THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA BENZEN SẢN XUẤT ETYLBENZEN NĂNG SUẤT 38000 TẤNNĂM.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.46 MB, 106 trang )
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI
Độc lập-Tự do-Hạnh phúc
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Họ tên: Đỗ Văn Hưng
Lớp: CN KTHH 02-K58
MSSV: 20135734
1. Đầu đề thiết kế
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA BENZEN SẢN XUẤT ETYLBENZEN
NĂNG SUẤT 38000 TẤN/NĂM.
2. Các số liệu ban đầu
Hiệu suất các quá trình:
Alkyl hóa : 92%
Thiết bị tách khí : 98%
Tháp tách Benzen : 91%
Tháp tách Etylbenzen : 93%
Tháp tách Polyetylbenzen : 92%
Tranalkyl hóa : 95%
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
-
Tổng quan tài liệu
Tính toán:
• Cân bằng vật chất
• Cân bằng nhiệt lượng
• Thiết bị chính
4. Các bản vẽ: trên khổ A3
-
Dây chuyền sản xuất
Thiết bị chính
5. GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
6. Ngày giao nhiệm vụ: 6.2.2017
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15.8.2017
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN…………………………………………………….. 6
1.1. Giới thiệu sản phẩm………………………………………………………… 6
1.2. Tính chất vật lý, hóa học của Etylbenzen…………………………………
7
1.2.1. Tính chất vật lý…………………………………………………………….
7
1.2.2. Tính chất hóa học…………………………………………………….........
9
1.3. Ứng dụng, quy mô sản xuất và tiêu thụ Etylbenzen……………………..
10
1.4. Các phương pháp sản xuất…………………………………………….......
12
1.4.1. Sản xuất Etylbenzen từ quá trình chưng tách hỗn hợp C8………………..
12
1.4.2. Sản xuất Etylbenzen từ Benzen và Etylen theo phương pháp Alkyl
hóa………………………………………………………………………………… 12
1.5. Các công nghệ sản xuất Etylbenzen theo phương pháp Alkyl hóa……..
12
1.5.1. Quá trình Alkyl hóa với xúc tác axit Lewis, không sử dụng zeolite………
13
1.5.2. Quá trình Alkyl hóa trên xúc tác zeolite trong pha hơi…………………….
18
1.5.3. Quá trình Alkyl hóa trên xúc tác zeolite trong pha lỏng…………………… 20
1.5.4. Công nghệ sử dụng zeolite pha hỗn hợp…………………………………… 23
1.6. Nguyên liệu cho quá trình………………………………………………….. 24
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
1.6.1. Benzen……………………………………………………………………...
24
1.6.2. Etylen………………………………………………………………………. 28
1.7. Hóa học Công nghệ sản xuất Alkyl hóa pha hơi của Mobil-Badger…….. 32
1.7.1. Phản ứng……………………………………………………………………
32
1.7.2. Xúc tác……………………………………………………………………... 33
1.7.3. Điều kiện phản ứng………………………………………………………… 34
1.8. So sánh công nghệ…………………………………………………………... 35
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT……………………….
40
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN……………………………………………………...
42
3.1. Tính cân bằng vật chất…………………………………………………....... 42
3.1.1. Tháp Alkyl hóa……………………………………………………………..
43
3.1.2. Tháp Tranalkyl hóa………………………………………………………… 45
3.1.3. Tháp tách Etan……………………………………………………………...
47
3.1.4. Tháp tách Benzen…………………………………………………………... 48
3.1.5. Tháp tách Etylbenzen………………………………………………………
51
3.1.6. Tháp tách DEB…………………………………………………………….
52
3.1.7. Hiệu chỉnh các thông số……………………………………………………. 53
3.2. Cân bằng năng lượng……………………………………………………….
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
55
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
3.2.1. Tính cân bằng năng lượng cho lò đốt………………………………………
55
3.2.2. Thiết bị Alkyl hóa………………………………………………………….. 64
3.2.3. Tháp tác Etan……………………………………………………………….
74
3.2.4. Tháp Tranalkyl hóa………………………………………………………… 77
3.2.5. Tháp tách Benzen…………………………………………………………..
80
3.2.6. Tháp tách Etylbenzen………………………………………………………. 86
3.2.7. Tháp tách DEB……………………………………………………………..
88
3.2.8. Cân bằng năng lượng cho toàn hệ thống…………………………………...
90
3.3. Tính toán thiết bị chính…………………………………………………….. 91
3.3.1. Tính toán kích thước thiết bị……………………………………………….
91
3.3.2. Tra bích cho thiết bị………………………………………………………... 98
3.3.3. Tính chọn tai treo thiết bị…………………………………………………..
99
3.3.4. Thiết bị chính………………………………………………………………. 102
KẾT LUẬN………………………………………………………………………. 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………. 104
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
MỞ ĐẦU
Với tính năng vượt trội của Polystyren (PS), nó ngày càng được ứng dụng rộng dãi với
nhu cầu sản lượng lớn. Do đó, nhu cầu sản lượng Styren cũng tăng theo-một monomer
thơm không no rất quan trọng trong để sản xuất PS. Mà hầu hết Etylbenzen (EB) được sử
dụng như một chất trung gian cho quá trình sản xuất Styren monomer. Hầu hết Styrene
dùng trong lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene
(ABS), nhựa styrene-acrylonitrile (SAN), styrene-butadiene, nhựa polyester không no.
Styrene ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như công nghiệp điện, xây dựng, đóng gói và
sản phẩm tiêu dùng. Vì vậy EB cũng đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệp
hóa chất.
Vì vậy với đề tài “Thiết kế phân xưởng Alkyl hóa Benzen sản xuất Etylbenzen” giúp em
tìm hiểu, hiểu rõ hơn về quá trình sản xuất EB bằng phương pháp alkyl hóa, tìm hiểu và
so sánh các công nghệ sản xuất EB hiện nay.
Nội dung đồ án của em gồm các phần sau:
1. Lời mở đầu
2. Tổng quan
3. Thiết kế dây chuyền sản xuất
4. Tính toán công nghệ
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu sản phẩm.
Etylbenzen có cấu trúc như hình dưới đây:
Hình 1. Cấu trúc của Etylbenzen [1].
Ethylbenzene, phenylethane (Mr=106,168), C6H5CH2CH3 là hợp chất Alkyl thơm đơn
vòng. Hầu hết (>99%) được sử dụng như một chất trung gian cho quá trình sản xuất
Styrene monomer C6H5CH=CH2, một trong những hóa chất thương phẩm khối lượng lớn
quan trọng nhất. Sản xuất Styrene, trong đó sử dụng ethylbenzene như một nguyên liệu
bắt đầu, tiêu thụ hơn 50% sản lượng benzene trên thế giới. Ít hơn 1% sản lượng
ethylbenzene được sử dụng như một dung môi sơn hoặc như một chất trung gian để sản
xuất diethylbenzene và acetophenone.
Về mặt thương mại, hầu hết tất cả Ethylbenzene được sản xuất bởi quá trình alkyl hóa
benzene với ethylene. Các công nghệ mới nhất sử dụng xúc tác zeolit tổng hợp đặt trong
các thiết bị phản ứng dạng tầng cố định xúc tác quá trình alkyl hóa trong pha lỏng. Một
công nghệ khác sử dụng zeolite tổng hợp mao quản trung bình, cũng đặt trong thiết bị
phản ứng dạng tầng cố định, để thực hiện quá trình alkyl hóa trong pha hơi. Một lượng
đáng kể ethylbenzene vẫn được sản xuất bởi quá trình alkyl hóa xúc tác đồng thể AlCl3
trên pha lỏng, mặc dù xu hướng gần đây trong công nghiệp là cải tiến công nghệ sử dụng
xúc tác zeolite. Quá trình Alkyl hóa hydrocacbon thơm với olefin có mặt xúc tác AlCl3 ra
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 6
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
đời đầu tiên vào năm 1879 bởi Balsohn. Tuy nhiên, Friedel và Crafts là những người đi
tiên phong, đã có nhiều nghiên cứu về quá trình alkyl hóa và xúc tác AlCl3.
Vài nhà máy được xây dựng trong suốt những năm 60 để thu hồi ethylbenzene bằng
việc chưng hỗn hợp xylene, sản phẩm của quá trình reforming xúc tác trong nhà máy lọc
hóa dầu. Tuy nhiên công nghệ này không được phát triển do vốn đầu tư và giá năng
lượng cao, cũng như quy mô kinh tế nhỏ hơn so với quá trình alkyl hóa thông thường.
Ethylbenzene sản xuất lần đầu tiên trên quy mô công nghiệp vào năm 1930 bởi hãng
Dow Chemical của Mỹ và BASF của Đức. Công nghiệp sản xuất ethylbenzene / styrene
vẫn chưa được coi trọng cho tới chiến tranh thế giới II. Nhu cầu lớn về cao su tổng hợp
styrene-butadiene ( SBR ) trong suốt chiến tranh đã nhanh chóng thúc đẩy việc cải tiến
công nghệ và tăng sản lượng. Những nỗ lực đáng kể trong suốt thời gian chiến tranh dẫn
tới việc xây dựng nhiều nhà máy quy mô lớn và quá trình sản xuất styrene nhanh chóng
trở thành ngành công nghiệp quan trọng. Vào năm 1999, năng suất ethylbenzene hằng
năm trên thế giới đạt gần 25 triệu tấn. Năm 1990, hầu hết sản lượng ở các nước phương
Tây tăng nhanh hơn so với Nhật, nơi mà ngành công nghiệp hóa dầu cơ bản đã trải qua
những bước phát triển và mở rộng đáng kể.
1.2. Tính chất vật lý, hóa học của Ethylbenzene.
1.2.1. Tính chất vật lý.
Ở điều kiện thường, Ethylbenzene là chất lỏng trong suốt, không màu với mùi thơm đặc
trưng. Ethylbenzene có kích thích lên da và mắt, độc tính vừa phải, qua đường ăn uống,
hít thở và hấp phụ qua da. Dưới đây là một vài tính chất vật lý của ethylbenzene:
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Bảng 1: Tính chất vật lý của Etylbenzen[1].
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị
ở 15oC : 0,87139
Khối lượng riêng
g/cm3
ở 20oC : 0,867
ở 25oC : 0,86262
Nhiệt độ nóng chảy
o
-94.949
Nhiệt độ sôi ở 101,3 kPa
o
136,2
C
C
ở 20oC : 1,49588
Chỉ số khúc xạ
ở 25oC : 1,4932
Áp suất tới hạn
kPa
3609
Nhiệt độ tới hạn
o
344,02
Điểm chớp cháy
o
15
Nhiệt độ tự bốc cháy
o
C
460
Giới hạn cháy
%
dưới : 1
C
C
trên : 6,7
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
Ẩn nhiệt
J/g
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
nóng chảy : 86,3
hóa hơi : 335
Giá trị nhiệt lượng
J/g
tổng : 42999
thực : 40928
Độ nhớt động học
m2/s
ở 37.8oC : 0,6428.10-6
ở 98.9oC : 0,39.10-6
Sức căng bề mặt
mN/m
Nhiệt lượng riêng
Jkg-1K-1
28.48
khí lý tưởng, 25oC : 1169
lỏng, 25oC : 1752
Giới hạn nén
0,263
1.2.2. Tính chất hóa học.
Phản ứng thương mại quan trọng nhất của ethylbenzene là dehydro hóa tạo thành
styrene. Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao (600-660oC), thường trên xúc tác kali mang
trên oxit sắt. Hơi nước dùng để pha loãng. Về phương diện thương mại, độ chọn lọc của
styrene trong khoảng 90-97 % mol với độ chuyển hóa từ 60-70 %. Phản ứng phụ gồm
dealkyl hóa ethylbenzene tạo thành benzene và toluene.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 9
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Một phản ứng ngày càng quan trọng về mặt thương mại là quá trình oxi hóa ethylbenzene
bằng không khí tạo thành hydroperoxide C6H5CH(OOH)CH3. Phản ứng tiến hành trên
pha lỏng không cần xúc tác. Tuy nhiên do hydroperoxide không ổn định, dễ phân hủy ở
nhiệt độ cao, phải được tối thiểu hóa để giảm tỷ lệ phân hủy. Sự hình thành sản phẩm phụ
sẽ giảm nếu duy trì ở nhiệt độ thấp trong suốt thời gian phản ứng. Hydroperoxide sau đó
được xử lý với propylene tạo thành styrene và propylene oxide. Năm 1999, khoảng 15 %
ethylbenzene sản xuất trên thế giới được sử dụng để sản xuất Styrene monomer và
propylene oxide.
Giống như toluene, ethylbenzene có thể dealkyl hóa dưới tác dụng của xúc tác hoặc nhiệt
tạo thành benzene. Ngoài ra ethylbenzene còn nhiều phản ứng khác điển hình cho hợp
chất alkyl thơm.
❖ Phản ứng của Elthybenzene với halogen
C6H5-C2H5 + Br2 → C6H5-C2H4Br + HBr
❖ Phản ứng cộng H2
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
1.3. Ứng dụng, quy mô sản xuất và tiêu thụ Ethylbenzene.
Ngày nay, phần lớn EB dùng để sản xuất Styrene monomer ( SM ), một lượng nhỏ hơn
1 % được sử dụng làm dung môi. Bởi vậy, nhu cầu của EB xác định qua sản lượng
Styrene. Hầu hết Styrene dùng trong lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene,
acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), nhựa
styrene-acrylonitrile (SAN), styrene-
butadiene, nhựa polyester không no. Styrene ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như công
nghiệp điện, xây dựng, đóng gói và sản phẩm tiêu dùng.Lượng tiêu thụ EB cho các ứng
dụng khác ngoài sản xuất Styrene được đánh giá nhỏ hơn 1 %. Các ứng dụng này bao
gồm việc sử dụng EB làm dung môi, ngoài ra để sản xuất diethylbenzene, acetophenone
and ethyl anthraquinone. Biểu đồ dưới đây chỉ ra lượng tiêu thụ EB trên thế giới.
Hình 2. Biểu đồ tiêu thụ Etylbenzen
Hình 3. Sản lượng Etylbenzen trên
trên thế giới 2008 [5].
toàn thế giới 2014 [5].
Tỷ lệ EB trên thế giới đã giảm trong năm 2008, là kết quả của sự suy thoái kinh tế thế
giới, dẫn tới nhu cầu về Styrene cũng dần bị thu hẹp lại. Các nhà sản xuất ở Mỹ, Tâu Âu,
Nhật đã phản đối việc tăng giá nguyên liệu, dẫn tới làm giảm năng suất , hình thành các
công ty liên hợp. Khu vực Trung Đông và Trung Quốc, năng suất EB/Styrene tiếp tục
tăng như đã dự đoán do nhu cầu tăng. Trong khi Trung và Nam Mỹ tỷ lệ sử dụng giảm
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
trong 2008. Thị trường thế giới đang hồi phục chậm. Nhu cầu EB trên thế giới sẽ tăng ở
mức trung bình hàng năm là 2.9% từ 2008 tới 2013, được trông chờ tăng nhanh nhất là ở
khu vực Trung Đông và Trung Quốc.
1.4. Các phương pháp sản xuất.
1.4.1. Sản xuất Etylbenzen từ quá trình chưng tách từ hỗn hợp C8.
Ít hơn 1% Ethylbenzene được sản xuất từ quá trình này, thường kết hợp với sản xuất
Xylene từ sản phẩm của quá trình reforming. Dù công nghệ hấp phụ đã phát triển, chủ
yếu vẫn là công nghệ EBEX của UOP. Sản xuất ethylbenzene từ nguồn này tiến hành
phần lớn bằng chưng cất. Do quá trình tách rất khó khăn, công nghệ tiến hành chưng
trong khoảng hẹp ( siêu chưng phân đoạn ). Công nghệ đầu tiên của hãng Cosden Oil and
Chemical Company ra đời năm 1957, liên kết với Badger Company. Quá trình tách yêu
cầu 3 tháp chưng , mỗi tháp hơn 100 đĩa. Nhiều nhà máy được xây dựng ở Mỹ, châu Âu
và Nhật trong năm 1960. Tuy nhiên do vốn đầu tư và giá năng lượng tăng khiến phương
pháp này không có tính cạnh tranh.
1.4.2. Sản xuất Etylbenzen từ Benzen và Etylen theo phương pháp alkyl hóa.
Trong đó phương pháp alkyl hóa Benzen và Etylen được ưa thích hơn cả và được sử
dụng rộng rãi về cả điều kiện vận hành lẫn năng suất.
1.5. Các công nghệ sản xuất Etylbenzene theo phương pháp alkyl hóa.
Alkyl hóa benzene với ethylene là phương pháp để sản xuất gần như tất cả
ethylbenzene. Trong vài thập kỷ, hầu hết các nhà máy alkyl hóa sử dụng axit Lewis hòa
tan, đa phần là AlCl3 làm xúc tác cho phản ứng trong pha lỏng. Khoảng 40%
ethylbenzene sản xuất trên thế giới vẫn sử dụng những biến thể dựa trên phương pháp
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 12
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
này. Mặc dù phương pháp này thường cạnh tranh được về mặt kinh tế, nhưng chi phí cho
xử lý nước thải ngày càng tăng. Ngoài ra, phương pháp này dễ làm ăn mòn nghiêm trọng
thiết bị và đường ống. Từ đầu những năm 1980, công nghệ sử dụng zeolite, tiến hành
trong pha hơi và gần đây là trong pha lỏng thường được lựa chọn trong các nhà máy mới.
Ngày nay, do sự gia tăng áp lực về môi trường và sự cải tiến công nghệ sử dụng zeolite
đã khích lệ các công ty cải tiến công nghệ dùng AlCl3 sang công nghệ sử dụng zeolite.
Khoảng 10 triệu tấn năng suất trong các nhà máy được chuyển sang công nghệ zeolite từ
1997 tới 1999 và đến năm 2000, nhiều sự chuyển đổi đang trong giai đoạn xây dựng. Đã
gần mười năm kể từ khi công nghệ clorua nhôm gốc có năng suất đáng kể đi vào hoạt
động.
Chỉ còn số lượng rất nhỏ các nhà máy trên thế giới vẫn dùng phương pháp sản xuất
ethylbenzene bằng cách chưng hỗn hợp hơi hydrocacbon thơm C8.
1.5.1.Quá trình Alkyl hóa với xúc tác axit Lewis, không sử dụng zeolite.
Công nghệ Aluminum Chloride trong pha lỏng được thương mại hóa lần đầu tiên vào
năm 1930. Những công ty phát triển công nghệ này gồm có Dow Chemical, BASF, Shell
Chemical, Monsanto/Lummus, Soci´et´e Chimiques des Charbonnages, và Union
Carbide/Badger. Nhiều nhà máy vẫn đang hoạt động, đa phần trong số chúng sử dụng
công nghệ Monsanto/Lummus, là công nghệ tiên tiến nhất trong số những công nghệ sử
dụng Aluminum Chloride. Lumus không tiếp tục phát triển công nghệ này với việc
thương mại hóa công nghệ sử dụng zeolite pha lỏng vào 1990.
Quá trình alkyl hóa benzene với ethylene tỏa nhiệt mạnh ( ΔH = − 114 kJ/mol ). Sự có
mặt của AlCl3 làm phản ứng diễn ra rất nhanh và tăng lượng ethylbenzene thu được.
Ngoài xúc tác AlCl3 có thể dùng AlBr3, FeCl3, ZrCl4, và BF3. Công nghệ này sử dụng
ethyl chloride hoặc hydrogen chloride làm chất trợ xúc tác, có tác dụng làm giảm lượng
AlCl3 yêu cầu. Cơ chế phản ứng được nghiên cứu chi tiết trong [5]
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Công nghệ AlCl3 thường cũ hơn, ngày nay ít khi sử dụng ( hình 1 ), gồm 3 pha : pha
lỏng hydrocacbon thơm, pha khí ethylene, xúc tác dạng phức pha lỏng ( phức chất có
màu đỏ nâu gọi là red oil ).
Hình 4. Quá trình Clorua nhôm để sản xuất Ethylbenzene.
a) Tank trộn xúc tác; b) Thiết bị Alkyl hóa; c) Tank chứa; d) Thiết bị tách axit; e) Thiết bị
tách kiềm;f) Thiết bị tách nước; g) Tháp thu hồi Benzene; h) Tháp khử nước Benzen; i)
Tháp thu hồi Ethylbenzene; j) Tháp thu hồi Polyethylbenzene.
Hỗn hợp của xúc tác, benzene khô và polyalkylbenzene tuần hoàn được đưa vào thiết bị
phản ứng, khuấy trộn mạnh nhằm phân tán 2 pha, pha xúc tác và hydrocacbon thơm.
Ethylene và trợ xúc tác được thêm vào hỗn hợp phản ứng qua vòi phun, cơ bản 100%
ethylene được chuyển hóa. Những nhà máy điển hình hoạt động với tỷ lệ mol ethylene /
benzene từ 0.3-0.35.
Tỷ lệ này càng tăng càng có thêm nhiều phản ứng phụ như chuyển mạch alkyl, isome
hóa sắp xếp lại mạch C. Quá trình alkyl hóa ethylbenzene dẫn tới quá trình hoàn nguyên
lại polyalkylbenzene tạo thành phân tử có khối lượng thấp hơn. Nguyên nhân của việc
giảm hiệu suất là do sự tạo thành nhựa, cốc. Để khắc phục cho tuần hoàn lại các chất tới
thiết bị phản ứng alkyl hóa. Mặt khác phản ứng dừng do đạt tới cân bằng nhiệt. Các công
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
nghệ truyền thống sử dụng một thiết bị phản ứng đơn để alkyl hóa benzene và chuyển
mạch alkyl polyalkylbenzene.
Nhiệt độ phản ứng được giới hạn tới 130oC, nhiệt độ cao hơn xúc tác càng nhanh mất
hoạt tính, ưu tiên tạo hydrocacbon không thơm và polyalkylbenzene, những chất được
hấp thụ bởi xúc tác axit dạng phức tạo thành sản phẩm phụ. Áp suất cần đủ duy trì để
phản ứng xảy ra trong pha lỏng. Do hỗn hợp phản ứng có tính ăn mòn cao, thiết bị alkyl
hóa phải được bọc gạch hoặc thủy tinh. Hệ thống đường ống vận chuyển yêu cầu làm
bằng hợp kim
Sản phẩm lỏng của thiết bị phản ứng được làm lạnh và xả vào thiết bị lắng. Pha xúc tác
nặng được lắng từ pha lỏng hữu cơ và tuần hoàn lại. Pha hữu cơ được rửa với nước và
kiềm để loại AlCl3 và trợ xúc tác. Pha tinh thể từ cụm xử lý đầu tiên được trung hòa và
sau đó hoàn nguyên lại dung dịch AlCl3 bão hòa và cặn nhôm hydroxit.
Việc loại bỏ xúc tác hòa tan từ sản phẩm hữu cơ là một thử thách với nhà sản xuất
ethylbenzene. CdF Chimie đã tìm ra rằng quá trình hoàn nguyên AlCl3 đạt được bằng
cách cho tiếp xúc pha hữu cơ với ammoniac chứa NaOH.
Quá trình làm sạch sản phẩm ethylbenzene được tiến hành trong hệ thống 3 tháp chưng.
Benzene chưa chuyển hóa được tuần hoàn lại ở phần đỉnh tháp chưng đầu tiên. Tháp thứ
2 để tách ethylbenzene từ phần nặng polyalkyl. Sản phẩm đáy là nguyên liệu vào tháp
chưng cuối, nhằm tuần hoàn polyalkylbenzene ( tách ra từ phần cặn nặng có khối lượng
phân tử lớn không tuần hoàn ). Phần cặn hoặc dầu loãng chứa các hợp chất hydrocacbon
thơm đa vòng được dùng làm nhiên liệu để đốt cháy.
Do hỗn hợp alkyl hóa chỉ cho phép có một lượng nhỏ nước, vì vậy benzene tuần hoàn
và benzene mới đều phải được làm khô trước khi đưa vào thiết bị phản ứng. Nước không
chỉ làm tăng quá trình ăn mòn mà còn làm giảm hoạt tính xúc tác. Việc tách nước
benzene được tiến hành trong thiết bị chưng tách.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Hình 5. Quá trình Alkyl hóa xúc tác đồng thể pha lỏng sản xuất Ethylbenzene[1].
a) Tháp sấy Benzene; b) Thiết bị Alkyl; c) Tank chuẩn bị xúc tác; d)Thiết bị Transalkyl
hóa; e) Thiết bị tách pha; f) Vent gas scrubbing system; g) Decantor; h) Hệ thống trung
hòa.
Công nghệ Mosanto cải tiến ( hình 5 ) ưu việt hơn so với công nghệ sử dụng AlCl3
thông thường. Nhiều nhà máy đã cải tiến với công nghệ này. Ưu điểm lớn nhất là giảm
lượng xúc tác AlCl3 sử dụng, vì vậy sẽ giảm giá thành xử lý xúc tác đã qua sử dụng.
Monsato tìm ra rằng bằng cách tăng nhiệt độ và điều chỉnh cẩn thận việc thêm ethylene,
nồng độ AlCl3 yêu cầu có thể giảm tới giới hạn hòa tan. Do đó loại được việc tách pha
xúc tác dạng phức, đạt được hiệu suất phản ứng cao nhất. Công nghệ Monsato cũng gần
tương tự công nghệ truyền thống. Công nghệ hoạt động với nồng độ ethylene vào thấp.
Nhiệt độ quá trình alkyl hóa được duy trì ở 160-180oC. Nhiệt độ vận hành cao hơn sẽ làm
tăng hoạt tính xúc tác, ngoài ra nhiệt của phản ứng được dùng để sản xuất hơi áp suất
thấp.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Khác với công nghệ truyền thống, công nghệ này thực hiện quá trình alkyl hóa và
chuyển mạch alkyl trong thiết bị phản ứng đơn, hệ xúc tác đồng thể dùng trong thiết bị
phản ứng chuyển mạch alkyl riêng. Ở nồng độ xúc tác thấp hơn, quá trình tuần hoàn
polyalkylbenzene kết thúc phản ứng alkyl hóa. Vì vậy chỉ có benzene khô, ethylene và
xúc tác làm nguyên liệu cho thiết bị phản ứng alkyl hóa. Polyalkylbenzene tuần hoàn sẽ
được trộn với sản phẩm của thiết bị phản ứng alkyl hóa để vào thiết bị phản ứng chuyển
mạch alkyl. Thiết bị này vận hành ở nhiệt độ thấp hơn so với thiết bị phản ứng alkyl hóa
sơ cấp.
Sau quá trình chuyển mạch alkyl, sản phẩm phản ứng được rửa và trung hòa để loại bỏ
AlCl3. Với công nghệ đồng thể, tất cả xúc tác ở dạng dung dịch. Hỗn hợp sản phẩm và
xúc tác dư sau đó được làm sạch, sử dụng một loạt thiết bị tương tự công nghệ AlCl3 đã
miêu tả. Như những công nghệ dùng AlCl3, phần cặn hữu cơ sẽ được dùng làm nhiên liệu
đốt và AlCl3 loại được dùng để bán hoặc gửi cho các nhà máy xử lý.
Năm 1999, khoảng 40% việc sản xuất ethylbenzene trên thế giới sử dụng công nghệ
AlCl3. Công nghệ khác dựa trên axit Lewis được gọi là Alkar process. Đã được phát triển
bới UOP, dựa trên xúc tác BF3, công nghệ này trở nên hiện đại nhất trong năm 1960,
nhưng vẫn chưa thực sự ưu việt do giá thành bảo dưỡng cao, là kết quả của sự ăn mòn bởi
một lượng nhỏ nước. Ở nhiều nước phát triển, nhà máy Alkar vẫn đang vận hành.
Tuy nhiên công nghệ này cho sản phẩm ethylbenzene có độ tinh khiết cao, có thể sử
dụng nguyên liệu ethylene loãng. Nếu đầu vào của nước được ngăn ngừa một cách triệt
để, vấn đề ăn mòn của công nghệ AlCl3 được loại bỏ. Tuy nhiên chỉ cần một lượng nước
nhỏ ( < 1g/kg ) đã làm thủy phân xúc tác BF3.
Phản ứng alkyl hóa tiến hành ở áp suất cao ( 2,5- 3,5 MPa ) và nhiệt độ thấp ( 100150oC ). Benzene khô, ethylene và xúc tác BF3 là nguyên liệu cho thiết bị phản ứng. Tỷ lệ
mol ethylene/benzene nằm giữa 0,15-0,2. Nhiệt độ vào của phản ứng được điều chỉnh
bằng cách tuần hoàn một lượng nhỏ sản phẩm phản ứng. Quá trình chuyển mạch alkyl
được tiến hành trong thiết bị phản ứng riêng biệt. Benzene khô, xúc tác BF3 và
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 17
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
polyalkylbenzene tuần hoàn làm nguyên liệu cho thiết bị phản ứng chuyển mạch alkyl,
vận hành ở nhiệt độ cao hơn ( 180-230oC ) so với thiết bị alkyl hóa. Sản phẩm từ hai tháp
phản ứng được đưa qua tháp tuần hoàn benzene để tách benzene, tuần hoàn lại tháp phản
ứng. BF3 và hydrocacbon nhẹ thu được trên đỉnh tháp, được tuần hoàn lại. Sản phẩm đáy
của tháp tuần hoàn benzene được đưa sang tháp chưng sản phẩm, ethylbenzene có độ tinh
khiết > 99,9% thu được ở đỉnh. Tháp cuối cùng để hoàn nguyên polyalkylbenzene, tuần
hoàn lại tháp phản ứng chuyển mạch alkyl.
Công nghệ Alkar có thể thực hiện với nguyên liệu ethylene chứa một lượng nhỏ 8-10%
mol ethylene, có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau trong nhà máy lọc dầu và
từ than, khí lò. Tuy nhiên quá trình tinh khiết các nguyên liệu này cần loại bỏ các hợp
chất gây ngộ độc cho xúc tác BF3 như nước, các hợp chất S và quá trình oxi hóa.
1.5.2. Quá trình Alkyl hóa trên xúc tác Zeolite trong pha hơi.
Công nghệ Mobil-Badger pha hơi được phát triển vào năm 1970 với zeolit tổng hợp
ZSM-5 với những thiết kế khác nhau. Thiết kế đầu tiên đã thương mại hóa bởi American
Hoechst vào năm 1980, tiến hành phản ứng alkyl hóa trong pha hơi và chuyển mạch alkyl
ở những thiết bị phản ứng đơn bằng cách tuần hoàn lại ethylbenzene trước giai đoạn cuối
của công nghệ, tương tự như công nghệ AlCl3 thông thường. Mới đây nhất là công nghệ
thế hệ thứ 3 thực hiện chuyển mạch alkyl trong thiết bị phản ứng riêng biệt, áp suất thấp
hơn. Công nghệ thế hệ thứ 3 này đã đạt được những lợi ích to lớn về sản lượng, độ tinh
khiết sản phẩm và giá thành đầu tư, được sử dụng rộng rãi vào năm 1990.
Công nghệ zeolit xúc tác pha hơi đặc biệt thích hợp với nguyên liệu ethylene loãng, khí
off-gas từ phần lỏng của quá trình cracking xúc tác ( FCC ) trong nhà máy lọc hóa dầu.
Cho tới tận khi công nghệ zeolite xúc tác trong pha lỏng được thương mại hóa vào năm
1990, công nghệ xúc tác zeolite pha hơi vẫn là công nghệ trọng yếu dùng trong nhiều nhà
máy. Mobil-Badger có tổng 31 nhà máy, phân xưởng từ năm 1980, đã được cấp phép.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Xúc tác dạng tầng cố định ZSM-5 cho quá trình alkyl hóa cũng tương tự như những
công nghệ khác. Tuy nhiên các phân tử ethylene được hấp phụ trên các tâm axit Bronsted
của xúc tác, hoạt hóa phân tử ethylene và cho phép chúng liên kết với các phân tử
benzene. Do vậy sản phẩm phụ của quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm tạo thành bởi
công nghệ Mobil-Badger cao hơn so với các công nghệ của Friedel-Crafts.
Thép cacbon được dùng làm vật liệu chế tạo, vật liệu không yêu cầu phủ bằng hợp kim
và gạch. Sơ đồ hệ thống của thiết kế thế hệ thứ 3 được chỉ ra ở hình 3.
Hình 6. Quy trình sản xuất Ethylbenzene Mobil – Badger thế hệ 3[1].
a)Lò đốt; b) Thiết bị Alkyl hóa; c) Tháp thu hồi Benzen; d)Tháp thu hồi Ethylbenzene; e)
Tháp thu hồi Polyethylenebenzene; f) Thiết bị phản ứng thức cấp; g) Thiết bị ổn định.
Thiết bị phản ứng alkyl hóa vận hành ở nhiệt độ 350-450oC và 1-3 MPa.Ở nhiệt độ này,
trên 99% công nghệ, lượng nhiệt vào và nhiệt tỏa ra thực tế của phản ứng dùng để sản
xuất hơi. Khối phản ứng bao gồm thiết bị phản ứng đa tầng, thiết bị gia nhiệt lò đốt, thiết
bị tuần hoàn nhiệt. Thiết bị phản ứng vận hành với lượng dư benzene và ethylene.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Sự mất hoạt tính diễn ra chậm nguyên nhân là do quá trình tạo cốc, khoảng 36h và thậm
chí là 18-24 tháng vận hành, tùy thuộc vào điều kiện vận hành. Xúc tác có độ nhạy với
các hợp chất như nước, S và các chất độc khác thấp hơn so với axit Lewis và zeolite tiến
hành trong pha lỏng.
Sản phẩm phản ứng đưa qua phần tinh chế. Benzene là sản phẩm đỉnh của tháp chưng
đầu tiên và được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng. Ethylbenzene lấy ra ở đỉnh tháp chưng
thứ 2.Sản phẩm đáy từ tháp này được chuyển sang tháp cuối cùng, là tháp tuần hoàn
alkylbenzene và polyalkylbenzene được tách ra từ phần cặn nặng không tuần hoàn. Phần
cặn có độ nhớt thấp chứa diphenylmethane và diphenylethane, sử dụng làm nhiên liệu
đốt.
Alkylbenzene và polyalkylbenzene có phân tử lượng cao hơn được tuần hoàn lại thiết bị
chuyển mạch alkyl pha hơi, được chuyển hóa với sự có mặt của benzene dư trên xúc tác
zeolite. Do thiết bị này có áp suất thấp hơn nhưng nhiệt độ cao so với thiết bị alkyl hóa,
Alkylbenzene phân tử lượng cao hơn bị dealkyl hóa trong khi diethylbenzene chuyển
mạch alkyl tạo ethylbenzene.
Công nghệ thế hệ thứ nhất và thứ 2 tương tự nhau, điểm khác biệt chủ yếu đó là
polyethylbenzene được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng alkyl hóa. Vì nguyên nhân này nên
công nghệ có hiệu suất thấp hơn so với công nghệ thế hệ thứ 3.
Công nghệ này thích hợp với nguyên liệu ethylene loãng. Công nghệ sử dụng hỗn hợp
C2 từ sản phẩm của quá trình Cracking naphtha. Hơn nữa, do giá nguyên liệu thấp, thích
hợp với ethylene loãng sản xuất từ khí off-gas của quá trình FCC nên công nghệ này
được quan tâm nhiều hơn.Hai nhà máy, phân xưởng của Mobil-Badger tầm cỡ thế giới
vận hành với off-gas FCC, một là từ 1991 và một từ 1998.
1.5.3. Quá trình Alkyl hóa trên xúc tác zeolite trong pha lỏng.
Công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite bắt đầu được thương mại hóa từ năm 1990,
nhà máy đầu tiên vận hành bởi Nippon SM của Nhật, dựa trên công nghệ của hãng ABB
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Lummus Global and Unocal. Công nghệ này sử dụng xúc tác zeolite Y và gần đây hơn là
β zeolite siêu ổn định. Công nghệ EB trên pha lỏng, EBMax của Mobil-Badger, dựa trên
xúc tác Mobil MCM-22, được đưa vào hoạt động lần đầu ở Chiba Styrene Monomer
Corp, Nhật. Có tất cả 12 nhà máy sử dụng công nghệ xúc tác zeolite trong pha lỏng được
đưa vào vận hành cuối năm 1999. Mặc dù có nhiều điểm khác biệt giữa 2 công nghệ
nhưng cả hai đều có ưu điểm là vốn đầu tư thấp, chất lượng sản phẩm tốt hơn so với
những công nghệ ra đời trước đó ( công nghệ pha hơi của Mobil-Badger ).
Công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite mao quản rộng hơn ZSM-5. Cả hai đều yêu
cầu cải tiến xúc tác để thời gian hoạt động của xúc tác lâu hơn.
Sơ đồ của 2 công nghệ tương đối giống nhau ( hình 7 và 8 ).
Hình 7. Quá trình sản xuất EthylBenzene Lummus/UOP[1].
a) Thiết bị Alkyl hóa; b Thiết bị Transalkyl hóa; c) Tháp thu hồi Benzen; d) Tháp thu hồi
Ethylbenzene; e) Tháp thu hồi Polyethylbenzene.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Hình 8. Quá trình Mobil – Badger EBMax[1].
a) Thiết bị Alkyl hóa; b) Thiết bị Transalkyl hóa; c) Tháp thu hồi Benzen; d) Vent-gas
column; e) Tháp thu hồi Ethylbenzen; f) Tháp thu hồi Polyethylbenzene.
Ethylene được bơm vào thiết bị phản ứng Alkyl hóa tầng cố định nhiều ngăn có mặt của
benzene dư. Nhiệt độ phản ứng của từng công nghệ khác nhau, nhưng phải giữ ở dưới
nhiệt độ tới hạn của Benzene là 289oC.Áp suất phải đủ lớn để giữ khí nhẹ trong dung
dịch, khoảng 4 Mpa. Benzene dư thu được ở đỉnh tháp chưng được tuần hoàn lại tháp
phản ứng alkyl hóa. Sản phẩm đáy của tháp chưng benzene được đưa sang tháp tách sản
phẩm ethylbenzene, ethylbenzene sẽ được lấy ra ở đỉnh. Sản phẩm đáy đưa vào tháp tách
polyethylbenzene. Poliethylbenzene và alkylbenzene sẽ được tách ra từ phần cặn. Sản
phẩm đỉnh đem tuần hoàn lại tháp phản ứng chuyển mạch alkyl trong pha lỏng cùng với
benzene dư từ đỉnh tháp tách benzene. Sản phẩm từ tháp phản ứng chuyển mạch alkyl
được đưa trở lại tháp chưng.
Sản phẩm ethylbenzene có lẫn benzene, các loại hydrocacbon không thơm như
naphthenes, toluene và alkylbenzene có phân tử lượng lớn hơn. Tùy từng công nghệ và
phụ thuộc vào điều kiện vận hành, các thành phần này có thể xuất phát từ nguồn nguyên
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 22
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
liệu benzene hoặc tạo thành trong thiết bị phản ứng. Điều kiện vận hành trong mỗi tháp
chưng sẽ khác nhau.
1.5.4. Công nghệ sử dụng Zeolite pha hỗn hợp.
Công nghệ sản xuất ethylbenzene trong pha hỗn hợp được đưa ra bởi CDTech, là công
ty liên hợp của ABB Lummus Global và Chemical Research and Licensing. Nhà máy đầu
tiên ra đời vào năm 1994 và tới năm 1999 ba phân xưởng đã đi vào vận hành. Đặc trưng
của công nghệ này là thiết bị phản ứng alkyl hóa chứa xúc tác zeolite. Khí ethylene và
benzene lỏng vào tháp chưng. Do nguyên liệu vào là ethylene trong pha hơi, công nghệ
này sử dụng ethylene loãng sản xuất từ quá trình chưng cất của cracking hơi nước. Sơ đồ
công nghệ được chỉ ra trong hình 6.
Hình 9. Quá trình sản xuất Ethylbenzene CDTech[1].
a) Finishing reactor; b) Thiết bị Transalkyl hóa; c) Thiết bị Alkylat hóa; d) Tháp tách
Benzene; e) Tháp thu Ethylbenzene; f) Tháp thu Polyethylbenzene.
BFW = boiler feed water, PEB = polyethylbenzene
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Etylene được đưa vào tháp chưng benzene. Sản phẩm đỉnh benzene và ethylene chưa
chuyển hóa được đưa sang tháp Alkyl hóa rồi quay trở lại làm nguyên liệu cho tháp phản
ứng, có sử dụng xúc tác zeolite. Sản phẩm đáy của tháp tách benzene chuyển sang tháp
chưng ethylbenzene, ethylbenzene lấy ra ở đỉnh tháp. Polyethylbenzene được chưng từ
phần cặn, sau đó tiến hành chuyển mạch alkyl trong tháp phản ứng trên pha lỏng, có mặt
của benzene dư. Sản phẩm của quá trình chuyển mạch alkyl quay trở lại tháp chưng.
1.6. Nguyên liệu cho quá trình.
1.6.1. Benzene.
Benzene là hợp chất hydrocacbon thơm, đơn vòng, C6H6 (Mr 78,11), là chất lỏng không
màu, dễ cháy, bp 80.1oC, fp 5.5oC. KH Benzene nghĩa là hợp chất tinh khiết, tên Benzol
vẫn được sử dụng ở nhiều quốc gia, là hợp chất trong đó benzene là thành phần chính.
Benzine là một tên gọi khác, là hỗn hợp hydrocacbon hoặc naphtha có nhiệt độ sôi thấp
hơn, trong thành phần thường có cả hydrocacbon không thơm.
Benzene là chất khá ổn nhiệt, nhưng hoạt động hóa học. Do đó, nó là nguồn cung cấp
cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu và sản xuất nhiều hợp chất hydrocacbon.
Trong đó phải kể đến styrene, ethylbenzen, phenol, xyclohexane, sản xuất các sản phẩm
bao gồm chất dẻo, nhựa, sử dụng làm thuốc trừ sâu, dược phẩm, chất nhuộm và chất tẩy
rửa.
Benzene là dung môi rất tốt, nhưng do tính chất độc hại khi sử dụng, nên ít được dùng
mà dần thay thế bởi các chất ít độc hại hơn. Benzene có chỉ số octane cao và là thành
phần quan trọng của xăng.
Benzene lần đầu tiên được tách bởi M.Faraday vào năm 1825. Ông đã tách “bicarburet
of hydrogene” từ kinh nghiệm nhiệt phân dầu cá voi và các chất khác. A.W. Hofmann và
C.Mansfield của trường Royal College of Chemistry đã tiến hành trên dòng lỏng thu
được từ quá trình nhiệt phân than đá. Họ đã phát triển công nghệ sản xuất benzene và các
hydrocacbon thơm khác từ than đá, giữa những năm 1840 và 1850.
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
Cho tới chiến tranh thế giới 2, benzene thu được chủ yếu từ than đá. Công nghệ xúc tác
trong lọc hóa dầu phát triển khiến dầu thô trở thành nguồn chính để sản xuất benzene và
hydrocacbon thơm từ reforming.
1.6.1.1. Tính chất vật lý.
A.Kekul´e đã giả thiết cấu trúc của Benzene (Mr=78,11) vào năm 1865, là vòng phẳng
gồm 6 C với các liên kết đơn, đôi xen kẽ, mỗi nguyên tử H liên kết với một nguyên tử C.
Nghiên cứu về động học và phổ đã chỉ ra rằng cấu trúc đơn giản này không giải thích
được các tính chất có trong tự nhiên của benzene và các phân tử có liên quan. Ví dụ, khi
benzene tạo thành từ xyclohexane, đòi hỏi năng lượng thấp hơn (151 kJ, 36kcal) so với
năng lượng cần để tạo thành 3 liên kết đôi. Phổ NMR của benzene đã chỉ ra rằng các
proton có mức năng lượng thấp hơn tạo ra các liên kết vinylog đơn giản. Chiều dài liên
kết giữa các nguyên tử C ở cạnh nhau là 0,139 nm, nhỏ hơn độ dài của liên kết đơn (
0,154nm ) và dài hơn của liên kết đôi ( 0,134nm ). Độ dài liên kết C-H là 0,108nm.
Benzene tương đối ổn nhiệt. Nó không hoạt động như các hợp chất có chứa liên kết đôi,
nhưng hoạt động hơn nhiều hydrocacbon đơn. Dưới đây là một vài tính chất vật lý của
benzene :
Bảng 2. Tính chất vật lý của Benzen[1].
Chỉ tiêu
Đơn vị
Tỷ trọng, d20
Giá trị
0,87901
Nhiệt độ nóng chảy
o
5,533
Nhiệt độ sôi
o
80,099
Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng
C
C
Trang 25
