BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………………. Đồ án Thiết Kế Phân Xưởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 1 Mở Đầu Năm 1859 ngành công nghiệp Dầu mỏ ra đời, đánh dấu bƣớc nhảy vọt trong công nghệ nguyên liệu và nhiên liệu năng lƣợng. Công nghiệp dầu mỏ có sự tăng trƣởng rất nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế kỷ 20. Hoá dầu đã thay thế dần hoá than đá và vƣợt lên trên ngành công nghiệp chế biến than. Những sản phẩm của ngành công nghiệp Hóa dầu sản xuất chủ yếu là: Benzen, Toluen, Xylen (chúng đƣợc gọi tắt là BTX), nhiên liệu năng lƣợng, lĩnh vực polime, xà phòng, thuốc nhuộm, sơn, Trƣớc đây việc sản xuất các Hydrocacbon Aromatic chủ yếu dựa vào việc thu hồi khí của công nghiệp sản xuất than cốc, nhƣng vì sản lƣợng quá thấp, không đủ nhu cầu phát triển của nhành công nghiệp chất dẻo và ngành công nghiệp sợi. Ngày nay chủ yếu là sản phẩm của công nghiệp Hoá dầu, vừa có giá trị cao, vừa có giá thành thấp nên phần lớn các Hydrocacbon Aromatic nhận đƣợc từ Dầu mỏ đã chiếm tỷ lệ trên 90%. Một quá trình mới khác cũng đƣợc xem nhƣ một nguồn cung cấp BTX quan trọng đó là quá trình Cyclar. Nguyên liệu của quá rình này là khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG). Xúc tác của quá trình là xúc tác dạng zeolit có khả năng xúc tiến phản ứng dehydro hoá nguyên liệu, polyme hoá sản phẩm mới hình thành để tạo nên các oligome không no, và tiếp tục dehydro vòng hoá các oligome này tạo thành các hydrocacbon thơm. Khí hoá lỏng LPG đầu tiên dƣợc sử dụng làm nguyên liệu dân dụng và nguyên liệu để sản xuất olefin nhẹ bằng cách hydro hoá hay crackinh hơi. Sau đó, khí hoá lỏng đã trở thành vấn đề lớn của ngành công nghiệp lọc hoá dầu vì sản lƣợng khí hoá lỏng vƣợt quá mức sử dụng và trở lên khó bán trên thị trƣờng và chúng đƣợc đốt bỏ trực tiếp trên các dàn khoan khai thác dầu thô (khí dầu mỏ). Từ năm 1996 tới nay, công nghiệp dấu khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 2 đã thay đổi công nghệ khí hoá lỏng LPG làm nguyên liệu cho sản xuất xăng có trị số octan cao và các hydrocacbon thơm. LPG bao gồm chủ yếu là Propan và Butan thu hồi từ quá trình khai thác và chế biến các sản phẩm Dầu mỏ. Giá trị tƣơng đối thấp của LPG làm cho nó là một nguyên liệu lý tƣởng cho các ứng dụng Hoá dầu. Quá trình Cyclar chuyển đổi khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) thành các sản phẩm Aromatic là một giải pháp đƣợc phát triển bởi BP và UOP. Các quá trình Cyclar góp phần mở rộng việc sử dụng LPG để sản xuất các sản phẩm thơm có giá trị cao và cung cấp một khả năng độc đáo để sản xuất BTX từ một nguyên liệu có giá trị thấp hơn. Do đó trong đồ án này là mục đích sử dụng quá trình Cyclar chuyển hoá LPG thành các hợp chất thơm. Với sản lƣợng đã chiếm tỷ lệ trên 90% của ngành công nghiệp dầu mỏ, công nghệ Cyclar là một quá trình quan trọng của sản xuất các hợp chất Aromatic (BTX) và vai trò của quá trình này không ngừng tăng lên do nhu cầu về xăng có chất lƣợng cao và các sản phẩm ứng dụng từ quá trình sản xuất để tổng hợp lên những chất hữu ích cho đời sống. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 3 Phần I. Tổng Quan CHƢƠNG I. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm A. Nguyên liệu LPG Khí dầu mỏ hoá lỏng LPG thu đƣợc từ quá trình chế biến dầu đƣợc hoá lỏng, bao gồm các loại hydrocacbon khác nhau mạch parafin, Nguyên liệu: Lấy từ phân đoạn C 3 , C 4 trong nhà máy lọc dầu. Lấy từ phần lỏng của khí thiên nhiên (NMCBK) Propan thƣơng phẩm (phân đoạn C 3 ): thành phần chính propan, propylen còn có C 4 ( 19%V), lẫn 1 ít C 2 Butan thƣơng phẩm (phân đoạn C 4 ): thành phần chính là n - butan, iso -butan, buten (90%V), còn có C 3 , lẫn C 5 + . Hỗn hợp Bu - pro: tỷ lệ C 3 /C 4 theo nhà máy, tùy theo chiến lƣợc của nhà máy mà tỷ lệ này có thể thay đổi. Có thể có (dạng vết) của etan (C 2 H 4 ) và pentan (C 5 H 12 ) ; Ngoài ra có thể có butadien 1,3 (C 4 H 6 ) nhƣng rất nhỏ và khó có thể xác định đƣợc. Trong khí dầu mỏ có thể có hoặc không có hydrocacbon dạng olefin, điều đó tuỳ thuộc vào phƣơng pháp chế biến. Các ứng dụng chủ yếu của LPG: - LPG là nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tro và hầu nhƣ không có khói. LPG có độ sạch cao, không lẫn các tạp chất ăn mòn, là nhiên liệu ít gây ô nhiễm môi trƣờng. - LPG đƣợc xem là một loại nhiên liệu công nghiệp nhƣng đồng thời nó cũng là nhiên liệu dùng trong gia dình. Khả năng vận chuyển dễ dàng và có nhiệt lƣợng cao nên LPG có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong thƣơng mại. Ở nƣớc ta, LPG đƣợc sử dụng rất nhiều trong các ngành của nền kinh tế quốc dân, nó đã mang lại nhiều lợi ích to lớn: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 4  Cung cấp cho ngƣời tiêu dùng loại năng lƣợng sạch, thân thiện với môi trƣờng, tiết kiệm điện năng. LPG có nhiệt cháy cao nằm trong khoảng 11.300 - 12.000Kcal/kg tƣơng đƣơng nhiệt trị của 1.3l dầu hoả hoặc 1.5l xăng.  Sử dụng LPG tạo cho các cơ sở công nghiệp không những sử dụng nhiên liệu sạch mà còn nâng cao chất lƣợng sản phẩm (rõ ràng nhất là sản xuất đồ gốm)  Trong nông nghiệp: sử dụng LPG làm nhiên liệu trong sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm.  Trong giao thông vận tải: LPG đã đƣợc sử dụng làm nhiên liệu thay cho xăng động cơ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.  Trong công nghiệp hoá dầu: sử dụng LPG trong quá trình sản xuất tinh chế dầu nhờn. Ngoài ra nó còn đƣợc ứng dụng là nguyên liệu hoá học để tạo ra những monome để tổng hợp polime trung gian nhƣ: Polyvinylclorua, Polypropylen, để sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số octan thay thế cho các hợp chất của chì pha vào xăng, để sản xuất các hydrocacbon thơm  Sử dụng cho nhà máy điện: dùng LPG làm chất đốt để chạy các tuôcbin để sản xuất ra điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao 1. Các đặc tính của LPG: LPG có đặc tính là có độ sạch cao, không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất chứa lƣu huỳnh, không gây ăn mòn các phƣơng tiện vận chuyển và tồn chứa. Khi cháy, LPG ít gây ô nhiễm môi trƣờng, không gây độc hại kể cả khi LPG tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. a. Áp suất: LPG là loại khí đốt thuận tiện cho việc vận chuyển và tồn chứa do khả năng hoá lỏng ở áp suất không quá cao ở nhiệt độ thƣờng (0.3 - 0.4MPa) vì thế 1 đơn vị thể tích lỏng bằng 250 đơn vị thể tích khí. Nhƣ vậy dặc trƣng của LPG là đƣợc tồn chứa ở trạng thái bão hoà, tức là tồn tại ở cả dạng lỏng và hơi nên với thành phần không đổi áp suất ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 5 bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lƣợng LPG chứa trong bồn mà phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. b. Nhiệt độ sôi Nhƣ đã nói LPG thành phần chủ yếu là propan (C 3 ) và butan (C 4 ). Ở áp suất khí quyển propan sôi ở ts = -42 0 C và butan sôi ở ts = -0.5 0 C. Vì vậy tại nhiệt độ và áp suất thƣờng LPG hoá hơi rất mạnh. LPG gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG rò rỉ trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động. Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900 o C ÷1950 o C, có khả năng đốt cháy và nung nóng chảy hầu hết các chất. c. Khối lƣợng riêng Khối lƣợng riêng ở thể lỏng (lƣu ý không phải tỷ trọng, bởi tỷ trọng thì không có thứ nguyên): Tại điều kiện nhiệt độ môi trƣờng t 0 = 15 0 C và áp suất p = 760mmHg khối lƣợng riêng của propan lỏng bằng 507.3 kg/m 3 , của n-butan lỏng bằng 584.06 kg/m 3 . Nhƣ vậy khối lƣợng riêng của LPG ở thể lỏng khoảng bằng nửa khối lƣợng riêng của nƣớc. Khối lƣợng riêng ở thể hơi: Tại điều kiện nhiệt độ môi trƣờng t 0 = 15 0 C và áp suất p = 760mmHg khối lƣợng riêng của propan ở thể hơi bằng 1.523, của n-butan ở thể hơi bằng 2.007. Nhƣ vậy khối lƣợng riêng của LPG ở thể hơi xấp xỉ bằng 2 lần khối lƣợng riêng của không khí. Vì vậy, khi khí gas bị dò rỉ thì sẽ lan toả trên mặt đất. d. Tính giãn nở do nhiệt LPG có tỷ lệ giãn nở lớn, từ dạng lỏng sang dạng hơi. Nhờ hệ số giãn nở này mà LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dƣới dạng lỏng. Tỷ lệ giãn nở: - Propan: ở 1atm 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi. - Butan: ở 1atm 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 6 Do vậy trong các bồn chứa LPG không bao giờ đƣợc nạp đầy, chúng đƣợc quy định chỉ chứa từ 80 - 85% dung tích toàn bình để có không gian cho LPG lỏng giãn nở khi nhiệt độ tăng. f. Giới hạn cháy nổ Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp không khí - hơi gas là phần trăm thể tích hơi gas để tự bát cháy nổ. Giới hạn cháy nổ của LPG trong không khí kha hẹp, chỉ từ 1.5 - 10%, chính vì vậy, LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khác. LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ. Đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dƣới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình. Chất đốt Tỷ lệ % thể tích trong hỗn hợp Giới hạn dƣới Giới hạn trên Propan 2.2 10 Butan 1.5 9 Hydro 4.0 75 Acetylen 2.5 80 Bảng 1. Giới hạn cháy nổ một số loại nhiên liệu [01] g. Mùi và Màu sắc LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi, nhƣng dễ bị phát hiện bằng khứu giác khi có rò rỉ do LPG đƣợc pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trƣng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 7 STT ĐẶC TÍNH LPG PHƢƠNG PHÁP THỬ MIN Đặc trƣng MAX 1 Tỉ trọng tại 15 0 C 0.55 0.55 0.575 ASTM D1657 2 Áp suất hơi ở 37.8 0 C (Kpa) 420 460 1000 ASTM D2598 3 Thành phần (% khối lƣợng ): + Ethane + Propane + Butane + Pentane và thành phần khác 40 40 50 50 2 60 60 2 ASTM D2163 4 Ăn mòn lá đồng ở (37.8 0 C /giờ) 1A 1A 1A ASTM D1838 5 Nƣớc tự do( % khối lƣợng ) 0 0 0 ISO 4260 6 Sulphur sau khi tạo mùi (PPM) 25 25 30 ASTM D2158 7 Cặn còn lại sau khi hoá hơi ( % khối lƣợng ): 0 0 0.05 ASTM D2420 8 H 2 S ( % khối lƣợng ): 0 0 0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 8 9 Nhiệt lƣợng : + KJ/Kg + Kcal/m 3 (15 0 C , 760 mm Hg) 50000 26000 10 Nhiệt lƣợng 1 kg LPG tƣơng đƣơng : + Điện (KW.h) + Dầu hỏa (Lít) + Than (kg) + Củi gỗ (kg) 14 1.5-2 3-4 7-9 11 Nhiệt độ cháy ( 0 C) : + Trong không khí + Trong oxy 1900 2900 12 Tỉ lệ hoá hơi: Lỏng → Hơi 250 lần 13 Giới hạn cháy trong không khí (% thể tích) 2-10 Bảng 2. Một số đặc tính kỹ thuật của LPG [02] Chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng pháp thử Kết quả 1.Trọng lƣợng riêng 60/600 ASTMD1657 0.5410 2.Áp suất bay hơi ASTMD1267 116.60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 9 3. Etan % vol ASTMD2163 0.31 4. Propan % vol ASTMD2163 53.43 5. Butan % vol ASTMD2163 45.33 6. Pentan%vol + (hydrocacbon nặng) ASTMD2163 0.93 7.Hàm lƣợng lƣu huỳnh 15.60C(g/cm3) ASTMD2784 < 0.01 8. Ăn mòn đồng ASTMD1838 N 0 1 9. Phần còn lại sau khi cháy% v ASTMD2138 < 0.05 10. Nƣớc Không 11. Trọng lƣợng phân tử trung bình Tính toán 50.0 Bảng 3. Tiêu chuẩn về LPG dùng trong công nghiệp của Hà Nội petro [03] Hydro cacbon Công thức hoá học Trọng lƣợng phân tử % theo trọng lƣợng Tỷ lệ C/H theo trọng lƣợng Cacbon Hydrogen Etan Etylen C 2 H 6 C 2 H 4 30.7 28.5 79.88 85.63 20.72 14.37 3.97 5.59 Propan Propylen C 3 H 8 C 3 H 6 44.09 42.08 81.72 85.63 18.28 14.37 4.47 5.97 n-Butan izo-Butan C 4 H 10 58.12 82.66 17.34 4.77 n-Butylen C 4 H 8 56.10 85.63 14.37 5.97 [...]... electrophin E+ (cation hay đầu dƣơng của liên kết phân cực) vào hệ electron thơm để tạo thành sản phẩm cuối cùng qua nhiều giai đoạn: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ Tổng quát các phản ứng thế quan trọng của Benzen: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ HNO3, H2SO4 Br2,... các thiết bị phản ứng làm việc Chuyển động của xúc tác từ thiết bị phản ứng này xuống thiết bị phản ứng khác đƣợc khống chế và phân phối qua tám ống dẫn hay nhiều hơn để đảm bảo điều hòa, phân phối đều, tránh chảy tháo xúc tác hay đứt quãng lớp xúc tác Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ 3.3 Chất lƣợng sản phẩm và sản lƣợng Các sản. .. điều kiện thiết kế đặc biệt Mặc dù các chuỗi phản ứng Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ liên quan đến kết quả tỏa nhiệt phức tạp, vƣợt trội của các phản ứng dehydrogenation trong một phản ứng tổng thể thu nhiệt cao Đây là điều dễ hiểu từ thực tế: năm mol hydro đƣợc sản xuất cho mỗi mol của hydrocacbon thơm hình thành từ propan... Hiếu_HD1001 32 Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _ 4 5 8 6 1 7 2 H2 2 3 H2 Hình 5 Sơ đồ tái sinh xúc tác 1, Hệ thống thiết bị phản ứng 5 Phễu tách 2 Phễu 6 Tháp tái sinh xúc tác 3 Thiết bị trộn lẫn 7 Phễu điều chỉnh dòng chảy 4 Thiết bị lắng bụi 8 Máy thổi khí Xúc tác đã làm việc chảy từ đáy thiết bị phản ứng xuống bunke (2), sau đó chảy xuống thiết bị trộn... và Xylen (BTX) đƣợc sản xuất chủ yếu thông qua Reforming xúc tác naphtha Tuy nhiên, naphtha là nhu cầu Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ tuyệt vời về xăng dầu và sản xuất hóa dầu, và giá trị của naphtha dự kiến sẽ tăng lên Các Quá trình Cyclar cung cấp một khả năng độc đáo để sản xuất petrochemicalgrade BTX từ một nguyên liệu có... 2HSO4 - - Tác nhân electrophin là ion nitroni: d) Phản ứng oxi hóa : Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 17 Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _ COOH CH3 o [O], t C COOH CH3 CH3 o [O], t C COOH e) Sản xuất Amin X NH2 CuCl2 + NH3 + HX f) Sản xuất andehyt thơm CH3 + O2 CHO + H2O g) Sản xuất phenol Cl + NaOH OH + NaCl h) Phản ứng sunfua hoá Benzen phản ứng với H2SO4 khói (dƣ SO3):... áp suất cao sẽ làm tăng qua trình hydrocrackinh, quá trình này làm giảm hiệu suất sản phẩm aromatic Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 25 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ Hiện nay UOP đƣa ra hai thiết kế cho quá trình Cyclar khác nhau Qúa trình áp suất thấp phù hợp với yêu cầu sản phẩm Aromatic lớn nhất Qúa trình áp suất cao đòi hỏi một nửa xúc tác và hấp dẫn hơn hết... chủ yếu đƣợc sinh ra từ phản ứng cộng đóng vòng etylen mới hình thành và dehydro vòng hoá xảy ra trong quá trình cracking hơi Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ Hydrocacbon thơm cũng có thể có ngồn gốc không phải từ dầu mỏ Thực tế khoảng 10% lƣợng hydrocacbon thơm tiêu thụ trên toàn thế giới ngày nay đƣợc sản xuất từ than đá Đây đƣợc... mồi lửa sẽ gây cháy nổ Nói chung, việc tồn chứa LPG hiện nay đa số đƣợc tồn chứa và bảo quản trong các bồn chứa khác nhau Các loại bồn chứa này có thể chịu áp Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _ suất từ vài MPa đến vài trăm MPa và chứa từ vài chục m3 đến vài trăm nghìn m3 LPG 4 Nhận xét LPG là một nguồn nhiên liệu:  Sạch, tiện lợi... 12.000 10.900 11.800 Bảng 5 Nhiệt trị của LPG, kcal/kg [01] 2 Phân loại LPG LPG thành phần chủ yếu là propan và butan, vì vậy mà việc phân loại LPG cũng khá dễ dàng LPG đƣa ra thị trƣờng gọi là LPG thƣơng mại, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu của từng khách hàng mà nhà sản xuất sẽ pha trộn các thành phần một cách thích hợp Có thể phân ra thành 3 loại LPG thƣơng mại nhƣ sau: Propan thƣơng mại: . Đồ án Thiết Kế Phân Xưởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________. liên kết phân cực) vào hệ electron thơm để tạo thành sản phẩm cuối cùng qua nhiều giai đoạn: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG