Naphtha là hỗn hợp hydrocacbon lỏng được sản xuất từ dầu thô thông qua quá trình tinh chế. Nó là một chất lỏng nhẹ đến trung bình có thành phần chủ yếu là ankan, xicloalkan và hydrocacbon thơm, với số lượng carbon từ C5 đến C12. Naphtha là một nguyên liệu đa năng được sử dụng làm tiền chất cho nhiều loại sản phẩm, bao gồm xăng, hóa dầu, dung môi và nhiên liệu cho động cơ phản lực. Nó cũng được sử dụng làm chất tẩy rửa, chất pha loãng sơn và là thành phần của nhiều sản phẩm tiêu dùng như chất kết dính, mực và chất phủ.
Quá trình bẻ gãy mạch cacbon thu lấy Naphtha có chứa nhiều tạp chất như hydro sulfur-H2S, Mercaptans (thiols), Phenol (ROH) làm ảnh hưởng chất lượng xăng và có thể gây ăn mòn thiết bị của nhà máy lọc dầu nếu không được loại bỏ. Một trong những cách phổ biển để loại bỏ các tạp chất này là sử dụng NaOH.
Cơ chế phản ứng:
H2S + 2NaOH → Na2S + 2 H2O sau đó 2 Na2S + 2 O2 + H2O ----> Na2S2O3 + 2 NaOH
RSH + NaOH → NaRS + H2O sau đó 4 NaRS + O2 + 2 H2O ----> 2 RSSR + 4 NaOH
Phenol + NaOH → C6H5ONa + H2O
Hydro sunfua phản ứng với NaOH dẫn đến sự hình thành natri sunfua (Na2S) và nước (H2O). Phản ứng giữa mercaptans và NaOH dẫn đến sự hình thành NaRS và giải phóng O2. Phản ứng giữa phenol và NaOH tạo thành natri phenoxit (C6H5ONa) và nước (H2O). Phản ứng này tương tự như phản ứng giữa các axit hữu cơ khác với NaOH, và cũng có thể được sử dụng để loại bỏ các axit hữu cơ khác khỏi naphtha.
Quy trình xử lý
Đầu tiên trong quá trình này là trộn naphtha với dung dịch NaOH, dẫn đến sự hình thành muối natri của các hợp chất chứa lưu huỳnh và phenol.
Tiếp đó ô-xy chứa trong pha hydrocacbon khuyếch tán vào pha NaOH để ôxy hoá tiếp các hợp chất vừa tạo ra thành các dạng hợp chất bền vững hơn. Na2S bị ô-xy hoá tạo thành Na2S2O3 còn NaRS thì ô-xy hoá thành RSSR trong dung dịch nước. Do khả năng hoà tan trong dung dịch nước khác nhau, Na2S2O3 ở lại trong dung dịch NaOH còn RSSR sẽ khuyếch tán trở lại pha hydrocacbon. Do đó xử lý Naphtha bằng NaOH chỉ làm thay đổi dạng hợp chất của lưu huỳnh mà ít làm thay đổi tổng lượng lưu huỳnh chứa trong hydrocacbon.
Phản ứng tách H2S và ôxy hoá hợp chất này diễn ra với tốc độ cao hơn so với phản ứng tách và ô-xy hoá Mercaptans. Các Mercaptans có khối lượng phân tử nhẹ thì tốc độ phản ứng diễn ra nhanh hơn sơ với các phân tử nặng. Quá trình ô-xy hoá sẽ hoàn lại một phần lượng NaOH đã tiêu thụ giai đoạn trước đó. Điểm lưu ý là quá trình ôxy hoá tạo ra một lượng nước làm loãng pha dung dịch NaOH, vì vậy sau một thời gian cần phải thay thế dung dịch NaOH bằng dung dịch mới để đảm bảo nồng độ thích hợp cho phản ứng xảy ra đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.
Dung dịch NaOH sử dụng cho quá trình ô-xy hóa được dùng theo mẻ. Dung dịch NaOH sẽ bị loãng dần do lượng nước tạo ra trong quá trình ô-xy hóa và do bị tiêu hao một phần vào phản ứng tách H2S và một số phản ứng phụ khác. Nếu nồng độ NaOH trong dung dịch NaOH xuống quá thấp thì hiệu quá tách Mercaptans không cao, hàm lượng Mercaptans trong sản phẩm sẽ dần tăng lên. Nồng độ NaOH trong dung dịch tối thiểu đạt 4% khối lượng. Khi nồng độ NaOH thấp cần phải tiến hành thay thế bằng dung dịch mới. Một phần dung dịch NaOH được loại bỏ và đưa tới thiết bị trung hòa NaOH trong nhà máy. Dung dịch NaOH mới sẽ được bổ sung bằng dung dịch có nồng độ cao hơn để nâng cao nồng độ NaOH trong thiết bị.
Quá trình thay thế dung dịch NaOH không làm gián đoạn hoạt động chung của toàn bộ hệ thống. Dung dịch NaOH trước tiên được lấy ra tới mức thấp nhất cho phép trong khi quá trình xử lý vẫn tiếp tục được thực hiện. Lượng dung dịch NaOH lấy ra lập tức được bổ sung bằng dung dịch NaOH mới tới mức chất lỏng hoạt động bình thường của thiết bị. Thời gian cho một chu kỳ thay dung dịch tùy thuộc vào hàm lượng H2S và CO2 có trong nguyên liệu Naphtha. Lượng tạp chất này càng nhiều thì thời gian phục vụ của một mẻ NaOH càng ngắn.
Ngoài ra, tốc độ tuần hoàn dung dịch kiềm càng nhanh thì tốc độ tách mercaptans càng nhanh. Tuy nhiên, nó sẽ làm tăng lượng dung dịch kiềm kéo theo pha hydrocacbon gây khó khăn cho việc phân tách sau này. Vậy cần phải xác định vận tốc tuần hoàn dung dịch kiềm tối ưu tương ứng với công suất xử lý Naphtha.