Đề tài: Công nghệ sản xuất Cumen & Bis Phenol

Đề tài: Công nghệ sản xuất Cumen & Bis Phenol Mở đầu Với cơng nghệ lọc dầu cumen sản phẩm phụ trình catalytic refoming steam cracking Khoảng 98% lượng cumen sản xuất giới dùng làm nguyên liệu nhà máy sản xuất phenol xeton, sản lượng cumen phụ thuộc vào thị trường tiêu thụ phenol xeton Trong thời gian dài việc sản xuất cumen không trọng phát triển, gần phát triển mạnh mẽ hai lý do: Nhu cầu Phenol sản xuất nhựa polycacbonat đẩy mạnh mở rộng ứng dụng nhựa polycacbonattrong y tế, điện tử công nghiệp ô tô.Sự phát triển cơng nghệ hóa cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác zeolit thay cơng nghệ cũ sử dụng axit phosphoric AlCl3 Trong thời gian hai năm 19961998, nửa suất cumen sản xuất công nghệ Từ năm 2001-2006 nhu cầu cumen toàn giới tăng 5%/năm, từ năm 20072010 tăng 4%/năm Bisphenol A (BPA) tự nhiên, phân tử nhân tạo sáng chế vào năm 1891 Nó hợp chất hữu tổng hợp tương đối nhỏ với khối lượng phân tử 228 Nó loại bột màu trắng, thường sử dụng chủ yếu monomer chức sản xuất nhựa polycacbonat nhựa epoxy, chất chống oxy hóa PVC pg Phần I Tổng Quan I.Cumen: I.1 Khái quát Cumen [2] Cơng thức phân tử C9H12 Cumen cịn gọi 1- metyletyl benzen Isopropyl benzen hay 2- phenyl propan, hydrocacbon thơm dẫn xuất benzen, có tính chất hóa lý đặc trưng I.1.1 Tính chất Vật lý [3] Cumen nhiệt độ thường chất lỏng không màu, dễ bắt lửa, có mùi gần giống xăng khơng hịa tan nước tan dung mơi hữu hexan, dietyl ete, tetraclorua cacbon Tính chất vật lý cumen thể qua bảng sau : Bảng Một số đặc trưng vật lý Cumen so với Hydrocacbon thơm khác Thông số Đơn Benzen Toluen o-Xylen p-Xylen m-Xylen vị Etyl Cumen Benzen Khối lượng đvC 78,11 92,13 106,16 106,16 106,16 106,17 120,19 0,879 0,867 0,876 0,860 0,857 0,867 0,860 phân tử Tỷ trọng 20oC Nhiệt nóng chảy o C 5,53 -94,99 -25,20 -48,00 -13,30 -94,90 -96,00 Nhiệt độ o C 80,1 110,6 144,4 139,0 138,4 136,2 152,6 sôi pg Dưới hạn nổ % thể Dưới tích 1,4 7,1 1,3 1,1 1,1 1,1 0,99 1,1 6,8 6,4 6,4 6,6 6,7 8,0 Trên Nhiệt độ chớp cháy 40,6 o C -11,1 4.4 17,2 25 25 15 (cốc hở) 5;8 50;8 100;8 100;8 100;8 100;8 25;8 Giới hạn tiếp xúc (ppm; giờ) Từ bảng số liệu ta thấy cumen khó cháy hydrocacbon thơm khác song giới hạn cháy lại cao nên bảo quản khó khăn phức tạp Ngồi cumen độc so với chất khác (chỉ benzen) nên phải đảm bảo an toàn q trình sử dụng, sản xuất I.1.2 Tính chất Hóa học [4] Cumen có đầy đủ tính chất vịng benzen gốc alkyl: a.Phản ứng : -Phản ứng halogen :  Phản ứng với Br2 khan, xúc tác Fe có to cho nhiều sản phẩm khác với nguyên tử Br vào nhân benzen  Phản ứng với Br2 với chiếu sáng nguyên tử Br vào nhóm alkyl -Phản ứng nitro với xúc tác H2SO4 , có to -Phản ứng Sunfua hóa b.Phản ứng cộng : Phản ứng cộng H2 , xúc tác Ni có to , áp suất 10at c.Phản ứng oxy hóa : -Khi đun nóng làm màu thuốc tím KMnO4 -Cumen phản ứng với Oxy khơng khí nhiệt độ cao tạo thành cumen hydroperoxit (tiến hành pha lỏng không cần xúc tác) C6H5- CH(CH3)2 + O2→ C6H5-C(CH3)2OOH pg Nếu xúc tác axit H2SO4 lỗng peroxit phản ứng với axit cho phenol axeton C6H5-C(CH3)2OOH → C6H5OH + CH3COCH3 I.1.3 Ảnh hưởng Cumen sức khỏe người [5] Theo quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ Cumen hóa chất có độc tính thấp Độc tính đánh giá 11 thang điểm 100 với 100 độc tố cao Đánh giá chủ yếu dựa hai yếu tố : hàm lượng tối thiểu hóa chất ảnh hưởng đến sức khỏe đánh giá dựa triệu chứng đau đầu, đỏ mặt, chóng mặt, Khi tiếp xúc với da, cumen gây kích ứng cho da, mẩn đỏ, trình tiếp xúc kéo dài gây ảnh hưởng đến gan, phổi, thận Khi hít phải ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương gây triệu chứng chóng mặt, buồn ngủ, chí gây bất tỉnh Khi nuốt phải gây triệu chứng ho, đau họng, đau bụng, ói mửa, chí gây tử vong I.1.4 Ứng dụng Cumen [6]  Khoảng 98% lượng cumen sản xuất giới dùng làm nguyên liệu nhà máy sản xuất phenol axeton  Cumen dùng để sản xuất α- metylstyren, α- metystyren hóa chất trung gian sử dụng sản xuất chất hóa dẻo, nhựa, làm gạch lát sàn nhà, chất kết dính số sản phẩm khác  Cumen sử dụng làm dung môi, dùng loại sơn, keo xịt, men, thành phần động nhiên liệu có số octan cao  Cumen sử dụng sản xuất sắt, cao su, thép bột giấy cơng nghệ liên quan đến q trình oxy hóa phenol I.1.2 Tính chất Hóa học [4] Cumen có đầy đủ tính chất vịng benzen gốc alkyl: a.Phản ứng : -Phản ứng halogen :  Phản ứng với Br2 khan, xúc tác Fe có to cho nhiều sản phẩm khác với nguyên tử Br vào nhân benzen pg  Phản ứng với Br2 với chiếu sáng nguyên tử Br vào nhóm alkyl -Phản ứng nitro với xúc tác H2SO4 , có to -Phản ứng Sunfua hóa b.Phản ứng cộng : Phản ứng cộng H2 , xúc tác Ni có to , áp suất 10at c.Phản ứng oxy hóa : -Khi đun nóng làm màu thuốc tím KMnO4 -Cumen phản ứng với Oxy khơng khí nhiệt độ cao tạo thành cumen hydroperoxit (tiến hành pha lỏng không cần xúc tác) C6H5- CH(CH3)2 + O2→ C6H5-C(CH3)2OOH Nếu xúc tác axit H2SO4 loãng peroxit phản ứng với axit cho phenol axeton C6H5-C(CH3)2OOH → C6H5OH + CH3COCH3 I.1.3 Ảnh hưởng Cumen sức khỏe người [5] Theo quan bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ Cumen hóa chất có độc tính thấp Độc tính đánh giá 11 thang điểm 100 với 100 độc tố cao Đánh giá chủ yếu dựa hai yếu tố : hàm lượng tối thiểu hóa chất ảnh hưởng đến sức khỏe đánh giá dựa triệu chứng đau đầu, đỏ mặt, chóng mặt, Khi tiếp xúc với da, cumen gây kích ứng cho da, mẩn đỏ, trình tiếp xúc kéo dài gây ảnh hưởng đến gan, phổi, thận Khi hít phải ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương gây triệu chứng chóng mặt, buồn ngủ, chí gây bất tỉnh Khi nuốt phải gây triệu chứng ho, đau họng, đau bụng, ói mửa, chí gây tử vong I.1.4 Ứng dụng Cumen [6]  Khoảng 98% lượng cumen sản xuất giới dùng làm nguyên liệu nhà máy sản xuất phenol axeton pg  Cumen dùng để sản xuất α- metylstyren, α- metystyren hóa chất trung gian sử dụng sản xuất chất hóa dẻo, nhựa, làm gạch lát sàn nhà, chất kết dính số sản phẩm khác  Cumen sử dụng làm dung môi, dùng loại sơn, keo xịt, men, thành phần động nhiên liệu có số octan cao  Cumen sử dụng sản xuất sắt, cao su, thép bột giấy công nghệ liên quan đến q trình oxy hóa phenol I.1.5 Các nguồn thải cumen [7]  Cumen thải trình lọc dầu, trình đốt cháy sản phẩm dầu mỏ  Từ q trình cơng nhiệp : cơng nghiệp hóa chất, cơng nhiệp sản xuất cao su, sản xuất giấy, sản xuất nhựa, sản xuất sơn,  Từ sơn, vecni, khói thuốc lá,  Trong hoạt động giao thơng, cumen tìm thấy khí thải động  Một số sản phầm tiêu dùng nhựa cách điện, cao su trải sàn tường, đồ gỗ nội thất, sơn, keo xịt, I.1.6 Tồn chứa bảo quản cumen [8]  Cumen chứa thùng kín, để nơi khơ thống mát mẻ Tránh tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, tránh tiếp xúc với chất oxy hóa, tránh xa nguồn nhiệt, nguồn lửa  Khi sử dụng cần trang bị dụng cụ bảo hộ kính, găng tay, áo chồng Rửa tay xà phòng sau sử dụng vận chuyển II Bisphenol: II.1 Tính chất Vật lý: Khơng màu, khơng mùi, chất rắn nhiệt độ phịng, nhiệt độ nóng chảy nằm khoảng 100- 200 oC, khơng tan nước, khả hịa tan dung mơi hữu có phụ thuộc vào nhóm Trong BPA dễ dàng hịa tan dung mơi ete rượu,… với BPA có nhóm béo lớn phân tử hịa tan hydrocacbon araliphatic béo Các muối kiềm BPA tan nước Điểm sơi BPA cao kích thước phân tử lớn tính phân cực Vì lý phân hủy thường xuyên quan sát q trình đun sơi nên BPA chung cất Và tính chất quan trọng BPA tóm tắt bảng đây: pg Bảng Một số tính chất Vật lý Bisphenol Tỉ trọng 200C Tỉ trọng 160 0C Mật độ Nhiệt độ sôi áp suất 101,3 KP a Nhiệt độ sôi áp suất 1.4 KPa Nhiệt độ sôi áp suất 0.4 KPa 1.04 g/cm3 1.065 g/cm3 0.492 g/cm3 3600C 2400C 2220C Nhiệt độ bay 101,3KPa Điểm chớp cháy Nhiệt độ đánh lửa Tan nước 830C 404 J/G 2270C 519 0C 0.344% khối lượng Tan Axeton,rượu Tan methylen cloride Tốt 1% khối lượng II.2.Tính chất hóa học: Tính chất hóa học BPA xác định nhóm OH vịng thơm cầu ankyl ,chúng xảy phản ứng tương tự thay tương ứng Nó thích hợp cho phản ứng xây dựng khối để tạo phân tử có khơi lượng lớn polyester polyester họ nó.BPA ankyl nằm vị trí orthor nên nhóm OH dễ dàng tham gia phản ứng làm chất ổn định q trình hydro hóa BPA phân hủy tạo thành 4-isopropylphenol xúc tác kiềm làm cho phản ứng cảy với hiệu xuất cao II.3.Ảnh hưởng tới môi trường : Phần lớn BPA sản xuất lớn 99,9%, tiêu thụ để sản xuất sản phẩm nhựa PC nhựa epoxy Trong q trình sản xuất có thải lượng nhỏ chất thải môi trường Sự phân bố BPA mơi trường dự đốn tính chất vật lý BPA chất rắn với độ bay thấp với nhiệt độ mơi trường độ hịa tan nước 120-300 mg/lit ,độ hòa tan lớn với độ PH kiềm Dựa đặc tính mơ hình cân đơn giản dự đoán khoảng 50% BPA mơi trường có khả liên kết với trầm pg tích, đất với phần cịn lại cột nước Phân hủy sinh học đóng vai trị quan trọng việc loại bỏ BPA khỏi môi trường Ảnh hưởng tới sức khỏe người sinh vật khác : BPA gây rối loạn nội tiết, rối loạn hocmon, ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe người, BPA có ảnh hưởng tới phụ nữ mang thai làm cho tỉ lệ tử vong thai nhi trẻ sơ sinh cao, gây dị tật bẩm sinh, giảm cân, phát triên thai nhi Khi tiếp xúc với BPA có khả gây béo phì Khi bị phơi nhiễm BPA sinh hoạt có thể gây tăng trọng lượng thể, ung thư vú phụ nữ Cách sử dụng an toàn : - Sử dụng thủy tinh gốm Sử dụng nhựa không PC polypropylene,polyetylen….Hầu hết nhà sản xuất nhựa tiêu dùng cung cấp lựa chọn thay nhựa khơng PC cho chai rượu lị vi sóng lót nhựa - Bạn kiểm tra loại nhựa đáy nắp chai bình Chai PC tái chế được, dán nhãn với số Hoặc chứa chữ PC biểu tượng tái chế pg Phần II Các phương pháp sản xuất I.Các phương pháp sản xuất Cumen: I.1 Nguyên liệu sản xuất Cumen Nguyên liệu để sản xuất cumen chủ yếu từ hai nguồn bezen propylen Nguyên liệu tinh khiết chất lượng sản phẩm cao Thông thường benzen propylen qua chế biến nên có độ tinh khiết cao ( xấp xỉ 100%) I.1.1 Benzen [9] a Tính chất Vật lý benzen Ở nhiệt độ thường benzen chất lỏng khơng màu, khơng tan nước có mùi thơm Tuy nhiên benzen chất độc gây ung thư Do trình sử dụng phải lưu ý rò rỉ nguyên liệu nhằm giảm thiểu độc hại, ngồi cịn có ý nghĩa với cháy nổ an tồn lao động b Tính chất Hóa học benzen  Benzen điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hydro tạo xiclohexan Khi có chiếu sáng, benzen cộng với khí clo tạo hexacloran C6H6Cl6 (còn gọi thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6) , thuốc trừ sâu có hoạt tính mạnh, bị cấm  Khi có axit Lewis, benzen phản ứng với metylclorua tạo toluen pg  Benzen phản ứng với halogen có sắt axit Lewis (AlCl3) tạo phenyl halogenua ; phản ứng với axit nitric đặc có xúc tác axit sulfuric đậm đặc tạo nitro benzen (trong điều kiện ngặt nghèo – axit bốc khói nhiệt độ cao sinh trinitrobenzen) ; phản ứng với axit sulfuric đậm đặc chưng cất nước thành axit benzosulfonic Quy tắc chung mơ tả hình : c Các nguồn sản xuất benzen  Từ năm 1840 đến chiến tranh giới thứ benzen chủ yếu sản xuất phương pháp chưng cất than đá nhiệt độ cao  Là sản phẩm trình refoming xúc tác naphta, nguồn để sản xuất benzen  Là sản phẩm trình Cyclar, nguồn cung cấp benzen quan trọng  Steam cracking dùng để sản xuất etylen nguồn cung cấp benzen đáng kể  Benzen cịn chuyển hóa từ hydrocacbon giá trị, chẳng hạn toluen I.1.2 Propylen [10] a Tính chất Vật lý propylen -Khối lượng phân tử (đvC) 42,08 -Nhiệt nóng chảy ( oC) -185,2 -Nhiệt độ sôi (oC) -47,6 -Áp suất 25 oC (tor) 8690 -Ở điều kiện thường chất khí không mùi, không màu, không độc Nhưng dễ cháy nổ b Tính chất hóa học propylen pg 10 C3H6  Phản ứng cộng H2: Khi có mặt chất xúc tác Ni, Pt, Pd, với nhiệt độ thích hợp propylen cộng hidro vào nối đơi tạo propan, phản ứng tỏa nhiệt CH2=CH-CH3 → CH3-CH2-CH3  Phản ứng cộng halogen: Clo brom dễ cộng hợp với propylen để tạo thành dẫn xuất dihalogen không màu, tính chất làm màu dung dịch clo (brom) nên người ta thường dùng dung dịch nước clo (brom) để nhận biết anken : CH2=CH-CH3 + Cl2 → ClCH2-CHCl-CH3 ( 1,2 diclopropan )  Phản ứng cộng axit cộng nước Cộng axit: CH2=CH-CH3 + Cl-H( khí ) → CH3-CHCl-CH3 - Cộng nước nhiệt độ thích hợp có xúc tác axit: CH2=CH-CH3 + H-OH → CH3-CH2-CH2OH  Phản ứng trùng hợp: propylen có khả cộng hợp nhiều phân tử lại với tạo thành phân tử dài, có khối lượng lớn điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác thích hợp c Propylen sản xuất từ:      Quá trình Steam cracking Quá trình cracking xúc tác Quá trình tổng hợp Fischer tropsch Dehydro hóa khí propan Được chuyển hóa từ metanol Propylen sản phẩm quan trọng thứ hai cơng nghiệp hóa dầu, sau etylen, ngun liệu để sản xuất nhiều sản phẩm Propylen sản xuất nhiều Đông Á, đặc biệt Singapore Trung Quốc Sản xuất lớn Châu Âu Bắc Mỹ Năm 2002 sản lượng propylen Châu Á 22 triệu tấn, Tây Âu 17 triệu tấn, Bắc Mỹ 21 triệu pg 11 I.2.Động học q trình sản xuất Cumen I.2.1 Phản ứng Phản ứng Alkyl hóa Benzen thành Cumen: I.2.2 Phản ứng phụ Ngồi phản ứng chính, q trình cịn xảy phản ứng phụ Trong có phản ứng mong muốn tạo thành cumen phản ứng không mong muốn a Các phản ứng mong muốn – Các phản ứng chuyển dịch nhóm alkyl: Các phản ứng tạo cumen b Các phản ứng không mong muốn: pg 12 I.3 Cơ chế phản ứng [12] Cơ chế ion qua giai đoạn hình thành Cacbocation xúc tiến axit : a Xúc tác axit Bronsted H3PO4 : CH3CH=CH2 + H+  CH3CH2+CH3 b Xúc tác axit Lewis AlCl3/ HCl : CH3CH=CH2 + HCl + AlCl3  CH3CH2+CH3 + AlCl4 Vòng benzen bị cacbocation công thay cho proton nhân thơm : CH+(CH3)2 CH3CH+CH3   CH(CH3)2 CH(CH3)2  H H+  Khi alkyl hóa, vịng benzen trở nên hoạt hóa hợp chất di- , tri- dễ dàng hình thành c Xúc tác Zeolit, propylen hấp phụ proton hóa tâm axit Bronsted bề mặt xúc tác để tạo thành cacbocation sau : ZeolOH+ + CH3CH=CH2  CH3CH+CH3 + ZeolO- Cacbocation cơng vịng benzen tạo cumen trả lại proton CH(CH3)2 CH3CH+CH3 + ZeolO-   ZeolO-H+ I.4 Xúc tác cho phản ứng [12] Cũng giống q trình alkyl hóa khác xúc tác sử dụng để xúc tác cho trình alkyl hóa benzen thành cumen propylen có chất axit pg 13 Đầu tiên xúc tác sử dụng xúc tác pha lỏng HCl, H2SO4, H3PO4đ, HF, AlCl3, Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, chất xúc tác dùng thường Zeolit với loại khác chủ yếu loại sau : β-Zeolit, Zeolit Y, ZSM-12, MCM-22 Mordenit Zeolit với tính chất ưu việt thể rắn, bền với nhiệt, có bề mặt riêng lớn, độ chọn lọc cao yêu tố giúp nâng cao hiệu q trình Ngồi cịn có độ bền hóa lý cao, dễ tái sinh mát nên ngày ưa chuộng Yếu tố định xúc tác bề mặt riêng, đường kính lỗ xốp độ bền hóa lý Ngồi cịn phụ thuộc vào cách xử lý chế tạo xúc tác mà hãng có quy trình riêng I.5 Các phương pháp sản xuất: I.5.1 Công nghệ SPA [13] Trong năm 1995, 80% cumen giới sản xuất công nghệ axit rắn SPA hãng UOP Hình Sơ đồ cơng nghệ SPA sản xuất cumen hãng UOP Hỗn hợp propylen-propan pha lỏng trộn với dòng benzen dịng benzen tuần hồn thêm khoảng 500ppm nước với mục đích trì hoạt động xúc tác Hỗn hợp gia nhiệt đến khoảng 180-200oC đưa vào thiết bị phản ứng áp suất khoảng 550 psig Mỗi thiết bị phản ứng chia làm 3-4 ngăn đựng xúc tác, thiết bị vận hành chế độ đoạn nhiệt, phần nhiệt phản ứng tách nhờ vào bay propane Ban đầu, tỷ lệ benzen/propylen nguyên liệu vào khoảng 8:1 Về sau, nhờ cải tiến kỹ pg 14 thuật nạp liệu nên tỷ lệ giảm xuống cịn 5:1, kỹ thuật chia dịng propylen thành nhiều dòng nhỏ đưa vào xen kẽ ngăn đựng xúc tác Dòng khỏi thiết bị phản ứng đưa sang thiết bị tách propan loại chưng cất để thu hồi propan đưa vào với propylen nguyên liệu dạng LPG tuần hoàn phần trở lại thiết bị phản ứng nhằm mục đích thu hồi benzen chưa phản ứng gia nhiệt sơ cho dòng benzen nguyên liệu Lượng benzen chưa phản ứng thu hồi chủ yếu tháp tuần hồn(recycle columnRC) Các hợp chất C6 khơng thơm có lẫn benzen nguyên liệu tạo thành từ phản ứng oligome hóa propylen tách tháp nhờ q trình làm Dịng sản phẩm đáy tháp tuần hoàn(RC) đưa qua phận xử lí sét(clay treater-CT) để loại bỏ sản phẩm q trình oligome hóa cách chuyển hóa chúng thành sản phẩm nặng để dễ dàng tách cách chưng cất cách dễ dàng Dòng đáy tháp cumen gồm sản phẩm nặng như: PIPB,hexylbenzen, hợp chất không thơm nặng hợp chất diphenyl Dịng sản phẩm có số octan cao nên thường dùng cho xăng pha trộn Các nhà sản xuất nỗ lực để thu hồi lượng PIPB để chuyển hóa chúng trở lại thành cumen, nhiên, q trình thương mại hóa khơng thành cơng dòng chứa nhiều tạp chất nặng, cụ thể như:hexylbenzen, hợp chất có nhiệt độ sơi gần với PIPB Mặc dù cơng nghệ có hiệu suất thấp thu sản phẩm chấp nhận rộng rãi địi hỏi vốn đầu tư nhỏ, nguồn nguyên liệu linh hoạt, không yêu cầu cao độ tinh khiết nguyên liệu Các ưu điểm nguyên nhân để phân xưởng sản xuất cumen trở thành phần nhà máy lọc dầu I.5.2 Công nghệ sử dụng AlCl3 [14] Cơng nghệ cho phép chuyển hóa PIPB thành cumen phản ứng chuyển hóa alkyl với benzen,do nên công nghệ cho hiệu suất cao công nghệ SPA Trong công nghệ này, phản ứng alkyl hóa tiến hành nhiệt độ thấp, 100oC áp suất thấp Propylen nguyên liệu phải có độ tính 95%, benzen nguyên liệu phải tách nước để trì hoạt tính xúc tác đồng thời tránh ăn mòn thiết bị Phân đoạn phản ứng đỏi hỏi chi phí cao u cầu cao vật liệu chống ăn mòn, dòng phản ứng phải tách hoàn toàn xúc tác AlCl3 trước vào phân đoạn chưng cất phân tách sản phẩm Vấn đề thải xúc tác qua sử dụng có tác động lớn đến mơi trường Khả chuyển hóa alkyl PIPB để tạo cumen cho phép công nghệ tiến hành với tỷ lệ pg 15 benzen/propylen thấp, vào khoảng 2:1, nhờ nên tháp thu hồi benzen có kích thước bé Tháp tách cumen tương tự cơng nghệ SPA Ở có thêm thiết bị thu hồi PIPB thiết bị chuyển hóa alkyl từ cặn Cơng nghệ phát triển hãng Kellogg dựa công nghệ phát triển Monsanto Hình Cơng nghệ sản xuất cumen sử dụng xúc tác AlCl3 I.5.3 Công nghệ Mobil/ Badger [15] Công nghệ dựa loại xúc tác MCM-22 hãng Exxon Mobil phát triển đồng thời hãng ExxonMobil Washington Group Công nghệ gồm thiết bị phản ứng alkyl hóa tầng cố định, thiết bị phản ứng chuyển hóa alkyl tầng cố định phân đoạn chưng cất thu sản phẩm Propylen trộn lẫn với benzen trước nạp vào thiết bị phản ứng alkyl hóa, đó, propylen phản ứng hồn tồn pha lỏng Dịng sản phẩm thiết bị đưa sang thiết bị depropan để thu hồi propan khơng phản ứng dạng LPG Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất cumen Mobil/ Badger pg 16 Dòng sản phẩm khỏi đáy tháp tách propan đưa sang tháp tuần hoàn(RC) để thu hồi tuần hồn benzen dư Dịng sản phẩm khỏi đáy tháp tách benzen đưa sang tháp tách cumen(CC) để tách cumen đỉnh tháp Dòng sản phẩm sẻ đưa sang tháp PC để thu hồi polyisopropylen (PIPB) đưa đến thiết bị chuyển hóa alkyl Ở đây, PIPB phản ứng với benzen để tạo cumen bổ sung Dòng sản phẩm khỏi thiết bị chuyển hóa alkyl với dịng từ đáy tháp tách propan đưa sang tháp tuần hồn để thu hồi benzen dư Đặc trưng công nghệ Mobil/Badger là: tỷ lệ benzen/propylen thấp, thiết bị phản ứng nhỏ đơn giản, chưng cất đơn giản, hiệu suất gần đạt hiệu suất cân bằng, nguồn nguyên liệu linh hoạt thân thiện với môi trường Những đặc trưng dẫn đến vốn đầu tư chi phí vận hành thấp sản phẩm có độ tinh khiết cao 99.97% Các nhà máy sử dụng cơng nghệ xúc tác SPA AlCl3 chuyển đổi sang công nghệ Mobil/Badger công suất tăng khoảng 30 đến 100% với vốn đầu tư nhỏ Đến năm 1999, có nhà máy vận hành với tổng công suất ước đạt 45% nhu cầu giới Có nhà máy khác thiết kế xây dựng với công suất ước tính đáp ứng 20% nhu cầu cumen giới Bảng Chi phí để sản xuất cumen Mobil/ Badger Yếu tố Tiêu thụ ( ) Chi phí chuẩn $ Benzen Propylen 95% Nhiệt điện Xúc tác hóa chất 0.651 0.351 1600MJ 226 167 Chi phí sản xuất % 53 39 1 I.5.4 Công nghệ Q-Max [16] Công nghệ Q-Max sản xuất cumen chất lượng cao phản ứng alkyl hóa benzen propylen(với cấp độ tinh khiết khác nhau) xúc tác zeolit Công nghệ mơ tả sau: Benzen alkyl hóa tạo cumen xúc tác zeolit thiết bị phản ứng tầng cố định pha lỏng Benzen kết hợp với lượng benzen tuần hoàn đưa vào thiết bị alkyl hóa Dịng benzen qua ngăn xúc tác dòng propylen nạp phân phối vào ngăn chứa xúc tác Nhiệt phản ứng tách dòng nguyên liệu lạnh nạp vào ngăn pg 17 Trong phân đoạn chưng cất, benzen chưa phản ứng thu hồi từ đỉnh tháp tách benzen sản phẩm cumen lấy đỉnh tháp cumen Các chất polyisopropylbenzen(PIPB) thu hồi đỉnh tháp tách PIPB tuần hoàn trở lại thiết bị chuyển hóa alkyl,ở đây,các PIPB chuyển hóa alkyl với benzen loại xúc tác zeolit thứ hai để tạo sản phẩm cumen bổ sung Một lượng nhỏ sản phẩm phụ nặng thu hồi từ đáy tháp tách PIPB dùng cho loại dầu nhiên liệu pha trộn Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất cumen theo Q-max Nếu trường hợp propylen nguyên liệu lấy từ nhà máy lọc dầu dây chuyền công nghệ bổ sung thêm tháp tách propan để thu hồi propan (như sơ đồ công nghệ trên) Sản phẩm cumen thu từ công nghệ có độ tinh khiết cao(99.96-99.97% theo khối lượng), hiệu suất tạo cumen đạt 99.7% cao Xúc tác zeolit dùng cơng nghệ khơng có tính ăn mịn vật liệu cho phép cơng nghệ vận hành điều kiện mềm, vậy, thiết bị dây chuyền cơng nghệ làm từ thép carbon thường Thời gian sống xúc tác kéo dài năm lâu Các nhà máy sử dụng cơng nghệ SPA AlCl3 chuyển sang công nghệ Q-Max tăng suất nhà máy Hiện nay,có khoảng 14 nhà máy sử dụng công nghệ Q-Max với tổng suất đạt 4.1 triệu cumen/năm I.5.5 Công nghệ CDTech [17] Công nghệ CDTech công nghệ tiên tiến để sản xuất cumen có độ tinh khiết cao từ propylen benzen sử dụng kỹ thuật chưng cất xúc tác pg 18 Tháp CD kết hợp phản ứng chưng cất tháp Phản ứng alkyl hóa tiến hành đẳng nhiệt nhiệt độ thấp Nhờ kết hợp q trình chưng cất phản ứng nên cơng nghệ xúc tiến trình tách sản phẩm phản ứng khỏi vùng phản ứng Những yếu tố hạn chế phản ứng phụ tạo tạp chất nâng cao độ tinh khiết sản phẩm cumen hiệu suất trình Quá trình vận hành nhiệt độ thấp làm giảm vốn đầu tư,đảm bảo an toàn giảm lượng chất thải Trong hỗn hợp pha hệ thống chưng cất xúc tác(CD), nồng độ propylen pha lỏng giữ mức thấp(