QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXETYLEN

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Giới thiệu về khí thiên nhiên 4
1.2. Tổng quan về axetylen 4
1.2.1.Tính chất vật lý 4
1.2.2- Tính chất hoá học 5
1.2.2.2. Các phản ứng etylnyl hoá và sản phẩm 7
1.2.2.3. Các phản ứng cacbonyl hoá và sản phẩm 8
1.2.2.4. Qúa trình vòng hoá và Polyme hoá của Axetylen 8
1.2.2.5. Các phản ứng khác 9
CHƢƠNG 2. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXETYLEN 11
2.1 Công nghệ sản xuất axetylen từ than đá hay cacbuacanxi 11
2.2 Công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và hydrocacbon. 11
2.2.1 Cơ sở nhiệt động học của quá trình nhiệt phân hydrocacbon. 11
2.2.2. Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất axetylen 18
2.3 Các công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và hydrocacbon 19
2.3.1. Quá trình nhiệt điện 19
2.3.2 Quá trình oxy hoá không hoàn toàn 19
2.3.3 Phương pháp tách axetylen ra khỏi hỗn hợp khí nhiệt phân 22
2.4 So sánh các phương pháp 23
2.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 23
CHƢƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 25
3.1. Cân bằng vật chất cho quá trình tách axetylen bằng dung môi NMP- H
2
O. 25

3.2. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng. 30
CHƢƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG 34
4.1. Tính nhiệt dung riêng của oxy kỹ thuật. 34
4.2. Tính nhiệt dung riêng của khí tự nhiên đi vào ở 600
0
C 35
4.3. Tính nhiệt dung riêng của khí nhiệt phân ra ở 80
0
C 37
4.3.1. Nhiệt dung riêng của các cấu tử tương ứng trong hỗn hợp khí phân. 38
4.3.2. Tính nhiệt lượng cần lấy trong quá trình tôi: Q
7
39
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 2

CHƢƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 44
5.1. Tính toán thiết bị chính 44
5.1.1. Đường kính ống số ống phân phối khí trong thiết bị phân phối khí: 44
5.1.2: Thể tích vùng phản ứng: 45
5.1.3: Tính toán vùng làm mát: 45
5.1.4: Tính toán các ống dẫn: 46
5.2: Tính toán thiết bị phụ 46
5.2.1. Tính thiết bị làm lạnh khi cracking 46
5.2.2. Tính đường kính tháp. 47
5.3. Tính tháp hấp thụ 50
CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 54
6.1. Tính thân tháp hấp thụ. 54

6.2. Tính đường kính các ống dẫn: 56
KẾT LUẬN 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59



Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 3

MỞ ĐẦU
Axetylen là chất có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp, đặc biệt
axetylen được dùng làm nguyên tổng hợp các chất hữu cơ quan trọng như :
Vinylclorua: Là monome quan trọng để sản xuất vinylclorua polyme. Và các
copolyme của nó dùng trong tổng hợp hữu cơ và chất phụ gia.
Vinylaxetat : Dùng như hoá chất không gian và trong sản xuất các polyme và
coplyme như polyvinyl…
Vinylete :Dùng làm chất gây mê.
Acrylonytryl : Dùng trong sản xuất cao su, acrylic, sợi.
Axetandehyt : Dùng để sản xuất axitaxetic.
Vì có rất nhiều ứng dụng nên axetylen được sản xuất rất nhiều trên thế giới và
các nhà công nghệ luôn luôn nghiên cứu mong tìm ra các quá trình công nghệ khác
nhau để sản xuất ra axetylen nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Axetylen được sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu chính là : canxicacbua và
hydrocacbon (dạng rắn, lỏng, khí). Sản xuất axetylen từ hydrocacbon là quá trình mới
được phát triển khoảng 30 năm gần đây. Trong công nghệ này hydrocacbon bị nhiệt
phân ở nhiệt độ cao ( từ 1100 – 1500
0
C ) trong điều kiện đoạn nhiệt và thời gian phản

ứng rất ngắn( 0,005 - 0,02 giây) sau đó sản phẩm được nhanh chóng làm lạnh để hạ
nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân hủy axetylen.
Công nghệ sản xuất axetylen từ dầu khí chủ yếu là khí đồng hành và khí thiên
nhiên đã được biết đến từ lâu, đây là nguồn nhiên liệu rất sẵn có đối với các quốc gia
có tiềm năng về dầu khí trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, công nghệ này
có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường, rất hợp với xu thế thời đại nơi mà
con người đặt vấn đề môi trường lên hàng đầu.
Đề tài này là: "Thiết kế tháp tổng hợp axetylen từ khí tự nhiên”

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 4

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên được khai thác từ các mỏ khí nằm sâu dưới mặt đất. Trong khí
thiên nhiên thành phần chủ yếu là metan (CH
4
) chiếm khoảng 93 –99% mol còn lại là
các hợp chất khác như etan (C
2
H
6
), Propan (C
3
H
8
) và một lượng nhỏ butan (C

4
H
8
)
ngoài ra còn có các thành phần phi hydrocacbon khác như N
2
, CO
2,
H
2
S, He, H
2
.
Hiện nay người ta đã tìm ra mỏ khí tự nhiên với trữ lượng lớn ở nhiều nơi trên
thế giới như: Liên Xô cũ, Mỹ, Trung Đông, Bắc Phi, Nam Mỹ, Canada, Đông Nam Á,
Mehyco, Úc, Tây Phi, Nhật Bản…
1.2. Tổng quan về axetylen
Axetylen có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp hoá học và có nhiều ứng
dụng trong trong các quá trình gia công kim loại. Nhiệt độ ngọn lửa của khí axetylen rất
cao nên người ta dùng khí axetylen để hàn ,cắt, tẩy gỉ,khử C…
Quá trình nhiệt phân trực tiếp hydrocacbon để sản xuất axetylen là một quá
trình phức tạp, mới xuất hiện trong công nghiệp trong vòng năm mươi năm trở lại
đây.Trong công nghệ này hydrocacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (1100 – 1500
0
C)
trong điều kiện đoạn nhiệt và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005- 0 02 giây).Sau đó
sản phẩm được nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản
ứng phân huỷ axetylen.
Tuy quá trình đi từ nguyên liệu hydrocacbon có năng suất lớn, thích hợp trong
công nghiệp nhưng sản xuất axetylen từ canxi cacbua vẫn giữ vai trò nhất định của nó

trong công nghiệp ở những nước không có tiềm năng về khí tự nhiên và khí đồng hành
hay dùng axetylen trong các việc hàn cắt kim loại.
1.2.1.Tính chất vật lý
Hai nguyên tử cacbon của phân tử axetylen ở trạng thái lai hoá sp, chúng liên
kết với nhau bằng một liên kết( ) và hai liên kết . Mỗi nguyên tử cacbon còn một
liên kết ( ) với nguyên tử H.
Tuy nhiên, theo thứ tự đó thì xu hướng hút electron của nguyên tử cacbon lại
tăng (etan <etylen <axetylen). Điều này giải thích tính axít của nguyên tử H trong phân
tử axetylen, mà có thể thay thế bằng ion kim loại (M
+
) để tạo thành axetylua kim loại
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 5

