Đồ án nghiên cứu và phát triển sản xuất B,T,X

ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..............................................................................................4
1.1 Mục đích, tình hình sản xuất BTX ( benzen, toluen,xylen) độ tinh khiết cao
trên thế giới................................................................................................................ 4
1.2

.Các tính chất hóa lý, tính chất hóa học của BTX.........................................5

1.3.

Các phương pháp sản xuất BTX...................................................................8

1.4

Các công nghệ phân tách BTX tinh khiết cao.............................................10

1.5

Lựa chọn công nghệ.......................................................................................23

CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ...................................................24
2.1.Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ.................................................................24
2.2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ...........................................................................25
CHƯƠNG 3.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG.......................................27
3.1.Cân bằng vật chất..............................................................................................28
3.2.Cân bằng nhiệt lượng........................................................................................42

CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHÍNH...................................................................................69
4.1.Thuyết minh thuyết bị chính............................................................................69
4.2.Tính toán một số chi tiết chính.........................................................................70
KẾT LUẬN...................................................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................77

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 1


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN
LỜI MỞ ĐẦU

Vào những năm 1859, ngành công nghệ chế biến khí ra đời và từ đó sản lượng dầu
mỏ khai thác ngày càng tăng về số lượng, chất lượng để phục vụ cho cuộc sống nhân loại.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, dầu mỏ trở thành nguyên liệu quan trọng
trong công nghệ hóa học. Trên nguyên liệu dầu mỏ, người ta sản xuất hàng loạt các hóa
chất khác nhau, làm nguyên liệu cho các động cơ, làm nguyên liệu cho các ngành công
nghiệp khác.
Tại Việt Nam, ngành công nghệ chế biến dầu chưa hình thành được bao lâu nhưng
được đánh giá là một ngành công nghệp mũi nhọn. Để đáp ứng mục tiêu của sự nghiệp
công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước của nước ta đề ra thì cần đáp ứng nhu cầu rất lớn
về nguyên liệu, nhiên liệu cũng như yếu tố năng lượng cho việc phát triển đất nước.
Ngày 26/6/1986, dầu khí Việt Nam được khai thác tại mỏ Bạch Hổ và từ đó sản
lượng không ngừng tăng lên. Bên cạnh đó còn tìm thế những mỏ dầu mới như: mỏ Rồng,
mỏ Đại Hùng, mỏ Ruby, mỏ Rạng Đông,…Cho đến nay, đã khai thác hơn 60 triệu tấn dầu
tho tại mỏ Bạch Hổ và mỏ khác.
Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ hiện nay,chế biến khâu sau của sản phẩm
reforming xúc tác có vai trò vô cùng quan trọng đó là thu sản phẩm B,T,X.Bởi vì, trong

công nghiệp hóa dầu giá trị của benzen,p-xylen là rất lớn.Do vậy nghiên cứu và phát triển
sản xuất B,T,X là rất cần thiết cho công nghệ chế biến dầu mỏ hiện nay.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 2


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 3


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

1.1 Mục đích, tình hình sản xuất BTX ( benzen, toluen,xylen) độ tinh khiết cao trên
thế giới
Trong công nghiệp lọc hóa dầu, BTX đóng vai trò rất quan trọng và là nguyên liệu
để tổng hợp rất nhiều vật liệu polymer có nhiều ứng dụng và giá trị cao.
Những ứng dụng chính của BTX.

Hình 1.1.1 Ứng dụng của BTX [1]
Hằng năm, trên thế giới có khoảng 110 triệu tấn BTX được sản xuất.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 4

ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Trong đó, nhu cầu tiêu thụ benzen tăng 4% mỗi năm để sản xuất poly styren,
polycarbonat, nhựa phenol, và nylon.Năm 2008, tiêu thụ benzene trên toàn thế giới mới
đạt gần 40 triệu tấn. Khoảng một nửa trong số đó được tiêu thụ tại các quốc gia Tây Âu
(gần 9 triệu tấn, tương đương 23%), Bắc Mỹ (khoảng 8 triệu tấn, 18%), Trung Quốc
(13%) và Nhật Bản (11%). Trong thời kỳ 1990 – 2008, tiêu thụ benzene đã tăng ở hầu hết
các khu vực trên thế giới, nhưng tăng mạnh nhất tại Trung Quốc, tiêu thụ benzene trong
thời kỳ 1990 – 2008 cũng tăng nhanh tại Hàn Quốc (tăng hơn 500%) và Trung Đông (tăng
360%, chủ yếu nhờ sự sẵn có của nguồn cung nguyên liệu).Những xu hướng tiêu thụ
benzene như trên đã có những ảnh hưởng nhất định đối vơi môi trường và sức khỏe con
người. Phơi nhiễm benzene có thể gây ra nhiều bệnh khác nhau, đặc biệt là bệnh máu
trắng và ung thư tủy. Tổ chức quốc tế về nghiên cứu ung thư IARC hiện xếp benzene vào
nhóm 1 (nhóm các chất gây ung thư đối với con người).[2]
Với các đồng phân xylen, chủ yếu thu p-xylen ( 80%), được sử dụng hầu hết để sản
xuất các sản phẩm polyeste qua axit terephtalic tinh khiết,o-xylen là nguyên liệu để tạo
phthalic anhydride and m-xyleneIsohthalic axit.Thị trường cho Xylen ở châu Á-Thái Bình
Dương đã được trị giá 48.6 tỷ USD trong năm 2013, và dự kiến sẽ tăng trưởng 11,4% mỗi
năm. Nó được dự kiến đạt $ 83.2 tỷ USD vào cuối năm 2018. Xylen-Châu Á-Thái Bình
Dương chiếm 81,5% của thị trường toàn cầu của Xylen, và đang sẵn sàng để phát triển thị
phần của mình cho 83,3% vào cuối năm 2018.[3]
Toluen ước tính tăng trưởng khoảng ít hơn 3% , được sử dụng chủ yếu để tạo ra
toluen diisocyanate polyurethane và thuốc nổ TNT , ngoài ra việc sản xuất toluen sẽ còn
tiếp tục tăng lên khi được sử dụng để chuyển hóa thành benzen và các đồng phần xylen
qua quá trình bất phân bố(disproportionation).Toluen còn là dung môi phổ biến , hòa tan
sơn, chất bịt kín silicon, cao su, keo, chất khử trùng.
1.2 .Các tính chất hóa lý, tính chất hóa học của BTX

1.2.1 Benzen

Công thức cấu tạo của benzen

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 5


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

- Benzen có công thức hóa học C6H6 là một chất hữu cơ có vòng thơm.Ở điều kiện
bình thường benzen có mùi thơm,là chất lỏng không màu,dễ cháy, dễ bay hơi,kém tan
trong rượu và nước.
- Benzen có khối lượng phân tử 78,11 g/mol , tỷ trọng 876 kg/m³,sôi ở 80,1°C, đông
đặc tại 5,5°C
- benzen thể hiện các tính chất hóa học :
 Dễ tham gia các phản ứng thế
Phản ứng halogen hóa

Phản ứng sulfo hóa

Phản ứng nitro hóa

Phản ứng alkyl hóa

1.2.2 Toluen

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 6

ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

-

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Toluen có công thức C7H8 .Khối lượng phân tử 92,14.Ở điều kiện thường là chất
lỏng không màu, trong suốt, dễ cháy,có mùi hăng
Là dung môi hòa tan được các chất dẻo, dầu, nhựa thông,có thể hòa tan các dung
môi hữu cơ như rượu, ete, este… nhưng ít tan trong nước
Toluen có nhiệt độ nóng chảy-94.99oC , sôi ở 110,6oC , nhiệt độ đông đặc -95oC.
Toluen mang đầy đủ tính chất hóa học của hợp chất có vòng thơm, dễ tham gia
phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng..
 Phản ứng thế với Br2

 Phản ứng nitro hóa

 Phản ứng của nhóm methyl

1.2.3 Xylen
SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 7


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

1.3.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Xylen công thức phân tử C8H10 , có các đồng phần o-xylen,m-xylen và p-xylen
Khối lương phân tử 106,16 g/mol
Ở điều kiện thường là chất lỏng trong suốt,không màu, có mùi thơm
O-xylen sôi 144 oC, m-xylen sôi ở 139 oC , o-xylen sôi 138 oC.
Điểm chớp cháy O-xylen tại 30 oC,m-xylen tại 17 oC, p-xylen 25oC.
Điểm đông đặc O-xylen tại -25,2 oC,m-xylen tại -47,9 oC, p-xylen 13,3oC.
Xylen mang đầy đủ tính chất của hợp chất có vòng thơm, có những tính chất hóa
học của benzen và toluen.
Các phương pháp sản xuất BTX

1.3.1 Reforming xúc tác
- Hydrocacbon thơm ( trong đó có BTX) thu được từ quá trình reforming xúc tác,ở đó có
2 quá trình chuyển hóa chính : dehyrohoas các naphten và dehydro vòng hóa các parafin,
isoparafin.
- Ngooài ra các phản ứng phụ : isome hóa parafin thành isoparafin và isome hóa các alkyl
xyclohexan.
1.3.2 Cốc hóa than đá
- Qua quá trình cốc hóa than ở nhiệt độ cao thu được khoảng 20% toluen, 60%
benzen.Khi có điều kiện nhiệt độ cao 1000 0C , không có không khí, xảy ra các quá trình
phân hủy nhiệt và thơm hóa phân hữu cơ của than tạo thành cốc, có các sản phẩm lỏng và
khí.Hiệu suất tạo cốc từ 70% đến 80% , trong khi sản phẩm lỏng chỉ đạt 4-5%.Dù vậy sản
phẩm lỏng vẫn được thơm hóa hoàn tooàn trong nhiệt độ cao (95-97%) nên lượng
hydrocacbon thơm là khá nhiều.
- Các hydrocacbon thơm thu được có thể tách ra khỏi các sản phẩm khác bằng quá trinhf
hấp thụ ngược dòng bằng phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao (300-400 0C). Hỗn hợp

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 8


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

được chưng tách trong tháp chưng cất lôi cuốn hơi nước liên tục.Các hydrocacbon nhẹ
được tách ra nhờ quá trình nhưng cất và sản phẩm thô được rửa bằng dung dịch axit
sunforic đặc để loại bỏ hợp chất của lưu huỳnh,các hydrocacbon được chuyển tiếp về bể
chứa, trung hòa hết axit dư và rửa lại bằng nước.
1.3.3 Xăng nhiệt phân
- Thành phần xăng nhiệt phân : sản phẩm của cracking hơi nước các phân đoạn dầu thô
lỏng.Xăng nhiệt phân chứa hàm lượng lớn hydrocacbon thơm,đặc biệt là benzen.
- Tùy vào nguyên liệu và điều kiện tiến hành mà thu được hàm lượng hydrocacbon thơm
trong sản phẩm của cracking hơi
 Xăng C5+ hàm lượng hydrocacbon thơm thu được là 64,6%
 Phân đoạn C6 tại 200oC hàm lượng hydrocacbon thu được 81,1 %
 Phân đoạn C6-C8 hàm lượng hydrocacbon thu được là 81,4%
- Tuy nhiên công nghệ này trên thế giới chỉ còn một số ít nhà máy sử dụng
1.3.4 Các quá trình chuyển hóa hydrocacbon
1.3.4.1 Isome hóa
- Khi mục đích thu nhiều p-xylen để sản xuất tơ sợi tổng hợp, người sử dụng quá trình
isome hóa, o-xylen,m-xylen và cả etylbenzen
- Quá trình xảy ra liên tục và dẫn đến cân bằng
Etylbenzen ↔ o-xylen ↔ m-xylen ↔ p-xylen
1.3.4.2 Hydrodealkyl hóa
- Là phản ứng cracking hydrocacbon thơm có mạch nhánh trong vòng hydro, phản ứng
này thuận lợi ở điều kiện áp suất riêng phần hydro cao.
- Phản ứng cơ bản của quá trình này là tách các nhóm alkyl gắn với vòng benzen dưới
dạng alkal.Nếu quá trình vận hành tốt và quá trình chuyển hóa hoàn toàn khi tuần hoàn
hydrocacbon thơm chưa được phản ứng thì các sản phẩm thu được chủ yếu là
hydrocacbon nhẹ và metan.
1.3.4.3 Quá trình cyclar

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 9


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

- Là quá trình chuyển hóa LPG có xúc tác tức là hỗn hợp propan và butan được chuyển
hóa thành sản phẩm giàu hydrocacbon thơm thông qua phản ứng
dehydrocyclodimerization.
- Giai đoạn đầu của quá trình được giả định propan và butan bị dehydro hóa thành các
olefin tương ứng.Sau đó các olefin này sẽ oligome hóa thành các olefin C 6,C7,C8.Cuối
cùng là phản ứng dehydro vòng hóa tạo thành các hydrocacbon thơm BTX
- Quá trình phản ứng là thu nhiệt do phản ứng dehydro hóa và cracking.Hydrocacbon
thơm thu được từ 63-66% tùy vào thành phần nguyên liệu.Thành phần sản phẩm lỏng
chứa 92% khối lượng BTX, 7-8% hydrocacbon thơm C9 và C10 và rất ít hydrocacbon
không thơm.
1.3.4.4 Phân bố lại toluen
- Là quá trình nhằm mục đích tăng lượng benzen và xylen trên cơ sở chuyển hóa toluen (
ít ứng dụng).Khi kết hợp quá trình tách p-xylen hoặc kết hợp isome hóa, công nghệ này
có thể sản xuất lượng lớn o,p-xylen mà không phải tăng lượng reformat xử lý.
- Quá trình phân bố lại toluen có thể tiến hành trong pha lỏng và pha hơi với sự có mặt
của xúc tác rắn.
Các phản ứng phụ có thể xảy ra : tách nhóm alkyl của toluen tạo benzen và metan; phân
bố lại hỗn hợp xylen tạo thành toluen và các trimetyl benzen; phân bố lại trimetyl benzen
thành các xylen và duren.
1.4 Các công nghệ phân tách BTX tinh khiết cao
- Aromatic hằng năm trên thế giới phần lớn thu từ quá trình refoming , vì vậy trong
đồ án này các quá trình phân tách BTX sẽ lấy nguyên liệu BTX có trong sản phẩm

của quá trình reforming

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 10


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Hình 1.4.1 Các nguồn thu aromatic[4]
1.4.1 Sản xuất BTX tinh khiết cao dựa trên tổ hợp aromatic của UOP ( UOP
aromatic complex)

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 11


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

-

Hình 1.4.2 UOP aromatic complex [12]
Thuyết minh sơ đồ : Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác sẽ được đưa vào tháp tách
Reformate splitter : sản phẩm nhẹ là benzen và toluen, sản phẩm nặng gồm các đồng
phân xylen.Hỗn hợp benzen toluen được dẫn qua tháp trích ly lỏng-lỏng hoắc chưng trích
ly có sử dụng dung môi sunfolane để tách benzen và toluen ra khỏi sản phẩm khác của
quá trình reforming, dòng ra gồm benzen và toluen được đưa qua tháp tách để thu benzen
tinh khiết cao tại đỉnh tháp, toluen thu được cho qua tháp tách , toluen thu được trên đỉnh
tháp , và có thể còn lượng nhỏ sản phẩm C8+ sẽ được dẫn xuống tháp tách các đồng phân

xylen.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 12


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Với mục đích thu được nhiều benzen ( là sản phẩm có nhiều giá trị hơn) , trong tổ hợp có
2 phân xưởng Tatoray và THDA.
 Phân xưởng THDA :

Hình 1.4.2 Phân xưởng THDA [6]
Nguyên liệu Toluen tinh khiết được trộn với dòng toluen tái sinh, dòng tái sinh và
khí Hydro tinh khiết được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt vá sau đó chuyển đến thiết
bị phản ứng. Hợp chất thơm ankyl được hydro deankyl hóa thành benzene và hợp chất
không thơm, các paraffin và naphten được hydro cracking. Dòng ra từ thiết bị phản ứng
được làm mát và chuyển đến thiết bị phân tách sản phẩm thành pha lỏng và pha khí. Pha
khí giàu hydro được tái sinh đến thiết bị phản ứng. Dòng chất lỏng ra khỏi thiết bị phân
tách được chuyển đến cất để loại bỏ những chất nhẹ cuối cùng. Dòng sản phẩm đáy cột
cất được đưa qua một thiết bị xử lí bằng đất sét để cất phân đoạn. Tại đây benzen có độ
tinh khiết cao thu được từ phía trên của cột cất phân đoạn. Phần toluene không phản ứng
được tái sinh đến thiết bị phản ứng từ đoạn thấp hơn trên cột cất phân đoạn. Những sản
phẩm là các hợp chất thơm nặng được lấy ra từ cuối cột để lưu trữ. Có 70-85% độ chuyển
hóa của toluen thành benzen qua quá trình này.
 Phản ứng chính
SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 13

ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

 Các phản ứng phụ:
Hình thành hydrocacbon thơm phân tử lượng lớn

Hydro hóa vòng benzen và phân hủy chúng thành metan

Nhiệt độ dòng vào thiết bị phản ứng 620 độ C, nhiệt độ tối đa 730-750 độ C
Áp suất 4,3 Mpa
Thời gian lưu trung bình 25-30 giây
Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon trong dòng vào thiết bị là 4
Độ chuyển hóa 75%
Độ tinh khiết tối thiểu của dòng hydro là 50-60%
 Phân xưởng Tatoray

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 14


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Hình 1.4.3 Phân xưởng Tatoray[6]
Công nghệ Tatoray bao gồm 1 thiết bị phản ứng loại tầng có xúc tác cố định và 1
tháp tách sản phẩm. Nguyên liệu đầu vào gồm Toluene và C9 được kết hợp với nguồn khí
tuần hoàn giàu hydro được gia nhiệt trước bởi thiết bị trao đổi nhiệt. Về mặt lý thuyết, quá
trình có thể tiến hành mà không cần sư có mặt của hydro, nhưng sự có mặt của nó hạn chế
sự tạo cốc.

Sau đó, hỗn hợp sẽ được nâng lên đến nhiệt độ phản ứng ở thiết bị đốt nóng. Sau
đó, hỗn hợp hơi được đưa vào thiết bị phản ứng chính loại tầng có lớp xúc tác cố định.
Dòng ra sau đó được làm lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguồn lạnh chính là hỗn hợp
vào. Dòng sản phẩm trước khi vào tháp tách còn được cho qua thiết bị ngưng tụ. Khí giàu
hydro được lấy ra ở phía trên đỉnh tháp, một phần nhỏ của nó được lọc tách để loại cấu tử
nhẹ và quay trở lại để đi về trộn với nguyên liệu đầu. Dòng lỏng ở phía dưới của tháp tách
được chuyển qua tháp tách khí lỏng. Sản phẩm đỉnh của thiết bị được làm lạnh sau đó
được tách ra một phần là khí, 1 phần là lỏng.
Phần khí bao gồm các cấu tử nhẹ được chuyển qua hệ thống khí nhiên liệu. Sản
phẩm lỏng ở đỉnh thì được chuyển qua phân xưởng Platforming ở tháp debutan. Dòng
Benzen ở trong dòng này thì được tách ra và chuyển sang bộ phận tách benzene – toluene.
Benzen và các đồng phân xylene, cùng với toluene chưa phản ứng và hydrocacbon thơm
C9, được lấy từ đáy tháp tách Stripper sẽ tuần hoàn chuyển đến bộ phận tách benzenetoluen
Tương tự như THDA , tatoray cũng là phân xưởng chuyển hóa 1 lượng toluen thành các
sản phẩm có giá trị cao hơn
 Các phản ứng chính

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 15


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Điều kiện công nghệ
Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon : 5-20
Nồng độ hydrocacbon trong dóng khí tuần hoàn > 70%
Áp suất 3-4 Mpa
Nhiệt độ tăng từ 410-470 độ C
Xúc tác cho quá trình này là T-20 chứa 1,25% Cr và 0,5 % Mo

Sản phẩm của cả 2 quá trình này được dẫn tiếp vào tháp tách benzen để thu benzen, các
sản phẩm khác chủ yếu là xylen được đưa vào tháp tách xylen ( xylen splitter). Sản phẩm
nhẹ từ đỉnh tháp đưa vào phân xưởng Parex .
 Phân xưởng Parex
UOP Parex là quá trình sử dụng phương pháp tách với hệ hấp phụ zeolit sàng phân
tử để thu hồi p-X từ hỗn các đồng phân xylen. Hầu hết các quá trình Parex ngày nay được
thiết kế để sản xuất p-X có độ tinh khiết là 99,9 % khối lượng và thu hồi được trên 97 %
lượng đưa vào.
Không giống như các phương pháp sắc ký thông thường, quá trình Parex mô phỏng
sự chuyển động ngược chiều nhau của lòng lỏng nguyên liệu so với lớp chất hấp phụ tác
cố định. Nguyên liệu và sản phẩm vào và ra khỏi lớp chất hấp phụ một cách liên tục với
thành phần gần như không thay đổi. Kỹ thuật này còn đôi khi gọi là simulated movingbed (MBA) lớp hấp phụ giả chuyển động.
Trong một tổ hợp sản xuất hợp chất thơm hiện đại (Hình 2), Phân xưởng Parex
thường nằm dưới tháp tách xylen và thường đi cùng với phân xưởng Isomar. Nguyên liệu
của tháp tách xylen chứa sản phẩm hydrocacbon thơm C8+ từ quá trình CCR Platforming
cùng với sản phẩm từ phân xưởng Tatoray. Phần C8 từ đỉnh của tháp tách xylen được đưa
thẳng tới phân xưởng Parex, nơi mà p-xylen có độ tinh khiết cao được thu hồi. Phần
Raffinat của quá trình Parex sau đó được đưa sang phân xưởng Isomar, nơi mà các đồng
phần C8 được chuyển hóa thêm thành p-xylen và lại tuần hoàn về tháp chưng tách xylen.
Trước khi quá trình Parex được biến đến, p-xylen chủ yếu chỉ được sản xuất bằng
phương pháp kết tinh phân đoạn. Trong phương pháp kết tinh, hỗn hợp xylen được làm
lạnh xuống khoảng -750C (-1000F) tại điểm mà p-xylen bắt đầu kết tinh. Các tinh thể được
tách ra khỏi nước cái bằng máy lọc ly tâm hay tách lọc thông thường. Sau đó sản phẩm sẽ
SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 16


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

được rửa bởi Toluen hay chính một phần sản phẩm p-xylen. Nhưng khoảng không lâu sau
đó, năm 1971 công nghệ UOP Parex đã nhanh chóng trở thành công nghệ được lựa chọn
nhất để sản xuất p-xylen. Và từ thời điểm đó hầu như tất cả các dây chuyền sản xuất pxylen đề dựa trên công nghệ UOP Parex. Lợi thế chính của quá trình Parex so với phương
pháp kết tinh là khả năng thu hồi trên 97% lượng p-xylen đưa vào. Còn các phương pháp
kết tinh chứa các hỗn hợp ơ-tec-tíc nên lượng p-xylen thu hồi được chỉ đạt khoảng 65%.

Hình 1.4.4 Phân xưởng Parex[6]
Các quá trình chia tách diễn ra trông các tháp hấp phụ. Mỗi tháp hấp phụ được chia
thành các lớp chứa chất hấp phụ. Mỗi lớp hấp phụ được gắn bởi một bộ phân phối đặc
biệt, mỗi bộ phân phối này được nối chung với một van quay nhờ các ống nối. Bộ phân
phối giữa các lớp hấp phụ dùng để đưa chất lỏng vào và rút chất lỏng ra khỏi tháp, cũng
như thu hồi chất lỏng ở đĩa trên và phân phối đề chất lỏng cho đĩa dưới.
Thông thường một Phân xưởng Parex có 24 lớp hấp phụ và 24 ống nối mỗi lớp đến
van quay chung. Nhưng theo thực tế khảo sát và đáng giá mỗi Phân xưởng Parex đề có 2
thấp hấp phụ mỗi tháp có chứ 12 lớp chất hấp phụ. Quá trình Parex thường có bốn dòng
chính được phân phối vào trong tháp hấp phụ bởi van quay là:
 Dòng nguyên liệu: Hỗn hợp xylen vào
 Dòng trích ra: Gồm có sản phẩm p-xylen cùng với chất nhả hấp phụ
 Dòng raffinat ra: Gồm có etylbenzen, m-xylen, o-xylen, và chất nhả hấp phụ
 Dòng chất nhả hấp phụ vào: Chất nhả hấp phụ được tuần hoàn từ khu vực phân
tách.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 17


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Tại bất cứ thời điểm nào cũng chỉ có 4 ỗng dẫn hoạt động đưa 4 dòng ra và vào tháp

hấp phụ. Van quay được sử dụng để chuyển theo chu kỳ vị trí của lỏng vào và ra khỏi tháp
tương ứng với mỗi vị trí có thành phần xác định dọc theo thân tháp. Một bơm được sử
dụng để bơm chất lỏng từ đáy tháp 1 lên đỉnh của tháp 2 và một bơm được sử dụng để
bơm chất lỏng từ đáy tháp 2 nên đỉnh tháp 1. Như vậy 2 tháp hấp phụ hoạt động như một
tháp cứ lần lượt tuần hoàn từng lớp chất hấp phụ.
Dòng trích từ tháp hấp thụ được van quay đưa đến tháp chưng để tách sản phẩm ra
khỏi chất nhả hấp phụ. Sản phẩm đỉnh của tháp được đưa sang tháp cuối cùng để tách loại
bất cứ lượng toluen nào còn lẫn phải p-xylen tinh khiết.
Dòng raffinat tương tự cũng được van quay đưa sang tháp chưng để tách chất nhả
hấp thụ. Sản phẩm đỉnh của tháp là hỗn hợp đồng phân C8: etylbenzen; m-xylen; o-xylen
cùng với bất cứ hợp chất thơm nào còn lẫn phải trong nguyên liệu vào.
Sản phẩm raffinat lại tiếp tục đưa sang quá trình Isomar để chuyển hóa thành p-xylen rồi
lại tuần hoàn về quá trình Parex.
 Phân xưởng isomar
Phân xưởng UOP Isomar được sử dụng để thu tối đa một đồng phân xylen nào đó trong
hỗn hợp đồng phân hydrocacbon thơm C8. Thông thường Isomar chủ yếu được sử dụng
để tận thu tối đa p-xylen nhưng nó cũng có thể sử dụng để thu hồi cả o-, m-xylen. Trong
trường hợp thu hồi p-xylen thì nguyên liệu của quá trình này là phần raffinat của phân
xưởng Parex, nơi mà p-xylen đã được thu hồi tới 97% và có độ tinh khiết lên tới 99%
khôi lượng. Phần Raffinat còn lại chủ yếu gồm m-xylen và etylbenzen một lượng nhỏ còn
lại là p- và o-xylen. Ở đây hiệu suất của p-xylen được tăng cường nhờ quá trình isome
hóa các đồng phân m-,o-xylen và cả etylbenzen.
Isome hóa tạo ra sự chuyển hóa liên tục và dẫn đến cân bằng giữa 4 loại
hydrocacbon thơm C8 theo sơ đồ sau:
Các phản ứng chính
Phản ứng Isome hóa xylen

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 18

ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Phản ứng Isome hóa Etylbenzen

Xúc tác của quá trình
Xúc tác dùng cho quá trình này là xúc tác lưỡng chức, chức axit (zeolit) và chức
kim loại. Chức năng của chức axit đó là isome hóa các đồng phân xylen tạo thành một
hỗn hợp cân bằng động. Chức kim loại chủ yếu để thúc đẩy các phẩn ứng hydro hóa và
đề hydro hóa, góp phần chuyển hóa etylbenzen thành các đồng phân xylen.
Theo dây chuyền của UOP để tối đa hóa lượng p-xylen thu được họ đã đưa ra một
loạt các mẫu xúc tác như I-9, I-210, I-400
Dây chuyền công nghệ

Hình 1.4.5 Phân xưởng isomar [6]
Một phân xưởng Isomar thông thường sẽ luôn đi cùng với một phân xưởng để thu
hồi một hay nhiều đồng xylen. Và hầu hết các phân xưởng Isomar thường đi cùng với
phân xưởng Parex để thu hồi p-xylen. Hỗn hợp xylen nguyên liệu vào phân xưởng Parex
được đưa tới tháp chưng cất xylen, đây là bộ phận thiết kể không những thu được o-xylen
ở đáy tháp mà còn đơn giản loại bỏ được các hydrocacbon thơm C9+ đáp ứng được các
chỉ tiêu nguyên liệu của phân xưởng Parex. Còn sản phẩm đỉnh của tháp chưng xylen sẵ
được đưa thẳng vào quá trình Parex nơi mà có thể thu hồi 97% lượng p-xylen và sản xuất
được p-xylen với độ tinh khiết 99,9%. Còn sau đó sản phẩm Raffinat của quá trình Parex,
chứa hàm lượng p-xylen dưới 1% được đưa sang quá trình Isomar.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 19


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Dòng nguyên liệu của quá trình Isomar đầu tiên phải trộn với dòng khí giàu Hydro
tuần hoàn và luôn được bù vào lượng Hydro đã mất đi do phản ứng của quá trình Isomar.
Sau đó dòng nguyên liệu được gia nhiệt bởi dòng sản phẩm ra từ thiết bị phản ứng, tiếp
theo chúng được bốc hơi trong thiết bị nung nóng, nhiệt độ được nâng tới nhiệt độ phản
ứng. Dòng khí nóng được đưa vào thiết bị phản ứng rồi đi qua các lớp xúc tác cố định,
thiết bị thường dạng hướng trục. Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng được làm lạnh
khi trao đổi nhiệt với hỗn hợp nguyên liệu đầu sau đó được đưa vào thiết bị tách sản
phẩm. Dòng khí giàu hydro sẽ được lấy ra ở đỉnh của tháp tách và tuân hoàn lại thiết bị
phản ứng. Một phần của dòng khí được làm sạch để loại bỏ phần nhẹ lẫn vào trong dòng
khí tuần hoàn. Phần lỏng ở đáy tháp tách được đưa đến tháp chưng để loại bỏ các hợp
chất C7. Phần C7 ở đỉnh tháp này được cũng được làm lạnh và đưa vào một bộ phận tách
khí lỏng, phần khí được sử dụng làm nhiên liệu còn phần lỏng thì được tuần hoàn lại quá
trình UOP Platforming. Phần hydrocacbon C8 dưới đáy của tháp deheptan hóa được xử lý
bằng vật liệu đất sét để loại bỏ vết tạp chất, các loại nhựa và polime tạo thành, sau đó tiếp
tục tuần hoàn về tháp tách xylen.
1.4.2. Sử dụng công nghệ dùng dung môi DMSO tách của IFP process và CrystPX
của GTC.
Để thu được BTX tinh khiết cao, có thể sử dụng 2 công nghệ này nối tiếp nhau, tức
là nguyên liệu giàu BTX như sản phẩm của reformate.
Giai đoạn 1 : Sử dụng IFP process để tách C7+ Aromatic và benzen.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 20


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Hình 1.4.6 Công nghệ tách Aromatic của IFP [8-252]
Mô tả công nghệ : Dòng nguyên liệu ban đầu được đưa vào giữa tháp trích ly (1) nhiệt độ
làm việc trung bình khoảng 30 độ C, áp suất tuyệt đối từ 4-6 bar, dung môi trích là DMSO
với 4-6 % H2O được đưa lên đỉnh tháp,cùng với butan đưa vào đáy tháp tỷ lệ
DMSO/nguyên liệu được khống chế 3/1 – 6/1 để đảm bảo hiệu suất thu hồi aromatic, và
tỷ lệ butane /nguyên liệu là 0,15/1 để đảm bảo chỉ tiêu tinh khiết của aromatic .
Sau khi trích ly pha trích lấy ra ở đáy tháp và đưa tới đỉnh tháp trích (2) , butan là dung
môi trích thứ 2 được đưa vào đáy tháp (2) để tái sinh dung môi DMSO , DMSO tái sinh
được lấy ra ở đáy tháp và tuần hoàn lại tháp trích (1) .Pha rafinat từ tháp (1) gồm nonaromatic và 1 phần ít DMSO được đưa qua thiết bị rửa (3), nước được dùng để hòa tan
DMSO , phần non-aromatic được tách ra tại đỉnh.Hỗn hợp DMSO và nước từ thiết bị rửa
(3) cùng với (C4 + aromatic) từ tháp trích ly (2) tiếp tục đi vào tháp thu hồi DMSO (4),
DMSO và nước thu được dưới đáy tháp được đưa qua tháp chưng (5) .DMSO được thu
hồi dưới đáy tháp và quay trở lại tháp trích (1).Sản phẩm đỉnh của tháp thu hồi DMSO
được đưa vào tháp tách loại butan (8) ,tuần hoàn 1 phần butan về tháp trích ly (1).sản
phẩm ở sườn tháp được quay trở lại tháp trích (1) với vai trò rửa ngược.Sản phẩm nặng
tiếp tục đem đi chưng cất tại tháp chưng (7 ) nhằm tách C7+ .Sản phẩm nhẹ của tháp (7 )
lại được chưng tiếp ở tháp chưng (6) để thu benzen tinh khiết cao .Các cấu tử nhẹ lấy
được từ tháp (6) được tuần hoàn lại trong dòng nguyên liệu ban đầu.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 21


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Hình 1.4.7 Công nghệ thu hồi paraxylen của GTC[9]
Hỗn hợp C7+ được dẫn vào tháp tách C7-C8 (3)lấy ra ở đỉnh tháp, C9+ lấy ra dưới đáy
tháp,sản phẩm đỉnh được dẫn qua thiết bị hấp phụ(2),p-xylen,toluen có lẫn rất ít dung môi

hấp phụ được đem đi tách ,pha rafinat được đưa vào tháp tách chất hấp phụ , dung môi
được hoàn lưu lại tháp hấp phụ (2), p-xylen và toluen cuối cùng được đưa vào tháp
chưng(6) thu toluen, và sản phẩm giàu p-xylen.Sau khi tách chất hấp phụ (5) , hỗn hợp có
lẫn lượng nhỏ p-xylen được đưa vào thiết bị isome hóa (7), sản phẩm sau phản ứng tiếp
tục đi qua tháp tách C7 (1) để bổ sung vào dòng nguyên liệu.Sản phẩm giàu p-xylen được
đem đi tinh chế bằng phương pháp kết tinh.

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 22


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

Hình 1.4.8. Tinh chế p-xylen bằng kết tinh[10-200]
Công nghệ sử dụng kết tinh 2 bậc, nguyên liệu được đưa vào thiết bị kết tinh sơ cấp,pxylen tiếp tục được tinh chế qua thiết bị ly tâm, p-xylen được tách ra được đưa đi làm
nóng hồi lưu 1 phần tới thiết bị ly tâm , 1 phần thu dưới dạng tinh khiết, phần nhiều tạp
chất được dẫn qua hệ thống kết tinh sơ cấp , làm việc ở nhiệt độ thấp hơn thu tối đa lượng
p-xylen còn xót lại để hòa cùng dòng nguyên liệu ban đầu , nâng cao hiệu suất thu pxylen.
1.5 Lựa chọn công nghệ
 Công nghệ của UOP : thích hợp với quy mô sản xuất lớn hơn, chi phí
đầu tư lớn , độ tinh khiết sản phẩm p-xylen thu được lên tới 99,9% hiệu
suất thu hồi 97%[12],benzen thông qua quá trình tách bằng sunfolane có
thể đạt hiệu suất thu hồi 99,99% với độ tinh khiết 99,95% [11]
 Công nghệ của IFP và GTC : phù hợp với quy mô vừa và nhỏ, chi phí
thiết bị đầu tư thấp, chi phí tiêu thu năng lượng thấp , độ tinh khiết cao
thu benzen hiệu suất 100% , độ tinh khiết 99,5%[8], p-xylen độ tinh
khiết 99,8% và khả năng thu hồi là 75-95% [10]
Như vậy, với công nghệ của UOP kinh phí đầu tư, chi phí vận hành lớn ( do nhiều phân
xưởng và thiết bị),mặt khác công nghệ của IFP và GTC thì rất phù hợp với năng suất sản

phẩm thấp 10000 tấn/năm , vậy nên trong đồ án này sẽ đi vào nghiên cứu công nghệ sản
xuất B,T,X của IFP kết hợp với GTC .
CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
2.1.Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ
SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 23


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

2.2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Dòng nguyên liệu (aromatic + non aromatic) sản phẩm của quá trình reforming xúc
tác được đưa vào giữa tháp trích ly (1).Dòng dung môi DMSO được mang vào tháp trích
ly (1) tại đĩa trên cùng của tháp.Dòng backwash dẫn vào đĩa dưới của tháp(1).Các dòng
này được mang vào tháp nhờ có bơm ly tâm (12).Trong tháp hoạt động với áp suất
100kPa , giữ dòng backwash ở pha lỏng.Trong tháp (1) xảy ra quá trình chuyển khối,

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 24


ĐỒ ÁN KỸ SƯ HÓA DẦU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN

phần aromatic hòa tan với dung môi DMSO đi xuống phía dưới tháp, các non-aromatic
cùng với C4 trong backwash nằm trong phần rafinat được tháo ra ở đỉnh tháp (1).Sản
phẩm extract (đáy tháp (1)) tiếp tục đưa vào tháp trích ly 2 , cùng với đó là dòng C 4H10
được đưa vào tháp trích ly (2) , điều kiện vận hành tháp tương tự như tháp trích (1), tại
đây xảy ra quá trình chuyển khối, phần C4H10 hoà tan phần aromatic và kéo ra khỏi

DMSO, phần DMSO tách ra và được tháo ra ở dưới đáy tháp để đem đi tuần hoàn cho
tháp trích (1).Phần aromatic trong C4H10 được đem đi rửa với nước trong tháp rửa (4),
DMSO còn lẫn trong dòng aromatic sẽ được nước kéo đi, phần aromatic và C 4H10 đi về
đỉnh tháp rửa(4).Dòng rafinate của tháp trích (1) được rửa với nước để kéo DMSO còn sót
lại do DMSO tan tốt trong nước.Phần rafinate chứa rất ít DMSO được đem vào tháp
chưng( để tách C4H10 , C4H10 được dùng làm dòng dung môi tái siinh DMSO ở tháp trích
(2).Dòng aromatic và C4 được đem đi chưng cất (6) để thu C4H10 tuần hoàn làm dung môi
cho tháp trích (2), tại sườn tháp dòng C4 và benzen được đem đi để làm dòng backwash
cho tháp trích (1), như vậy benzen trong dòng này có thể coi như được hồi lưu 1 phần,tại
đáy tháp thu được aromatic C6+.Dòng C6+ tiếp tục đem đi chưng cất ở tháp (7) để thu
benzen và C4 còn lẫn ở đỉnh tháp, C7+ aromatic thu được ở đáy tháp được đem đi chế biến
ở giai đoạn sau.
Dòng benzen có lẫn C4 được mang đi chưng cất ở tháp chưng thu riêng benzen (8),
benzen tinh khiết tới trên 99% thu được ở dưới đáy, còn dòng C4 thu được được nạp vào
dòng nguyên liệu ban đầu để vào tháp trích (1).
Dòng aromatic C7+ được đem đi sang giai đoạn 2, giai đoạn tách pxylen,toluen.DÒng aromatic C7+ được dẫn vào tháp chưng (15) để loại bỏ aromatic
C9.Dòng aromatic C7,C8 thu được ở đỉnh tháp được đưa vào tháp hấp phụ (17).Tại đây
Ethylbenzen o(m) xylen bị chất hấp phụ giữ lại, p-xylen và toluen được tách ra và đưa
xuống dưới đáy tháp, độ chọn lọc của chất hấp phụ cao(công nghệ Zeosorb PX-200, sử
dụng zeolit làm chất hấp phụ).Sau đó các chất bị hấp phụ được dung môi giải hấp phụ pDEB cuốn ra khỏi chất hấp phụ.Dòng chất này được đưa vào tháp chưng (18) để trả lại
chất nhả hấp phụ quay về tháp hấp phụ.Dòng sản phẩm chứa EB,o(m) xylen sau khi được
tách được dẫn vào thiết bị phản ứng isomer hóa.Tại đây xảy ra các phản ứng chuyển hóa
EB,o(m) xylen thành p-xylen – 1 sản phẩm có giá trị cao trong hóa dầu.Xúc tác được sử
dụng là (ISOXYL) Pt/gamma Al2O3 , điều kiện phản ứng tại áp suất 1 at, nhiệt độ phản
ứng từ 400-420 độ C, dòng H2/feed với tỷ lệ 4/1.Sau phản ứng các aromatic như benzen,
C2 , hay toluen trong dòng sản phẩm được đem đi tách loại bằng tháp chưng (24).Dòng
các aromatic C8 ( giàu para-xylen) tiếp tục trộn vào dòng aromatic C7+ để đi vào tháp hấp
phụ.Như vậy quá trình này đã chuyển hóa 1 lượng lớn cấu tử giá trị thấp thành p-xylen có
giá trị cao.Dòng p-xylen và toluen sau khi được đem đi tách khỏi chất giải hấp phụ p-

SVTH: BÙI ANH VĂN MSSV: 20134553Trang 25