Bài giảng chế biến khí : TỔNG HỢP TRÊN CƠ SỞ OXYT CACBON part 2 pps

Đầu thập niên 1980, việc nghiên cứu cơ chế hầu hết dựa trên cơ sở hydro hóa CO thành MeOH. Hiện nay, bản chất của các trung tâm hoạt động trong xúc tác CuO_ZnO_Al 2 O 3 vẫn còn đang là vấn đề gây nhiều tranh cãi. Có thể các tâm hoạt động trong quá trình tổng hợp MeOH áp suất thấp là các ion đồng trong pha CuO. Cơ chế của phản ứng có thể được biểu diễn như sau: Trong đó K: trung tâm hoạt động IV. CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TỔNG HỢP METHANOL Các thiết bị này tương đối đa dạng, phụ thuộc vào phương pháp giải nhiệt và tiến hành phản ứng. Có 3 dạng thiết bị phản ứng tổng hợp MeOH: Hình 1: Các dạng thiết bị phản ứng chính để tổng hợp MeOH a-Thiết bị phản ứng dạng ống; b-Thiết bị phản ứng đẳng áp; c-Thiết bị phản ứng hệ 3 pha (tổng hợp trong pha lỏng) • Thiết bị phản ứng dạng ống : đây là thiết bị thông dụng nhất, còn gọi là thiết bị đẳng nhiệt, trong ống có chứa chất xúc tác và hỗn hợp khí chuyển 6 + H 2 K C = O K + CO K CHOH K + CH 3 OH + H 2 sản phẩm H 2 O sản phẩm CO + H 2 (a) (b) CO + H 2 (c) sản phẩm CO + H 2 động tại đây được làm lạnh bằng lượng nước giữa các ống. Lượng nhiệt do nước hấp thụ sẽ được sử dụng để đốt nóng hỗn hợp khí ban đầu. Điển hình cho loại này có công nghệ của hãng Lurgi chiếm khoảng 30% tổng lượng MeOH sản xuất trên thế giới, năng suất 1200 ÷ 1500 tấn/ngày. • Thiết bị phản ứng đẳng áp : hiện nay người ta sử dụng các thiết bị đẳng áp nhiều hơn so với thiết bị đẳng nhiệt, trong đó xúc tác được sắp thành 4 lớp liên tục và khí nguyên liệu được đưa vào từng bậc. Điển hình cho loại này có công nghệ của hãng ICI (chỉ gồm một tầng xúc tác) chiếm khoảng 60% tổng lượng MeOH sản xuất trên thế giới, năng suất 3000 tấn/ngày. Ngoài ra còn có hãng Amonia - Casale với thiết bị phản ứng nhiều tầng xúc tác, năng suất 3000 tấn/ngày; hãng Topsoe, hãng Kellog với thiết bị phản ứng phân riêng nối tiếp nhau, năng suất > 3000 tấn/ngày. • Thiết bị phản ứng hệ 3 pha : thời gian gần đây xuất hiện thêm một phương pháp tiến hành phản ứng gọi là “tổng hợp hệ 3 pha”. Quá trình thực hiện trong pha lỏng của hydrocacbon (có nhiệm vụ là làm môi trường để thực hiện phản ứng, nhưng chưa được công bố rộng rãi là hydrocacbon gì). Xúc tác được phân bố trong hydrocacbon tạo ra một hệ huyền phù. Phản ứng xảy ra trong hệ huyền phù này. V. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT METHANOL 1. Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH áp suất thấp với TBPƯ nhiều bậc 7 11 13 12 10 8 7 6 5 4 3 2 1 hơi CO + H 2 rượu bậc cao MeOH khí sản phẩm bay hơi H 2 O 9 Hình 2: Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH 1- Máy nén KTH; 2- Máy nén khí tuần hoàn; 3- Thiết bị hấp phụ; 4- Thiết bị trao đổi nhiệt; 5- Thiết bị phản ứng; 6- Thiết bị tái tạo hơi; 7- Sinh hàn; 8- Thiết bị tách áp suất cao; 9,10- Tháp chưng cất; 11- Thiết bị chỉnh áp suất; 12- Thiết bị làm lạnh; 13- Thiết bị đun nóng. Hỗn hợp khí sau khi được làm sạch sẽ được nén bằng máy nén turbin (1) đến 5 ÷ 10 MPa và trộn với phần khí tuần hoàn cũng đã nén đến áp suất trên ở máy nén (2). Sau đó các khí trên được đi qua thiết bị hấp phụ (3) để tách khỏi pentacacbonyl sắt Fe(CO) 5 . Chất này được hình thành khi CO tác dụng với Fe chế tạo thiết bị phản ứng và phân rã trong thiết bị phản ứng để sinh ra sắt kích thước mịn. Sau khi qua thiết bị hấp phụ (3), hỗn hợp khí tách ra thành 2 dòng khí: một dòng được đốt nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt (4) và đưa vào TBPƯ từ phía trên, còn dòng kia đi vào TBPƯ giữa các tầng xúc tác dưới dạng khí lạnh để hiệu chỉnh nhiệt độ và đồng thời tải nhiệt. Hỗn hợp khí đi từ trên xuống qua các tầng xúc tác và ra khỏi đáy ở nhiệt độ gần bằng 300 o C. Khí ra khỏi TBPƯ cũng được chia làm 2 dòng: dòng thứ nhất quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt (4) để đốt nóng khí ban đầu, còn dòng thứ hai qua thiết bị tái tạo hơi (6), tại đây nhiệt lượng của khí sử dụng để thu nhận hơi áp suất cao. Sau đó 2 dòng khí trên hợp nhất trở lại và được làm lạnh tại sinh hàn (7), khi đó MeOH sẽ 8 được ngưng tụ và tách ra khỏi khí ở thiết bị tách (8). Khí đi ra từ phần trên của thiết bị tách (8) sẽ được đưa vào máy nén (2) và quay lại phản ứng tiếp tục. Phần lỏng ngưng tụ từ phía dưới thiết bị (8) sẽ được chỉnh lưu áp suất đến gần áp suất khí quyển và được chưng tách trong cột chưng (9) để tách MeOH khỏi các khí hòa tan cũng như các sản phẩm bốc hơi (DME), các khí này được đem đốt sau khi tách. Ơ cột chưng (10), MeOH sẽ được tiếp tục tách khỏi các phân đoạn nặng (rượu bậc cao). MeOH thành phẩm có độ tinh khiết cao (99,5%) và hiệu suất quá trình vào khoảng 95% (đã tính các mất mát có thể xảy ra). 2. Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH áp suất thấp của hãng Lurgi: Hình 3: Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH áp suất thấp của Lurgi 1. Thiết bị phản ứng dạng ống 5. Thiết bị trao đổi nhiệt 9 5 55 6 6 6 5 nước Khí nhẹ Hơi Khí hồi lưu KTH Khí sạch nước Hơi Hơi MeOH tinh khiết Nước thải 7 1 2 3 4 4 2. Thiết bị tách 6. Thiết bị làm lạnh 3. Cột tách phân đoạn nhẹ 7. Máy nén hồi lưu tuần hoàn 4. Tháp tách MeOH 3. Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH áp suất thấp của hãng ICI: Hình 4: Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH áp suất thấp của hãng ICI 1. Tháp tách MeOH sạch 5. Thiết bị phân ly 2. Tháp tách phần nặng 6. Thiết bị phản ứng 3. Thiết bị trao đổi nhiệt 7. Máy nén khí phản ứng 4. Thiết bị làm lạnhg 8. Máy nén khí tuần hoàn 10 3 2 Khí sạch MeOH tinh Khí nhẹ hơi Khí hồi lưu KTH nước phần nặng 8 6 5 4 7 1 . TBPƯ nhiều bậc 7 11 13 12 10 8 7 6 5 4 3 2 1 hơi CO + H 2 rượu bậc cao MeOH khí sản phẩm bay hơi H 2 O 9 Hình 2: Sơ đồ công nghệ tổng hợp MeOH 1- Máy nén KTH; 2- Máy nén khí tuần hoàn; 3- Thiết. bị phản ứng tổng hợp MeOH: Hình 1: Các dạng thiết bị phản ứng chính để tổng hợp MeOH a-Thiết bị phản ứng dạng ống; b-Thiết bị phản ứng đẳng áp; c-Thiết bị phản ứng hệ 3 pha (tổng hợp trong pha. quá trình tổng hợp MeOH áp suất thấp là các ion đồng trong pha CuO. Cơ chế của phản ứng có thể được biểu diễn như sau: Trong đó K: trung tâm hoạt động IV. CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TỔNG HỢP METHANOL Các