Đề tài Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn xăng Đầu đề thiết kế Thiết kế phân xưởng Isome hoá phân đoạn xăng Ngày giao đề tài: 1/2014 Nội dung thực - Giới thiệu chung - Cơ sở lý thuyết - Nguyên liệu sản phẩm - Tổng quan công nghệ - Đánh giá, lựa chọn công nghệ - Tính toán : + Tính cân vật liệu + Tính cân nhiệt lượng Các loại vẽ Bản vẽ dây truyền công nghệ A1 Mục Lục MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….4 Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………………………… I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ISOME HÓA…………… I.1 Đặc trưng nhiệt động học….………………………………… I.2 Cơ chế phản ứng isome hóa n-Parafin……………………………7 I.3 Giới thiệu chung xúc tác………………………………………8 I.4 Các yêu cầu xúc tác rắn công nghiệp ……………… 13 I.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình isome hoá…………………14 II NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH …………… 17 II.1 Lựa chọn nguyên liệu cho trình isome hoá….…………… 17 II.2 Sản phẩm trình isome hoá…………………… ………19 III CÁC CÔNG NGHỆ ISOME HOÁ TRONG CÔNG NGHIỆP … 20 III.1 Các trình pha lỏng với xúc tác AlCl3…………………… 21 III.2 Công nghệ Kolleg & Root ……………………………….23 III.3.Công nghệ ISOME hoá IFP…………………………… 25 III.4 Công nghệ ISOME hoá Shell…………………………… 26 III.5 Công nghệ ISOME BP…………………………………….28 III.6 Công nghệ Butamer UOP…………………………………29 III.7 Công nghệ Penex UOP……………………………………30 III.8 Công nghệ TIP UOP………………………………………31 III.9 Lựa chọn công nghệ loại xúc tác………………………… 33 Phần II TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ………………………………… 41 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH I.CƠ SỞ VÀ NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN…………………………………41 I.1 Những số liệu cần thiết cho trước……………………………….41 I.2 Tính toán.……………………………………………………… 41 II TÍNH TOÁN CHO TỪNG LÒ PHẢN ỨNG……………………… 48 II.1 Tính toán cho lò phản ứng thứ nhất……………………………48 II.2 Tính toán cho lò phản ứng thứ hai.…………………………….56 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 66 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 67 MỞ ĐẦU Công nghệ chế biến dầu mỏ đời vào năm 1859, giới khai thác chế biến số lượng dầu khổng lồ, với tốc độ tăng trưởng nhanh nhằm đáp ứng hai mục tiêu là: - Cung cấp sản phẩm lượng cho nhu cầu nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp sản phẩm dầu mỡ bôi trơn - Cung cấp hóa chất cho ngành tổng hợp hoá dầu hoá học, tạo thay đổi lớn cấu phát triển chủng loại sản phẩm ngành hoá chất, vật liệu Trong số sản phẩm lượng dầu mỏ, trước hết phải kể tới nhiên liệu xăng, loai nhiên liệu có vai trò vô quan trọng đời sống Giữ vai trò chủ đạo công nghiệp chế biến dầu nhằm thu nhiên liệu xăng reforming xúc tác cracking xúc tác Nhưng nhu cầu xăng chất lượng cao ngày tăng, phân đoạn C 5÷6 trình có sản lượng lớn mà lại đạt trị số octan yêu cầu Do đó, trước phân đoạn dùng để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất bão hoà xăng thành phần cất, trị số octan phần không đủ cao Các số liệu trích dẫn bảng sau cho thấy rõ điều Bảng Trị số octan hydrocacbon C5, C6 Cấu tử RON MON n-pentan 61.7 61.9 2-metylbutan (iso-pentan) n-hexan 2-metylpentan (iso-hexan) 92 24.8 73.4 90.3 26 73.4 3-metylpentan 74.5 74.3 2.2-dimetylbutan (neo-hexan) 94.5 93.5 Để cải thiện số octan xăng, nhiều phương pháp áp dụng pha phụ gia chì, sử dụng hợp chất thơm BTX hay thêm phụ gia hợp chất oxy hóa MTBE, MeOH… vào xăng Tuy nhiên, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người, không đảm bảo yêu cầu môi trường nên số phụ gia bị cấm hạn chế sử dụng Hiện nay, công thức pha xăng cải thiện theo hướng: - Tăng số octan không pha chì - Giảm áp suất xăng - Giới hạn hàm lượng Benzen - Thêm số chất phụ gia hợp chất oxy, ancol, ete - Đạt tiêu chuẩn môi trường Từ tiêu chí ta thấy, để thích hợp cho trình thu xăng chất lượng cao phân đoạn n-C 5÷6 nhận khu liên hợp lọc hoá dầu cần phải isome hoá Bản chất trình “biến đổi hydrocacbon mạch thẳng thành cấu tử có cấu trúc nhánh có trị số octan cao” Các cấu tử iso-C5÷6 thu từ trình làm nâng cao trị số octan lên đáng kể đồng thời đảm bảo yêu cầu môi trường, không tạo nhựa trình tồn trữ Bên cạnh mục tiêu nâng cao trị số octan phân đoạn C5÷6, trình isome hoá n-parafin cho phép nhận izo-parafin riêng biệt isopentan isobutan cho trình tổng hợp cao su isopren, isobutan nguồn nguyên liệu tốt cho trình alkyl hoá, để nhận izobuten cho tổng hợp MTBE… Nắm bắt nhu cầu này, trình isome hóa nhiều công ty lớn giới trọng nghiên cứu phát triển, cụ thể như: UOP, Shell, BP Do vậy, đề tài “ Thiết kế phân xưởng isome hoá phân đoạn xăng” giúp sinh viên hiểu vai trò trình isome hoá lọc hoá dầu phát triển Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ISOME HOÁ I.1 Đặc trưng nhiệt động học Các phản ứng isome hoá n-pentan n-hexan phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ Bảng cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành isome hoá từ cấu tử riêng biệt Bảng Cấu tử ΔH298 Kcal/ml C5: 2-metylbutan(isopentan) 2,2.dimetylpropan(neopentan) C6: 2-metyl pentan(isohexan) 3-metylpentan 2,2-dimetyl butan(neohexan) 2,3-dimetylbutan - 1,92 - 4.67 - 1,70 - 1,06 - 4,39 - 2,53 Do phản ứng isome hoá tỏa nhiệt nên mặt nhiệt động học phản ứng không thuận lợi tăng nhiệt độ Mặt khác, phản ứng isome hoá n-parafin phản ứng thuận nghịch tăng thể tích, cân phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ thấp tạo điều kiện thuận lợi tạo thành isome cho phép nhận hỗn hợp điều kiện cân có trị số octan cao Khi isome hoá n-parafin xảy số phản ứng phụ phản ứng cracking phản ứng phân bố lại: 2C5H12  C4H10 + C6H14 Để giảm tốc độ phản ứng phụ trì hoạt tính xúc tác, người ta phải thực trình áp suất hydro P H2 = ÷ MPa tuần hoàn khí chứa hydro Động học chế phản ứng isome hoá phụ thuộc vào điều kiện tiến hành trình phụ thuộc vào xúc tác I.2 Cơ chế phản ứng isome hóa n-Parafin Tùy vào loại xúc tác sử dụng, trình isome hóa xảy theo chế khác Trên xúc tác với chất mang có tính axit mạnh Phản ứng isome hoá xảy tâm axit Vai trò kim loại làm nhiệm vụ hạn chế tạo cốc ngăn ngừa hoạt tính tâm axit Khi chế phản ứng miêu tả sau: VD: n-butan: CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH + CH3 A( H+) - H2 CH3 + CH3 CH3 CH2 CH+ CH3 CH3 C+ CH3 CH3 CH CH3 A( H+) CH3 CH CH3 CH3 CH2 A( H+) +CH3 CH2 CH2 CH+ CH2 CH3 CH2 chain rupture A(H+) tâm axit xúc tác Với xúc tác lưỡng chức VD: Đối với n-Butan Giai đoạn 1: Dehydro hóa ankan tâm kim loại xúc tác CH3 CH2 CH2 CH3 M - H2 CH3 CH CH CH3 Giai đoạn 2: Đồng phân hóa - Alken are bị proton hóa thành ion carbenium - Đồng phân hóa Proton Cyclopropan CH3 I.3 Giới thiệu chung xúc tác Xúc tác chất hóa học đưa vào phản ứng để tăng tốc độ phản ứng Bản chất xúc tác có tác dụng đưa hệ nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng, cách làm giảm lượng hoạt hoá phản ứng không ảnh hưởng đến cân hoá học Một phản ứng khả xảy xúc tác vô tác dụng Sau phản ứng, chất xúc tác không thay đổi thành phần hoá học, thay đổi tính chất vật lý Các phản ứng hữu thường xảy theo nhiều hướng, xảy theo nhiều cấp (chuyển hoá tiếp tục sản phẩm) Chất xúc tác có khả làm tăng nhanh không đồng số phản ứng định Tính chất gọi tính chọn lọc xúc tác, nhờ mà hiệu phản ứng tăng nhiều lần Xúc tác chia làm hai nhóm là: xúc tác đồng thể xúc tác dị thể, loại lại chia nhỏ Với xúc tác dị thể rắn-khí, đặc trưng xúc tác Oxit, Kim loại,… Ngày phổ biến xúc tác kim loại chất mang Khi chất phản ứng khí hay có hai loại reactor sử dụng reactor lớp xúc tác cố định líp tầng sôi Reactor lớp xúc tác cố định Là ống đứng đựng xúc tác, dòng chất phản ứng thổi qua lớp xúc tác Do trở lực, áp suất giảm xuống qua lớp xúc tác, cần tạo áp suất dương đầu vào reactor để đảm bảo tốc độ dòng thích hợp Độ giả áp suất qua lớp xúc tác tăng theo chiều tăng tốc độ dòng, chiều dày lớp xúc tác chiều giảm kích thước hạt Reactor lớp xúc tác tầng sôi Ở lớp xúc tác gồm hạt mịn dùng khí thổi từ lên qua lớp xúc tác, đạt đến tốc độ tới hạn lớp xúc tác bắt đầu “sôi” Thể tích lớp giãn đáng kể, hạt trạng thái chuyển động liên tục Lớp sôi có ưu điểm lớp cố định, chẳng hạn khả truyền nhiệt tốt nhiều, tổn thất áp suất nhỏ so với lớp cố định Xúc tác pha lỏng Xúc tác cho trình isome hoá thuộc loại xúc tác thúc đẩy phản ứng tạo thành ion cacboni tức xúc tác mang tính axit Trước người ta dùng xúc tác Lewis AlCl3 , hoạt hoá HCl Gần người ta sử dụng xúc tác sở AlBr3 hỗn hợp AlCl3 + SbCl3 , ưu điểm loại xúc tác hoạt tính cao, nhiệt độ 93 0C chuyển hóa hoàn toàn parafin Nhược điểm loại xúc tác mau hoạt tính, độ chọn lọc thấp dễ bị phân huỷ Độ axit mạnh xúc tác dễ gây ăn mòn thiết bị Ngoài xúc tác sử dụng số xúc tác rắn như: Cr2O3, TiO2 , Al2O3… Xúc tác lưỡng chức Liên hệ với việc chế tạo xúc tác reforming người ta tìm xúc tác cho trình isome hoá hydro isome hoá để isome hoá n-parafin.Thường xúc tác gồm hai phần: - Phần kim loại có đặc trưng hyđro hoá, kim loại thường dùng Pt ,Pd… - Phần chất mang axit (alumin, alumin + halogen, aluminsilicat…) Loại xúc tác có đủ độ chọn lọc cần thiết isome hoá nguyên liệu C 5-C6 độ linh hoạt thấp đòi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao Vì để đảm bảo hiệu suất trình người ta cho tuần hoàn Xúc tác reforming loại Pt/Al2O3 dùng có hiệu isome hoá phân đoạn C5-C6 để đạt tốc độ phản ứng cần thiết, chúng sử dụng nhiệt độ từ 450-5100C Độ hoạt tính xúc tác lưỡng chức tăng lên cách tăng