Cong nghe san xuat ethylbenzen MOSANTO

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN .4 1.Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1.Benzen 1.1.1 Tính chất vật lý benzen 1.1.2 Tính chất hóa học Benzen .5 1.1.3 Ứng dụng 1.2 Etylen 1.2.1 Tính chất vật lý etylen 1.2.2 Tính chất hóa học 1.3 Tính chất etylbenzen .8 1.3.1 Tính chất vật lý .8 1.3.2 Tính chất hóa học 1.3 Các phương pháp sản xuất etylbenzen .9 1.3.1 Alkyl hóa pha lỏng 1.3.2 Alkyl hóa pha 12 1.3.3.Quá trình Alkyl hóa xúc tác Zeolite pha lỏng 12 1.3.4 Công nghệ sử dụng Zeolite pha hỗn hợp 12 1.3.5 Quá trình chưng tách từ hỗn hợp C8 13 2.1 Cơ chế điều kiện trình .13 Phần II Thiết kế dây chuyền sản xuất .17 Phần III Tính tốn cơng nghệ 18 Tính cân vật chất .18 1.1 Tháp sấy khô Benzen (hiệu suất: 98.5%) .18 1.2 Tháp alkyl hóa (hiệu suất: 94%) 19 1.3 Tháp chuyển nhóm Alkyl (hiệu suất: 95%) 21 1.4 Thiết bị xả nhanh (hiệu suất: 97.5%) 21 1.5 Thiết bị rửa khí thu hồi benzen (hiệu suất: 97%) 22 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế 1.6 Tháp chưng Benzen (hiệu suất: 92.5%) 23 1.7 Tháp chưng Etylbenzen 24 1.8 Tháp chưng Polyetylbenzen (hiệu suất 93.5%) 25 1.9: Cân vật chất tồn q trình 26 1.10 Cân lại vật chất trình 29 Cân nhiệt lượng 30 2.1 Cân nhiệt tháp sấy Benzen 30 2.2 Cân nhiệt lượng tháp alkyl hóa 32 2.3 Cân nhiệt lượng tháp chưng tách benzen 33 2.4 Cân nhiệt lượng tháp chưng tách Etylbenzen 35 KẾT LUẬN 37 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế LỜI MỞ ĐẦU Etylbenzen hydrocacbon thơm ứng dụng rộng rãi công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Etylbenzen hợp chất alkyl thơm đơn vịng, có ý nghĩa quan trọng cơng nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu phần lớn (>99%) sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất styren monome 50% trình sản xuất benzen giới Cịn lại 1% sử dụng làm dung môi cho sơn nguyên liệu sản xuất dietylbenzen Hầu tất etylbenzen tinh khiết sử dụng làm polystyren để sản xuất nhựa cao su nguyên liệu GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế PHẦN I TỔNG QUAN 1.Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1.Benzen Benzen hydrocacbon thơm, đơn vịng, có cơng thức phân tử C6H6, phân tử lượ ng M= 78.11 đvC Ở điều kiện thườ ng, benzen chất lỏng không màu, dễ bắt cháy Benzen chất bền nhiệt, hoạt động hóa học, nên cơng nghiệp, thường đượ c sử dụng làm nguyên liệu ngành cơng nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu để tổng hợp dẫn xuất styren, phenol, xyclohexan, … làm nguyên liệu sản xuất thuốc trừ sâu, chất dẻo, nhựa, dược phẩm, chất tẩy rửa,… Benzen dung mơi có khả hịa tan tốt, có nhược điểm độc, nên bị thay nhiều dung mơi khác M Faraday người thu benzen cách tách từ bicarburet hydrogen từ thí nghiệm dầu cá voi nhiệt phân nguyên liệu khác A.W.Hofmann vàC.Mansfield từ trường cao đẳng hóa học Royal làm thí nghiệm chất lỏng thu từ than nhiệt phân Họ phát triển quy mô thương mại trình thu benzen hợp chất thơm khác từ nhựa than đá, từ năm 1840- 1850 Trong giai đoạn chiến tranh giới thứ II, benzen chủ yếu thu từ than Nhưng sau này, ngành cơng nghiệp hóa dầu phát triển với việc nghiên cứu loại xúc tác hiệu dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu để sản xuất benzen hydrocacbon thơm khác 1.1.1 Tính chất vật lý benzen Công thức phân tử C6H6, Khối lượng phân tử M= 78.11 đvC Công thức cấu tạo: GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế Ở điều kiện thường, Benzen chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng Ở nhiệt độ thấp, Benzen đóng rắn thành khối tinh thể màu trắng Benzen chất dễ bắt cháy, cháy tạo thành lửa có muội Hơi Benzen tạo thành hỗn hợp nổ với khơng khí khoảng nồng độ rộng Benzen dung mơi khơng phâ cực, có khả hịa tan rượu etylic tan nước GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế 1.1.2 Tính chất hóa học Benzen Benzen hợp chất hóa học bền nhiệt, hoạt động nhiệt độ 500 0C, phản ứng có Benzen thường thực nhiệt độ 5000C Benzen khó tham gia phản ứng oxy hóa có cấu trúc vòng bền vững, nhiên điều kiện khắc nghiệt, bị oxy hóa hồn tồn tạo CO2 H2O Phản ứng benzene phản ứng quan trọng Tùy thuộc điều kiện phản ứng mà nhiều ngun tử H vịng benzene thay cho gốc nitro axit sulfonic, nhóm amine hydroxyl nhiều nguyên tủ khác Cl, Br Sản phẩm bao gồm phenol, nitrobenzene, chlorobenzene, axit benzenesulfonic chất khác Thế hai nguyên tử tạo đồng phân: Các phản ứng quan trọng khác Benzene bao gồm phản ứng cộng, alkyl hóa hydro hóa Các phản ứng diễn nhiệt độ áp suất cao, yêu cầu xúc tác hoạt động Ethylbenzene sản phẩm trình alkyl hóa benzene vơi ethylene có mặt xúc tác AlCl3, phản ứng tiến hành nhiệt độ 40-100 ◦C, áp suất < 0.7 Mpa Alkyl hóa benzene với propylene với xúc tác pha để sản xuất cumene Phản ứng tiến hành 200-250◦C, áp suất 2.7-4.2 MPa xúc tác hoạt động axit phosphoric kieselguhr, hiệu suất 95% Hydro hóa phản ứng cộng Một phản ứng quan trọng q trình hydro hóa benzene nhiệt độ áp suất cao để sản xuất xyclohexane Phản ứng tiến hành pha lỏng pha nhiệt độ cao Phản ứng dehydro hóa Ethylbenzene tạo Styrene phản ứng quan trọng Phản ứng thu nhiệt nên nhiệt độ cao xúc tiến cho phản ứng xảy động học nhiệt động 1.1.3 Ứng dụng Benzene có nhiều ứng dụng quan trọng Nó thành phần nhiên liệu motor, giúp tăng số octan; sử dụng làm dung mơi ứng dụng benzene sản xuất ethylbenzene, cumene, xyclohexane 75-80% benzene dùng làm nguyên liệu cho q trình Khoảng 3% benzene nitro hóa tạo thành nitrobenzene, sau quay lại GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế hydro hóa tạo aniline Q trình oxi hóa benzene để sản xuất maleic anhydride, chất ban đầu để sản 25 xuất nhựa polyester Những sản phẩm khác benzene bao gồm halogen hóa benzene, alkylbenzene mạch thẳng, dùng cho công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa 1.2 Etylen 1.2.1 Tính chất vật lý etylen Ethylene hay cịn gọi ethene, có cơng thức H2C=CH2, Mr 28.52, chất sản xuất rộng rãi giới cơng nghiệp hóa dầu Tuy khơng sử dụng trực tiếp lại nguyên liệu để tổng hợp nhiều hợp chất hữu quan trọng ethyleneglycol, axit axetic, … Ethylene chất khí khơng màu, dễ cháy, mùi Tính chất vật lý: 1.2.2 Tính chất hóa học Trong phân tử ethylene có chứa liên kết đơi C-C, độ dài liên kết 0.134nm, cấu trúc phẳng Ethylene chất hoạt động, có phản ứng điển hình olefin ngắn mạch Do ethylene hoạt động nên suốt trình sản xuất cần tách hỗn hợp sản phẩm Ethylene chuyển hóa tạo thành hydrocacbon bão hịa, oligomer, polymer dẫn xuất Các phản ứng hóa học quan trọng ethylene phản ứng cộng, alkyl hóa, halogen hóa, hydroformyl, hydrat hóa, oxi hóa, oligome hóa polyme hóa - Polyme hóa tạo polyethylene GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế – Cộng Cl tạo 1,2-dicloroethane - Oxi hóa xúc tác Ag tạo oxirane (ethylene oxide) - Phản ứng với benzene tạo ethylbenzene, sau dehydro hóa tạo thành styrene - Oxi hóa tạo acetaldehide - Hydrat hóa tạo ethanol - Phản ứng với axit acetic oxygen tạo thành vinyl acetate28 - Các ứng dụng khác bao gồm sản xuất rượu olefin mạch thẳng, ethylchloride, co-polymer hóa với propene tạo thành ethylene-propylene (EP) cao su ethylenepropylene-diene (EPDM) 1.3 Tính chất etylbenzen 1.3.1 Tính chất vật lý Ở điều kiện thường, etylbenzen chất lỏng không màu với mùi thơm đặc trưng, etylbenzen có độc tính vừa phải qua đường đường ăn uống, hô hấp, kích thích lên mắt da Các tính chất đặc trưng: - Khối lượng riêng: 150C: 0.87159 g/cm3 200C: 0.867 g/cm3 250C: 0.86262 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy : -94.9490C Nhiệt độ sôi at: 136,1860C Áp suất tới hạn: 3609 kPa GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt - SVTH: Phùng Thế Nhiệt độ tới hạn: 344,020C Nhiệt độ chớp cháy: 150C Nhiệt độ tự bốc cháy: 4600C Ẩn nhiệt nóng chảy: 86.351 J/g Ẩn nhiệt hóa hơi: 335 J/g Sức căng bề mặt: 28.48 mN/m Giới hạn nén 0.264 1.3.2 Tính chất hóa học - Phản ứng quan trọng Etylbenzen để hydro hóa tạo thành styren + Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao 600-660 0C xúc tác K/ oxit sắt Hơi dùng để pha loãng Phương diện thương mại độ chọn lọc styren khoảng 8996% với độ chuyển hóa từ 65-70% - - Bên cạnh phản ứng cịn có phản ứng phụ gộm: dealkyl hóa etylbenzen thành benzen toluen Một phản ứng quan trọng khác phản ứng oxy hóa etylbezen khơng khí tạo thành hydro peroxit C6H5CH(OOH)CH3 Phản ứng tiến hành pha lỏng, không yêu cầu xúc tác Tuy nhiên, hydroperoxit chất không bền, dễ phân hủy nhiệt độ cao phải tối thiểu hóa nhiệt độ để giảm tỷ lệ phân hủy Sự hình thành sản phẩm phụ giảm nhiệt độ trì thấp thời gian phản ứng hydroperoxit phản ứng với C 3H6 tạo thành styren vào propylene oxide Etylbezen dealkyl hóa tá dụng xút tác nhiệt tạo thành benzen GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Việt SVTH: Phùng Thế 1.3 Các phương pháp sản xuất etylbenzen Hiện hầu hết etylbenzen sản xuất thương mại từ q trình alkyl hóa benzen etylen Sự sản xuất etylbenzen tiêu thụ 50% lượng benzen giới Q trình alkyl hóa tiến hành chủ yếu theo phương pháp: - Tiến hành pha lỏng với xúc tác AlCl3 - Tiến hành pha với xúc tác rắn tầng cố định 1.3.1 Alkyl hóa pha lỏng Q trình alkyl hóa benzen với etylbenzen phản ứng tỏa nhiệt mạnh, phản ứng diễn với tốc độ nhanh sản phẩm thu phần lớn etylbenzen có mặt xúc tác axit AlCl3 axit khác AlBr3, FeCl3, ZnCl4, BF3 Quá trình sử dụng C2H5Cl HCl chất khơi mào phản ứng( trợ xúc tác) nhằm mục đích giảm lượng AlCl C2H4 + HCl + AlCl3 → C2H5+ + AlCl4C6H6 + C2H5+ + AlCl4- → C6H6-C2H5+-AlCl4C6H6-C2H5+-AlCl4- → C6H5-C2H5 + AlCl3 + HCl Cần hạn chế có mặt H 2O gây ăn mịn thiết bị, gây giảm hoạt tính xúc tác axit q trình pha lỗng axit Cơng nghệ Monsanto  Điều kiện vận hành phân xưởng - Nguyên liệu benzen phải sấy khô trước sử dụng (