Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE đi từ iso butan năng suất 50000 tấn năm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (982.75 KB, 77 trang )
Đồ án môn học:
Bộ giáo dục và đào tạo
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên: Nguyễn Đức Hoà
Khoá: 42- QN
Ngành học: Hữu cơ - Hoá dầu
1.Đề tài tốt nghiệp:
Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE đi từ isoButan năng suất 50000 tấn/năm.
2.Các số liệu ban đầu:
+Thiết bị phản ứng ống chùm sử dụng xúc tác nhựa trao đổi ion
+Thành phần nguyên liệu gồm có:
. Iso-Butan
90%
. n-Butan
6,0%
. C3H8
3%
. nC4H8
0,5%
. C5 +
0,495%
. Các chất khác 0,005%
. Nguyên liệu Metanol kỹ thuật với thành phần:
Metanol 99,9% khối lượng
Văn Huy Vương
1
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Nước 0,1% khối lượng
3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
+Các nguyên lý của quá trình tổng hợp MTBE.
+Thuyết minh sơ đồ công nghệ.
+Tính toán:
. Cân bằng vật chất và nhiệt lượng của thiết bị phản ứng.
. Kích thước thiết bị.
. Xây dựng.
4.Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước):
+Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE dùng xúc tác nhựa trao đổi ion.
+Thiết bị phản ứng ống chùm.
+Công nghệ
.............................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
+Xây
dựng
công
nghiệp:
......................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
6.Ngày giao nhiệm vụ: Ngày... ... ... ... tháng ... ... ... ... năm 200
7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày... ... ... ... tháng ... ... ... ... năm 200
Ngày... ... ... ... tháng ... ... ... ... năm 200
Văn Huy Vương
2
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Chủ nhiệm khoa
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
Kết quả điểm đánh giá :
Sinh viên đã hoàn thành
1.Quá trình thiết kế: ... ... ... ...
(và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa)
2.Điểm duyệt: ... ... ... ... ... ...
Ngày.......... tháng ............ năm 2002
3.Bản vẽ thiết kế
Ngày... ... ... ... tháng ... ... ... ... năm 2002
Chủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)
Mục lục
Văn Huy Vương
3
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Lời giới thiệu ..................................................................................................................1
Phần I: Tổng quan về MTBE ...............................................................................2
I.Giới thiệu chung.............................................................................................................2
II.Tính chất của Metyl Tert Butyl Ete ............................................................................7
1,Tính chất vật lý........................................................................................................... 6
2,Tính chất hoá học .........................................................................................................8
3,Tính chất của MTBE ảnh hưởng đến công nghệ.......................................................9
III.Nhu cầu MTBE, tình hình sản xuất MTBE trên
thế giới.........................................................................................................................9
IV.Quá trình tổng hợp MTBE...........................................................................................11
1,Hoá học của quá trình tổng hợp................11
2,Động học và cơ chế phản ứng.................12
V.Xúc tác...........................15
1,Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ...............16
VI.Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu.........................................17
1,Các nguồn nguyên liệu...................17
2,Tính chất hoá lý của nguyên liệu..................19
a,Tính chất của isobuten ...................19
b,Tính chất của Metanol...................21
3,So sánh kinh tế các nguồn nguyên liệu ................22
VII.Công nghệ quá trình sản xuất MTBE.....................................23
1,Sản xuất từ hỗn hợp khí C4- Raffinat 1.................23
2,Sản xuất từ khí Butan từ mỏ khí..................27
3,Sản xuất MTBE từ Tert Butyl Alcohol....................33
Văn Huy Vương
4
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Phần II: So sánh đánh giá và lựa chọn công nghệ..........................................34
I.So sánh các công nghệ.................................34
II.Lựa chọn công nghệ................................35
Phần III: Tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ.............................................41
I.Tính toán cân bằng vật chất.....................................41
1,Tính cân bằng vật chất chung...................42
2,Tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng ống chùm thứ nhất...........53
3,Tính cân bằng vật chất cho phản ứng chưng tách...............55
II.Tính cân bằng nhiệt lượng ....................................57
III.Tính toán thiết bị phản ứng chính .......................................63
1,Tính toán thể tích làm việc của thiết bị phản ứng................63
2,Tính kích thước thiết bị phản ứng............68
3,Tính chiều dày đáy và nắp tháp....................73
a,Tính chiều dày nắp .......................74
b,Tính chiều dày đáy .......................74
4,Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm .................75
5,Chọn mặt bích cho thiết bị..........................................................................................76
Phần IV: Xây dựng nhà máy.................................77
I.Phân tích địa điểm xây dựng nhà máy..........................................................................77
1,Các yêu cầu chung......................77
2,Các yêu cầu về khu đất xây dựng....................77
a,Về địa hình ........................77
Văn Huy Vương
5
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
b,Về địa chất........................77
3,Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp.....................77
II.Phân tích thiết kế tổng mặt bằng nhà máy............................................78
1,Nguyên tắc phân vùng......................78
2,Các hạng mục công trình......................78
III.Thiết kế nhà sản xuất....................................79
1,ý nghĩa và tác dụng .......................79
2,Các nguyên tắc cơ bản khi xây dựng lộ thiên...................80
3,Giải pháp kết cấu khung phân xưởng....................80
4,Giải pháp bố trí thiết bị trên mặt bằng phân xưởng................80
Kết luận.............................82
Tài liệu tham khảo.................................................................................................................................... 83
Lời giới thiệu
Trước vấn đề bảo vệ và chống ô nhiễm môi trường đang ngày càng được đề cập nhiều
hiện nay, việc thay thế xăng pha chì, gây ô nhiễm môi trường, bằng xăng không pha chì là
xu hướng chung của nhiều quốc gia trên thế giới.
Để tăng trị số octan của xăng, người ta thay thế sử dụng phụ gia chì bởi các hợp chất
chứa oxi có chỉ số octan cao và không gây ô nhiễm môi trường. Những hợp chất chứa oxi
thường được sử dụng là rượu và ete như Metanol, Etanol, và Metyl tert Butyl Ete (MTBE),
Etyl tert Butyl Ete (ETBE),Tert-amyl Metyl Ete (TAME),..
Đây là những hợp chất có trị số octan rất cao và rất thích hợp để pha với xăng nhằm
làm tăng trị số octan của xăng, cải thiện chất lượng xăng.
Hợp chất oxi được sử dụng chủ yếu để pha vào xăng hiện nay là Metyl tert Butyl Ete
(MTBE). Đây là hợp chất oxi có những tính chất nổi bật như: có trị số octan cao, độ bay
hơi thấp, bền oxi hoá, có những tính chất tương thích tốt với xăng,.. và đặc biệt là không
gây ô nhiễm môi trường. Các quốc gia phát triển hiện nay đều sử dụng xăng có pha MTBE
như là: Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Canada,..
Nhu cầu về MTBE trên toàn thế giới đang tăng rất nhanh. Các quá trình công nghệ sản
xuất MTBE đã được thiết kế và lắp đặt ở nhiều nơi nhằm đáp ứng nhu cầu MTBE đang
tăng lên này.
Văn Huy Vương
6
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Hiện nay, Việt Nam đang xây dựng nhà máy lọc dầu đầu tiên tại Dung Quất, Quảng
Ngãi, hơn nữa trước sức ép môi trường, chính phủ Việt Nam dự tính sẽ loại bỏ xăng pha
chì vào năm 2006. Vì vậy việc tính toán thiết kế dây truyền công nghệ sản xuất MTBE cho
xăng là điều hết sức cần thiết và quan trọng. Đó cũng là lý do để tôi thực hiện bản đồ án
này.
Nội dung chính của bản đồ án gồm 3 phần:
Sinh viên
Văn Huy Vương
Phần I: Tổng quan về MTBE
I.Giới thiệu chung:
Metyl tert Butyl Ete là hợp chất chứa oxi có chứa khối lượng phân tử là 88,15 và có
công thức cấu tạo như sau:
CH3
CH3 - O - C - CH3
CH3
Nó được viết tắt là MTBE.
MTBE là
một trong những ete có vai trò quan trọng đối với công nghiệp sản xuất xăng. Nó đượng
dùng làm chất phụ gia cho xăng để nâng cao trị số octan, nhằm đáp ứng được yêu cầu làm
việc của động cơ xăng cũng như đảm bảo về yêu cầu vệ sinh môi trường và sức khoẻ con
người.
Trước đây việc nâng cao trị số octan cho xăng người ta dùng chất phụ gia là “nước
chì” (CH3)4Pb, (C2H5)Pb. Tuy nhiên loại phụ gia này bên cạnh việc nâng cao trị số octan,
giảm giá thành sản phẩm nhưng vẫn còn nhược điểm: ảnh hưởng đến sức khoẻ của con
người. Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến động cơ, khi động cơ làm việc nhiều.
Chính vì các nhược điểm này của nước chì mà một số nước trên thế giới đã ban luật cấm
và hạn chế dùng nước chì.
Hiện nay loại phụ gia được dùng để thay thế. Việc thay thế này đồng nghĩa với việc sẽ
có một số thay đổi trong thành phần xăng không chì, nhưng chủ yếu là sự khác nhau đối
với phụ gia nhằm tăng cường trị số octan.
Có một số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octan cao hơn khi không sử dụng chì:
- Pha trộn xăng có trị số octan cao (như xăng alkyl hoá, izome hoá,..) vào nhiên liệu có
trị số octan thấp.
Văn Huy Vương
7
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
- Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng có trị số octan
cao.
- Sử dụng các chất phụ gia không chứa chì, như các hợp chất chứa oxi: etanol, MTBE,
MTBA, TAME,..
Trong số các phụ gia chứa oxi nói trên thì MTBE và etanol được sử dụng với số lượng
nhiều nhất. Chẳng hạn như ở Mỹ, MTBE được pha trộn với 15% thể tích, etanol tới 10%
thể tích. ở Braxin đã pha trộn tới 22% etanol vào xăng trong nhiều năm.
Bên cạnh việc tăng trị số octan, hỗn hợp của xăng với phị gia chứa oxi đã giúp thải
hyđrocacbon và CO từ xe cộ sử dụng nhiên liệu.
Có thể thấy rõ trị
số octan của một số chất chứa oxi điển hình trong bảng:
Bảng 1: trị số octan của một số chất chứa oxi
Phụ gia chứa oxi
RON
MON
Metanol
127136
99104
Etanol
120135
100106
Tert-butanol (TBA)
104110
9098
Metanol/TBA (50/50)
115123
96104
Metyl tert-butyl ete(MTBE)
115123
98105
Tert-amyl metyl ete(TAME)
111116
98103
Etyl tert-butyl ete (ETBE)
110119
95104
Từ đó ta thấy, trị số RON của MTBE vào khoảng 115123, do đó hỗn hợp 15%
MTBE trong xăng có trị số octan gốc là 87 sẽ tạo nên một hỗn hợp có trị số RON nằm
trong khoảng 91 đến 92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị octan, tương đương với hàm lượng chì
từ 0,1 đến0,15g/l. Tương tự, trị số octan của etanol là 120135, do đó hỗn hợp 10% của
etanol với xăng có trị số octan là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 9092.
Nạn ô nhiễm môi trường trên thế giới trong những năm gần đây đã gây ảnh hưởng
nghiêm trọng. Một trong những nguyên nhân gây nên nạn ô nhiễm môi trường là khí thải
của động cơ có chứa một lượng khí có hại như: CO, NO, NO 2,.. Lượng khí này đã gây ảnh
hưởng trực tiếp đến môi trường. Do vậy vấn đề đặt ra đầu tiên là phải giảm lượng khí thải
làm cho nhiên liệu của động cơ và để làm được điều này ta phải làm cho nhiên liệu của
động cơ sạch hơn, tức là phải sản xuất xăng sạch, hàm lượng thơm trong xăng thấp, hàm
lượng benzen thấp hơn 1%.