độ axit chất mang Xúc tác Pt/Al 2O3 tạo đươc ion cacnboni nhiệt độ 500C Sau người ta dùng xúc tác Pt/Modenit, zeolite Với xúc tác tạo phản ứng có hiệu nhiệt độ 250 0C Nhưng phổ biến xúc tác Pt/Al2O3 bổ xung clo Xúc tác quan tâm nhiều zeolite Zeolite xúc tác chứa zeolite Zeolit hợp chất Alumino-silic Đó hợp chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt, cấu trúc chúng đặc trưng mạng lỗ rỗng, rãnh nhỏ thông Các zeolit chế tạo cựng lỳc với xúc tác Alumino-silicat hay với đất sét thiên nhiên, sau xử lý phương pháp đặc biệt hợp thành xúc tác chứa zeolit Xúc tác chứa zeolit có hoạt tính cao, độ chọn lọc tốt lại có giá thành vừa phải có khả tái sinh chúng sử dụng rộng rãi Thành phần hoá học zeolit biểu diễn dạng công thức sau: M2/nAl2O3 xSiO2.yH2O Trong đó: x>2 n hoá trị cation kim loại M Về cấu tạo zeolit tạo thành từ Sodalite Nếu đơn vị nối theo mặt bốn cạnh tạo nên zeolit mà người ta gọi zeolit loại A Còn đơn vị nối theo mặt sáu cạnh zeolit tạo thành người ta thường gọi zeolit loại X hay Y, có cấu trúc tương tự Faurazite Ngày người ta chế tạo hàng trăm loại zeolit khác đủ kích cỡ 10 Cấu ni (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h) tử A N P H2 Σ A N P5 P6 H2 Σ Đầu vào 0,0038 78 0,0101 84 0,1861 78,21 0,8000 1,0000 Đầu 0,0141 84 0,1048 72 0,0835 86 0,7976 1,0000 49,676 131,343 2419,829 10403,339 13004,187 0,0000 180,889 1346,846 1073,239 10403,339 2772,7482 3874,728 11032,812 189254,826 20806,678 224969,044 0,00 15194,676 96972,913 92298,554 20806,678 225272,821 II.1.2 Tính cân nhiệt lượng lò Ta có phương trình cân nhiệt: Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 Q1 : Nhiệt lượng mang vào nguyên liệu khí tuần hoàn 25oC Q2 : Nhiệt lượng lò đốt cần cung cấp để nâng nhiệt độ nguyên liệu khí tuần hoàn từ 25oC đến 230oC Q3 : Nhiệt lượng mang khỏi lò phản ứng sản phẩm phản ứng khí tuần hoàn Q4 : Nhiệt phản ứng Q5 : Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh Lượng nhiệt tính theo công thức: Qi=nC-i.Ci.ti (KJ/h) Trong : nC-i lưu lượng cấu tử i (kmol/h) Ci Nhiệt dung riêng cấu tử i (J/mol.độ) ti: Nhiệt độ cấu tử i 0C Cc= ∑ nci Ci (kJ/h.độ) 51 Trong các: ni: thành phần phần khối cấu tử thứ i Nhiệt dung riêng chất tính theo: Cp = a0+a1.T+a2.T2 Cp = a0+a1.T+a-2.T-2 Trong giá trị a0 ;a1 ;a2 ;a-2 : số thực nghiệm T : Nhiệt độ tuyệt đối 0k Ta cú công thức tính nhiệt dung riêng loại Hydrocacbon sau: - Đối với Parafin:[5-415] [5-415] Cp= (-2,1 + 4,8.n) + (27,60 + 69,11.n).10-3.T – (0,53 + 2,19.n).10-5.T2 (j/mol.K) Với n số nguyên tử cacbon có parafin - Đối với Naphten: + Alkylcyclopentan: Cp= (-19,49 + 3,75.n’) + (399,96 + 70,73.n’).10-3.T – (12,65 + 2,21.n’).10-5.T2 (j/mol.K) Với n’= n-5 + Akylcyclohecxan: Cp= (-25,61 + 5,56.n”) + (517,53 + 68,30.n”).10-5.T2 (j/mol.K) Với n” = n- Bảng 8: Giá trị hiệu ứng nhiệt phản ứng Phản ứng ∆ Q, kcal/mol 2 27 50 20 11 52 Bảng 9: Giá trị nhiệt dung riêng Cấu tử a1.103 a0 a-2.10-5 a2.106 Cp 250C Cp 2300C J/mol.độ J/mol.độ C1 6,730 10,200 -1,118 35,24 47,71 C2 3,890 29,600 52,59 78,62 C3 0,410 64,710 -22,582 72,98 114,07 n-C4 4,357 72,552 -22,145 99,28 147,58 i-C4 2,296 82,407 -38,792 96,76 142,07 n-C5 3,140 100,532 -35,500 123,69 187,19 Benzen -5,040 95,63 -40,600 81,9990 137,28 CycloC6 -7,701 124,675 -41,584 105,75 186,27 n-C6 7,313 104,906 -32,397 147,67 217,23 Các thành phần khác ta tra từ bảng Sổ tay hóa công (tập 2) Bảng 10: Nhiệt dung riêng cấu tử khác tra Cấu tử Cp 250C Cp 2300C Iso-pentan 2,2-Dimetylbutan 2,3-Dimetylbutan Metylpentan Metylcyclopentan J/mol.độ 119,41 142,63 141,25 143,00 110,71 J/mol.độ 182,88 219,66 217,15 216,80 188,03 Bảng11: Nhiệt dung riêng hyđrô A0 6,95 a1.103 a-2.10-5 -0,2 - a2.106 Cp 250C Cp 2300C 0,48 J/mol.độ 29,025 J/mol.độ 29,19 Bảng 12: Nhiệt dung riêng hỗn hợp nguyên liệu đầu vào hydro tuần hoàn 250C 2300C: Cấu tử P iso- Pentan n- Pentan 2,2-Dimetylbutan 2,3-Dimetylbutan Metylpentan n- Hexan nci,(kmol/h) 376,896 520,377 6,411 35,6969 344,665 328,302 Ci.nci 250C Ci.nci 2300C kj/h.độ kj/h.độ 45005,246 65244,339 914,6543 5042,1865 49287,188 49053,29 68926,082 97409,119 1408,372 7751,582 74723,53 71295,64 53 N Metyl-Cyclopentan Cyclohexan A Benzen H2 ∑ 67,408 20,101 33,097 6931,435 7462,76 2186,40 12674,76 3744,25 3082,05 4543,64 201184,90 202328,587 428463,524 544806,734 a, Tính Q1: Lượng nhiệt mang vào nguyên liệu khí tuần hoàn 25oC: Q1= Qnl + QH Trong đó: Qnl = ∑ ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1 QH = nH.CH.t1 ⇒ Q1 = 428463,524 25 = 10711588,12 (kj/h) b, Tính Q2: Lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ nguyên liệu từ 25 o đến 230oC: Q2 = Qt2 - Qt1 Từ bảng thống kê ta có: Q2= 544806,734 230 - 428463,524 25 = 114593960,7 (kj/h) c, Tính Q4: Lượng nhiệt sinh trình phản ứng thiết bị phản ứng xảy phản ứng (3) phản ứng (4) Vậy: Q4 = ∆ n3 ∆ Q3 + ∆ n4 ∆ Q4 Ta có: ∆ Q3 = 27 4,186 = 113,022 (kj/mol) ∆ Q4 = 50 4,186 = 209,3 (kj/mol) 54 ∆ n3 = 0,0108 (kmol/h) ∆ n4 = 10,591(kmol/h) ⇒ Q4 = 0,08697 113,022 103 + 33.098 209,3 103 Q4 = 6937240,9 (kj/h) d, Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mát khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Q5 = 0,05 Q3 Vậy tổng lượng nhiệt đầu = Q3 + 0,05 Q3 = 1,05 Q3 ⇒ 1,05 Q3 = Q1 + Q2 – Q4 Mà ta có phản ứng toả nhiệt đó: 1,05.Q3 = 10711588,12 + 114593960,7 + 6937240,9 = 132242789,7(kj/h) ⇒ Q3 = 125945514,0 (kj/h) ⇒ Q5 = 6297275,7 (kj/h) Bảng 13: Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Dòng Lượng Nhiệt lượng Kmol/h Đầu vào Kj/h Q1 Q2 Q4 ∑ 8664,294 Đầu Q3 Q5 ∑ 8564,8264 10711588,12 114593960,7 6937240,9 132242789,72 125945514,0 6297275,7 132242789,7 55 II.2 TÍNH TOÁN CHO LÒ PHẢN ỨNG THỨ Ở lò thực nhiệt độ cao lò xảy phản ứng isome hoá phản ứng Cracking Nhiệt độ phản ứng lò 230 oC Độ giảm áp lò thường là: 0,15-0,35 at II.2.1 Tính cân vật chất lò Bảng 14: Thành phần nguyên liệu vào lò 2: Cấu ni (kmol/h) yi tử N P5 P6 H2 38,585 0,0141 287,14709 0,1048 228,818 0,0835 2218,208 0,7976 Σ 2772,7482 1,0000 Ta chọn độ giảm áp lò thứ là: 0,3 at Mi Gi=Mi.ni (kg/h) 84 72 86 3241,74 20674,586 19677,502 4436,416 47944,644 Khi áp chung hỗn hợp khí nguyên liệu vào lò thứ là: P2= 20 – 0,3 = 19,7 at = 19,7.105 Pa Bảng 15: Thành phần áp suất nguyên liệu khí tuần hoàn vào lò Cấu tử N P H2 Σ ni (kmol/h) 38,585 515,9552 2218,208 2772,7482 yi Mi 0,0141 84 0,1883 78,21 0,7976 1,0000 Pi=19,7.105.yi(Pa) 0,27777.10 3,70951.105 15,71272.105 19,7.105 Gi=Mi.ni (kg/h) 3241,74 40352,088 4436,416 47944,644 * Hằng số tốc độ phản ứng Hydrocracking Naphten Từ Tv = 563oK  1000/Tv = 1,776 theo đồ thị (3.15) ta có : k5 = 0,002647 (kmol/h.kg x.tác) Sự giảm hàm lượng Naphten tương đối phản ứng (5) là: dN N PN 0,27777.10 − = k5 = 0,002647 = 0,0000373 dV R P 19,7.10 Mặt khác VR = m xt 16633,172 = = 5,9988(kg / kmol.h) ∑ ni 2772,7482 56  - ΔNN = 0,0000373.VR2 = 0,0000373.5,9988 = 0,0002237 (kmol/h) Vậy hàm lượng Naphten tham gia phản ứng Cracking là: n N ( 5) = 0,0002237.554,552 = 0,12408 (kmol/h) Do hàm lượng Naphten lại sau phản ứng (5) là: nN = nN tổng – nN(5) = 38,585– 0,12408 = 38,4609 (kmol/h) Lượng H2 tham gia phản ứng (5) : H2(5) = 2.nN(5) = 0,12408.2 = 0,24816 (kmol/h) * Hằng số tốc độ phản ứng hydrocracking Parafin Theo đồ thị (3.15) ta có k6 = 0,002647 (kmol/h.kg) - Sự giảm tương đối Parafin phản ứng (6) là: dN P ( ) − dV R PP 3,70951.10 = k6 = 0,002647 = 4,9843.10 − P 19,7.10  -ΔNP(6) = 4,9843.10-4.VR2 =4,9843.10-4.5,9988 = 0,002989 (kmol/h)  Lượng Parafin bị cracking là: nP(6) = ΔNP(6).nc =0,002989.554,552 =1,65807 (kmol/h)  Lượng H2 tham gia phản ứng (6) : H2(6) = nP(6) n−3 = 1,65807 1,65807 5,4436 − =1,35055 (kmol/h) Bảng 16: Thành phần cấu tử nguyên liệu vào lò Cấu ni (kmol/h) yi Mi tử N P5 P6 Σ 38,585 515,9552 228,81816 783,34841 0,0696 0,5178 0,4126 1,0000 84 72 86 * Tính lượng n-C5 chuyển hóa phản ứng (1) Theo đồ thị(3.16) Ta có nồng độ % mol trạng thái cân nhiệt độ 563oK % n-C5 = 26 57 % i-C5 = 74 Trong phân đoạn C5 nồng độ phần mol i-C5 chiếm 42%, n-C5 58% Như trạng thái cân n-C phân đoạn C5 chuyển hoá là: 58 – 26 = 32% Do phần mol n-C5 chuyển hóa là: 32.51,78 = 16,57% 100 Lượng n-C5 chuyển hoá sau phản ứng (1) là: ∆n n −C5 = 16,57.554,552 = 91,88926 (kmol/h) 100 => Lượng i-C5 tạo thành là: ni −C5 = ∆nC5 = 91,88926 (kmol/h) Lượng n-C5 lại tách cho tuần hoàn là: nn −C5 (th ) = nn −C5 − ∆nn −C5 = (0,3003 − 0,1675).554,552 = 73,644506 (kmol/h) * Tính lượng n-C6 chuyển hoá phản ứng (2) Theo đồ thị (3.17), nồng độ phần mol n-C trạng thái cân nhiệt độ 563oK : %n-C6 = 19 %i-C6 = 81 Nồng độ n-C6, i-C6 phân đoạn C6 theo bảng nguyên liệu là: n-C6 = 45,9% i-C6 = 54,1% Như vậy: % n-C6 chuyển hoá trạng thái cân C6- Parafin: ∆N n − C = 45,9 − 19 = 26,9% Phần mol n-C6 chuyển hoá so với hỗn hợp nguyên liệu: 26,9.0,4126 = 11,1% 100 Vậy lượng n-C6 chuyển hoá sau lần phản ứng: ∆N n −C6 = 0,111 nC = 0,111 554,552 = 61,5552 (kmol/h) 58 Lượng i-C6 tạo thành là: ni −C6 = ∆N n −C6 = 61,5552 (kmol/h) Lượng n-C6 tách tuần hoàn: nn − C6 (th ) = nn− C6 − ∆ N n− C6 = (0,1894 − 0,111).554,552 = 43,4768 (kmol/h) *Tính lượng H2 tuần hoàn H2(th) = ∑H2(nguyên liệu) - H2(5) - H2(6) Thay sè ta có: H2(th) = 2218,208 – 0,2481 – 1,35055 = 2216,6093 = 2216,6093(kmol/h) Lượng C1 ÷ C5 sinh trình phản ứng: Theo phương trình phản ứng (5) (6) ta tính tương đối lượng C1 ÷ C5 sinh ra: P*= nC ÷C = 5,4436 5,4436 ( n N ( 5) ) + (n P ( ) ) = (0,12408) + (1,6580) = 0,65136 15 15 15 15 =0,65136(kmol/h) *Cân vật chất lò phản ứng mô tả bảng sau: Bảng 17: Cân vật chất lò Cấu nC-i (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h) tử N P H2 Σ A N n-C5 n-C6 i -C5 i -C6 P* H2 ∑ 38,585 515,9552 2218,208 2772,7482 0,0000 38,4609 73,6445 43,4768 212,5043 185,3312 0,65136 2216,6093 2730,6786 Đầu vào 0,0141 84 0,1883 78,21 0,7976 1,0000 Đầu 0,01404 84 0,02689 72 0,01587 86 0,07759 72 0,06767 86 0,00029 44 0,79763 1,00000 Bảng 18: Lượng tuần hoàn 3241,74 40352,088 4436,416 47944,644 0,00 3230,7169 5302,4044 3739,0114 15300,312 15938,49 28,6598 4433,2186 47944,644 59 Cấu tử nC-i, kmol/h 2216,6093 73,6445 43,4768 2333,7307 H2 n- C5 n- C6 ∑ Bảng 19: Lượng sản phẩm Cấu tử nC-i, kmol/h 212,50433 185,3312 38,4609 0,65136 436,9478 i-C5 i-C6 II.2.2 Tính N nhiệt lượng lò P* Ta có ∑ cân phương trình cân nhiệt: Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 Q1 : Nhiệt lượng mang vào sản phẩm khí tuần hoàn sau lò Q2 : Nhiệt lượng thiết bị trao đổi nhiệt thu để giảm nhiệt độ sản phẩm khí tuần hoàn sau lò phản ứng từ 250oC đến 230oC Q3 : Nhiệt lượng mang khỏi lò phản ứng sản phẩm phản ứng khí tuần hoàn Q4 : Nhiệt phản ứng Q5 : Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh Lượng nhiệt tính theo công thức: Qi=nC-i.Ci.ti (KJ/h) Trong : nC-i lưu lượng cấu tử i (kmol/h) Ci Nhiệt dung riêng cấu tử i (J/mol.độ) ti: Nhiệt độ cấu tử i 0C Cc= ∑ nci Ci (kJ/h.độ) Trong các: ni: thành phần phần khối cấu tử thứ i Nhiệt dung riêng chất tính theo: Cp = a0+a1.T+a2.T2 60 Cp = a0+a1.T+a-2.T-2 Trong giá trị a0 ;a1 ;a2 ;a-2 : số thực nghiệm T : Nhiệt độ tuyệt đối 0k Ta cú cỏc công thức tính nhiệt dung riêng loại Hydrocacbon sau: - Đối với Parafin:[5-415] [5-415] Cp= (-2,1 + 4,8.n) + (27,60 + 69,11.n).10-3.T – (0,53 + 2,19.n).10-5.T2 (j/mol.K) Với n số nguyên tử cacbon có parafin - Đối với Naphten: + Alkylcyclopentan: Cp= (-19,49 + 3,75.n’) + (399,96 + 70,73.n’).10-3.T – (12,65 + 2,21.n’).10-5.T2 (j/mol.K) Với n’= n-5 + Akylcyclohecxan: Cp= (-25,61 + 5,56.n”) + (517,53 + 68,30.n”).10-5.T2 (j/mol.K) Với n” = n- Bảng 20: Giá trị hiệu ứng nhiệt phản ứng Phản ứng ∆ Q, kcal/mol 2 27 50 20 11 Bảng 21: Nhiệt dung riêng hỗn hợp nguyên liệu hydro tuần hoàn vào lò 2300C Cấu tử P iso- Pentan n- Pentan nci,(kmol/h) 515,9552 120,61506 166,53197 Ci 2300C Ci.nci 2300C j/mol.độ kj/h.độ 199,17 198,31 24022,902 33024,955 61 2,2-Dimetylbutan 2,3-Dimetylbutan Metylpentan n- Hexan N Metyl-Cyclopentan Cyclohexan A Benzen H2 ∑ 2,05184 11,42377 110,3003 105,0321 44,1050 21,57207 17,0247 239,43 236,39 238,38 235,73 491,2726 2700,4652 26293,407 24759,229 207,77 212,28 4482,0296 3614,0131 2218,208 2851,9825 29,30 64993,494 184381,77 a, Tính Q2: Lượng nhiệt cần cung cấp lò đốt để nâng nhiệt độ sản phẩm lò lên 230oC để làm nguyên liệu cho lò 2: Q2 = Q12 – Q1 Lượng nhiệt mang vào nguyên liệu khí tuần hoàn 230oC: Q12= Qnl + QH Trong đó: Qnl = ∑ ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1 QH = nH.CH.t1 Theo giá trị tính toán bảng ta có: ⇒ Q12 =184381,77 230 = 53470713 (kj/h) Mà ta có Q1 = 40303217 (kj/h) ⇒ Q2 =53470713– 40303217 = 13167496 (kj/h) b, Tính Q4: Lượng nhiệt sinh trình phản ứng thiết bị phản ứng xảy phản ứng (1), (2), (5) phản ứng (6) Vậy Q Q4 = ∆n1 ∆Q1 + ∆n2 ∆Q2 + ∆n5 ∆Q5 + ∆n6 ∆Q6 Ta có giá trị ∆ni , ∆Qi cho bảng sau: Bảng 22 TT ∆ni kmol/h 91,8892 61,5552 ∆Qi kcal/mol 2 ∆ni ∆Qi kj/h 769296,93 515340,74 62 0,12408 20 10388,304 1,65807 11 76347,744 Vậy Q4 =1371373,7 (kj/h) c, Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mát khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Q5 = 0,05 Q3 Vậy tổng lượng nhiệt đầu = Q3 + 0,05 Q3 = 1,05 Q3 ⇒ 1,05 Q3 = Q1 + Q2 – Q4 Mà ta có phản ứng toả nhiệt đó: 1,05 Q3 = 40303217+13167496 + 1371373,7 =5482087(kj/h) (kj/h) ⇒ Q3 =52230559 (kj/h) ⇒ Q5 = 2611527,9 (kj/h) Bảng 23: Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Dòng Lượng Nhiệt lượng Kmol/h Đầu vào Kj/h Q1 Q2 Q4 ∑ 2772,7492 Đầu Q3 Q5 ∑ 2772,7492 40303217 13167496 1371373,7 54842087 52230559 2611527,9 54842087 63 KẾT LUẬN Quá trình izome hoá áp dụng nhà máy lọc dầu Dung Quất Việt nam Song nhìn nhận xa tương lai, với mức độ sử dụng nhiên liệu xăng nay, nhu cầu xăng chất lượng cao, xăng không chì, xăng sinh học xã hội, Reforming xúc tác, Cracking xúc tác hai trình chế biến bản, izome hoá trình có nhiều tiềm nước ta Cùng với bước ngành công nghệ chế biến dầu nước nhà, tích luỹ kiến thức, nghiên cứu trình chế biến công nghiệp, chắn công nghiệp hóa dầu trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn thực cho đất nước Qua thời gian dài thực đồ án, hướng dẫn thầy Nguyễn Hữu Trịnh, em hoàn thành đồ án: Thiết kế phân xưởng izome 64 hoá Tuy nhiều sai sót, hạn chế song em nắm lý thuyết cốt lõi quy trình, nắm nguyên tắc quan trọng tính toán Em mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Tài liệu tham khảo TS Lê Văn Hiếu - Công nghệ chế biến dầu mỏ NXB Khoa học kỹ thuật 2009 GS.TS Đinh Thị Ngọ - PGS.Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hoá học dầu mỏ khí NXB Khoa học kỹ thuật 2012 Kiều Đình Kiểm - Các sản phẩm dầu mỏ hoá dầu, 2005 Phạm Thị Thu Giang - Khảo sát trình đồng phân hóa Condensat Bạch Hổ xúc tác Mordenite Lê Hải Tuấn, Nguyễn Đình Lâm - Nghiên cứu công nghệ đồng phân hóa nguồn condensate Việt Nam (2005) - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng PTS Trần Xoa PTS Nguyễn Trọng Khuông, KS Lê Viên, PTS Phạm Xuân Toản - Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất (Tập 2) NXB Khoa học kỹ thuật TENDENCY OF ISOMERIZATION PROCESS DEVELOPMENT IN RUSSIA AND FOREIGN COUNTRIES E.A Yasakova, A.V Sitdikova 65 ... Thiết kế phân xưởng isome hoá phân đoạn xăng giúp sinh viên hiểu vai trò trình isome hoá lọc hoá dầu phát triển Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ISOME HOÁ I.1 Đặc trưng... liệu tạo xăng II.2 Sản phẩm trình isome hoá Đặc trưng sản phẩm trình isome hoá iso-parafin cấu tử cao octan, thích hợp cho việc sản xuất xăng chất lượng cao Xăng trình isome hoá gọi isomerate... tích phù hợp để đảm bảo suất yêu cầu thiết yếu trình II NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH ISOME HOÁ Isome hoá nhằm thu xăng thường dùng nguyên liệu phân đoạn C 5÷6 Đặc trưng nguyên liệu định