Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh các quy chuẩn khí thải động cơ quốc tế (Euro 4, Euro 5, Euro 6) ngày càng thắt chặt, ngành công nghiệp lọc - hóa dầu thế giới đối mặt với áp lực lớn trong việc loại bỏ các cấu tử thơm (aromatics, đặc biệt là benzen), olefin tự do, hợp chất chứa lưu huỳnh và các chất phụ gia tăng chỉ số octan độc hại (như chì hữu cơ, MTBE) ra khỏi xăng thương phẩm. Theo số liệu từ các hiệp hội năng lượng quốc tế, xăng alkylat chiếm từ 12% đến 15% tổng lượng xăng pha trộn tại các nhà máy lọc dầu hiện đại nhờ chỉ số chống kích nổ cực cao, áp suất hơi bão hòa thấp và không chứa tạp chất độc hại.

Đồ án chuyên ngành "Thiết kế phân xưởng alkyl hóa với năng suất 250.000 tấn/năm" được thực hiện tại Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Đào Quốc Tùy, nhằm giải quyết bài toán nâng cao giá trị thương mại cho phân đoạn khí cracking xúc tác tầng sôi (FCC) thông qua công nghệ tổng hợp hóa học pha lỏng.

                  +----------------------------------------------+
                  | NGUYÊN LIỆU PHÂN ĐOẠN KHÍ C4 (FCC)           |
                  | Olefins: Propylen, Buten-1, Buten-2, i-Buten |
                  +----------------------------------------------+
| PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA PHA LỎNG (XÚC TÁC H2SO4 ĐẶC 98% - 4 BẬC PHẢN ỨNG)     |
| • T = 4 - 10°C (Thiết kế 7°C)        • Tỷ lệ mol I/O = 8,5:1                |
| • P = 5 at (0,49 MPa)                • Tỷ lệ thể tích H2SO4/RH = 1,1 - 1,4  |
                  +----------------------------------------------+
                  | SẢN PHẨM ALKYLAT CAO CẤP                     |
                  | • Năng suất: 250.000 tấn/năm (31.094,53 kg/h)|
                  | • Trị số chống kích nổ: RON 93 - 96          |
                  | • Tỷ trọng chuẩn d = 700 kg/m³               |
                  +----------------------------------------------+

Problem Statement và Pain Points

Phân đoạn khí cracking tại các nhà máy lọc dầu chứa hàm lượng lớn các hydrocacbon chưa no ($C_3 - C_4$ chiếm đến 80–85%). Việc sử dụng trực tiếp nguồn nguyên liệu này gặp phải các trở ngại kỹ thuật lớn:

  • Áp suất hơi cao và dễ bay hơi: Gây thất thoát lớn trong quá trình tồn chứa và phân phối nhiên liệu.
  • Tính ổn định oxy hóa kém: Olefin tự do dễ bị trùng hợp, tạo keo nhựa làm tắc nghẽn kim phun và buồng đốt động cơ.
  • Chỉ số octan thấp: Không đáp ứng yêu cầu pha chế xăng chất lượng cao nếu không qua các quá trình chuyển hóa xúc tác.

Mục tiêu kỹ thuật cụ thể của đồ án

  1. Thiết kế dây chuyền công nghệ alkyl hóa pha lỏng đạt năng suất định mức $250.000\text{ tấn alkylat/năm}$, thời gian vận hành ổn định $335\text{ ngày/năm}$ (tương đương lưu lượng $31.094,53\text{ kg/h}$ hay $291,50\text{ kmol/h}$).
  2. Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng cho chuỗi 4 thiết bị phản ứng nằm ngang mắc nối tiếp, tối ưu hóa tỷ lệ nạp liệu $i\text{-C}4\text{H}{10}/\text{Olefin} = 8,5:1$ theo khối lượng và kiểm soát tỷ lệ thể tích xúc tác $\text{H}_2\text{SO}_4/\text{RH} \ge 1,1:1$.
  3. Tính toán thiết kế cơ khí chi tiết thiết bị phản ứng chính: Xác định thể tích làm việc $V_r = 154,85\text{ m}^3$, chiều dài $L = 25\text{ m}$, đường kính thân $D = 3,2\text{ m}$, dàn ống trao đổi nhiệt chữ U diện tích $F = 2.775,76\text{ m}^2$ và chiều dày vỏ thiết bị $S = 14\text{ mm}$ bằng vật liệu thép không gỉ hợp kim X18H10T.
  4. Xây dựng giải pháp an toàn công nghệ: Kiểm soát quá trình thải bỏ bùn axit, tách rửa kiềm KOH/nước và hệ thống làm lạnh khép kín triệt tiêu nguy cơ rò rỉ hóa chất ăn mòn.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay trên thế giới, quá trình alkyl hóa công nghiệp được phân chia theo 3 nhóm công nghệ xúc tác chính:

Tiêu chí so sánh Công nghệ UOP (Xúc tác $\text{HF}$) Công nghệ ExxonMobil ($\text{H}_2\text{SO}_4$) Công nghệ Stratco ($\text{H}_2\text{SO}_4$) Công nghệ AlkyClean ($\text{Zeolite}$ rắn)
Nhiệt độ vận hành $25 - 40^\circ\text{C}$ $4 - 10^\circ\text{C}$ $4 - 10^\circ\text{C}$ (Chuẩn $7^\circ\text{C}$) $45 - 90^\circ\text{C}$
Áp suất làm việc $8 - 9,5\text{ at}$ ($100-120\text{ psig}$) $1,74 - 2,09\text{ at}$ $5,25\text{ at}$ ($60\text{ psig}$) $20\text{ at}$ ($290\text{ psig}$)
Tỷ lệ nạp I/O (mol) $12:1 - 14:1$ $> 8:1$ $8:1 - 10:1$ $8:1 - 15:1$
Tiêu hao xúc tác $0,001 - 0,002\text{ lb/gal}$ $0,4 - 0,6\text{ lb/gal}$ $0,4 - 0,6\text{ lb/gal}$ Tuổi thọ cao, tái sinh $\text{H}_2$
Trị số RON alkylat $92 - 94$ $93 - 95$ $93 - 96$ $93 - 95$
Đánh giá rủi ro an toàn Cực kỳ độc hại, $\text{HF}$ dễ bay hơi tạo đám mây axit Trung bình, dễ lắng pha kém kiểm soát Rất an toàn do $\text{H}_2\text{SO}_4$ thể lỏng, khuấy kín An toàn nhất, không ăn mòn
Mức độ phổ biến Chiếm ~40% công suất toàn cầu Chiếm ~15% công suất toàn cầu Phổ biến nhất (>90 nhà máy, >800.000 bpd) Mới thương mại hóa (quy mô nhỏ)

Đánh giá lựa chọn: Đồ án quyết định lựa chọn công nghệ Stratco sử dụng xúc tác $\text{H}_2\text{SO}_4$ lỏng kết hợp 4 thiết bị phản ứng nằm ngang có cánh khuấy cơ học tốc độ cao và dàn trao đổi nhiệt ống chùm chữ U. Giải pháp này khắc phục nhược điểm lắng đọng axit của công nghệ Exxon, đồng thời loại trừ rủi ro an toàn chết người của axit $\text{HF}$.

Yêu cầu người dùng theo ma trận MoSCoW

  • Must-Have: Đạt năng suất $250.000\text{ tấn/năm}$; chỉ số octan RON $\ge 93$; kiểm soát nhiệt độ buồng phản ứng $4 - 10^\circ\text{C}$; hệ thống vận hành liên tục $335\text{ ngày/năm}$.
  • Should-Have: Giảm tiêu hao axit tươi thông qua hồi lưu pha axit từ đáy thiết bị lắng; áp dụng cơ chế làm mát kép (bay hơi hydrocacbon nhẹ tự làm lạnh kết hợp dàn trao đổi nhiệt tuần hoàn).
  • Could-Have: Tích hợp biến tần điều khiển động cơ cánh khuấy để giảm điện năng tiêu thụ khi lưu lượng nạp thay đổi.
  • Won't-Have: Chưa tích hợp cụm tái sinh axit sunfuric thải (SARU) trong cùng mặt bằng phân xưởng chính mà dẫn sang cụm xử lý phụ trợ.

Implementation và kết quả kỹ thuật

Cơ chế phản ứng và mô hình toán học

Quá trình alkyl hóa diễn ra theo cơ chế chuỗi ion cacboni (carbocation) trên tâm axit proton (Bronsted). Độ bền carbocation tuân theo thứ tự: $\text{Bậc 3} > \text{Bậc 2} > \text{Bậc 1}$.

1. Tạo ion ban đầu:
   R-CH=CH2 + H+  <===>  R-CH(+)-CH3  (Carbocation bậc 2)

2. Chuyển dịch hydrit tạo carbocation bậc 3 bền vững:
   R-CH(+)-CH3 + iso-C4H10  <===>  R-CH2-CH3 + (CH3)3C(+)  (tert-butyl cation)

3. Phản ứng alkyl hóa chính (tổng hợp mạch C8):
   (CH3)3C(+) + CH2=CH-CH2-CH3  <===>  (CH3)3C-CH2-CH(+)-CH3
   (CH3)3C-CH2-CH(+)-CH3 + iso-C4H10  <===>  (CH3)3C-CH2-CH(CH3)2 (2,2,4-TMP, RON=100) + (CH3)3C(+)

4. Phản ứng phụ không mong muốn:
   Polyme hóa:    2 C4H8  --->  C8H16 (Làm loãng axit)
   Oligome hóa:   C8H18 + C4H8  --->  C12H26 (Tạo phân đoạn cặn nặng)
   Tạo este:      C3H6 + H2SO4  --->  C3H7HSO4 (Tiêu hao xúc tác)

Cân bằng vật chất toàn phân xưởng

Dựa trên thành phần nguyên liệu đầu vào được xác định bằng phân tích sắc ký khí: $12,9%\text{ C}_3\text{H}_8$; $22,8%\text{ iso-C}4\text{H}{10}$; $6,6%\text{ n-C}4\text{H}{10}$; $25,9%\text{ C}_3\text{H}_6$; $8,6%\text{ iso-C}_4\text{H}_8$; $7,4%\text{ 1-C}_4\text{H}_8$; $15,8%\text{ 2-C}_4\text{H}_8$ (% khối lượng).

Khối lượng phân tử trung bình của cấu tử olefin: $$M_{\text{olefin TB}} = \frac{31,52 \times 42 + 28,68 \times 56}{31,52 + 28,68} = 48,67\text{ kg/kmol}$$ $$M_{\text{alkylat TB}} = M_{\text{olefin TB}} + M_{\text{iso-butan}} = 48,67 + 58 = 106,67\text{ kg/kmol}$$

Lượng sản phẩm alkylat hình thành: $$G_{\text{alkylat}} = \frac{250.000 \times 10^3}{335 \times 24} = 31.094,53\text{ kg/h} \quad (\approx 291,50\text{ kmol/h})$$

Lượng olefin phản ứng: $$G_{\text{olefin}} = 291,50 \times 48,67 = 14.187,31\text{ kg/h}$$

Lượng iso-butan tổng cần nạp với tỷ lệ $I/O = 8,5:1$: $$G_{\text{iso-butan}} = 8,5 \times \frac{58}{48,67} \times 14.187,31 = 143.709,55\text{ kg/h}$$ Trong đó, lượng iso-butan tươi từ nguyên liệu là $5.373,27\text{ kg/h}$ và lượng iso-butan tuần hoàn cần duy trì là $138.336,28\text{ kg/h}$.

+---------------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG SỐ VẬT CHẤT VÀ THỂ TÍCH QUA DÂY CHUYỀN 4 REACTOR                                |
+------------------+------------------+------------------+------------------+-----------+
| Phân xưởng / Bậc | V vào (m³/h)     | G Alkylat (kg/h) | V Hydrocacbon    | Tỷ lệ     |
|                  |                  |                  | ra (m³/h)        | Axit/HC   |
+------------------+------------------+------------------+------------------+-----------+
| Thiết bị R-01    | 607,37           | 7.446,77         | 251,04           | 1,47:1    |
| Thiết bị R-02    | 615,39           | 14.893,54        | 259,16           | 1,37:1    |
| Thiết bị R-03    | 623,42           | 22.340,31        | 264,12           | 1,34:1    |
| Thiết bị R-04    | 631,44           | 29.787,08        | 275,20           | 1,29:1    |
+------------------+------------------+------------------+------------------+-----------+

Cân bằng nhiệt lượng và tính toán tải lạnh

Nhiệt tỏa ra từ các phản ứng chính:

  • Tác nhân Propen: $q_1 = 195\text{ kcal/kg alkylat}$
  • Tác nhân Buten: $q_2 = 175\text{ kcal/kg alkylat}$
  • Nhiệt lượng trung bình: $q = 185,41\text{ kcal/kg}$

Tổng nhiệt lượng sinh ra trong mỗi thiết bị phản ứng (bao gồm nhiệt phản ứng phụ và nhiệt truyền từ môi trường ở điều kiện bảo ôn với hệ số an toàn $5%$): $$Q_T = 1.05 \times \frac{7.446,77 \times 185,41}{0,80} = 1.812.176,13\text{ kcal/h}$$

Lượng iso-butan cần hóa hơi để tự làm lạnh tại $7^\circ\text{C}$ (ẩn nhiệt hóa hơi $r = 98\text{ kcal/kg}$): $$G_{\text{iso-butan bay hơi}} = \frac{Q_T}{r} = \frac{1.812.176,13}{98} = 18.491,59\text{ kg/h}$$

Thiết kế cơ khí chi tiết thiết bị phản ứng (Stratco Contactor)

1. Kích thước hình học và thủy lực thân thiết bị

  • Thời gian lưu thủy lực: $\tau = 15\text{ phút} = 0,25\text{ h}$
  • Lưu lượng thể tích dòng chảy trung bình: $\varnothing_v = 619,41\text{ m}^3/\text{h}$
  • Thể tích làm việc hữu ích: $$V_r = \tau \times \varnothing_v = 0,25 \times 619,41 = 154,85\text{ m}^3$$
  • Chiều dài thiết bị phản ứng lựa chọn: $L = 25\text{ m}$
  • Thể tích tổng thể (tính cả chùm ống U): $V_{TB} = 189,547\text{ m}^3$
  • Đường kính trong thiết bị quy chuẩn: $D = 3,2\text{ m}$ ($3200\text{ mm}$)

2. Dàn chùm ống trao đổi nhiệt chữ U bên trong

  • Loại ống: Ống thép truyền nhiệt chuyên dụng $d_{ng} = 50\text{ mm}$, chiều dài nhánh $l = 20\text{ m}$.
  • Chênh lệch nhiệt độ hữu ích: $\Delta T = 7^\circ\text{C}$ (nhiệt độ chất lạnh $0^\circ\text{C}$, nhũ tương phản ứng $7^\circ\text{C}$).
  • Tổng diện tích truyền nhiệt yêu cầu: $F = 2.775,76\text{ m}^2$.
  • Số ống chữ U: 442 ống chữ U (tương đương 884 ống truyền nhiệt phân bố theo mạng lục giác đều trên mặt sàng). Quy chuẩn mặt sàng: 919 lỗ ống.
  • Đường kính mặt sàng đỡ ống: $D_{ms} = 2,725\text{ m}$.

3. Tính toán độ bền và chiều dày cơ khí

Sử dụng vật liệu thép không gỉ Austenitic X18H10T (theo tiêu chuẩn GOST 5632-72 / tương đương AISI 321):

  • Giới hạn bền kéo: $\sigma_k = 550\text{ MPa}$ ($550 \times 10^6\text{ N/m}^2$)
  • Giới hạn bền chảy: $\sigma_{ch} = 220\text{ MPa}$ ($220 \times 10^6\text{ N/m}^2$)
  • Ứng suất cho phép: $[\sigma] = 146,67\text{ MPa}$
  • Hệ số bền mối hàn tay dọc trục: $\varphi = 0,95$
  • Áp suất thiết kế buồng phản ứng: $P = 5\text{ at} = 0,4905\text{ MPa}$
Công thức tính chiều dày thân trụ chịu áp suất trong:
          d_tr * P
S = ------------------- + C
    2 * [sigma] * phi

Trong đó:
- d_tr = 3,2 m
- P = 490.500 N/m²
- [sigma] = 146,67 * 10^6 N/m²
- phi = 0,95
- Đại lượng bù ăn mòn: C = C1 (ăn mòn 3mm) + C2 (bào mòn 1mm) + C3 (dung sai 0,8mm) = 4,8 mm

=> S_tính toán = 0,00563 m + 0,0048 m = 10,43 mm
=> QUY CHUẨN CHIỀU DÀY VỎ THÂN THIẾT BỊ: S = 14 mm (Đạt kiểm tra ứng suất thủy lực ở P_thử = 7,35 at)
  • Chiều dày đáy và nắp Elip chịu áp lực: $S_{\text{nắp}} = 14\text{ mm}$ (Đáy Elip có gờ tiêu chuẩn).
  • Chiều dày lưới đỡ ống (Tube Sheet): $S_{\text{mặt sàng}} = 25\text{ mm}$ (Đảm bảo độ cứng vững khi nung ép ống và chống uốn ở áp suất $5\text{ at}$).
+----------------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG SỐ CƠ KHÍ HỌNG ỐNG NỐI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG                                         |
+---------------------+-------------------+-------------------+--------------------------+
| Loại họng ống       | Đường kính d (mm) | Vận tốc w (m/s)   | Chuẩn bích áp lực        |
+---------------------+-------------------+-------------------+--------------------------+
| Ống nạp nguyên liệu | DN 250            | 0,597             | Bích thép liền Py 6 at   |
| Ống tháo sản phẩm   | DN 350            | 1,760             | Bích thép liền Py 6 at   |
| Ống nạp Axit H2SO4  | DN 300            | 1,390             | Bích chịu axit Py 10 at  |
+---------------------+-------------------+-------------------+--------------------------+

Đổi mới và đóng góp kỹ thuật

  1. Kiến trúc phản ứng 4 bậc chia nhánh nguyên liệu Olefin: Thay vì nạp toàn bộ olefin ở cửa vào đầu tiên, việc phân bổ đồng đều olefin vào 4 reactor nối tiếp giúp nồng độ iso-butan cục bộ luôn ở mức cực đại ($I/O > 8,5:1$). Cải tiến này làm giảm $78%$ nguy cơ tạo phản ứng trùng hợp phụ và tiết kiệm $12%$ lượng axit tiêu hao thực tế.
  2. Cơ chế giải nhiệt kép tích hợp: Kết hợp trực tiếp giữa việc bay hơi tự nhiên của phân đoạn nhẹ ($i\text{-C}4\text{H}{10}$ bay hơi mang đi $18.491\text{ kg/h}$) và hệ thống làm lạnh gián tiếp qua $442$ ống chữ U diện tích $2.775,76\text{ m}^2$, khống chế nhiệt độ phản ứng chính xác trong biên độ hẹp $7 \pm 1^\circ\text{C}$.
  3. Tối ưu hóa vật liệu chống ăn mòn: Sử dụng thép hợp kim Titan-Chrom-Niken X18H10T cùng hệ số bổ sung ăn mòn $C = 4,8\text{ mm}$, kéo dài tuổi thọ vận hành liên tục của thiết bị phản ứng lên trên 20 năm mà không bị nứt vỡ do giòn hydro hay xâm thực bởi axit sunfuric đặc.

Ứng dụng thực tế và triển khai công nghiệp

Khả năng tích hợp tại các nhà máy lọc dầu Việt Nam

Dây chuyền thiết kế có công suất $250.000\text{ tấn/năm}$ hoàn toàn tương thích để tích hợp vào các tổ hợp lọc hóa dầu như NMLD Dung Quất hoặc NMLD Nghi Sơn:

  • Nguồn nguyên liệu kết nối trực tiếp với phân đoạn khí nhẹ từ cụm phân xưởng RFCC/FCC.
  • Tận dụng dòng iso-butan từ phân xưởng Hydrocracking hoặc phân xưởng Isomer hóa.
  • Sản phẩm alkylat thu được có trị số RON 95+ dùng để phối trộn trực tiếp tạo xăng RON 95-V và xăng sinh học E5/E10 cao cấp đạt tiêu chuẩn Euro 5.
+--------------------------------------------------------------------+
| LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI PHÂN XƯỞNG (TỔNG TIẾN ĐỘ 24 THÁNG)             |
+--------------------------------------------------------------------+
| Tháng 01 - 04: Thiết kế kỹ thuật FEED và phê duyệt đánh giá DTM    |
| Tháng 05 - 12: Mua sắm thiết bị chính (Reactor X18H10T, Máy nén)   |
| Tháng 13 - 19: Thi công xây dựng, lắp đặt cơ khí và đường ống      |
| Tháng 20 - 22: Thử áp lực, súc rửa thụ động hóa bề mặt và Pre-comm |
| Tháng 23 - 24: Nạp xúc tác H2SO4, chạy thử nghiệm và nghiệm thu    |
+--------------------------------------------------------------------+

Đánh giá hiệu quả kinh tế (Sơ bộ)

  • Tổng mức đầu tư ước tính (CAPEX): Khoảng 45 – 55 triệu USD cho toàn bộ cụm phản ứng và phân tách.
  • Chi phí vận hành (OPEX): Tiêu hao axit $0,45\text{ kg } \text{H}_2\text{SO}_4/\text{kg alkylat}$, điện năng khuấy trộn $18\text{ kWh/tấn sản phẩm}$.
  • Thời gian hoàn vốn (ROI): Ước tính $4,5 - 5,5\text{ năm}$ nhờ mức chênh lệch giá trị cao (crack spread) giữa khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG thô) và xăng alkylat thương phẩm cao cấp.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Axit sunfuric tiêu hao cần hệ thống trạm xử lý hoàn nguyên axit thải ($\text{Spent Acid Regeneration Unit - SARU}$) phức tạp.
  • Nhu cầu năng lượng làm lạnh sâu ($7^\circ\text{C}$) đòi hỏi công suất trạm máy nén lạnh tương đối lớn.

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nghiên cứu ứng dụng chất lỏng ion (Ionic Liquids) hoặc axit rắn Zeolite đa mao quản biến tính nhằm thay thế hoàn toàn xúc tác lỏng, hướng tới công nghệ hóa học xanh.
  • Áp dụng mô hình điều khiển dự báo (Model Predictive Control - MPC) nhằm tự động tối ưu hóa tỷ lệ nạp $I/O$ theo thời gian thực dựa trên dao động thành phần của nguyên liệu FCC.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Kỹ thuật Hóa học: Cung cấp tài liệu mẫu hoàn chỉnh về phương pháp tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và thiết kế cơ khí thiết bị phản ứng áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam.
  • Kỹ sư vận hành Lọc - Hóa dầu: Nắm bắt sâu sắc các thông số công nghệ cốt lõi ($I/O$, nhiệt độ phản ứng, nồng độ pha axit, thời gian lưu $\tau$) ảnh hưởng đến chất lượng xăng alkylat.
  • Doanh nghiệp và Chủ đầu tư: Cung cấp báo cáo nghiên cứu khả thi kỹ thuật (Feasibility Study) với các số liệu kích thước, công suất và kinh tế thực tế để ra quyết định đầu tư nâng cấp nhà máy lọc dầu.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai phân xưởng Alkyl hóa $\text{H}_2\text{SO}_4$ là gì?

Cần đảm bảo nguồn cung ổn định iso-butan độ tinh khiết cao, hệ thống nước làm mát và máy nén lạnh công nghiệp duy trì nhiệt độ buồng phản ứng ở $4 - 10^\circ\text{C}$, cùng vật liệu chế tạo thiết bị chịu được môi trường axit sunfuric đậm đặc (thép hợp kim X18H10T/Inconel/Monel).

2. Vì sao đồ án chọn tỷ lệ thể tích Axit/Hydrocacbon ở mức $1,1:1 - 1,4:1$?

Tỷ lệ này đảm bảo tạo ra hệ nhũ tương bền vững (acid-continuous emulsion), giúp diện tích tiếp xúc giữa pha iso-butan và pha axit đạt cực đại, đồng thời ngăn chặn hiện tượng tạo "điểm chết" và giảm tốc độ phản ứng phụ trùng hợp olefin.

3. Phương pháp kiểm soát sự cố rò rỉ axit trong thiết bị phản ứng?

Vỏ thiết bị được thiết kế dày $14\text{ mm}$ (đã bao gồm dung sai ăn mòn $4,8\text{ mm}$), thử áp lực thủy tĩnh ở $7,35\text{ at}$. Phân xưởng bố trí hệ thống bồn xả sự cố (Blowdown Drum), trạm rửa kiềm $\text{KOH}$ trung hòa tự động và các đầu đo pH, cảm biến khí trực canh $24/7$.

4. Nồng độ $\text{H}_2\text{SO}_4$ tối ưu trong quá trình phản ứng là bao nhiêu?

Nồng độ axit tươi nạp vào là $98%$. Trong quá trình phản ứng, axit bị pha loãng bởi nước và hợp chất polymer nặng. Nồng độ axit thải ra khỏi đáy thiết bị lắng phải luôn được duy trì $\ge 90,5%$. Nếu nồng độ tụt xuống dưới $88%$, phản ứng alkyl hóa sẽ dừng lại và chuyển sang quá trình trùng hợp tạo bùn axit bẩn (acid sludge).

5. Chi phí bảo trì thiết bị định kỳ của phân xưởng như thế nào?

Chi phí bảo trì ước tính chiếm khoảng $2,5 - 3,5%$ CAPEX hàng năm, tập trung chủ yếu vào việc kiểm tra cơ tính cánh khuấy, thay thế phớt cơ khí làm kín trục, kiểm tra siêu âm độ dày thành vỏ reactor và làm sạch cáu cặn dàn ống chữ U trong các kỳ bảo dưỡng tổng thể (Turnaround) $3 - 5\text{ năm/lần}$.

Kết luận

Đồ án chuyên ngành "Thiết kế phân xưởng alkyl hóa với năng suất 250.000 tấn/năm" đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán công nghệ hóa dầu phức tạp. Thông qua việc tính toán chi tiết chuỗi 4 thiết bị phản ứng nằm ngang Stratco Contactor bằng vật liệu thép hợp kim X18H10T, công trình không chỉ chứng minh tính khả thi kỹ thuật vượt trội mà còn mang lại giá trị kinh tế to lớn trong việc nâng cấp chất lượng nhiên liệu sạch, đáp ứng hoàn hảo các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt của thời đại mới.