Bài giảng chế biến khí : QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA part 3 potx

• VVH ≈ 2 • Thu hồi nhiệt tỏa ra để sản xuất hơi nước áp suất thấp nhằm giảm nhiệt độ phản ứng, giúp cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận * Sơ đồ công nghệ: Hình 2 Hình 2: Quá trình alkyl hóa sản xuất Etylbenzen với pha lỏng đồng thể a. tháp khử nước - b. Thiết bị phản 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 - i. Thiết bị tạo hơi áp suất thấp * Thuyết minh: Benzen được làm khô ở tháp tách nước (a) rồi đưa qua hệ thống làm sạch khí thải (f), sau đó trộn với dòng xúc tác và etylbenzen hồi lưu đến từ thùng chứa xúc tác (c) cùng vào thiết bị phản ứng alkyl hóa (b). Etylen và chất kích động được đưa vào thiết bị phản ứng từ dưới lên qua bộ phận phân phối. Dòng lỏng đi ra khỏi thiết bị phản ứng được trộn với dòng poly alkylbenzen hồi lưu đi vào thiết bị chuyển vị alkyl (d). So với công nghệ trước đây, ở công nghệ này poly C 2 H 5 Cl trong C 6 H 6 C 2 H 4 C 6 H 6 hồi lưu C 6 H 6 N 2 h h g a b f c d e h AlCl 3 H 2 O i EB hồi lưu Khí thải NH 3 EB thô đi làm tinh muối thải Poly etylbenzen hồi lưu alkylbenzen không được hồi lưu trực tiếp về thiết bị phản ứng do sự hồi lưu với một lượng lớn với nồng độ xúc tác thấp sẽ làm ngừng phản ứng alkyl hóa. Người ta sử dụng một thiết bị chuyển vị alkyl riêng (d), trong thiết bị này nhiệt độ cũng thấp hơn nhiều so với thiết bị alkyl hóa (b) để quá trình thu etylbenzen đạt năng suất cao hơn. Sau khi ra khỏi thiết bị chuyển vị alkyl (d), dòng được đưa đến một tháp tách, tại đây khí đi ra ở đỉnh còn dòng lỏng được làm lạnh và đưa vào thùng lắng (g). Tại (g) pha nặng lắng ra khỏi pha lỏng được tách ra một phần hồi lưu lại quá trình , còn phần lỏng nhẹ được đưa qua hệ thống các cột phân tách làm sạch (h). Đối với quá trình đồng thể, tất cả xúc tác đều vẫn còn trong dung dịch, sản phẩm được rửa bằng nước và amoniac. Dòng alkylat thô tiếp tục đưa qua bộ phận tinh chế để thu etylbenzen tinh khiết. Quá trình tinh chế thu etylbenzen tinh khiết được thực hiện trong 3 cột chưng tách: • Benzen không phản ứng được thu hồi ở đỉnh cột chưng cất đầu tiên, dòng đáy cột 1 được đưa qua cột chưng cất 2. • Ơ cột 2, etylbenzen được chưng tách ra khỏi phần poly alkylbenzen nặng hơn, đáy cột 2 được đưa qua cột cuối cùng. Ơ đỉnh cột 2 thu được etylbenzen với độ tinh khiết lớn hơn 99% (có thể đạt 99,8%) • Tại cột 3, chưng cất poly alkyl bằng stripping và cho hồi lưu về đầu quá trình, những hợp chất cặn hay dầu chứa chủ yếu là các hợp chất thơm đa vòng được sử dụng làm nhiên liệu. b. Quá trình pha hơi Công nghệ alkyl hóa trong pha khí được thực hiện từ đầu những năm 1930 nhưng vào thời gian này công nghệ alkyl hóa trong pha khí không thể cạnh tranh nổi với công nghệ alkyl hóa trên xúc tác AlCl 3 trong pha lỏng. * Năm 1960 có qui trình Alkar được phát triển bởi UOP dựa trên xúc tác BF 3 : Ưu điểm: + sử dụng nguyên liệu có ít etylen (8÷10 %mol), có thể sử dụng dòng khí từ lò cốc và các sản phẩm đa dạng khác của nhà máy lọc dầu. + sản phẩm có độ tinh khiết cao Nhược điểm: một lượng rất nhỏ nước (>1 mg/kg) sẽ làm thuỷ phân xúc tác BF 3 gây ăn mòn thiết bị, do đó cần loại bỏ nước cũng như các hợp chất chứa S, O trong nguyên liệu trước khi đưa vào qui trình. Điều kiện vận hành: + nguyên liệu: benzen khô, etylen và BF 3 + áp suất cao: 25 ÷ 35 bars + nhiệt độ thiết bị phản ứng thấp : 100 ÷ 150 o C + β etylen/benzen = 0,15 ÷ 0,2 + nhiệt độ thiết bị chuyển vị alkyl = 180 ÷ 230 o C Kết quả thu etylbenzen có nồng độ 99,9%. * Năm 1970, công nghệ của Mobil - Badger xuất hiện và được công nhận là công nghệ alkyl hóa trong pha hơi thành công nhất với xúc tác zeolit tổng hợp ZSM-5. Ưu điểm: + hệ xúc tác dị thể nhiều thuận lợi + sản phẩm có độ tinh khiết cao Nhược điểm: quá trình cho hiệu quả kinh tế không cao bằng công nghệ alkyl hóa trong pha lỏng. Điều kiện vận hành: + nguyên liệu ít etylen: 15% + xúc tác ZSM-5 hoạt tính cao + áp suất = 20 ÷ 30 bars + nhiệt độ = 400 ÷ 450 o C + có 2 thiết bị phản ứng hoạt động thay phiên: 1 thiết bị hoạt động và 1 thiết bị tái sinh xúc tác giúp quá trình hoạt động liên tục c. Công nghệ sản xuất etylbenzen mới hiện nay: Hiện nay công nghệ xúc tác zeolit, pha lỏng, tầng xúc tác cố định của Lummus/UOP là công nghệ sản xuất etylbenzen hiện đại nhất có nhiều ưu điểm. Công nghệ của qui trình cũng dựa trên qui trình alkyl hóa trong pha lỏng cơ bản nêu trên, điểm đáng chú ý là xúc tác sử dụng là xúc tác zeolit không ăn mòn và không độc hại, có thể tái sinh ngay trong thiết bị phản ứng hay đem đi tái sinh ở một cơ sở khác; vì vậy sơ đồ này không cần hệ thống rửa và trung hòa sản phẩm. Ưu điểm: + đáp ứng yêu cầu về sản lượng dễ dàng + độ tinh khiết sản phẩm cao > 99% (m); sản phẩm phụ xylen rất ít, tránh được sự khó khăn trong việc phân tách tốn nhiều kinh phí, thích hợp dùng làm nguyên liệu sản xuất Styren. + tiêu thụ nguyên liệu ít + chi phí đầu tư thấp + vận hành an toàn, dễ dàng + hiệu suất 99,5% Sơ đồ công nghệ: hình 3 Etylen, benzen mới và benzen hồi lưu từ đỉnh tháp tách benzen (3) được đưa vào thiết bị phản ứng alkyl hóa (1) với xúc tác zeolit, phản ứng xảy ra tạo thành hỗn hợp alkylat. Dòng sản phẩm được đưa qua tháp tách benzen dư và poly etylbenzen (3), một phần cho hồi lưu về thiết bị chuyển vị alkyl (2) tạo etylbenzen bổ sung, một phần được đưa về đầu quá trình (1). Tại tháp tách (3), phần đáy gồm etylbenzen, poly etylbenzen và sản phẩm nặng được đưa qua tháp phân tách (4), ở đỉnh tháp (4) thu etylbenzen, phần đáy (4) đưa qua tháp tách (5) thu poly etylbenzen ở đỉnh cho hồi lưu về thiết bị chuyển vị (2), đáy tháp (5) thu sản phẩm nặng làm nhiên liệu đốt. C 6 H 6 hồi lưu C 6 H 6 C 2 H 4 1 2 3 4 5 Phần nặng Etylbenzen Hình 3: Công nghệ xúc tác pha lỏng, zeolit, tầng xúc tác cố định Lummus/UOP 1. Thiết bị phản ứng alkyl hóa - 2. Thiết bị chuyển vị alkyl - 3. Tháp tách benzen 4. Tháp tách Etylbenzen - 5. Tháp tách poly etylbenzen 2.2. Tổng hợp isopropylbenzen Isopropylbenzen C 6 H 5 -CH(CH 3 ) 2 còn có tên gọi khác là Cumol, ở điều kiện thường tồn tại ở dạng lỏng có t s = 152,5 o C. Ưng dụng: + từ isopropylbenzen sẽ thu được một monome quan trọng trong lĩnh vực cao su tổng hợp là α-metylstyren C 6 H 5 -C(CH 3 )=CH 2 + từ isopropylbenzen tổng hợp isopropylphenyl hydroperoxyt (còn gọi là hydroperoxyt cumol) C 6 H 5 -C(CH 3 ) 2 -OOH và từ đây tổng hợp phenol và aceton. Sản xuất : iso propylbenzen có thể được sản xuất tương tự như etylbenzen II. Alkyl hóa parafin CH 3 - CH - CH 3 + O 2 OOH CH 3 - C - CH 3 + H + OH + CH 3 - CO - CH 3 . công ngh : Hình 2 Hình 2: Quá trình alkyl hóa sản xuất Etylbenzen với pha lỏng đồng thể a. tháp khử nước - b. Thiết bị phản ứng alkyl hóa - c. Thùng chuẩn bị xúc tác d. Thiết bị chuyển vị alkyl. những năm 1 930 nhưng vào thời gian này công nghệ alkyl hóa trong pha khí không thể cạnh tranh nổi với công nghệ alkyl hóa trên xúc tác AlCl 3 trong pha lỏng. * Năm 1960 có qui trình Alkar. có thể được sản xuất tương tự như etylbenzen II. Alkyl hóa parafin CH 3 - CH - CH 3 + O 2 OOH CH 3 - C - CH 3 + H + OH + CH 3 - CO - CH 3