MHC
2
hoặc M
2
C
2
. Tính axít của nguyên tử H (pKa = 25) còn được thể hiện ở khả
năng phản ứng mạnh với các dung dịch bazơ. Đây là phản ứng quan trọng trong quá
trình thu hồi axetylen.
Ở điều kiện thường axetylen là chất khí không màu, không độc nhưng có khả
năng gây mê. Axetylen tinh khiết có mùi hơi ngọt. Mùi tỏi của axetylen là do axetylen
được sản xuất từ cacbua canxi có lẫn tạp chất PH
3
, H

2
S, NH
3
, Arsenic (AsH
3
) hoặc
silicon hydrit.
Axetylen có thể được làm giàu từ hỗn hợp hydrocacbon C
2
bằng chưng nhiệt độ
thấp. Để tránh phân huỷ thì nồng độ trong dòng hơi của axetylen không vượt quá 42%
phần khối lượng.
Axetylen hấp phụ trên C* hoạt tính, SiO
2
và zeolitel, Axetylen cũng hấp phụ
trên bề mặt một số kim loại và thuỷ tinh.
Khi cháy axetylen toả ra một lượng nhiệt lớn. Khả năng sinh nhiệt của axetylen
bằng 13,387 Kcal/m
3
do đó người ta thường dùng axetylen để cắt hàn kim loại. Khi
phân huỷ axetylen có thể xẩy ra phản ứng nổ và nhiệt độ lên đến 2800
0
C.
C
2
H
2
2C+ H
2
H

0
298
= -54,2 Kcal/mol
1.2.2- Tính chất hoá học
Axetylen là hydrocacbon không no có liên kết ba trong phân tử do đó có khả
năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba trong phân tử axetylen tạo thành do liên kết σ
và hai liên kết π. Liên kết σ nối hai nguyên tử C bằng khoảng cách ngắn nhất và được
biểu diễn bằng đường thẳng. Để phá vỡ liên kết σ cần năng lượng 62,77 kcal/mol.
Hai liên kết π nằm ở hai mặt phẳng vuông góc nhau, năng lượng phá vỡ chúng
bằng 38,39 và 26,99 kcal/mol. Khi tham gia phản ứng hoá học liên kết ba bị phá vỡ để
tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp chất bão hòa .
1.2.2.1. Các phản ứng vinyl hoá và sản phẩm
Vinyl hoá là phản ứng cộng hợp những hợp chất vào nguyên tử H linh động,
như nước (H
2
O), ancol (ROH), thiol, các axit hữu cơ và vô cơ tạo monome cho phản
ứng trùng hợp.
Có hai loại phản ứng vinyl hoá:
* Vinyl hoá dị thể.
* Vinyl hoá cacbon (C) ít thông dụng
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 6

Các sản phẩm vinyl hoá đầu tiên trong.công nghiệp là axetalđehyt, vinylclorua,
vinyl axetat và các sản phẩm khác.
Dưới đây là một số quá trình vinyl hoá trong công nghiệp:
*Axetaldehyt (phản ứng cộng nước H
2

O).
HC CH + HOH [CH
2
=CH- OH] CH
3
– C = O
H

Phản ứng tổng quát:
HC CH + H
2
O CH
3
CHO
Xúc tác: dung dịch axít của muối thuỷ ngân, như HgSO
4
trong H
2
SO
4
. Phản
ứng pha lỏng ở 92
0
C.
* Vinyl clorua:
HC CH + HCl CH
2
= CHCl
Xúc tác: HgCl
2

(C) Phản ứng pha khí ở nhiệt độ 150 - l80
0
C.
* Vinyl axetat:
HC CH + CH
3
COOH CH
2
= CHOOCCH
3

Xúc tác: Cd, Zn, hoặc muối thuỷ ngân (Hg
+2
) (C). Phản ứng pha khí ở nhiệt độ
T = 180 - 2000
c
C
* Vinyl ete: gồm các bước phản ứng sau.
2 2 2
H O C H
2
ROH KOH ROK RO CH CHK
RO CH CHK ROH RO CH CH ROK

Trong đó R- là gốc alkyl. Nhiệt độ phản ứng nằm trong khoảng T= 120 - 150
0
C;
áp suất đủ cao để tránh làm sôi rượu sử dụng trong phản ứng, ví dụ ở áp suất 2 MPa và
metanol (CH
3

OH) tạo thành metyl vinyl ete (phản ứng có áp suất cao).
2 2 2
H O C H
3 3 3
3 3 3 2 3
CH OH KOH CH OK CH CH CHK
CH CH CHK CH OH CH O CH CH CH OK

* Vinyl phenyl ete:

Phản ứng vinyl hoá với xúc tác là KOH.



