sử dụng cho isome hóa là xúc tác Fiedel-Crafts. Loại xúc tác này chỉ cho độ hoạt động cao khi tiến hành phản ứng isome hoá n-butane ở nhiệt độ thấp dưới 900C. Bởi nó có độ chọn lọc thấp, cấu trúc kém ổn định và độ mài mòn cao,đặc biệt là đối với phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan. Do vậy mà xúc tác Fiedel-Crafts không thể thoả mãn được những yêu cầu của những dây truyền phản ứng isome hoá hiện đại.
Để giải quyết vấn đề trên xúc tác lưỡng chức năng đã ra đời. Loại xúc tác mới này được sản xuất từ những kim loại quý hiếm như Pt, Pd trên những bề mặt có khả năng chống mài mòn cao. Như chúng ta đã biết rằng Pt/Al2O3 có tác dụng xúc tác cho phản ứng isome hoá n- pentane và n-hexane, nhưng đặc tính này chỉ xuất hiện khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao, thường từ 455 – 5100C. Vì vậy, để cải thiện điều kiện làm việc của xúc tác, hạ thấp nhiệt độ phản ứng,Pt/Al2O3 sẽ được xử lý bằng AlCl3 và clorua hữu cơ. Do vậy, khả năng xúc tác của Pt/Al2O3 sẽ được hoàn thiện hơn.
Trong những năm gần đây, nhiều loại xúc tác lưỡng chức năng mới đã được phát hiện như: Kim loại hiếm/aluminosilicat, kim loại hiếm/zeolit và chúng ngày càng được hoàn thiện hơn. Những loại xúc tác mới này cho mức độ chuyển hoá cao, gần giá trị cân bằng của phản ứng, ngay cả khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ trung bình (260 – 3150C). Ví dụ như quá trình isome hoá n-pentane được tiến hành trên xúc tác Pt/Zeolit, trong thiết bị phản ứng kiểu chảy dòng ở áp suất khí quyển. Phản ứng được tiến hành ở khoảng nhiệt độ 230 – 3000C, áp suất 1at, tỷ lệ phần mol H2/n-pentane = 9/1. Thì mức độ chuyển hoá khi đạt cân bằng phản ứng có thể đạt được khoảng 70% ở 2700C trên xúc tác Pt/HZSM-5 (xúc tác hỗ trợ) hoặc xúc tác Pt-lai hoá (một hỗn hợp dạng bột của Pt/SiO2 và HZSM-5). Nếu so sánh thì độ chọn lọc isome hoá trên xúc tác Pt-lai hoá cao hơn Pt/HZSM-5 và hoạt tính của xúc tác Pt-lai hoá cũng cao hơn Pt/HZSM-5 khi tiến hành phản ứng ở trong khoảng nhiệt độ và áp suất rộng. Trong phản ứng isome hoá n-pentane thì khí hydro giữ một vai trò quan trọng trong quá trình tái sinh trung tâm axit Bronsted và giữ ổn định hợp chất trung gian.
Xúc tác sử dụng cho quá trình isomerization là xúc tác có chức axit và chức kim loại. Sản phẩm của quá trình isomerization là xăng isomerate, là một thành phần lý tưởng cho quá trình phối trộn để nhận được xăng thương phẩm.