Tiểu luận học phần công nghệ sản xuất các hợp chất hữu cơ Đề tài tìm hiểu các quy trình sản xuất ethylbenzen (eb)

Trong bài tiểu luận của học phần Công nghệ sản xuất các hợp chất hữu cơ, nhóm đã được phân công tìm hiểu về đề tài: “ Tìm hiểu các quy trình sản xuất Ethylbenzene” với hai nội dung chính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC HỢP

CHẤT HỮU CƠ

Đề tài: Tìm hiểu các quy trình sản xuất Ethylbenzen (EB)

Giảng viên hướng dẫn: TS Phan Thị Thùy Trang

Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Thị Thanh Hiền

Sinh viên thực hiện: Lê Nguyễn Thảo Vy - 4452050055

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mỹ Trâm - 4452050033

Sinh viên thực hiện: Trần Hiếu Minh - 4452050043

Lớp: Công nghệ kỹ thuật Hóa học K44

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Ethylbenzen còn được gọi là phenylethane hay alpha-methyl toluene là một hợp

chất hydrocacbon thơm đơn vòng có công thức phân tử là C8H10 và công thức hoá học là

C6H5CH2CH3 Ethylbenzene là nguyên liệu quan trọng trong ngành hoá dầu, nó được dùng để sản xuất styren - thành phần cơ bản trong sản xuất nhựa polystyren và nhiều polymer khác

Ethylbenzene lần đầu tiên được tổng hợp vào thế kỷ 19 thông qua phản ứng alkyl hoá giữa benzene với ethylene, đặt nền móng cho các nghiên cứu và phát triển sau này Vào năm 1930, hãng Dow Chemical của Mỹ và BASF của Đức đã lần đầu tiên sản xuất ethylbenzene trên quy mô công nghiệp Công nghiệp sản xuất ethylbenzene vẫn chưa được coi trọng cho tới chiến tranh thế giới II, nhu cầu cao về cao su tổng hợp Styren-butadien đã thúc đẩy việc cải tiến công nghệ Vào năm 1999, năng suất ethylbenzene hằng năm trên thế giới là 25.106 tấn

Trong bài tiểu luận của học phần Công nghệ sản xuất các hợp chất hữu cơ, nhóm đã được phân công tìm hiểu về đề tài:

“ Tìm hiểu các quy trình sản xuất Ethylbenzene” với hai nội dung

chính sau:

Phần I: Tổng quan về Ethylbenzene

Phần II: Các quy trình sản xuất Ethylbenzene

Trong thời gian học tập và làm tiểu luận chúng em đã tiếp thu những ý kiến đóng góp của giảng viên hướng dẫn Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài tiểu luận không thể tránh khỏi những sai sót, nhóm chúng em rất mong có sự góp ý của cô để đề tài của nhóm được hoàn thiện hơn, đồng thời cũng giúp nhóm có thêm kiến thức cho những bài tiểu luận tiếp theo

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ETHYLBENZENE

1.1 Tính chất vật lý

Ở điều kiện thường, Ethylbenzene là chất lỏng trong suốt, không màu và mùi thơm đặc trưng Ethylbenzene có kích thích lên da và mắt, độc tính vừa phải, qua con đường ăn uống, hít thở và hấp phụ qua da Dưới đây là một vài tính chất vật lý của Ethylbenzene: Khối lượng riêng ở 15C: 0.87139 g/cm3

Khối lượng riêng ở 20C: 0.867 g/cm3

Khối lượng riêng ở 25C: 0.86262 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy: -94.949 C

Nhiệt độ sôi ở 101.3 kPa: 136.2 C

Chỉ số khúc xạ ở 20C: 1.49588

Chỉ số khúc xạ ở 25C: 1.4932

Áp suất tới hạn: 3609 kPa (36.09 bar)

Nhiệt độ tới hạn: 344.02 C

Nhiệt độ chớp cháy: 15C

Giới hạn cháy dưới: 1%

Giới hạn cháy trên: 6.7%

Giới hạn nén: 0.263

1.2 Tính chất hoá học

Phản ứng quan trọng nhất của Ethylbenzene là dehydro hoá tạo thành Styren Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao 600-660C, trên xúc tác kali mang trên oxit sắt

- Phản ứng thế

- Tác dụng với Cl2 dưới tác dụng của ánh sáng

C8H10 + Cl2 → C8H9Cl + HCl

- Phản ứng oxi hoá giữa ethylbenzen với KMnO4

7C8H10 + 18KMnO4 → 8C7H5O2K + 18MnO2 + 10KOH + 10H2O

- Phản ứng cộng hydro với tác nhân xúc tác là Niken

- Tác dụng với axit

C8H10 + HNO3 → C6H3CH3CH3NO2 + H2O

1.3 Điều chế và ứng dụng

1.3.1 Điều chế

1.3.2 Ứng dụng

Ethylbenzen có nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành hoá học và công nghiệp:

- Sản xuất styren: Ethylbenzene là nguyên liệu quan trọng trong việc sản xuất styren, một hợp chất được sử dụng rộng rãi để sản xuất nhựa polystyren, cao su styren-butadien (SBR) và các sản phẩm khác

- Sản xuất polystyren: Styren được sản xuất từ ethylbenzene là thành phần cơ bản để sản xuất polystyrene - một loại nhựa cứng, trong suốt và dễ gia công PS được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như hộp đựng thực phẩm, bộ đồ chơi, vỏ điện thoại và nhiều ứng dụng khác

- Sản xuất hoá chất tổng hợp: EB là nguyên liệu trong việc sản xuất hoá chất tổng hợp như chất dẫn xuất của styren, thuốc nhuộm, chất chống cháy và dầu mỡ tổng hợp

- Chấy tạo màu: EB có thể được sử dụng để sản xuất các chất tạo màu dùng trong ngành dệt nhuộm và ngành sản xuất mực in

CHƯƠNG 2: CÁC QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHYLBENZENE

Hiện nay, hầu hết ethylbenzene sản xuất trong thương mại đều từ quá trình alkyl hoá benzene bằng ethylene Quá trình alkyl hoá này được tiến hành chủ yếu theo hai phương pháp:

2.1 Công nghệ alkyl hoá pha lỏng

Công nghệ Aluminum Chloride trong pha lỏng được thương mại hoá lần đầu tiên vào năm 1930 Những công ty phát triển công nghệ này gồm có Dow Chemical, BASF, Shell Chemical, Monsanto/Lummus, và nhiều nhà máy khác

Quá trình Alkyl hoá benzene với ethylene là quá trình toả nhiệt mạnh (H=-114 kJ/mol)

Sự có mặt AlCl3 làm phản ứng diễn ra nhanh chóng, tăng nhanh lượng ethylbenzene thu được Ngoài xúc tác AlCl3 còn thể dùng AlBr3, FeCl3, ZnCl4 và BF3 Công nghệ này sử dụng ethyl chloride hoặc hydrogen chloride làm chất trợ xúc tác, có tác dụng giảm lượng AlCl3 yêu cầu

Cần hạn chế sự có matự của H2O vì gây ăn mòn thiết bị, gây giảm hoạt tính của xúc tác axit bởi quá trình pha loãng axit

Công nghệ AlCl3 thường cũ hơn, ngày nay ít sử dụng

Hình Quá trình alkyl hoá với xúc tác pha lỏng sản xuất EB của Mosnanto

https://www.academia.edu/16406329/Cong_nghe_san_xuat_ethylbenzen_MOSANTO

a Tháp sấy benzen

b Thiết bị pahnr ứng alkyl hóa

c Thùng chuẩn bị xúc tác

d Thiết bị chuyển vị alkyl

e Thiết bị bay hơi

f Thiết bị rửa khí thải

g Thiết bị tách lắng

h Hệ thống trung hòa

Công nghệ Mosanto cải tiến ưu việt hơn so với công nghệ sử

dụngAlCl3 thông thường Nhiều nhà máy đã cải tiến với công nghệ này Ưu điểm lớn nhất là giảm lượng xúc tác AlCl3 sử dụng, vì vậy sẽ giảm giá thành xử lý xúc tác đã qua sử dụng Monsato tìm ra rằng bằng cách tăng nhiệt độ và điều chỉnh cẩn thận việc thêm ethylene, nồng độ AlCl3 yêu cầu có thể giảm tới giới hạn hòa tan Do đó loại được việc tách pha xúc tác dạng phức, đạt được hiệu suất phản ứng cao nhất Công nghệ Monsato cũng gần tương tự công nghệ truyền thống Công nghệ hoạt động với nồng độ ethylene vào thấp Nhiệt độ quá trình alkyl hóa được duy trì ở 160- 1800C Nhiệt độ vận hành cao hơn sẽ làm tăng hoạt tính xúc tác, ngoài ra nhiệt của phản ứng được dùng để sản xuất hơi áp suất thấp Khác với công nghệ truyền thống, công nghệ này thực hiện quá trình alkyl hóa và chuyển mạch alkyl trong thiết bị phản ứng đơn, hệ xúc tác đồng thể dùng trong thiết bị phản ứng chuyển mạch alkyl riêng Ở nồng độ xúc tác thấp hơn, quá trình tuần hoàn polyalkylbenzene kết thúc phản ứng alkyl hóa

Vì vậy chỉ có benzene khô, ethylene và xúc tác làm nguyên liệu cho thiết bị phản ứng alkyl hóa Polyalkylbenzene tuần hoàn sẽ được trộn với sản phẩm của thiết bị phản ứng alkyl hóa để vào thiết bị phản ứng chuyển mạch alkyl Thiết bị này vận hành ở nhiệt độ thấp hơn so với

sản phẩm phản ứng được rửa và trung hòa để loại bỏ AlCl3 Với công nghệ đồng thể, tất cả xúc tác ở dạng dung dịch Hỗn hợp sản phẩm

và xúc tác dư sau đó được làm sạch, sử dụng một loạt thiết bị tương tự công nghệ AlCl3 đã miêu tả Như những công nghệ dùng AlCl3, phần cặn hữu cơ sẽ được dùng làm nhiên liệu đốt và AlCl3 loại được dùng để bán hoặc gửi cho các nhà máy xử lý

2.2 Công nghệ pha hơi

Alkyl hóa pha hơi được thử nghiệm từ đầu những năm 1940 nhưng không thể cạnh tranh với công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác AlCl3 Sau nhiều cải tiến thì công nghệ pha hơi cho độ chọn lọc cao, độ chuyển hóa cao hơn, không gây ăn mòn thiết bị, sản phẩm alkyl hóa không cần tiếp tục xử lý lắng rượu kiềm và nước để loại bỏ vết AlCl3

hoặc BF3 ( LINK

https://www.academia.edu/16406329/Cong_nghe_san_xuat_ethylbenze n_MOSANTO)

2.3 Công nghệ pha hỗn hợp

Công nghệ sản xuất ethylbenzene trong pha hỗn hợp được đưa ra bởi CDTech, là công ty liên hợp của ABB Lummus Global và Chemical Research and Licensing Nhà máy đầu tiên ra đời vào năm 1994 và tới năm 1999 ba phân xưởng đã đi vào vận hành Đặc trưng của công nghệ này là thiết bị phản ứng alkyl hóa chứa xúc tác Zeolite Khí

ethylene và benzene lỏng vào tháp chưng Do nguyên liệu vào là

ethylene trong pha hơi, công nghệ này sử dụng ethylene loãng sản xuất từ quá trình chưng cất của cracking hơi nước ( LINK

https://www.academia.edu/16406329/Cong_nghe_san_xuat_ethylbenze n_MOSANTO)

2.4 Công nghệ

2.4.1 Công nghệ sản xuất Ethylbenzene của hãng CD Tech

( https://www.oilngasprocess.com/petrochemical/ethylbenzene-process-by-cdtech.html )

- Đặc điểm của công nghệ này là sự tiên tiến trong việc sản xuất Ethylbenzen có độ tinh khiết cao bằng cách alkyl hóa benzen với ethylene sử dụng công nghệ chưng xúc tác zeolit của CD Tech được cấp bằng sáng chế Quy trình có thể xử lý nhiều loại thành phần nguyên liệu ethylene từ 10% đến 100% ethylene, ít tạo sản phẩm phụ Đây là công nghệ duy nhất có thể xử lý nguyên liệu ethylene rất loãng trong khi vẫn sản xuất được

Ethylbenzene có độ tinh khiết cao. (

https://www.oilngasprocess.com/petrochemical/ethylbenzene-process-by-cdtech.html )

`- Nguyên lý hoạt động:

Thiết bị CD (1) nơi xảy ra quá trình alkyl hóa và chưng cất Dòng nguyên liệu gồm có: ethylene được đưa vào mạn sườn của thiết bị, sản phẩm nhẹ của thiết bị chuyển hóa alkyl (3) đưa vào cạnh sườn của thiết bị, benzen cùng dòng sản phẩm đáy của thiết bị phản ứng hoàn thiện (2) đưa vào phần trên của thiết bị Các viên xúc tác zeolit được đặt cố định bên trong phần trên của tháp và quá trình phản ứng xảy ra, ethylen và hơi benzen chưa phản ứng đi ra từ đỉnh của tháp alkyl hóa được ngưng tụ và đưa vào lò phản ứng hoàn thiện tiếp tục quá trình tuần hoàn lại đến khi sản phẩm đạt đến độ chuyển hóa Sản phẩm đã phản ứng được đưa xuống phần chưng luyện gồm các đĩa để tách các sản phẩm ra Dòng sản phẩm đáy của thiết bị (1) đưa qua cột chưng cất (4) thu hồi được Ethylbenzen ở đỉnh tháp, sản phẩm đáy của thiết bị (4) được đưa qua cột chưng cất (5) thu được ở đỉnh là polyethylbenzene thoát ra ở đỉnh tháp được thu hồi lại đưa vào thiết bị (3) và tuần hoàn lại cho dòng nguyên liệu, sản phẩm đáy thu được flux oil

2.4.2 Công nghệ sản xuất Ethylbenzene của hãng Badger

Hình Công nghệ sản xuất Ethylbenzene của hãng Badger

2.4.3 Công nghệ sản xuất Ethylbenzene của hãng Lummus Technology và UOP LLC

Hình Công nghệ sản xuất Ethylbenzene của hãng Lummus/UOP LLC

KẾT LUẬN

Qua thời gian tìm hiểu và đề tài “Các quy trình sản xuất Ethylbenzene” đã được hoàn thiện Với đề tài này, chúng em có thể rút ra được các kết quả sau đây:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry

[2]