luận văn công nghệ hóa học Thiết kế phân xưởng sản xuất Dimetyl ete(DME)

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Độc lập – Tù do – Hạnh phúc
********
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hó vaứ tẽn: Tõ ẹỡnh Sụn
Khoaự hóc: Hoaự dầu QN. K46 Khoa: Cõng ngheọ hoaự hóc
Ngaứnh hóc: Cõng ngheọ hửừu cụ – Hoaự dầu
1. ẹầu ủề thieỏt keỏ:
Thieỏt keỏ phãn xửụỷng saỷn xuaỏt Dimetyl ete(DME)
Naờng suaỏt 100.000 taỏn/naờm.
2. Noọi dung phần thuyeỏt minh vaứ tớnh toaựn:
*Toồng quan lyự thuyeỏt về nguyẽn lieọu vaứ saỷn phaồm
*Cõng ngheọ cuỷa quaự trỡnh toồng hụùp DME
*Tớnh toaựn cõng ngheọ
* Tớnh xãy dửùng vaứ kinh teỏ
*An toaứn lao ủoọng
3. Caực baỷn veừ(Ghi roừ caực loái baỷn veừ)
01 Dãy chuyền cõng ngheọ saỷn xuaỏt (Khoồ A
0
)
01 Thieỏt bũ chớnh (Khoồ A
1
)
01 Maởt baống phãn xửụỷng (KhoồA
0
)
4. Ngaứy giao nhieọm vú thieỏt keỏ:
5. Ngaứy hoaứn thaứnh thieỏt keỏ:
6. Giaựo viẽn hửụựng daĩn: PGS.TS Nguyeĩn Thũ Minh Hiền.
Ngaứy thaựng naờm 2006 Caựn boọ hửụựng daĩn

Chuỷ nhieọm boọ mõn (kyự vaứ ghi roừ hó
tẽn)
(kyự vaứ ghi roừ hó tẽn) PGS.TS Nguyeĩn Thũ Minh
Hiền

Keỏt quaỷ ủieồm ủaựnh giaự
Quaự trỡnh thieỏt keỏ: Sinh viẽn ủaừ hoaứn
thaứnh
ẹieồm duyeọt : Ngaứy thaựng naờm
2006
Baỷn veừ thieỏt keỏ :
Ngaứy thaựng naờm 2006
Chuỷ tũch hoọi ủồng Tõ ẹỡnh Sụn
Tô Đình Sơn 1 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 4
PHẦN 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU
I. Giới thiệu chung về DME 5
I.1. Tính chất vật lý 6
I.2. Tính chất hố học 7
I.3. Các đặc trưng của DME 7
I.4. Ứng dụng của DME 8
II. Giới thiệu khí tổng hợp 10
II.1. Tính chất của H
2
… 10
II.1.1. Tính chất vật lý …10

II.1.2. Tính chất hố học 10
II.2. Tính chất của CO 11
II.2.1. Tính chất vật lý 11
II.2.2. Tính chất hố học 11
III. Giới thiệu về methanol 12
CHƯƠNG II. SƠ LƯỢC VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ CƠNG NGHỆ
CHUYỂN HỐ KHÍ TỰ NHIÊN THÀNH KHÍ TỔNG HỢP
I. Giới thiệu về khí tự nhiên 13
II. Các phương pháp sản xuất khí tổng hợp 14
III. Cơng nghệ chuyển hố khí tự nhiên thành khí tổng hợp 14
III.1. Cơ chế của quá trình 14
III.2. Các cơng nghệ sản xuất 15
IV. Quá trình làm sạch khí tổng hợp 17
CHUONG III. CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT DME
I. Cơ sở hố lý của quá trình 18
I.1. Phương pháp cổ điển 18
I.2. Phương pháp hiện đại 19
II. Nguyên liệu tổng hợp DME 21
III. Phân tích, so sánh, lựa chọn chế độ cơng nghệ 21
Tô Đình Sơn 2 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
III.1. Sản xuất trong pha láng 22
III.2. Sản xuất trong pha khí 22
III.3. Lựa chọn xúc tác 23
III.4. Cơng nghệ sản xuất DME 24
PHẦN 2. TÍNH TỐN CÂN BẰNG CƠNG NGHỆ
CHƯƠNG I. TÍNH CHO THIẾT BỊ CHUYỂN HỐ KHÍ TỰ NHIÊN
I. Tính cân bằng cho thiết bị chuyển hố 26
II. Các số liệu cân bằng 32

CHƯƠNG II. TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHO THIẾT BỊ CHÍNH
I. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị tổng hợp DME… 33
I.1. Các phản ứng xảy ra trong thiết bị tổng hợp 33
I.2. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị tổng hợp DME 34
II. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị tổng hơp DME 36
II.1. Tính lượng nhiệt vào thiết bị phản ứng 36
II.2. Tính lượng nhiệt ra khỏi thiết bị phản ứng 39
CHƯƠNG III. TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ
I. TÝnh tốn kích thước cho thiết bị chính 42
I.1. Tính thể tích cấp xúc tác 43
I.2. Tính đường kính và chiều cao của thiết bị phản ứng 44
I.3. Tính chiều dày của thiết bị phản ứng
CHƯƠNG IV. TÍNH THIẾT BỊ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP
I. Tính thiết kế lị reforming hơi nước 50
II. Tính các thơng số của ống reforming hơi nước 51
PHẦN 3. PHẦN XÂY DỰNG
A. Chọn địa điểm
I. Những cơ sở để xác định địa điểm xây dựng ……53
II.Các yếu tố đối với địa điểm xây dựng 54
III. Đặc điểm của địa điểm xây dựng 55
B. Các nguyên tắc khi thiết kế xây dựng 56
C. Bố trí mặt bằng nhà máy 57
I. Đặc điểm của dây chuyền sản xuất 57
II. Mặt bằng của phân xưởng …57
Tô Đình Sơn 3 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
PHẦN 4. TÍNH TỐN KINH TẾ
I. Các loại chi phí 59
II. Xác định kết quả của phương án kỹ thuật 62

PHẦN 5. AN TỒN LAO ĐỘNG
I. An tồn lao động 64
II. Cơng tác vệ sinh lao động 65
KẾT LUẬN 67
MỞ ĐẦU
Để đáp ứng được những mục tiêu cơng nghiệp hĩa, hiện đại hĩa đất nước
trong thời kỳ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ như hiện nay, thì chúng ta
phải đáp ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho quá trình phát
triển cơng nghiệp và kinh tế.
Tô Đình Sơn 4 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Ngành cơng nghiệp hĩa học nĩi riêng đĩng một vai trị quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân, mà đặc biệt là ngành cơng nghiệp tổng hợp hữu cơ.
Ngành này đã tạo ra rất nhiều sản phẩm hĩa học, cũng như các nguồn nguyên
liệu, nhiên liệu đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng của cá nhân và xã hội, nhằm
thúc đẩy sự phát triển của đất nước.
Mét trong những sản phẩm quan trọng của ngành cơng nghiệp tổng hợp
hữu cơ đĩ là dimethyl ether(DME). Đây là loại sản phẩm được tổng hợp từ rất
lâu và cĩ nhiều ứng dụng trong đời sống. DME được sử dụng như là nguồn
nguyên liệu để sản xuất dimethyl sulfate, axit axetic, olefin, làm nhiên liệu phản
lực, dung mơi hữu cơ, thuốc nhuộm, tác nhân lạnh và đặc biệt là làm nhiên liệu.
Một tính năng nổi trội của DME là nĩ cĩ thể làm nhiên liệu cho động cơ, thay
thế cho nhiên liệu động cơ diezel, giảm được sự ơ nhiễm mơi trường. Theo các
chuyên gia thì trong thế kỷ XXI, DME sẽ trở thành một dạng nhiên liệu phổ
biến trên thế giới.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất DME rất phong phú, cĩ thể đi từ khí tổng
hợp, từ khí tự nhiên, từ methanol, từ dầu nặng phế thải hoặc khí metan
DME cĩ thể được sản xuất từ nhiều phương pháp khác nhau, nhưng đặc
biệt phải kế đến phương pháp tổng hợp trực tiếp DME từ khí tổng hợp. Phương

pháp này chỉ thực hiện trong những năm gần đây nhờ những thành tựu đã đạt
được trong lĩnh vực về các chất xúc tác. Đây là phương pháp rất khả thi do cĩ
được cơng nghệ tổng hợp trực tiếp của hai hãng ở Châu Âu là Topsoe Haldor và
Air Product, ngồi ra cịn cĩ cơng nghệ sản xuất của hãng JPE(Nhật), các cơng
nghệ này cĩ thể cho hiệu suất thu hồi DME cao từ nguồn nguyên liệu rất phổ
biến, cĩ khả năng đáp ứng được lượng nhu cầu DME trên thị trường.
PHẦN 1:TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHệễNG1: GIễÙI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VAỉ NGUYÊN LIỆU
l. Giụựi thieọu chung về Dimethyl ether:
Dimethyl ether(DME) laứ moọt ete beựo vaứ ủụn giaỷn nhaỏt trong caực
loái ether.DME cĩ cõng thửực phãn tửỷ laứ CH
3
-O-CH
3.
Trong moọt thụứi gian daứi DME ủửụùc saỷn xuaỏt trong cõng nghieọp
tửứ saỷn phaồm phú cuỷa quaự trỡnh saỷn xuaỏt methanol aựp suaỏt cao, trong
Tô Đình Sơn 5 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
quaự trỡnh ủoự thỡ khoaỷng 3-5% DME táo thaứnh.Về sau naứy cõng ngheọ
aựp suaỏt cao naứy ủửụùc thay theỏ baống quaự trỡnh saỷn xuaỏt thaỏp,ngoaứi
ra DME coứn coự theồ thu ủửụùc tinh khieỏt trong quaự trỡnh chửng luyeọn
methanol thõ.Trong caực phửụng phaựp saỷn xuaỏt naứy thỡ phửụng phaựp
saỷn xuaỏt cuỷa haừng Lurgi vaứ ICI tửụng ủoỏi hoaứn thieọn, noự ủửụùc thay
theỏ hầu heỏt taỏt caỷ caực phửụng phaựp saỷn xuaỏt aựp suaỏt cao keồ tửứ
naờm 1980.Trong quaự trỡnh saỷn xuaỏt methanol aựp suaỏt thaỏp vụựi caực
ủiều kieọn mềm hụn nhử: chi phí, ủầu tử,…nhửng saỷn lửụùng DME táo ra chổ
laứ moọt lửụùng raỏt nhoỷ .
Trong nhửừng naờm 1980, caực loái xuực taực ủaởt bieọt nhaốm toồng
hụùp DME ủaừ ủửụùc phaựt trieồn. Vieọõc saỷn xuaỏt DME tửứ methanol vụựi

sửù coự maởt cuỷa xuực taực axớt trong phoứng thớ nghieọm ủaừ ủửụùc bieỏt
ủeỏn trong nhiều naờm. Phần lụựn caực phửụng phaựp ủaừ ủửụùc thaỷo luaọn
dửùa trẽn caực cụ sụỷ khoa hóc. Vớ dú: caực ete beựo ủaừ ủửục táo ra bụỷi
caực quaự trỡnh gia nhieọt rửụùu vụựi sửù coự maờt cuỷa ZnCl
2
. coự moọt soỏ
loái xuực taực khaực phuứ hụùp laứ FeCl
3
, CuSO
4
, CuCl
2
, MnCl
2
, AlCl
3
,
Al
2
(SO
4
)
3
……Trong ủoự Al
2
O
3
, Al
2
O

3.
SiO
2
laứ loái xuực taực quan tróng nhaỏt
ủửụùc sửỷ dúng trong cõng nghieọp. Xuực taực naứy ủaừ ủaựp ửựng ủửụùc ủoọ
chuyeồn hoaự cuỷa nguyẽn lieọu methanol táo saỷn phaồm DME nhửng saỷn
lửụùng DME naứy vaĩn chửa ủaựp ửựng ủửụùc nhu cầu cuỷa thũ trửụứng.
Phửụng phaựp toồng hụùp trửùc tieỏp DME chổ mụựi thửùc hieọn trong
nhửừng naờm gần ủãy nhụứ nhửừng thaứnh tửùu ủát ủửụùc trong lúnh vửùc về
caực chaỏt xuực taực. Phửụng phaựp naứy cho pheựp giaỷm giaự thaứnh saỷn
xuaỏt DME vaứ khaỷ naờng sửỷ dúng DME thay theỏ cho nhiẽn lieọu truyền
thống nhử nhiẽn lieọu cho doọng cụ diezel,….seừ trụỷ thaứnh hieọn thửùc, và
trong tửụng lai noự seừ đem lái lụùi ớch ủaựng keồ cho nhiều lúnh vửùc khaực
nhau. Caực nhaứ khoa hóc đã tìm ra loái xuực tác để toồng hụùp DME tửứ khớ
toồng hụùp (H
2
vaứ CO) vaứ(H
2
vaứ CO
2
), ủãy laứ loái xuực taực lửụừng
chửực naờng CuO-ZnO-Al
2
O
3
/
γ
-Al
2
O

3
vaứ CuO-ZnO-Al
2
O
3
/NaHZSM5 xuực
taực naứy cho pheựp saỷn xuaỏt moọt lửụùng lụựn DME tửứ khớ toồng hụùp.
Tái Nhaọt Baỷn chửụng trỡnh saỷn xuaỏt DME tửứ khớ toồng hụùp vụựi
qui mõ lụựn ủaừ ủửụùc thửùc hieọn. Nhaọt Baỷn ủang gaỏp ruựt thửùc hieọn
Tô Đình Sơn 6 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
chửụng trỡnh DME nhử laứ moọt trong nhửừng giaỷi phaựp giaỷm thieồu õ
nhieĩm mõi trửụứng vaứ ủa dáng hoaự caực nguồn naờng lửụùng goựp phần
taờng cửụứng an ninh naờng lửụùng. Moọt soỏ nhaứ maựy ủaừ ủi vaứo hoát
ủoọng ủaởc bieọt laứ caực nhaứ maựy cuỷa hai haừng Topsoe Haldor vaứ JPE.
l.1. Tớnh chaỏt vaọt lớ
DME laứ moọt chaỏt khớ khõng ủoọc, khõng maứu, khõng muứi ụỷ ủiều
kieọn aựp suaỏt khớ quyeồn vaứ nhieọt ủoọ phoứng. DME coự nhieọt ủoọ sõi
-24,8
0
C nẽn trong ủiều kieọn thửụứng noự tồn tái ụỷ dáng khớ, nhửng deĩ hoaự
loỷng. Aựp suaỏt hoaự loỷng ụỷ 20
0
C laứ 0,5 Mpa, coứn ụỷ 38
0
C laứ 0,6 Mpa.
Baỷng 1. Tớnh chaỏt vaọt lớ cuỷa DME.
M
r

46,07
Nhiệt độ sôi ở 0,1 Mpa -24,8
0
C
Nhiệt độ nóng chảy ở 0,1 MPa -141
0
C
Aùp suất kết tinh 5,28 MPa(52,84bar)
Nhiệt độ kết tinh 400,29 K(127,7
0
C)
Tỷ trọng dạng tinh thể 269,9 Kg/m
3
Nhiệt cháy( dạng khí) 31,75 MJ/Kg
Nhiệt tạo thành -183 KJ/mol
Nhiệt dung riêng(-24
0
C) 2,26 KJ.Kg
-1
.K
-1
Nhiệt hoá hơi(-20
0
C) 410,2 KJ/Kg
Nhiệt độ tự bốc cháy 235
0
C
Giới hạn nổ 3÷17% thể tích trong không khí
Nhiệt độ chớp cháy -41
0