Mặt khác để có hiệu suất của động cơ cao hơn và tính năng thoát khí thải hoàn thiện
hơn thì động cơ phải tỷ số nén lớn hơn, tức là yêu cầu nhiên liệu phải có trị số octan cao,
mà xăng chưng cất trực tiếp thì trị số octan còn thấp, chưa đủ yêu cầu của động cơ. Do vậy
người ta đã sử dụng các hợp chất nâng cao trị số octan để pha vào xăng, và phụ gia đầu
tiên được sử dụng làm nhiên liệu cho xăng là TEL (tetra etyl chì) và TML (tetra metyl chì)
loại phụ gia này cho phép nâng cao đúng trị số octan và làm cho giá thành hạ. Loại phụ gia
Văn Huy Vương
8
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
này do MDOLE người Mỹ tìm ra vào tháng 11-1921 Vào năm 1929, loại phụ gia này có
mặt trong xăng thương phẩm của Mỹ và có trong xăng thương phẩm của Đức trước chiến
tranh thế giới thứ II không xa.
Tuy nước chì khi sử dụng pha vào xăng đã bù đắp được lượng octan thiếu hụt và giá
thành xăng khá rẻ, song bên cạnh việc tạo nên được các ưu điểm thì nó cũng để lại những
tác hại nghiêm trọng cho sức khoẻ con người (vì chì là chất độc trích luỹ), cho môi trường
và ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng của động cơ như:
+Trong quá trình cháy tạo nên hợp chất chì rắn trong động cơ.
+Kích thích sự nhiễm bẩn bugi, làm tăng sự mài mòn xylanh và các van.
+Làm mất hoạt tính của xúc tác trường hợp xử lý khí thải, chính vì còn nhiều nhược
điểm nên hầu hết các nước đã ban luật cấm hay sử dụng nước chì làm chất mang trị số
octan cho xăng.
Giới hạn TEL cực đại trong xăng (g/l) năm 1998 ở một số nước:
Bảng 2: Giới hạn TEL cực đại trong xăng
Nước
Lượng TEL trong xăng (g/l)
Mỹ
0,26
Canada
0,291
ý, Pháp, Bồ Đào Nha,TâyBan Nha
0,399
Các nước khác
0,151
Australia
0,3040,840
áo, Thuỵ Điển, Phần Lan
0,151
Triều Tiên
0,301
Venezuela
0,840
Nhật Bản
0,000
Xu hướng hiện nay là sử dụng hợp chất chứa oxi làm tăng octan. Trong các hợp chất
oxi có ứng dụng thực tiễn nhất là các ete: Metyl tert-Butyl ete (MTBE), Tert amyl-metyl
ete (TAME), etyl tert butyl ete (ETBE).
Khi thêm hợp chất chứa oxi vào xăng, ngoài việc làm tăng octan, nó còn làm giảm
lượng khí thải CO.
Hàm lượng Pb và aromatic cũng ảnh hưởng tới tỷ số octan (ON) của hỗn hợp nhiên
liệu chứa MTBE vì nhiệt độ sôi của MTBE thấp nên ảnh hưởng của nó tới ON của phân
đoạn có nhiệt độ sôi Ts<100oC rất rõ rệt (đường 3). Quan hệ giữa ON và hàm lượng
MTBE.
1.Xăng có RON-88
2.Xăng có RON-81
3.Phân đoạn xăng có Ts<100oC, RON-77
Văn Huy Vương
9
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Khi cho MTBE vào trong xăng thì:
+Không cần bất cứ thay đổi nào đối với đọng cơ hiện hành.
+áp suất hơi của nhiên liệu giảm do vậy tổn thất bay hơi khi cấp nhiên liệu và vận
hành giảm.
+Giảm khối thải đặc bệt là CO và các hyđro cacbon chưa cháy.
+Thêm 20% thể tích MTBE vẫn không có hại tới công suất động cơ cũng như tăng sự
tiêu tốn nhiên liệu, trong điều kiện lạnh khả năng khởi động động cơ cũng dễ dàng, ngăn
cản sự đóng băng trong bộ chế hoà khí.
+MTBE tan lẫn tốt với H2O nên điểm đông đặc của nhiên liệu giảm đáng kể.
+Nhiên liệu trộn MTBE tương thích với tất cả các vật liệu sử dụng để sản xuất ôtô
như: đệm cao su, sơn các kim loại trong bộ chế hoà khí, bơm phun,..
+MTBE không ảnh hưởng đến hệ bài tiết là thuốc mê yếu.
Metyl tert Butyl ete là hợp chất chứa oxi thuộc loại hợp chất alkyl tert butyl ete có
công thức cấu tạo:
CH3
|
CH3- O - C - CH3
|
CH3
MTBE được tổng hợp từ metanol và isobuten với xúc tác là acid rắn.
Ngoài ra, MTBE cũng có những ứng dụng khác trong công nghiệp lọc hoá dầu như:
dùng để sản xuất metaacrolein, metacylic acid, và isopren, sản xuất isobuten (bằng cách
phân huỷ MTBE, tuy nhiên đây là biện pháp không kinh tế).
Nhu cầu tiêu thụ MTBE đang tăng nhanh, MTBE là một trong những hoá chất tăng
trưởng mạnh nhất trên thế giới với tốc độ tăng trưởng trung bình 20% mỗi năm (19891994). Dự báo tới năm 2010 nhu cầu MTBE sẽ lên tới 29.000 nghìn tấn/năm.
Văn Huy Vương
10
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Có nhiều quá trình công nghệ sản xuất MTBE các hãng trên thế giới đã được phát
minh và lắp đặt để sản xuất MTBE. Quá trình công nghệ sản xuất MTBE của Snamprogetti
(Mỹ) sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp khí C 4 chứa isobuten. Quá trình Hiils (CHLB Đức)
quá trình của CD Tech dùng nguyên liệu C 4 và C5 (hỗn hợp khí). Quá trình ARCO với
nguyên liệu từ quá trình đề hyđrat hoá Tert-Butyl Acolhol,.. Tổng công suất của các xưởng
sản suất MTBE đang hoạt động vào khoảng 25.275 nghìn tấn/năm.
II.Tính chất của Metyl Tert Butyl ete:
1.Tính chất lý học của Metyl Tert Butyl ete:
Metyl tert butyl ete ở trạng thái bình thường là chất lỏng, không màu, linh động, độ
nhớt thấp, dễ cháy, tan vô hạn trong các dung môi hữu cơ và các hydro cacbon.
