Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Yêu cầu môn học: Hãy tính toán quá trình tổng hợp methanol từ khí tự nhiên , với số liệu sau đây: Năng suất 250000 tấn / năm. Nguyên liệu phần trăm thể tích: Cấu tử Phần trăn thể tích (%V) Độ chuyển hóa (%) CH 4 92 99 C 2 H 6 3 99 C 3 H 8 0.4 99 n-C 4 H 10 1.6 99 CO 2 0.3 0 N 2 2.7 0 Thành phần oxi kỹ thuật Cấu tử Phần trăn thể tích (%V) Độ chuyển hóa (%) O 2KT 97 100 N 2 2 0 Ar 1 0 Tỷ lệ Hơi nơc : khí tự nhiên = 2.5 : 1. Tỷ lệ O 2KT : CH 4 = 0.65 :1 trong thiết bị chuyển hóa . Tự lựa chọn độ chuyển hóa của khí tự nhiên và các thông số công nghệ hợp lý trong tính toán . Lời mở đầu. Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá hiện nay của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ chiếm một vị trí hết sức quan trọng, đặc biệt ngành công nghiệp tổng hợp Hữu Cơ- Hoá Dầu đã góp phần phục vụ cho đời sống con ngời, phục vụ cho sự phát triển không ngừng của nhân loại. Metanol là một trong những nguyên liệu rất quan trọng để sản xuất các hợp chất hữu cơ trong công nghiệp hoá chất, khoảng 85% lợng metanol sản xuất đợc sử dụng nh là nguyên liệu đầu hay là dung môi trong công nghiệp tổng hợp hoá học. Phần lớn l- Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 1 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . ợng metanol đợc dùng để sản xuất formandehyt, dùng làm chất trung gian trong tổng hợp metylmetacrylat, dimetylterephtalat, dimetylsunfat, metanol còn đợc dùng làm chất metyl hoá để điều chế metylamin, dimetylanilin. Ngoài ra, metanol còn đợc sử dụng trong hỗn hợp với các sản phẩm dầu mỏ để làm nhiên liệu, điều chế phẩm nhuộm và dợc phẩm, ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học. Ngày nay, nhu cầu sử dụng metanol làm nhiên liệu cho động cơ, thay thế cho xăng đang ngày một tăng lên vì trữ lợng dầu mỏ trên thế giới đang cạn dần. Metanol đợc sản xuất từ những phơng pháp khác nhau, đi từ nhiều nguyên liệu khác nhau. Tuy nhiên, hiện nay do công nghiệp chế biến khí ngày càng phát triển, lợng khí tổng hợp đợc sản xuất từ khí tự nhiên và các quá trìmh chế biến dầu ngày càng nhiều hơn, nhiều công nghệ mới ra đời. Do đó công nghiệp sản xuất metanol từ khí tổng hợp cũng đang trên đà phát triển, với các loại xúc tác mới có độ chọn lọc, độ chuyển hoá cao. Nhà máy lọc dầu số một Dung Quất với công suất 6 triệu tấn/năm sắp hoàn thành để hoạt động và đang phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2 Nghi Sơn Thanh Hoá với công suất 7 triệu tấn/năm. Nh vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí ở nớc ta đang bớc vào thời kì mới. Do vậy, việc hiểu biết lý thuyết để áp dụng vào khoa học thực tiễn với các công nghệ tiên tiến đang là vấn đề rất cần thiết đối với mỗi sinh viên. Yêu cầu thiết kế nhà máy sản xuất metanol hiện nay ở nớc ta cũng cần phải sớm thực hiện. Tính toán quá trình sản xuất metanol từ khí tự nhiên với năng suất 250000 tấn /năm là đề tài về đồ án môn học em nghiên cứu và trình bày. Trong đồ án này sẽ tiến hành nêu lên các vấn đề lý thuyết có liên quan và thực hiện tình toán . Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 2 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Phần I Tổng Quan Lý Thuyết Ch ơng 1 Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm I. Metanol . I.1. Giới thiệu chung về Metanol. Metanol còn có những tên gọi khác nh metylalcol, carbinol hoặc rợu gỗ có công thức hoá học là CH 3 OH, khối lợng phân tử M =32,042 là một trong những nguyên liệu thô rất quan trọng. Năm 1988, toàn thế giới sản xuất đợc 19 triệu tấn, đến năm 1989, sản lợng metanol sản xuất đợc trên thế giới là 21 triệu tấn. Trong đó khoảng 85% lợng metanol đợc sử dụng trong công nghiệp hóa học nh là nguyên liệu đầu hay dung môi cho quá trình tổng hợp. Phần