Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1011.44 KB, 63 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
LỜI
MỞ ĐẦU
PHẦNI
QUAN
LÝ THUYET
Etylen là chất có TỔNG
nhiều ứng
dụng
trong đời sông và trong công
Chương
I:
nghiệp hoá học, etylen được dùng
làm nguyên
liệu tổng hợp các hợp chất
hữu cơ.
GIỚI THIỆU CHUNG VE KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG.
Các câu tử
Các cấu tử
Qua các thời kỳ phát triển, đã có nhiều công nghệ sản xuât etylen
CHUNG
được I.áp GIỚI
dụngTHIỆU
với nhiều
nguyên liệu khác nhau và với mục đích khác
nhau. Tuy nhiên phương pháp sản xuất etylen từ etan là hiệu quả nhất,
việc sử dụng etan cho phép giảm đầu tư cho sản xuất etylen. Phương
hỗnhiệu
hợpsuấtcủasảnhydrocacbon
etan,
pháp Khí
nhiệt thiên
phân nhiên
từ etanlàcho
phẩm cao, ítnhư:
tiêu metan,
tôn nguyên
propan
n-butan,
CƠ2 ... Khí thiên nhiên khai thác từ các
liệu, ít tạo
cốc trêniso-butan,
bề mặt củaHthiết
2S, bị...
mỏ khí trong khí thiên nhiên thành phần chủ yếu là metan (chiếm từ 84 -T99% thể
tích).
Công
nghệkhí
sảntự xuất
từ từ
dầumột
khívàichủ
yếu CHLB
là khíNga
thiên
nhiên
đã
Thành
phần
nhiênetylen
khai thác
mỏ của
và của
Việt
được biết từ lâu, đây là nguồn nguyên liệu có sẳn. Công nghệ này cóNam.
tính
kinh tế cao, không
gây
ô nhiễm
trường
rất đồng
hợp hành
cho khai
xu thê
Bảng
2: Thành
phầnmôi
khí tự
nhiên và
và khí
tháchiện
từ
Các mỏđược
khímộtthiên
nhiên
là cáccracking
túi (%
khíthể
nằm
sâu dưới
mặt hợp
đất. chất
Khí
vài mỏ
củabằng
CHLB
Nga
tích).
nay. Etylen
sản
xuất
hơi
nước
từ các
thiên
nhiên được
hình etan,
thành propan,
trong suốt
nhiều
kỷ nguyên
và
hydrocacbon
bao gồm:
butan,
Naphtan
khí dầucủamỏtráihóađấtlỏng
(LPG)tụvàlại,
dầusau
gasoil...
tích
đó di chuyển từ nơi suất xứ tới lớp bề mặt của các mỏ
trong tầng đá xôp hoặc khe ướt của nhiều tầng địa chất hình thành nên
dầu vàSựkhí.
nhiên
thu hồi
khoan
khai
thác,vi hàng
phátKhí
triểntự gần
đâyđược
tập trung
chủbằng
yếu cách
vào việc
điều
khiển
tính
12
3
thiết thê
kế giới
lò khai
phảnthác
ứng,
sản lượng
bằngnhiên.
phương pháp cracking nhiệt
năm
khoảng
2.10 mEtylen
khí thiên
Hổlần phản
Đạiứng phụ
Rồng
Tiềnlàm nguội
độBạch
cao, sô
ít, hệ thông
Rồng nhanh.
Thành phần những cấu tử trong khí thiên nhiên thay đổi trong phạm
vi khá rộng tùy thuộc theo mỏ khí khai thác. Ngoài ra, trong thành phần
khí tự nhiên còn có các khí chua như H 2S và C02 Mặt dù lượng C02
không đáng kể trong khí tự nhiên nhưng đó là điều không mong muôn,
3: Thành
phần hóa
tự nhiên
và khí
bởi Bảng
vì khi
vận chuyển
khíhọc
tự trung
nhiênbình
đòicủa
hỏikhíchi
phí lớn,
làm giảm nhiệt
đồng
hành
được ở một vài mỏ ở Việt Nam.
cháy khí
vàkhai
gây thác
ăn mòn
đường ông vận chuyển khí.
Khí tự nhiên là nguồn chính cung cấp các nguyên liệu quan trọng
cho công nghiệp hóa dầu, đặc biệt là hóa học.
Ví dụ: ở Mỹ từ khí etan đã chế biến 40% etylen phục vụ cho sản
xuất nhựa tổng hợp, chất sản phẩm bề mặt và nhiều sản phẩm và bán
sản phẩm khác.
EMR
t
zc
Nhiệ
Apđộsuất tới
lượng
Đồ án tốt nghiệp
phân tử
°R
°K
psi
nghiệp
dầu
Thừa sô"
acentriew
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
MPa
khí Ở
nàyMỹ sẽdo là
sử dụng
một etylen
ngành
vớicông
hiệu nghiệp
quả cao phát
vào cuối
triểnnămmạnh,
60 củađóng
thế
Chương
II
kỷ
nên
xuất triển
etancủa
đã đất
tăng
24 -ỉ- 31%. ở Mỹ và canada, để vận
góptrước
đáng kể
vàosản
sự phát
nước.
GIỚI
CHƯNG
VE
ETYLEN
chuyển etan người
ta đãTHIỆU
xây dựng
hệ thông
đường
ông dẫn khổng lồ.
I. Sơ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIEN ETYLEN TRÊN THÊ GIỚI.
Ví dụ: Năm 1977 đã hoàn thành việc xây dựng đường ông dài gần
3000 km để vận chuyển etan, etylen, propan và từ miền tây sang miền
nhất,ông
có lò
khảtừnăng
phản triệu
ứng tấn/
cao
đông Etylen
Canada làvàhợp
sangchất
Mỹoleíin
(côngđơn
suấtgiản
đường
2,2-r2,4
và được
sử dụng
trong công
hoátrong
dầu công
và là nghiệp
nguồn
năm,
áp suất
làm rộng
việc rãi
là lOMpa).
Bởinghiệp
vì sử hữu
dụngcơ-etan
nguyên
liệu
hàng
đầu
cho
ngành
công
nghiệp
polyme.
Người
ta
có
thể
hóa dầu và hóa học hiệu quả và có sự cân bằng giữa sản xuất và nhu cầu
đánh giá
tổngtưhợp
dầu
etylen
nênmức
việc độ
sử phát
dụngtriển
etan của
cho công
phép nghiệp
giảm đầu
vàohữu
sản cơxuấthoá
etylen,
theongắn
tổng thời
sản gian
lượngxây
và dựng
nhu cầu
chỉ sô"
etylen
rút
các của
dây etylen
chuyềnvàcông
nghiệp
hóa(lượng
học vàetylen
hóa
tạo
thành/
1
tân
dầu
đem
chê
biến).
dầu khép kín (etylen-polyetylen, etylen-rượu etylic...). Hiệu suất etylen từ
etan là 70%, từ benzin là 27%, từ gasoil 15%.
Từ những năm 1930, ở châu âu etylen bắt đầu được thu hồi từ khí lò
cốc vàThực
những
nguồnnước
nguyên
Những
năm rằng,
50, etylen
lên như
tế nhiều
trênliệu
thế khác.
giới đã
cho thây
với trữnổilượng
dầu
một
sản
phẩm
trung
gian
và
được
ứng
dụng
rộng
rãi
trên
toàn
thế
giới,
và khí tự nhiên lớn, có thể tổ chức ở quy mô lớn, có lợi nhuận cao từ các
phổ phẩm
biến khi
u.s khí
oil và
công LNG),
ty hoácác
chấtkhíkhác
bước đầu khác
tách
sản
như:màetan,
hoámột
lỏngsô"(LPG,
hydrocacbon
và sản
từ động
các sản
phụ của
và
làm xuất
nhiênđược
liệunócho
cơ.phẩm
Do hiệu
quả quá
củatrình
nhiênchê"
liệubiến
khídầu.
và Từ
sự
đó
cùng
với
sự
phát
triển
của
công
nghiệp
dầu
khíhoá
dầu,
etylen
hoàn
quan tâm ngày càng tăng đến các sản phẩm của nó trên thị trường thế
toàn [1]
thay thê" được axetylen trong nhiều quá trình tổng hợp. Năm 1984,
giới
trên thê" giới đã sản xuất được 47.565.000 tân, còn sản lượng ở Mỹ là
17.543.000
III. CHẾtấn.
BIẾN VÀ SỬ DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN ở VIỆT NAM
Ở
Mỹ đến
etan nay
là nguồn
nguyên
liệukhai
chủ thác
yếu 6đểmỏ
tổng
hợp1 etylen
vì hình
etan
- Cho
Việt Nam
đang
dầu,
mỏ khí,
có những
phức tạp với quá trình hoạt động, ít sản
thành
4 cụmưu
khaiđiểm
thác là
dầurẻ,
khíkhông
quan trọng.
phẩm phụ. Sô" liệu đến ngày 1/4/2001 cho biết tổng công suâ"t etylen toàn
thê" giới đạt 101,5 triệu tân/ năm. Hiện nay, etylen là một trong những
- Cụm thứ
nhất
nằm ởsuất
vùng
đồng
Bắc Bộ tấn!năm)
với trữ lượng khoảng
Bảìiữ
5: Công
etylen
theobằng
khu vực(l000
3
250 tỷ m khí.
- Cụm thứ hai thuộc vùng biển cửu Long với trữ lượng 450 triệu m 3
khí phụ vụ công nghiệp cho địa phương.
- Cụm thứ ba ở vùng biển Nam Côn Sơn gồm mỏ Đại Hùng đang
khai
II. CHẾ
thácBIẾN
và cácSỬ
mỏDỤNG
khí khác.
KHÍ THIÊN NHIÊN TRÊN THẾ GIỚI [1]
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
II. TÍNH CHẤT
LÝ
HÓA
CỦA
ETYLEN
6: Các
hằng
sô vật
lý của etylen [14]
pth = 5,117(MPa)
Nhiệt tạoBảng
thành:
1. Tính chất vật lý của etylen
hướng về 3 đỉnh của một tam giác đều, hai obitan p không lai hoá còn lại
sẽ xen phủ vđi nhau hình thành một liên kết 71, mặt phẳng n với mật độ
Etylen
CH2) vềlà hai
một phía
hydrocacbon
đơn giản
có
2= đều
electron
được(CH
dàn
của liên không
kết ôno(C-C).
Tất nhất
cả các
khôi
lượng
tử M=28.052.
Ở điềuđều
kiệnnằm
thường
etylenmột
là chất
hóa
nguyên
tử c,phân
H trong
phân tử etylen
trên cùng
mặt khí,
phẳngvà
lỏng
-105°c,này
không
màu,góc
không
như không
trong
nước.
mặt ởphẳng
vuông
vớimùi,
mặthầuphẳng
n tạotannên
một
bộ khung c=c
3
4
pha khí (đktc):d = 1,2603(g/cm
) nhắc.+ Ở 100°C: 294.10'
cứng
hạn:
Etylen có nhiều trong khí dầu mỏ, trong khí hóa cốc than. Trong
khôngTâm
khí etylen
ngọn
lửa cháy
hơnlàngọn
metan.
hoạt cháy
độngvớicủa
etylen
chính
liênlửakết
đôi của nó. Etylen và
các olefin khác có khả năng tham gia phản ứng cộng phá vỡ liên kết n
rất nhanh.
độ electron
tại nôiđộđôi
thể lạnh
kết
EtylenDo
chỉmật
bị hóa
lỏng ở nhiệt
rất cao
thấp,nên
áp các
suất olefin
cao vàcó làm
hợp dễ
với các tác nhân ái điện tử (electrophyl) như các axit mạnh,
bằng
NHdàng
3. Khi so sánh etylen với parafin tương ứng ta thấy nhiệt độ sôi
các halogen
và các
oxiTính
hóa. chất
Chúng
các tác
của
etylen thấp
hơn tác
etannhân
15°c.
nàykhông
có ý phản
nghĩaứng
quanvớitrọng
đôi
nhân
nucleophyl,
tác
nhân
Grignard
và
bazơ.
[15]
với quá trình tinh chế etylen khỏi các hydrocacbon tương ứng bằng
a. Phản ứng cộng
phương pháp chưng cất phân đoạn.
Các phản ứng cộng đặc trưng nhất đôi với etylen là phản ứng cộng
Một điều đáng chú ý trong quá trình sản xuất và sử dụng etylen cần
vào liên kễt đôi. Phản ứng cộng vào nôi đôi của etylen xảy ra theo cơ
phải quan tâm tới an toàn lao động vì etylen dễ tạo với không khí, phản
chế ion, cơ chế cộng ái điện
tử (electrophyl).
v, Mpa:
nổ với không khí ứng
(/20°c,
p =0,1
Mpa
đốt cháy
tỏa nhiệt
nhiều gây nổ mạnh, nguy hiểm vì khoảng giới hạn
(% V hoặc g/cm3)
nổ rộng. Khi hít phải etylen cũng như các oleíin thấp khác sẽ gây hiện
tượng mê mang và có tác hại lâu dài về sau. Do vậy trong quá trình sản
xuất,
chuyển và bảo quản etylen cần phải chú ý đến những đặc điểm
+ Giới hạn trên:
28,6
hoặcvận
360,1
+
Tại
ts=-103,71°C:
0,102
+
-50°c
1,1
u
x
_ chậm
+
Y-X+
Tại
Giai đoạn II:
2. Tính chất hoá học của etylen
Etylcn có tât cả những tính chât hoá học như một alkcn. Trong phân
tử etylen có một liên kết n (C=C) được tạo nên từ hai nguyên tử cacbon
theo kiểu lai hóa sp 2, góc liên kết 120°, độ dài liên kết 23,14A°. Trong
mỗi cacbon có 3 obitan lai hóa sp 2 tham gia xen phủ trục với 2 obitan s
của hydro và một obitan sp của cacbon còn lại tạo thành 3 liên kết ô
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
CH2 = CH2 +
Cl2
CH2C1 - CH2C1
CH2 = CH2 +
Br2
CH2 Br- CH2Br
CH2 = CH2 +
I2
CH2I - CH2I
Etylen tác dụng với hydrohalogen tạo ra các etylhalogen tương ứng.
Khả năng phản ứng là: HI > HBr > HC1
CH2 = CH2 + HI
CH3 - CH2I
CH2 = CH2 + HC1
CH3 - CH2C1
Sự có mặt của oxy trong quá trình hydro hoá của etylen:
CH2 = CH2 + 3HC1 +-02
2
CHC1 = CC12 + 3H2Ơ
Các phản ứng alkyl hóa Friede - Crafis và các phản ứng cộng axyl
hóa tiến hành trong sự có mặt của xúc tác ionic (axit Lewis). Xúc tác này
có tác dụng phân cực hóa và ion hóa tác nhân:
CH2
= CH2 + (CH3)3CC1
(CH3)3CCH2CH2C1
CH2
= CH2 + C2H5C0C1
C2H5COCH2CH2CI
Etyĩen có thể tham gia phản ứng hydro hoá ở nhiệt độ thường dưới
áp suấtCHhydro
thấp, xúc tác bột Pt(Pd) mịn.
nhiên, điều kiện hydro
(CHTuy
2 = CH2 + (CH3)3CH
3)2CHCH(CH3)2
hoá tốt nhất của etyĩen là ở nhiệt độ 150 -ỉ- 200°c, áp suất cao có mặt xúc
tác Ni:
Xúc tác alkyl hóa Friedel - Crafis cũng có ảnh hưởng trong phản
CH2 = CH2 + H2 Ni > CH3 - CH3 AH = -30 kcal.
Để có CuCl2 ta oxy hoá CuCl trong không khí:
Etylen phản ứng cộng với halogen ở nhiệt độ thấp dicloetan với khả
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Phản ứng tổng quát:
Ọ
AH = -562kcal/ mol
298
Etylen oxy hoá cho nhiều loại sản phẩm khác nhau tuỳ thuộc vào
2CH2 = CH2 + ơ2 2CH2 - CH2 + H20 2CH2 - CH2
\/\/
o
0-0
Oxy hoá bằng KMn04 loãng và H202 có xúc tác OSO4 sẽ tạo thành
glycol:
3CH2 = CH2 + 2KMn04 + 4H20 2CH2 - CH2 + 2Mn02 + 2KOH
Etylen tác dụng với ozon, 2 liên kết 71 và 5 đều bị gãy tạo ra hợp
chất trung gian ozonic là chất không bền dễ nổ, với sự có mặt của nước
bị thủy phân tạo ra H202 và hợp chất cacbonyl.
CH2 = CH2 + O3 CH2 - CH2
CH2 - o - CH2
2HCHO
c. Phản ứng trùng hợp và telome hóa
c.
l. Phản ứng trùng hợp
Phản ứng trùng hợp là phản ứng cộng hợp chuỗi các chất nhỏ phân
tử (gọi là mônome) kết hợp lại tạo thành hợp chất cao phân tử (polyme).
Phản ứng trùng hợp được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ, áp lực,
xúc tác, góc tự do hoặc các tia năng lượng cao.
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Tùy theo bản chất, đặc điểm của monme, tùy theo điều kiện tiến
hành phản ứng, quá trình trùng hợp sẽ xảy ra theo cơ chế khác nhau, cho
polyme có cấu tạo khác nhau và hệ sô" trùng hợp khác nhau.
C.2. Phản ứng telome hoá
Một trong những dạng trùng hợp đặc biệt của etylen là phản ứng
telome hoá
nCH2= CH2 + CC14
d. Phản ứng thế
C1 (- CH2 - CH2 -)n CC13
Nguyên tử hydro đính với cacbon mang nôi đôi (hydrovinyl) bằng
liên kết c - H có năng lượng lớn hơn nhiều so với các liên kết c - H
khác (104kcal/mol).
Phản ứng thế Cl2 vào hydro trong etylen tiến hành ở nhiệt độ cao
(200-r 600°C) cho sản phẩm vinylclorua:
CH2=CH2
+ Cl2 200_6(KI"C CH2=CHC1 + HC1
Phản ứng này dùng trong công nghiệp sản xuất vinylclorua.
e. Một sô" phản ứng khác
Tác dụng của etylen với benzen có xúc tác A1 203 sẽ tạo ra
etylbenzen làm hợp chất trung gian để sản xuất ra styren:
C6H6
+ CH2=CH2 Al;°' > C6H5C2H5 ~H; > C6H5 - CH=CH2
etylbenzen
styren
Từ styren sản xuất polystyren và dùng trong sản xuất cao su tổng
hợp buna-s và etyĩen bị hâ"p thụ trong axit sunfuric 90-r 95% tạo ra hỗn
hợp etylsuníat và một lượng nhỏ dietylete. Phản ứng này dùng để tổng
hợp rượu etylic.
CH2=CH2 + H2SƠ4 ----------->C2H5OS02OH
Đồ án tốt nghiệp
như:
axeton
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
tạo phức với đồng amonido nó có độ phân cực cao hơn.
Người ta ứng dụng tính chất này để tách etylen cũng như các oleíin khác
bằng phương pháp đặc biệt dựa trên quá trình chưng cất trích ly.
3. ứng dụng của etylen
Trong công nghiệp, etylen được ứng dụng để sản xuất một sô" hợp
chẩt quan trọng như nhựa tổng hợp, oxit etylen, các chẩt hoạt động bề
mặt và nhiều sản phẩm hoặc bán sản phẩm hoá học khác. Cụ thể là [14].
1 .Polyme hoá ở áp suất cao với châ"t kích động là các peroxit để sản
xuất polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE).
2. Tác dụng với clo tạo thành 1,2 - dicloetan (C1 - CH2 - CH2 - Cl).
3. trùng hợp ở áp suất thấp dùng xúc tác Ziegler - Natta trên chất
mang oxyt kim loại để sản xuất polyetylen tỷ trọng cao(HDPE).
4.0xy hoá thành oxitetylen, peoxyetan trên xúc tác Ag.
5. Phản ứng với benzen trên xúc tác AICI3 để sản xuất etylbenzen,
sau đó dehydro hóa etylbenzen để sản xuất styren. Styren dùng để sản
xuâ"t polystyren và cao su tổng hợp Buna-S.
ó.Copolyme hoá với các olefin khác ở áp suâ"t thấp bằng xúc tác
Crom, hoặc hợp chât cơ kim của titan hoặc vanadi để sản xuât polyetylen
mạch thẳng tỷ trọng thấp (LDPE) cùng với các sản phẩm khác.
7.0xy hoá trên xúc tác PdCl2 hoặc đồng CuCl2 trong dung dịch HC1
tạo thành axetandehyt.
8. Sự hydrat hoá bằng cách sử dụng axit sunfuric hoặc axit
photphoric, tạo ra etanoĩ.
9. Phản ứng với axit axetic và oxy trong sự có mặt của xúc tác PdCl 2
tạo thành vinylaxetat (VA).
CH3CH2OH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Nguyên liệu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
1. Phương pháp cracking nhiệt
[14] m
CHƯƠNG
vào
học khả
và hoá
năng dầu
từng
loại2Hkín
(khả năng , cung
etylencấp,- rượu
các chỉ
etylic...)
tiêu kinh
bởi
2CHkhép
+2H(etylen4->C
4nguyên
2(1) liệu Polyetylen
NGUYÊN
ĐẾ
SẢN
XUẤT
ETYLEN
cóphân
tính
chịu
rất
đòi
nhiệt
độ .cao
thời etylen
gian
tế,
kĩEtan
thuật).
Theo
ước
tínhLIỆU
trêntốt,
thếphẩm
giớihỏi
hàng
năm
hơn nhất
97% vàlượng
vì khi
nhiệt
etan
chonhiệt
hiệu
suất
sản
phụ
tối thiểu
2.
Phương
pháp
oxy
dehydro
hoá
lưu
nhất
để
độ cracking
chuyển hoá
như mong muôn. Bảng 10 cho ta
đượcdài
sản
xuất
trên
quá
hơi nước.
2CH
+
H2được
(2) trình
4 - Cdựa
2H2 đạt
các môNguyên
hình để liệu
tính toán
cho quá
trìnhnhững
cracking
nguyên
là etan.
là một
trong
yếuvớitô"
quanliệu
trọng
hàng đầu ảnh
730
suất
Hiện
nay
trên
thếduy
giới,
etylen
chủhơn
yếu
được
sản
xuất
con
đường
hưởng
khả
trìbền
sản
phẩm,
đảmrấtchí
bảo
các
dự
Hầuđến
hết
mọi
phân
đoạn
dầunhiệt
mỏ,
thậm
cảtính
dầu
thô
đều
có
thể nên
sử
Do
metan
lànăng
hợp
chất
nhiều
sokhả
vớithitừ
sảncho
phẩm
cracking
nhiệt
các
hydrocacbon.
Tuy
nhiên,
phương
pháp
oxydehydro
án
đầu
tư.
Khả
năng
cung
cấp
nguyên
liệu
gặp
khó
khăn
sẽ
là
nguyên
dụngphản
làm ứng
nguyên
sảnnhiệt
xuất độetylen.
Các nghiên .Vì
cứu vậy
về phương
kinh tế pháp
cho
các
này liệu
xảy ra
rất cao(>1450°C)
hoá
từ
etan
(ODE)
thành
etylen
hiện
nay
cũng
đang
được
chú
ý
và
phát
nhân
chính
kìm
hãm
sản
xuất.
thấy phân
nếu thường
chỉ sảnít sử
xuất
etylen
thì etan
là nguồn nguyên liệu lý
nhiệt
dụng
với nguyên
liệuvà
banpropan
đầu là metan.
14,4
34,7
triển
vì
một
sô"
ưu
điểm
riêng
của
nó
so
với
phương
Bi
Mn
Oio
2
4
tưởng nhất, do hai nguồn nguyên liệu này cho hiệu suất pháp
etylennhiệt
cao phân,
và ít
đặc
biệt
là
không
tồn
tại
cốc
bám
trên
bề
mặt
thiết
bị.
Điểm
0 mâu chốt
2.
