một số dây chuyền công nghệ sản xuất etylen hiện đại

THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

I. GIỚI THIỆU CHUNG
1. SƠ LƯC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ETYLEN
TRÊN THẾ GIỚI.
Etylen là hợp chất olefin đơn giản nhất, có khả năng
phản ứng cao và được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp hữu cơ- hoá dầu và là nguồn nguyên liệu hàng
đầu cho ngành công nghiệp polyme. Người ta có thể
đánh giá mức độ phát triển của công nghiệp tổng
hợp hữu cơ- hoá dầu theo tổng sản lượng và nhu cầu
của etylen và chỉ số etylen (lượng etylen tạo thành/ 1 tấn
dầu đem chế biến).
Từ những năm 1930, ở châu âu etylen bắt đầu được
thu hồi từ khí lò cốc và những nguồn nguyên liệu
khác. Những năm 50, etylen nổi lên như một sản phẩm
trung gian và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế
giới, phổ biến khi mà U.S oil và một số công ty hoá
chất khác bước đầu tách và sản xuất được nó từ các
sản phẩm phụ của quá trình chế biến dầu. Từ đó
cùng với sự phát triển của công nghiệp dầu khí- hoá
dầu, etylen hoàn toàn thay thế được axetylen trong nhiều
quá trình tổng hợp. Năm 1984, trên thế giới đã sản
xuất được 47.565.000 tấn, còn sản lượng ở Mỹ là
17.543.000 tấn.
Ở Mỹ etan là nguồn nguyên liệu chủ yếu để tổng
hợp etylen vì etan có những ưu điểm là rẻ, không phức
tạp với quá trình hoạt động, ít sản phẩm phụ. Số liệu

đến ngày 1/4/2001 cho biết tổng công suất etylen toàn
thế giới đạt 101,5 triệu tấn/ năm. Hiện nay, etylen là
một trong những sản phẩm hóa học có mức độ tăng
trưởng lớn nhất thế giới (chỉ đứng sau amoniac về sản
lượng). Theo CMAI, polyetylen sẽ vẫn là dẫn suất cơ bản
1


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

của etylen, nó chiếm tới 57% nhu cầu của etylen năm
2000 và sẽ chiếm tới 60% nhu cầu vào năm 2015.
Bảng1 : Công suất etylen theo khu vực(1000
tấn/năm)
Khu vực

1/2001

1/2000

%

Châu Á-TBD

25504

23749

7,4

Đông u/ SNG

7065

7337

-3,7

và 8582

6612

29,8

Trung Đông
Châu Phi
Bắc Mỹ

33742

31715

6,4

Nam Mỹ

3918

3456

13,4

Tây Âu

21788

21174

3,0

2. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA ETYLEN
2.1 Tính chất vật lý của etylen
Etylen (CH2= CH2) là một hydrocacbon không no đơn
giản nhất có khối lượng phân tử M=28.052. Ở điều
kiện thường etylen là chất khí, hóa lỏng ở -105 0C, không
màu, không mùi, hầu như không tan trong nước.
Etylen có nhiều trong khí dầu mỏ, trong khí hóa cốc
than. Trong không khí etylen cháy với ngọn lửa cháy hơn
ngọn lửa metan.
Etylen chỉ bò hóa lỏng ở nhiệt độ rất thấp, áp
suất cao và làm lạnh bằng NH3. Khi so sánh etylen với
parafin tương ứng ta thấy nhiệt độ sôi của etylen thấp
hơn etan 150C. Tính chất này có ý nghóa quan trọng đối
với quá trình tinh chế etylen khỏi các hydrocacbon tương
ứng bằng phương pháp chưng cất phân đoạn.
2

THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Một điều đáng chú ý trong quá trình sản xuất và
sử dụng etylen cần phải quan tâm tới an toàn lao động vì
etylen dễ tạo với không khí, phản ứng đốt cháy tỏa
nhiệt nhiều gây nổ mạnh, nguy hiểm vì khoảng giới hạn
nổ rộng. Khi hít phải etylen cũng như các olefin thấp khác
sẽ gây hiện tượng mê mang và có tác hại lâu dài về
sau. Do vậy trong quá trình sản xuất, vận chuyển và bảo
quản etylen cần phải chú ý đến những đặc điểm này
nhằm đảm bảo an toàn về cháy nổ. Nồng độ cho phép
của etylen trong không khí ở nơi sản xuất và sử dụng
cần được quy đònh chặt chẽ và kiểm tra nghiêm ngặt.
Bảng2 : Các hằng số vật lý của etylen
Nhiệt độ sôi:
103,71(0C)

t s =- Nhiệt độ riêng (kj
/kg .k)

Nhiệt độ đông đặc:
169,15(0C)

t đ =- Ở pha lỏng
-169,150C: 2,63

tại

Nhiệt độ tới hạn:
9,90(0C)

T th = Ở
: 1,55

00 C

p suất tới hạn:
5,117(MPa)

P th = Nhiệt tạo thành:
∆H = 52,32 (kJ/ Kmol)

Tỷ trọng tới hạn:
0,21 (g/cm3)

d = Etropi (S) (kj/mol) :0,22

Tỷ trong ở -169,10C:
0,58 (g/cm3)

d = Hệ số dẫn nhiệt λ,
m-1.K-1:

00C :
0,34 (g/cm3)

d= +

-4
117.10

3

00C:


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Tỷ trọng ở pha khí (đktc):d = +

3
-4
1,2603(g/cm )
294.10

1000C:

So với không khí :
(g/cm3)

4000C:

D = 0,968 +

-4
805.10

Thể tích ở Đktc:
22,258(l)

V= Độ nhớt ở
lỏng µ, Mpa.s:

Sức căng bề mặt:
+ – 169,15 0C :
16,5(mN/m)

σ =

+ 00C :
1,1(mN/m)

σ =

Nhiệt
độ
119,5 (kJ/kg)

nóng

chảy:

Nhiệtcháy:

47,183(kj/kg)

ts=-103,710C:

+ Tại
0,73

tđ=-169,150C:

+
0,07

Tại

ts=-169,150C:
Tại

+
Tại
-4
0
0 C 143.10



4

00C:

Độ nhớt ở trạng

thái khí:(Mpa.s)

+
488 93.10-4

+ -169,150C
(kj/kg)
+
191 (kj/kg)

+ Tại
0,17

+ Tại
36.10-4

Nhiệt hoá hơi:

pha

00C:
1500C:


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Giới hạn nổ với không khí ơ p suất hơi Pv, Mpa:

û200C, P =0,1 Mpa
+
Tại
-1500C:
+ Giới hạn dưới:
2,75 0,02
hoặc 34,6
+ Tại ts=-103,710C:
+ Giới hạn trên:
28,6 0,102
hoặc 360,1
+
Tại
00C:
4,24
Nhiệt bốc cháy:
÷ 527 (0C)

425

2.2. Tính chất hoá học của etylen
a. Phản ứng cộng
Etylen có thể tham gia phản ứng hydro hoá ở nhiệt
độ thường dưới áp suất hydro thấp, xúc tác bột Pt(Pd)
mòn. Tuy nhiên, điều kiện hydro hoá tốt nhất của etylen
là ở nhiệt độ 150 ÷ 200 0C, áp suất cao có mặt xúc tác
Ni:
CH2 = CH2 + H2

Ni


→

CH3 – CH3

∆H = -30 kcal.

Etylen phản ứng cộng với halogen ở nhiệt độ thấp
dicloetan với khả năng phản ứng Cl2 > Br2 > I2:
CH2 = CH2 + Cl2

CH2Cl – CH2Cl

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 > HCl
5


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

CH2 = CH2 + HI

CH3 – CH2I

CH2 = CH2 + HCl

CH3 – CH2Cl

Sự có mặt của oxy trong quá trình hydro hoá của
etylen:

CH2 = CH2 + 3HCl +

3
2

O2

CHCl = CCl2 + 3H2O

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)3CCl

(CH3)3CCH2CH2Cl

CH2 = CH2 + C2H5COCl

C2H5COCH2CH2Cl

CH2 = CH2 + (CH3)3CH

(CH3)2CHCH(CH3)2

Xúc tác alkyl hóa Friedel – Crafis cũng có ảnh hưởng
trong phản ứng của etylen với benzen tạo thành
etylbenzen là một hợp chất trung gian trong quá trình sản
xuất Styren.
CH2 = CH2 + C6H6

C6H5CH2CH3

C6H5CH=CH2 +

H2
b. Phản ứng oxy hoá
Các hydrocacbon chứa liên kết đôi nhạy cảm hơn
nhiều đối với các chất oxy hoá. Khi điều kiện tiến
hành phản ứng với tác nhân oxy hoá khác nhau thì sản
phẩm phản ứng tạo ra cũng khác nhau.
Oxy hoá etylen đến axetaldehit trong dung dòch HCl pha
loãng chứa PdCl2 và đồng. Thuỷ phân phức chất này
cho ta axetaldehyt và kim loại Pd.
6


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ

DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

O
C2H4 + PdCl2 → [C2H4.PdCl2]
2Cl-

Pd + 2CuCl2

€

2CuCl

H2O

→

CH3 – C – H + Pd + 2H 2+ +

+ PdCl2

Để có CuCl2 ta oxy hoá CuCl trong không khí:
1
2

2CuCl2 + 2HCl + O2 → 2CuCl2

+ H2 O

Phản ứng tổng quát:
O

C2H4 +

1
2

O2 → CH3 – C – H
0
Δ H 298
= −562kcal/ mol

Etylen oxy hoá cho nhiều loại sản phẩm khác nhau
tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng và tác nhân oxy
hoá:

2CH2 = CH2 + O2

2CH2 – CH2 + H2O
O

2CH2 – CH2
O

O

Oxy hoá bằng KMnO4 loãng và H2O2 có xúc tác OSO4
sẽ tạo thành glycol:
7

THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O

2CH2 – CH2 + 2MnO2 +

2KOH
OH

CH2 = CH2 + H2O2

OSO4

→

OH

CH2 – CH2
OH

OH

(etylen glycol)

c. Phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp tạo ra polyetylen.
nCH2 = CH2

(- CH2 – CH2-)n

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 số trùng hợp khác nhau.
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.
3. Ứng dụng của etylen
Trong công nghiệp, etylen được ứng dụng để sản
xuất một số hợp chất quan trọng như nhựa tổng hợp, oxit
etylen, các chất hoạt động bề mặt và nhiều sản phẩm
hoặc bán sản phẩm hoá học khác. Cụ thể là [17-46].

8


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

















GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Polyme hoá ở áp suất cao với chất kích động là
các peroxit để sản xuất polyetylen tỷ trọng thấp
(LDPE).
Tác dụng với clo tạo thành 1,2 – dicloetan (Cl – CH 2 –
CH2 – Cl).
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).
Oxy hoá thành oxitetylen, peoxyetan trên xúc tác Ag.
Phản ứng với benzen trên xúc tác AlCl 3 để sản
xuất etylbenzen, sau đó dehydro hóa etylbenzen để
sản xuất styren. Styren dùng để sản xuất polystyren
và cao su tổng hợp Buna-S.
Copolyme hoá với các olefin khác ở áp suất thấp
bằng xúc tác Crom, hoặc hợp chất cơ kim của titan

hoặc vanadi để sản xuất polyetylen mạch thẳng tỷ
trọng thấp (LDPE) cùng với các sản phẩm khác.
Oxy hoá trên xúc tác PdCl2 hoặc đồng CuCl2 trong
dung dòch HCl tạo thành axetandehyt.
Sự hydrat hoá bằng cách sử dụng axit sunfuric hoặc
axit photphoric, tạo ra etanol.
Phản ứng với axit axetic và oxy trong sự có mặt của
xúc tác PdCl2 tạo thành vinylaxetat (VA).
Một số ứng dụng khác như sản xuất các rượu mạch
thẳng, các olefin cao phân tử, etylclorua và copolyme
hoá với propylen để tổng hợp cao su dien-mono-etylenpropylen (EPDM).
Ngoài những ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ với
rất nhiều sản phẩm quý nói trên, etylen có tác
dụng kích thích sự hoạt động của các men làm quả
mau chín. Do đó, có thể dùng etylen với nồng độ
rất loãng (1V etylen trên 1000-2000V không khí) để
dấm quả xanh ở 18 ÷ 200C

Chương 2: NGUN LIỆU VÀ SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ
9


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

1. Sơ đồ nguyên lý chung
Đối với bất kỳ quá trình sản xuất nào, sơ đồ nguyên
lý chung cũng bao gồm hai công đoạn:

-Giai đoạn 1: nhiệt phân + tối ưu.
-Giai đoạn 2: tách và tinh chế sản phẩm.
Hơi nước
C2H4
Cracking và tôi sản phẩm Tách và làm sạch sản phẩm
Nguyên liệu
C3H6
Sản phẩm phụ
Etan hoặc propan tuần hoàn

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý chung sản xuất etylen.
a. Đối với nguyên liệu khí
Quá trình nhiệt phân parafin khí bao gồm hai giai đoạn:
Giai đoan 1: Nhiệt phân và tôi hoá.
Trong công nghiệp với quy mô lớn, 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. Đối với etan và propan thì tỷ lệ khối lượng hơi
nước trên nguyên liệu từ 0,3 ÷ 0,45. Để tránh các phản
ứng thứ cấp (polime hoá nhựa, phân hủy sâu hơn), khí
sản phẩm được đưa sang thiết bò tôi để làm lạnh nhanh
xuống nhiệt độ 400 ÷ 5000C. Trong giai đoạn này, để tận
dụng nhiệt, người ta sử dụng nhiệt trao đổi để tái sinh
hơi nước áp suất cao (10 ÷ 13 MPa).
Giai đoạn 2: Tách sản phẩm.
10


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Khí sản phẩm gồm C1, C2, C3 và các hydrocacbon khác
được đưa sang bộ phận tách và làm sạch để thu các
sản phẩm theo yêu cầu.
Nguyên liệu rất thích hợp cho quá trình sản xuất etylen
theo con đường này là các sản phẩm đỉnh của tháp
tách propan trong các dây chuyền ngưng tụ nhiệt độ
thấp, hấp thụ nhiệt độ thấp của các nhà máy chế
biến khí tự nhiên và khí đồng hành.
Sơ đồ nguyên lý chung sản xuất etylen từ nguyên
liệu khí.

11


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHÓM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

12


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Ưu nhược điểm của các quá trình nhiệt phân các parafin
khí.
* Ưu điểm:
- Quá trình xảy ra đơn giản, hiệu suất etylen cao.

13


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

- Nhiệt phân etan và propan sẽ cho lượng sản phẩm phụ
ít nhất do đó giảm được kích thước của thiết bò 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 ở 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 sẵn nguồn khí tự nhiên như: Mỹ, Nga
và các nước Đông Âu, 80% nguyên liệu là khí C2 và C3 .
b.Đối với nguyên liệu lỏng.
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 ÷ 2000C. 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 đoạn 1: Nhiệt phân và tôi hóa.
14


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Đầu tiên, tại zôn đối lưu trong lò đốt, hơi nước và hỗn
hợp hydrocacbon được đốt nóng đến 6000C. Sau đó, hỗn
hợp được cracking trong lò phản ứng tại zôn bức xạ ở
nhiệt độ lớn hơn 900 0C. Thời gian lưu thay đổi từ 0,2 ÷ 0,3
giây. Hỗn hợp được đốt nóng với tốc độ 350.000 KJ/
m2.h.
Khí cracking được đưa ra ngoài với vận tốc khoảng 200m/s,
nhiệt độ xấp xỉ 9000C. Sau khi cracking, hỗn hợp sản

phẩm được làm lạnh ngay lập tức xuống 350 ÷ 400 0C để
tránh các phản ứng thứ cấp. Do vậy tốc độ làm lạnh
rất lớn khoảng 10.0000C/s.
Giai đoạn 2: Tách sản phẩm.
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 muốn 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.
Sơ đồ nguyên lý chung của quá trình sản xuất etylen từ
nguyên liệu lỏng:

15


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

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
16


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

hơn nhiều. Điều này có nghóa đối 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:
- So với nguyên liệu khí, hiệu suất etylen từ hydrocacbon
lỏng thấp hơn. Do thành phần nguyên liệu rất phức tạp
nên thành phần sản phẩm cũng rất phức tạp, đòi hỏi
quá trình tách khó khăn hơn và nhiều thiết bò tách hơn.
Trong hydrocacbon lỏng còn có hydrocacbon thơm dễ ngưng
tụ tạo nhựa, tạo cốc trong quá trình.
II. MỘT SỐ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
ETYLEN HIỆN ĐẠI

17


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

II.1. Sơ đồ công nghệ của hãng ABB Lummus Global

Hình 2: Sơ đồ công nghệ của hãng ABB Lummus
Global
1- Lò đốt cracking SRT; 2 -Thiết bò tôi TLE; 3 -Thiết
bò phân đoạn xăng; 4 - Tháp tôi; 5 - Hệ máy nén
ly tâm nhiều cấp; 6 -Tháp sấy; 7 - Máy làm lạnh
liên hợp; 8 - Tháp tách metan; 9 - Tháp tách etan;
10 -Thiết bò hydro hóa; 11 - Thiết bò phân tách etan
và etylen; 12 - Thiết bò tách propan; 13- Thiết bò
tách propylene; 14 - Thiết bò tách hỗn hợp C 4 và hơi
xăng nhe.ï
-p dụng:
Để sán xuất etylen cho polyme (99,95% thể tích) và các
sản phẩm phụ chủ yếu là propylene, hơi C 4 giàu
18


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

butadiene, xăng nhiệt phân giàu hydrocacbon thơm giàu C 6
– C8 và hyrocacbon tinh khiết cao.
-Thuyết minh dây chuyền:
Nguyên liêu hydrocacbon được gia nhiệt và kracking cùng
với hơi nước trong lò ống nhiệt phân trong thời gian lưu
ngắn STR (Short residence time). Thế hệ lò nung mới nhất
hiên nay được thiết kế là SRT-VI. Nhờ đó, hiệu suất
olefin đạt được rất cao, quá trình được hoạt động lâu dài
và có thể tự động hoá hoàn toàn. Các sản phẩm ra
lò có nhiệt độ từ 15000F đến 16000F và bò làm lạnh
nhanh trong thiết bò trao đổi nhiệt ống vận chuyển TLE (2)
gây ra áp suất dòng hơi siêu cao (SHP). Sản phẩm từ lò
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 thống 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 bò 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 đỉnh tháp và được thu hồi sau khi đã cho qua
thiết bò 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 bò hydro hóa (10)
hoặc được thu hồi. Hỗn hợp khí etylen và etan được đưa

sang tháp phân đoạn hơi etylen-etan (11) để tách khí etylen
ở đỉnh tháp. Etan được lấy ra từ đáy tháp và được
tuần hoàn trở lại lò nhiệt phân để quá trình cracking
được triệt để.
19


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Sản phẩm đáy của tháp tách etan (9) và phần ngưng tụ
đáy của bộ phận nén và tách khí (5) được dẫn vào
tháp tách propan (12). Metyl axetylen và propadien được
hydro hóa trong tháp tách propan bằng công nghệ hydro
hóa chưng cất xúc tác CDHY-DRO. Sản phẩm đáy tháp
tách propan (12) được đưa sang tháp phân tách thành hỗn
hợp C4 và hơi xăng nhẹ (14). Propylen dùng cho polyme được
thu hồi ở tháp phân tách propylene(13).
II.2. Sơ đồ công nghệ của hãng AG [20-113]

Hình 3: Sơ đồ công nghệ của hãng AG
1- Lò nhiệt phân cracking; 2 - Thiết bò trao đổi
nhiệt; 3 - Tháp tách sơ bộ; 4 - Bộ phân trao đổi
nhiệt; 5 - Tháp tôi bằng nước; 6 - Máy nén nhiều
cấp; 7 - Bộ phận tách khí axit; 8 - Thiết bò hấp phụ
- khí lỏng; 9 - Thiết bò làm lạnh; 10 - Tháp tách
etan; 11 - Thiết bò hydro hóa; 12 - Máy làm lạnh
liên hợp; 13 - Tháp tách metan; 14 - Tháp chưng

20


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

tách etylen áp suất thấp; 15 - Tháp tách propan;
16 - Thiết bò xử lý hydro; 17 - Tháp tách propanpropylen; 18 - Tháp tách butan.
Để sản xuất etyen và propylen cho polyme bằng quá trình
cracking nhiệt các phân đoạn từ etan đến naphta và cặn
hydro cracking. Sản phẩm phụ là C 4 giàu Butadien. Hơi C6-C8
giàu hydrocacbon thơm và dầu nhiên liệu.
Thuyết minh dây chuyền:
Nguyên liệu mới và dòng hơi tuần hoàn cùng với hơi
nước pha loãng được gia nhiệt và bò nhiêt phân trong lò
cracking nhiệt (pyro-crack). Ưu điểm của kiểu lò này là
độ chọn lọc cao do được tối ưu hóa về mối liên hệ của
thời gian lưu, nhiệt độ và áp suất cho mỗi nguyên liệu
để đạt được hiêu suất olefin cao nhất. Dòng ra của lò
được làm lạnh trong thiết bò trao đổi nhiệt ống vận
chuyển TLE (2), sinh ra áp suất dòng hơi cao (HP steam),
bằng cách tôi trực tiếp bằng dầu đối các với quá trình
dùng nguyên liệu lỏng.
Dòng khí cracking được kết hợp làm lạnh và tinh chế trong
tháp tách sơ bộ (3) và tháp tôi bằng nước (5). Nhiệt
thải được thu hồi bằng tuần hoàn chu trình dầu, phát
sinh dòng hơi pha loãng ở (4) và chu trình nước (5) để
cung cấp cho các thiết bò đun sôi lại và lò nung của

quá trình. Khí tinh chế từ tháp tôi (5) được nén trong
máy nén 4 hoặc 5 cấp (6) và được làm khô bởi quá
trình hấp phụ khí-lỏng (8). Các khí axit là CO 2 và H2S được
tách bằng hệ thống rửa bằng kiềm đặt ở công đoạn
nén cuối cùng (7). Khí nén cracking được làm lạnh sâu
hơn ở (9) và dẫn vào quá trình tuần hoàn trước và sau
tháp tách etan (10), C2 đẳng nhiệt trước và sau thiết bò
hydro hóa (11), thiết bò làm lạnh (12), tháp tách metan
(13) và được bơm nhiệt ở thiết bò phân tách etylen áp
21


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

suất thấp (14), nó hợp thành chu trình làm lạnh etylen.
Quá trình Line cải tiến này được tối ưu hóa cao, vận
hành dễ dàng, và năng lượng tiêu tối thấp, giá thành
đầu tư thấp và hoạt động trong thời gian tương đối dài (5
năm mới phải dừng lò để xử lý).
Hỗn hợp C3+ từ đáy tháp tách etan (10) được tách propan
ở (15), được hydro hóa ở (16) để chuyển hóa
metylaxetylen và propadien. Propylen và propan hình thành
được thu hồi hay tuần hoàn trở lại lò cracking. Các cấu
tử C4 được tách ra ở đỉnh tháp từ các cấu tử nặng
hơn trong tháp tách butan (18) để thu hồi sản phẩm C4
thô. Sản phẩm xăng tạo ra ở đáy tháp khi hơi C 5 được
kết hợp với sự ngưng tụ của hydrocacbon từ phân đoạn

nặng.
Bảng 3.Hiệu suất, tiêu thụ năng lượng của các ngun liệu khác nhau
Nguyên liệu
Hiệu suất etylen,%

Etan

LPG

naph
ta

Dầu
gasoil

83

45

35

25

4000

5000

6000

Tiêu thu nặng lượng,

3000
kcal/kg

Từ bảng trên, ta thấy: hiệu suất etylen thu được và năng
lượng tiêu tốn tùy thuộc vào loại nguyên liệu. Nếu sử
dụng nguyên liệu là etan thì hiệu suất đạt cao nhất (83%)
mà tiêu tối năng lượng lại nhỏ nhất.
Hiện nay, trên thế giới có 35 nhà máy công nghiệp sử
dụng công nghệ này với năng suất 13 triệu tấn/ năm.
Nhiều nhà máy đã tăng năng suất lên 50%[12-133].

22


THUYT TRèNH CH BIN KH
DH10H2-NHểM 7

GVHD: NGUYN HNG CHU

Sụ ủo coõng ngheọ cuỷa haừng Stone & Webster

Engineering Corp

Hỡnh 4: Sụ ủo coõng ngheọ cuỷa haừng Stone & Webster
Engineering Corp
áp dụng
Để sản xuất etylen và propylen bằng quá trình cracking nguyên
liệu parafin. Có hai quá trỡnh chính đợc sử dụng:
+ USC (ultra selector cracking)-Hệ thống nhiệt phân và tôi.
+ ARS (Advanced recovery system)- Quá trình chng lạnh.

-Thuyết minh dây chuyền

23


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Nguyªn liƯu đỵc ®a vµo lß cracking USC(1). Sù t¸ch lo¹i c¸c chÊt
bÈn ®ỵc thùc hiƯn ngỵc dßng. NhiƯt cracking cã thĨ ®ỵc cung cÊp
b»ng qu¹t tuabin khÝ. Qu¸ tr×nh nhiƯt ph©n x¶y ra díi sù ®iỊu
khiĨn nhiƯt ®é - thêi gian riªng biƯt ®èi víi mçi lo¹i nguyªn liƯu
còng nh yªu cÇu cđa s¶n phÈm. Sù t«i nhanh ®¶m b¶o hiƯu st
etylen cao vµ ph¸t sinh ra h¬i nhiƯt th¶i ¸p st cao. NhiƯt th¶i
cã nhiƯt ®é thÊp h¬n ®ỵc tËn dụng trong c¸c th¸p t«i dÇu vµ t«i
níc xu«i dßng (2). DÇu nhiªn liƯu nhiƯt ph©n vµ phÇn cÊt x¨ng
®ỵc t¸ch ra. KhÝ cracking (C 4 vµ nhĐ h¬n) sau khi nÐn ë (3), ®ỵc
lµm s¹ch b»ng kiỊm ®Ĩ lo¹i bá c¸c khÝ axit vµ ®ỵc sÊy kh« tríc
khi ph©n t¸ch.
N¨ng lỵng lµm l¹nh cđa ARS lµ cùc tiĨu do sư dơng c«ng nghƯ cđa
thiÕt bÞ ngng tơ ph©n ®o¹n lµm l¹nh khÝ vµ sù chng cÊt ph©n
phèi. C¸c cÊu tư nhĐ nh C2,C4 vµ c¸c cÊu tư nỈng h¬n ®ỵc ph©n
t¸ch trong th¸p t¸ch propan ¸p st thÊp (4), ë ®¸y th¸p thu ®ỵc
C4 vµ c¸c s¶n phÈm phơ kh¸c nỈng h¬n. Dßng h¬i qu¸ nhiƯt ®i
ra tõ ®Ønh th¸p ®ỵc ®a sang th¸p hydro hãa (5) ®Ĩ chun hãa
axetylen, sau ®ã ®ỵc dÉn sang thiÕt bÞ ARS (6) vµ x¶y ra sù
ph©n t¸ch qu¸ nhiƯt hydro vµ metan. S¶n phÈm tõ (6) ®ỵc chia
thµnh hai dßng h¬i C2 cã thµnh phÇn kh¸c nhau. Mét dßng ®ỵc ®a sang thiÕt bÞ chn bÞ t¸ch etylen (8), råi ®a sang th¸p ph©n

t¸ch etylen- etan (9). Cßn mét dßng gåm hỗn hỵp h¬i C 2 nỈng
h¬n ®ỵc ®a sang th¸p t¸ch etan (7). Dßng C 2 qu¸ nhiƯt tõ ®Ønh
th¸p (7) qua (8) vµ dÉn ®Õn th¸p ph©n t¸ch etylen-etan (9). S¶n
phÈm ®¸y cđa th¸p (7) lµ hçn hỵp C3 (metylaxetylen vµ propadien)
®ỵc kÕt hỵp hydro hãa trong thiÕt bÞ hydro (10) t¹o thµnh
propylen vµ propan vµ ®em ®i ph©n t¸ch ë th¸p siªu ph©n ®o¹n
(11). Etan tõ ®¸y th¸p (9) vµ propan tõ ®¸y th¸p (11) ®ỵc tn
hoµn trë l¹i lß cracking. Etylen vµ propylen ®ỵc thu håi tõ ®Ønh
th¸p (9) vµ (11).
Bảng 4: Bảng hiệu suất etylen từ etan và dầu
gasoil

24


THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ
DH10H2-NHĨM 7

GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU

Nguyªn liƯu

Etan

DÇu
gasoil

HiƯu st etylen %

57

28

3000

6000

Tiªu
thụ
ỵng,kcal/kg

n¨ng

l-

-¦u ®iĨm cđa c«ng nghƯ USC:
HƯ thống lß USC gåm lß cracking cã kÌm theo tiÕt bÞ t«i s¶n
phÈm. HƯ thèng ®ỵc ®iỊu khiĨn b»ng ch¬ng tr×nh m¸y tÝnh cã
kÕt hỵp c¸c tÝnh to¸n vỊ thủ lùc, nhiƯt ®éng häc vµ c¸c qu¸
tr×nh cèc hãa nh»m kÕt hỵp mét c¸ch tèi u n¨ng st, hiƯu st,
chiỊu dµi cđa chu tr×nh vµ chi phÝ. Lß USC cã u ®iĨm ®é chän
läc rÊt cao.
-¦u ®iĨm cđa c«ng nghƯ ARS:
+ Gi¶m tỉ hỵp lµm l¹nh sư dơng trong thiÕt bÞ ngng tơ.
+ Cïng mét lóc thùc hiƯn qu¸ tr×nh lµm l¹nh vµ ph©n ®o¹n
trong thiÕt bÞ ngng tơ.
+ Gi¶m ®ỵc
metan.

hµm lỵng metan trong khÝ ®a vµo cét t¸ch

+ Tû lƯ håi lu thÊp.
+ Gi¶m yªu cÇu vỊ lµm l¹nh (xÊp xØ 75%). C«ng nghƯ cho
hiƯu st etylent tõ 28% (®èi víi gasoil) ®Ịn 57% (®èi víi etan).
Hiện nay trên 100 dây chuyên sản xuất etylen sử dụng
công nghệ stone & wedster. Việt mở rộng công nghệ dựa
trên hệ thống ARS đã làm tăng 70% sản lượng hàng
năm.
II.4. S¬ ®å c«ng
TECHNIPETROL

nghƯ
25

cđa

h·ng

TECHNIP,

KTI,