còn lại đợc sử dụng làm nhiên liệu và lĩnh vực năng lợng việc sử dụng này ngày càng tăng. Lần đầu tiên vào năm 1661 Robert-Boyle đã thu đợc Metanol từ quá trình cất giấm gỗ bằng sữa vôi, suốt trong khoảng 1830 đến 1923 đó là phơng pháp chủ yếu nhất dùng để tổng hợp Metanol. Năm 1985 Berthelot tổng hợp đợc Metanol bằng ph- ơng pháp xà phòng hoá Metylclorua nhng phơng pháp này không có ý nghĩa thực tế vì ngày nay để sản xuất Metylclorua ngời ta đi từ nguyên liệu là Metanol. Vào khoảng năm 1923 Metanol đợc sản xuất bằng phơng pháp tổng hợp từ CO và H 2 và cho đến ngày nay nó vẫn là phơng pháp u việt hơn cả đợc sử dụng để sản xuất Metanol trong công nghiệp. Dới góc độ kỹ thuật, Metanol có thể thay thế xăng để chạy động cơ, làm dung môi cho sơn, vecni, làm chất kết dính, điều chế phẩm nhuộm và dợc phẩm ở những quốc gia nh Nam Mỹ, Châu á, Metanol đợc sử dụng làm nhiên liệu động cơ thay thế cho xăng. Khả năng sản xuất Metanol từ khí tự nhiên và khí tổng hợp đã đợc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nhiều nhà sản xuất máy Metanol từ khí tự nhiên đã ra đời. Năm 1988 dây chuyền nhà máy lớn nhất đặt tại Bantarinat (Nam Chile) bắt đầu hoạt động với công suất 750000 Tấn/năm. I.1.1. Tính chất vật lý của Metanol. Metanol (CH 3 OH) là chất lỏng không màu, có mùi đặc trng tơng tự Etanol (C 2 H 5 OH), trung tính, tan tốt trong nớc, rợu, este và hầu hết các dung môi hữu cơ khác, nó ít hoà tan trong chất béo và dầu bởi tính phân cực của nó. Ngoài ra, Metanol còn hoà tan đợc rất nhiều hợp chất hữu cơ và các loại muối khác. Metanol là chất dễ cháy và rất độc với một lợng nhỏ (khoảng 10ml) cũng có thể làm mù mắt, với lợng lớn có thể gây tử vong. Bảng1. Các thông số vật lý của Metanol Đại lợng Giá trị Đơn vị áp suất tới hạn 8,098 MPa Nhiệt độ tới hạn 239,49 0 C Thể tích tới hạn 117,9 cm 3 /mol Khối lợng riêng tới hạn 0,2715 g/cm 3 Giới hạn nổ trong không khí 5,5ữ44 %V Nhiệt độ đóng rắn 97,68 0 C Nhiệt độ điểm ba -97,56 0 C áp suất điểm ba 0,10768 Pa Nhiệt hoá hơi ở 101,3 Kpa 1128,8 kJ/kg Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 3 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Điểm bắt cháy cốc hở 15,6 0 C Điểm bắt cháy cốc kín 12,5 0 C Độ dẫn điện (ở 25 0 C) (2ữ7).10 -9 -1 .cm -1 Nhiệt độ bắt cháy 470 0 C áp suất hơi của Metanol đợc xác định theo phơng trình: lnp = 8,999 + T 64,512 (-8,65371.q 3/2 2,479q 5/2 1,024q 5 ) Trong đó: q=1- 64,512 T T: Nhiệt độ tuyệt đối, K. P: áp suất, KPa. I.1.2.Tính chất hóa học của Metanol. Metanol (CH 3 OH) là một rợu no đơn chức. Đặc trng cho loại hợp chất này là khả năng phản ứng đợc quyết định bởi nhóm chức (-OH) các phản ứng của Metanol xảy ra thông qua việc phân chia mối liên kết C-O và O-H, mà đặc trng là sự thay thế bởi (-H) hoặc (-OH), vì oxi có độ âm điện (3,5) lớn hơn cacbon (2,5) và hydro (2,2) nên các liên kết (C-O) và (O-H) phân cực mạnh về phía oxi C + O - H + . Sự phân cực đó thể hiện ở momen lỡng cực ( à, D ). a. Tính axit, phản ứng tạo muối. Metanol luôn thể hiện tính chất của một axit yếu, nó phân ly yếu hơn cả nớc do gốc alkyl có hiệu ứng +I. Hiệu ứng này đã làm giảm sự phân cực của liên kết O-H. Khi thay thế nguyên tử H trong nhóm -CH 3 của metanol cũng thay đổi. Metanol có tính axit yếu, nó tác dụng đợc với kim loại kiềm. Ví dụ: CH 3 OH + Na CH 3 ONa + 1/2H 2 b. Phản ứng tạo thành ete và este. - Phản ứng tạo thành ete: Metanol có thể phân hủy khi có mặt H 2 SO 4 đặc sẽ tạo thành ete: 2 CH 3 OH 2 4d H SO CH 3 -O-CH 3 + H 2 O - Phản ứng tạo thành este: Metanol có thể tác dụng với axit cacboxylic, với xúc tác axit H 2 SO 4 tạo thành este CH 3 OH + CH 3 COOH 2 4d H SO CH 3 COOCH 3 + H 2 O c. Phản ứng tạo thành dẫn xuất halogen. Metanol có thể tác dụng với Hidrohalogen tạo thành Metylhalogenua. CH 3 OH + HBr CH 3 OBr + H 2 O Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 4 CH 3 H O 1,5 1,2 105 0 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . d. Phản ứng dehydrat hoá tạo thành alken. Tơng tự nh alkyl halogen bị dehydrohalogen hóa tạo thành alkyl. Metanol có thể bị dehydrat hoá theo phản ứng 2 CH 3 OH C 2 H 2 + 2 H 2 O Để thực hiện phản ứng trên ngời ta cho hơi Metanol đi qua Al 2 O 3 nung nóng hoặc đun Metanol với axitsunfuric đặc. e. Phản ứng dehydro hoá. Hơi Metanol đi qua cột chứa xúc tác đồng (Cu) ở nhiệt độ 300 0 C, sẽ bị tách hydro tạo thành aldehyt: CH 3 OH HCHO + H 2 f. Phản ứng oxi hoá. Phản ứng oxi hoá chỉ dùng trong công nghiệp, trong điều kiện phòng thí nghiệm ngời ta dùng các chất oxi hoá nh KMnO 4 + H 2 SO 4 hoặc K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , khi đó: CH 3 OH +1/2O 2 HCHO + H 2 O Các phản ứng quan trọng của metanol trong công nghiệp đợc mô tả ở hình 1: Hình 1 : Các phản ứng quan trọng của metanol I.1.3. Bảo quản, tồn chứa, vận chuyển. I.1.3.1.Tính chất cháy nổ, đề phòng cháy nổ. Khả năng bắt lửa của Metanol và hơi của nó là một vấn đề quan trọng trong an toàn cháy nổ. Điểm chớp lửa cốc kín của Metanol vào khoảng 12,2 0 C và nhiệt độ bốc cháy là 470 0 C. Hơi Metanol dễ dàng bốc cháy ở nồng độ khoảng 5,5 đến 44% thể tích. áp suất hơi riêng phần ở 20 0 C là 128KPa, vì vậy hỗn hợp Metanol - Không khí dễ dàng bắt lửa ở một khoảng nhiệt độ rất rộng. Metanol tinh khiết có tính dẫn điện rất kém. Do vậy, việc xác định điện tích cũng trở nên quan trọng khi vận chuyển và tồn chứa methanol. Phòng cháy: Trong một không gian kín chứa đựng một lợng lớn Metanol thì việc kiểm tra giới hạn cháy nổ là rất cần thiết. Cần đặt các thiết bị cứu hoả trong kho chứa. Phun nớc lên các bể chứa để làm mát bể, tránh tiếp xúc với các ngọn lửa. Chống cháy: Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 5 CH 3 OH CH 3 OH HCOOCH 3 CH 3 (CH 2 ) n -OH (CH 3 ) 3 COCH 3 CH 3 Cl (CH 3) ) 3 NH, CH 3) ) 3 NHCH 3 NH 2 , +CO (catalyst) +CO (catalyst) +nCO/H 2 (catalyst) +H 2 C=C(CH 3 ) 2 (catalyst) +HCl +NH 3 +H 2 SO 4 -H 2 (Ag) or +O 2 (Mo) -H 2 O (catalyst) CH 3 -O-CH 3 CH 2 =C-COOCH 3 CH 3 C 6 H 4 (COOCH 3 ) 2 SO 2 (CH 3 O) 2 C 2 H 4 C 3 H 6 HCHO Terephtalic axit Acrylic axit Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Nớc không thích hợp làm tác nhân cứu hoả đối với một lợng lớn Metanol. Nên dùng các tác nhân cứu hoả nh: cát, CO 2 có thể dập tắt đám cháy nhỏ. I.1.3.2.Tồn chứa và vận chuyển Tồn chứa với lợng nhỏ: Với lợng nhỏ Metanol dùng trong phòng thí nghiệm nên đựng bằng can kim loại. Một lợng lớn hơn đợc chứa trong các bom bằng thép. Không nên dùng các thùng chứa bằng nhựa để đựng Metanol vì chúng có tính thấm. Tồn chứa với lợng lớn: Lợng lớn Metanol đợc chứa trong các bể thép hình trụ tơng ứng nh bể chứa các sản phẩm dầu mỏ. Các bể chứa hình trụ có thể tích khoảng vài trăm đến hơn 10000m 3 . Với những bể có mái cố định, các phép đo đặc biệt phải đợc thờng xuyên tiến hành để ngăn chặn sự hình thành khí dễ bắt lửa trên bề mặt chất lỏng. Để tránh các vấn đề trên, ở các bể lớn ngời ta thờng lắp các mái nổi nhng phải chú ý bảo vệ sản phẩm tránh nớc ma, hệ thống ống và bơm đợc chế tạo từ các loại thép thông thờng. Các van khoá có thể làm từ khoáng grafit và kim loại. Cao su buna-styren, cao su butadien-clo có thể sử dụng làm trục khoá. Vận chuyển số lợng lớn: Trên thế giới hiện nay khoảng 30% Metanol đợc vận chuyển bằng đờng biển tới nhiều quốc gia trên thế giới. Các bể chứa có dung tích khoảng hơn 40000 tấn đợc sử dụng nhằm phục vụ mục đích này. Các tàu dùng để vận chuyển sản phẩm dầu mỏ cũng đợc sử dụng. Ngoài ra, metanol cũng có thể đợc vận chuyển bằng đờng không hay đờng bộ. Nhng cũng cần phải chú ý đến các điều kiện an toàn cháy nổ cho ngời và thiết bị vận chuyển. I.1.4. ứng dụng của Metanol. Ngày nay, metanol đợc dùng rất nhiều trong công nghiệp hóa chất và trong đời sống. Hiện nay, metanol có xu hớng thay thế dần dầu mỏ. Nó làm dung môi cho sơn, vecni, làm chất kết dính, điều chế phẩm nhuộm và dợc phẩm, ngoài ra còn dùng cho nhiều sản phẩm khác. I.1.4.1.Metanol dùng làm nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp hoá học. Metanol đợc sử dụng nh một nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp hoá học, khoảng 70% Metanol đợc dùng để sản xuất formandehyt, metyl tert butylete (MTBE), axit axetic, metylmetacrylat, dimetylterephthalate. - Formandehyt (HCHO): Là sản phẩm quan trọng nhất đợc tổng hợp từ Metanol. Năm 1988, 40% Metanol đợc dùng để tổng hợp formandehyt; việc sản xuất formandehyt hàng năm tăng khoảng 3%, nhng vì sự tăng trởng của các sản phẩm khác cao hơn nên lợng Metanol dùng tổng hợp formandehyt giảm đi. Các quá trình phân huỷ đều dựa trên sự oxihóa metanol với oxi khí quyển. Chúng khác nhau nhiều so với nhiệt độ và tính tự nhiên của các loại xúc tác đã đợc sử dụng. - Metyl tert butyl ete (MTBE ): Ete này đợc tạo ra do phản ứng giữa Metanol với iso-buten dựa trên sự trao đổi ion axit. Ete này có trị số octan cao, là cấu tử cực kì quan trọng đối với việc sản xuất xăng không dùng phụ gia chì. Vì vậy mà lợng Metamol sử dụng cho mục đích này ngày càng tăng, năm 1988 có 20% Metanol đợc dùng cho việc tổng hợp MTBE. Ngời ta dự tính tốc độ gia tăng lên đến 12% hàng năm. Sự có mặt của iso penten đang gây khó khăn cho việc tổng hợp MTBE. Mặc dù hiện nay ngời ta đã cải tiến bằng cách xây dựng các nhà máy đồng phân Butan và Hydro hóa iso butan. - Axit axetic (CH 3 COOH): Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 6 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Khoảng 9% Metanol đợc dùng để tổng hợp axit axetic ớc tính tốc độ gia tăng hàng năm 6%. Axit axetic sản phẩm của quá trình cacbonyl hóa Metanol bởi CO ở pha lỏng với các xúc tác đồng nhất niken-iodua, coban- iodua. Công nghệ BASF làm việc ở 6,5MPa, một số công nghệ hiện đại hơn nh Monsanto làm việc ở 5Mpa. Bằng cách thay đổi điều kiện thì việc tổng hợp cũng có thể đợc trợ giúp để tạo ra alhydric axit họăc metyl axetat - Các sản phẩm tổng hợp khác: Sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ, để tìm những hớng mới cho việc thay thế nhiên liệu, ngời ta đã phát triển nghiên cứu các quá trình tổng hợp nhiên liệu từ khí với Metanol nh một chất trung gian. Hãng Mobil của Hoa Kỳ đã đóng góp đáng kể cho sự phát triển của quá trình này. Họ đã nghiên cứu các quá trình công nghệ cho phản ứng Metanol trên xúc tác zeolit để tổng hợp xăng. Cho tới nay, vấn đề quan trọng nhất trong công nghiệp là quá trình tổng hợp methanol thành xăng (MTG). Một nhà máy liên doanh giữa chính phủ Tân Tây Lan và hãng Mobil đã chuyển hóa 4500 Tấn Metanol từ khí thiên nhiên thành 1700 (tấn xăng/ngày). Từ khi giá của sản phẩm dầu không tăng nh mong đợi, thì ngày nay ngời ta đang nghiên cứu các phơng thức chế biến metanol nguyên chất và có giá trị kinh tế cao hơn. Các hớng tổng hợp khác sẽ trở nên quan trọng khi dầu mỏ ngày càng khan hiếm. Quá trình tổng hợp Metanol thành các hợp chất thơm (MTA) và các hợp chất olefin (MTO). Các sản phẩm này đợc ứng dụng rộng rãi do nó ít gây ảnh hởng đến môi trờng. Cùng giống nh hỗn hợp butan - propan, metanol đợc sử dụng nh một nhiên liệu phản lực, nhng nó đợc ứng dụng phổ biến hơn. Vì nó có đặc tính quan trọng là tính phân cực của nó cao hơn nên nó có thể hòa tan mạnh hơn các sản phẩm có mặt trong các bình phun, dimetylete cũng đợc sử dụng làm dung môi. Metanol đợc sử dụng để tổng hợp một số các hợp chất hữu cơ nh: + HCHO: Là tác nhân bảo quản đặc biệt, vì nó có khả năng làm đông tụ protit nên nó đợc dùng để ớp xác trong y học. + Các metyleste của các axit vô cơ: làm thuốc thử cho quá trình metyl hóa, thuốc nổ và thuốc trừ sâu. + Các metylamin: Các dợc phẩm và các chất phụ trợ , hấp thụ các chất lỏng trong quá trình rửa và làm sạch khí. + Tri metyl photphua: đợc dùng để điều chế các loại dợc phẩm, các loại vitamin,các loại hơng phẩm và hóa chất tinh khiết. +Natri metoxit (CH 3 ONa). Các hợp chất trung gian hữu cơ, các hợp chất trung gian, xúc tác, các dung môi, nhiên liệu phản lực. +Metyl halogenua (CH 3 X): dùng để điều chế các hợp chất hữu cơ trung gian, các dung môi hoặc nhiên liệu phản lực. +Etylen: Các hợp chất trung gian hữu cơ, polime, I.1.4.2.Metanol đợc sử dụng nh một nguồn năng lợng Metanol là một chất thay thế lý tởng cho các sản phẩm dầu mỏ. Khi dầu mỏ trở nên khan hiếm hay đắt đỏ thì Metanol đợc sử dụng nh một nguồn nguyên liệu thay thế. Sau cuộc khủng hoảng dầu lửa vào đầu những năm 1970. Một số các dự án về ứng dụng đã đợc triển khai dựa trên giả thiết rằng ứng dụng của Metanol sản xuất từ than đá có giá trị kinh tế cao hơn và ớc tính vào đầu những năm 1980 thì sẽ trở nên tối u. Tuy nhiên vấn đề giá cả và sự vợt trội về mặt kỹ thuật hoặc các vấn đề về môi trờng làm cản trở quá trình sản xuất khí tổng hợp từ than đá; còn giá cả và ích lợi của dầu thô cũng không đáng kể. Gần đây, tất cả dự án có quy mô lớn về tình hình sử dụng than đá cũng bị ngừng lại. Các nhà máy có quy mô vận hành lớn đang bị đóng cửa họăc đã đợc cải biến để sử dụng các nguyên liệu khác. Metanol sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng: Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 7 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Việc sử dụng metanol làm nhiên liệu cho động cơ ôtô đã đợc dề cập từ những năm 1920. Tuy nhiên việc sử dụng này đã bị hạn chế ở những động cơ cao cấp nh những loại: Xe đua, máy bay. Quá trình cháy của Metanol trong động cơ đã đợc nghiên cứu trong một thời gian dài. Chính vì vậy mà Metanol đợc xem nh một nhiên liệu lí tởng cho nhiều động cơ do nhiệt hóa hơi cao và năng suất toả nhiệt thấp nên rất thuận lợi cho hoạt động của các loại môtô. Bảng 2. So sánh tính chất của metanol và xăng sử dụng trong động cơ Ôtô Metanol có thể đợc ứng dụng trong nhiều hỗn hợp với sản phẩm dầu mỏ thông th- ờng. + M13: Hỗn hợp của 13% metanol với 2ữ3% chất hòa tan (ví dụ nh iso propyl alcol) trong nhiên liệu ôtô. Hỗn hợp này đợc sử dụng thuận lợi bởi vì các hệ phân bố nhiên liệu ít bị thay đổi. + M15: Là hỗn hợp 15% metanol và phần còn lại là chất hoà tan với nhiên liệu Ôtô. Sự biến đổi nhiên liệu môtô thì rất cần thiết trong trờng hợp này. Sự sử dụng M15 để tăng trị số octan trong xăng không chì đã đợc thay thế bằng cách tăng cờng sử dụng MTBE + M85: Metanol chứa khoảng 15% các hydro cacbon C 4 ữC 5 nó đợc dùng để cải tiến các tính chất, cải thiện điểm đông đặc. Ngoài ra M85 còn thích hợp cho việc sử dụng làm nhiên liệu cho các phơng tiện cải tiến và thay đổi các hệ số phân bố nhiên liệu +M100: Metanol nguyên chất là nhiên liệu đã đợc cải biến và điều chỉnh hoàn thiện để sử dụng 100% Metanol làm nhiên liệu. Một số sự thay đổi cần thiết cho quá trình xử lý metanol cũng đã làm giảm đợc lợng chất dẻo sử dụng trong hệ thống nhiên liệu. Hệ thống phát tia lửa điện đốt hơi xăng và bộ chế hòa khí hoặc vòi phun nhiên liệu cũng đợc điều chỉnh. Với M85 và M100 thì hỗn hợp nhiên liệu phải đợc đun nóng sơ bộ bởi vì sự hóa hơi của một lợng Metanol trong bộ chế hòa khí có tác dụng làm mát ở 120K + Metanol làm nhiên liệu cho động cơ Diezen Metanol tinh khiết không thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezen do nó có trị số xetan rất thấp (xấp xỉ 3) và rất khó tự bốc cháy. Để tự bốc cháy phải phun thêm vào các phụ gia để làm tăng trị số xetan. +Các ứng dụng khác của metanol trong nhiên liệu các ngành đặc biệt: Trái ngợc với metanol nguyên chất, việc sử dụng metanol trong nhiên liệu động cơ ô tô không bị giới hạn bởi vì xét đến tính hòa lẫn và áp suất hơi. Việc sử dụng metanol để tổng hợp MTBE có thể vợt quá số lợng ở mức bình thờng của nó. Arco - Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 Tính chất Xăng Metanol Tỷ trọng (kg/l) 0,739 0,793 Giá trị năng lợng (kj/kg) 44300 21528 Tiêu thụ không khí (kg/kg) 14,59 6,5 RON 97,7 108,7 MON 89 88,6 RON hỗn hợp 120ữ130 MON hỗn hợp 91ữ94 áp suất hơi bão hòa Reid(Kpa) 64 32 Giới hạn điểm sôi, 0 C 30-ữ190 65 Nhiệt hóa hơi (kj/kg) 335 1174 Làm lạnh dới dạng hơi với 1 tỷ l- ợng không khí, 0 C 20 122 8 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . nhà sản xuất MTBE lớn nhất thế giới đang thúc đẩy việc sử dụng oxinol một hỗn hợp của metanol và tert butanol. Một phát triển nữa trong việc sử dụng metanol là quá trình Lurgi Octamix. Quá trình này sử dụng xúc tác bôi trơn và các điều kiện bổ trợ (nhiệt độ cao, nồng độ CO 2 thấp, nồng độ CO cao) trong quá trình tổng hợp metanol, etanol và các alcol cao hơn. Hỗn hợp nay có thể sử dụng trực tiếp trong nhiên liệu động cơ. Sự có mặt của các alcol cao hơn là đáng giá không chỉ làm tăng trị số octan màchúng còn có tác dụng nh các chất hòa tan Metanol. Tuy nhiên, quá trình này vẫn không đợc sử dụng trong công nghiệp quy mô lớn. Ngoài ra, metanol đợc sử dụng làm tác nhân làm lạnh trong những hệ thống làm lạnh. Nó cũng đợc sử dụng nh một chất chống đông, trong các chu trình gia nhiệt và làm mát, bởi vì metanol có độ nhớt thấp khi ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên không đợc sử dụng rộng rãi làm chất chống đông ở các động cơ. Metanol cũng có thể đợc dùng làm tác nhân hấp phụ trong thiết bị rửa khí. Tách đợc CO 2 và H 2 S ở nhiệt độ thấp là u điểm của metanol trong quá trình tinh chế khí mà không cần các quá trình chuyển hóa khác sâu hơn. Một lợng lớn metanol đợc sử dụng làm chất bảo vệ đờng ống dẫn khí tự nhiên chống lại sự hình thành hydrat ở nhiệt độ thấp. Metanol đợc thêm vào khí tự nhiên ở các trạm bơm, để tạo thành lỏng trong các ống dẫn và thu lại cuối đờng ống. Metanol đợc ứng dụng làm dung môi cũng có giới hạn dù các hỗn hợp của nó có thể đợc sử dụng rộng rãi. I.5.Tốc độ tăng sản lợng Metanol trên thế giới : Giá cả của quá trình sản xuất Metanol phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Quan trọng nhất là giá của nguyên liệu sử dụng trực tiếp cho quá trình,giá vốn đầu t ban đầu, giá cả của các bộ phận liên quan đến quá trình sản xuất nh vận chuyển nguyên liệu,và cơ sở hạ tầng. Tất cả khí tự nhiên, naphta, dầu nặng đun nóng, than cốc, và litnhin đợc sử dụng nh các nguyên liệu trong các nhà máy sản xuất metanol. Trong các nhà máy dầu nền và để tăng số lợng nhà máy thì giá cả chủ yếu đợc tính cho giá vốn đầu t ban đầu. Điều này có nghĩa là, hiện nay giá năng lợng thấp đi, các nhà máy giá cả đã ổn định ở mức cao, do đó lãng phí hoặc tiết kiệm chỉ cho phép dới các điều kiện đặc biệt. Sự có mặt các điều kiện cân bằng giữa giá vốn đầu t và giá vận hành dây chuyền trong công đoạn làm sạch khí. Tất cả các nhà máy hiện hành đang đợc thiết kế dây chuyền cho việc sử dụng khí tự nhiên cho và một vài nhà máy đã xây dựng hệ thống xử lý naphta (xăng nhẹ) cũng đã từng đợc thay đổi. Hiện nay trên thế giới sản lợng metanol thu đợc từ nguồn nguyên liệu thô chiếm ít hơn 2 triệu tấn trong tổng số 21 triệu tấn sản phẩm metanol thu đợc từ khí tự nhiên. Thị trờng metanol trên thế giới Sau Amoniac thì lợng metanol thu đợc từ quá trình sản xuất metanol từ khí tổng hợp là lớn nhất. Sản lợng toàn thế giới vào đầu năm 1989 là 21x10 6 tấn. Trong năm 1988, trên thế giới sản xuất đợc 19x10 6 tấn metanol. Điều này có nghĩa là hàng năm sản lợng metanol trên thế giới tăng 10% (tơng đơng 1 triệu tấn). Đờng cong mô tả quá trình sản xuất metanol từ năm 1965 đợc mô tả trên hình vẽ sau: Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 9 §å ¸n m«n häc. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol . Hình 2: Sản lượng Metanol thế giới Metanol sản phẩm, triệu tấn/năm Năm Theo tËp ®oµn c«ng nghiƯp hãa chÊt Mü (CMAI) dù b¸o trong c¸c n¨m tíi qu¸ tr×nh cung cÊp metanol sÏ vỵt nhu cÇu tiªu dïng, sau ®ã ®i vµo xu thÕ c©n b»ng. Theo dù b¸o cđa CMAI gi¸ cđa metanol n¨m 2001 gi¶m nhng nh÷ng n¨m sau ®ã sÏ t¨ng trë l¹i. Dù kiÕn ë thÕ kû 21, nỊn kinh tÕ thÕ giíi sÏ t¨ng trëng tõ 2 ®Õn 4%/n¨m, th× nhu cÇu metanol dù b¸o t¨ng 1,8 ®Õn 3,2%/n¨m. Nh vËy cung sÏ vỵt cÇu lµ ®iỊu khã tr¸nh khái. Kh¸c víi dù b¸o Petrochemical CI, tËp ®oµn CMAI dù tÝnh lỵng metanol ®ỵc tiªu thơ trªn thÕ giíi sÏ t¨ng lªn 27,7 triƯu tÊn trong n¨m 2005. Dù b¸o lÜnh vùc sư dơng metanol chđ u trong n¨m tíi vÉn lµ s¶n xt c¸c hãa chÊt nh formaldehyt, metylmetacrylat, dimetyletephtalat, dimetylsunfat Nhu cÇu metanol Ch©u ¸ ®ang t¨ng: Theo nghiªn cøu mang tùa ®Ị Outlook For Assian Metanol market cđa c«ng ty Mishubishi Gas Chemical Singapore PTE ®ỵc «ng T.O Kubo tr×nh bµy t¹i héi nghÞ metanol thÕ giíi, tỉ chøc t¹i Taurpa bang Florida cđa Mü ngµy 8-10/12/1997, th× nhu cÇu metanol ë Ch©u ¸ t¨ng do d©n sè. Mét nh©n tè quan träng kh¸c lµ chÝnh phđ c¸c níc ë khu vùc nµy ®ang khun khÝch n©ng cao chÊt lỵng cc sèng cho toµn d©n. Dù b¸o vµo n¨m 2003, nhu cÇu metanol sÏ t¨ng thªm 3 triƯu tÊn, do ®ã thÞ trêng metanol Ch©u ¸ sÏ t¸c ®éng m¹nh ®Õn thÞ trêng metanol trªn thÕ giíi 10 n¨m tíi. Nhu cÇu metanol ë Ch©u ¸ t¨ng nhanh chđ u nhê nhu cÇu cđa ngµnh c«ng nghiƯp gç d¸n. §©y lµ mét ngµnh tiªu thơ lỵng lín metanol. C¸c dÉn xt cđa metanol nh Formandehyt (thµnh phÇn chÝnh cđa keo d¸n), axit axetic dù kiÕn còng sÏ t¨ng bëi v× nhu cÇu mono vinylaxetat (VAM) vµ axit terephtalic tinh khiÕt còng t¨ng nhanh. Ngµnh s¶n xt MTBE còng t¨ng, nhiỊu c¬ së s¶n xt míi sÏ ®ỵc x©y dùng t¹i Singapo, Indonesia, Trung Qc vµ c¸c qc gia kh¸c, c¸c dÉn xt kh¸c cđa metanol nh Metylmetacrylat (MMA) vµ poly axetat sÏ duy tr× ®ỵc møc ph¸t triĨn ë Ch©u ¸. B¶ng 3 : Nhu cÇu metanol cho s¶n xt c¸c dÉn xt cđa nã N¨m Tªn dÉn xt 1992 1998 1999 2000 2001 2002 Formandehyt 2613 2674 2753 2797 2831 2849 Axit axetic 483 574 609 849 1199 1199 MTBE 667 686 678 729 839 839 MMA 254 278 364 406 406 471 C¸c dÉn xt kh¸c 2318 2460 2555 2655 2754 2836 Tỉng 6335 6681 6959 7436 8029 1740 Svth : Ngun Quang Hµnh . Hãa DÇu K 47 10 [...]... C«ng nghƯ tỉng hỵp Metanol cã thĨ chia thµnh 3 giai ®o¹n chÝnh: + S¶n xt khÝ tỉng hỵp + Tỉng hỵp Metanol th« + Chng cÊt Metanol th« IV.1 C«ng nghƯ tỉng hỵp Metanol ë ¸p st thÊp Trong phÇn tríc ta ®· tr×nh bµy c¬ chÕ cđa qu¸ tr×nh tỉng hỵp metanol tõ khÝ tỉng hỵp PhÇn nµy chØ ®Ị cËp ®Õn c¸c c«ng nghƯ cđa qu¸ tr×nh tỉng hỵp metanol ë ¸p st thÊp S¬ ®å nguyªn lý cđa qu¸ tr×nh tỉng hỵp metanol ë ¸p st thÊp... cất Khí sạch Thiết bò đun sôi lại Máy nén khí 2 Nước sôi Khí tự nhiên Nước từ quá trình chưng cất Hình 7: Sơ đồ công nghệ tổng hợp Metanol Hơi nước Hơi nước chạy tuabin Không khí 11 Oxi §å ¸n m«n häc TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol 29 §å ¸n m«n häc TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol H×nh 7- S¬ ®å c«ng nghƯ tỉng hỵp metanol ¸p st thÊp cđa h·ng Lurgi HƯ thèng d©y chun bao gåm: 1- ThiÕt bÞ chun hãa... vÉn cã mét sè nhµ m¸y metanol trong khu vùc nµy bÞ ®ãng cưa do kh¶ n¨ng c¹nh tranh kÐm  Ên ®é: møc tiªu thơ metanol ë Ên ®é t¨ng nhanh, c«ng st metanol hiƯn cã ë níc nµy ®¸p øng ®đ nhu cÇu trong níc Tuy nhiªn giao th«ng vËn t¶i vËn chun khã kh¨n g©y ra mÊt c©n ®èi gi÷a c¸c khu vùc  Newzeland: lµ níc xt khÈu metanol lín nhÊt Ch©u ¸ Th¸i B×nh D¬ng Níc nµy cã 4 nhµ m¸y s¶n xt metanol víi tỉng c«ng st...§å ¸n m«n häc TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol Trong ®ã ë §«ng Nam ¸, NhËt B¶n, Hµn Qc vµ §µi Loan phơ thc lỵng metanol nhËp khÈu  Hµn Qc tiªu thơ metanol t¨ng 1 triƯu tÊn trong mçi n¨m, c¸c dÉn xt nh formandehyt, axit axetic vµ MTBE lµ c¸c øng dơng chđ u cđa metanol ë Hµn Qc  Trung Qc: lµ níc tiªu thơ metanol ®øng thø hai Ch©u ¸, dù kiÕn n¨m 2002 nhu cÇu sư dơng sÏ ®¹t... (kho¶ng 14% metanol t¹i ®Çu ra cđa thiÕt bÞ) Qu¸ tr×nh lµm s¹ch metanol th«: Metanol th« ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng chøa níc vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c Sè lỵng vµ thµnh phÇn c¸c t¹p chÊt phơ thc vµo c¸c ®iỊu kiƯn ph¶n øng, khÝ nguyªn liƯu, lo¹i vµ thêi gian sư dơng xóc t¸c Metanol ®ỵc kiỊm hãa b»ng c¸ch cho thªm vµo mét lỵng nhá dung dÞch Soda ®Ĩ trung hoµ c¸c axit cacboxylic thÊp vµ thủ ph©n c¸c este Metanol. .. s¹ch C«ng st cđa nhµ m¸y metanol Trung Qc chØ trong kho¶ng 50000 tÊn/n¨m ®Õn 200000 tÊn/n¨m  NhËt B¶n lµ níc tiªu thơ metanol lín nhÊt khu vùc, tuy nhiªn t¬ng lai nhu cÇu sư dơng metanol cđa NhËt sÏ t¨ng ®¸ng kĨ do chi phÝ x©y dùng trong níc qu¸ cao NhËt B¶n ®ang ph¸t triĨn øng dơng c«ng nghƯ míi trong metanol nh lµ nhiªn liƯu cho «t« vµ s¶n xt ®iƯn  §µi Loan còng ®ang sư dơng metanol Mét sè d©y chun... tỉng hỵp thµnh Metanol + Giai ®o¹n III: Tinh chÕ Metanol HƯ thèng d©y chun bao gåm: 1 Th¸p t¸ch lu hnh 2 Th¸p b·o hoµ h¬i níc 3 M¸y nÐn tn hoµn 4 ThiÕt bÞ chun ho¸ 5 ThiÕt bÞ ph©n ly Svth : Ngun Quang Hµnh Hãa DÇu K47 30 §å ¸n m«n häc TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol 6, 7 Th¸p chng t¸ch s¶n phÈm metanol Svth : Ngun Quang Hµnh Hãa DÇu K47 31 32 H× nh 8 Ch ưn g cất Hãa DÇu K47 Sơ đồ cô ng ng hệ... st 8 MPa, vµ qua chu tr×nh tỉng hỵp metanol (8) NhiƯt lỵng cđa khÝ tỉng hỵp ®ỵc tËn dơng ®Ĩ s¶n xt h¬i níc ¸p st cao trong thiÕt bÞ (5), vµ ®un nãng cho ®¸y th¸p chng tinh chÕ metanol Chu tr×nh tỉng hỵp metanol lµ hƯ thèng gåm 3 thiÕt bÞ ph¶n øng ®¼ng nhiƯt, trong ®ã cã xóc t¸c cho ph¶n øng tỉng hỵp metanol Cã sù trao ®ỉi nhiƯt gi÷a c¸c thiÕt bÞ ph¶n øng S¶n phÈm metanol th« ®ỵc t¸ch ra khái hçn hỵp... ®éng chØ kho¶ng 50% khÝ tỉng hỵp ®ỵc chun ho¸ nªn sau khi metanol vµ níc ngng tơ ®ỵc t¸ch ra, khÝ cßn l¹i cha ph¶n øng ®ỵc tn hoµn trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng II Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tỉng hỵp Metanol II.1 Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tỉng hỵp ë ¸p st cao Svth : Ngun Quang Hµnh Hãa DÇu K47 22 §å ¸n m«n häc TÝnh to¸n qu¸ tr×nh s¶n xt Metanol S¶n phÈm Metanol c«ng nghiƯp ®Çu tiªn ®ỵc tỉng hỵp b»ng qu¸ tr×nh... hỵp Metanol ë ¸p st thÊp Xóc t¸c ®Ĩ tỉng hỵp Metanol ë ¸p st thÊp ®ỵc h·ng ICI sư dơng ®Çu tiªn trong c«ng nghiƯp vµo n¨m 1966 Xóc t¸c cã chøa Cu, cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao h¬n so víi xóc t¸c ZnO-Cr2O3 Xóc t¸c Cu-ZnO ®ỵc t¨ng ®é bỊn nhiƯt do sù cã mỈt cđa Al 2O3, ®ỵc dïng cho qu¸ tr×nh chun hãa khÝ tỉng hỵp v« cïng tinh khiÕt thµnh metanol V× xóc t¸c rÊt ho¹t ®éng nªn qu¸ tr×nh tỉng hỵp metanol . Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Yêu cầu môn học: Hãy tính toán quá trình tổng hợp methanol từ khí tự nhiên , với số liệu. tình toán . Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 2 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . Phần I Tổng Quan Lý Thuyết Ch ơng 1 Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm I. Metanol. nghiệp hóa học. Svth : Nguyễn Quang Hành . Hóa Dầu K 47 15 Đồ án môn học. Tính toán quá trình sản xuất Metanol . II. Các phơng pháp sản xuất khí tổng hợp : Khí tổng hợp có thể sản xuất từ nhiều