Oxy
hoá
gép
đôi
metan
[1]
sản phẩm
(30-ỉ-200
thường
Nguyênphụ.
liệu Nhưng
để sản hiện
xuất nay
etylenphân
nằm đoạn
trong naphta
một phạm
vi rấtC)rộng,
từ
của phương
pháp
nàynhất
là phải
tìm hiệu
ra những
loại xúc
tác đôi
phù cao,
hợp giá
để nâng
được
sử
dụng
nhiều
vì
cho
suất
etylen
tương
thành
etan, metan, cho đến gasoil nặng, thậm chí cả dầu thô cũng có thể sử
cao hơn
độ chuyển
hoásảncủaphẩm
nguyên
liệumàvànóđộ tạo
chọnra lọc
của propylen,
sản phẩmbutadien,
etylen.
rẻ,
cácgép
phụ(OCM)
như:
dụngQuá
làmnữa
nguyên
liệu.
những
nămlà1920
màoxy
ngành
trình
đôi Vào
metan
quá khi
trình
hoá công
khôngnghiệp
hoàn
Hơn nữa,
nhằm tránhcótạonhiều
ra cácứng
sản dụng
phẩm trong
phụ do
quátế.trình
cháy
gâyđoạn
ra
benzen,
toluen...cũng
thực
Các
phân
khai metan
thác vàđểchế
biếnđược
dầu các
mỏ hydrocacbon
chưa phát triển,
sảntrong
xuâ"tđóetylen,
ngườilà
toàn
nhận
cao để
hơn,
chủ yếu
là C0,C0
2 thì xúc tác phải có hoạt tính cao ở nhiệt thấp .
dầu
mỏ
nặng
như
kerosen,
Gasoil
nặng
sử
dụng
mộthọc
cách
hạn
ta có
nhiệthơn
phân
than
đá (quá
trìnhlợi
sảnvềđược
xuất
thu
được
cácvì sản
etan
vàthể
etylen.
Quá
trình
không
thuận
mặt cốc)
nhiệt
động
các
a)
Hệ
xúc
tác
oxyt
kim
loại
chế
do
chúng
ít
thận
lợi
để
sản
xuất
etylen
(độ
chuyển
hoá
và
hiệu
suất
phẩmtửchính
cốc,độbenzen,
toluen,
xylencao
(BTX)
lượng
olefin
phân
metanlà có
bền liên
kết C-H
hơn và
so một
vđi các
sảnnhỏ
phẩm
tạo
thấp,
khả
năng
tạo
cốc
cao).
Việc
sử
dụng
nguyên
liệu
để
sản
xuất
etylen
trong
có
etylen,
hiệu
suất
của
quá
trình
là
thấp
và
phụ
thuộc
nhiều
vào
thành (etan etyl và các hydrocacbon cao hơn). Do đó các sản phẩm đầu
Xúc
tác và
ODE
loại
này
được
biếtthành
đến CO
nhiều
nhất hiện nay, hoạt động
từngquá
loại trình
than
điềuhóa
kiệnsâu
nhiệthơn
phân.
của
oxy
tạo
x. vấn đề ở đây là phải tìm
ở
300°c,
là
hỗn
hợp
của
các
oxit
Molybden,Vanadi
Niobi.
Nb hợp,
đã
ra hệ xúc tác mới có độ hoạt tính cao và thiết bịvàphản
ứngOxit
thích
được0,30
đưa vào
nhằm suất
tăng
hoạtđộ
tính
cùng
với
chọn lọc (tớichính
90%) trong
nhằm
nâng
cao
chon
lọc
của độcác
etan
0,45
0,30 và
0,45
0,03
0,45
Ngoài
ra
đểhiệu
thu được
etylen
với một
lượng
nhỏsảncó phẩm
thể điều chếlàbằng
quáetylen,
trình sản
xuẩtchê
etylen.
và
hạn
các
sản
phẩm
oxy
hoá
sâu
hơn
tạo
ra
sản
phẩm
cách nhiệt phân các hợp chất hữu cơ, điều chế từ cacbon, từ cs2 và Hphụ
2S,
không
mong
muôn.
Người
ta
nhận
thấy
rằng
hệ
xúc
tác
Ce/
Li/
MgO
có
từ CO
và H2[9-8].
3,35
3,38
3,90
3,92
4,21
4,27
(%)
nhiềuCác
hứa loại
hẹn oxit
cho đất
phảnhiếm
ứng (Lo,Sm,Nb)
gép đôi metan
với cũng
hiệu được
suất sản
phẩmcứuc2
thường
nghiên
lên
tớiquá
19%.
trong
trình Etylen
ODE. là sản phẩm chính của quá trình và các sản phẩm c3
Trước chiến tranh thế giđi thứ nhất để sản xuâ"t etylen theo quy mô
là không đáng kể .Tuy nhiên, hiệu suất của nó bị giới hạn do độ chuyển
công nghiệp, người ta có thể hydrat hoá etanoĩ theo phương pháp Werke
kếthơi
quảetanol
cho thây
rằng xúc
xúc tác
tác A1
Ln22Ơ3
03 được
hoạt hình
hoá bằng
bằngMột
cáchsô"cho
đi qua
vô định
hoặc chất
axit
phophoric trên chất mang thích hợp ở nhiệt độ khoảng 360°, hiệu suất
chuyển hoá khoảng 85% và độ chọn lọc của sản phẩm là 92-r96%.
Phương pháp này được sử dụng trong suốt thời gian chiến tranh thế giới
Trong công nghiệp, etylen có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp
thứ nhất, cho đến năm 1955, người ta vẫn sử dụng nó như một phương
khác nhau và từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau. Giá thành và khả
pháp chính để sản xuất etylen ở Mỹ và thu được khoảng 15.000 tấn
năng cung cấp nguyên liệu, cũng như địa điểm sản xuất và quy trình
etylen [10-9].
công nghệ có ảnh hưởng đến quyết định giá thành sản phẩm. Do vậy
kết quả
trên liệu
ta thấy,
khi nhiệtpháp
độ sản
tăng xuất
thì độ
việc Qua
lựa chọn
nguyên
và phương
phụchuyển
thuộc hoá
vào của
tính
Tuy vànhiên,
cho
hiệutăng
quả
kinh
tế
caohiệu
do
etan
tăng
nhưng
hiệu
suất
sản trên
phẩm
phụ
nhanh
so
khả thi
hiệu các
quả phương
kinh của
têpháp
của
từng
phương
pháp
và hơn
yêukhông
cầuvới
của
sản
Quá
trình
oxy
hoá
(OCM)
một
trìnhdài,
có chẳng
nhiều
phải etylen
sử dụng
thời đôi
gian
làm sản
việc
của làxúc
tác quá
không
suất
làmxúc
chotác
độvàghép
chọn
lọc metan
của
phẩm
etylen
giảm.
Khi
tăng
phẩm.
hứa
hẹn
để
chuyển
hoá
trực
tiếp
từ
khí
thiên
nhiên
thành
etan
và
etylen.
hạn như
phương
pháp thì
hydrat
thì thời gian làm việc của xúc tác
lượng
hơi nước
pha loãng
hiệu hoá
suất etanoĩ
etylen tăng.
Đó
là
một
công
nghệ
khả
thi
và
có
thể
chỉ từ 10-r20 ngày và phải đi từ nguyên liệu đắtcạnh
tiền. tranh được về mặt kinh tê
I. SẢN XUẤT ETYLEN TỪ METAN
nếu hiệu suất đạt trên 25% và độ chọn lọc các sản phẩm c2 trên 60%.
Hiệu
suất
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
ra từkiện
điều
cracking
(nhiệt nhiệt
độ phản
của ứng
etan,là không
660°c, một
tỷ lệphép
C2ỈỈ6đo: 0nào
67,7 thấy
: 32,3
sự vàhình
2 là cho
tốc độcốcnạp
liệukiện
là này.
90ml/phút). Bảng 12 chỉ ra sự hoạt hóa của BaF 2 tới
thành
ở điều
mol
02
Bảng 12: QuáCO
trình ODE trên BaF2-LaOF với hàm lượng Bal72 khác nhau.
dòng
Tỷ lệ C2H6 : Ơ2 = 67,4 : 32,6
Nhiệt
độ(°C)
58014,2
Phần
mol 02
dòng
ra%
Tóm lại, sự đưa thêm BaF2 vào LaOF đã cải tiến một cách đáng kể
tính chất xúc tác của LaOF cho quá trình ODE và dẫn đến sự hình thành
của pha LaOF có chứa BaF 2. Sự tăng cường hoạt tính của các hệ thông
BaF2 - LaOF cho ODE, có thể là do sự tăng diện tích bề mặt riêng và sô"
chỗ trông của anion, trong khi sự cải tiến độ chọn lọc có thể liên quan
đến sự khuếch tán của BaF2 trong hệ thông BaF2 - LaOF.
Độ chọn lọc (%)
Độ
Hiệu
CO Độ ổn
CHđịnh
C2H
4
4 2 - LaOF khá cao, chúng có thể làm việc
của
tác
BaF
coxúc
2
trong 10 đến 16 giờ mà câu trúc chỉ bị thay đổi nhỏ.suất
660 0
8,08
21,13
68,03
34,85[14] 23,71
III. SẢN2,77
XUẤT ETYLEN
TỪ PROPAN
Qua bảng trên, ta thấy hiệu suất etylen đạt được cao nhât khi sử dụng
7,22
2,96 2 - LaOF.
20,12
69,69
40,41
28,16
xúc tác 10%BaF
Propan cũng làBảng
trong14:những
nguyên propan
liệu lý tưởng để sản xuât
Các mônguồn
hình cracking
8,19
3,11
19,05
69,65
45,50
31,69
b)
và còn
BaF2cho
- LaOF
KếtXúc
quảtácLaOF
thu được
thấy [16]
rằng phần etylen trong sản phẩm thu
8,62
3,38
18,46
69,54
50,65
35,22
đã được tạo thành bằng sự cracking nhiệt của etan. Bảng 13 chỉ ra kết
10,28
3,57
17,16
68,99
37,34
quả Các
ODEkết
vớiquả
LaOF
6% mol
BaF
ở 54,70
cácBaF
nhiệt
độ phản ứng khác nhau. Khi
nghiên
cứu
cho 2 thây
2_LaOF có hiệu quả hơn so với
680 0
BaOF trong
vai trò làm
xúc tác69,89
chuyển hoá
etan thành
etylen dưới những
9,67
4,02
16,41
57,29
40,04
700 0
13,93
6009,97
6204,43
6402,39
4,7
14,05
67,33
62,64
42,17
0,30
0,45
Đồán
án
tốtnghiệp
nghiệp
Đồ
tốt
suất(%) 1,38
0,40
1,43
0,30
0,45
0,30kếkếphân
0,45xưởng
Thiết
phân
xưởngsản
sảnxuất
xuấtetylen
etylen
Thiết
Bảng 15: Các mô hình cracking butan
1,50
1,55
1,66
1,72
0,550,4
0,55
0,40
0,55
IV. SẢN XUẤT ETYLEN TỪ BUTAN [14]
Khi cracking n- butan, độ chuyển hoá tăng làm hiệu suất tăng, hiệu
suất propan giảm, hiệu suất của các cấu tử nặng tăng cùng với độ chuyển
hoá. Tỷ lệ hơi tăng sẽ làm cho lượng metan tạo ra trên một đơn vị khôi
0,23Độ chuyển hoá
0,30 và tỷ0,29
lượng0,16
etylen 0,21
giảm.
lệ hơi 0,50
tăng sẽ làm tăng lượng
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
VI. SẢN XUẤT ETYLEN TỪ XĂNG CHƯNG CÂT TRựC TIẾP [14]
Với nguyên liệu là naphtha, có thể thay đổi thành phần và khoảng
sôi phụ thuộc vào các điều kiện chế biến. Bảng 16 đưa ra sô" liệu cho các
0,50
0,75 cất
0,50
Bảng
16: tiếp
Các0,75
mô
hình0,50
cracking
naphtha.
Xăng chưng
trực
là hỗn
hợp
của 0,75
rất nhiều cấu tử, tuỳ thuộc
vào nguồn gốc và điều kiện tinh chế, nhưng chủ yếu là n-heptan
(20,74%),
(11,71%),0,62
n-hexan0,72
(18,53%)
0,54 iso-pentan
0,53
0,63
0,71và iso-hexan (15,48%),
suâ"t(%)
iso-heptan (6,76%). Độ chuyển hoá được tính dựa vào tổng các aĩKan C5.
0,40
0,60
0,40
0,60
0,40
0,60
0,60
0,71
0,70
0,81
0,81
suất(%) 0,60
V. SẢN XUẤT ETYLEN TỪ NAPHTA [14]
Các sô" liệu naphta được tính toán ở nhiệt độ ra ở hai tỷ lệ hơi, dẫn
đến sự chuyển hoá của các C5 khác nhau. Khi nhiệt độ tăng, hiệu suất
Quá C5
trìnhvà sản
naphtha
có ưuliệu
điểmnaphtha
lớn do ởcóđây
nguồn
etylen,
cácxuât
phầnetylen
nặngtừ tăng.
Nguyên
chứa
cung
cấp khôi
dồi dào,
giá alkan
thành thấp
cho hiệu
suất và
cao,39,91%
sản phẩm
phụ tạo ra
70,4%
lượng
(30,49%
n-alkan
iso-alkan).
Nêu
lànguyên
các sản
butadien,
benzen...đươc
dụngthì
liệu phẩm
naphthaquícó như:
hàm propylen,
lượng alkan
(đặc biệt
là n-alkan) ứng
cao hơn
có thể sản xuâ"t được nhiều etylen hơn, ít c 5 và các câu tử nặng hơn ở
Đồ án tốt nghiệp
cách
làm
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
lạnh VII.
và khí được
làm khô
bằng BANG
rây phân
để tránh HƠI
sự NƯỚC
hình
SẢN XUẤT
ETYLEN
CÁCH tử
CRACKING
thành hydrat
và HYDROCACBON
đóng băng. Hydro[17]
và metan được chuyển đến cột tách
TỪ CÁC
metan (4), khí được đốt cháy hoặc tinh chế.
o
•Io
Chất thặng dư trong cột tách metan chứa nhiều C2 và các sản phẩm
nặng cung cấp cho cột tách etan (5), tại đây etylen, axetylen và etan
được tách ra khỏi tháp.
in
•I;
Axetylen được hydro hóa và tách trong máy phân tách C2, etylen
được tái chế bằng phương pháp cất phân đoạn, trong khi đó etan trong
hỗn hợp các chất lắng được tái sinh trở lại lò cracking.
Nước thải từ cột tách etan chuyển sang cột tách propan và phần tách
C3 được tách từ C4 và các hydrocacbon cao. Propylen được tách khỏi
propan bằng phương pháp cất phân đoạn. Dòng propan được tái chế sử
dụng trong lò cracking sau.
ẵ'
br
Nấu naphta được sử dụng thì sẽ có một lượng lớn các sản phẩm được
sản xuất từ naphta. Chất kết tủa từ cột tách propan được chuyển vào cột
tách butan. Tại đây hợp chất C4 được tách ra. Xăng thô được giữ lại và
tái chế các hợp chất.
-Phản ứng:
Thuyết minh sơ đồ
Dòng hydrocacbon được đốt nóng và làm loãng bằng hơi nước trước
khi cho vào bình phản ứng hình ông. Tuỳ thuộc vào nguyên liệu được
dùng mà cracking xảy ra ở nhiệt độ 750 -r 870°c dưới áp suất từng phần
và thời gian một giây. Sự có mặt của hơi nước làm giảm lượng than cốc
trong bình phản ứng hình ông. Phản ứng xảy ra trong lò phản ứng là phản
ứng thu nhiệt, phản ứng này đòi hỏi cần phải cung cấp một lượng nhiệt
Khí thoát ra được làm lạnh nhanh chóng xuống nhiệt độ 550-r 600°c
để tránh phản ứng lại lần hai. Nhiệt được sử dụng để tạo ra hơi nước áp
suất cao. Khí thô từ tháp làm lạnh (2) được nén trong hệ thông máy nén
qua nhiều giai đoạn với áp suất từ 32-r 38 bar. Sau mỗi giai đoạn, chất
lỏng được tách, khí giữ lại được xử lý bằng hỗn hợp hydroxy amin (chất
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2:
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
-Yêu cầu về nguyên liêu thô và hiệu suất nguyên liệu thô cần sản
xuất một tấn etylen:_________________________________________
IX. CẤC SẢN PHẨM PHỤ KHI SẢN XUÂT ETYLEN[14]
1) Axetylen, metylaxetylen: đươc hydro hóa thành etan, propan,
propen và tuần hoàn lại lò cracking hoặc có thể được thu hồi.
2) Hydrocacbon thơm.
3) Các olefin C4: dùng tinh chế sản xuất butadien, butylen,
isobutylen.
Thuyết minh sơ đồ.
4) Các
olefin
C5: làm
thu hồi
chế.cách đốt nóng sơ bộ áp suất cao
Rượu
etylic
được
bóchoặc
hơi tinh
bằng
trước khi chuyển qua hỗn hợp oxit nhôm hoạt tính và oxit photphoric
(H3PO4)
oxit
AI2O3
oxittrở
ZnO
trong lò phản ứng.
5) hoặc
Etan:
được
tuầnvà
hoàn
lại chứa
lò cracking.
Các phản ứng xảy ra có thể đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt và nhiệt độ
6) Dầu nhiên liệu: được dùng làm nguyên liệu.
được duy trì từ 296 -ỉ- 315°c. Nhiệt dành cho phản ứng đẳng nhiệt được
cung cấp bằng phương pháp ngưng tụ hơi nước, loại bỏ nhiệt ngầm trong
lò phản7)ứng.Hydro: được tiêu thụ hoặc bổ sung cho quá trình hydro hóa.
Sự kiểm soát được nhiệt độ chính xác sẽ giảm thiểu được việc tạo
ra các sản phẩm phụ như: axetaldehyt và các sản phẩm khác. Chất xúc
tác được tái sinh sau khi không khí và hơi nước đã bay hơi và nó được
chuyển đến quặng cacbon.
Khí từ đỉnh tháp của lò phản ứng được làm lạnh và rửa nước để rượu
etylic và axetaldehyt không phản ứng. Việc này được thực hiện bằng sự
tinh chế và pha loãng xút để hấp thụ khí CO2. Khí được làm khô, nén và
tinh chế thông qua lớp cacbon hoạt tính có thể tách C4 được.
5OH-------> (C2H5)20 + H2O
VIII.
SẢNC2H
XUẤT
ETYLEN BANG PHƯƠNG PHÁP DEHYDRO
HÓA RƯỢU ETYLIC [17]
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
-Phản ứng chủ yếu là dehydro
hóaIV
(cắt mạch).
Chương
Qn+m)H2(n+m)+2
€ CnH2n‘t" CrnĨỈ2rn
Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUÂT ETYLEN
AG = 18000 - 34.T (cal/mol)
I. Cơ SỞ LÝ HÓA CỦA QUẢ TRÌNH CRACKING VÀ NHIỆT PHÂN
AG = 0 khi T = 530°K
1.1. Tính ổn định nhiệt của hydrocacbon.
-Phản ứng dehydro hóa paraíin:
Cơ sở lý hóa của quá trình nhiệt phân dựa vào tính ổn định nhiệt
ỈỈ2m "t" H2
động của hydrocacbon. Đây C|T|H2m+2
là tính € Cchất
rất quan trọng trong việc đánh
giá những chuyển hóa có thể xảy ra của hydrocacbon khi chế biến.
m
AG = 3000 - 34.T (cal/mol)
Ở nhiệt độ thấp, độ ổn định nhiệt động của hydrocacbon thay đổi
theo dãy sau:
AG = 0 khi T = 882°K
Praíin > naphten > olefin > aren.
Hai phản ứng trên đều là các phản ứng tăng thể tích, để cân bằng
Nhưng khi nhiệt độ cao, độ bền của hydrocacbon lại theo thứ tự
ngược lại:
Trong những năm 30,
hủy hydrocacbon, mặc dù
sản phẩm ngay cả đôi với
vẫn có ích cho việc nghiên
cơ chế gốc tự do được sử dụng cho sự phân
cơ chế này không giải thích được hoàn toàn
một hợp chất đơn giản như etan, tuy nhiên nó
cứu. Quá trình cracking etan là ví dụ đơn giản
Hình 3: Ấnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi năng lượng Gibb
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
+ Đứt mạch:
Etan
*H + *H
-------» H2
(5)
*H + ‘CH3 ------------------> CH4
(6)
*H + *CH
CH3 thuộc
--------->
(7) và
Thành phần của nguyên
liệu2 -phụ
rất CH
nhiều
đến
hiệu suất
3 - CH
3
sô của
trìnhtốc
(2) cho
một vài
alkan.
thành Bảng
phần19:
củaCác
sảnhằng
phẩm.
Ta phương
thấy rằng,
độ phản
ứng
của quá trình sẽ
tăng khi giới hạn của nguyên liệu tăng. Điều này có thể giải thích bởi độ
'CH3+ 'CH2 - CH3----------> CH3 - CH2 - CH3 (8)
bền của các hydrocacbon nằm trong nguyên liệu. Nguyên liệu càng nặng
thì độ bền nhiệt càng kém và quá trình phân huỷ nhiệt càng dễ hơn. Khi
đó tốc độ phân
ra2 -nhanh.
Thực tế, etylen
cũng
như2 -một
•CH2 huỷ
- CHdiễn
CH3-------------»
CH3 - CH
CH3 sô"
(9) olefin
3 + CH
2 - CH
khác được sản xuâ"t từ các paraíin hoặc naphta. Do vậy, nên sử dụng các
phân đoạn nhẹ của quá trình chế biến dầu mỏ. Các oleíin và diolerìn còn
Kết thúc một chu kỳ phát triển, các gô"c metyl hay etyl hay nguyên
được tạo thành một phần nhỏ từ cyclopentan, metylcyclopentan và
tử hydro
mới
phải được sinh ra (2-4) để bắt đầu một chu kỳ mới. Do đó,
Propan
n-butan
cyclohexan.
tại mỗi thời điểm chuỗi mới bắt đầu, một phân tử etylen được sinh ra(3).
Phương trình (1) có thể biến đổi thành:
Các alkan mạch thẳng
1 - a và mạch nhánh khác đều bị phân huỷ theo cơ
chế gốc tương tự như etan, mặc dù phức tạp hơn. Sô" gốc tự do sinh ra và
Trong đó:
sô" phản ứng tăng nhanh theo chiều dài mạch hydrocacbon.
- gốc
Kt: hằng
tốc độ
phản được
ứng chuyển
hoá tại
độ T các quá
Cơ chê
tự dosô"
thông
thường
châ"p nhận
để nhiệt
giải thích
trình nhiệt -1:
phân
ở độ chuyển hoá thâ"p. Nếu như độ chuyển
thờihydrocacbon
gian lưu.
hoá nguyên liệu và nồng độ etylen cùng với các sản phẩm khác tăng thì
các phản ứng thứ câ"p (ngưng tụ, phân hủy tạo cô"c...) dần có một vai trò
- a: độ chuyển hoá.
đáng kể.
độ
Hằng sô" tô"c độ phản ứng bẽ gãy mạch các alkan tuân theo phương
trình:
Bảng 21: Nhiệt độ cần thiết cho 60% alkan chuyển hóa (ở t = 0,5s).
K = A.e‘âE/RT (1)
Trong đó:
III. CÁC YÊU TÔ ẢNH HƯỞNG ĐÊN QUÁ TRÌNH CRACKING
NHIỆT [14]
Trong bâ"t cứ quá trình chuyển hoá dưới tác dụng của nhiệt nào thì
hiệu suất và châ"t lượng của sản phẩm tạo thành đều phụ thuộc vào nhiều
yếu tô khác nhau, nhưng quan trọng nhâ"t là:
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Hình 4
Nhiệt độ là một yếu tô" quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu và
thành phần của sản phẩm do các phản ứng cracking thu nhiệt rất mạnh.