Một số tính chất vật lý đặc trưng của MTBE được đưa dưới bảng 3 [1]
Bảng 3: Tính chất vật lý của MTBE
Khối lượng phân tử, M
88,15
Nhiệt độ sôi, ts
55,3oC
-108,6oC
Nhiệt độ nóng chảy
Hằng số điện môi (20oC)
4,5
Độ nhớt (20oC)
0,36 mPa.s
Sức cản bề mặt
20 nN/m
Nhiệt dung riêng (20oC)
2,18 KJ/kg.độ
Nhiệt hoá hơi
337 KJ/kg
Nhiệt cháy
-34,88 MJ/kg
-280C
Nhiệt độ chớp cháy
Giới hạn nổ với không khí
1,6584% thể tích
áp suất tới hạn, Pc
3,43 MPa
224,0oC
Nhiệt độ tới hạn, tc
Tỷ trọng, áp suất hơi và độ hoà tan trong nước của MTBE theo nhiệt độ được cho ở
bảng 4 [1]
Văn Huy Vương
11
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Bảng 4: Tỷ trọng, áp suất hơi bão hoà và độ hoà tan của MTBE
Nhiệt độ
áp suất
o
C
Độ hoà tan
Nước trong
MTBE, %KL
KPa
Tỷ trọng
MTBE trong
nước, % KL
G/cm2
0
10,8
1,19
7,3
0,7613
10
17,4
1,22
5,0
0,7510
12
0,7489
15
0,7458
20
26,8
1,28
3,3
0,7407
30
40,6
1,36
2,2
0,7304
40
60,5
1,47
1,5
MTBE có thể tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, hoặc với Metanol.
Bảng 5: Hỗn hợp đẳng phí của MTBE [1]
Ts,o C
Hỗn hợp đẳng phí
Hàm lượng MTBE, %KL
MTBE - nước
52,6
96
MTBE - Metanol
51,6
86
MTBE - Metanol (1,0MPa)
130
68
MTBE - Metanol (2,5MPa)
175
54
.MTBE không có giới hạn về độ tan lẫn với các dung môi thông thường.
.MTBE rất ổn định trong môi trường kiềm trung tính và axit yếu.
.Trong môi trường axit mạnh MTBE tách metanol và izo buten.
2.Tính chất hoá học:
MTBE là chất khá ổn định dưới điều kiện acid yếu, môi trường kiềm hoặc trung tính.
Trong môi trường có cân bằng:
CH3
CH3
H
CH3 - O - C - CH3
CH3
(MTBE)
+
CH3OH + CH2 = C
CH3
(Metanol) (Iso butylen)
Trong điều kiện phản ứng ở môi trường acid, MTBE gần như trơ với các tác nhân khác
như buten-1, buten-2, n-buten, isobutan,.. điều này làm giảm các sản phẩm phụ và tăng độ
Văn Huy Vương
12
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
chọn lọc. Tuy vậy do cân bằng có thể chuyển dịch sang có thể tạo thành iso butylen và
metanol nên có thể giảm độ chuyển hóa. Do vậy cần phải lấy MTBE ra khỏi môi trường
phản ứng liên tục để làm cân bằng dịch chuyển sang trái.
3.Tính chất của MTBE ảnh hưởng đến công nghệ:
Với các tính chất vật lý như đã trình bày, MTBE có thể thu hồi bằng chưng tách vì
nhiệt độ sôi của MTBE là 55,3oC tức là lớn hơn hỗn hợp đẳng phí của metanol - hỗn hợp
các hyđrocacbon C4 (tos<30) và MTBE thu hồi được ở đáy tháp chưng tách.
Do cân bằng của MTBE trong acid đã nói trên nên để tăng độ chuyển hoá tạo ra
MTBE, trong công nghệ người ta sử dụng kỹ thuật phản ứng chưng tách trong các tháp
chưng tách và có đặt các lớp xúc tác trong đó. Đây là kỹ thuật phản ứng mới và rất thích
hợp để sản xuất MTBE.
III. Nhu cầu MTBE, tình hình sản xuất MTBE trên thế giới:
Nhu cầu MTBE trên toàn cầu hàng năm tăng 20% trong giai đoạn từ năm 1989-1994,
thậm chí tới 25% [2], tuy nhiên trong giai đoạn từ năm 1994-2000 tốc độ tăng trưởng sẽ
giảm xuống còn 4%/năm và giai đoạn 2000-2010 sẽ giảm xuống còn 1,7%/năm.
Có thể thấy nhu cầu MTBE toàn cầu trong bảng 6.
Văn Huy Vương
13
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Bảng 6: nhu cầu MTBE trên thế giới (đơn vị tính: 1000 tấn) [2]
Năm
1994
1995 1996
1998
2000 2005
2010
Tốc độ tăng trưởng
1994- 2000- 19942000 2010 2010
Nước
Mỹ
7990 10921 12174 12246 12477 13111 13361
7,7
0,7
3,3
Canada
183
283
286
292
297
313
321
8,4
1,0
3,7
Châu Mỹ La
tinh
538
1065 1115
1186
1262 1478
1735
15,3
3,2
7,6
Nhật
388
427
434
444
471
534
581
3,3
2,1
2,6
Trung Đông
0
0
0
147
200
236
276
Châu Phi
70
70
70
70
70
85
104
0,0
4,0
2,5
3,3
Tây Âu
2259
2064 2419
2449
2487 2553
2631
1,6
0,6
1,0
Đông Âu
388
505
542
594
624
812
1024
8,2
5,1
6,3
Châu Đại
Dương
0
0
0
0
0
0
0
4722
14,9
4,6
8,3
13128 17003 19003 19898 20895 22929 24763
8,1
1,7
4,0
Những vùng
khác
Tổng
1312
1669 1963
2472
3015 3805
Hiện nay các xưởng sản xuất MTBE đã được lắp đặt ở nhiều nơi trên thế giới với tổng
công suất vào khoảng 25275 nghìn tấn MTBE/năm. Các xưởng này được lắp đặt dựa trên
các quá trình công nghệ của các hãng khác nhau như: công nghệ của Snamprogetti (Mỹ)
sưe dụng nguyên liệu FCC-BB và thiết bị đoạn nhiệt, đã có 21 xưởng được xây dựng ở
nhiều nơi (Mỹ, vùng vịnh,..) dựa trên công nghệ của Snamprogetti cùng một số dự án đang
được thực thi, [3]. Công nghệ của Hiils AG cũng đã được áp dụng nhiều trong các xưởng
của CHLB Đức,.. Những quá trình cong nghệ gần đây như công nghệ ARCO (của
TEXACO) đang được sử dụng trong các xưởng sản xuất ở Texas (Mỹ) và Tây Âu. Công
nghệ CD Tech (ABB Lummus) cũng được sử dụng với hơn 60 xưởng và gần 30 dự án [3].
Công nghệ sản xuất MTBE của UOP với 11 xưởng với công suất 30000 bpsd, sử dụng
nguyên liệu là khí butan từ mỏ khí. Hơn 26 xưởng sản xuất dựa trên công nghệ của TFP,
xưởng sản xuất dựa trên công nghệ của Phillip (Hà Lan), công nghệ của hãng Shell,.. đã
được xây dựng và đang hoạt động khắp nơi. ở Nhật Bản các xưởng sản xuất với công nghệ
của hãng Sumimoto đã được xây dựng.
Gần đây ở Arập Xêút, Venezuela và các vùng khác người ta đã xây dựng các xưởng
sản xuất MTBE từ nguyên liệu khí Butane từ mỏ khí, sử dụng công nghệ của UOP,...
Văn Huy Vương
14
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
IV.Quá trình tổng hợp MTBE:
1.Hoá học của quá trình tổng hợp: [1]
MTBE được tạo thành nhờ sự cộng hợp của metyl alcohol vào nối đôi hoạt
động của iso butylen:
CH3
|
CH2 = C + CH3OH
|
CH3
CH3
|
CH3 - C - O - CH3
|
CH3
Quá trình phản ứng xảy ra dễ dàng ở điều kiện nhẹ nhàng và trong pha lỏng (hoặc pha
lỏng - khí hỗn hợp). Nhiệt độ phản ứng trong khoảng 40-90 oC và áp suất từ 7-20at(áp suất
đủ để duy trì phản ứng ở trạng thái lỏng). Đây là phản ứng toả nhiệt nhẹ, thuận nghịch, có
độ chọn lọc cao mặc dù có mặt các cấu tử C 4 khác (buten, n-butan, iso butan...) trong môi
trường phản ứng. Xúc tác cho phản ứng thích hợp là xúc tác acid rắn. Có thể sử dụng xúc
tác acid rắn như bentonit nhưng hay sử dụng nhất là nhựa trao đổi ion cationit, gần đây
người ta đã nghiên cứu sử dụng xúc tác zeolit.
Phản ứng tổng hợp là phản ứng thuận nghịch, để cân bằng dịch chuyển sang phải thì
người ta phải lấy dư lượng metanol hơn so với hệ số tỷ lượng.
Quá trình tổng hợp MTBE là quá trình dị thể E - R
Văn Huy Vương
15
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
2. Động học và cơ chế phản ứng: [4]
Phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng thuận nghịch, xúc tác acid, động học và cơ chế
phản ứng phụ thuộc vào môi trường phản ứng, điều này có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ lệ:
Có thể xem là phản ứng xảy ra theo cơ chế ion với sự proton hoá iso buten trước:
CH3
CH3
+
|
+H
|
C = CH2
C+ - CH3
|
|
CH3
CH3
Sau đó ion cacboni sẽ tương tác với etanol:
CH3
|
CH3 - C+ + CH3OH
|
CH3
CH3
|
CH3 - C - O+ - CH3
|
|
CH3 H
(2)
Và cuối cùng:
CH3
|
CH3 - C - O - CH3
|
|
CH3 H
CH3
|
CH3 - C - O - CH3 + H+
|
CH3
Tỷ lệ R<=0,7, khi đó lượng metanol là chủ yếu trong môi trường phản ứng, vì vậy
metanol có xu hướng hấp phụ lên xúc tác nhựa trao đổi ion và do đó hầu hết các nhóm
Sulfomic của nhựa bị Solvat hoá bởi rượu:
R - SO3H + MeOH
Me+OH2 + R - SO3-
Sự hấp phụ của alken lên nhựa là rất nhỏ. Do đó có thể thấy rằng tiến trình phản ứng
tổng hợp MTBE sẽ theo cơ chế Eley-Rideal (E-R), tức là phản ứng xảy ra trên bề mặt nhựa
giữa Isobuten từ dung dịch với Metanol đã hấp phụ. Phản ứng bề mặt là giai đoạn quyết
định tốc độ.
MeOH +
MeOH .
MeOH . + Iso buten +2
MTBE .
MTBE . + 2.
MTBE +
Và khi đó tốc độ phản ứng sẽ được xác định:
Văn Huy Vương
16
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Trong đó:
r: tốc độ phản ứng
Kf: hằng số tốc độ phản ứngthuận
KMe: hằng số cân bằng hấp phụ của Metanol
K: hằng số cân bằng nhiệt động
Ci: nồng độ của cấu tử i, mol/l
i = Isobuten, Metanol, MTBE
KMT: hằng số cân bằng hấp phụ
Khi bị hấp phụ Metanol được nối hyđro theo 3 kíchthước mạng lưới của 3 nhóm SO 3H
và phản ứng với isobuten từ dung dịch trong các mao quản và ở pha tạo gel. Sự hoạt động
đồng tác dụng của cả 3 nhóm SO 3H sẽ tạo ra nhóm tert-butyl có cấu trúc giống cation, và
sự trao đổi phối hợp proton xảy ra.
Cũng theo cơ chế này có thể xảy ra sự tạo thành Metyl-sec butyl Ete giống như tạo ra
MTBE, song sự tạo thành này ở mức độ nhỏ bởi vì khả năng phản ứng thấp của alken
thẳng, Buten-1 hầu như không hấp phụ ở R<0,7.
Ngoài ra cũng có sự tạo thành Dimetyl ete (DME) do phản ứng của 2 phân tử Metanol
hấp phụ trên 2 nhóm SO3H cạnh nhau.
Khi 0,7< R <0,8, tức là C IB có giá trịn đáng kể, khi đó có thể thấy rằng cơ chế Lang
muir-Hinshelwood (L-H) bắt đầu có tác dụng.
Theo cơ chế này, Metanol và Iso buten hấp phụ lên nhựa để phản ứng tạo MTBE:
MeOH +
IB +
MeOH .
IB .
MeOH . + IB. +
MTBE .
MTBE . + 2
MTBE +
Phản ứng bề mặt cũng quyết định tốc độ chung.
Động học theo cơ chế này sẽ theo phương trình:
Trên quan điểm phân tử, có thể suy ra rằng sự trao đổi phối hợp proton mà có liên
quan đến sự hấp phụ isobuten là có tác dụng. Sự hấp phụ isobuten dẫn đến sự giữ cố định
cấu trúc giống cation của tert-Butyl vào nhóm SO 3H, nhóm mà phản ứng với nối hyđro của
Metanol với SO3H bên cạnh. Sự đồng tác dụng của 3 nhóm SO3H là cần thiết để ổn định
cấu trúc của tert-Butyl và sự trao đổi proton xảy ra. MTBE được tạo ra và nối hyđro với
nhóm SO3H và làm giảm tốc độ phản ứng, nếu quá trình phản ứng không làm cho các hạt
nhựa co lại cơ chế L-H có thể xảy ra nhanh hơn cơ chế E-R vì tốc độ phản ứng tăng dần.
Văn Huy Vương
17
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Chậm ơt R=0,7 và mạn mẽ khi R=1,7. Khi C IB đủ cao, iso butylen trong dung dịch, trong
các mao quản và trong các thể gel phản ứng với các phân tử iso butylen đã được ổn định
trên nhựa theo cơ chế E-R để tạo ra di isobutylen (DIB), Metyl Sec-butyl Ete (MSBE) là
các sản phẩm phụ.
Khi R=1,7 thì có sự tăng đột ngột tốc độ phản ứng khơi mào của phản ứng isome hoá
buten-1, điều này có thể là do ở giá trị này hàm lượng mol butanol trong pha lỏng lớn
(khoảng 25%). Do đó sự hấp phụ thuận nghịch buten-1 lên nhựa đã khá lớn.
Khi R=3,5, hàm lượng CH3OH trong pha lỏng còn ít hơn 15% mol trong khi đó hàm
lượng iso buten là 50% (nếu nguyên liệu là phân đoạn C 4 từ quá trình Craking hơi nước). ở
CMe thấp này hạt nhựa polime bị co lại và mạng lưới SO 3H dày đặc, cơ chế L-H bắt đầu
chiếm ưu thế. Do đó lúc này phản ứng tổng hợp MTBE xảy ra chủ yếu theo cơ chế L-H.
Sự tạo thành DIB theo cơ chế L-H cũng có tác dụng.
Khi R=10, lúc này phản ứng chỉ xảy ra theo cơ chế L-H cuối cùng khi tổng hợp
MTBE đạt cân bằng hoá học, một cơ chế chuyển tiếp có thể xảy ra. ở R<=1 quá trình phản
ứng chủ yếu xảy ra theo cơ chế E-R và tốc độ phản ứng khơi mào giảm dần. ở R<1 tiến
hành phản ứng bắt đầu theo cả 2 cơ chế. Trong quá trình phản ứng xảy ra phản ứng tổng
hợp MTBE chuyển sang cơ chế L-H và tốc độ phản ứng tăng dần và đạt cân bằng hoá học.
V.Xúc tác: [5]
Trong công nghệ sản xuất chất oxy thường sử dụng xúc tác là nhựa trao đổi ion dạng
cationít có mao quản lớn. Nhựa cationít là 1 acid rắn, là hợp chất cao phân tử gồm matrix
là hợp chất trùng hợp của styron và có thêm divynyl benzen butadien hay các hợp chất
khác nối đôi liên hợp tạo thành cấu trúc mạng không gian ở mức độ nào đó để không tan
trong nước và các dung môi hữu cơ nhưng có cấu trúc xốp hở để có khả năng trao đổi các
nhóm chức như là -SO3H đã được đính vào matrix polime nói trên (đính vào các nhân
thơm)
Matrix của cation tạo thành giữa Styren và divinyl benzen có thể biểu diễn như sau:
Văn Huy Vương
18
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Độ acid càng mạnh thì độ hoạt tính xúc tác càng cao. Độ acid phụ thuộc vào kiểu loại
và số nhóm acid trên nhựa và bị ảnh hưởng bởi độ nối ngang (liên kết ngang). Độ hoạt
động của xúc tác nhựa phụ thuộc chủ yếu vào hình thái ban đầu của nhựa và vào tương tác
của nó với pha phản ứng gồm cả dung môi và những chất khác trong hệ thống phản ứng.
Hình thái của nhựa trao đổi ion liên quan đến cách tiếp cận của các phân tử vào nhóm
Sulfonic. Nó có thể bị ảnh hưởng bởi tương tác của dung môi và những phân tử hấp phụ
với nhóm định chức.
Một số loại xúc tác nhựa trao đổi ion và tính chất của chúng được đưa ở bảng 7.
Bảng 7: Tính chất của một số loại nhựa trao đổi ion [5]
Tên thương mại
Độ
acid
C
Bề mặt
riêng
theo
BET,
m2/g
Bề mặt
riêng
theo
ISEC,m2
/g
Bayer K2631
4,83
41,5
Bayer OC-1501
5,47
25,0
163,8
0,52
832
0,66
Ambalyst 15
4,75
42,0
156,9
0,36
343
0,74
Ambalyst 35
5,32
34,0
165,7
0,28
329
0,51
Dowex M32
4,78
29,0
0,33
455
0,63
Purolite CT 151
5,40
25,0
0,30
252
0,43
Purolite CT 165
5,00
6,2
0,16
1148
0,43
Purolite CT 169
4,90
48,1
0,38
342
0,43
Purolite CT 171
4,94
31,0
0,47
597
0,40
Purolite CT 175
4,98
29,0
0,48
662
0,40
Purolite CT 179
5,25
35,0
0,33
386
0,43
151,2
220,1
Thể tích
mao
quản,
mL/g
Đường
kính
mao
quản,
Ao
Kích
thước
hạt tb,
nm
0,67
650
0,63
1.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình công nghệ:
a.ảnh hưởng của tỷ số Iso butene/Metanol đến tốc độ phản ứng tổng hợp:
Khi tăng tỷ số IB/MeOH tức là hàm lượng Iso butylen [6] trong hỗn hợp phản ứng tăng
sẽ dẫn đến việc giảm hằng số tốc độ phản ứng tổng hợp. Điều này là do sự ổn định của
isobuten và phức hoạt hoá, và do sự tăng lên nhiều các proton hoạt động.
Vì vậy trong công nghệ cần điều chỉnh tỷ lệ này phù hợp để tránh làm giảm tốc độ
phản ứng tổng hợp.
b.ảnh hưởng của nồng độ MTBE tạo thành đến phản ứng tổng hợp [6]
Khi nồng độ MTBE tăng dẫn đến sự tăng hằng số tốc độ, hằng số mà không phụ thuộc
và nhựa trao đổi ion. Có thể thấy rằng sự tăng hàm lượng MTBE trong hỗn hợp phản ứng
dẫn đến những thay đổi, không phụ thuộc vào nhựa, của những thông số hoạt hoá ( H và
Văn Huy Vương
19
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
S), những thông số mà dẫn đến sự thay đổi phức hoạt hoá. Về điều này làm tăng tốc độ
phản ứng.
c. ảnh hưởng của sự có mặt của nước [7]
Sự có mặt của nước với một lượng nhỏ, bằng hoặc ít hơn so với trong hỗn hợp đẳng
phí với metanol không ảnh hưởng nhiều đến hằng số cân bằng của MTBE, thâm chí có thể
làm tăng độ chuyển hoá iso buten.
Nước với một lượng nhỏ cũng có ảnh hưởng ức chế và làm giảm tốc độ tạo ra MTBE,
đặc biệt là ở phần đầu (phần trên) của thiết bị gián đoạn hoặc thiết bị ống chùm. ảnh hưởng
ức chế sẽ mất đi khi nước bị tiêu thụ để tạo ra TBA. TBA được tạo thành rất nhanh. Cân
bằng TBA đạt được nhanh chóng hơn so với ete. Vì vậy sự có mặt của nước sẽ dẫn đến sự
tạo ra phản ứng phụ.
VI. Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu cho quá trình tổng hợp MTBE
Nguyên liệu tổng hợp MTBE là Metanol và iso buten
1.Các nguồn nguyên liệu [2]
Hiện tại iso butylen thu được từ 4 nguồn:
+Iso buten từ hỗn hợp Raffinate-1, là hỗn hợp khí thu được từ quá trình Cracking hơi
nước, hỗn hợp khí buten từ xưởng etylen. Đây là nguồn iso buten thường được sử dụng
nhiều trong các xưởng sản xuất MTBE trên thế giới.
Văn Huy Vương
20
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Nguồn nguyên liệu này có ưu điểm là nồng độ iso buten tương đối cao và có thể dùng
trực tiếp để sản xuất MTBE.
+Iso buten từ phân đoạn C 4 của quá trình cracking xúc tác tầng sôi (FCC-BB). Trong
nguồn nguyên liệu này thì nồng độ isobuten thấp hơn nhiều trong đó butan lại chiếm tỷ lệ
lớn. Do vậy nếu sử dụng nguồn nguyên liệu này thì giá thành sản xuất và vốn đầu tư sẽ đắt
hơn.
+ Iso buten từ quá trình đề hyđrat hoá Tert butyl Alcohol. Tert butyl Alcohol thu được
như là đồng sản phẩm của quá trình tổng hợp propylen oxit. Quá trình này được thực hiện
bởi ARCO chemical and Texaco Company.
+Iso buten đi từ quá trình đề hyđro hoá isobutan:
Isobutan có thể từ các quá trình chọn lọc dầu hoặc từ quá trình isome hoá khí mỏ nbutan. Đây là nguồpn nguyên liệu hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu cầu MTBE và là hướng
phát triển có triển vọng. Mặc dù đầu tư cho sản xuất đòi hỏi hơi cao hơn.
Tác nhân phản ứng thứ 2 là Metanol được sản xuất với độ tinh khiết lớn hơn 99% và
được sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE mà không cần phải xử lý thêm. Metanol hiện
nay được sản xuất với số lượng hoàn toàn có thể đáp ứng cho tổng hợp MTBE được. Công
suất các xưởng sản xuất Metanol hiện nay cho phép sản xuất Metanol để tổng hợp MTBE
với công suất MTBE lên tới 14.106 tấn/năm (1993)
2. Tính chất hoá lý của nguyên liệu:
a.Tính chất của isobuten [8].
Văn Huy Vương
21
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Isobuten là chất khí không màu, có thể cháy ở nhiệt độ và áp suất thường. Nó có thể
hoà tan với rượu, ete và hyđro cacbon, chỉ tan ít trong nước.
Một số tính chất vật lý của isobuten được dựa ở bảng 8:
Bảng 8: Một số tính chất vật lý của isobuten [8]
Nhiệt độ sôi tos, oC (101,3 KPa)
-6,90
Tỷ trọng ở 25oC lỏng
0,5819g/m3
0oC khí
2,582kg/m-3
Nhiệt hoá hơi ở áp suất bão hoà và 25oC
366,9J/g
ts
394,2J/g
Nhiệt dung riêng ở 25oC: khí lý tưởng
1589J/kg.độ
Lỏng (101,3KPa)
2336J/kg.độ
Giới hạn nổ với không khí (ở 20oC,101,3KPa)
1,8-8,8 thể tích
áp suất hơi bão hoà theo nhiệt độ có thể tính theo.
log10=A-B/(t+C)
Trong đó A,B,C là các hệ số được cho ở khoảng
-82+13oC
A=6,84134
Nhiệt cháy.
C=240,00
B=923,20
-2702,3KJ/mol
Iso butan có các tính chất của một defin đặc trưng với những phản ứng chính như phản
ứng cộng, xúc tác acid (phản ứng cộng rượu tạo ete, phản ứng cộng các halogen tạo các
dẫn xuất halogenna, phản ứng cộng H2O tạo TBA, phản ứng isome hoá, phản ứng polime
hoá tạo DIB, phản ứng với CO và H2O để tạo ra axit cacbo xlic)(CH3)3C COOH, phản ứng
với fomaldehyde tạo hợp chất dùng để sản xuất isopren.
Các phản ứng:
CH3
CH2 = C
CH3
+ H2O
CH3 - C - OH
CH3
CH3
CH3
CH3
CH2 = C
+Cl2
Cl- CH2 -C
CH3
CH3
Cl
CH3
CH2 = C
+ CH3OH
CH3
CH3 - C - O - CH3
CH3
Văn Huy Vương
CH3
22
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
CH3
CH2 = C
CH3
CH3
+ CH2 = C
CH3 - C - CH2 = C
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3
H3C
C=C
H
CH3
CH3
H
C=C
H
H
CH3
CH3
CH2 = C
+CO + H2O
(CH3)3CCOOH
CH3
CH3
CH2 = C
+O2,
Metacrolein
CH3
b.Tính chất của Metanol: [1]
Metanol là chất lỏng không màu, linh động, dễ cháy và tan nhiều trong nước, tan hầu
hết trong các dung môi hữu cơ, tan ít trong chất béo và dầu, Metanol là chất phân cực vì
vậy nó tan nhiều trong các chất vô cơ phân cực và đặc biệt là các muối. Metanol tạo hỗn
hợp đẳng phí với nhiều chất như MTBE, Acrylonitrile, hyđrocacbon (n-pentan, benzen,
toluen...), Metyl acetat, Metyl metacrylat...
Một số tính chất vật lý quan trọng của Metanol được dựa vào bảng 9.
Bảng 9: Một số tính chất vật lý của Metanol
64,6oC
Nhiệt độ sôi (101,3 KPa)
Tỷ trọng ở (101,3 KPa) và 0oC
0,8100g/cm3
25oC
0,78664g/cm3
50oC
0,7637g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy
Tỷ trọng nhiệt
ở 25oC (101,3 KPa ) khí
44,06J/mol.độ
25oC (101,3 KPa ) lỏng
Độ nhớt (25oC)
Văn Huy Vương
81,08J/mol.độ
lỏng
0,5513mPas
hơi
9,68.10-3mPas
23
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
Giới hạn nổ với không khí
5,5% - 44%
Nhiệt hoá hơi (101,3 KPa)
1128,8KJ/kg
áp suất hơi Metanol theo to có thể tính
theo
lnP=8,999 + 512,64/T
Metanol là rượu đơn giản nhất, độ hoạt động của nó được xác định với nhóm chức
OH. Phản ứng của Metanol xảy ra qua sự phân huỷ của nối C-O hoặc H-O và đặc trưng với
sự thay thế H hoặc nhóm OH.
Một số phản ứng đặc trưng của Metanol:
xt
CH3OH
HCHO + H2
Phản ứng loại nước:
-H2O
2CH3OH
CH3 - O - CH3
Phản ứng hyđro hoá:
CH3OH +H2
CH4 + H2O
Phản ứng oxy hoá bởi oxy không khí ở nhiệt độ cao:
xt KL
CH3OH + 1/2O2
CH2O + H2O
CH2O + 1/2O2
CO +H2O
Khi oxy hoá sâu:
xt oxít
CH3OH + O2
CH3OH + 1/2O2
HCOOH
CH2O + H2O
Phản ứng tạo este với các axít:
O
||
CH3OH + H2SO4 H3C - O - S - O - CH3
||
O
CH3OH + CH2 = C - COOH
CH2 = C - COOCH3
CH3
Phản ứng thay thế nhóm OH:
CH3OH + NH3
Văn Huy Vương
CH3
CH3NH2 + H2O
24
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
Đồ án môn học:
Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan.
3.So sánh kinh tế các nguồn nguyên liệu:
Có thể so sánh giá của các nguồn Iso buten theo bảng 10.
Bảng 10: Tổng kết giá nguyên liệu sản xuất MTBE [2]
Cents/Pound
Iso buten từ quá trình cracking hơi nước
9,5
Iso buten từ quá trình cracking xúc tác (FCCBB)
9,5
Iso buten từ đề hyđrat hoá TBA
11,1
Iso buten từ khs butan mỏ khí
7,5
Metanol
5,0
Giá tính ở thời điểm 1995 (quý 4) ở khu vực vùng vịnh.
VII.Công nghệ quá trình sản xuất MTBE hiện nay được sử dụng trên thế giới.
Các quá trình sản xuất MTBE khác nhau dựa trên các nguồn nguyên liệu khác nhau.
1.Sản xuất MTBE từ hỗn hợp khí C 4 Raffinat-1 từ phân xưởng etylen và từ hỗn
hợp FCC-BB từ quá trình cracking xúc tác.
Sơ đồ khối của quá trình sản xuất MTBE từ khí C4 từ xưởng etylen.
Metanol
Khí Raffinat -1
Xưởng MTBE
MTBE
C4S
Nếu nguồn nguyên liệu là isobuten từ quá trình cracking xúc tác:
Metanol
FCC - C4S
MTBE
Xưởng MTBE
Đây là nguồn nguyên liệu truyền thống thường được sử dụng trong các xưởng sản xuất
MTBE trên thế giới. Vì vậy quá trình sản xuất đi từ hỗn hợp khí Raffinat-1 hoặc FCC-BB
là quá trình sản xuất MTBE phổ biến trước đây. Ưu điểm của nó là giá thành sản xuất rẻ,
do nguyên liệu là có sẵn giá thành sản phẩm rẻ vì nguyên liệu là các sản phẩm thứ yếu của
các quá trình lọc dầu và có thể sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE. Tuy vậy do sự hạn chế
về số lượng nguyên liệu mà phương pháp này đang dần bị thay thế.
Một số công nghệ dùng nguồn nguyên liệu là hỗn hợp Raffinal-1 hoặc FCC-BB gồm
có:
Văn Huy Vương
25
Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN
