báo cáo quá trình hydrodealkyl hóa toluen thành benzen

Mục lục Mở đầu 3 Phần I: Tìm hiểu về nguồn nguyên liệu và sản phẩm. 4 1. Nguyên liệu toluene 4 1.1 Tính chất vật lý 4 1.2 Tính chất hóa học 4 1.3 Ứng dụng toluene 5 1.4 Nguồn nguyên liệu toluene 5 2. Nguyên liệu hydro 6 2.1 Tính chất vật lý 6 2.2 Tính chất hóa học 6 2.3 Ứng dụng hydro 6 2.4 Nguồn nguyên liệu hydro 6 3. Sản phẩm benzene 6 3.1 Tính chất vật lý 7 3.2 Tính chất hóa học 7 3.3 Ứng dụng của benzene 8 3.4 Độc tính của benzene và cách khắc phục 10 Phần II: Trình bày về quá trình hydrodealkyl hóa 12 1. Tìm hiểu chung 12 1.1 Giới thiệu quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene 12 1.2 Các phản ứng xảy ra 12 1.3 Điều kiện phản ứng 13 2. Phân loại phản ứng hydrodealkyl hóa 14 3. Quá trình hydrodealkyl hóa xúc tác 14 3.1 Một số hãng sử dụng công nghệ hydrodealkyl hóa xúc tác 15 3.2 Một số loại xúc tác 15 3.3 Giới thiệu về xúc tác Ni/Al 2 O 3 và Ni-Mo/Al 2 O 3 đối với quá trình HDA 15 3.4 Giới thiệu về công nghệ detol, litol và pyrotol của Lummus 18 1 4. Quá trình hydrodealkyl hóa nhiệt 21 4.1 Giới thiệu về một số hãng sử dụng quá trình hydrodealkyl hóa nhiệt 21 4.2 Giới thiệu về quá trình hydrodealkyl hóa của UOP 22 5. Mô phỏng bằng hysys 25 5.1 Thông số của quá trình 25 5.2 Các thiết bị trong mô phỏng 26 5.3 Quá trình mô phỏng bằng công cụ hysys 26 5.4 Nhận xét 33 Phần III: Kết luận 34 Phần IV: Tài liệu tham khảo 35 Mở đầu Benzene được nhà vật lý người Anh M.Faraday phát hiện vào năm 1825 và từ đó đến này benzene đã được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong các ngành công nghiệp hóa chất. Từ trước năm 1940 thì nguồn cung cấp benzene và các sản phẩm thế benzene khác chủ yếu là đi từ than đá, các hydrocacbon thơm hình thành thực chất là sản phẩm phụ của quá trình cốc hóa than ở nhiệt độ cao. 2 Ngày nay trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzene, toluene và các xylem chủ yếu là sản phẩm của quá trinh reforming xúc tác naphtha, phần lỏng của quá trình cracking hơi nước, chuyển hóa các hợp chất thơm và một phần nhỏ của quá trình cốc hóa. Mục đích của quá trình chuyển hóa các hợp chất thơm là biến đổi các hợp chất có ít ứng dụng thành các hợp chất có nhiều ứng dụng hơn. Một trong số đó là quá trình hydrodealkyl hóa. Ở đây giới thiệu về quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene do benzene có nhiều ứng dụng cũng như giá thành cao hơn so với toluene. Phần I : Tìm hiểu về nguồn nguyên liệu và sản phẩm. 1. Nguyên liệu toluene 1.1 Tính chất vật lý Toluene là chất lỏng linh động không màu có mùi thơm đặc trưng giống benzene. Toluene rất dễ bắt cháy và cháy thành ngọn lửa có muội. Nó có khả năng hòa tan trong benzene, etanol, các xeton và phần lớn các dung môi hữu cơ nhưng tan ít trong nước. Bảng 1. Các thông số vật lý của benzene và toluene . Thông số Toluene Benzene 3 Khối lượng phân tử (dvC) 92.13 78.11 Tỷ trọng ở 20 o C 0.867 0.879 Nhiệt độ nóng chảy ( o C) -94.99 5.53 Nhiệt độ sôi ( o C) 110.6 80.1 Giới hạn nổ trong không khí (% thể tích) Dưới Trên 1.3 6.8 1.4 7.1 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín ( o C) 4.4 -11.1 Tỷ trọng hơi ( khôngkhí = 1) 3.14 2.77 Giới hạn tiếp xúc (ppm; giờ) 50; 8 5; 8 1.2 Tính chất hóa học Cấu tạo của toluene là C 6 H 5 -CH 3 gồm vòng thơm và nhóm alkyl nên nó mang tính chất của cả vòng thơm và của nhóm alkyl. • Phản ứng của vòng thơm CH 3 là nhóm thế loại 1 chính vì vậy khi liên kết với một nhóm thế thứ 2 toluene có xu hướng liên kết vào vị trí octo và para. • Phản ứng của nhóm CH 3 o Phản ứng tạo benzene C 6 H 5 -CH 3 + H 2 → C 6 H 6 + CH 4 o Phản ứng phân bố lại toluene có mặt xúc tác rắn (zeolit, xúc tác lưỡng chức…) 2 C 6 H 5 -CH 3 ↔ C 6 H 6 + CH 3 -C 6 H 4 -CH 3 o Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn bằng oxi không khí thu được benzaldehit hoặc axit benzoic với điều kiện xúc tác nhiệt độ thích hợp. C 6 H 5 -CH 3 + O 2 → C 6 H 5 COOH 1.3 Ứng dụng của toluene. • Toluene chủ yếu được dùng làm dung môi hòa tan nhiều loại vật liệu như sơn, các loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, chất hóa học, cao su, chất kết dính … 4 • Trong ngành hóa sinh, người ta dùng toluene để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu. • Ngoài ra toluene còn “nổi tiếng”vì dùng để điều chế TNT( tri nitro toluene) • Toluene là chất độc nếu tiếp xúc thời gian dài có thể gây bệnh ung thư. 1.4 Nguồn nguyên liệu toluene Toluene thu được từ quá trình reforming xúc tác naphtha, xăng nhiệt phân… 2. Nguyên liệu hydro. 2.1 Tính chất vật lý. Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H 2 không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20.27K (-252.87 o C) và nhiệt độ nóng chảy 14.02 K (-259.14 o C). 2.2 Tính chất hóa học. • Hydro là nguyên tố có hóa trị 1. • Hydro có phản ứng cháy mãnh liệt với oxy. • Hydro có tính khử, làm no hóa các hợp chất chưa no. 2.3 Ứng dụng của hydro 5 • Trong công nghiệp, hydro nhằm tạo ra NH 3 để sản xuất ure 2 NH 3 + CO → CO(NH 2 ) 2 + H 2 • Tinh chế dầu mỏ ( loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh, olefin ) • Điều chế HCl, CH 3 OH… 2.4 Nguồn nguyên liệu • Hydro được sản xuất từ quá trình reforming xúc tác, hay từ khí tổng hợp • Đối với quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene ,ngoài việc cung cấp hydro cho quá trình còn có dòng hydro được tuần hoàn lại làm nguyên liệu cho quá trình. 3. Sản phẩm benzene. 3.1 Tính chất vật lý. Benzene là chất lỏng không màu có mùi thơm đắc trưng. Vào màu dông, benzene đóng rắn thành khối tinh thể màu trắng. Benzene là hợp chất dể bắt cháy và cháy thành ngọn lửa có muội. Hơi benzene tạo hỗn hợp nổ với không khí trong khoảng nồng độ rộng. Benzene có khả năng hòa tan trong rượu etylic nhưng không tan trong nước. Các thông số của benzene xem trong bảng 1 3.2 Tính chất hóa học. Bảng 2. Dạng định hướng của đồng phân benzene 6 Dạng định hướng đồng phân Mứ c độ Nhó m thế tiêu biểu Mức hoạt hoá Hoạt hoá/ Phản hoạt hoá Định hướng ortho, para mạn h -OH, -NH 2 Mạn h Hoạt hoá trun g bìn h - OC H 3 Trun g bình yếu -CH 3 Yếu -X (halo gen) Yếu Phản hoạt hoá Định hướng meta yếu - CH= CH 2 trun g bìn h - CO OH Trun g bình mạn h - NO 2 , -SO 3 H Mạn h 7 • Benzene là hydrocacbon dạng mạch vòng công thức cấu tạo là C n H 2n-6 . Benzene “ dễ thế, khó cộng”. • Phản ứng cộng Benzene trong điều kiện xúc tác Niken, nhiệt độ cao cộng với khí hydro thành xyclohexan C 6 H 6 + H 2 → C 6 H 12 • Phản ứng Friedel- Crafts Khi có axit Lewis benzene phản ứng với metylclorua tạo toluene C 6 H 6 + CH 3 Cl → C 7 H 8 + HCl • Phản ứng thế electrophyl S E Nguyên tử hydro trong benzene dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác, bằng các nhóm sunfo, amino, nitro… C 6 H 6 + HNO 3 → C 6 H 5 - NO 2 + H 2 O C 6 H 6 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 - SO 3 H + H 2 O 3.3 Ứng dụng của benzene 8 Hình 1. Ứng dụng của benzene • Benzene có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, nó là nguyên liệu để sản xuất phẩm nhuộm, chất dẻo… • Benzene được dùng làm tơ nhân tạo, nilon, làm dung môi • Nguyên liệu để tổng hợp các chất khác. Một số hình ảnh về sản phẩm ứng dụng của benzene 9 Hình 2. Sản phẩm nylon 6 từ nguồn nguyên liệu benzene Hình 3. Sản phẩm từ nguồn polystyrene 3.4 Độc tính của benzene và cách khắc phục. 10 [...]... quá trình Quá trình Detol Chuyển hóa các alkyl aromatic trong khoảng từ C7C10 Thường chuyển hóa C9- C10 thành hợp chất thơm C8 Chủ yếu là quá trình hydrodealkyl hóa Quá trình Litol Chuyển hóa các sản phẩm phụ từ C6- C9 từ than luyện cốc Chủ yếu là quá trình desunfua hóa và một phần nhỏ của quá trình hydrodealkyl hóa và hydrocracking của các hợp chất không thơm Quá trình Pyrotol Chuyển hóa các hợp chất... với benzene cần phải có đồ bảo hộ • Trong quá trình vận chuyển cần chú ý tránh di chuyển quá nhanh mạnh, luôn theo dõi nhiệt độ trong quá trình di chuyển Việc vận chuyển benzene cần hoàn tất trong ngày • Cần có hệ thông cứu hỏa cũng như báo cháy và các thiết bị hỗ trợ khác 11 Phần II : Trình bày về quá trình hydrodealkyl hóa 1 Tìm hiểu chung 1.1 Giới thiệu quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene... hóa) hoặc không (phản ứng phân hủy, tạo cốc) Áp suất tối ưu cho quá trình là 5 ÷ 6 MPa 2 Phân loại phản ứng hydrodealkyl hóa Quá trình hydrodealkyl hóa có thể chia thành 2 loại: • Hydrodealkyl hóa nhiệt ( Thermal hydrodealkylation_ THDA) • Hydrodealkyl hóa xúc tác (Hydrodealkylation _ HDA) Bảng 3: so sánh giữa quá trình hydrodealkyl hóa nhiệt và xúc tác Nhiệt Xúc tác Nhiệt độ dòng vào thiết bị phản... thiệu về quá trình hydrodealkyl hóa của UOP 4.2.1 Tổ hợp sản xuất hydrocacbon thơm của UOP 22 Hình 5: Tổ hợp sản xuất hydrocacbon thơm của UOP Trong sơ đồ tổ hợp sản xuất hydrocacbon thơm của UOP ta thấy có quá trình THDA đấy chính là quá trình chuyển đổi toluene có giá trị sử dụng thấp thanh benzene có giá trị sử dụng cao hơn (quá trình hydrodealkyl hóa) và cụ thể của quá trình này được trình bày... nhiệt phân như là sản phầm phụ của quá trình sản xuất etylen So với quá trình litol thì phản ứng hydrocracking các hợp chất không thơm nhiều hơn, phản ứng desunfua hóa ít hơn còn phản ứng hydrodealkyl hóa thì tương đương nhau • Các tính năng, lợi ích và hiệu suất của các quá trình Bảng 7: Tính năng và lợi ích của các quá trình Tính năng của quá trình Lợi ích của quá trình Độ chọn lọc cao của hợp chất... phẩm benzen 31 Hình 15: Dòng sản phẩm benzene Hinh16 : Mối liên hệ giữa lưu lượng dòng toluene đầu vào và dòng benzen đầu ra Hinh17 : mối quan hệ giữa lưu lượng dòng toluene đầu vào và dòng benzen đầu ra 32 5.4 Nhận xét : Với việc sử dụng công cụ Hysys để mô phỏng quá trình ta thấy quá trình thiết kế và xây dựng sẽ đạt hiệu quả cao nhất và tối ưu hóa được quá trình Phần III: Kết luận Qua quá trình. .. cho quá trình này giảm đi 17 Xúc tác Ni/Al2O3 18 Xúc tác Ni-Mo/Al2O3 Khảo sát ở nhiệt độ từ 550- 660K, độ chọn lọc của 2 quá trình hydro hóa và hydro cracking chỉ đạt từ 0 – 20% Trong khi đó độ chọn lọc của quá trình hydrodealkyl hóa đạt từ 85- 90% khi có xúc tác 3.4 Giới thiệu về công nghệ detol, litol, pyrotol của Lummus • Giới thiệu chung về các quá trình Bảng 6: Giới thiệu chung về các quá trình Quá. .. toluene thành benzene Hydrodealkyl hóa là phản ứng cracking hydrocacbon thơm có mạch nhánh trong dòng hydro Giống như hydrocracking, phản ứng này tiêu thụ H2 và thuận lợi ở điều kiện áp suất riêng phần hydro cao Quá trình này được thiết kế để hydrodealkyl hóa các metylbenzen, etylbenzen và các alkyl benzene C9+ thành benzene Nó được xuất phát từ nhu cầu benzene trong công nghiệp tổng hợp hóa dầu lớn hơn... tách Benzen ra khỏi hỗn hợp có độ tinh khiết 99% Ngoài ra còn tách toluene còn lại ra khỏi phần nặng để tuần hoàn trộn với dòng toluene ban đầu làm nguyên liệu 5 Mô phỏng bằng hysys Mô phỏng sơ đồ nguyên lý quá trình hydrodealkyl hóa của UOP (Hình 6) bằng công cụ Hysys 5.1 Thông số của quá trình Ta có các thông số lấy từ [1-76] • • • Nhiệt độ phản ứng =620 oC Áp suất = 4.3mPa Độ chuyển hóa Toluen thành. .. thấy là việc chế tạo thiết bị phản ứng cho quá trình nhiệt với nhiệt độ phản ứng cao hơn chút it sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc chế tạo thiêt bị phản ứng có sử dụng xúc tác… Vì vậy mà ngày nay phương pháp hydrodealkyl hóa nhiệt được sử dụng phổ biến hơn 3 Quá trình hydrodealkyl hóa xúc tác 3.1 Một số hãng sử dụng công nghệ hydrodealkyl hóa xúc tác • Shell quá trình Bextol • UOP công nghệ hydeal kết . báo cháy và các thiết bị hỗ trợ khác. 11 Phần II : Trình bày về quá trình hydrodealkyl hóa 1. Tìm hiểu chung. 1.1 Giới thiệu quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene. Hydrodealkyl hóa. trong số đó là quá trình hydrodealkyl hóa. Ở đây giới thiệu về quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene do benzene có nhiều ứng dụng cũng như giá thành cao hơn so với toluene. Phần I. Giới thiệu quá trình hydrodealkyl hóa toluene thành benzene 12 1.2 Các phản ứng xảy ra 12 1.3 Điều kiện phản ứng 13 2. Phân loại phản ứng hydrodealkyl hóa 14 3. Quá trình hydrodealkyl hóa xúc tác