QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH VẬT LÝ - Chương 2 : ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHỆ LỌC DẦU doc

28 747 2
QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH VẬT LÝ - Chương 2 : ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHỆ LỌC DẦU doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

33 Chương : ỨNG DỤNG Q TRÌNH TRÍCH LY TRONG CƠNG NGHỆ LỌC DẦU Ngun tắc trích ly : Trích ly lỏng-lỏng kỹ thuật phân tách dựa vào độ hòa tan khác (hay gọi hịa tan có chọn lọc) cấu tử nguyên liệu lỏng đồng vào dung mơi thích hợp Ngun liệu chất lỏng chứa cấu tử cần tách Dung môi chất lỏng thứ hai có tác dụng kéo cấu tử cần tách mà chúng cấu tử dễ hịa tan vào dung mơi Như ngun liệu cịn lại cấu tử khơng thể hịa tan vào dung mơi Sau q trình trích ly, hệ tồn hai pha khơng tan lẫn Việc phân tách hai pha thực trình gạn lắng Tiếp theo q trình tách dung mơi khỏi pha chứa hay cịn gọi q trình hồn ngun dung mơi Một q trình trích ly dung mơi thường địi hỏi hai giai đoạn bổ trợ lẫn nhau: giai đoạn trích ly nói riêng giai đoạn hồn ngun tái sinh dung mơi thường q trình chưng cất Các trường hợp phải sử dụng q trình trích ly: Thơng thường phải sử dụng đến q trình trích ly q trình chưng cất khơng đảm bảo mặt kỹ thuật: - Trường hợp dung dịch đẳng phí - Trường hợp dung dịch có nhiệt độ sôi gần - Mặt khác mối liên hệ chặt chẽ độ hòa tan chất hóa học, trích ly dung mơi đặc biệt đáp ứng tốt trường hợp phân tách cấu tử theo họ hóa học độ hịa tan họ khác khác (Ví dụ khử aromatic để sản xuất dầu nhờn, sản xuất nhiên liệu; khử asphalt để sản xuất dầu DAO) Các phương thức trích ly: Q trình trích ly áp dụng theo nhiều phương thức khác nhau: - Trích ly giai đoạn, giống q trình hố chưng cất cho phép phân tách sơ bộ, đơn giản, độ tinh khiết sản phẩm khơng cao - Trích ly chéo dịng trích ly ngược dịng đơn giản thường quan tâm tiết kiệm dung môi nhiều hơn, cho pha rafinat có tiêu kỹ thuật yêu cầu có hiệu suất giới hạn - Q trình trích ly ngược dịng có hồi lưu, ngoại nội, đạt tới độ tinh khiết hiệu suất mong muốn hai pha rafinat extrait Các ứng dụng trích ly cơng nghiệp dầu khí: Trong lĩnh vực dầu mỏ, q trình trích ly áp dụng từ lâu mức độ lớn Chúng ta tìm hiểu chương ứng dụng quan trọng kỹ thuật trích ly, là: • Q trình trích ly hợp chất thơm tồn dầu sở có tính nhờn nhằm điều chế loại dầu nhờn • Quá trình khử asphalt phần cặn chưng cất chân khơng, để thu hồi triệt để loại hydrocarbon (gọi dầu DAO) mà chúng không bay tháp chưng cất chân khơng (do chúng có nhiệt độ sơi cao dầu DSV chút ít) (tiếp dầu DAO dùng để chế biến dầu nhờn phải trải qua cơng đoạn trích ly hợp chất thơm nêu trên) • Q trình trích ly hợp chất thơm BTX (Benzen, Toluen, Xylen) loại nhiên liệu trích ly Aromatic từ xăng, kerosen để đảm bảo quy định hành tương lai nhiên liệu chất đốt 34 2.1 TRÍCH LY KHỬ AROMATIC TỪ DẦU CĨ TÍNH NHỜN ĐỂ SẢN XUẤT DẦU GỐC Dầu sở loại dầu nhờn có tính nhờn dùng làm ngun liệu để sản xuất dầu gốc Các loại dầu sở là: - Phần cất distilat q trình chưng cất chân khơng, - Dầu trích từ cặn chưng cất chân không (dầu DAO-Des-Aphalt-Oil) dầu khử asphalt trích ly với dung mơi C3, C4, C5 Dầu gốc loại sản phẩm dầu nhờn nhà máy lọc dầu qua trình chế biến có đầy đủ tính chất nhớt Dầu nhờn thương phẩm loại sản phẩm dầu nhờn nhà máy phối trộn dầu nhờn Chúng phối trộn từ loại dầu gốc phụ gia theo nhu cầu thị trường, nhằm đáp ứng số tiêu chuẩn thiết yếu động Các họ hydrocarbon cấu thành loại dầu sở là: • Các hợp chất parafin (n-parafin có mạch thẳng), • Các hợp chất parafin mạch nhánh parafin có vịng naphten (i-parafin naphten vịng) loại hydrocarbon cần cho dầu thương phẩm, • Các hợp chất polynaphten (naphten đa vịng), • Các hợp chất aromatic Mối liên hệ tính chất dùng làm dầu gốc cấu trúc hydrocarbon có phân đoạn dầu sở nêu Tableau 7.1 Một đặc tính quan trọng dầu nhớt tính ổn định bị thay đổi độ nhớt nhiệt độ thay đổi Để đo đặc tính này, người ta sử dụng số độ nhớt VI, thang đo quy ước đặc trưng cho thay đổi độ nhớt động học phân đoạn dầu mỏ theo nhiệt độ Chỉ số độ nhớt VI cao, thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ nhỏ, dầu nhờn làm việc tốt Chỉ số độ nhớt VI họ hydrocarbon cấu thành phân đoạn dầu sở dùng cho trình sản xuất loại dầu gốc nhờ q trình trích ly thơng thường dung mơi là: Hydrocarbon Parafin Rafinat (dung dịch lọc tách aromatic, naphten) Dầu khử parafin Phần cất Distilat Dầu naphten Extrait (dung dịch trích chứa chủ yếu aromatic) VI 140-180 105-120 95-105 75-95 40-65 olefin>naphten>parafin * Còn họ hóa học, độ hịa tan giảm khối lượng phân tử hydrocarbon tăng lên Để so sánh hiệu dung môi khác nhau, ta đặt chúng giản đồ: độ chọn lọc-khả hịa tan, Hình 7.30, cho hệ cấu tử dung môi-benzen-hexan 25oC Trên hồnh độ, khả hịa tan dung mơi diễn tả hệ số phân bố benzen ban đầu, phần %V Trên tung độ, độ chọn lọc diễn tả tỷ lệ hệ số phân bố benzen hexan Ta thấy có phân tán rộng điểm, với khuynh hướng rõ nét tuân theo quy luật nghịch biến độ chọn lọc khả hịa tan Hai dung mơi có hài hịa tính chất DMSO sulfolan Hoặc hỗn hợp hai dung mơi, ví dụ NMP EG có tính chất trung gian cấu tử chúng nằm đường chéo tính chất Các mũi tên có giản đồ hai tiêu chuẩn dung mơi bị thay đổi: • Hoặc gia thêm nước: thêm nước vào dung mơi làm giảm khả hịa tan dung môi làm tăng độ chọn lọc dung môi, • Hoặc thay đổi nhiệt độ: tăng nhiệt độ cải thiện khả hòa tan dung 50 mơi lại làm giảm tính chọn lọc Trong q trình trích ly, nhiệt độ hàm lượng nước dung mơi hai thơng số có ảnh hưởng định giai đoạn trích ly nói riêng có ảnh hưởng quan trọng cơng đoạn hạ nguồn (hồn ngun) Vì chúng cần tối ưu hóa cho q trình Các điều kiện vận hành loại dung môi tháp trích ly giới thiệu Bảng 7.27 2.3.3.2 Các tính chất vật lý khác Theo tính chất vật lý nêu Bảng 7.26, ta nhận thấy nói chung dung mơi cần tính chất sau: Nhiệt độ kết tinh thấp để trình bảo quản chúng không bị kết tinh Đối với dung môi sulfolan, DMSO NFM có nhiệt độ kết tinh cao, địi hỏi phải có đường ống thùng chứa lưu trữ Nhiệt độ sôi cao rõ rệt nhiệt độ sôi xylen (≈140oC), chất thường bay hợp chất aromatic trích ly Nhờ vậy, q trình tái sinh dung mơi từ phần trích thực phương pháp chưng cất tự nhiên tiết kiệm Tỷ trọng gần cao 1,1, điều bảo đảm khác biệt tỷ trọng với hydrocarbon nguyên liệu (khối lượng riêng 20oC khoảng 0,660-0,880 g/cm3), tạo điều kiện tốt cho đối lưu dịng tháp trích ly q trình lắng phân riêng pha Độ nhớt cao nhiệt độ thường, đặc biệt dung môi glycol (61.9 mPa.s/20oC), nhiên luôn nhỏ 2,5 mPa.s nhiệt độ sử dụng tháp trích ly độ nhớt tạo điều kiện cho trình động học truyền khối diễn nhanh chóng 2.3.4 Sơ đồ tổng quát trình trích ly Q trình trích ly hợp chất aromatic BTX cơng nghiệp ln q trình liên tục Nó bao gồm cơng đoạn tiêu biểu mơ tả Hình 7.31 (Tuy nhiên tùy q trình, số lượng cơng đoạn thay đổi) a Trích ly thực thụ b Làm cho hợp chất aromatic c Tái sinh dung môi hay phân tách BTX/dung môi d Rửa phần lọc e Tách dung môi khỏi nước rửa f Làm dung môi g Phân đoạn hỗn hợp BTX thành cấu tử tinh khiết 2.3.4.1 Cơng đoạn trích ly thực thụ Có chức nâng cao hiệu suất tách hợp chất aromatic khỏi nguyên liệu, nghĩa cung cấp pha lọc gần khơng có aromatic Đó q trình trích ly ngược dòng đơn giản nguyên liệu dung mơi Phần pha trích thơ thu chưa loại bỏ hết tạp chất parafin naphten cần phải trải qua trình làm bổ sung 2.3.4.2 Công đoạn làm cho hợp chất aromatic Có nhiệm vụ làm cho hợp chất aromatic đạt tiêu kỹ thuật cuối độ tinh khiết cao chúng hàm lượng tạp chất khơng phải aromatic thấp Nó thực q trình trích ly lại (réextraction) chưng cất trích ly cho pha trích thô 51 2.3.4.3 Công đoạn tái sinh dung môi Hay làm tinh khiết hợp chất aromatic công đoạn tách dung môi khỏi hợp chất aromatic Nó bao gồm q trình chưng cất đơn giản hay q trình stripping nước Pa Đơi lúc áp suất chân không mà độ ổn định nhiệt dung mơi địi hỏi Đây cơng đoạn quan trọng dung mơi hịa tan có chọn lọc aromatic dễ dàng tách dung mơi khỏi aromatic lại khó khăn nhiêu 2.3.4.4 Công đoạn rửa phần lọc thô Của q trình trích ly nước cần thiết, để tách dung môi bị theo pha lọc, độ hịa tan dung mơi vào hợp chất parafin naphten nhỏ khơng Nước dung mơi hịa tan triệt để dung môi bị theo, cho ta pha lọc tinh khiết chứa hợp chất parafin naphten Tuy nhiên công đoạn dễ thực công đoạn nhiều 2.3.4.5 Công đoạn tách dung môi khỏi nước rửa Bằng phương pháp chưng cất Dung mơi thu hồi tuần hồn trở lại cơng đoạn trích ly 2.3.4.6 Cơng đoạn làm dung mơi Trong tồn cơng đoạn q trình trích ly, sản phẩm nặng hình thành cơng đoạn khác (do polymer hóa hợp chất chưa bão hịa, phân hủy dung mơi hay phản ứng hóa học khác khơng mong muốn), hầu hết q trình trích ly hợp chất thơm cịn có cơng đoạn nhỏ để làm dung môi khỏi sản phẩm nặng Thông thường công đoạn chưng cất chân không xử lý liên tục gián đoạn khoảng 1% dung môi q trình tuần hồn 2.3.4.7 Cơng đoạn phân đoạn hỗn hợp BTX thành cấu tử tinh khiết Cuối cùng, hỗn hợp hợp chất BTX tinh khiết phải phân đoạn thành cấu tử riêng biệt là: benzen, toluen xylen Q trình phân đoạn khơng có khó khăn đặc biệt thực hai q trình chưng cất thơng thường (có thể có nhiễm nước xylen) 2.3.5 Các trình trích ly hợp chất thơm cơng nghiệp lọc dầu Ta phân loại q trình cơng nghiệp thành hai nhóm, tùy theo chúng hoạt động với dịng dung mơi (là dung mơi tinh khiết dung môi hỗn hợp đồng vài dung mơi), hay với hai dịng dung mơi khơng trộn lẫn chúng Phương pháp dung môi ứng dụng trường hợp: - Dung mơi có độ ổn định nhiệt cao nên không bị phân hủy q trình hồn ngun chưng cất trích ly - Độ chọn lọc dung môi sulfolan cao nên cần tháp trích ly, dung mơi kéo hết aromatic khỏi pha lọc (parafin-naphten), - Việc tách dung môi sulfolan khỏi pha lọc dễ dàng nhờ nước hịa tan tốt với dung mơi mà khơng hịa tan với parafin-naphten Phương pháp dung môi ứng dụng trường hợp: 52 - Dung mơi DMSO có độ ổn định nhiệt thấp, dễ bị phân hủy q trình hồn ngun chưng cất trích ly (hồn nguyên Pck) - Độ chọn lọc dung mơi DMSO thấp hơn, hịa tan parafin-naphten nên phải có thêm dung mơi thứ 2: C4 để C4 kéo hết parafin-naphten khỏi pha trích (aromatic-S), - Việc tách dung môi DMSO khỏi pha lọc dễ dàng nhờ nước hòa tan tốt với dung mơi mà khơng hịa tan với parafin-naphten-aromatic C4, Độ chọn lọc loại dung môi giảm dần theo trật tự sau: - C4 (hòa tan tốt) parafin-naphten>aromatic>DMSO nước - DMSO>nước>aromatic>C4 2.3.5.1 Các trình sử dụng dung mơi, Q trình Shell/UOP Năm 1961, cơng ty Hoàng gia Hà Lan Shell cộng tác với hãng UOP Mỹ phát minh trình sử dụng dung môi sulfolan So sánh với dung môi glycol, dung mơi sulfolan có suất lớn hợp chất aromatic, nhiệt độ sôi cao hơn, độ ổn định nhiệt tốt độ nhạy oxy hóa Sơ đồ q trình Shell/UOP trình bày Hình 7.32 Các trình sử dụng dung môi cách tổng qt bao gồm cơng đoạn sau: Trích ly hợp chất aromatic dung môi sulfolan, Tách nước parafin-naphten khỏi phần trích chưng cất trích ly, Tái sinh dung mơi cho phần trích chưng cất thơng thường, Tái sinh dung mơi cho phần lọc việc dùng nưóc rửa kéo dung môi Nguyên liệu nhập vào mức thấp tháp trích ly, tháp nhận dung mơi sulfolan có kèm theo khoảng 1% nước đỉnh tháp, đáy hydrocarbon tuần hoàn lại Thiết bị trích ly thiết bị tiếp xúc đĩa quay RDC, tháp mâm xuyên lỗ tương ứng với khoảng chục bậc lý thuyết Nó hoạt động nhiệt độ khoảng 100oC, áp suất từ 2-4 bar Tỷ lệ dung môi điều chỉnh cho thỏa mãn với tiêu chuẩn kỹ thuật hiệu suất thu aromatic thường nằm khoảng 3/1 dến 5/1 theo khối lượng Phần trích thơ có từ tháp trích ly chuyển đỉnh tháp chưng cất trích ly có khoảng ba chục mâm, hoạt động áp suất khí với tỷ số đun sơi tuần hoàn phù hợp hợp chất aromatic đáy tháp đạt tiêu kỹ thuật hàm lượng hợp chất không aromatic Hơi đỉnh bao gồm hợp chất không aromatic, phần hợp chất aromatic nhẹ nước bị lôi theo đẳng phí (có nhiệt độ sơi) với hydrocarbon Sau ngưng tụ, pha hydrocarbon lắng chuyển trở lại tháp trích ly Phần trích làm hết chất aromatic (chỉ cịn Ar dung mơi) chuyển tháp bốc hợp chất aromatic (cũng có khoảng ba chục mâm), sục nước chân tháp Tháp hoạt động áp suất thấp (300-400mmHg) để nhiệt độ đáy đảm bảo độ ổn định nhiệt dung môi, khoảng 180oC Quá trình điều khiển tháp thực cho đỉnh thu hợp chất aromatic có tiêu chuẩn kỹ thuật thích hợp, đáy dung mơi tái sinh tuần hồn lại tháp trích ly Nước thu hồi thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp bốc qua công đoạn rửa phần lọc thô để kéo hết dung môi sulfolan khỏi phần lọc, sau xử lý cho tách loại vết hợp chất hydrocarbon khơng aromatic bị hịa tan tuần hoàn trở lại tháp bốc 2.3.5.2 Các q trình sử dụng dung mơi Các q trình sử dụng hai dung mơi, cách tổng qt bao gồm cơng đoạn 53 sau: Trích ly (lần 1) hợp chất aromatic , dùng dung môi đồng thời (DMSO C4): lợi dụng tính chọn lọc DMSO-aromatic C4-naphten parafin mà tách aromatic khỏi naphten parafin Trích ly lại (lần 2), dùng dung mơi C4: lợi dụng tính chọn lọc C4aromatic mà tách aromatic khỏi DMSO (thu phần lớn DMSO tinh khiết) Tách DMSO bị kéo theo phần lọc đỉnh tháp trích ly: lợi dụng tính chọn lọc nước-DMSO mà tách DMSO khỏi phần lọc Tách hỗn hợp nước-DMSO chưng cất chân không nhằm thu hồi triệt để DMSO (0,3 bar DMSO dễ bị phân hủy nhiệt) Thu hồi dung mơi C4 từ phần lọc khỏi tháp rửa tháp chưng cất áp suất cao: Đỉnh tháp thu C4 cho tuần hồn trở lại, cịn đáy tháp ta thu dung dịch trích lọc tinh khiết Các q trình sử dụng dung mơi khác biệt với trình giai đoạn làm hợp chất thơm tái sinh dung mơi khơng thực chưng cất trích ly stripping mà trích ly lại với dung mơi phụ Dung mơi phụ phải bị trộn lẫn với dung mơi dễ dàng phân tách với hợp chất hydrocarbon nguyên liệu phương pháp chưng cất Các trình khác đề nghị, bật với dung môi tetraethylenglycol (Union Carbide), NFM (Snam Progetti), DMSO (IFP) sử dụng dung mơi trích ly parafin dễ bay bay hợp chất hydrocarbon nguyên liệu, sử dụng dung mơi trích ly lại Q trình DMSO-Butan, sơ đồ cơng nghệ trình bày Hình 7.33, phát triển IFP từ đầu năm 1960 cơng nghiệp hóa vào năm 1967 Nguyên liệu nhập vào tháp trích ly khu vực trung gian DMSO, gia thêm 4-6 % nước đưa vào đỉnh Butan đưa vào đáy tháp Q trình trích ly thực nhiệt độ trung bình khoảng 30oC áp suất 4-6 bar tuyệt đối nhằm giữ cho butan thể lỏng Tỷ lệ dung môi (DMSO/nguyên liệu) khống chế cho bảo đảm hiệu suất thu aromatic tùy theo thành phần nguyên liệu Thường tỷ lệ khoảng 3/1 đến 6/1 Tỷ lệ Butan/nguyên liệu điều chỉnh tùy theo tiêu kỹ thuật độ tinh khiết hợp chất aromatic; tỷ lệ thường khoảng 0,15/1 Phần lọc thô đến từ thiết bị trích ly rửa nước để tách loại DMSO hịa tan đó, sau chưng cất để phân tách butan, butan tuần hồn Phần trích đưa đến thiết bị trích ly lại cho tiếp xúc ngược dòng với butan điều kiện áp suất nhiệt độ tháp trích ly Tỷ lệ lưu lượng butan/trích xác định cho trích ly lại hoàn toàn hợp chất aromatic trung bình 0,31/1 theo khối lượng DMSO tái sinh cho tuần hoàn trực tiếp tháp trích ly Butan, có mang theo aromatic rửa nước để loại DMSO bão hịa có chưng cất tuần hoàn tháp trích ly lại Nước rửa hydrocarbon có chứa DMSO chưng cất chân không (200 mmHg) tuần hoàn thiết bị rửa nước, nằm đỉnh tháp trích ly DMSO thu hồi tái nhập vào dịng dung mơi Hiệu sơ đồ dùng DMSO mà khơng sợ có nguy phân hủy Một thuận lợi khác sơ đồ có khả trích ly hợp chất aromatic phân đoạn rộng, việc phân tách aromatic/dung mơi chưng cất khơng vấn đề Tuy nhiên cần lưu ý phân đoạn rộng lưu lượng dung mơi trích ly trích ly lại đáng kể đơn vị aromatic trích ly Vì có giới hạn kinh tế xử 54 lý phân đoạn rộng vượt giới hạn phân đoạn rộng cho phép khơng thể áp dụng mang tính cơng nghiệp trích ly hợp chất BTX 2.3.5.3 Các q trình cơng nghệ điển hình a Quá trình Udex Quá trình Udex phát triển kết hợp hãng UOP Dow Chemical Co., dung mơi có sở DEG áp dụng từ năm 1952 Trrong khoảng chục năm, q trình sản xuất aromatic có nguồn gốc từ dầu mỏ với độ tinh khiết lớn 99,8% hiệu suất trung bình dư 95% Ngày khơng cịn quan tâm q trình có tính cạnh tranh DEG thực tế cho suất aromatic tương đối thấp, dẫn đến sử dụng tỷ lệ dung môi lớn trình trích ly, từ -20, tùy theo ngun liệu Các dung môi hiệu cao thay b Q trình Arosolvan Lurgi Q trình thực với dung môi sở NMP Trong hệ cơng nghiệp hóa vào năm 1962, NMP cộng thêm nước (12-14 %) để tối ưu hóa hiệu qủa trích ly Sau đó, xuất dung môi hỗn hợp NMP-glycol dẫn đến trình tiết kiệm lượng, tránh hóa nước dư với hydrocarbon giai đoạn làm phần trích chưng cất trích ly Tỷ lệ glycol phụ thuộc vào hàm lượng aromatic nguyên liệu thường nằm biên độ 40-50% Một đặc điểm trình thiết bị trích ly Lurgi, thiết kế nguyên lý chồng chất thiết bị khuáy trộn-lắng có thuận lợi dễ dàng ngoại suy đường kính tháp khoảng 8m Các tính chất tan NMP dẫn đến việc tiến hành q trình trích ly nhiệt độ gần với môi trường, khoảng 50oC c Quá trình Tetra Union Carbide Quá trình lấy tên gọi dung mơi mà sử dụng: dung mơi tetraethylen glycol cộng với 4% nước Nó biết đến vào năm 1968 Sự thay DEG TETRA có khả hịa tan lớn cho phép chia hai tỷ lệ dung môi làm tăng lên 80% suất xử lý Với thiết bị mới, Union Carbide đưa cấu trúc bên đặc biệt tháp Đó mâm xuyên lỗ có nhiều ống chảy chuyền kiểu MU (Multiple Upcomer) tháp trích ly chúng cho phép lưu lượng lớn mâm thông thường, mâm có ống chảy chuyền kiểu MD (Multiple Downcomer) tháp stripping hợp chất không aromatic Tháp thực tế cần phải có cấu trúc bên tỷ lệ với lưu lượng lỏng/hơi cao, có hiệu Đường nước rửa hợp chất aromatic phần lọc, trình làm dung mơi hấp thụ, phù hợp với trình Tetra d Quá trình Morphylex Krupp-Koppers Q trình hoạt động với dung mơi NFM có 4% nước Q trình trích ly thực tháp có mâm xun lỗ kiểu thơng dụng nhiệt độ cao khoảng 180oC Sơ đồ chung q trình có hai điểm nguồn gốc so với sơ đồ trước Một nguồn gốc liên quan đến tháp stripping hợp chất không aromatic biết tháp chưng cất trích ly hồn tồn, nghĩa nhập dung môi tinh khiết vào đỉnh có khu vực cất khu vực chưng Ưu điểm bố trí giới hạn lên hợp chất aromatic phần cất distilat, mặt điều giới hạn lượng nước hóa 55 với hợp chất aromatic đẳng phí, mặt khác giới hạn tuần hồn hydrocarbon tháp trích ly Một nguồn gốc khác nằm đường nước rửa hợp chất hydrocarbon: nước qua đỉnh thiết bị stripping sử dụng cho rửa phần lọc, rịi nước nối lại với dung mơi tái sinh đến từ đáy tháp stripping hợp chất aromatic nhằm để hydrate hóa lại dung mơi trước tuần hồn tháp trích ly 2.3.6 Tỷ lệ thu hồi độ tinh khiết hợp chất aromatic Tất trình trình bày sản xuất hợp chất aromatic có tiêu kỹ thuật độ tinh khiết nghiêm ngặt nhất, tùy theo tình hình xử lý hồn thiện mặt đất nhằm loại hợp chất hydrocarbon chưa bão hịa hợp chất khó phân tách khỏi aromatic Các liệu cho theo ví dụ Bảng 7.28 trường hợp làm việc trình Udex, Sulfolan, Arosolvan DMSO, cho thấy tỷ lệ thu hồi hợp chất aromatic gần trình so với trình khác Ngược lại, tất trình, tỷ lệ thu hồi giảm nhanh từ benzen (>99,5%) đến xylen (95-96%) Tỷ lệ trở nên nhỏ (trung bình 70%) hợp chất aromatic có nguyên tử C 2.3.7 Các liệu kinh tế Sự so sánh kinh tế xác q trình khơng thể thực được, thơng tin ban hành khơng có liên quan đến trường hợp sở Chúng ta giới hạn trình bày Bảng 7.29 kiện đầu tư tiêu thụ mà chúng có ích việc đánh giá kinh tế sơ dự án Các kiện có liên quan với cá ứng dụng giới thiệu Bảng 7.28 Chỉ có hướng dẫn đáng nói mà ta rút từ là: q trình Udex khơng có tính cạnh tranh, nêu Để kết luận, trình sản xuất Benzen toluen, hay sản xuất Benzen, Toluen Xylen từ phân đoạn C6-C7 hay phân đoạn C6-C8 dòng sản phẩm cracking hay dòng sản phẩm reforming xúc tác cần đến trình trải qua chấn chỉnh tốt cơng nghiệp, có khả cấp cho hợp chất aromatic tiêu kỹ thuật nghiêm ngặt với hiệu suất tốt Các trình phân biệt với chất dung mơi trích ly, dung mơi định đến khía cạnh khoảng thay đổi áp dụng điều kiện làm việc Tuy nhiên thật khó khăn phân biệt chúng lần phân tích thứ kế hoạch kinh tế Sự lựa chọn trình cho áp dụng đặc biệt, vậy, phải dựa nghiên cứu sâu sắc, đặc biệt phải lưu ý đến tất thông số địa phương 2.4 THIẾT BỊ TRÍCH LY LỎNG LỎNG 2.4.1 Tổng quan Nhằm đạt hiệu cao, cấu tạo thiết bị trích ly cần phải thỏa mãn: • Diện tích tiếp xúc lớn pha (khu vực bề mặt tiếp xúc), nhằm làm cho trình trao đổi pha dễ dàng Đối với dạng hình học định, điều kiện vận hành, đặc biệt nhiệt độ, có ảnh hưởng trực tiếp (thơng qua hệ số phân bố) gián tiếp (tỷ trọng, độ nhớt ) đến hiệu trích ly Việc lựa chọn công nghệ thiết kế cấu trúc bên cho hệ trích ly lỏng-lỏng định hướng nhiều tiêu chuẩn sau: • Lưu lượng tổng (quyết định đến đường kính tháp D) • Chất lượng sản phẩm (quyết định đến chiều cao tháp H) 56 • • • • • • • • • • • Sự khác tỷ trọng pha (quyết định đến tốc độ chuyển khối, H) Tỷ lệ pha (lượng pha nhẹ/lượng pha nặng, H) Đặc trưng phân tán (độ ổn định, tạo thành nhũ tương bền , định đến phân pha) Sự có mặt chất rắn (sản phẩm phân hủy, cặn , định đến phân pha) Các điều kiện vận hành (nhiệt độ, áp suất , định đến cấu tạo tháp) Khuynh hướng đóng cáu (quyết định đến thời hạn vệ sinh tháp) Thời gian lưu (quyết định đến nguy phân hủy sản phẩm) Tính ăn mịn (quyết định đến độ bền TB) Tính bắt cháy sản phẩm (quyết định đến độ an tồn) Diện tích chiều cao TB trích ly (quyết định đến mặt phân xưởng) Các quy chế đặc biệt vận hành an toàn Hiện tượng trộn ngược Sự trộn ngược tượng diễn dọc trục có khuynh hướng kéo dài thời gian lưu pha liên quan Trong thực tế, tượng xảy ra, phần pha liên quan có khuynh hướng quay trịn thiết bị trích ly, điều làm kéo dài thời gian lưu pha phần khác pha bị bắt buộc phải vận chuyển nhanh hơn, vị trí phần pha bị chiếm vị trí phần pha bị trộn ngược Sự trộn ngược có hai hậu tai hại đến hiệu thiết bị trích ly: • Giảm sút hiệu trộn ngược phần hai pha • Giảm suất biểu kiến thiết bị trích ly, phần dịng quay vịng nhập liệu cách vơ ích cho thiết bị Trong trường hợp sản phẩm nhạy cảm, gia tăng thời gian lưu phần sản phẩm gây nên phân hủy Các nhà chế tạo thiết bị thuờng trọng vào giảm thiểu tượng trộn ngược (Hình 7.34a) 2.4.2 Hệ thống thiết bị trích ly Các loại thiết bị trích ly gộp lại thành nhóm theo chế tiếp xúc pha có hay khơng có tác động lượng học (khuấy trộn, đĩa quay ) trực tiếp lên hỗn hợp pha tiếp xúc với Nhóm khơng có tác động lượng học gọi thiết bị trích ly loại tĩnh, nhóm có tác động lượng học gọi thiết bị trích ly loại động Các thiết bị trích ly loại tĩnh động lực để pha tiếp xúc với nhờ chênh lệch khối lượng riêng Pha có lưu lượng nhỏ phân tán vào lịng pha liên tục Tháp có thuận lợi có suất lớn song hiệu chuyển khối lại thấp bị tượng trộn ngược mạnh Loại thường dùng q trình trích ly đơn giản, dung môi dễ dàng kéo cấu tử cần tách khỏi pha lọc Nhằm mục đích cải thiện trình phân tán pha (tức tăng hiệu chuyển khối) cách hạn chế tối đa tượng trộn ngược, gia tăng thời gian lưu pha phân tán đồng thời cải thiện chất lượng phân tán, thiết bị trích ly trang bị thêm kết cấu bên cánh khuấy, đĩa quay hay cấu dao động nhận lượng học từ bên ngồi, thiết bị trích ly loại động 2.4.2.1 Hệ thống thiết bị trích ly loại tĩnh a Máy trộn dịng (Hình 7.35) 57 Các máy trộn dòng, gọi máy trộn tĩnh cho phép khuấy trộn pha hệ thống đồng dòng Dòng trộn cấu trúc zic zac bên lượng bên ngồi tác động Chúng sử dụng máy trộn hệ thống trộn lắng Chúng cho phép phân tán tốt, tổn thất áp suất nhỏ nhờ vận tốc chảy ống đặn, điều làm giảm thời gian lưu Các thiết bị loại thường ứng dụng q trình trích ly đơn giản b Tháp phun tạo sương (Hình 7.36) Đó hệ thống đơn giản nhất, pha liên tục chảy tự cho tiếp xúc với pha phân tán, pha ngược dòng qua pha liên tục Các hệ thống phun tạo sương đơn giản (khơng có phận tái phân phối pha phân tán) dành cho q trình trích ly dễ dàng nhất, hiệu chuyển khối chúng nhỏ c Tháp so le (Hình 7.37) Tháp so le nhằm cải thiện hiệu tháp phun tạo sương Các so le dạng đĩa trịn, đĩa hình vành khăn đĩa hình viên phân lắp ngược Sự tiếp xúc pha nặng pha nhẹ thực chéo dòng Các so le thực khuấy trộn lại pha phân tán Hiệu hệ thống không cao (0,05-0,2 bậc lý thuyết đĩa thực tế, giá trị lớn nghĩa hiệu suất trích ly tháp loại cao, nghĩa để đảm bảo số bậc trích ly định, tháp khơng cần cao, chi phí đầu tư cho tháp nhỏ), chúng có khu vực chuyển tiếp lớn cấu trúc đĩa đơn giản lý để ứng dụng chúng cho hệ thống đóng cáu ăn mịn d Tháp mâm đục lỗ (Hình 7.38) Các dạng tháp khơng ngăn ngăn đơn giản (a, b, c), dịng pha chuyển động liên tục từ đầu đến đầu tháp, hiệu tiếp xúc trộn lẫn thấp Với tháp loại mâm, sau ngăn pha lại tiếp xúc lại với nhau, tăng số lượng giai đoạn tiếp xúc qua ngăn: tiếp xúc-lắng phân pha-tiếp xúc-lắng phân pha nhờ vậy, hiệu trao đổi khối tăng lên nhiều Các mâm tháp trích ly bảo đảm chức thu góp, tái trộn sau tái phân tán pha phân tán Hiệu tháp trích ly cải thiện rõ ràng (khoảng 0,7 bậc lý thuyết mâm) cho dù tượng đóng cáu ăn mòn dễ xảy ra, chúng thường ưu tiên chọn tháp loại tháp so le e Tháp đệm (Hình 7.39) Vật liệu đệm có tác dụng làm tăng bề mặt tiếp xúc pha Tất loại đệm như: đệm vòng, yên ngựa, đệm cấu trúc sử dụng tùy theo trường hợp Trong thời gian đầu, loại đệm yên ngựa (selle) céramique sử dụng rộng rãi chúng khơng cịn sử dụng trường hợp đặc biệt cho dù chúng có ưu điểm chống ăn mịn đệm tốt chúng lại có hạn chế là: • Tổn thất áp suất lớn suất giảm (do hệ số trống nhỏ, đệm dày chiếm nhiều chỗ) • Tính dễ gãy vỡ sản xuất (gãy vỡ có giãn nở tầng đệm) lắp đặt 58 Các đệm yên ngựa đệm vòng céramique thay đệm yên ngựa đệm vòng kim loại (IMPT Norton, vòng Pall, CMR Glitsch, v.v.), chúng dễ sử dụng hơn, vững cho phép giảm thiểu kích thước tháp Khuynh hướng sử dụng loại đệm cấu trúc nhằm cải thiện hiệu chuyển khối, nhiên việc sử dụng bị hạn chế do: • Giá thành lớn • Có độ bền ăn mịn yếu (đệm cấu trúc có cấu tạo mảnh mai đệm n ngựa đệm vịng) • Khó khăn việc tháo để làm vệ sinh Đệm có kích thước nhỏ (đường kính đệm nhỏ) hiệu cao suất giảm khả đóng cáu gia tăng Hiệu suất chuyển khối tháp đệm thường cao: 0,5-4 bậc lý thuyết/1m đệm Tháp đệm thường sử dụng trường hợp sau đây: • Xử lý phân đoạn dầu nhờn furfural • Tách loại H2S khỏi phân đoạn dầu mỏ • Trích ly hợp chất aromatic từ phân đoạn C6-C8 (q trình Duosol) • Trích ly hợp chất phénol từ dòng thải nhà máy lọc dầu q trình cốc hóa (q trình Phénosolvant) 2.4.2.2 Hệ thống thiết bị trích ly loại động a Thiết bị trộn-lắng (Hình 7.40) Trong hệ thống này, giai đoạn trình khuếch tán pha vào pha thực nhờ lượng bên (cánh khuấy) thiết bị trộn, sau đến giai đoạn lắng phân pha thực thiết bị lắng riêng Hiệu giai đoạn thiết bị loại đạt đến 90% Các thiết bị trộn-lắng cổ điển mà giai đoạn tách biệt nhau, sử dụng đơn giản chiếm diện tích mặt lớn Chúng gặp nhiều nhà máy có lưu lượng xử lý lớn Các thiết bị tách biệt, dễ vận hành cho trình riêng, nhờ vận tốc khuấy trộn lớn vận tốc lắng lớn mơi trường tĩnh Một dạng thiết bị trộn-lắng đặc biệt dùng cho q trình trích ly hợp chất aromatic, thiết bị trộn-lắng chồng chất lên khác tháp (tháp trích ly Mehner, Hình 7.41) Các thiết bị trộn-lắng đánh giá cao hiệu giai đoạn cao có độ linh động cao (có thể ứng dụng cho nhiều loại nguyên liệu) Tuy nhiên chúng lại có nhược điểm giá cao hệ thống nhiều giai đoạn thông thường địi hỏi phải có mặt lớn b Các hệ thống quay b.1 RDC ARDC (Thiết bị tiếp xúc đĩa quay thiết bị tiếp xúc đĩa quay không đối xứng-Rotating Disc Contactor Asymmetric Rotating Disc Contactor) Thiết bị RDC (Hình 7.42) tháp hình trụ có gắn đĩa cố định hình vành khăn Giữa tháp trục quay có gắn đĩa tròn Vùng hoạt động tạo thành khoảng đĩa quay đĩa cố định Ở gần đỉnh đáy tháp vùng lắng (nơi tháo sản phẩm) phân cách khỏi vùng hoạt động tháp lưới nhằm mục đích hạn chế khuấy vùng lắng Thiết bị ARDC (Hình 7.43a) phát triển thiết bị RDC, trục đặt lệch tâm nhằm tạo vùng lắng phần cho pha tầng đĩa Phần 59 nhẹ vào RDC từ vùng phía qua RDC ngược dòng với pha nặng đưa vào từ vùng phía Một pha phân tán vào ngăn nằm hai vịng cố định kích thước giọt lỏng điều khiển vận tốc quay đĩa Trong thiết bị RDC, ngoại trừ vùng ngồi rìa, khơng có nối tiếp q trình phân tán q trình kết dính Sự chuyển động chất lỏng tạo thành từ hai thành phần, quay chuyển động dọc chậm, điều khiển đĩa quay đĩa vành khăn Ngày nay, lại có số tháp RDC sử dụng trạng thái tĩnh RDC hoạt động giống tháp so le Đó lý chủ yếu sau: • Cần gia tăng cực đại suất • Tiết kiệm lượng sản xuất Trong trường hợp hiệu trích ly tháp RDC cố định khơng thỏa mãn yêu cầu, người ta lắp thêm tháp bổ sung, thường tháp đệm, để hoàn tất cho tháp RDC cố định dùng tháp RDC quay b.2 Các tháp trích ly quay khác (Hình 7.43b, c, d) Các loại tháp trích ly khác thiết kế nhằm mục đích: • Đạt hiệu trích ly cao • Giảm thiểu trộn ngược • Cải thiện tái trộn pha phân tán bậc Các tháp trích ly quay sử dụng nhiều ứng dụng quan trọng: • Đối với tháp RDC: trích ly hợp chất aromatic (q trình Shell, Sulfolan) • Đối với tháp Kuhni: trích ly hợp chất aromatic (q trình IFP, DMSO) Các tháp trích ly khác tháp Kuhni sử dụng cơng nghiệp hóa chất, dược phẩm, xử lý nước thải, c Các tháp trích ly luân phiên Trong tháp trích ly luân phiên, phân tán bảo đảm trình khuấy nhờ tác động trực tiếp đến khối lượng chất lỏng nhờ tác dụng mâm đục lỗ Chúng ta phân biệt hai nhóm thiết bị theo phần động là: • Các thiết bị mâm trạng thái động • Các thiết bị mâm cố định khối chất lỏng khuấy xung động đặn c.1 Các thiết bị có mâm động Thiết bị trích ly Karr (Hình 7.44) cấu tạo dãy mâm đục lỗ (55-60% khu vực tự do, lỗ đường kính từ 7-14mm) mắc vào nhờ trục khuấy chuyển động dọc luân phiên Ở khoảng đặn, có vịng gài vào nhằm giảm tượng trộn ngược Nhằm để hướng cấu di động dọc tránh tiếp xúc kim loại với kim loại cấu với tháp, vòng PTFE (vật liệu polyme) có đường kính ngồi lớn so với mâm kim loại đặt ngồi Các tháp trích ly mâm động sử dụng để: • Trích ly hợp chất aromatic (quá trình Union Carbide TEG) • Trích ly hợp chất phénol có nước thải nhà máy lọc dầu (quá trình Chempro) 60 c.2 Các tháp xung Trong tháp trích ly xung, cấu trúc bên cố định khối chất lỏng có tháp khuấy xung đặn Cấu hình có lợi điểm lớn giảm thiểu số lượng chi tiết khí chuyển động Các tháp xung phân biệt với chủ yếu bởi: • Bộ phận bên tháp tạo thành từ: mâm tĩnh (mâm đục lỗ chiếm tồn khu vực tháp, có đĩa vịng Hình 7.45.a) đệm (Hình 7.45.b) • Phương cách tạo xung cho khối chất lỏng: học (ví dụ ống thổi chân tháp Hình 7.45.a) khí động (Hình 7.45.b) Trong tháp có mâm tĩnh (trừ tháp xung) có pha chuyển qua lỗ mâm pha qua ống chảy chuyền, tháp xung hai pha chuyển luân phiên qua lỗ Điều bảo đảm cho phân tán pha bảo đảm khuấy, bảo đảm đồng thể hóa pha liên tục hai bậc Ngày tháp xung ngày sử dụng cho nhiều ứng dụng khác xử lý dịng thải, cơng nghiệp dược phẩm d Các tháp trích ly ly tâm Nhằm dễ dàng phân tách pha, vài nhà thiết kế đưa tháp trích ly có tạo trường trọng lực nhân tạo gia tốc Các thiết bị có nhiều lợi điểm: • Khả xử lý pha có tỷ trọng gần • Thời gian lưu nhỏ (áp dụng cho sản phẩm khơng bền) • Thể tích thiết bị nhỏ Chúng sử dụng cơng nghệ dầu mỏ nhược điểm sau: • Các hệ thống khí có vận tốc lớn (độ tin cậy, bảo trì kém) • Giá cao • Lưu lượng thấp Kết luận Một cách tổng quát, việc chọn lựa thiết bị trích ly chịu ảnh hưởng lớn kinh nghiệm tích luỹ ứng dụng Điều đặc biệt rõ ràng thiết kế công đoạn trình kiểm chứng thay thiết bị công đoạn tồn Việc áp dụng trình thường giai đoạn thử pilote (unité-pilote), phịng thí nghiệm sau mức độ bán công nghiệp Việc lựa chọn thiết bị để áp dụng mức độ công nghiệp phải tiến hành theo quy trình nêu quy tắc ngoại suy từ thiết bị trích ly thường đáng tin cậy Các nhà cơng nghiệp có khuynh hướng dựa vào kinh nghiệm thu từ pilote gặp rủi ro thử kiểu thiết bị trích ly cho công đoạn công nghiệp ... (mesitylen) C5 C6 C7 C8 C9 Aromatic Parafin 8 -2 4 3 0-5 0 110.6 144.4 139 138.3 136 .2 15 0-1 60 36 5 0-6 8 8 0-9 8 11 0-1 25 14 0-1 50 0, 1-6 0, 6-6 1, 5-1 1 1-7 0, 5 -2 0-1 0, 5 -2 Naphten+Olefin Ta thấy lượng hợp chất... nặng dầu thô biển Bắc 2. 1 .2 Sơ đồ công nghệ phân xưởng trích ly furfural Hình 7.9 trình bày sơ đồ với thiết bị sau: • C 1: Tháp tách loại khơng khí cho ngun liệu • C 2: Tháp trích ly • C 3: Tháp... chân khơng, - Dầu trích từ cặn chưng cất chân không (dầu DAO-Des-Aphalt-Oil) dầu khử asphalt trích ly với dung mơi C3, C4, C5 Dầu gốc loại sản phẩm dầu nhờn nhà máy lọc dầu qua q trình chế biến

Ngày đăng: 26/07/2014, 22:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan