Trong kế hoạch xây dựng những nhà máy lọc dầu đầu tiên ở việt nam

Lời cảm ơn Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Khoa cơng nghệ hố học trường ĐHBK Hà nội, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Đặc biệt em xin bầy tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo:PGS.TS Lê Văn Hiếu thầy, mơn Hữu - Hố dầu tận tình giúp đỡ thời gian em làm đồ án tốt nghiệp môn Tuy nhiên khả thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp em không tránh khỏi thiêú sót Em mong thầy, giáo môn, hội đồng bảo vệ tốt nghiệp bạn sinh viên đóng góp ý kiến để đồ án tốt nghiệp em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên: Bộ giáo dục đào tạo Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Trường đại học bách khoa hà nội độc lập – tự – hạnh phúc Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp Họ tên sinh viên: Nguyễn Xuân Anh Khố: 43 Khoa: Cơng Nghệ Hóa Học Ngành học: Cơng Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu Đầu đề thiết kế: Thiết kế phân xưởng Isome hoá Các số liệu ban đầu: - Công suất 350.000tấn/năm Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Giới thiệu chung - Tổng quan - Tính tốn : + Tính cân vật chất + Tính cân nhiệt lượng - Thiết kế xây dựng - An toàn lao động - Tính tốn kinh tế Các loại vẽ đồ thị (ghi rõ loại vẽ kích thước vẽ): vẽ dây truyền công nghệ A0 vẽ thiết bị A vẽ mặt xây dung A0 Cán hướng dẫn Họ tên cán Phần: Công nghệ TS Lê Văn Hiếu Xây dựng TS Lê Văn Hiếu Kinh tế TS Lê Văn Hiếu Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 10/2/2003 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:…………………………………………… Ngày tháng năm 2003 Chủ nhiệm khoa Cán hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) (Ký tên ghi rõ họ tên) Kết đánh giá: Sinh viên hồn thành - Q trình thiết kế:………………… (và nộp toàn thiết kế cho khoa) - Điểm duyệt:……………………… Ngày … tháng … năm 2003 - Bản vẽ thiết kế:…………………… Mở đầu I Giới thiệu Q trình iSome hố Q trình isome hố n-parafin dùng để nâng cao trị số octan phân đoạn pentan-hexan phần xăng sôi đến 700C, đồng thời cho phép nhận izo-parafin riêng biệt isopentan isobutan từ nguyên liệu cho trình tổng hợp cao su isopren, isobutan nguồn nguyên liệu tốt cho q trình alkyl hố, để nhận izobuten cho q tổng hợp MTBE Như nêu trên, công nghiệp chế biến dầu dùng hai trình chủ đạo để nhận xăng có trị số octan cao q trình reforming xúc tác cracking xúc tác Nhưng nhu cầu xăng chất lượng cao ngày tăng, phần C5 - C6 cơng nghiệp chế biến dầu ngày có số lượng lớn mà lại khơng thể đạt trị số octan cao áp dụng trình Trước phân đoạn dùng để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất bão hoà xăng thành phần cất, cịn trị số octan phần khơng đủ cao Các số liệu trích dẫn bảng sau cho thấy rõ điều Bảng 1.Trị số octan điểm sôi hydrocacbon C5, C10 Cấu tử Điểm sôi RON MON C5: n-pentan 36 61.7 61.9 2-metylbutan (izopentan) 28 92 90.3 C6: n-hexan 66.75 24.8 26 2-metylpentan (izohexan) 60.3 73.4 73.4 3-metylpentan 63.25 74.5 74.3 2.2-dimetylbutan (neohexan) 49.73 94.5 93.5 58 10.3 94 2.3-dimetylbutan Các số liệu bảng cho thấy, thích hợp cho q trình nhận xăng chất lượng cao phân đoạn n-C 5-C6 nhận khu liên hợp lọc hoá dầu cần phải cho q trình isome hố Cơng nghệ chế biến dầu mỏ đời vào năm 1859, giới khai thác chế biến số lượng dầu khổng lồ, với tốc độ tăng trưởng hàng thập niên nhanh chóng (tăng gấp đơi khoảng 10 năm năm 1980) Ngành công nghiệp dầu tăng trưởng nhanh trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn kỷ 20 Đặc biệt sau Đại chiến Thế giới II, cơng nghiệp dầu khí phát triển 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 hoá 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 trị vơ quan trọng đời sống Trong chiến tranh giới thứ hai, yêu cầu xăng máy bay tăng lên nhiều, điều thúc đẩy q trình isome hố nhằm chế biến n-butan thành izobutan để pha vào xăng Sau chiến tranh, người ta lại ý đến trình từ năm 1950 trở lại Một mặt phải nâng cao chất lượng xăng ôtô xăng máy bay Mặt khác người ta cần nhận izopentan để sản xuất cao su nhân tạo Xăng loại tốt bao gồm hỗn hợp hydrocacbon thơm reforming xúc tác phân đoạn sơi thấp có đủ độ bốc cho động xăng Các cấu tử nhẹ hỗn hợp cần có trị số octan đủ cao để khơng gây kích nổ Phân đoạn nhẹ xăng cracking xúc tác hay nhiệt phân thoả mãn yêu cầu Trong phân xưởng hay nhà máy chế biến dầu mà dây chuyền cracking cần thiết phải có dây chuyền chế biến sử dụng izoparrafin C5 C6 Các cấu tử có trị số octan đủ cao, có độ bốc nhậy với PTE (TOC) ưu điểm so với cấu tử khác xăng chưa pha trộn Để nhận izoC5 , C6 người ta dùng q trình isome hố Ưu điểm trình là: Biến đổi hydrocacbon mạch thẳng thành cấu tử có cấu trúc nhánh cấu tử có trị số octan cao Nhờ làm nâng cao đáng kể hiệu suất chất lượng xăng Ngày nước ta ngành công nghiệp khai thác chế biến đà phát triển mà lượng condensate ngày nhiều ta cần phải thực chuyển chúng thành nhiên liệu có trị số ON cao Vì thành phần chủ yếu condensate cấu tử n-C 5C6 (nparafin) nên có trị số octan tương đối thấp ta phải thực isome hố để tăng trị số octan Chính tầm quan trọng này, cơng nghiệp chế biến dầu, q trình isome hố nhiều cơng ty lớn giới trọng nghiên cứu phát triển, cụ thể như: UOP, Shell, Bp Do vậy, với đề tài “ Thiết kế phân xưởng isome hoá ” phần giúp sinh viên hiểu vai trị q trình isome hố lọc hố dầu phát triển II Cơ sở lý thuyết q trình Isome hố II.1 Đặc trưng nhiệt động học [I,224] 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 C5: 2-metylbutan(isopentan) 2,2.dimetylpropan(neopentan) C6: 2-metyl pentan(isohexan) 3-metylpentan 2,2-dimetyl butan(neohexan) 2,3-dimetylbutan H298 Kcal/ml - 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 khơng có 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 Đồ thị sau cho thấy phụ thuộc nồng độ cân isome vào nhiệt độ phản ứng isome hoá n-pentan nhexan xây dựng từ tính tốn thực nghiệm Từ đồ thị cho thấy tăng nhiệt độ nồng độ isome giảm nồng n-parafin lại tăng, làm giảm hiệu xuất trình isome hố Dựa vào đồ thị thấy nhiệt độ t o < 200oC thiết lập hỗn hợp cân có trị số octan cao Khi isome hố n-parafin cịn 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 PH2 =2  MPa tuần hồn khí chứa hydro Động học chế phản ứng isome hoá phụ thuộc vào điều kiện tiến hành trình phụ thuộc vào xúc tác II.2 Cơ chế phản ứng isome hoá n-parafin Phản ứng isome hóa n-parafin xúc tác xảy theo hướng sau (phụ thuộc vào độ axit xúc tác).[I-246], [II-135] Trên xúc tác với độ axit mạnh chất mang Phản ứng isome hố xảy tâm axit Vai trị kim loại làm nhiệm vụ hạn chế tạo cốc ngăn ngừa trơ hoá tâm axit Khi chế phản ứng miêu tả sau: VD: n-butan: K,H CH3C+CH3  CH3CH2CH2CH3 CH3 K CH3C+CH3 + CH3 CH2 CH2 CH3  CH3CHCH3  CH3 CH3 + CH3+CHCH2CH3 K tâm axit xúc tác Với xúc tác lưỡng chức,cơ chế phản ứng sau K, +H+ Me,-H2 CH3 CH2 CH2CH3 CH3CH=CH2CH3 C H3 CH2+ CH CH3 CH3 CH2+ CH CH3 CH3C+CH3 K  CH3C=CH2 K, +H CH3 CH3C=CH2   CH3 CH3CHCH3 Me, +H2 CH3  CH3 Me tâm kim loại, K tâm axit xúc tác Giới thiệu chung xúc tác Xúc tác coi “cây đũa thần” số phản ứng hố học Chỉ cần lượng nhỏ làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng trăm, hàng nghìn lần Bản chất xúc tác chất xúc tác có tác dụng đưa hệ nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng, cách làm giảm lượng hoạt hoá phản ứng khơng ảnh hưởng đến cân hố học Một phản ứng khơng có khả xảy xúc tác vô tác dụng Chất xúc tác phần thúc đẩy phản ứng xảy theo chiều ngược lại Sau phản ứng, chất xúc tác không thay đổi thành phần hố 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 khơng 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 xúc tác đồng thể xúc tác dị thể, loại lại chia nhỏ Với xúc tác dị thể rắn-khí, đặc trưng xúc tác Oxít, đa Oxit, ngày phổ biến xúc tác kim loại chất mang Xúc tác rắn cơng nghiệp thưịng có dạng sau: - Bụi: có đường kính khoảng d = 1-150 m - Vi cầu: d = 10-150 m - Cầu lớn: d = 3-6 m - Trụ: d = 3-4,chiều cao h = 3-5 mm Xúc tác dạng cầu vỡ vụn, chúng có độ bền cao Dạng bụi dạng vi cầu dùng xúc tác giả sôi, dạng cầu lớn dùng xúc tác chuyển động, cịn dạng trụ dùng cơng nghệ xúc tác lớp tĩnh Kích thước hạt xúc tác phụ thuộc vào kiểu reactor Khi chất phản ứng khí bay có hai loại reactor sử dụng reactor lớp cố định lớp sôi 3.1 Reactor lớp 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 dịng 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 3.2 Reactor lớp sơi lớp xúc tác gồm hạt mịn dịng khí thổi từ lên qua lớp xúc tác, đạt đến tốc độ tới hạn lớp xúc tác bắt đầu “sơi” Thể tích lớp giãn đáng kể, hạt trạng thái chuyển động liên tục Lớp sơi có ưu điểm lớp cố định, chẳng hạn khả truyền nhiệt tốt nhiều, tổn thất áp suất nhỏ so với lớp cố định 3.3 Xúc tác pha lỏng Xúc tác cho q trình isome hố 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 hồn tồn 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 Ngồi xúc tác cịn sử dụng số súc tác - H3PO4 26-1350C - C6H5SOH 760C để isome hóa butene butene - H3PO4/chất mang đất nung 325-3600C để isome hoá n-anken isoaken Xúc tác axit rắn BEO: dùng để biến đổi xyclohecxane thành metylxyclohecxan 4500C Cr2O3:dùng để biến đổi heptilene 1,5 thành hecxadiene 2,4 225-250oC