HC CH + OH
O – CH = CH
2
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 7

Xúc tác là KOH.
* Vinyl sunfit:
HC CH + RSH CH
2
= CH - S - R
Xúc tác KOH.
* Vinyl este của các axit cacboxylic cao: .
HC CH + R-COOH RCOO - CH=CH

2

Xúc tác là muối kẽm (Zn
+2
) hoặc cadimi (Cd
+2
).
* Vinylamin sử dụng muối kẽm (Zn
+2
) hoặc cadimi (Cd
+2
) làm xúc tác.
R
1
R
2
NH + HC CH R
1
R
2
N - CH = CH
2
.
* N_Vinyl cacbazol, là phản ứng vinyl hoá của cacbazol trong dung môi (như N
- metylpyrolidon) ở 180
0
C.
*phản ứng vinyl hoá của amôniac, chất xúc tác là muối phức Coban (Co) và
Niken (Ni), ở nhiệt độ 95
0

C.
HC CH + NH
3
CH
2
= CH - NH
2

C
2
H
2
+ 3CH
2
= CH - NH
2
C
2
H
5
- C
5
H
3
N - CH
3
+ 2NH
3

* Phản ứng vinyl hoá của axit amin: xúc tác là muối Kali (K

+
) của amit.
HC CH + RCO - NH
2
RCO – NH – CH = CH
2
.
*N-vinyl_2_pyrolidon: Vinyl hoá cùng với 2 pyrolidon trên các bon bằng xúc
táclà muối kali (K
+
) của pyrolidon
Acrylonitril: Là sản phẩm của phản ứng vinyl hóa cacbon (C) của HCN trong
HCl lỏng với xúc tác CuCl và NH
4
Cl.
HC CH + HCN H
2
C = CH – CN .
1.2.2.2. Các phản ứng etylnyl hoá và sản phẩm
Phản ứng tổng quát của quá trình etylnyl hoá là:
HC CH + RCOR
1
HC C - C(OH)RR
1

Trong đó R, R
1
là gốc alkyl hoặc H. .
Những sản phẩm quan trọng nhất từ quá trình etylnyl hoá sản phẩm là rượu
propargyl (2_propyl_ 1 o1) và butynediol.

HC CH + HCHO HC CCH
2
OH
Xúc tác: Cu - C C - Cu . 2H
2
O
HC CH + 2HCHO HOCH
2
C CCH
2
OH
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 8

Xúc tác: Cu - C C - Cu . 2H
2
O
Một số phản ứng của quá trình etylnyl hoá sản phẩm của amonialkanol và amin
bậc 2 :
2
2
2 2 2 2
HO
3 2 3 2
HO
3 2 3 2 2 3
2
C H C H

1 2 1 2 2 1 2
3
HC CH CH N CH OH CH N CH C CH
HC CH 2 CH N CH OH CH N CH C C CH N CH
R R NH R R N C CH R R N CH C CH
H CH

1.2.2.3. Các phản ứng cacbonyl hoá và sản phẩm
* Acrylic axit.
Ni CO
22
CH HC CO H O CH CH COOH

Phản ứng của axetylen với H
2
O hoặc ROH và CO sử dụng xúc tác Ni(CO)
4
đã
được công bố đầu tiên W.Reppe. Nếu H
2
O được thay thế bằng các thiol, amin, hoặc
axit cacboxylic ta sẽ thu được thioeste của axỉt acrylic, acrylicamit, hoặc anhydrit
cacboxylic axit.
Phản ứng của Axetylen và CO có mặt chất octacarbonyldicoban (CO)
3
CO -
(CO)
2
- CO(CO)
3

tạo thành hỗn hợp cis-trans của bifuradion. Phản ứng tiến hành ở áp
suất P = 20 - 100 Mpa, nhiệt độ T 100
0
C.






1.2.2.4. Qúa trình vòng hoá và Polyme hoá của Axetylen
Quá trình vòng hoá đầu tiên được Berthelot thực hiện, ông đã tổng hợp ra hợp
chất thơm và naphtalen từ Axetylen. Vào năm 1940, Reppe đã tổng hợp được 1,3,5,7 -
cyclooctatraene với hiệu suất 70% ở áp suất thấp.


2CH
CH + 4CO
P = 20 - 100 Mpa
T ~ 100 C, xúc tác
0
O
O =
=
=
O
O
cis
O=
tran

=
O
O
O
=
4CH
CH
+ các sản phẩm phụ
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 9

Nhiệt độ của phản ứng 65 – 115
0
C, áp suất 1,5 - 2,5 Mpa, xúc tác là Ni(CN)
2

Phản ứng được tiến hành trong tetrahydrofuran những sản phẩm phụ chủ yếu là
benzen (khoảng 15%), các chuỗi oligome của axetylen có công thức thực nghiệm
C
10
H
10
và C
12
H
12
, và một lượng nhỏ chất không tan màu đen niprene có liên quan đến
xúc tác Ni.

Nếu dicacbonylbis(triphenylphosphine)niken- Ni(CO)
2
[(C
6
H
5
)
3
P]
2
được sử dụng
làm xúc tác thì sản phẩm của quá trình vòng hoá là benzen (hiệu suất 88%) và styrene,
( hiệu suất 12%). Phản ứng được tiến hành trong benzen ở nhiệt độ 65 - 75
0
C và áp
suất 1,5 Mpa.
Quá trình polime hoá mạch thẳng của Axetylen có sự tham gia của xúc tác muối
đồng (I) như CuCl trong HCl. Sản phẩm phản ứng là vinylaxetylen, divinylaxetylen .
HC CH + HC CH H
2
C = CH - C CH
Polyaxetylen được thêm các chất nhận điện tử như I
2
, AsF
5
; chất cho điện tử (Na,
K), hoặc chất cho proton như HClO
4
, H
2

SO
4
có tính dẫn điện cao và mang tính chất
như một kim loại.
1.2.2.5. Các phản ứng khác
Axetylua kim loại: nguyên tử H trong phân tử Axetylen có thể được thay thế
bằng nguyên tử kim loại (M) để tạo thành Axetylua kim loại. Axetylua của kim loại
kiềm và kiềm thổ được tạo ra khi cho Axetylen tác dụng với amít của kim loại đó
trong amôniắc lỏng khan.
3
NH láng khan
2 2 2 2 3
C H MNH MC H NH

Phản ứng trực tiếp của Axetylen với kim loại nóng chảy, như Na, hoặc với ion
kim loại trong dung môi trơ, như xylen, tetrahydrofuran, hoặc dioxan, ở nhiệt độ
khoảng 40
0
C.
2M + C
2
H
2
M
2
C
2
+ H
2
* Halogen hoá:

Quá trình cộng hợp Clo vào Axetylen với sự có mặt của FeCl
3
tạo thành 1, 1, 2
,2 tetracloetan :
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 10

3
FeCl
2
Cl Cl
||
Cl HC CH H
C C H
||
Cl Cl

Các sản phẩm trung gian được làm dung môi là 1, 2- dicloetylen; tricloetylen và
perdoetylen.
Brom và Iot cũng có thể cộng hợp vào Axetylen. Quá trình cộng hợp I
2
vào
Axetylen kết thúc khi tạo thành 1 ,2 - diiotetylen.

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 11

CHƢƠNG 2. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXETYLEN

2.1 Công nghệ sản xuất axetylen từ than đá hay cacbuacanxi
Với sự phát triển của ngành khai thác dầu mỏ hiện nay người ta quan tâm nhiều
hơn đến hướng sản xuất axetylen từ hydrocacbon.Mặc dù vậy quá trình sản xuất
axeylen từ than đá vẫn phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp
hoá học.

Xuất phát từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền và phong phú là đá vôi và than đá,
axetylen được tổng hợp qua các phản ứg sau:
CaO + 3C → CaC
2
+ CO ∆ H =108kcal/mol
Sau đó CaC
2
phản ứng với H
2
O tạo thành C
2
H
2
và Ca(OH)
2
phản ứng toả nhiệt mạnh.
CaC
2
+ H
2
O → C
2
H
2
+ CaO
CaO + H
2
O → Ca(OH)
2
∆H= - 129kcal/mol

Có hai dạng thiết bị sản xuất axetylen từ CaC
2
(với lưu lượng sản phẩm lớn hơn
10m
3
axetylen/h) đó là thiết bị loại khô và thiết bị loại ướt.
• Trong thiết bị loại ướt axetylen chuyển hoá với lượng nước dư vào. Trong hầu hết
các trường hợp đều thu được vôi ở dạng huyền phù.
• Trong thiết bị loại khô nước được trộn với canxicacbua theo đúng tỷ lượng trong
phản ứng hoá học và đủ để lấy nhiệt của phản ứng. Canxihydroxit thu được ở dạng bột
có độ ẩm 16%. Nhiệt của phản ứng được phân tán bằng cách bay hơi một phần nước
trong thiết bị.
2.2 Công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và hydrocacbon.
2.2.1 Cơ sở nhiệt động học của quá trình nhiệt phân hydrocacbon.
Quá trình phân huỷ hydrocacbon ở nhiệt độ cao thành axetylen bao gồm nhiều phản
ứng thuận nghịch. Với nguyên liệu là hydrocacbon nhẹ (khí tự nhiên và khí đồng
hành), quá trình nhiệt phân có thể có các phản ứng:
2CH
4
↔ C
2
H
2
+ 3H
2

2CH
4
↔ C
2

H
4
+ 2H
2

C
2
H
6
↔ C
2
H
4
+ H
2

C
2
H
6
↔ C
2
H
2
+ 2H
2

C
3
H

8
↔ C
2
H
4
+ CH
4

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 12

C
3
H
8
↔ C
3
H
6
+ H
2

C
3
H
8
↔ 1,5 C
2

H
2
+ 2,5H
2

Các phản ứng này đều là các phản ứng thu nhiệt điển hình và là phản ứng tăng thể
tích: Quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao và thời gian ngắn do các tính chất nhiệt động
của các hydrocacbon.
Tuy nhiên ngay cả ở nhiệt độ cao axetylen vẫn kém bền hơn các cấu tử tạo nên
axetylen tức là kém bền hơn C và H
2
tồn tại tới 4200
0
k.
C
2
H
2
→ 2CR + H
2
R - ∆G
298
= - 209,3 kJ/mol
Quá trình phân huỷ tạo muối cacbon theo các phản ứng sau:
CH
4
↔ C + 2H
2

C

2
H
6
↔ 2C + 3H
2

C
2
H
4
↔ 2C + 2H
2

C
2
H
2
↔ 2C + H
2

a. Cơ chế của quá trình.
Quá trình nhiệt phân hydrocacbon ở nhiệt độ cao xảy ra theo các phản ứng thuận
nghịch sau:
2CH
4
↔C
2
H
2
+3H

2
∆H
298
= 376 kJ/mol
C
2
H
6
↔C
2
H
2
+2H
2
∆H
298
= 311 kJ/mol
Các phản ứng trên là các phản ứng thu nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều
thuận ở nhiệt độ 1000 1300
0
C. Thực tế để đạt vận tốc đủ lớn, quá trình cần thực hiện
ở nhiệt độ cao hơn cụ thể ở 1500 1600
0
C với CH
4
, còn đối với hydrocacbon lỏng quá
trình thực hiện ở 1200
0
C.
Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc.

CH
4
→ : CH
2
+ H
2

:CH
2
+ CH
4
→ C
2
H
6

C
2
H
6
→ C
2
H
4
+ H
2

C
2
H

4
→ C
2
H
2
+ H
2

C
2
H
2
→ 2C + H
2

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy sự tạo thành axetylen tiến hành qua giai
đoạn trung gian tạo thành .CH
3
, :CH
2
, :CH. Quá trình phân huỷ metan có cơ chế chuỗi
gốc như sau:
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 13

CHCHCHCHCHCH
CHCHCHCH
HH

HHH
22
2
22
2
33
2
2
2
3
2
4
2:22 

Các gốc CH có thể trùng hợp
n(CH ) → C
n
H
2n

n(CH ) → C
n
H
n-m
+ 0,5mH
2

Trong hỗn hợp sản phẩm khí thu được ngoài những parafin và olefin thấp còn
có một lượng không lớn bezen, hydrocacbon, nhóm axetylen- metyl axetylen CH
3

- C
CH
cũng như Vinyl axetylen CH
2
= CH - C CH và diaxetylen CH C - C CH.
b. Động học quá trình nhiệt phân các hydrocacbon nguyên liệu.
Quá trình phân huỷ từng hợp chất riêng biệt của hỗn hợp hydrocacbon khí được
giả thiết như sau: Quá trình phân huỷ metan là phản ứng bậc 1, tốc độ của nó có thể
thiết lập phương trình sau, thoả mãn cho đến 1500
0
C.
12
2
1
1
ln k
C
C
hayKC
dr
dc

ở đây C
1
và C
2
là nồng độ của metan vào và ra khỏi vùng phản ứng. (tính bằng phần
mol);
2
-

2
: thời gian phản ứng (giây)
Hằng số tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình:
T
kvµ
T
k
700,25
230,11lg
352,17
864,11lg

Phương trình tốc độ phân huỷ etan như sau:
62
62
HC
HC
Ck
dT
dC

Bảng 1: Giá trị hằng số tốc độ k ở các nhiệt độ.
Thời gian tiếp xúc (giây)
Hằng số tốc độ
ở 750
0
c và 1 atm

0,38
1,74

2,90
0,50
13,10
0,13
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 14

ở 1700
0
c và 0,07 atm

0,28.10
-3
7800
0,41.10
-3

9550
0,88.10
-3

5850

Etylen ở 600
0
C chưa phân huỷ tạo thành axetylen. Bắt đầu từ 800
0
C thì axetylen

là sản phẩm chính của quá trình phân huỷ etylen. Khi tăng nhiệt độ tốc độ phân huỷ
etylen và mức độ chuyển hoá thành axetylen tăng lên. Khi nhiệt độ cao hơn 1000
0
C,
với thời
gian tiếp xúc cở mili giây sẽ tạo thành một lượng muội cacbon đáng kể. Giảm áp suất
và pha lỏng hỗn hợp phản ứng sẽ làm chậm tốc độ phân huỷ và polime hoá etylen,
nâng cao hiệu suất axetylen.
Nhiệt phân propan xảy ra theo phương trình bậc 1.
83
83
HC
HC
C.k
dT
dC

và giá trị hằng số tốc độ được tính theo phương trình.
RT3,2
300,63
46,13klg

Phù hợp với số liệu thực nghiệm đối với nhiệt độ trên 700
0
C.
Sự phân huỷ propan xảy ra theo hai hướng cơ bản sau:
C
3
H
8

↔ C
2
H
4
+ CH
4

C
3
H
8
↔ C
3
H
6
+ H
2

Propylen được tạo thành trong điều kiện phản ứng cũng bị phân huỷ thành etylen
và metan. Nhiệt độ của quá trình có ảnh hưởng rõ rệt đến thành phần sản phẩm: ở
600 700
0
C người ta nhận được etylen và propylen với tỷ lệ 1:1; ở nhiệt độ cao hơn
1000
0
C nhận được axetylen với hiệu suất lớn do phân huỷ etylen và propan.Do vậy
axetylen nhận được khi nhiệt phân propan là do quá trình phân huỷ các sản phẩm bậc
nhất như etylen và propylen
c. Động học tạo thành và phân huỷ axetylen.
Ở nhiệt cao, axetylen được tạo thành sẽ tiếp tục bị phân huỷ và tham gia vào các

phản ứng phụ khác như polyme hoá, tạo muội cacbon làm giảm hiệu suất axetylen.
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 15

Để đạt được độ chuyển hoá cao thì yêu cầu nhiệt độ cao hơn (gần 1700
0
C) và
thời gian phản ứng nhỏ hơn (cỡ phần mười mili giây). Ví dụ ở 1700 1800
0
C và thời
gian phản ứng là 0,1 0,5 mili giây, độ chuyển hoá khoảng từ 60 đến 80%. Hiệu suất
axetylen tăng khi tăng nhiệt độ và giảm thời gian phản ứng như kết quả nhận được trên
hình 7.
Như vậy tồn tại thời gian phản ứng thích hợp tại một nhiệt độ phản ứng nhất định
cho phép đạt được hiệu suất axetylen là cực đại. Phản ứng tạo thành axetylen khi nhiệt
phân metan là phản ứng bậc 1.
)kk(C
d
dc
vµe.CoC
21
kk
21

Trong đó k1 là hằng số tốc độ tạo thành axetylen, k
2
là hằng số tốc độ phân huỷ
metan thành C và H

2
.








Lượng metan biến đổi thành axetylen được tính như sau:
21
kk
21
1
21
1
e1
kk2
k.Co
kk
k
CCo
2
1
'C

Nhưng thực tế lượng axetylen nhận được nhỏ hơn lượng metan chuyển hoá thành
vì xảy ra phản ứng phân huỷ axetylen.
'c.k

d
'dc
vµe.'C"C
3
k
3

Từ đó:
C
21
kk
21
1
e1
kk2
k.Co
''
c
-k3

Với k3 là hằng số tốc độ phân huỷ axetylen thành C và H
2

Nồng độ cực đại của axetylen ở thời gian phản ứng thích hợp.
Hình 1: Đồ thị phụ thuộc độ chuyển hóa metan vào nhiệt độ và
thời gian phản ứng
1200

1400

1600 Nhiệt độ phản ứng,
o
C
Độ chuyển hóa,%






















100
75
50
25

0
0,2 0,1 0,005 0,004 Thời gian phản ứng, giây
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 16

3
321
21
max
k
kkk
ln
kk
1
C

Hiệu suất cracking hiệu dụng (tức là mức độ biến đổi metan đến axetylen).
3
k
21
1
0
e.
kk
k
cc
"c2
Khi = 0 th× = 100%

Ở nhiệt độ từ 1200 đến 1500
0
C, tốc độ phân huỷ axetylen nhỏ hơn đáng kể so với
tốc độ tạo thành nó và đó chính là yếu tố động học cơ bản cho phép nhận axetylen. Khi
giảm áp suất tỷ số này tăng lên, cụ thể khi giảm áp suất từ 0,197 xuống 0,039 atm tỷ số
tốc độ tạo thành và phân huỷ axetylen tăng lên 3 lần. Các quá trình nhiệt phân metan
đến axetylen có thể xem như tập hợp các phản ứng phân huỷ metan, etan, etylen và
axetylen.
2CH
4
↔ C
2
H
6
+ H
2
k
1
= 4,5.10
13
e
- 9100/RT

C
2
H
6
↔ C
2
H

4
+ H
2
k
2
= 9.10
13
e
- 69/RT
C
2
H
4
↔ C
2
H
2
+ H
2
k
3
= 2,57.10
8
e
- 40/RT

C
2
H
2

↔ 2C + H
2
k
4
= 1,7.10
6
e
- 3000/RT
Hình 2:Đồ thị phụ thuộc hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ
Từ đồ thị thấy rằng, trong khoảng nhiệt độ 1500 2500
0
C hằng số tốc độ phân
huỷ etan k
2
lớn hơn 3 lần hằng số tạo thành k1 ( nghĩa là k
2
>k
1
). Vì vậy trong thực tế
nhiệt phân metan nồng độ etan nhận được rất nhỏ, và ngay cả nhiệt độ cao nồng độ của
etan
trong sản phẩm cũng không cao.





Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 17






Hình 3: Đồ thị hiệu suất sản phẩm axetylen phụ thuộc thời gian phản ứng ở nhiệt độ
1900
0
C
Trên hình 7: đưa ra quá trình tính toán độ chuyển hoá của metan thành axetylen và
mức độ phân huỷ axetylen ở nhiệt độ 1900
0
C theo các phản ứng.
2CH
4
↔C
2
H
2
+ 3H
2

C
2
H
2
↔2C + H
2

Sự Phụ thuộc của độ chuyển hoá vào hằng số tốc độ và thời gian phản ứng ?
được biểu diễn bằng phương trình.
41
kk
14
1
ee.
kk
k

Từ đó xác định được độ chuyển hoá cực đại metan thành axetylen ?max và thời
gian thích hợp
po
là:
1r/ln1r/lnr
max
ee
r1
1

k.1r
rln
OP

Trong đó: r = k
4
/k
1
, với k là hằng số tốc độ chuyển hoá etan thành axetylen.

Trong điều kiện sản xuất, để hạn chế các phản ứng phân huỷ, polime hoá các sản
phẩm, người ta thực hiện quá trình "tôi" sản phẩm bằng cách tưới trực tiếp nước vào
sản phẩm. Khi đó có thể xảy ra phản ứng axetylen và hơi nước.
C
2
H
2
+ 2H
2
O ↔ 2CO + 3H
2

Tốc độ phản ứng này thường không lớn và khi có sự giảm đột ngột nhiệt độ khi
"tôi" phản ứng này thực tế không xảy ra.
Trong điều kiện của quá trình không những chỉ phân huỷ C và H
2
mà còn tạo
thành các hợp chất không no khác nhau. Vì thế trong hỗn hợp khí nhiệt phân còn có cả
H
2
, metan, etylen, vinyl axetylen, benzen
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 18

2.2.2. Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất axetylen
Nguyên liệu để sản xuất axetylen có thể sử dụng các hydrocacbon ở dạng khí
hoặc lỏng hoặc hỗn hợp của chúng. Tuy nhiên thành phần hoá học của nguyên liệu là
một yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất các sản phẩm chính của quá trình

(axetylen và etylen ). Kết quả tốt nhất nhận được khi nhiệt phân n-parafin, đồng thời
nhiệt phản ứng phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng phân tử của hydrocacbon nguyên
liệu. Ví dụ:
2CH
4
↔C
2
H
2
+3H
2
∆H
298
= +89,97 kcal/mol
C
2
H
6
↔C
2
H
2
+2H
2
∆H
298
= +71,4 kcal/mol
2C
3
H

8
↔3C
2
H
2
+5H
2
∆H
298
= +70,9 kcal/mol
C
4
H
10
↔2C
2
H
2
+ 3H
2
∆H
298
= 69,3 kcal/mol
Như vậy từ các phương trình phản ứng cho thấy phản ứng tạo axetylen từ metan
đến butan có khả năng xảy ra, trong đó nhiệt phân metan tốn nhiều năng lượng hơn cả.
Nhiệt phân izo - parafin và naphta cho hiệu suất cao.
Nguyên liệu kém hiệu quả nhất là hydrocacbon thơm, khi phân huỷ, lượng
axetylen nhận được không đáng kể mà lại tạo nhiều cốc, nhựa.
Metan nhiệt phân ở nhiệt độ cao nhất, thường là hơn 1400
0

C và thời gian lưu của
nó trong vùng phản ứng là nhỏ nhất (nhỏ hơn 0,01 giây). Quá trình chuyển hoá metan
ở áp suất dư từ 0,1 đến 0,2 atm xảy ra tới độ sâu phân huỷ là 30 % và nồng độ axetylen
trong khí đạt được vào khoảng 10% thể tích.
Etan là nguyên liệu tiện lợi để sản xuất axetylen. Nếu nhiệt phân ở nhiệt độ cao
vừa phải, nó là nguyên liệu tốt nhất để nhận etylen, ở nhiệt độ cao, hiệu suất axetylen
từ nguyên liệu là etan cũng rất lớn. Với điều kiện quá trình thực hiện ở nhiệt độ
1400
0
C và áp suất 0,065 atm, thời gian tiếp xúc 0,05 giây, hiệu suất axetylen đạt được
cực đại 17% thể tích.
Propan và butan cũng như các parafin nặng hơn cũng được sử dụng để sản xuất
axetylen, đồng thời nhận được etylen và các olefin khác.
Độ chuyển hoá tổng cộng (còn gọi là hệ số nhiệt phân tổng cộng) và độ chuyển
hoá đến axetylen (còn gọi là hệ số nhiệt phân hữu ích) được định nghĩa như sau:
Q =
Tổng số mol axetylen và olefin
Tổng số mol nguyên liệu

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 19




Ngoài ra để đặc trưng cho quá trình người ta còn dùng đại lượng độ sâu phân huỷ
nguyên liệu ban đầu đến các chất đơn giản (C, H
2

). Thông thường người ta phán đoán
độ sâu phân huỷ theo tỷ trọng của khí sản phẩm vì nó là đại lượng tỉ lệ nghịch với độ
sâu phân huỷ.

2.3 Các công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và hydrocacbon
Để sản xuất axetylen người ta dùng phản ứng nhiệt phân hydrocacbon ở nhiệt độ
cao. Tuỳ theo cách cấp nhiệt để thực hiện phản ứng nhiệt phân hydrocacbon thành
axetylen mà người ta chia thành nhóm các phương pháp sau:
Quá trình nhiệt điện
Quá trình oxy hoá không hoàn toàn
2.3.1. Quá trình nhiệt điện
Bản chất của quá trình là sự phóng điện trong môi trường hydrocacbon khí, sẽ
xảy ra sự đốt nóng cục bộ hỗn hợp khí và cắt mạch là các phân tử của nó thành các gốc
tự do, tái hợp các gốc tự do này dẫn tới tạo thành axetylen và các đồng đẳng của nó,
mội cacbon, hydro và các hydrocacbon cao hơn.
Quá trình nhiệt điện có những ưu điểm sau:
- Nguồn năng lượng cho quá trình không phụ thuộc vào nguyên liệu hydrocacbon.
- Tiêu hao hydrocacbon có thể giảm đến 50%
- Với điều kiện năng lượng điện có sẵn và rẻ thì sử dụng quá trình này kinh tế hơn.
2.3.2 Quá trình oxy hoá không hoàn toàn
Trong quá trình này một phần nguyên liệu được đốt cháy đến nhiệt độ phản ứng
và cấp nhiệt cho phản ứng. Các nguyên liệu có chứa cacbon như metan, etan, LNG,
LPG, naphta, gasoil, ngay cả than hoặc cốc có thể sử dụng để sản xuất axetylen bằng
nhóm các phương pháp nhiệt phân này.
Trong quá trình oxy hoá không hoàn toàn, nguyên liệu được trộn với oxy, sau khi
gia nhiệt sơ bộ được đưa vào lò phản ứng. Hỗn hợp sau phản ứng được làm nguội
nhanh (quá trình ''tôi'') bằng nước hoặc dầu.''Tôi'' bằng nước đơn giản dễ thực hiện,
X =
Số mol axetylen
Tổng số mol nguyên liệu

Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 20

''tôi'' bằng dầu hiệu quả hơn. Người ta có thể sử dụng các hydrocacbon lỏng để làm
nguội, nhờ đó có thể tăng lượng etylen và axetylen được tạo thành trong khoảng nhiệt
độ 1500÷800
0
C. Quá trình này được gọi là quá trình hai bước.
Cấu trúc lò đốt rất quan trọng, cần đảm bảo các yêu cầu công nghệ. Thời gian lưu
trong vùng phản ứng phải rất ngắn. Hỗn hợp phản ứng phải được phân bố đồng đều.
Tốc độ dòng khí phải cố định trong quá trình phản ứng để đạt hiệu suất phản ứng cao,
tránh hiện tượng cháy kích nổ và tạo cốc.
Hình 4. Lò phản ứng oxy hoá không hoàn toàn của BASF
Lò đốt gồm những tấm thép được làm nguội bằng nước và có rất nhiều khe nhỏ
để hỗn hợp khí đi qua. Tốc độ dòng khí luôn luôn lớn hơn tốc độ lan truyền ngọn lửa
vì vậy ngọn lửa bên dưới lò đốt không thể đốt ngược trở lại thiệt bị khuếch tán. Phía
dưới lò đốt có đường ống bổ sung thêm oxy cho hỗn hợp phản ứng. Trong điều kiện
không thuận lợi ngọn lửa có thể xuất hiện phía trên lò đốt. Trong trường hợp này phải
ngắt ngay dòng oxy
và thổi Nitơ vào. Nitơ dập tắt sự cháy kích nổ trước khí gây ra sự cố cho thiết bị.
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 21

Hỗn hợp khí có nhiệt độ cao ở trong vùng phản ứng trong khoảng vài miligiây,
sau đó đi qua vùng tôi, tại đó có phun nước hoặc dầu làm mát đến nhiệt độ 80
o

C (đối
với nước) hoặc 200÷ 250
o
C (đối với dầu). Tác nhân dùng để tôi hỗn hợp sau phản ứng
được dẫn vào từ hệ thống gồm 3 ống vòng đặt ngay phía dưới tầng phản ứng.













Hình 5. Sơ đồ công nghệ sản xuất axetylen với quá trình “tôi” bằng nƣớc
1. Thiết bị gia nhiệt; 2. Thiết bị phản ứng; 3. Tháp làm lạnh;
4. Thiết bị lọc điện; 5. Thiết bị thu hồi muội; 6. Thiết bị làm lạnh.
Trong công nghệ có ''tôi'' bằng nước, nguyên liệu khí oxy và metan được đưa qua
thiết bị gia nhiệt 1 đạt nhiệt độ cần thiết khoảng 600 700
0
C. Sau đó đưa vào thiết bị
phản ứng 2, tại đây xảy ra quá trình oxy hoá tạo thành axetylen. Hỗn hợp sau phản ứng
được làm sạch nhanh bằng nước đến nhiệt độ 80 90
0
C, sau đó hỗn hợp được đưa qua
tháp làm lạnh 3 để tiếp tục làm lạnh, tách muội cacbon và bụi cơ học. Thiết bị lọc điện

4 lắp sau đó cho phép tách triệt để hơn muội cacbon và bụi cơ học. Khí sạch nhận
được từ đỉnh cột làm lạnh có nhiệt độ 30
0
C được đưa qua máy nén sang bộ phận tinh
chế thu sản phẩm axetylen. Muội cacbon được thu hồi nhờ bộ phận lắng gạn 5 và được
đưa vào lò đốt. Thiết bị làm lạnh 6 có tác dụng làm lạnh nước và bơm vận chuyển tuần
hoàn lượng nước đưa vào "tôi" hỗn hợp sau phản ứng.
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 22

Ưu điểm của công nghệ theo sơ đồ này là có thể thu được axetylen với hiệu suất
cao và được làm sạch triệt để muội cacbon. Tuy nhiên cần phải bơm một lượng lớn
nước để "tôi" sản phẩm phản ứng, không tận dụng được nhiệt của phản ứng.
Ưu điểm của sơ đồ công nghệ này là tận dụng nhiệt của phản ứng để phân huỷ
cặn dầu, sản phẩm của quá trình phân huỷ cặn dầu chủ yếu BTX.
hược điểm của sơ đồ công nghệ này là axetylen nhận được có độ tinh khiết
không cao so với phương pháp “ tôi “ bằng nước, hiệu suất sản phẩm không cao vì làm
lạnh không triệt để .
2.3.3 Phƣơng pháp tách axetylen ra khỏi hỗn hợp khí nhiệt phân
Khí sau khi nhiệt phân có thành phần axetylen thấp và lượng tạp chất cao nên
không sử dụng ngay được, ta cần phải tách axetylen ra khỏi hỗn hợp.
Có nhiều phương pháp tách khác nhau như hấp thụ bằng nước, bằng dung môi
chọn lọc (dimetyl formamid, N-metyl Pyrolidon ) bằng dung môi nhiệt độ thấp
(metanol, amoniac, kerosen ) và bằng than hoạt tính ở dạng chuyển động hoặc ở dạng
tầng chặt.
Hiện nay có hơn 70% dây chuyền công nghệ sử dụng phương pháp dùng dung
môi chọn lọc. Phổ biến thứ hai là phương pháp dùng dung môi nhiệt độ thấp, sau đó
đến phương pháp hấp thụ bằng than hoạt tính. Phương pháp hấp thụ bằng nước ít được

sử dụng nhất do giá thành quá cao.
Dung môi chọn lọc trong công nghiệp chủ yếu là N-metyl Pyrolidon: N-metyl
Pyrolidon được điều chế từ butylrolacton và metylamin theo phương trình phản ứng.
CH
2
O
CH
2
CH
2
CH
2
+
CH
3
NH
2
CH
2
N
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3

Ở nhiệt độ thường nó là một chất lỏng cháy được, không màu và có mùi đặc

trưng, các hằng số quan trọng của nó bao gồm:
Tỷ trọng d
H
25
:1,03
Độ nhớt ở 20
0
C cm
3
:1,7÷1,85
T
0
sôi ở 760mm Hg: 200÷202
0
C
T
0
nóng chảy:-24
0
C
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 23

Khối lượng riêng:1025,1Kg/m
3

2.4 So sánh các phƣơng pháp
Quá trình sản xuất axetylen từ than đá hay cụ thể là sản xuất axetylen từ

canxicacbua, là phương pháp truyền thống và hiện nay vẫn là nguồn cung cấp một
phần lớn lượng axetylen phục vụ thương mại.
Ưu điểm của phương pháp này là thu được axetylen đậm đặc, dễ loại bỏ tạp chất,
độ sạch cao. Ngoài ra sản suất axetylen dựa trên nguồn nguyên liệu than đá rẻ, dồi dào.
Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí năng lượng lớn cho việc thu được
CaC
2
, nhiều giai đoạn chuyển hoá nguyên liệu( CaCO
3
, CaO,CaC
2
, C
2
H
2
) và vốn đầu
tư cho sản xuất lớn. Mặt khác, việc vận chuyển nguyên vật liệu không thuận lợi, điều
kiện làm việc rất nặng nề và ô nhiễm.
Phương pháp sản xuất axetylen đi từ khí tự nhiên có ưu điểm là nguồn nguyên
liệu rẻ, dồi dào phương pháp sản xuất đơn giản, hiệu suất cao. Mặt khác, quá trình thực
hiện trong pha khí nên việc vận chuyển tự động hoá được diễn ra triệt để hơn. Sản
phẩm phụ là khí tổng hợp rất có giá trị nên có thể hạ được giá thành sản phẩm.
Nhược điểm là nhiệt độ phản ứng cao nhưng không tận dụng được nhiệt phản
ứng do đó chi phí ra nhiệt lớn. Xong nếu xét toàn diện thì phương pháp này vẫn có
tính kinh tế cao hơn các phương pháp khác.
Vì vậy, với đề tài này tôi chọn công nghệ sản xuất axetylen đi từ khí tự nhiên là
dùng công nghệ BASF – tôi bằng nước.
2.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Nguyên liệu khí tự nhiên và oxy kỹ thuật sau khi được gia nhiệt sơ bộ đến
khoảng 600

o
C được đưa vào thiết bị phản ứng. Khí tự nhiên và oxy kỹ thuật sau khi
qua vùng trộn (buồng khuếch tán) để đảm bảo cho hỗn hợp khí được trộn đồng đều,
nguyên liệu sau khi được trộn đều thì đi qua hệ thống phân phối khí (đây là hệ thống
gồm nhiều ống nhỏ có nhiệm vụ chia khí cháy thành những cụm nhỏ và tránh sự cháy
ngược trở lại của hỗn hợp) và đến vùng phản ứng. Trong vùng phản ứng một phần khí
thiên nhiên và oxy kỹ thuật cháy để tạo nhiệt độ cần thiết cho việc hình thành axetylen
(khoảng 1100 – 1500
0
C). Thời gian lưu của hỗn hợp khí nhiệt phân rất ngắn khoảng
0,005 - 0,02 giây để tránh sự phân huỷ sản phẩm. Sau đó hỗn hợp khí nhiệt phân được
tôi bằng nước đến nhiệt đô 80
o
C.
Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 24

Sau quá trình tôi một phần muội cacbon tạo thành được tách ra cùng với nước.
Sau khi tôi xong khí nhiệt phân được đưa qua bộ phận làm lạnh và tách muội (bao gồm
làm lạnh bằng nước và lọc điện).
Sau đó khí nhiệt phân được nén đến áp suất là 10at rồi cho sang quá trình tinh
chế axetylen dùng dung môi chọn lọc n-metyl Pyrolidon (đã trình bày ở phần trên). Để
tăng hiệu quả cho quá trình người ta cho dung môi và khí nhiệt phân đi ngược chiều
nhau. Phần khí tổng hợp thô được thoát ra ở đỉnh tháp khí trong dung môi được tách ra
nhiều bậc bằng cách giảm áp và tăng nhiệt độ. Dung môi chứa khí hấp phụ được đưa
sang tháp chưng phần nhẹ (làm việc ở 1,2at).
Sản phẩm Axetylen lấy ra ở sườn thiết bị phản ứng. Dung môi NMP được nhả
hấp phụ hoàn toàn ở các bậc tiếp theo là thiết bị chưng chân không. Dung môi sau khi

nhả hấp phụ được tuần' hoàn trở lại thiết bị hấp thụ. Lượng dung môi tuần hoàn được
trích liên tục 2% để tách polyme đóng bánh.















Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án công nghệ
Khoa hóa học & CNTP

GVHD: Dương Khắc Hồng 25

CHƢƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Cân bằng vật chất cho quá trình tách axetylen bằng dung môi NMP-
H
2
O.
Dây chuyền sản xuất hoạt động trong năm có 10 ngày nghỉ, sửa chữa và bảo
dưỡng 35 ngày.
Như vậy số ngày làm việc trong 1 năm là 320 ngày.

Bảng 2: Thành phần khí sau quá trình nhiệt phân
Cấu tử
% thể tích
(kg/m
3
)
C
2
H
2
8,5
1,1708
C
2
H
4

0,4
1,2644
H
2

57
0,0898
CH
4

4
0,7167
CO

25,5
1,2501
CO
2

3
1,9768
N
2

1
1,2507
C
3
H
4

0,6
0,716

Với năng suất 20.000tấn/năm axetylen tinh đòi hỏi axetylen của khí nhiệt phân là
)/(6,2243
26x24x320
1000 x 22,4 x 20000
3
hm

Năng suất trong quá trình phân tách η = 0,9 và thành phần của axetylen trong khí
nhiệt phân là 8,5% do đó lượng nhiệt phân thực tế là:
)/(1,29328

0,9x8,5
2243,6x100
3
hm

Bảng 3: Thành phần thể tích khí trong khí nhiệt phân
Cấu tử
m
3
/h
kg/h
C
2
H
2
2126,096
2489,233
C
2
H
4

110,579
139,816
H
2

19896,001
1786,661
CH

4

1066,398
764,287