Cracking Nhãm 1 K34B-
Ho¸
Trong công nghi p ch hoá và l c d u, quá trình cracking chi mệ ế ọ ầ ế
m t v trí quan tr ng. Do đó, các ki n th c c b n v hoá h c quáộ ị ọ ế ứ ơ ả ề ọ
trình cracking ,ph ng pháp cracking và công ngh cracking là h tươ ệ ế
s c quan tr ng đ i v i nh ng ai đã, đang và s làm vi c trong lĩnhứ ọ ố ớ ữ ẽ ệ
v c l c hoá d u.ự ọ ầ
I. Khái quát v ph n ng cracking.ề ả ứ
Cracking là quá trình phá v các phân t l n thành các ph n tỡ ử ớ ầ ử
nh h n, đ c th c hi n b ng các ph ng pháp nhi t hay s d ngỏ ơ ượ ự ệ ằ ươ ệ ử ụ
ch t xúc tác.ấ
Ph n ng cracking có th di n ra theo hai c ch khác nhau: Cả ứ ể ễ ơ ế ơ
ch g c t do (cracking nhi t) và C ch ion (cracking xúc tác)ế ố ự ệ ơ ế
Lo i crackingạCracking nhi tệCracking xúc tác
C chơ ế-Th c hi n theo c chự ệ ơ ế
chia c t liên k t đ iắ ế ố
x ng nghĩa là liên k tứ ế
b phá v đ i x ng vàị ỡ ố ứ
các c p g c t do đ cặ ố ự ượ
t o ra d i tác d ngạ ướ ụ
c a nhi t.ủ ệ
-Di n ra d i s thamễ ướ ự
gia c a ch t xúc tác nhủ ấ ư
nhôm silicat và zeolit, có
xu h ng phá v b tướ ỡ ấ
đ i x ng các liên k t,ố ứ ế
t o ra c p ion mangạ ặ
đi n tích trái d u. Cácệ ấ
ch t trung gian c aấ ủ
ph n ng đ c tái t oả ứ ượ ạ
liên t c hình thành cụ ơ
ch t lan truy n.ế ự ề
Chu i ph n ng cu iỗ ả ứ ố
cùng k t thúc b ng sế ằ ự
Cracking Nhãm 1
K34B-Ho¸
tái t h p các g c t doổ ợ ố ự
hay ion.
Đi u ki nề ệ
ti n hành ế
-G m nhi u quá trìnhồ ề
công nghi p tệ ừ
cracking nh đ n c cẹ ế ố
hoá nhi t phân x y ra ệ ả ở
đi u ki n nhi t đ tề ệ ệ ộ ừ
400- 9000c, áp su t tấ ừ
bình th ng đ n hàngườ ế
ch c atm.ụ
-Ti n hành trong đi uế ề
ki n nhi t đ 450-ệ ệ ộ
5500c, s d ng trongử ụ
s n xu t nhiên li uả ấ ệ
đ ng c .ộ ơ
Hi u su tệ ấ -C n cung c p nhi uầ ấ ề
nhi t, hiệu su t khôngệ ấ
cao
-Hi u su t caoệ ấ
II. Cracking xúc tác trong các ph n ng hả ứ u c .ữ ơ
II.1 Đ nh nghĩa: ị
Quá trình s d ng ch t xúc tác nh m chuy n hidrocacbon thànhử ụ ấ ằ ể
nh ng m ch ng n h n, đ c s d ng r ng rãi trong ch bi n d uữ ạ ắ ơ ượ ử ụ ộ ế ế ầ
m đ s n xu t nhiên nguyên li u hoá h c.ỏ ể ả ấ ệ ọ
II.2 C chơ ph n ng:ế ả ứ
Cracking xúc tác x y ra theo c chả ơ ion. Các ch t xúc tác sế ấ ử
d ng là aluminosilicat. Aluminosilicat t m axit đ c coi nh “m tụ ẩ ượ ư ộ
axit r n” s n sàng cung c p Hắ ẵ ấ + :
2
Cracking Nhãm 1
K34B-Ho¸
Si O Al O Si
O
OO
+
HH
O
O
O
O
O
Khi ti p xúc v i các ch t xúc tác “axit r n” nhi t đ cao,ế ớ ấ ắ ở ệ ộ
ankan t o thành ca tion “không kinh đi n”, ki u metoni mà s t nạ ể ể ự ồ
t i c a nó đã đ c ch ng minh b ng ph kh i l ng.ạ ủ ượ ứ ằ ổ ố ượ
H
+
HH
R-CH2…….CH2-CH2-R
→
R-CH2-CH2-CH2–R + H+
→
R-C+H-CH2-
CH2–R
Cation A tách phân t ankan, còn cation B tách Hử2, đ u t o raề ạ
cacbocation kinh đi n. ể
A
→
RCH3 + RCH2CH2+ ho c RCHặ2 + + RCH2CH3
B
→
RC+HCH2CH2R + H2
Phân c t β t o thành các anken và cacbocation m i. ắ ạ ớ
vÞ trÝ beta
R-C+H-CH 2-CH2-R
→
R-CH=CH2 + R+CH2
vÞ trÝ anpha
C ng vào ankan t o ra cation ki u ion metoniộ ạ ể
HH
R+ + R-CH2-CH 2-CH2-R
→
R-CH2-C+H-CH2–R
3
Cracking Nhãm 1
K34B-Ho¸
T bi n đ i thành cation ki u ion metoni, r i đ ng hoá thànhự ế ổ ể ồ ồ
cacbocation b c III b n h n. ậ ề ơ
R0-CH(CH3)-C+H-R
→
R0-C+(CH3)-CH2-R
→
R0-CH(CH2+)-CH2-R
Cacbocation bËc II Cacbocation bËc III Cacbocation bËc I
Ng t l y Hắ ấ - t ti u ph n khác đ tr thành phân t trung hoàừ ể ầ ể ở ử
R0-C+(CH3)-CH2-R + RH
→
R0-CH(CH3)-CH2-R + R+
nh v y mà cracking xúc tác t o ra đ c các hiđrocacbon m chờ ậ ạ ượ ạ
nhánh t ankan không nhánh.ừ
Đ cracking đ c phân đo n n ng nh t c a d u m (ch a cácể ượ ạ ặ ấ ủ ầ ỏ ứ
hiđrocacbon th m đa vòng nghèo hiđro) ng i ta cracking xúc tácơ ườ
v i s tham gia c a hiđro g i là hiđrocracking.ớ ự ủ ọ
II.3 Ch t xúc tác dùng trong ph n ng crackingấ ả ứ
II.3.1 Nhôm silicat (alumosilicat)
Có hai lo i aluạmosilicat:
Alumosilicat t ng h p : 89,5% SiOổ ợ 2, 10% Al2O3.
Alumosilicat t nhiên : 73,8% SiOự2, 17% Al2O3, 2/3 Fe2O3.
Trưc đây ớchÊt xóc t¸c là alumosilicat t nhiên t m axit, hi nự ẩ ệ
nay ch t xúc tác trong công nghi p là 15% zeolit ch a đ t hi m v àấ ệ ứ ấ ế
85% alumosilicat t ng h p vô đ nh hình .zeolit có ho t tính cao giúpổ ợ ị ạ
hi u su t xăng cao ch a nhi u parafin và aren, h n ch s t o c c.ệ ấ ứ ề ạ ế ự ạ ố
II.3.2 Zeolit
II.3.2.1 Công d ngụ
Zeolit là m t lo i v t li u vô c mao qu n đ c ng d ng r tộ ạ ậ ệ ơ ả ượ ứ ụ ấ
nhi u trong công nghi p l c_ hoá d u.ề ệ ọ ầ
4
Cracking Nhãm 1
K34B-Ho¸
Vào nh ng năm cu i th p k 60, đ u th p k 70, các nhà bácữ ố ậ ỷ ầ ậ ỷ
h c đã tìm ra m t lo i đ t sét m i và khi phân tích thì th y khác đ tọ ộ ạ ấ ớ ấ ấ
sét vô đ nh hình thông th ng mà có s k t tinh đ ng đ u, có nhi uị ườ ự ế ồ ề ề
tính ch t u vi t và đ t tên là zeolit.ấ ư ệ ặ
Zeolit là m t aluminosilicat tinh th . Trong thiên nhiên cóộ ể
kho ng 40 lo i zeolit, 200 lo i zeolit đ c t ng h p nhân t oả ạ ạ ượ ổ ợ ạ
nh ng ch m t s ít trong đó có ng d ng công nghi p.ư ỉ ộ ố ứ ụ ệ
Trong công nghi p l c d u, zeolit d ng HLaY là ch t xúc tácệ ọ ầ ạ ấ
cracking ch y u và quan tr ng v i l ng s d ng 300.000 t n/ủ ế ọ ớ ượ ử ụ ấ
năm.
II.3.2.2 C u trúc c a zeolitấ ủ
C u trúc c b n c a tinh th zeolit là t di n t o b i Al, Si,ấ ơ ả ủ ể ứ ệ ạ ở
O.Tâm t di n là m t nguyên t Si hay Al, b n đ nh là 4 nguyênứ ệ ộ ử ở ố ỉ
t O.các tinh th h p l i thành m ng không gian có các l tr ngử ể ợ ạ ạ ỗ ố
kích th c kho ng 8Aướ ả 0 làm di n tích b m t riêng c a zeolit r tệ ề ặ ủ ấ
l n.ớ
II.3.2.3. Các tính ch t c b n c a zeolit. ấ ơ ả ủ
Tính ch t trao đ i cationấ ổ
Kh năng trao đ i cation là m t trong nh ng tính ch t quanả ổ ộ ữ ấ
tr ng c a zeolit. Do c u trúc không gian 3 chiọ ủ ấ ều b n v ng nên khiề ữ
trao đ i ion các thông s m ng và khung c a zeolit không thay đ i .ổ ố ạ ủ ổ
Đây là đ c tính quý báu mà ặnhùa trao ®æi ion hoÆc nh ng ch tữ ấ
trao đ i ion vô c khác không có đ c.ổ ơ ượ
Zeolit có kh năng trao đ i m t ph n hay hoàn toàn cation bùả ổ ộ ầ
tr Naừ+ ho c Kặ+ b ng:ằ
5