Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Giới thiệu Khí tự nhiên khí đồng hành giới có tiềm lớn với trữ lợng ớc tính khoảng 130.103 tỷ m3, sản xuất sử dụng khoảng 2.103 tỷ m3 Việc sử dụng khí tự nhiên chủ yếu làm nhiên liệu cho lò đốt, lò hơi, nhà máy nhiệt điện phần nhỏ làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu Để nâng cao giá trị sử dụng hiệu kinh tế ngời ta cố gắng tìm phơng pháp tối u để chuyển hoá khí tự nhiên thành hydrocacbon có số nguyên tử C Các sản phẩm có ứng dụng rộng rĩa làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu hoá dầu Trớc đây, Axetylen nguồn nguyên liệu chủ yếu công nghiệp tổng hợp hữu Khi công nghiệp hoá dầu phát triển, Axetylen đợc sản xuất từ napheta rẻ hơn, bền Tuy nhiên, Axetylen đợc tiếp tục sản xuất số sản phẩm đặc bệit đợc tổng hợp từ Axetylen hiệu hơn, hiệu suất cao, công nghệ tiên tiến Các trình công nghệ sản xuất Axetylen giới gồm có: Công nghệ sản xuất Axetylen từ than đá hay cacbuacanxi Công nghệ sản xuất Axetylen từ khí tự nhiên hydrocacbon Công nghệ sản xuất Axetylen từ than đá hay canxicacbua công nghệ truyền thống Nó có u điểm Axetylen thu đợc nồng độ cao (90%), nhng gây ô nhiễm môi trờng, tiêu thụ lợng lớn (điện năng), khó tự động hoá Hiện nay, nớc Italy, Nhật, Nam Phi, ấn Độ sản xuất Axetylen theo phơng pháp Công nghệ sản xuất Axetylen từ khí tự nhiên hydrocacbon trình phát triển từ năm 1940 Hydrocacbon bị nhiệt phân nhiệt độ cao từ 1100 - 15000C điều kiện thời gian lu ngắn vài ms (0,005 0,02s) Sau sản phẩm đợc nhanh chóng làm lạnh xuống nhiệt độ thấp nhằm tránh phân huỷ sản phẩm Công nghệ có u điểm không ô nhiễm môi trờng, kinh tế, tự động hoá cao Do vậy, đề tài em "Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên" Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên PHầN I :TổNG QUAN Lý THUYếT 1.1 Giới thiệu khí thiên nhiên Khí thiên nhiên đợc khai thác từ mỏ khí nằm sâu dới mặt đất Trong khí thiên nhiên thành phần chủ yếu me tan (CH 4) chiếm khoảng 93 99% mol lại hợp chất khác nh etan (C2H6), Propan (C3H8) lợng nhỏ butan (C4H8) có thành phần phi hydrocacbon khác nh N2, CO2, H2S, He, H2 nhiều mỏ khí khí thiên thu đợc khí chua tức thành phần có chứa nhiều khí H2S Và CO2 Khí CO2 Và H2S có mặt khí thiên nhiên điều có hại làm tăng chi phí vạn chuyển, làm giảm nhiệt cháy gây ăn mòn đờng ống nồng độ chúng phải đợc khống chế tỷ lệ cho phép chúng phải đợc làm trớc chế biến hoá học Dới bảng số liệu thành phần khí thiên nhiên CHLB Nga Việt Nam Bảng 1: Thành phần khí thiên nhiên Thành phần Phần mol Các hydrocacbon 0,75 0,99 Metan 0,01 0,15 Etan 0,01 0,1 Propan 0,01 n-Butan 0,01 n-Pentan 0,01 Iso-Pentan 0,01 Hexan 0,001 Heptan hydrocacbon cao 0,001 Các phi hydrocacbon N2 0,15 CO2 0,1 H2S 0,3 He 0,05 Bảng 2: Thành phàn hoá học khí thiên nhiên khí đồng hành Việt Nam Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Cấu tử CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Khí đồng hành Bạch Hổ 73,0 12 7,0 2,9 2,5 0,7 0,5 Đại Hùng 77,0 10 5,0 3,3 1,2 3,0 3,0 Khí tự nhiên Rồng 78,0 3,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 Tiền Hải 87,6 3,1 1,2 1,0 0,8 3,0 3,0 Rồng tự 84,0 6,0 4,0 2,0 23,0 4,0 4,0 1.2 Tổng quan axetylen Axetylen có vai trò quan trọng công nghiệp hoá học có nhiều ứng dụng trong trình gia công kim loại Nhiệt độ lửa khí axetylen cao nên ngời ta dùng khí axetylen để hàn ,cắt, tẩy gỉ, khử C Từ năm 1940 trở trớc axetylen đợc sản xuất từ canxi cacbua Quá trình sản xuất axetylen từ hydrocacbon bắt đầu đợc nghiên cứu từ sau đại chiến giới lần thứ hai Quá trình ban đầu đợc tiến hành phòng thí nghiệm với mục đích xác định điều kiện biến đổi hydrocacbon parafin thành axetylen Nhờ tích luỹ đợc kinh nghiêm lý thuyết lẫn thực tế công nghiệp nhiệt phân cho phép phát triển thiết kế thiết bị để sản xuất axetylen cách nhiệt phân hydrocacbon nhiệt độ cao Quá trình nhiệt phân trực tiếp hydrocacbon để sản xuất axetylen trình phức tạp, xuất công nghiệp vòng năm mơi năm trở lại Trong công nghệ hydrocacbon bị nhiệt phân nhiệt độ cao (1100 15000C) điều kiện đoạn nhiệt thời gian phản ứng ngắn (từ 0,005- 02 giây) Sau sản phẩm đợc nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế phản ứng phân huỷ axetylen Nhiệt phân hydrocacbon để nhận axetylen lần đợc thực hãng Wulf - process (Mỹ) để cắt mạch Propan Sau trình nhiệt phân đồng thể mà chất tải nhiệt khí cháy (khói lò) có nhiệt cao Theo phơng pháp ngời ta xây dựng thiết bị Mỹ, Pháp, Italia Sau ngời Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên ta phát minh đợc phơng pháp cấp nhiệt cách đa oxy vào vùng phản ứng để đốt cháy phần nguyên liệu cấp nhiệt cho lò ngời ta gọi phơng pháp oxy hoá Ngời ta dùng lợng điện để cracking hydrocacbon với mục đích sản xuất axetylen Ngoài ngời ta dùng phơng pháp truyền nhiệt đại để sản xuất axelylen nh nhiệt phân dòng plasma nhiệt độ thấp Các phơng pháp ngày cho phép tổ chức sản xuất axetylen theo sơ đồ công nghệ đơn giản hơn, lò phản ứng nhỏ nhng suất lớn vốn đầu t không cao Kết hợp với việc sử dụng hiệu (tận dụng hợp lý) sản phẩm thu đợc trình nhiệt phân cho phép hạ giá thành sản phẩm axetylen Tuy trình từ nguyên liệu hydrocacbon có suất lớn, thích hợp công nghiệp nhng sản xuất axetylen từ canxi cacbua giữ vai trò định công nghiệp nớc tiềm khí tự nhiên khí đồng hành hay dùng axetylen việc hàn cắt kim loại 1.2.1 Tính chất vật lý Hai nguyên tử cacbon phân tử axetylen trạng thái lai hoá sp, chúng liên kết với liên kết() hai liên kết Mỗi nguyên tử cacbon liên kết () với nguyên tử H Độ dài liên kết giảm dần theo thứ tự sau: etan, etylen, axetylen Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Chất liên kết HC CC Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Etan 110,2 154,3 Etylen 108,6 133,7 Axetylen 105,9 120,7 Tuy nhiên, theo thứ tự xu hớng hút electron nguyên tử cacbon lại tăng (etan Csp2 > Csp3 Kết liên kết C H có phân cực mạnh: C H làm tăng mô men lỡng cực liên kết làm tăng khả hydro tách dới dạng proton, tính axit axetylen lớn so với etylen etan Do tính axit axetylen làm cho dễ hoà tan dung dịch bazơ, tạo liên Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên kết hydro với chúng Vì thế, áp suất dung dịch không tuân theo định luật Raul Do đặc điểm cấu tạo axetylen nh trình bày mà axetylen dễ dàng tham gia phản ứng nh : phản ứng thế, phản ứng cộng hợp, nguyên tử H, polime hoá phản ứng đóng vòng Sự phát triển phản ứng axetylen có mặt áp suất mở đầu cho nghành công nghiệp hoá axetylen đại W.Reppe (1892- l969), BASF Ludwigshafen (Cộng hoà liên bang Đức) Các nhóm phản ứng quan trọng vinyl hoá, etynyl hoá, cacbonnl hoá, polime hoá đóng vòng polime hoá thẳng 1.2.2.2 Các phản ứng quan trọng công nghiệp 1.2.2.2.1 Các phản ứng vinyl hoá sản phẩm: Vinyl hoá phản ứng cộng hợp hợp chất vào nguyên tử H linh động, nh nớc (H2O), ancol (ROH), thiol, axit hữu vô tạo monome cho phản ứng trùng hợp Có hai loại phản ứng vinyl hoá: * Vinyl hoá dị thể * Vinyl hoá cacbon (C) thông dụng Các sản phẩm vinyl hoá công nghiệp axetalđehyt, vinylclorua, vinyl axetat sản phẩm khác Dới số trình vinyl hoá công nghiệp: * Axetaldehyt (phản ứng cộng nớc H2O) Phản ứng đợc nghiên cứu vào năm 1881 Phản ứng tiến hành cách cho C2H2 vào dung dịch xít sunfuríc loãng (H 2SO4) có chứa thuỷ ngân sunfat (HgSO4) đóng vai trò xúc tác Phản ứng qua giai đoạn trung gian tạo ancol vinylíc không bền dễ phân huỷ tạo thành axetaldehyt HC CH + HOH [ CH2=CH- OH] CH3 C = O H Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Phản ứng tổng quát: HC CH + H2O CH3CHO Xúc tác: dung dịch axít muối thuỷ ngân, nh HgSO4 H2SO4 Phản ứng pha lỏng 920C * Vinyl clorua: HC CH + HCl CH2 = CHCl Xúc tác: HgCl2 (C) Phản ứng pha khí nhiệt độ 150 - l800C * Vinyl axetat: HC CH + CH3COOH CH2= CHOOCCH3 Xúc tác: Cd, Zn, muối thuỷ ngân (Hg+2) (C) Phản ứng pha khí nhiệt độ T = 180 - 2000cC * Vinyl ete: gồm bớc phản ứng sau ROH + KOH ROK RO CH = CHK H2 O + C2 H2 RO CH CHK + ROH RO CH = CH + ROK Trong R- gốc alkyl Nhiệt độ phản ứng nằm khoảng T= 120 - 1500C; áp suất đủ cao để tránh làm sôi rợu sử dụng phản ứng, ví dụ áp suất MPa metanol (CH3OH) tạo thành metyl vinyl ete (phản ứng có áp suất cao) H2 O + C2H2 CH OH + KOH CH OK CH CH = CHK CH CH = CHK + CH OH CH O CH = CH + CH 3OK * Vinyl phenyl ete: ' ' ' Phản ứng vinyl hoá với xúc tác KOH HC CH + OH O CH = CH2 Xúc tác KOH * Vinyl sunfit: Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên D : đờng kính ống (m) d : đờng kính ống (m) t : bớc ống (m) thờng chọn t = 1,2ữ1,5.d chọn t = 1,5.d = 1,5 40.10-3 = 0,06 (m) Thay số vào ta có : D = t ì (b-1) + ì d = 0,06 ì (27-1) + ì 0,04 = 1,72(m) Theo quy chuẩn chọn D = 1,8 (m) + Tính thể tích vùng phản ứng (Vp): Để tránh phân huỷ sản phẩm thời gian lu vùng phản ứng =0,02s ta có lợng khí sản phẩm (đktc) :V= 37408,12 (m3/h) ta chuyển điều kiện 15000c V T T 273 + 1500 = V = V0 ì = 37408,12 ì = 242947,2 (m3/h) =67,5 (m3/s) V0 T0 T0 273 Ta có : Vp = V ì = 67,5 ì 0,02 =1,35 (m3) Gọi chiều dài vùng phản ứng H : theo công thức : H= ìV ì 1,35 = = 0,53 (m) = 530 (mm) ìD 3,14 ì (1,8) 4.2 Tính thiết bị làm lạnh khí cracking : Khí sau cracking đợc nớc sau qua thiết bị Tháp có nhiệm vụ làm lạnh cho giai đoạn giai đoạn3 Khí 80 0c đợc làm lạnh xuống 550c giai đoạn Lợng khí vào : V = 36659,96 (m3/h) Tháp làm lạnh ta sử dụng tháp đệm : Ta chọn loại tháp đệm vỉ gỗ với thông số : Chiều dày đệm : a =0,01m Khoảng cách đệm : b = 0,02 m Chiều cao đệm : c = 0,1 m Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 82 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Bề mặt riêng :d = 65 m2/m3 = 65 m-1 Thể tích tự :Vd = 0,68 m3 Khối lợng riêng xốp :d = 145 (Kg/m3) Tính đờng kính tháp : D= ì S CH (*) Trong : D : đờng kính tháp (m) SCH : Tiết diện chung đệm (m2) Tính vận tốc tới hạn khí đợc xác định theo công thức : v = 2,32 ì d td ì (**) Trong : : Độ nhớt khí (CP) dtđ : đờng kính tơng đơng đệm (m) : khối lợng riêng khí (Kg/m3) Tính độ nhớt khí xác định nhiệt độ t = 550c áp dụng công thức : àt =à0 ì 273 + C t ( ) t + C 273 (***) Trong : àT : độ nhớt nhiệt độ t = 550c ( N.s/m2) à0 : độ nhớt nhiệt độ t = 00c (N.s/m3) C : số phụ thuộc vào khí với ,C tra bảng ta có : Thay giá trị tra đợc bảng ta có độ nhớt hỗn hợp khí nhiệt độ t = 550C Cấu tử C2H2 C2H4 .10-7(N.s/m2) 113,93 116,93 Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II Cấu tử CO C3H4 .10-7(N.s/m2) 190,59 94,53 83 Đồ án tốt nghiệp CH4 CO2 Theo công thức : Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên 112,11 163,38 M hh m ì Mi = i hh ài i H2 N2 69,59 189,63 (****) Trong : Mhh : Khối lợng phân tử trung bình hỗn hợp khí (Kg/Kmol) hh : độ nhớt hỗn hợp khí 550c mi ,Mi ,i : Lần lợt thành phần mol , khối lợng mol bà độ nhớt cấu tử 550c Bảng khối lợng riêng cấu tử : Cấu tử %Thể tích C2H2 8,5% C2H4 0,4% H2 57% CH4 4% CO 25,5% CO2 3% N2 1% C3H4 0,6% Tính độ nhớt hỗn hợp khí : Mhh = m i (Kg/m3) 1,1708 1,2614 0,0898 0,7167 1,2501 1,9768 1,2507 1,7857 Mi (Kg/Kmol) 26 28 16 28 44 28 40 ì M i = 0,085.26 + 0,004.28 + 0,57.2 + 0,255.28 + 0,03.44 + 0,01.28 + 0,006.40 = 13,08 (Kg/Kmol) Thay giá trị vào công thức ta có : hh = 13,08 = 150,3.10 -7 (N.s/m2) = 150,3.10-4 (CP) 0,087 Tính dtđ : ta có : ttđ = 2.b = 2.0,02 = 0,04 (m) Tính khối lợng riêng khí 550c Theo công thức : p0 p ì ì T0 p1 ì V1 p ì V0 p1 m = = = ,Với V = T1 T0 T1 ì T0 ì T1 ì p Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 84 Đồ án tốt nghiệp Thay số vào ta có : = Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên 273 ì = 0,832.0 273 + 55 Từ bảng ta có : = 0,085.1,1708 + 0,004.1,2614 + 0,57.0,0898 + 0,04.0,7167 + 0,255.1,2501 + 0,03.1,9768 + 0,01.1,2507 + 0,006.1,7857 = 0,5857 (Kg/m3) = 0,832.0,5857 = 0,487 (kg/m3) Thay giá trị , dtđ , vào (**) 150,3.10 = , 32 = 1,79 (m/s) v = 2,32 dt ì 0,04 ì 0,487 Bề mặt ớt cần thiết đệm : S= V 36659,96 = = 5,69 (m ) v 3600 ì 1,79 Tính diện tích chung đệm : SCH = a+b 0,01 + 0,02 Su = 5,69 = 8,535 (m ) b 0,02 Vậy đờng kính tháp : D= ì S CH = ì 8,535 =3,3 (m) 3,14 Theo tiêu chuẩn chọn D = 3,6 (m) 4.2.1.Tính chiều cao đoạn tháp * Khoảng cách phần dới đến đáy tháp : 1,6 (m) * Khoảng cách cho phép đỉnh tháp :0,5 (m) * Chiều cao đáy Elip : 0,9 (m) * Đờng kính ống theo tiêu chuẩn :1,8 (m) * Chọn số vòng đệm vòng Vậy ta có : H = 1,6 + 0,5 + 0,9 + 1,8 = 3,8 (m) Đối với giai đoạn (đoạn ) ta chọn nh đoạn dới : HTháp = 3,8.2 = 7,6 (m) Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 85 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 86 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên phần vi : xây dựng công nghiệp Nghành công nghiệp hoá dầu ngành mẻ ớc ta , nhà máy hoá dầu nhà máy đại dây chuyền sản xuất với uy mô lớn Nó có vị trí quan trọng kinh tế quốc dân Đồng thời dự án mang tính chiến lợc phủ , địa điểm xây dựng nhà máy vấn đề cần nghiên cứu thật trọng Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy chế biến dầu mỏ Căn yêu cầu nhiệm vụ phát triển kinh tế quốc dân mục tiêu kỹ thuật phân xởng Căn việc quy họach vùng phát triển kinh tế phân bố sức sản xuất quy hạch xây dựng Địa đIểm lạ chọn để xây dựng nhà máy khu công nghiệp Phú Mỹ - Vũng Tàu Địa điểm xây dựng thoả mãn yêu cầu sau : - Địa điểm xây dựng thoả mãn yêu cầu quy hoạch vùng quy hoạch cụm kinh tế đợc nhà nớc phê duyệt - Gần nguồn cung cấp nguyên liệu khí tự nhiên - Có khả cung ứng nhân công trình xây dựng nhà máy nh vận chuyển nhà máy sau Tận dụng đợc nguồn nhân lực địa phơng sẵn có - Khu đất mở rộng tơng lai Cấp thoát nớc dễ dàng - Trong nhà máy chế biến dầu mỏ thờng bị ô nhiểm khí Hydrocacbon , bị ảnh hởng khí phụ khác dễ gây cháy nổ , ô nhiểm môi trờng nên địa diểm sản xuất phải đặt xa khu dân c để hạn chế tối đa ảnh hởng xấu môi trờng đến khu dân c - Mặt khác vật liệu , vật t xây dựng lấy nội tỉnh , nguồn nhân công địa phơng dồi , yếu tó quan trọng trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy nh vận chuyển nhà máy sau 6.1 Đặc điểm nhà máy số yêu cầu - Dây chuyền làm việc áp suất thờng tiết bị phản áp suất cao với giai đoạn hấp thụ lý kinh tế Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 87 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên - Do có nhiều phân xỏng lớn kiên kết với nên khu đất yêu cầu phải có hình dạng kích thớc thuận đủ diện tích xây dựng mở rộng tơng lai - Do nhà máy dễ phát sinh cháy nỗ độ hại khu đất phảI xây dựng cách xa khu dân c cuối hớng gió chủ đạo Nguyên liệu : Khí tự nhiên đợc khai thác từ mỏ khí vận chuyển đến Sản phẩm nhà máy : - Các sản phẩm dạng khí có giới hạn nổ rộng Do nên cần thiết phảI đảm bảo tuyệt đối an toàn Vì nhà máy khí hoá tự động hoá hoàn toàn nên số lợng công nhân khoảng 100 ngời 6.2 Tổng mặt nhà máy Các hạng mục công trình nhà máy đợc xây dựng thoả mãn tính chất phân vùng : - Vùng trớc nhà máy: Là nơi bố trí nhà hành , phục vụ sinh hoạt , Gara ôtô , xe đạp , xe máy Diện tích vùng chiếm khoảng 20% diện tích nhà máy - Vùng sản xuất : vùng ngăn cách trớc nhà máy tờng rào Các công trình đợc bố trí gồm có : Nhà bảo vệ , phân xởng hành , xởng khí , lợng , kho Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 88 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Các hạng mục công trình Nhà hành Nhà để xe đạp xe máy Nhà để xe Nhà ăn + hội trờng Nhà khách Phòng bảo vệ Nhà sản xuất Phòng điều khiển trung tâm Kho nguyên liệu 10 Kho sản phẩm 11 Nhà cứu hoả + khí nén 12 Nhà xử lý + cấp nớc 13 Phòng thí nghiệm 14 Trạm biến 15 xởng khí 16 Kho công cụ Dài , m Rộng , m Diện tích 24 18 18 24 18 54 12 24 24 18 18 12 12 24 16 9 18 24 18 18 9 9 18 288 162 162 432 162 144 1296 108 432 432 162 162 108 108 432 12 108 6.3 Yêu cầu thiết kế tổng mặt Đáp ứng đợc mức cao dây chuyền công nghệ cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn , không trùng lặp , hạn chế tối đa giao Đảm bảo mối liên hệ mật thiết hạng mục công trình với hệ thống giao thông , mạng lới cung cấp kỹ thuật khác bên bên nhà máy Khu đất xây dựng nhà máy đợc phân thành khu vực chức theo đặc điểm sản xuất , yêu cầu vệ sinh , đặc điểm cố , khối lợng phơng tiện vận chuuyển , mật độ công nhân tạo điều kiện cho việc quản lý vận hành khu vực chức Đảm bảo mối quan hệ hợp tác mật thiết với nhà máy lân cận khu công nghiệp với việc sử dụng chung công trình đảm bảo kỉ thuật , xử lý chất thải , chống ô nhiểm môi trờng nh công trình phục vụ công cộng nhằm đem lại hiệu kinh tế , hạn chế vốn xây dựng nhà máy tiết kiệm diện tích xây dựng Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 89 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên 6.4 Các tiêu - Diện tích nhà máy : Snm = 26792 m2 - Diện tích sân hè , đờng giao thông , công trình ngầm : Sn = 7358 m2 - Diện tích dây dựng : Sxd = 4698 m2 - Diện tích sử dụng : Ssd = 12056,4 m2 Hệ số xây dựng : K xd = Hệ số dụng : K sd = 4698 + 2000 = 25% 26792 S sd 12056,4 = = 45% S nm 26792 6.5 Nhà máy sản xuất phân xởng sản xuất Axetylen Gia nhiệt Thiết bị phản ứng Thu hồi muội Nguyên liệu Chưng tách Sản phẩm phụ Sản phẩm Sơ đồ dây chuyền sản xuất phân xởng Do trình sản xuất đợc tiến hành hầu hết thiết bị kín , kích thớc thiết bị cao to , vận chuyển đờng ống , trình sản xuất đợc khí hoá tự động hoá toàn , việc điều khiển sản xuất đợc tiến hành phòng đIều khiển trung tâm Do thiết kế nhà sản xuất bán lộ , thiên lộ Nhà sản xuất lộ thiên đợc thiết kế khung thép , bên có nhà đIều khiển trung tâm đặt thiết bị phụ trợ cho trình sản xuất nh thiết bị làm lạnh , nồi , máy nén Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 90 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Các thiết bị nh thiết bị phản ứng , thiết bị chng tách , tái sinh đợc đặt trời Ngoài nhà bố trí hệ thống bảo hộ lao động , phòng thay quần áo nghỉ ngơi công nhân Các thông số phân xởng : - Nhà khung sàn bán lộ thiên : Dài 54 m , Rộng 24 m Diện tích sử dụng : Kích thớc nhà : - Nhịp nhà L1 = m , L2 = m - Bớc cột B = m - Chiều cao nhà H1 = m , H2 = 6m , H3 = m Kết cấu nhà : - Kết cấu khung thép chịu lực - Tờng bao quanh nhà điều khiển trung tâm 200 m - Sàn mái làm bê tông cốt thép nhẹ Khu sản xuất đặt thiết bị cao 10 m , rộng 1.8 m Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 91 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Phần vii : an toàn lao động Axetylen có giới hạn nổ với không khí rộng 2,5 ữ 80% có lên tới 100% Do ngời lao động cần phải tuyệt đối chấp hành quy phạm an toàn lao động chống cháy nổ Các thiết bị máy móc , bơm , mô tơ dây dẫn điện phải đợc chế tạo đặc biệt chống cháy nổ ( không phát sinh tia lửa điện ) Hệ thống an toàn phòng cháy chữa cháy phải đảm bảo tự đọng chữa cháy xẩy cố Đối với việc vận chuyển đờng ống ngắn tốt Đờng ống phảI chống cháy nổ Đối với việc tồn chứa : thiết bị chứa phải sản xuất riêng áp suất nén không cao Thông thờng ngời ta thờng chứa Axetylen thùng thép có phủ lớp sơn đặc biệt chứa thùng làm thuỷ tinh với áp suất nén nhỏ 2,7 at Một cách tồn chứa khác ngời ta hoá lỏng Axetylen 30 ữ 50 at nhiệt độ thờng , nhng cách làm thờng nguy hiểm nên ngời ta thờng nén chúng nhiệt độ - 800C áp suất 1,3at Trong trình tồn chứa ngời ta thờng cho thêm % Axeton xylen làm giảm giới hạn nổ Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 92 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Kết luận Do Axetylen sản phẩm có vai trò quan trọng đời sống cần phải tập trung nghiên cứu cải tiến phơng pháp sản xuất Axetylen để thu đợc hiệu kinh tế cao Trong hai phơng pháp sản xuất Axetylen ( từ canxi cacbua từ khí thiên nhiên ) tì phơng pháp từ khí thiên nhiên có xu hớng phát triển mạnh công nghiệp dầu khí phát triển mạnh dẫn đến nguyên liệu cho trình sản xuất rẻ phơng pháp đợc thực pha khí nên suất trình lớn trình đơn giản vv Trong trình nhiệt phân khí tự nhiên để sản xuất Axetylen phơng pháp Oxy hoá không hoàn toàn có hiệu kinh tế phơng pháp nhiệt điện nên sử dụng rộng rãi công nghiệp Đối với Việt Nam , công nghiệp hoá dầu có tơng lai hứa hẹn lớn nguồn dầu khí dồi , đất nớc đờng công nghiệp hoá đại hoá nên có nhu cầu sản phẩm từ axetylen cao Mặt khác công nghệ sản xuất axetylen có giá thành đầu t rẻ nên phù họp với Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 93 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn : GS TS Đào Văn Tờng Ngời tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể thầy giáo, cô giáo môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hóa Dầu, Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang bị cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án Tuy nhiên, điều kiện nghiên cứu hạn chế, kiến thức cha sâu, kinh nghiệm cha có với thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi nhiều thiếu sót Mong thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp bạn đọc thông cảm, giúp đỡ em để đồ án đợc hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng năm 2004 Sinh Viên Trần Thanh Hữu Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 94 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Mục lục Trang Giới thiệu PHầN I :TổNG QUAN Lý THUYếT 1.1 Giới thiệu khí thiên nhiên .2 1.2 Tổng quan axetylen .3 1.2.1 Tính chất vật lý 2.2 Tí.nh chất hoá học 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo phân tử axetylen 1.2.2.2 Các phản ứng quan trọng công nghiệp 1.2.2.3 Các phản ứng khác .15 phần ii: trình công nghiệp sản xuất axetylen 17 2.1 Công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên hydrocacbon 17 2.1.1 Nhiệt động học động học trình 17 2.1.2 Cơ chế trình 21 2.1.2.1 Động học trình nhiệt phân hydrocacbon nguyên liệu 22 2.1.2.2 Động học tạo thành phân huỷ axetylen 24 2.1.3 Lựa chọn nguyên liệu để nhiệt phân 28 2.1.4 Các công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên từ hydrocacbon 30 2.1.4.1 Quá trình nhiệt điên 30 2.1.4.2 Quá trình oxy hoá không hoàn toàn .38 2.1.4.3 Sự phân tách tinh chế .44 2.2 Công nghệ sản xuất exetylen từ than đá hay cacbua canxi 48 2.2.1 Thiết bị loại ớt 50 2.2.2 Thiết bị loại khô 53 2.2.3 Phơng pháp sản xuất axetylen trực tiếp từ than đá (quá trình hồ quang) .56 2.3 So sánh phơng pháp 59 2.4 Thuyết minh dây chuyền công nghệ .60 phần iii :tính toán 62 3.1 Tính cân vật chất thiết bị phản ứng .62 3.2 Tính Toán cân nhiệt lợng 68 3.2.1 Tính nhiệt dung riêng oxy kỹ thuật vào thiết bị phản ứng 600 0c(873 0K) 69 3.2.2 Tính nhiệt dung riêng khí tự nhiên vào thiết bị phản ứng 600 0c(8730K) 69 3.2.3 Tính nhiệt độ khí nguyên liệu mang vào 70 3.2.4 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng 71 3.2.5 Tính nhiệt dung riêng khí nhiệt phân 800c .73 phần iv tính toán thiết bị 80 4.1 Tính toán thiết bị phản ứng : .80 4.1.1 Tính đờng kính số ống phân phối thiết bị phân phối khí 80 4.2 Tính thiết bị làm lạnh khí cracking : .82 4.2.1.Tính chiều cao đoạn tháp 85 phần vi : xây dựng công nghiệp 87 Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 95 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên 6.1 Đặc điểm nhà máy số yêu cầu .87 6.2 Tổng mặt nhà máy 88 6.3 Yêu cầu thiết kế tổng mặt 89 6.4 Các tiêu 90 6.5 Nhà máy sản xuất phân xởng sản xuất Axetylen .90 Phần vii : an toàn lao động 92 Kết luận 93 Lời cảm ơn 94 Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 96 [...]... độ phòng Axetylen không tham gia phản ứng với oxy; tuy nhiên, nó tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và oxy Với tác nhân oxy hoá nh ozon (O3), axit crôrnic (H2CrO4) Axetylen tạo thành axit foocmic (HCOOH), CO2 và các sản phẩm bị oxy hoá khác Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 16 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên phần ii: các quá trình công nghiệp sản xuất axetylen. .. độ thấp) và cuối cùng là cắt đờng metan Vì vậy quá trình sản xuất Axetylen từ nguồn nguyên liệu metan (khí tự nhiên) cần nhiệt độ cao nhất Đờng cong cân bằng của phản ứng nhiệt phân metan phụ thuộc vào nhiệt độ mô tả bằng hình vẽ 2 sau: Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 19 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Axetylen, % thể tích 24 20 16 12 8 4 0 1000 1200 1400 1600... khí thiên nhiên Ngoài ra để đặc trng cho quá trình ngời ta cần dùng đại lơng độ sâu phân huỷ nguyên liệu ban đầu đến các chất đơn giản (C : H2) Thông thờng ngời ta phán đoán độ sâu phân huỷ theo mật độ của khí sản phẩm vì nó là đại lợng tỉ lệ nghịch với độ sâu phân huỷ 2.1.4 Các công nghệ sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và từ hydrocacbon Để sản xuất axetylen ngời ta dùng phản ứng nhiệt phân hydrocacbon... nhiệt độ cao ( từ 1100 1500 0 C) trong điều kiện đoạn nhiệt và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005 - 0,02 giây) sau đó sản phẩm đợc nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân huỷ axetylen Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 17 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Quá trình nhiệt phân nhiệt độ cao các hydrocacbon để tạo ra axetylen bao gồm... cực đồng trục để' sản xuất ra axetylen từ hydrocacbon khí Theo phơng pháp này đã xây dựng đợc thiết bị công nghiệp với năng suất 25 tấnaxetylen/năm Sau này phơng pháp ngày càng đợc hoàn thiện hơn, ngời ta đa thêm vào hỗn hợp phản ứng sau khi đi ra khỏi vùng tia lửa điện một lợng Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 30 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên nguyên liệu mới... phản ứng phân huỷ axetylen C" = C '.e k3 và dC' = K 3 C ' d Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 25 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Với K3 là hằng số tốc độ phân huỷ axetylen thành C và H2 Nồng độ cực đại của axetylen ở thời gian phản ứng thích hợp là: C max = K + K 2 + K3 1 ln 1 K3 ( K1 + K 2 ) Hiệu suất cracking hiệu dụng (tức là mức độ biến đổi metan đến axetylen. .. ~ C C C C C C Trans - polyaxetylen ~ n.C2H2 H 0 T < 75 C Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II H H C=C H ~ C=C C=C ~ H C=C H Cis - polyaxetylen H 14 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Quá trình polyme hoá có thể tiến hành trong chất lỏng trơ, nh phtalic hoặc ete dầu mỏ Loại monome này (Axetylen) cũng có thể đồng trùng hợp trong pha khí Polyaxetylen là chất xốp nhẹ có... K 4 K1 ( ) Từ đó xác định đợc độ chuyển hoá cực đại của metan thành axetylen max và thời gian thích hợp op là: max = 1 e r ln(r / r 1) e ln(r / r 1) 1 r Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 27 Đồ án tốt nghiệp op = Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên ln r ( r 1) K Trong đó : r = K4/K1 và K là hằng số tốc độ chuyển hoá của metan thành axetylen Trong điều kiện sản xuất để dừng... quang khoảng vài mi li giây và sản phẩm thu đợc gồm 680kg axetylen, 46 kg etylen, 1900m3 khí H2 và 145 kg muội Ngoài ra còn có các đồng đẳng của axetylen chiếm khoảng 1,15% thể tích Lợng muội chiếm 9,4% Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 33 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên trọng lợng nguyên liệu ban đầu Hydro sinh ra trong quá trình nhiệt phân đợc dùng để tổng hợp amoniac... nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Hồi lưu Nguyên liệu Axetylen sạch Hơi nứơc ở áp suất thấp b a Hơi nứơc ở áp suất cao (20 bar) e d Dầu mồ hóng c Naphta đã nhiệt phân Dầu cặn f Dầu đun nóng dung môi Hình 9: Quá trình nhiệt điện với hệ thống sử dụng dầu tôi a Thu hồi nhiệt; b Lò hồ quang; c Thu hồi dâu; d.Hỗn hợp phân chia các hỗn hợp có điểm sôi cao; e Thiết bị phân chia