Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu và các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt (Euro 5, Euro 6), ngành công nghiệp lọc - hóa dầu đối mặt với yêu cầu cấp thiết: loại bỏ hoàn toàn phụ gia chì, giảm thiểu hàm lượng hợp chất thơm (đặc biệt là benzen dưới 1.0% vol) nhưng vẫn phải đảm bảo trị số octan cao (RON $\ge 95$) cho xăng thương phẩm. Phân đoạn naphta nhẹ ($C_5-C_6$) từ chưng cất trực tiếp dầu thô (CDU) chiếm tỷ trọng 15–20% thể tích phân đoạn xăng nhưng lại chứa chủ yếu các n-parafin mạch thẳng ($n\text{-pentan}$, $n\text{-hexan}$) có trị số octan rất thấp ($\text{RON}{n\text{-C5}} = 61.7$, $\text{RON}{n\text{-C6}} = 24.8$).

Đồ án chuyên ngành "Thiết Kế Phân Xưởng Isome Hóa" giải quyết triệt để bài toán nâng cấp phân đoạn $C_5-C_6$ thông qua công nghệ đồng phân hóa pha hơi sử dụng xúc tác lưỡng chức năng, tích hợp hệ thống phân tách sàng phân tử tuần hoàn nhằm cực đại hóa hiệu suất tạo các iso-parafin đa nhánh có trị số octan cao.

                  +-------------------------------------------------+
                  |       Phân đoạn Naphtha nhẹ C5-C6 (CDU)         |
                  | RON ban đầu: 60 - 65 | n-parafin chiếm > 60%    |
                  +-------------------------------------------------+
                                           |
                                           v
                  +-------------------------------------------------+
                  |   Phân Xưởng Isome Hóa (Penex + Molex System)    |
                  |  Xúc tác Pt/Al2O3-Cl | 2 Lò phản ứng nhiệt độ   |
                  +-------------------------------------------------+
                                           |
                                           v
                  +-------------------------------------------------+
                  |          Sản phẩm Xăng Isomerat sạch            |
                  |  RON: 88 - 93 | Benzen: ~0% | Áp suất hơi chuẩn  |
                  +-------------------------------------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế dây chuyền công nghệ phân xưởng Isome hóa công suất $240.000\text{ tấn/năm}$ ($28.571,43\text{ kg/h}$), vận hành $350\text{ ngày/năm}$ ($8.400\text{ h/năm}$).
  2. Lựa chọn và tối ưu hóa hệ xúc tác $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3$ hoạt hóa halogen kết hợp cấu hình hai thiết bị phản ứng nối tiếp ở hai chế độ nhiệt độ ($200^\circ\text{C}$ và $120^\circ\text{C}$) nhằm tối ưu hóa nhiệt động học và động học phản ứng.
  3. Mô hình hóa và tính toán cân bằng vật chất - nhiệt lượng chi tiết cho từng cấu tử trong hệ thống lò phản ứng, xác định chính xác lượng xúc tác, thể tích và kích thước hình học thiết bị chính.
  4. Tích hợp giải pháp phân tách dòng tuần hoàn thông qua công nghệ hấp phụ sàng phân tử Molex™ (Zeolite 5A) và hệ thống tháp phân đoạn (DIP/DIH) nhằm nâng trị số RON sản phẩm từ $62$ lên $\ge 88-93\text{ RON}$.
  5. Đánh giá tính khả thi kỹ thuật - kinh tế, an toàn công nghệ, khả năng chống ngộ độc xúc tác và lộ trình tích hợp vào các nhà máy lọc dầu hiện đại.

Phạm vi và giới hạn công nghệ

  • Nguyên liệu đầu vào: Phân đoạn naphta nhẹ $C_5-C_6$ với nhiệt độ sôi cuối $\le 75-80^\circ\text{C}$ để khống chế hàm lượng hydrocacbon $C_7^+$ ($\le 2-4%$) và các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ ($\le 0.5\text{ ppm}$ sau tiền xử lý Hydrotreating).
  • Giới hạn chuyển hóa một lần (Once-through): Đạt cân bằng nhiệt động với RON đạt $80-84$. Khi tích hợp hồi lưu $n\text{-parafin}$ qua Molex/DIH, RON đạt mức $88-93$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Quá trình Isome hóa công nghiệp đã trải qua nhiều thế hệ công nghệ với các đặc tính vận hành và hiệu quả kinh tế khác nhau:

Công nghệ Hệ xúc tác Pha phản ứng Nhiệt độ ($^\circ\text{C}$) Áp suất (at) RON sản phẩm Ưu điểm Nhược điểm
Standard Oil / Shell $\text{AlCl}_3/\text{HCl}$ Lỏng $80 - 120$ $50 - 60$ $78 - 82$ Hoạt tính ở nhiệt độ thấp Ăn mòn nghiêm trọng, bùn xúc tác độc hại
Shell Hysomer $\text{Pt}/\text{Zeolit}$ Hơi $230 - 290$ $14 - 35$ $78 - 82$ Bền với $S, H_2O$, không clo Cân bằng nhiệt động bất lợi ở nhiệt độ cao
IFP (Axens) $\text{Pt}/\text{Zeolit}$ Hơi $230 - 290$ $14 - 42$ $80 - 83$ Xúc tác bền nhiệt Nhiệt độ cao dễ tạo cốc, cracking
BP Isomerization $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3\text{-Cl}$ Hơi $90 - 160$ $25 - 30$ $82 - 84$ Hoạt tính cao Nhạy với tạp chất, cần bù clo liên tục
UOP Penex™ + Molex™ $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3\text{-Cl}$ Hơi $100 - 200$ $20 - 40$ $88 - 93$ Hiệu suất thu hồi cao, RON tối ưu, hydro hóa triệt để benzen Yêu cầu sấy khô nguyên liệu nghiêm ngặt

Yêu cầu kỹ thuật theo thang MoSCoW

  • Must-have (Bắt buộc): Chuyển hóa $100%$ benzen đầu vào thành naphten; kiểm soát hàm lượng ẩm dòng nạp $< 0.1\text{ ppm}$; đạt RON $\ge 88$.
  • Should-have (Khuyến nghị cao): Tối ưu hóa phân bố thể tích xúc tác giữa 2 lò (tỷ lệ $25% : 75%$); tận dụng nhiệt phản ứng tỏa nhiệt ở Lò 1 để gia nhiệt dòng nạp.
  • Could-have (Mở rộng): Tích hợp tháp tách De-isopentanizer (DIP) trước lò phản ứng để giảm tải thể tích cho hệ phản ứng.
  • Won't-have (Không thực hiện ở pha này): Tự động tái sinh xúc tác liên tục on-site (xúc tác $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3\text{-Cl}$ có chu kỳ sống $3-5\text{ năm}$ thay thế theo mẻ).

Thiết kế hệ thống công nghệ

Sơ đồ nguyên lý tích hợp hệ thống 2 lò phản ứng nối tiếp kết hợp phân tách Molex™:

flowchart TD
    A["Nguyên liệu Naphtha C5-C6"] --> B["Hệ thống sấy Dryer (Rây phân tử)"]
    H2["Dòng Hydro bù (Make-up H2)"] --> C["Sấy H2 Dryer"]
    C --> D["Trộn Hydro tuần hoàn + Clo hữu cơ"]
    B --> E["Hỗn hợp nạp liệu"]
    D --> E
    MolexRecycle["Dòng n-Parafin tuần hoàn (Molex)"] --> E
    
    E --> F["Thiết bị trao đổi nhiệt E-101"]
    F --> G["Lò gia nhiệt H-101"]
    G --> H["Lò phản ứng 1 R-101 (200°C, 3.0 MPa)<br/>No hóa Benzen & Naphten (25% Xúc tác)"]
    
    H --> I["Thiết bị làm mát liên tầng E-102"]
    I --> J["Lò phản ứng 2 R-102 (120°C, 2.97 MPa)<br/>Isome hóa sâu (75% Xúc tác)"]
    
    J --> K["Bộ ngưng tụ & Bình tách cao áp V-101"]
    K -- "Khí giàu H2" --> L["Máy nén tuần hoàn C-101"]
    L --> D
    K -- "Pha lỏng Isomerat thô" --> M["Tháp ổn định Stabilizer C-102"]
    
    M -- "Khí đỉnh C1-C4 + HCl" --> N["Tháp rửa kiềm Caustic Scrubber -> Off-gas"]
    M -- "Đáy C5+" --> O["Hệ thống sàng phân tử Molex™ (Zeolite 5A)"]
    
    O -- "Chiết n-Parafin" --> MolexRecycle
    O -- "Rafinat i-Parafin" --> P["Sản phẩm Xăng Isomerat cao Octan (RON 90-93)"]

Động học và cơ chế xúc tác lưỡng chức năng

Cơ chế phản ứng diễn ra theo mô hình ion cacboni thông qua 5 bước liên hoàn:

  1. Khử hydro trên tâm kim loại (Pt): Tạo $n\text{-olefin}$ trung gian: $$n\text{-C}n\text{H}{2n+2} \xrightarrow{\text{Pt}} n\text{-C}n\text{H}{2n} + \text{H}_2$$
  2. Proton hóa trên tâm axit (Alumina clo hóa): Hình thành ion cacboni bậc hai: $$n\text{-C}n\text{H}{2n} + \text{H}^+ \xrightarrow{\text{Axit}} [n\text{-C}n\text{H}{2n+1}]^+$$
  3. Chuyển vị sắp xếp lại khung xương (Skeletal Isomerization): Tạo ion cacboni bậc ba bền vững: $$[n\text{-C}n\text{H}{2n+1}]^+ \longleftrightarrow [i\text{-C}n\text{H}{2n+1}]^+$$
  4. Chuyển dịch hydride (Tạo iso-olefin): $$[i\text{-C}n\text{H}{2n+1}]^+ \xrightarrow{\text{Axit}} i\text{-C}n\text{H}{2n} + \text{H}^+$$
  5. Hydro hóa trên tâm kim loại (Pt): $$i\text{-C}n\text{H}{2n} + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} i\text{-C}n\text{H}{2n+2}$$

Implementation và kết quả

Thuật toán và mô hình tính toán động học

Hệ thống phương trình vi phân mô tả sự biến thiên phần mol cấu tử theo thời gian tiếp xúc quy ước $V_R = \frac{m_{\text{xt}}}{n_C}$ $(\text{kg}_{\text{xt}}\cdot\text{h/kmol})$:

$$\frac{dN_P}{dV_R} = - k_1 \left( P_{n\text{-C5}} - \frac{P_{i\text{-C5}}}{K_{P1}} \right) - k_2 \left( P_{n\text{-C6}} - \frac{P_{i\text{-C6}}}{K_{P2}} \right)$$

$$\frac{dN_{\text{Ar}}}{dV_R} = - k_4 \left( P_{\text{Ar}} \cdot P_{\text{H2}}^3 - \frac{P_N}{K_{P4}} \right)$$

$$\frac{dN_N}{dV_R} = k_4 \left( P_{\text{Ar}} \cdot P_{\text{H2}}^3 - \frac{P_N}{K_{P4}} \right) - k_3 \left( P_N \cdot P_{\text{H2}} - \frac{P_P}{K_{P3}} \right) - k_5 \cdot P_N$$

Đoạn mã Python giải hệ phương trình động học và cân bằng vật chất phân tầng:

import numpy as np
from scipy.integrate import solve_ivp

# Hằng số nhiệt động và động học tại 200°C (Lò 1) và 120°C (Lò 2)
def reaction_kinetics(V_R, Y, Temp_K, P_tot):
    # Y = [n_C5, i_C5, n_C6, i_C6_mono, i_C6_di, N_naphthene, Ar_benzene, n_H2]
    # P_tot: Áp suất toàn phần (MPa)
    tot_mol = np.sum(Y)
    P_i = (Y / tot_mol) * P_tot  # Áp suất riêng phần (MPa)
    
    # Hằng số tốc độ theo Arrhenius: k = k0 * exp(-Ea / (R * T))
    R_gas = 8.314  # J/(mol.K)
    k_ar_sat = 1.25e5 * np.exp(-45000 / (R_gas * Temp_K))   # Hydro hóa benzen
    k_iso_c5 = 3.80e4 * np.exp(-52000 / (R_gas * Temp_K))   # Isome hóa C5
    k_iso_c6 = 2.90e4 * np.exp(-54000 / (R_gas * Temp_K))   # Isome hóa C6
    
    # Hằng số cân bằng nhiệt động học KP
    Kp_c5 = np.exp(2200 / Temp_K - 2.85)
    Kp_c6 = np.exp(2550 / Temp_K - 3.10)
    
    # Tốc độ phản ứng (kmol / (kg_xt * h))
    r_ar = k_ar_sat * P_i[6] * (P_i[7]**3)
    r_c5 = k_iso_c5 * (P_i[0] - P_i[1] / Kp_c5)
    r_c6 = k_iso_c6 * (P_i[2] - (P_i[3] + P_i[4]) / Kp_c6)
    
    # Đạo hàm phần mol dY/d(V_R)
    dY = np.zeros(8)
    dY[0] = -r_c5              # n-C5
    dY[1] = +r_c5              # i-C5
    dY[2] = -r_c6              # n-C6
    dY[3] = +0.7 * r_c6        # 2-MP + 3-MP
    dY[4] = +0.3 * r_c6        # 2,2-DMB + 2,3-DMB
    dY[5] = +r_ar              # Naphthene (tạo ra từ Ar)
    dY[6] = -r_ar              # Benzene -> 0
    dY[7] = -3 * r_ar          # H2 tiêu thụ
    return dY

# Giải hệ phương trình cho Lò 1 (T = 473.15 K, V_R = 9.02 kg_xt.h/kmol)
Y0_R1 = np.array([109.3, 79.16, 68.93, 72.38, 8.86, 18.38, 6.952, 1455.868])
sol_R1 = solve_ivp(reaction_kinetics, [0, 9.02], Y0_R1, args=(473.15, 3.0), method='RK45')
print(f"Lò 1 Đầu ra: Benzene = {sol_R1.y[6][-1]:.4f} kmol/h, Naphthene = {sol_R1.y[5][-1]:.4f} kmol/h")

Kết quả tính toán thiết kế kỹ thuật

Dữ liệu tính toán từ đồ án công nghệ $240.000\text{ tấn/năm}$:

  • Khối lượng phân tử trung bình nguyên liệu ($M_C$): $78,50\text{ kg/kmol}$.
  • Lưu lượng nguyên liệu mol ($n_C$): $363,967\text{ kmol/h}$.
  • Khối lượng riêng nguyên liệu lỏng ($\rho_C$): $652,458\text{ kg/m}^3$.
  • Lượng Hydro tuần hoàn ($n_{\text{H2}}$ với tỷ lệ $\text{H}_2/\text{RH} = 4/1$): $1.455,868\text{ kmol/h}$.
  • Thể tích xúc tác toàn phân xưởng ($V_{\text{xt}}$ với $\text{LHSV} = 2,0\text{ h}^{-1}$): $21,895\text{ m}^3$.
  • Khối lượng xúc tác ($\rho_{\text{xt}} = 600\text{ kg/m}^3$): $13.137,0\text{ kg}$.

Cân bằng vật chất phân tầng (Lò 1 & Lò 2)

Thông số cấu tử Vào Lò 1 (kmol/h) Ra Lò 1 / Vào Lò 2 (kmol/h) Ra Lò 2 (kmol/h) Khối lượng vào (kg/h) Khối lượng ra (kg/h)
$P_{\text{C5}}$ ($n\text{-C5} + i\text{-C5}$) $188,462$ $188,462$ $188,012$ $13.569,26$ $13.536,86$
$P_{\text{C6}}$ ($n\text{-C6} + i\text{-C6}$) $150,173$ $150,173$ $149,850$ $12.914,88$ $12.887,10$
Naphten ($C_6\text{H}_{12}$) $18,380$ $25,332$ $25,120$ $1.543,92$ $2.110,08$
Hydrocacbon thơm (Benzen) $6,952$ $0,000$ ($100%$ chuyển hóa) $0,000$ $542,26$ $0,00$
Hydro ($\text{H}_2$) $1.455,868$ $1.435,012$ $1.430,250$ $2.911,74$ $2.860,50$
Sản phẩm Cracking ($C_1-C_4$) $0,000$ $0,000$ $4,850$ $0,00$ $87,51$
Tổng cộng $1.819,835$ $1.798,979$ $1.798,082$ $31.482,05$ $31.482,05$

Thông số thiết bị chính (Reactor R-101 & R-102)

Thông số thiết kế Lò phản ứng thứ nhất (R-101) Lò phản ứng thứ hai (R-102)
Nhiệm vụ chính No hóa benzen, naphten hóa, khống chế tỏa nhiệt Isome hóa sâu $n\text{-C5}/n\text{-C6}$ thành iso-parafin
Nhiệt độ vận hành ($^\circ\text{C}$) $200^\circ\text{C}$ (Nhiệt độ vào) $120^\circ\text{C}$ (Nhiệt độ vào)
Áp suất thiết kế (MPa) $3,00\text{ MPa}$ ($29,6\text{ at}$) $2,97\text{ MPa}$ ($\Delta P = 0,3\text{ at}$)
Tỷ lệ phân bố xúc tác $25%$ ($5,474\text{ m}^3$ / $3.284,25\text{ kg}$) $75%$ ($16,421\text{ m}^3$ / $9.852,75\text{ kg}$)
Hiệu ứng nhiệt phản ứng Tỏa nhiệt mạnh ($\Delta H_{\text{Benzen}} = -206\text{ kJ/mol}$) Tỏa nhiệt nhẹ ($\Delta H_{\text{iso}} = -4,2 \div -8,4\text{ kJ/mol}$)
Kiểu thiết bị Trục đứng, lớp xúc tác cố định (Fixed Bed) Trục đứng, lớp xúc tác cố định (Fixed Bed)
Đường kính trong ($D_{\text{in}}$) $1,60\text{ m}$ $2,40\text{ m}$
Chiều cao thân ($H_{\text{shell}}$) $4,20\text{ m}$ $5,80\text{ m}$
Vật liệu chế tạo Thép hợp kim $\text{Cr-Mo}$ (1.25Cr-0.5Mo) Thép hợp kim $\text{Cr-Mo}$ chịu $\text{H}_2$ áp suất cao

Đổi mới và đóng góp

  1. Cấu hình tối ưu hai lò phản ứng nhiệt độ phân tầng (Staged Temperature Reactor System):
    • Tách biệt phản ứng no hóa benzen tỏa nhiệt mãnh liệt ở Lò 1 ($200^\circ\text{C}$) nhằm bảo vệ xúc tác và tránh quá nhiệt cục bộ.
    • Duy trì Lò 2 ở nhiệt độ thấp ($120^\circ\text{C}$) giúp chuyển dịch cân bằng nhiệt động sang tạo thành các đồng phân phân nhánh bậc cao ($2,2\text{-dimetylbutan}$ $\text{RON}=94.5$ và $2,3\text{-dimetylbutan}$ $\text{RON}=103$).
  2. Tích hợp liên hoàn Penex™ và Molex™ Zeolite 5A:
    • Hệ thống Molex sử dụng quá trình hấp phụ - giải hấp pha hơi qua sàng phân tử kích thước lỗ $5\text{ \AA}$, cho phép tách chọn lọc tuyệt đối các $n\text{-parafin}$ mạch thẳng để tuần hoàn lại lò phản ứng, nâng RON sản phẩm từ $82$ lên $91-93$.
  3. Giảm thiểu phát thải và tiêu hao năng lượng:
    • Tận dụng nhiệt dòng ra của Lò 1 để gia nhiệt sơ bộ cho dòng nạp qua thiết bị trao đổi nhiệt E-101, tiết kiệm $28%$ năng lượng lò đốt H-101.
    • Chuyển hóa toàn bộ $100%$ lượng benzen độc hại thành cyclohexane, đáp ứng tiêu chuẩn xăng Euro 5 không cần qua công đoạn trích ly benzen tốn kém.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tích hợp công nghiệp tại các nhà máy lọc dầu

Phân xưởng Isome hóa thiết kế theo quy chuẩn quốc tế có khả năng đấu nối trực tiếp vào cụm phân xưởng công nghệ của các nhà máy lọc dầu như NMLD Dung Quất hoặc NMLD Nghi Sơn:

[CDU: Naphtha nhẹ] ---> [Naphtha Hydrotreater (NHT)] ---> [Phân xưởng Isome Hóa (Penex-Molex)]
                                                                    |
                                                                    +---> [Bể pha chế Xăng Mogas 95]
[Reforming Xúc tác CCR] ---> [Khí Hydro giàu (H2 Make-up)] --------+

Yêu cầu vận hành và tiêu chuẩn an toàn

  • Kiểm soát tạp chất nghiêm ngặt: Hàm lượng ẩm ($H_2O$) và lưu huỳnh ($S$) trong dòng nạp phải duy trì $< 0.1\text{ ppm}$ và $< 0.5\text{ ppm}$ để ngăn ngừa ngộ độc tâm axit và tâm kim loại Platin.
  • Bổ sung Clo hữu cơ định lượng: Duy trì bơm $CCl_4$ hoặc $C_2Cl_4$ ở nồng độ $50 - 100\text{ ppm}$ để tái tạo liên tục tâm axit Clorua trên bề mặt $\text{Al}_2\text{O}_3$.
  • Xử lý khí Off-gas: Khí đỉnh từ tháp Stabilizer chứa vết $HCl$ được trung hòa tuyệt đối qua tháp rửa kiềm caustic soda ($NaOH$) trước khi hòa vào mạng lưới khí nhiên liệu nhà máy.

Đánh giá hiệu quả kinh tế (CAPEX / OPEX sơ bộ)

  • Công suất: $240.000\text{ tấn/năm}$ xăng Isomerat.
  • Giá trị gia tăng: Tăng trị số RON thêm $28 - 30\text{ đơn vị}$, nâng giá trị thương phẩm từ phân đoạn naphta thấp cấp thành cấu tử phối trộn xăng RON 95 cao cấp.
  • Thời gian hoàn vốn ước tính (Payback Period): $3,2 - 3,8\text{ năm}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Hệ xúc tác $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3\text{-Cl}$ có độ nhạy rất cao với độ ẩm và các hợp chất oxy hóa ($R\text{-OH}, \text{ethers}$), đòi hỏi hệ thống tháp sấy hạt hút ẩm rây phân tử phải hoạt động liên tục với chu kỳ hoàn nguyên khắt khe.
  • Xúc tác không thể tái sinh trực tiếp on-site sau khi hết hoạt tính (tuổi thọ $3 - 5\text{ năm}$), đòi hỏi thu hồi kim loại quý Platin ngoài nhà máy.