Cụ thể là ảnh hưởng trực tiếp lên:
Tôc độ và hằng sô cân bằng của phản ứng.
Trạng thái pha của nguyên liệu và sản phẩm.
Các phản ứng phân hủy hydrocacbon đều là các phản ứng thu nhiệt,
nên để đạt được hiệu suất cao thì điều cần thiết là phải tăng nhiệt độ.
Tuy nhiên nhiệt độ tăng cao quá sẽ làm tăng hiệu suất sản phẩm phụ.
Quy luật chung: khi tăng nhiệt độ thì sản lượng khí và cốc tăng lên,
sản lượng sản phẩm lỏng giảm.
Nếu nhiệt độ thấp, độ chuyển hóa nguyên liệu thấp, thời gian lưu
lớn, sẽ làm tăng quá trình polyme hoá, cốc hóa, ngoài ra còn làm giảm
năng suất quá trình. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng cũng tăng theo,
sản phẩm lỏng chứa nhiều hợp châ"t thơm, còn khí chủ yếu là H2 và các
Từ bảng sô" liệu 22 ta thây hiệu suâ"t etylen càng giảm khi nguyên
hydro cacbon thấp phân tử. Tăng nhiệt độ đến 750 -ỉ- 850°c sẽ dẫn đến
sản phẩm lỏng bị thơm hóa đến 85-ỉ- 95%, còn sản phẩm khí sẽ chứa ít
paraíin C2 -r C4, nhiều etylen và propylen. Tổng sản lượng olefin C2 + C4
theo nguyên liệu ban đầu đạt 60 -r 80% khôi lượng khi nhiệt phân propan
và etan.
2. Nhiệt độ
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Vì vậy, cần phải tăng nhiệt độ đến giá trị thích hợp để đạt hiệu suất
oleíin cao, đồng thời tránh được sự tạo muội than, sản phẩm cốc hóa.
Theo sô" liệu trên ta thây rằng, năng suẩt etylen đạt cao nhất tại vùng
nhiệt độ 800 + 900°c
3. Ẩnh hưởng của áp suất
Ap suất là yếu tô" ảnh hưởng đến tô"c độ phản ứng và hướng phản
ứng. Khi tăng áp suất thì nhiệt độ của sản phẩm phản ứng tăng lên. Vì
vậy áp suâ"t càng tăng thì thể tích pha lỏng càng tăng. Sự thay đổi áp suất
có ảnh hưởng đến trạng thái pha trong vùng phản ứng. Quá trình cracking
nhiệt có thể xảy ra pha hơi, pha lỏng hoặc hỗn hợp cả hai pha. Khi
cracking nhiệt ở pha hơi thì áp suất ảnh hưởng đến thành phần sản phẩm.
Khi cracking nhiệt ở pha lỏng thì sự ảnh hưởng của áp suâ"t lên quá trình
là không lớn lắm.
Do phản ứng tăng thể tích rất lớn nên để tạo thuận lợi cho quá
trình nên giảm áp suâ"t nhằm dịch chuyển cân bằng khi áp suâ"t giảm, quá
trình polyme hoá và ngưng tụ sản phẩm bị chậm lại và hiệu suất etylen
tăng lên.
Ấp suất đầu ra của ông xoắn thường có giá trị từ 200-r250Kpa.
Trong thực tê" để giảm áp suâ"t riêng phần của các hydrocacbon người ta
sử dụng hơi nước quá nhiệt phun vào lò nhiệt phân. Ngoài ra dùng hơi
nước quá nhiệt còn một sô" ưu nhược điểm sau:
* Ưu điểm:
- Hạn chê" phản ứng ngưng tụ sản phẩm thơm nặng, là các phản ứng
dẫn đến sự tạo cô"c trên bề mặt ông xoắn phản ứng.
- Điều chỉnh nhiệt độ trong lò.
- Bổ sung nhiệt cho nguyên liệu, làm tăng nhiệt độ của lò phản ứng
và tiết kiệm được một phần năng lượng cần đưa vào lò.
- Hơi nước râ"t dễ tách ra khỏi sản phẩm.
Cracking và tôi
sản phẩm
Tách và làm
sạch
phẩm
Đồ
Đồ án
án
tốt
tốtsản
nghiệp
nghiệp
Thiết
Thiết kế
kế phân
phân xưởng
xưởng sản
sản xuất
xuất etylen
etylen
Chương V
tạo của hệ thông làm lạnh và tách sản phẩm. Dưới đây là khoảng giá trị
CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT ETYLEN
tỷ lệ hơi nước dùng cho một vài loại nguyên liệu .
I.
Sơ Đồ NGUYÊN LỲ CHƯNG CỦA QUÁ TRÌNH
Etan: 0,25 -r 0,60
1. Sơ đồ nguyên lý chung
Propan: 0,3 -r 0,60
Naphta: 0,40 -r 0,75
Đôi với bất kỳ quá trình sản xuất nào, sơ đồ nguyên lý chung cũng
Gasoil: 0,60 -r 1,10
bao gồm hai công đoạn:
4. Thời gian lưu
-Giai đoạn 1: nhiệt phân + tôi hoá.
Đây là một thông sô" kỹ thuật có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần
Nguyên liệu
C H4
và chất lượng sản phẩm và hiệu suất quá trình. Nếu nguyên 2 liệu
ở trong
C3H6
vùng phản ứng càng lâu thì độ chuyển hoá càng tăng, sản phẩm tạo
thành dễ bị phân hủy tiếp sâu hơn và ngưng tụ, như vậy hiệu suất tạo khí
Etan hoặc propan tuần
và cốc tăng, làm giảm hiệu suất sản phẩm. Hơn nữa thời gian lưu lớn còn
làm giảm năng Hình
suẩt 5:
lò.SơDo
xu hướng
hiện
tìm cách làm giảm
đồ đó,
nguyên
lý chung
sảnnay
xuấtlàetylen.
thời lưu xuống 0,1 giây và nhỏ hơn, quá trình như vậy gọi là quá trình
Đốimilgiây.
với nguyên
khí [14
77] gian lưu giảm xuông quá mức thì
nhiệt a.phân
Tuyliệu
nhiên
nếu - thời
nguyên liệu không kịp phản ứng, độ chuyển hoá thâ"p.
Quá trình nhiệt phân pararìn khí bao gồm hai giai đoạn:
Thời gian lưu tôi ưu được tính theo công thức:
lnxphân
0pt =-12,75 + 13700/T
Giai đoan 1: Nhiệt
và tôi hoá.
Trong đó:
Trong
công nghiệp với quy mô lổn, quá trình được thực hiện ở áp
suất thấp kết hợp với pha loãng và pha nước. Lượng hơi nước sử dụng tùy
thuộc vào nguyên liệu đầu. Đôi với etan và propan thì tỷ lệ khôi lượng
-T: nhiệt độ (°K)
hơi nước trên nguyên liệu từ 0,3 -r 0,45. Để tránh các phản ứng thứ cấp
(polime hoá nhựa, phân hủy sâu hơn), khí sản phẩm được đưa sang thiết
bị tôi để-Topt:
làm thời
lạnhgian
nhanh
lưu tôixuống
ưu (s).nhiệt độ 400 -r 500°c. Trong giai đoạn
này, để tận dụng nhiệt, người ta sử dụng nhiệt trao đổi để tái sinh hơi
nước áp suất cao (10 -ỉ- 13 MPa).
Tóm lại, tuỳ thuộc vào mục đích của quá trình mà ta chọn các thông
sô trên thích hợp nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Để sản xuất
Giai đoạn 2: Tách sản phẩm.
Khí sản phẩm gồm Ci, C2, C3 và các hydrocacbon khác được đưa
ưu nhược điểm của
các quá
trình
nhiệt
phân
các
parafin
khí.
Đồ
án
tốt
ng
hiệ
p_____________
Th
iết
kế
ph
ân
xư
ởn
g
sả
n
xu
ất
ety
len
Ng.Liệu khí
* ưu
điểm:
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý chung sản xuất etylen từ nguyên liệu khí.
- Quá trình xảy ra đơn giản, hiệu suất etylen cao.
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
- Nhiệt phân etan và propan sẽ cho lượng sản phẩm phụ ít nhất do
đó giảm được kích thước của thiết bị tách và máy nén. Nhờ vậy, kích
thước nhà máy sản xuất etylen giảm dẫn đến chi phí đầu tư cơ bản cho
quá trình giảm.
*
Nhược điểm:
Do nguyên liệu ỏ thể khí nên quá trình vận chuyển chúng sẽ gặp
khó khăn. Chi phí vận chuyển và bảo quản khí rất lớn làm tăng giá thành
sản phẩm. Chính vì vậy, công nghệ sử dụng nguyên liệu khí chỉ phát
triển ở những nước có sẩn nguồn khí tự nhiên như: Mỹ, Nga và các nước
Đông Âu, 80% nguyên liệu là khí C2 và C3.
b. ĐỐĩ với nguyên liệu lỏng [14 - 80]
Nguyên liệu hydrocacbon lỏng ngày càng được sử dụng nhiều trong
công nghệ sản xuất etylen đặc biệt với những nước không có nguồn dầu
mỏ và khí tự nhiên. Quá trình sản xuất etylen từ hydrocacbon lỏng đem
lại hiệu quả cao hơn đặc biệt là trong quá trình vận chuyển. Nguyên liệu
lỏng được sử dụng nhiều nhất trong công nghệ là naphta và gasoil. Thực
tế, ở Nhật và các nước Tây Âu, hơn 80% etylen được sản xuất từ naphta.
Naphta là hỗn hợp phức tạp gồm nhiều hydrocacbon. Thành phần
naphta từ dầu thô rất khác nhau và có khoảng nhiệt độ sôi từ 20 -r 200°c.
Do vậy, tùy thuộc vào các thông số cụ thể (đường cong chưng cất, tỷ
trọng, nhiệt hoá hơi,...) mà công nghệ và quá trình cracking có những đặc
trưng riêng. Trong công nghiệp, thường sử dụng nhiều nhất là quá trình
cracking hơi nước. Các hydrocacbon lỏng được cracking trong điều kiện
nhiệt độ, áp suất thay đổi. Phản ứng được thực hiện trong pha khí.
Giai đoan 1: Nhiệt phân và tôi hóa.
Đầu tiên, tại zôn đôi lưu trong lò đốt, hơi nước và hỗn hợp
hydrocacbon được đôt nóng đến 600 uc. Sau đó, hỗn hợp được cracking
trong lò phản ứng tại zôn bức xạ ở nhiệt độ lớn hơn 900°c. Thời gian lưu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
Sau quá trình tôi, khí sản phẩm được đưa sang bộ phận tách và làm
sạch sản phẩm để thu etylen và các sản phẩm mong muôn khác. Các
hydrocacbon chưa được chuyển hoá khác được tuần hoàn trở lại.
Ngoài naphta, các phân đoạn khác của dầu mỏ cũng được sử dụng
làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất etylen như kerosen, gasoil, cặn
nặng,...Tuy nhiên, mức độ sử dụng các nguyên liệu này không lớn. Trong
thời gian tới, các phân đoạn này sẽ được ứng dụng nhiều hơn nhằm tăng
hiệu quả sử dụng của chúng.
Ng.Liệu lỏng
Đồ
án
tốt
ng
hiệ
p_____________
Th
iết
kế
ph
ân
xư
ởn
g
sả
n
xu
ất
ety
len
Hình 7: Sơ đồ nguyên /ý chung của quá trình sản xuất etylen từ nguyên liệu lỏng
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản xuất etylen
ưu nhược điểm của quá trình nhiệt phân các parafin lỏng:
* Ưu điểm:
- Công nghệ sản xuất etylen từ hydrocacbon lỏng có ưu điểm nổi bật
là khả năng vận chuyển. So với nguyên liệu khí, giá thành vận chuyển
hydrocacbon lỏng thấp hơn nhiều. Điều này có nghĩa đôi với các nước
khan hiếm nguồn dầu mỏ và khí tự nhiên, nền công nghiệp hoá dầu dựa
trên nhập khẩu dầu như: Anh, Pháp, Đức, Ytalia, Nhật bản.
- Mặt khác, hydrocacbon lỏng mà chủ yếu là naphta có ưu điểm là
khả năng cung cấp dồi dào, giá thành thấp, hiệu suất thu etylen không
quá thấp (30%).
- Trong quá trình sản xuất, ngoài etylen còn thu được các cấu tử
khác như propylen, butadien, ...có thể tận dụng trong công nghiệp hoá
học.
* Nhược điểm:
Tuy nhiên, công nghệ sản xuất etylen từ hydrocacbon lỏng có những
nhược điểm sau:
Nguyên
liệu
Etan
ông
Propan
Đồ
Đồ
ánántốttốtnghiệp
nghiệp
vận
Gasoil
Thiết
Thiết
kếkếphân
phânxưởng
xưởngsản
sảnxuất
xuấtetylen
etylen
Gasoil
chân
chuyển
TLE SÔ
(2)DÂY
gâyCHUYỀN
ra áp CÔNG
suất NGHỆ
dòng SẢN
hơi XUAT
siêu ETYLEN
cao (SHP). Sản
II. MỘT
phẩm HIỆN
từ lò ĐẠI
nung sau khi tôi, sẽ được đưa sang tháp phân đoạn xăng (3)
và ở đó các phân đoạn dầu nặng được tách khỏi xăng và phân đoạn nhẹ
hơn. Các sản phẩm nhẹ đi ra từ đỉnh tháp (3) và được làm lạnh sâu hơn
bằng cách tôi trực tiếp trong tháp tôi (4).
Khí thô từ tháp tôi (4) được nén trong hệ thông máy nén ly tâm
nhiều cấp (5) đến áp suất trên 500 psi. Khí sau khi nén và tách khí axit
được đưa sang tháp sấy (6), sau đó được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh
liên hợp (7) để tách H2 rồi dẫn vào tháp tách metan (8). Tháp tách metan
làm việc ở áp suất khoảng 100 psi. Metan được lấy ra từ đĩnh tháp và
được thu hồi sau khi đã cho qua thiết bị làm lạnh liên hợp (7). Còn sản
phẩm đáy được đưa sang tháp tách etan (9). Axetylen đi từ đỉnh tháp etan
(9) được kết hợp với hydro trong thiết bị hydro hóa (10) hoặc được thu
hồi. Hỗn hợp khí etylen và etan được đưa sang tháp phân đoạn hơi
Hình
Sơ đồ
công
nghệ ởcủađỉnh
hãngtháp.
ABB Lummus
Global
etylen-etan (11)
để 8:tách
khí
etylen
Etan được
lấy ra từ đáy
tháp và được tuần hoàn trở lại lò nhiệt phân để quá trình cracking được
triệt để.
1- Lò đốt cracking SRT; 2 -Thiết bị tôi TLE; 3 -Thiết bị phân đoạn
xăng; 4 - Tháp tôi; 5 - Hệ máy nén ly tâm nhiều cấp; 6 -Tháp sây; 7 Sản phẩm đáy của tháp tách etan (9) và phần ngưng tụ đáy của bộ
Máy làm lạnh liên hựp; 8 - Tháp tách metan; 9 - Tháp tách etan; 10 phận nén và tách khí (5) được dẫn vào tháp tách propan (12). Metyl
Thiết bị hydro hóa; 11 - Thiết bị phân tách etan và etylen; 12 - Thiết bị
axetylen và propadien được hydro hóa trong tháp tách propan bằng công
tách propan; 13- Thiết bị tách propylene; 14 - Thiết bị tách hỗn hợp C4
nghệ hydro hóa chưng cất xúc tác CDHY-DRO. sản phẩm đáy tháp tách
và hơi xăng nhe.
propan (12) được đưa sang tháp phân tách thành hỗn hợp c 4 và hơi xăng
-Ấp dụng:
Để sán xuất etylen cho polyme (99,95% thể tích) và các sản phẩm
phụ chủ yếu là propylene, hơi c 4 giàu butadiene, xăng nhiệt phân giàu
hydrocacbon thơm giàu Cft - c8 và hyrocacbon tinh khiết cao.
-Thuyết minh dây chuyền:
