Phản ứng tổng hợp BHD dựa trên nguyên lí quá trình hydrocracking, hydrotreating và quá trình hidro hĩa các hợp chất hữu cơ.
Quá trình hydrocracking
Giới thiệu
Hydrocracking là quá trình bẽ gẫy mạch C-C cĩ sự tham gia của hydro, vì vậy sản phẩm thu được hầu hết là các hydrocacbon no[26].. Quá trình này được ứng dụng đầu tiên vào năm 1927 trong khu liên hiệp chế biến than Leina ở Cộng Hịa Liên Bang Đức, sau đĩ ở Mỹ [27].
CH2
Xuất phát từ thực tế các phương tiện giao thơng vận tải ngày càng phát triển mạnh, địi hỏi lượng nhiên liệu ngày càng tăng, mà sản lượng các sản phẩm trắng chưng cất được từ dầu mỏ đều cĩ hạn, điều này đã thúc đẩy các quá trình chế biến nhằm tăng sản lượng nhiên liệu từ phần cặn phát triển theo, trong đĩ hydrocracking là một quá trình quan trọng, cĩ hiệu quả nhất để xử lý các phân đoạn cặn nặng thành nhiên liệu cho động cơ hoặc sản phẩm trung gian cho cơng nghiệp tổng hợp hĩa dầu. Tốc độ quá trình hydrocracking tăng rất nhanh, thể hiện qua các số liệu ở bảng sau[26]:
Bảng 2-10. Quá trình hydrocracking ở Mỹ
Năm 1962 1964 1966 1968 1973
Cơng suất chế biến nguyên liệu
1 4,5 14,2 42,6 45,5 (106 tấn/năm)
Số thiết bị 5 13 26 40 45
Quá trình hydrocracking là quá trình dùng xúc tác, cĩ áp suất, nhiệt độ cao.
Bản chất hĩa học của quá trình hydrocracking
Hydrocracking xúc tác được đặc trưng bằng các phản ứng cắt đứt liên kết C-C, cĩ các loại chính như sau :
Cracking alcan thành các phân tử nhỏ hơn: R-CH2-CH2-R’ + H2 R-CH3 +R’-CH3 Phản ứng hydrocracking alkyl thơm:
R
+ H2 + R-CH3
Khử vịng naphten:
Quá trình xử lý hydro (hydrotreating)
Hydrotreating bao gồm một loạt các phản ứng sau: hydro hĩa, hydrodesulfua hĩa (HDS), hydrodenito hĩa (HDN), hydrodeoxy hĩa (HDO). Mục đích của quá trình làm nhằm loại lưu huỳnh, nito, oxy ra khỏi hợp chất dầu mỏ; đồng thời khử các liên kết khơng no ở nguyên liệu như khử aromatic, khử olefin là cải thiện một số tính chất của sản phẩm:
R-S + H2 R-H + H2S R-N + H2 R-H + NH3 R-O + H2 R-H + H2O
Quá trình hydro hĩa và dehydro hĩa
Hydro hĩa bao gồm các phản ứng sau: hidro hĩa gãy mạch (hydrocracking), hydro hĩa loại bỏ các dị nguyên tố (hydrotreating) và hidro hĩa các liên kết khơng no (nối đơi, nối ba). Hydro hĩa và dehydro hĩa là 2 quá trình thuận nghich, quá trình hidro hĩa tỏa nhiệt cịn dehydro hĩa là thu nhiệt.
Quá trình hydrodeoxygenation
Quá trình hydrodeoxygenation (HDO) là quá trình tách oxy tạo ra các sản phẩm phụ hầu như H2O dễ dàng tách ra khỏi sản phẩm chính ở nhiệt độ trên 110oC. Trong quá trình tổng hợp BHD với áp suất H2, mạch triglyceride sẽ tách oxy, tạo ra sản phẩm chính sẽ là các parafin, olefin, acide béo… sản phẩm phụ phụ sẽ là các hợp chất chứa oxy như: CO, CO2, H2O…
Nếu sản phẩm phụ cĩ nhiều CO hoặc CO2 thì số lượng carbon trong mạch parafin sẽ giảm, hiệu suất khơng cao. Vì vậy, muốn quá trình HDO xảy ra thì địi hỏi phải tiêu tốn nhiều khí H2 để sản phẩm phụ sẽ là nước. Ví dụ một triglyceride như sau:[28]
Quá trình tổng hợp BHD xảy ra dựa trên cơ sở các phản ứng hydrocracking, hydrotreating, hidro hĩa, các phản ứng này xảy ra song song trong quá trính, tính chọn lọc dựa vào xúc tác, các thơng số của quá trình..Vì vậy tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu và bản chất các phản ứng mà ta lựa chọn xúc tác, thơng số hoạt động cho quá trình.Bio – Hydrofined – Diesel là sản phẩm của quá trình hidro hĩa và hydrocracking dầu thực vật, mỡ động vật.