Hướng phát triển và tối ưu hóa

  • Nâng cấp sang thế hệ xúc tác Oxit kim loại hóa bền $\text{Pt}/\text{SO}_4^{2-}/\text{ZrO}_2$ (UOP PI-242): Cho phép chống chịu nước và lưu huỳnh tốt hơn, loại bỏ hoàn toàn hệ thống tiêm clo hữu cơ và tháp rửa kiềm $HCl$.
  • Tích hợp tháp siêu phân đoạn Super-DIH (De-isohexanizer): Tách riêng $2\text{-metylpentan}$ và $3\text{-metylpentan}$ ($\text{RON} \approx 74$) để tuần hoàn cùng $n\text{-hexan}$, đưa RON tổng isomerat vượt ngưỡng $93,5\text{ RON}$.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Kỹ thuật Hóa học / Lọc - Hóa dầu: Nắm vững phương pháp luận thiết kế quy trình hóa công, tính toán cân bằng vật chất - năng lượng phân đoạn dầu mỏ phức tạp.
  • Kỹ sư vận hành & Thiết kế công nghệ (Process Engineers): Cung cấp bộ dữ liệu động học, thông số vận hành thực tế ($T, P, \text{LHSV}, \text{H}_2/\text{RH}$) và quy trình lựa chọn thiết bị phản ứng hydrocacbon.
  • Doanh nghiệp lọc - hóa dầu: Tài liệu tham khảo toàn diện cho việc lập báo cáo nghiên cứu khả thi (FS), nâng cấp phân xưởng chế biến naphta đáp ứng tiêu chuẩn nhiên liệu Euro 5/Euro 6.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phân xưởng Isome hóa bắt buộc phải vận hành dưới áp suất Hydro cao dù phản ứng đồng phân hóa không làm thay đổi số mol?

Áp suất Hydro riêng phần cao ($2,0 - 4,0\text{ MPa}$) không làm dịch chuyển cân bằng đồng phân hóa nhưng có vai trò sống còn: (1) Ngăn ngừa triệt để quá trình tạo cốc (coking) trên bề mặt tâm Platin; (2) Hydro hóa nhanh chóng các tiền chất olefin trung gian; (3) No hóa toàn bộ hydrocacbon thơm (benzen) chống ngộ độc xúc tác.

2. Sự khác biệt cốt lõi giữa công nghệ Penex thông thường và Penex tích hợp Molex là gì?

Penex thông thường vận hành theo chu trình chuyển hóa 1 lần (Once-through), sản phẩm isomerat chỉ đạt $\text{RON} \approx 82-84$ do còn chứa $30-40%$ $n\text{-parafin}$ chưa phản ứng. Khi tích hợp Molex (sàng phân tử Zeolite 5A), các $n\text{-parafin}$ được tách chọn lọc và tuần hoàn quay lại lò phản ứng, nâng RON lên $\ge 88-93$.

3. Biện pháp kiểm soát nguy cơ ăn mòn từ việc bổ sung Clo hữu cơ ($CCl_4$)?

Lượng $CCl_4$ bổ sung rất nhỏ ($50-100\text{ ppm}$) để duy trì tâm axit. Để chống ăn mòn: (1) Khống chế triệt để độ ẩm dòng nạp $< 0.1\text{ ppm}$ để không tạo axit $HCl$ lỏng trong cụm phản ứng; (2) Đỉnh tháp ổn định Stabilizer được lắp đặt tháp rửa kiềm ($NaOH$) chuyên dụng để trung hòa hoàn toàn $HCl$ trước khi đưa khí ra môi trường hoặc làm khí đốt.

Kết luận

Đồ án chuyên ngành "Thiết Kế Phân Xưởng Isome Hóa" đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán công nghệ nâng cao chất lượng phân đoạn naphta nhẹ $C_5-C_6$ cho nhà máy lọc dầu công suất $240.000\text{ tấn/năm}$. Bằng việc kết hợp hệ xúc tác siêu axit $\text{Pt}/\text{Al}_2\text{O}_3\text{-Cl}$, cấu hình phản ứng nhiệt độ phân tầng hai lò ($200^\circ\text{C}$ và $120^\circ\text{C}$) cùng hệ thống sàng phân tử Molex™, giải pháp đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc khử sạch $100%$ benzen và tăng trị số RON của sản phẩm lên mức $88 - 93$. Kết quả tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và thiết kế hình học thiết bị phản ứng là nguồn tư liệu kỹ thuật chính xác, khả thi và có giá trị ứng dụng cao cho ngành công nghiệp chế biến dầu khí hiện đại.