C
Tỷ trọng so với không khí 1,59
Sức căng bề mặt( dạng lỏng) 0,0125 N/m


Baỷng 2. Tớnh chaỏt khaực cuỷa DME.
Tỷ trọng (kg/m
3
) Độ hòa tan trong nước(wt%) Độ nhớt(mPa.s)
20
0
C 50
0
C 20
0
C(1bar) 20
0
C(4,8bar) Khí lỏng
668,3 668,3 5,7 36 0,0091 0,11
Tô Đình Sơn 7 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Baỷng 3. Tyỷ tróng cuỷa DME loỷng theo nhieọt ủoọ
T,
0
C 10 20 30 40 50 60 70 80
D,kg/m
3
682 666 649 631 612 593 573 552
Baỷng 4. Aựp suaỏt hụi cuỷa DME

T,
0
C -20 -10 0 10 20 50
Đo trực tiếp(Mpa) 0,124 0,184 0,266 0,375 0,512 1,149
Theotính toán(Mpa) 0,114 0,185 0,267 0,374 0,512 1,152
DME coự khaỷ naờng hoaứ tan ủửụùc hầu heỏt caực hụùp chaỏt coự cửùc
vaứ khõng cửùc vaứ ngửụùc lái, hầu heỏt caực chaỏt coự cửùc vaứ khõng coự
cửùc cuừng hoaứ tan tốt trong DME. Noự hoaứ tan tốt trong nửụực(76g trong 1
lớt nửụực tái 18
0
C)
I.2. Tính chaỏt hoaự hóc cuỷa DME
Khõng gioỏng hầu heỏt vụựi caực ete khaực, DME khõng deĩ bũ oxy hoaự,
ủoự laứ lớ do quan tróng nhaỏt cuỷa DME trong vieọc ửựng dúng trong cõng
nghieọp. Phần lụựn caực nghiẽn cửựu ủaừ chổ ra raống DME bền vửừng vụựi
oxy khõng khớ vaứ khõng táo thaứnh peroxit.
I.2.1. DME coự theồ chuyeồn ủoồi thaứnh dimethyl sulphat bụỷi SO
3
SO
3
+ CH
3
-O-CH
3
—> (CH
3
)
2
SO
4

I.2.2. Khi coự maởt cuỷa CoI
2
DME phaỷn ửựng vụựi CO vaứ H
2
O táo thaứnh
CH
3
COOH
CH
3
-O-CH
3
+ CO + H
2
O —> 2CH
3
COOH
I.2.3. Phaỷn ửựng giửừa DME vụựi H
2
S khi coự maởt cuỷa xuực taực, vớ dú
wonfram sunfit táo thaứnh dimethyl sulphat
CH
3
-O-CH
3
+ H
2
S —> CH
3
-S-CH

3
+ H
2
O
I.2.4. Tửứ dimetyl ether cuừng coự theồ táo caực hydrocacbon khõng no,
chaỳng hán nhử caực olẽfin trong sửù coự maởt cuỷa xuực taực zeolit
CH
3
-O-CH
3
—> H
2
C=CH
2
+ H
2
O
I.2.5. Caực xuực taực nghiẽn cửựu nhaốm chuyeồn ủoồi DME thaứnh
fomandehyt cuừng ủaừ ủửụùc quan tãm vaứ seừ ủửụùc thửùc hieọn

CH
3
-O-CH
3
+ O
2
—> 2CH
2
O + H
2

O
I.3. Caực ủaởc trửng cuỷa DME
Tô Đình Sơn 8 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
I.3.1. ẹoỏi vụựi mõi trửụứng
DME laứ moọt khớ chaựy, coự khaỷ naờng deĩ baột lửỷa cao, DME khi
chaựy coự theồ daọp taột baống nửụực bót, cacbondioxit, vaứ baống boọt hoaự
hóc khõ. Do ủoự nhiều thieỏt bũ cửựu hoaỷ coự theồ ủửụùc sửỷ dúng nhử class
C (ủửụùc sửỷ dúng ụỷ Chãu Aõu), Class B (ủửụùc sửỷ dúng ụỷ Myừ). Vaứ khi
baỷo quaỷn caực bỡnh ủửùng DME cần phaỷi ủửụùc laứm lánh.
Maởc dầu DME coự theồ hoaứ tan trong nửụực vaứ bũ sinh vaọt phãn
huỷy deĩ daứng, nhửng khõng ủửụùc ủeồ lửụùng lụựn hụùp chaỏt naứy ủi vaứo
heọ thoỏng nửụực thaỷi vỡ hụi cuỷa noự coự theồ táo thaứnh moọt hoĩn hụùp
noồ trẽn bề maởt nửụực.
I.3.2. Chaỏt lửụùng DME
DME trẽn thũ trửụứng ủửụùc chia laứm hai loái:
1. DME chửựa tụựi 0,05% methanol vaứ táp chaỏt; DME naứy coự muứi
roừ reọt.
2. DME coự ủoọ tinh khieỏt cao khõng chửựa S vaứ caực táp chaỏt khaực,
DME maứ khõng coự muứi vaứ ủửụùc sửỷ dúng trong cõng nghieọp sol
khí.
Metanol chửựa khõng quaự 10mg/kg theo tiẽu chuaồn naứy. ẹoọ tinh
khieỏt cuỷa DME ủửụùc kieồm ủũnh baống maựy phãn tớch GC. Lửụùng dầu
vaứ tro ủửụùc ủo baống phửụng phaựp hoaự hụi vaứ ủoỏt chaựy ủaởc bieọt
I.3.3. Lửu trửừ vaứ vaọn chuyeồn
DME thửụứng ủửụùc lửu trửừ vaứ vaọn chuyeồn dửụựi aựp suaỏt cao P
=10bar . DME coự theồ ủửụùc vaọn chuyeồn trẽn caực thuứng beồ
chửựa baống ủửụứng saột, caực xe taỷi háng naởng, caực xe container. Vaọn
chuyeồn trẽn bieồn thỡ caực thuứng chửựa naứy phaỷi ủát tiẽu chuaồn ISO.

Khi vaọn chuyeồn baống ủửụứng boọ hay ủửụứng thuyỷ thỡ ủều phaỷi
tuãn theo nguyẽn taộc: GGVS/ADR, GGVE/R1D, Class 2, no.2F; AND/ADNR
Class2, no.2F; UNno.1033; IMDG code( amendment 20-82), Class2.1, p.2052.
I.3.4. ẹoọc tớnh
DME tinh khieỏt khõng ủoọc. Nhửừng thửỷ nghieọm ủaừ chổ ra raống
tieỏp xuực vụựi DME ụỷ mõi trửụứng vụựi nồng ủoọ lẽn tụựi 20000 ppm(2%
theồ tích trong khõng khớ) qua ủửụứng hõ haỏp trong thụứi gian 8 thaựng
Tô Đình Sơn 9 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
cuừng khõng daĩn tụựi tửỷ vong. Khi tieỏp xuực DME cuừng khõng kớch ửựng
da.
I.4. ệÙng dúng cuỷa DME.
Mõt thụứi gian daứi trong cõng nghieọp chổ sửỷ dúng DME ủeồ saỷn
xuaỏt dimethyl sulphat baống caựch xửỷ lyự DME vụựi SO
3
. Dimethyl sulphat
ủửụùc sửỷ dúng laứm taực nhãn metyl hoaự. Tái Tãy Aõu naờm 1986 coự
20000 taỏn DME ủửụùc saỷn xuaỏt, trong ủoự coự 9000 taỏn DME ủửụùc
duứng saỷn xuaỏt dimethylsulphat. ẹeỏn naờm 1998 thỡ ủaừ coự 50000 ngaứn
taỏn DME ủửụùc saỷn xuaỏt vaứ coự khoaỷng 15000 taỏn ủửụùc duứng ủeồ
saỷn xuaỏt dimethyl sulphat.
DME coự theồ sửỷ dúng laứm nhiẽn lieọu phaỷn lửùc an toaứn. Khõng
ủoọc vaứ deĩ boỏc chaựy ụỷ nhieọt ủoọ thaỏp. Chớnh ủiều naứy ủaừ laứm
taờng giaự trũ thửụng mái cuỷa DME trong nhửừng naờm 1980. Trong naờm
naứy ụỷ Tãy Aõu ủaừ duứng 10000ữ11000 taỏn ủeồ laứm nhiẽn lieọu phaỷn
lửùc. Vaứ ủeỏn naờm 1998 ụỷ Tãy Âõu ủaừ duứng tụựi 35000 taỏn ủeồ laứm
nhiẽn lieọu phaỷn lửùc.
Ngaứy nay DME ủửụùc xem nhử laứ nguyẽn lieọu thay theỏ cho nguyẽn
lieọu cuỷa ủoọng cơ diezel. So vụựi nhiẽn lieọu diezel tửứ dầu moỷ thỡ DME

coự nhiều tớnh naờng vửụùt troọi hụn:
• DME coự chổ soỏ xetan cao hụn (55ữ60 so vụựi 40ữ45)
• Nhieọt ủoọ tửù baột chaựy thaỏp hụn (23,5
0
C so vụựi 25
0
C)
• DME deĩ oxy hoaự hụn, ụỷ dáng khớ noự deĩ táo hoĩn hụùp ủồng ủều
vụựi khõng khớ nẽn khi chaựy quaự trỡnh xaỷy ra hoaứn toaứn.
• Khớ thaỷi khõng gãy õ nhieĩm mõi trửụứng, khõng coự múi than, haứm
lửụùng Nitụ oxyt thaỏp hụn nhiều so vụựi tiẽu chuaồn cho pheựp. Noựi
chung khớ thaỷi tửứ ủoỏt chaựy DME khõng ủoứi hoỷi phaỷi laứm sách,
laứm giaỷm lửụùng khớ thaỷi NO
x
. Khõng gãy õ nhieĩm bụỷi Lửu
huyứnh oxyt.
Theo ủaựnh giaự cuỷa caực chuyẽn gia khi sửỷ dúng DME laứm nhiẽn
lieọu, caực phửụng tieọn giao thõng vaọn taỷi khõng gaởùp trụỷ ngái về nguyẽn
taộc naứo. Theo caực nhaứ nghiẽn cửựu Nhaọt Baỷn thỡ khi sửỷ dúng DME
Tô Đình Sơn 10 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
laứm nhiẽn lieọu cho ủoọng cụ tuoỏc bin khớ, thỡ hieọu quaỷ kinh teỏ lụựn hụn
sửỷ dúng neựn khớ.
ẹồng thụứi tửứ DME coự theồ thu ủửụùc xaờng coự chaỏt lửụùng cao qua
hai phaỷn ửựng laứ hydrat hoaự thaứnh etylen vaứ phaỷn ửựng oligome hoaự
etylen thaứnh hydrocacbon loỷng tửực laứ xaờng. Theo caực nhaứ nghiẽn cửựu
cuỷa Nga quaự trỡnh ủoự coự theồ xaỷy ra trong moọt thieỏt bũ phaỷn ửựng
hay trong hai thieỏt bũ phaỷn ửựng noỏi tieỏp nhau. Xaờng thu ủửụùc theo con
ủửụứng trẽn laứ raỏt toỏt: chổ soỏ octan 92ữ93, haứm lửụùng benzen 0,04%,

haứm lửụùng iso parafin gần 70%, hydrocacbon khõng no 1% khõng coự durol
vaứ iso durol.
Do khaỷ naờng laứm nhiẽn lieọu lớ tửụỷng nhử theỏ, nẽn hieọn nay DME
ủang ủửụùc ủầu tử vaứ trieồn vóng phatự trieồn saỷn xuaỏt ụỷ qui mõ lụựn vaứ
ủang kích thích nhửừng noồ lửùc lụựn trong nghiẽn cửựu ủeồ taờng hieọu quaỷ
sửỷ dúng vaứ sửỷ dúng, nhaỏt laứ nghiẽn cửựu vaứ xuực taực.
Ngoaứi ra DME coứn coự raỏt nhiều ửựng dúng trong cõng nghieọp ủụứi
soỏng nhử:
• DME coự theồ tan trong nửụực vaứ hoaứ tan ủửụùc nhiều chaỏt vỡ theỏ
noự ủửụùc duứng laứm dung mõi hửừu cụ.
• Phaỷn ửựng giửừa DME vụựi CO vaứ H
2
O coự theồ ủửụùc duứng saỷn
xuaỏt CH
3
COOH vụựi qui mõ lụựn. Phaỷn ửựng naứy ủửụùc thay vì
phaỷn ửựng giửaừ CH
3
OH vụựi CO vỡ noự chổ xaỷy ra qua moọt giai
ủoán. Phaỷn ửựng sửỷ dúng laứ caực kim loái nhoựm 8 thay theỏ cho
caực xuực taực axit phãn cửùc.
• Sửỷ dúng DME ủeồõỷ saỷn xuaỏt caực olefin, ủaởc bieọt trong ủoự laứ
caực etylen, propen, buten trong sửù coự maởt cuỷa xuực taực zeolit.
Sửỷ dúng xuực taực ZSM_5 vụựi sửù thay ủoồi tổ leọ SiO
2
/Al
2
O
3
.

• DME ửựng dúng trong cõng nghieọp sụn phun, trong bỡnh xũt toực,
laứm maựt khõng khớ, trong cõng nghieọp phun tửù ủoọng,trong caực
loái phun thuoỏc trửứ sãu vaứ trong saỷn xuaỏt taực nhãn dimethyl
sulphaựt tinh khieỏt cao.
Tô Đình Sơn 11 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
• DME cuừng ủửụùc sửỷ dúng trong cõng nghieọp nhuoọm vaứ caực loái
lúnh vửùc cõng nghieọp hoaự hóc khaực nhử laứ dung mõi cho quaự
trỡnh trớch li.
• DME cuừng ủửục sửỷ dung thaứnh cõng trong lúnhvửùc taực nhãn lánh.
DME ớt ủoọc vaứ coự theồ duứng thay cho freon trong maựy lánh hay
duứng ủeồ saỷn xuaỏt sol khớ. Noự khõng gãy “hieọu ửựng nhaứ kớnh”.
II. Giụựi thieọu khớ toồng hụùp (H
2
, CO)
II.1. Tớnh chaỏt cuỷa H
2
II.1.1 Tớnh chaỏt vaọt lớ
Ở ủiều kieọn thửụứng H
2
laứ caực chaỏt khớ gồm coự caực phãn tửỷ 2
nguyẽn tửỷ hidrõ. ẹoự laứ chaỏt khớ khõng maứu, khõng muứi, khõng vũ, nhé
hụn khõng khí gần 14,5 lần (d
H2/KK
=2/29). Hydro laứ khớ nhé nhaỏt so vụựi
caực khớ khaực nẽn khueỏch taựn nhanh nhaỏt. Noự laứ chaỏt khớ daĩn nhieọt
toỏt. Ở nhieọt ủoọ cao hydro coự theồ khueỏch taựn qua kim loái. Phãn tửỷ
hyủro coự momen lửụừng cửùc baống O, kớch thửụực nhoỷ,nẽn noự coự nhieọt
ủoọ noựng chaỷy ( -259.1

0
C)vaứ nhieọt ủoọ sõi ( -252.6
0
C), noự raỏt ớt tan
trong nửụực vaứ caực dung mõi hửu cụ.
II.1.2. Tớnh chaỏt hoaự hóc
a. Tính bền nhieọt cuỷa Hyủro
Phãn tửỷ Hyủro raỏt bền noự chổ baột ủầu phãn huyỷ thaứnh nguyẽn tửỷ
ụỷ nhieọt ủoọ khoaỷng 2000
0
K theo phaỷn ửựng.



423
298
=∆H
(KJ)
Ở aựp suaỏt vaứ 2000
o
K sửù phãn huỷy thaứnh phãn tửỷ ụỷ nhieọt ủoọ
naứy khoaỷng 0.1 % coứn ụỷ 5000
o
K laứ 95 %. Do tính bền nhieọt nẽn Hyủro
ớt hoát ủoọng ụỷ nhieọt ủoọ thửụứng, trửứ moọt soỏự trửụứng hụùp khi coự
maởt cuỷa xuực taực.
b. Tớnh khửỷ cuỷa Hyủro
Ở nhieọt ủoọ thửụứng vaộng maởt chaỏt xuực taực Hydro hầu nhử chổ
phaỷn ửựng vụựi Flo táo thaứnh HF. Hỗn hụùp cuứng theồ tớch Hydro vụựi Flo
noồ ngay ụỷ nhieọt ủoọ thửụứng.

Ở nhieọt ủoọ cao Hydro coự theồ chieỏm Oxy cuỷa nhiều hụùp chaỏt,
nhaỏt laứ Oxyt kim loái:
Tô Đình Sơn 12 Lớp hóa dầu
QN
H
2
2H
t
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
H
2(K)
+ CuO
(R)
—> Cu
(R)
+ H
2
O
(K)
Phaỷn ửựng khửỷ Oxyt kim loái baống Hydro thửụứng ủửụùc ủeồ ủiều
cheỏ moọt soỏ kim loái nhử Mo,W … Hydro cuừng chaựy trong khớ quyeồn
Clo táo HCl, ủãy laứ moọt phửụng phaựp ủiều cheỏ Axit Clohidrớc trong cõng
ngieọp. Hydro chổ phaỷn ửựng vụựi Brom, Iot, Lửu huyứnh ụỷ nhieọt ủoọ cao.
Phaỷn ửựng giửừa Hydro vaứ Nitụ ủửụùc duứng trong cõng nghieọp toồng
hụùp Amoniac. Phaỷn ửựng naứy thửùc hieọn ụỷ nhieọt ủoọ cao, aựp suaỏt cao
vaứ coự maởt cuỷa chaỏt xuực taực.
c.Tớnh Oxihoaự cuỷa Hydro.
Khi cho moọt doứng khớ Hydro ủi qua kim loái kiềm hoaởc kiềm thoồ ụỷ
nhieọt ủoọ cao seừ thu ủửụùc Hydrua chửựa anion H

-
2Na+ H
2
—> 2NaH ( ụỷ nhieọt ủoọ gần 400
0
C)
II.2 Tớnh chaỏt cuỷa CO
II.2.1. Tớnh chaỏt vaọt lớ
Cacbon Oxyt (CO) laứ chaỏt khớ khõng maứu,khõng muứi, khoự hoaự
loỷng ụỷ nhieọt ủoọ t
nc
=-205,1
0
C, nhieọt ủoọ sõi =-191,5
0
C tan ít trong nửụực
raỏt bền vụựi nhieọt ủoọ, chổ tham gia phaỷn ửựng ụỷ nhieọt ủoọ cao, Cacbon
Oxyt laứ chaỏt khớ ủoọc, ụỷ nhieọt ủoọ thửụứng CO ớt hoát ủoọng, caực phaỷn
ửựng ụỷ nhieọt ủoọ cao.
II.2.2 Tớnh chaỏt hoaự hóc
a.Phaỷn ửựng vụựi Oxy
Ở nhieọt ủoọ thửụứng, CO khõng phaỷn ửựng vụựi Oxy nhửng noự chaựy
trong khõng khớ ụỷ nhieọt ủoọ 700
0
C
CO
(K)
+1/2O
2
—> CO

2(K)

∆
H
0
298
=-283KJ
Phaỷn ửựng toaỷ nhieọt mánh nẽn CO ủửụùc duứng laứm nhiẽn lieọu.
b.Phaỷn ửựng vụựi Clo
Khi coự aựnh saựng cuỷa maởt trụứi vụựi than hoát tớnh xuực taực,CO
taực dúng vụựi Clo táo thaứnh Photgen COCl
2
CO + Cl
2
—> COCl
2
(coự taực dúng cuỷa aựnh saựng)
Photgen cửùc kỡ ủoọc, photgen laứ saỷn phaồm cõng nghieọp quan tróng
ủửụùc duứng ủeồ saỷn xuaỏt nhiều chaỏt võ cụ vaứ hửừu cụ.
c.Phaỷn ửựng vụựi Hydro
Tô Đình Sơn 13 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Phaỷn ửựng dửụựi sửù coự maởt cuỷa ZnO ủửụùc hoát hoaự baống Cu
ụỷ khoaỷng 250
0
C vaứ aựp suaỏt 50 atm seừ táo ra Methanol
CO + 2H
2
—> CH

3
OH (250
0
C, 50 atm)
d.Taực dúng vụựi kim loái táo thaứnh Cacbonyl kim loái
4CO + Ni—> Ni(CO)
4
(
≈
70
0
C)
Niken tetra cacbonyl Ni(CO)
4
laứ chaỏt loỷng khõng maứu, deĩbay hụi,
phãn huyỷ ụỷ nhieọt ủoọ 180
0
C cho Ni tinh khieỏt.
e.Phaỷn ửựng chuyeồn hoaự CO thaứnh CO
2
baống hụi nửụực
CO + H
2
O
⇔
CO
2
+ H
2
O

f.Phaỷn ửựng Metan hoaự
CO + 3H
2

⇔
CH
4
+ H
2
O
III.Giụựi thieọu về nguyẽn lieọu Methanol(CH
3
OH)
III.1. Tớnh chaỏt vaọt lớ cuỷa Methanol.
Methanol laứ chaỏt loỷng khõng maứu, coự muứi ủaởc trửng tửụng tửù
etanol, trung tính tan tốt trong rửụùu, este, nửụực vaứ hầu heỏt caực dung mõi
hửừu cụ khaực, noự ớt hoaứ tan trong chaỏt beựo vaứ deỷo bụỷi tớnh phãn
cửùc cuỷa noự. Ngoaứi ra, methanol coứn hoaứ tan raỏt nhiều hụùp chaỏt hửừu
cụ vaứ caực loái muoỏi khaực.
Methanol laứ chaỏt deĩ chaựy vaứ raỏt ủoọc vụựi moọt lửụùng nhoỷ
(khoaỷng 10ml) cuừng coự theồ laứm muứ maột vụựi moọt lửụùng lụựn coự
theồ daồn ủeỏn tửỷ vong.
III.2. Tớnh chaỏt hoaự hóc cuỷa Methanol.
Methanol laứ moọt rửụùu no ủụn chửực. ẹaởc trửng cho loái hụùp chaỏt
naứy laứ khaỷ naờng phaỷn ửựng ủửụùc quyeỏt ủũnh bụỷi nhoựm chửực (-
OH), caực phaỷn ửựng Methanol xaỷy ra thõng qua vieọc phãn chia moỏi liẽn
keỏt C-O vaứ O-H, maứ ủaởc trửng laứ sửù thay theỏ bụỷi (-H) hoaởc (-OH).
Vì Oxy coự ủoọ ãm ủieọn lụựn hụn Cacbon vaứ Hydro nẽn caực liẽn keỏt (C-
O) vaứ (O-H) phãn cửùc mánh về phía Oxy .
III.2.1. Tính Axit, phaỷn ửựng táo muoỏi.

Methanol lũn theồ hieọn tớnh chaỏt cuỷa moọt Axit yeỏu, noự phãn li yeỏu
hụn caỷ nửụực do goỏc akyl coự hieọu ửựng +I. Hieọu ửựng naứy laứm giaỷm
Tô Đình Sơn 14 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
sửù phãn cửùc cuỷa liẽn keỏt O-H. khi thay theỏ nguyẽn tửỷ Hydro H trong
nhoựm –CH
3
cuỷa Metanol cuừng thay ủoồi.
Methanol coự tớnh Axit yeỏu taực dúng ủửụùc vụựi kim loái kiềm vớ dú
nhử: CH
3
OH + Na—> CH
3
ONa + 1/2H
2
III.2.2. Phaỷn ửựng táo Ete vaứ Este
 Táo ete: Methanol coự theồ phãn huyỷ khi coự maởt cuỷa H
2
SO
4
ủaởc
seừ táo thaứnh ete nhử 2CH
3
OH—> CH
3
-O-CH
3
+ H
2

O (xuực taực Axit
sunphuaric)
 Táo este: Methanol phaỷn ửựng vụựi Axit cacbxylớc, xuực taực H
2
SO
4
táo este. CH
3
OH + COOH—> CH
3
COOCH
3
+ H
2
O (xuực taực H
2
SO
4
ủaởc).
III.2.3. Phaỷn ửựng táo thaứnh daĩn xuaỏt halogen
Methanol coự theồ taực dúng vụựi hydro halogen táo thaứnh metyl
halogenua.

Tô Đình Sơn 15 Lớp hóa dầu
QN
CH
3
OH + HBr CH
3
OBr + H

2
O
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
III.2.4. Phaỷn ửựng ẹehydrat hoựa táo thaứnh alken.

ẹeồ thửùc hieọn phaỷn ửựng trẽn ngửụứi ta cho hơi methanol ủi qua Al
2
O
3
nung noựng methanol vụựi axit sufuric ủaởc.
III.2.5.Phaỷn ửựng ẹehydro hoaự
Hơi methanol ủi qua coọt chửựa xuực taực ủồng(Cu) ụỷ nhieọt ủoọ 300
o
C
seừ bũ taựch hydro táo thaứnh Aldehyt.
III.2.6.Phaỷn ửựng Oxy hoaự.
Phaỷn ửựng Oxyhoựa chổ duứng trong cõng nghieọp, trong ủiều kieọn
phoứng thớ nghieọm ngửụứi ta duứng caực chaỏt oxyhoựa nhử KmnO
4
+
H
2
SO
4
hoaởc K
2
Cr
2
O
7

+ H
2
SO
4
, khi ủoự:
CHƯƠNG II: SƠ LƯỢC VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ CƠNG NGHỆ CHUYỂN
HĨA KHÍ TỰ NHIÊN THÀNH KHÍ TỔNG HỢP
I. Giới thiệu về khí tự nhiên
Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí trong lịng đất là hỗn hợp các
hydrocacbon của dãy metan gồm cĩ: Metan, etan, propan, Butan… ngồi ra trong
thành phần của khí cịn cĩ: He, N
2
, C0
2
,

H
2
S…
Metan là thành phần chính trong khí tự nhiên nĩ chiếm đến 98% theo thể
tích.Khí tự nhiên được sử dụng chủ yếu là nhiên liệu cho cơng nghiệp và đời
sống, làm nguyên liệu cho cơng nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu sản xuất
phân đạm, sản xuất etylen, methanol…
Nước ta cĩ nguồn tài nguyên khí tương đối dồi dào các mỏ như Tiền Hải,
trữ lượng khoảng 250 tỷ m
3
, má Lan Tây, Lan Đỏ cĩ trữ lượng 58 tỷ m
3
là cơ
sở cho chĩng ta phát triển cơng nghệ chế biến khí. Cũng như cung cấp nguồn

nhiên liệu cho cơng nghiệp.
Ngày nay từ khí tự nhiên người ta cĩ thể tổng hợp được hàng trăm sản
phẩm khác nhau, phục vụ đời sống con người và ngành kinh tế khác.
Tô Đình Sơn 16 Lớp hóa dầu
QN
2CH
3
OH C
2
H
2
+ 2H
2
O
CH
3
OH HCHO + H
2
CH
3
OH + ½ O
2
HCHO + H
2
O
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Ngồi metan các sản phẩm khác của quá trình chế biến khí cũng được sử
dụng cho cơng nghệ tổng hợp hố dầu như: etan dùng sản xuất etylen , PVC…
propan dùng sản xuất propylen, PVC. PP, izo butan dùng điều chế izo – buten
và cao su butyl khơng thấm khí, sản xuất LNG, LPG.

Ngồi ra, sử dụng khí tự nhiên để tổng hợp DME với quy mơ cơng nghiệp
là phương pháp ưu việt. Để tổng hợp DME từ khí tự nhiên phải qua cơng nghệ
chuyển hố khí tự nhiên thành khí tổng hợp. Khí tổng hợp là một trong các
nguồn nguyên liệu hố học quan trọng nhất hiện nay. Ban đầu khí tổng hợp chủ
yếu được dùng để tổng hợp amoni đây là một hợp chất quan trọng cĩ ứng dụng
rất lớn. Trong quá trình tổng hợp amoni các nhà bác học đã phát hiện và nghiên
cứu thành cơng quá trình tổng hợp các hợp chÊt hữu cơ chứa oxy trong đĩ cĩ
methanol.
Khí tổng hợp là hỗn hợp của cácbon monoxit (C0) và hydro (H
2
) với thành
phần rất đa dạng tuỳ theo khí tổng hợp. Từ đĩ khí tổng hợp trở thành nguồn
nguyên liệu khơng thể thiếu được trong cơng nghệ hố học.
II. Các phương pháp sản xuất khí tổng hợp
Khí tổng hợp cĩ thể sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo
nhiều phương pháp sản xuất khác nhau. Nguồn nguyên liệu để sản xuất khí tổng
hợp cĩ thể là rắn hay khí, thơng thường người ta sản xuất khí tổng hợp theo các
con đường sau.
- Đi từ than cốc
C + H
2
0 →C0 + H
2
– 28,6 Kcal
C + 2H
2
0 →C0 + 2H
2
– 19 Kcal
- Đi từ hydro cacbon

III. Cơng nghệ chuyển hố khí tự nhiên thành khí tổng hợp
III.1. Cơ chế của quá trình
Quá trình chuyển hố khí tự nhiên thành khí tổng hợp địi hỏi những yêu cầu
kỹ thuật nghiêm ngặt, tuỳ theo mục đích sử dụng khí tổng hợp mà người ta điều
chỉnh tỷ lệ các cấu tử chính của hỗn hợp cho phù hợp.
Quá trình chuyển hố khí tự nhiên thành khí tổng hợp cĩ 4 phản ứng quan
trọng sau:
+ Phản ứng chuyển hố bằng hơi nước
Tô Đình Sơn 17 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
+ Phản ứng chuyển hố một phần metan thành C0
2
+ Phản ứng oxy hĩa khơng hồn tồn metan bằng oxy
+ Phản ứng chuyển hố khơ
Phản ứng chuyển hố CH
4
bởi hơi nước tạo C0 và H
2
là phản ứng quan
trọng nhất, cho tỷ lệ C0/H
2
thích hợp với qúa trình tổng hợp DME.
III.2. Các cơng nghệ sản xuất
III.2.1. Cơng nghệ chuyển hố bằng hơi nước
Cơng nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) sử dụng dùng để sản
xuất khí tổng hợp cho nhiều quá trình tổng hợp các chất như DME, methanol,
amoniac.
Tô Đình Sơn 18 Lớp hóa dầu
QN

CH
4
+ H
2
0 C0 + 3H
2
- 206,8 KJ/mol
CH
4
+ 2H
2
0 C0 + 4H
2
- 166,3 KJ/mol
CH
4
+ 1/20
2
2C0 + 2H
2
+ 35,7 KJ/mol
CH
4
+ C0
2
2C0 + 2H
2
-246 KJ/mol
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ chuyển hố bằng hơi nước

của hãng Haldor Topsoe
1. Tháp tách lưu huỳnh
2. Tháp làm Èm
3. Tháp chuyển hố
Thuyết minh hoạt động của cơng nghệ
Khí tự nhiên được chuyển hố bằng hơi nước trên xúc tác niken đặt trong
các ống phản ứng. Thiết kế thành hàng, được đốt nĩng do bức xạ nhiệt từ thành
lị. Hệ thống đầu vào và ra được thiết kế đặc biệt để làm việc ở nhiệt độ cao,
nhiệt độ đầu vào của thiết bị chuyển hố lên tới 650
0
C nhiệt độ đầu ra là 927
0
C.
Tỷ lệ mol hơi nước trên hydrocacbon khoảng 1 3,5 tuỳ thuộc vào mục đích sử
dụng khí tổng hợp ở cơng đoạn sau.
III.2.2. Quá trình chuyển hố cĩ xúc tác autothemic reforming (ATR)
Quá trình này dựa trên cơ sở phản ứng giữa metan với oxi và hơi nước.
Tiêu biểu cho cơng nghệ này là cơng nghệ của hãng Howe Baker Engineers.
Tô Đình Sơn 19 Lớp hóa dầu
QN
1
2
3
650
0
C
H¬i n íc
KhÝ tù nhiªn
KhÝ th¶i
Nhiªn liÖu

927
0
C
KhÝ tæng hîp
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Hình
2:Sơ đồ cơng nghệ ATR của hãng Howe Baker Engineers
Thuyết minh nguyên tắc hoạt động của sơ đồ.
Nguyên liệu được gia nhiệt sơ bộ tại thiết bị gia nhiệt, tách tạp chất chứa
lưu huỳnh sau đĩ hỗn hợp với hơi nước và C0
2
tuần hồn (nếu cĩ hỗn hợp được
đưa vào thiết bị chuyển hố xúc tác, nĩ được đốt cháy tại luồng đốt ở phía trên
của thiết bị, phản ứng oxi hố một phần xảy ra tại vùng cháy, sau đĩ qua líp xúc
tác tiếp tục chuyển hố bằng hơi nước. Hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị ATR cĩ nhiệt
độ 1000 … 1100
0
C.
III.2.3. Cơng nghệ tổ hợp
Khi yêu cầu phải khống chế chặt chẽ tỷ lệ H
2
/ C0 trong khí tổng hợp hoặc
tăng áp suất đồng thời tiết kiệm oxy người ta sử dụng quá trình tổ hợp gồm cĩ
thiết bị chuyển hố sơ cấp và thứ cấp. Trong thiết bị phản ứng sơ cấp, khí tự
nhiên được chuyển hố bằng một dịng hơi nước nhỏ sau đĩ nĩ được dẫn vào thiết
Tô Đình Sơn 20 Lớp hóa dầu
QN
1
2
4 5 6

KhÝ tù nhiªn
O
2
H¬i n íc
CO
2
tuÇn hoµn (kh«ng b¾t buéc)
CO
2
thµnh phÈm
H
2
thµnh phÈm
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
bị chuyển hố thứ cấp cĩ xúc tác thực hiện tiếp quá trình chuyển hố tự nhiên nhờ
bổ xung oxy.
Ưu điểm của quá trình chuyển hố tổ hợp là áp suất cĩ thể tăng từ 3,5 – 4,5
Mpa do sự giảm cấp, dẫn đến giảm được 50% cơng suất máy nén so với quá
trình chuyển hố bằng hơi nước.
IV. Quá trình làm sạch khí tổng hợp
KhÝ tổng hợp trước khi đem đi sử dụng cần phải làm sạch cẩn thận vì các
hợp chất của lưu huỳnh, các axit làm hỏng xúc tác. Khí CH
4
, C0
2
, N
2
O Tuy
khơng ảnh hưởng tới xúc tác nhưng làm giảm áp suất riêng phần của C0 và H

2
làm giảm hiệu suất và phải tăng thể tÝch xúc tác. Do đĩ khí tổng hợp phải bảo
đảm yêu cầu:
- Lượng hợp chất chứa lưu huỳnh và axit khơng quá 0,0028 g/m
3
- Bụi khơng quá 0,04 g/m
3
Tô Đình Sơn 21 Lớp hóa dầu
QN
KhÝ tæng hîp
KhÝ tù nhiªn
H¬i n íc
ThiÕt bÞ
ph¶n øng
s¬ cÊp
ThiÕt bÞ
ph¶n øng
thø cÊp
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
- Lượng khí trơ khơng qúa 15% nếu lượng khí trơ từ 20 đến 25% thì sản
phẩm ra sẽ xấu
- Phương pháp làm sạch
Dùng nước rửa bụi và nhựa ở trạng thái tổng hợp, muốn làm sạch những
hạt bụi nhỏ phải dùng thiết bị lọc điện, sau đĩ tiến hành tách lưu huỳnh.
Thổi khí tổng hợp (cĩ chứa 100 ÷150 g H
2
S và 12 ÷15 g hợp chất hữu cơ cĩ
S trong 100m
3
khí ) qua líp Fe(0H)

3
ở nhiệt độ thường.
2 Fe(0H)
3
+ 3H
2
S → Fe
2
S
3
+ 6H
2
0
Dùng khơng khí tái sinh quặng sắt
Fe
2
S
3
+ 3/2 0
2
→ Fe
2
0
3
+ 3S
Sau đĩ làm sạch sơ bộ lượng H
2
S cịn 0,002 →0,005 g/m
3
và lượng hợp chất

lưu huỳnh hữu cơ cịn 0,1 ÷ 0,2 g/m
3
. Khí thu được đem làm sạch lần hai chủ
yếu đĨ tách lưu huỳnh hữu cơ.
Hợp chất lưu huỳnh hữu cơ cĩ trong khí tổng hợp thường là CS
2
, khi cho đi
qua lớp quặng sắt, CS
2
bị hydro hố bởi H
2
0 cĩ trong khí tổng hợp
CS
2
+ 4H
2
→ 2H
2
S + CH
4
CS
2
+ 2H
2
→ 2H
2
S + C
Ngồi ra cĩ thể dùng than hoạt tính để hấp thụ H
2
S hay etanolamin 10 ÷

15% ở nhiệt độ 30 ÷50
0
C etanolamin tạo thành với H
2
S một hợp chất khơng
bền.
CHƯƠNG III. CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT DME.
I. Cơ sở hố lý của quá trình.
Dimetyl ete(DME) cĩ cơng thức hố học là C
2
H
6
O. DME được tổng hợp từ
khí cacbon monoxit và hydro theo hai phương pháp sau:
I.1. Phương pháp cổ điển.
Con đường đơn giản nhất để sản xuất DME là đi từ methanol. Methanol cĩ
thể sản xuất từ than hay từ khí thiên nhiên qua giai đoạn sản xuất khí tổng hợp.
Trên thế giới, methanol được sản xuất lượng lớn cỡ hàng chục triệu tấn/năm.
Nước ta cũng đã cĩ dự án xây dựng cơ sở sản xuất methanol cỡ hơn 60 vạn
tấn/năm từ khí thiên nhiên. Ngày nay cơng nghệ sản xuất DME từ methanol đã
được ứng dụng trong cơng nghiệp. Xúc tác cho quá trình dehydrat hố methanol
thành DME là nhơm oxit.
Tô Đình Sơn 22 Lớp hóa dầu
QN
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Quá trình này gồm hai giai đoạn.
* Tổng hợp methanol từ khí tổng hợp trên xúc tác CuO/ZnO/Al
2
O
3

*Dehydrat rượu methanol trên xúc tác
γ
-Al
2
O
3
2CH
3
OH CH
3
-O-CH
3
+ H
2
O
I.2. .Phương pháp hiện đại
Đây là phơưng pháp tổng hợp trực tiếp cho hiệu suất chuyển hố và thu hồi
sản phẩm cao.
Quá trình tổng hợp metanol trong cơng nghiệp cĩ hiệu quả nhất là được
tiến hành trên xúc tác oxit hỗn hợp Cu-Zn-Al ở nhiệt độ khoảng 220-280
o
C và
áp suất 5-10 MPa. Khi trong lớp xúc tác cĩ mặt cả xúc tác cĩ khả năng tổng hợp
methanol và xúc tác dehydrat hố, thì methanol tạo thành cĩ thể chuyển hố tiếp
theo thành DME. Như vậy là từ khí tổng hợp, trong cùng một hệ thiết bị, trên
cùng một lớp xúc tác cĩ thể tổng hợp trực tiếp DME. Cơng nghệ tổng hợp DME
trực tiếp từ khí tổng hợp gần tương tự như cơng nghệ tổng hợp metanol, nhưng
giá thành DME thấp hơn giá thành metanol khoảng 5-10%. Phương pháp tổng
hợp trực tiếp mới này chỉ được nghiên cứu trong vịng hơn mười năm trở lại

đây, nĩ cho phép điều chế DME trực tiếp từ cacbon monoxit và hydro trên
những loại xúc tác đặc biệt. Hiện tại 2 hãng Air Product and Topsoe
Haldor(EU) và JPE(Nhật Bản) với quy trình phản ứng và cơng nghệ hiện đại
riêng của mình đang đi đầu trong phương pháp tổng hợp mới này.
Tô Đình Sơn 23 Lớp hóa dầu
QN
CO + H
2
CH
3
OH -90,77 KJ/mol
CO
2
+ 3H
2
CH
3
OH + H
2
O -49,16 KJ/mol
2CO + 4H
2
CH
3
–O–CH
3
+ H
2
O
(Topsoe Haldor)

3CO + 3H
2
CH
3
–O–CH
3
+ CO
2
(JPE)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Quá trình tổng hợp DME trực tiếp từ khí tổng hợp bao gồm 2 bước đĩ là
tổng hợp methanol và tiếp theo là dehydrat hố methanol trong cùng một thiết bị.
Thực tế cĩ 3 phản ứng xảy ra trong quá trình:
(1) Tổng hợp rượu methanol

(2) Dehydrat hố methanol
2CH
3
OH CH
3
-O-CH
3
+ H
2
O
=∆
K
H
300
-5,6(Kcal/mol)

(3) Phản ứng làm giảm lượng hơi nước
CO + H
2
O CO
2
+ H
2

=∆
K
H
300
-9,8(Kcal/mol)
Đối với từng xúc tác khác nhau thì mức độ thu hồi DME khác nhau. Hiện
nay xúc tác thường được sử dụng là: CuO-ZnO-Al
2
O
3
/
γ
-Al
2
O
3
, HTCAI,
ICCAI, và CuO-ZnO-Al
2
O
3
/NaHZSM5.

Quá trình sản xuất DME từ khí tổng hợp là quá trình giảm thể tích, toả
nhiệt nên thực hiện ở áp suất cao từ 30-500 Kg/cm
2
, nhiệt độ của quá trình từ
220-280
o
C.
Phản ứng tổng hợp DME phụ thuộc chủ yếu vào trạng thái cân bằng
trong quá trình chuyển đổi CO và tỷ lệ khí tổng hợp H
2
/CO.
Kết quả nghiên cứu tổng hợp trên xúc tác Cu/ZnO/Al
2
O
3
+ gama-Al
2
O
3
trong thiết bị lớp xúc tác cố định.
% CO chuy
Ón ho¸
2
Tû lÖ H /CO
2
0
NhiÖt ®é ( C)
2
% CO chuy
Ón ho¸

0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0
10
20
30
40
50
10
20
30
50
40
0
10
20
30
50
40
0
0
250
260 270 280
Hình 1: Tổng hợp DME trên xúc tác Cu/ZnO/Al
2
O

3
+
γ
-Al
2
O
3
trong
thiết bị lớp xúc tác cố định.
Tô Đình Sơn 24 Lớp hóa dầu
QN
2CO + 4H
2
2 CH
3
OH -43.4(Kcal/mol)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất DME
Hình(a) biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ H
2
/CO đối với độ chuyển hố của
CO và độ chọn lọc của từng sản phẩm ở cùng một nhiệt độ và áp suất phản ứng.
Trong thiết bị với lớp xúc tác cố định, điều kiện thuận lợi cho sự chuyển hố và
độ chọn lọc quan sát được là ở tỷ lệ H
2
/CO=1,5 áp suất P=3,2MPa, nhiệt độ
T=250
o
C. Với tỷ lệ H
2
/CO=1,5 độ chuyển hố của CO đạt tới 30% và độ chọn

lọc đối với DME đạt 39,5%; 9,6% đối với metanol. Đây là tỷ lệ thích hợp nhất
để tổng hợp DME từ pha khí.
Hình(1b) biểu diễn độ chuyển hố của CO theo nhiệt độ và áp suất. độ
chuyển hố của CO cĩ thể đạt tới 42% trong điều kiện phản ứng T=280
o
C,
P=5,3MPa. Như vậy độ chuyển hố của CO sẽ tăng cùng với sự tăng nhiệt độ và
áp suất phản ứng.
Mặt khác độ chuyển hố của CO cĩ điểm cực đại do giới hạn của cân bằng
hố học, nên quá trình sẽ rất khĩ cĩ thể thực hiện để độ chuyển hố của CO đạt
trên 50% và hiệu suất DME đạt trên 30% trên thiết bị xúc tác cố định.
Trong điều kiện tơng hợp DME từ khí tổng hợp, cịn xảy ra cả phản ứng
chuyển hố CO bằng hơi nước. CO là một thành phần của khÝ tổng hợp, cịn
nước là sản phẩm của các phản ứng dehydrat hố methanol, và tổng hợp
methanol. Phản ứng này cũng xảy ra trên hệ xúc tác tương tự như xúc tác tổng
hợp methanol. Phản ứng chuyển hố CO vừa tạo ra H
2
, vừa tạo ra CO
2
là những
hợp chất tham gia vào tổng hợp methanol, đồng thời loại được nước ra khỏi cân
bằng các phản ứng tổng hợp methanol và hydrat hố nĩ thành DME. Tuỳ theo
thành phần khí tổng hợp được dùng mà phản ứng chuyển hố CO cĩ vai trị khác
nhau. Tuy nhiên, phản ứng chuyển hố CO lại dẫn đến 1 tình trạng khác là tích
luỹ một lượng lớn khí CO
2
. Khi kết hợp với nhà máy sản xuất phân đạm, thì
CO
2
cĩ thể được dùng tổng hợp urê. Một khả năng khác để sử dụng lượng CO

2
dư là tiến hành phản ứng reforming CH
4
trong khí thiên nhiên. Phản ứng giữa
CH
4
và CO
2
cho phép thu được hỗn hợp khí tổng hợp với tỷ lệ H
2
:CO = 1:1.
Phản ứng này cũng xảy ra trên xúc tác Ni như các phản ứng của methanol với
hơi nước. Chính vì khả năng này đã dẫn đến ý tưởng đề xuất một cơng nghệ
tổng hợp DME trự tiếp từ khí thiên nhiên (tức là CH
4
) trong một quá trình liên
hồn thống nhất trên cùng một hay hai thiết bị cĩ chứa các xúc tác tương ứng.
Theo một cơng nghệ như vậy, khí tổng hợp được sinh ra do phản ứng giữa CO
2
Tô Đình Sơn 25 Lớp hóa dầu
QN