QUÁ TRÌNH ALKYLATION

QUÁ TRÌNH ALKYLATION KẾT LUẬN Công nghệ alkyl hóa ibutan bằng olefin nhẹ, cụ thể là buten để sản xuất xăng sạch, có chất lượng cao đã giải quyết được vấn đề đặt ra trong giai đoạn hiện nay: xăng có chỉ số octan cao ít gây ô nhiễm môi trường. Sản phẩm của quá trình là alkylate đáp ứng được rất tốt các chỉ tiêu chất lượng của xăng và có những đặc điểm chính sau.Chỉ số octan cao, độ nhạy S = RON MON thấp.Áp suất hơi bão hòa tương đối thấp.Hàm lượng aromatic, olefin rất thấp.Cháy hoàn toàn, ít tạo CO và muội.Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình, em đã hoàn thành yêu cầu được giao. Qua đề tài này giúp hiểu rõ hơn về quá trình alkylation.Phần mềm mô phỏng PROII và HYSYS, góp phần tích lũy kiến thức sau 5 năm học tập ở nhà trường. Do thời gian, kiến thức và tài liệu có hạn nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Em mong nhận được sự góp ý tận tình của quí thầy cô và bạn bè để em hoàn thiện những kiến thức đã học.Một lần nữa em xin chân thành cám ơn quí thầy cô đặc biệt là cô Lê Thi Như Ý đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

LỜI CẢM ƠN    Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và thầy cô chuyên ngành Công Nghệ Hóa học- Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thời gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Lê Thị Như Ý, người trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em. Trong quá trình thực hiện đề tài cô đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp em đưa ra các phương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc. Em xin chúc quý thầy cô sức khỏe và thành công. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] 1 1.1.1. Phân loại các phản ứng alkylation 1 1.1.2. Các tác nhân alkylation 2 1.2. Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.1. Mục đích quá trình 3 1.2.2. Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.3. Alkylation i-parafin bằng olefin 4 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình 7 1.3.1. Nguyên liệu 7 1.3.2. Sản phẩm của quá trình 9 1.4. Xúc tác quá trình alkylation 11 1.4.1. Xúc tác H2SO4 12 1.4.2. Xúc tác HF 13 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình [2] 14 1.5.1. Nhiệt độ phản ứng 14 1.5.2. Tỉ lệ i-C4/olefin 15 1.5.3. Thành phần xúc tác 16 1.5.4. Mức độ khuấy trộn 17 1.5.5. Thời gian lưu 18 1.6. Công nghệ tổng hợp alkylate trong công nghiệp 18 1.6.1. Công nghệ alkylation bằng xúc tác H2SO4 19 1.6.2. Công nghệ alkylation hóa dùng xúc tác HF 26 1.6.3. Lựa chọn sơ đồ công nghệ 28 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII VÀ HYSYS 30 2.1. Giới thiệu về mô phỏng 30 2.1.1. Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng 30 2.2. Giới thiệu về phần mềm PRO II 31 2.2.1. Tính năng và phạm vi sử dụng 31 2.2.2. Các cụm thiết bị trong PRO II 33 2.2.3. Các bước tiến hành mô phỏng bằng PRO II 34 2.3. Giới thiệu về phần mềm Hysys 35 2.3.1. Tính năng và phạm vị sử dụng 35 2.3.2. Sử dụng chương trình Hysys 36 2.3.3. Ưu điểm của Hysys 37 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN MỀM PRO II & HYSYS 39 3.1. Dữ liệu ban đầu 39 3.1.1. Thông số các dòng 39 3.1.2. Số liệu về các phản ứng 40 3.2. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm PRO II 41 3.2.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 41 3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 42 3.2.3.Chạy chương trình mô phỏng 56 3.2.4.Kết quả mô phỏng 56 3.3. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm Hysys 58 3.3.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 58 3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 59 3.3.3.Kết quả mô phỏng 72 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC TỪ HAI PHẦN MỀM PROII & HYSYS 74 PHỤ LỤC 77 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] 1 1.1.1. Phân loại các phản ứng alkylation 1 1.1.2. Các tác nhân alkylation 2 1.2. Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.1. Mục đích quá trình 3 1.2.2. Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.3. Alkylation i-parafin bằng olefin 4 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình 7 1.3.1. Nguyên liệu 7 1.3.2. Sản phẩm của quá trình 9 1.4. Xúc tác quá trình alkylation 11 1.4.1. Xúc tác H2SO4 12 1.4.2. Xúc tác HF 13 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình [2] 14 1.5.1. Nhiệt độ phản ứng 14 1.5.2. Tỉ lệ i-C4/olefin 15 1.5.3. Thành phần xúc tác 16 1.5.4. Mức độ khuấy trộn 17 1.5.5. Thời gian lưu 18 1.6. Công nghệ tổng hợp alkylate trong công nghiệp 18 1.6.1. Công nghệ alkylation bằng xúc tác H2SO4 19 1.6.2. Công nghệ alkylation hóa dùng xúc tác HF 26 1.6.3. Lựa chọn sơ đồ công nghệ 28 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII VÀ HYSYS 30 2.1. Giới thiệu về mô phỏng 30 2.1.1. Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng 30 2.2. Giới thiệu về phần mềm PRO II 31 2.2.1. Tính năng và phạm vi sử dụng 31 2.2.2. Các cụm thiết bị trong PRO II 33 2.2.3. Các bước tiến hành mô phỏng bằng PRO II 34 2.3. Giới thiệu về phần mềm Hysys 35 2.3.1. Tính năng và phạm vị sử dụng 35 2.3.2. Sử dụng chương trình Hysys 36 2.3.3. Ưu điểm của Hysys 37 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN MỀM PRO II & HYSYS 39 3.1. Dữ liệu ban đầu 39 3.1.1. Thông số các dòng 39 3.1.2. Số liệu về các phản ứng 40 3.2. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm PRO II 41 3.2.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 41 3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 42 3.2.3.Chạy chương trình mô phỏng 56 3.2.4.Kết quả mô phỏng 56 3.3. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm Hysys 58 3.3.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 58 3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 59 3.3.3.Kết quả mô phỏng 72 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC TỪ HAI PHẦN MỀM PROII & HYSYS 74 PHỤ LỤC 77 DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] 1 1.1.1. Phân loại các phản ứng alkylation 1 1.1.2. Các tác nhân alkylation 2 1.2. Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.1. Mục đích quá trình 3 1.2.2. Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu 3 1.2.3. Alkylation i-parafin bằng olefin 4 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình 7 1.3.1. Nguyên liệu 7 1.3.2. Sản phẩm của quá trình 9 1.4. Xúc tác quá trình alkylation 11 1.4.1. Xúc tác H2SO4 12 1.4.2. Xúc tác HF 13 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình [2] 14 1.5.1. Nhiệt độ phản ứng 14 1.5.2. Tỉ lệ i-C4/olefin 15 1.5.3. Thành phần xúc tác 16 1.5.4. Mức độ khuấy trộn 17 1.5.5. Thời gian lưu 18 1.6. Công nghệ tổng hợp alkylate trong công nghiệp 18 1.6.1. Công nghệ alkylation bằng xúc tác H2SO4 19 1.6.2. Công nghệ alkylation hóa dùng xúc tác HF 26 1.6.3. Lựa chọn sơ đồ công nghệ 28 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII VÀ HYSYS 30 2.1. Giới thiệu về mô phỏng 30 2.1.1. Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng 30 2.2. Giới thiệu về phần mềm PRO II 31 2.2.1. Tính năng và phạm vi sử dụng 31 2.2.2. Các cụm thiết bị trong PRO II 33 2.2.3. Các bước tiến hành mô phỏng bằng PRO II 34 2.3. Giới thiệu về phần mềm Hysys 35 2.3.1. Tính năng và phạm vị sử dụng 35 2.3.2. Sử dụng chương trình Hysys 36 2.3.3. Ưu điểm của Hysys 37 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN MỀM PRO II & HYSYS 39 3.1. Dữ liệu ban đầu 39 3.1.1. Thông số các dòng 39 3.1.2. Số liệu về các phản ứng 40 3.2. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm PRO II 41 3.2.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 41 3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 42 3.2.3.Chạy chương trình mô phỏng 56 3.2.4.Kết quả mô phỏng 56 3.3. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm Hysys 58 3.3.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 58 3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 59 3.3.3.Kết quả mô phỏng 72 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC TỪ HAI PHẦN MỀM PROII & HYSYS 74 PHỤ LỤC 77 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] Qúa trình Alkylation là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ. Các phản ứng alkylation có giá trị thực tế cao trong việc đưa các nhóm alkyl vào hợp chất thơm, iso parafine, mercaptan, sunfid, amine, các hợp chất chứa liên kết ete ngoài ra trong quá trình alkylation còn là những giai đoạn trung gian trong sản xuất các monome, các chất tẩy rửa Sử dụng quá trình alkylation đã sản suất được một số sản phẩm với quy mô lớn. Ở Mỹ hàng năm người ta sản suất khoản 4 triệu tấn etyl benzen và 1,6 triệu tấn iso propyl benzen, 0,4 triệu tấn alkylation benzen, hơn 4 triệu tấn glycol và các sản phẩm chế biến alkylationenoxit, khoảng 30 triệu tấn alkylation, khoảng 1 triệu tấn ter-butyl este … 1.1.1. Phân loại các phản ứng alkylation Có nhiều cách phân loại các phản ứng alkylation, trong đó sự phân loại hợp lý nhất là dựa trên liên kết được hình thành. + Alkylation theo nguyên tử cacbon (C-alkylation): là quá trình thế nguyên tử hydro nối với cacbon bằng các nhóm alkyl. Các parafin có khả năng tham gia phảnứng, nhưng đặc trưng nhất vẫn là alkylation các vòng thơm(phản ứng Fridel- Craffs): C n H 2n+2 + C m H 2m → C n+m H 2(m+n)+2 ArH +RCl → ArR +HCl + Alkylation theo nguyên tử oxy và lưu huỳnh (O-alkylation hoá, S-alkylation): là các phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm alkyl và nguyên tử oxy hoặc lưu huỳnh. ArOH +RCl  → NaOH ArOR + HCl + Alkylation theo nguyên tử nitơ (N-alkylation): là sự thế các nguyên tử hydro trong NH 3 hoặc amin bằng các nhóm alkyl. Đây chính là một trong những phương pháp quan trọng nhất để tổng hợp các amin: ROH + NH 3 → RNH 2 + H 2 O + Alkylation theo các nguyên tử khác (Si, Pb, Al-alkylation): là con đường quan trọng để tổng hợp các hợp chất cơ - nguyên tử hoặc cơ - kim: 2RCl + Si → Cu R 2 SiCl 2 4C 2 H 5 Cl + 4PbNa → Pb(C 2 H 5 ) 4 + 4NaCl + 3Pb 3C 3 H 6 + Al + 2 3 H 2 → Al(C 3 H 7 ) 3 Một cách phân loại các phản ứng alkylation khác là dựa trên sự khác biệt về cấu tạo của nhóm alkyl sau khi đưa vào phân tử hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ. Nhóm alkyl có thể là mạch thẳng hay mạch vòng. Trong trường hợp mạch vòng thì người ta gọi là cyclo alkylation hay alkylation mạch vòng: Khi đưa nhóm phenyl hay là nhóm aryl nói chung thì sẽ hình thành liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng thơm (aryl hoá): C 6 H 5 Cl + NH 3 → C 6 H 5 NH 2 + HCl Việc đưa nhóm vinyl (vinyl hoá) có một vị trí đặc biệt quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và được thực hiện chủ yếu bằng tác nhân C 2 H 2 : ROH + CH≡CH  → − HO ROCH=CH 2 Các nhóm alkyl còn có thể chứa những nhóm thế khác nhau như nguyên tử Clo, HO - , COO - 1.1.2. Các tác nhân alkylation Các tác nhân alkylation có thể chia làm 3 nhóm chính sau:  Các hợp chất không no (olefin và axetylen) trong đó sẽ phá vỡ các liên kết л của các nguyên tử cacbon. Các olefin được dùng như etylen, propylen, butylen, pentylen để alkylation các isoparafin thành các isoparafin mới phân nhánh hơn. Còn axetylen được dùng trong quá trình vinyl hoá.  Dẫn xuất Clo với các nguyên tử Clo linh động có khả năng thế dưới ảnh hưởng của các tác nhân khác nhau. Các tác nhân này dùng trong quá trình O-alkylation, S- alkylation.  Rượu, ete, este là các tác nhân mà trong quá trình alkylation liên kết cacbon và oxy sẽ bị phá vỡ. Olefin là tác nhân alkylation đặc biệt quan trọng. Do các olefin có giá thành khá rẽ nên người ta cố gắng sử dụng chúng trong mọi trường hợp có thể. Các chất này chủ yếu được sử dụng để C-alkylation các parafin và các hợp chất thơm. Alkylation bằng olefin trong phần lớn các trường hợp xảy ra theo cơ chế ion qua giai đoạn trung gian hình thành các carbocation và được xúc tác bởi các axit proton hoặc phi proton: RCH=CH 2 + H + ⇔ RC + H-CH 3 Sự tăng chiều dài mạch cũng như độ phân nhánh của hydrocacbon olefin sẽ dẫn dến tăng khả năng phản ứng của nó trong quá trình alkylation: CH 2 =CH 2 < CH 3 -CH=CH 2 < CH 3 -CH 2 -CH=CH 2 < (CH 3 ) 2 C=CH 2 Các dẫn xuất Clo được xem là các tác nhân alkylation tương đối phổ biến và thông dụng trong các trường hợp C-alkylation, O-alkylation, S-alkylation và N- alkylation và để tổng hợp phần lớn các hợp chất cơ-kim và cơ-nguyên tố. Việc sử dụng các dẫn xuất clo còn đêm lại hiệu quả kinh tế trong các quá trình mà trong đó không thể sử dụng olefin hoặc sử dụng olefin sẽ có giá thành cao hơn. 1.2. Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu 1.2.1. Mục đích quá trình Hiện nay, do những ràng buộc về ô nhiễm môi trường, xăng pha chì bị cấm sử dụng. Đồng thời xu hướng loại bỏ càng nhiều càng tốt các cấu tử có hại trong xăng vì vậy xăng được sử dụng phải thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu sau [2]: Loại bỏ hoàn toàn hàm lượng chì Hàm lượng benzen < 1% vol Hàm lượng aromatic < 25% vol Hàm lượng olefin <10% vol Hàm lượng các hợp chất của Oxi ≈ 2% khối lượng Áp suất hơi bão hòa 0.46 ÷ 0.56 Và để đảm bảo tiêu chuẩn chỉ số octan của xăng thì phải có một nguồn nguyên liệu phối trộn thay thế có chỉ số octan cao. Một trong những nguồn nguyên lệu đó chính là sản phẩm của quá trình Alkylation. Xăng alkylate có thành phần chủ yếu là các isoparafin có chỉ số octan cao, và nó thõa mãn được hầu như tất cả các yêu cầu trên. Vì vậy nó rất phù hợp với các tiêu chuẩn của xăng thương phẩm. 1.2.2. Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu [...]... lọc dầu 1.2.3 Alkylation i-parafin bằng olefin Trong cơng nghiệp lọc dầu dùng q trình alkylation i-parafin bằng olefin Phản ứng xảy ra như sau: i- RH + CH2=CHR’ ⇔ i- RR’CHCH3 Isoparafin được sử dụng là isobutan có chứa cacbocation bậc 3 dễ dàng tham gia phản ứng alkylation Olefin thích hợp cho q trình alkylation gồm propen, buten, amylen Thích hợp nhất là buten Alkylate thu được từ q trình alkylation. .. liệu cho xưởng alkylation với hàm lượng amylene là 5÷15% m  Các nguồn ngun liệu khác Đối với i-butan ngồi các nguồn trên ta có thể thu được từ q trình đồng phân hố (isome hố) Q trình đồng phân thực hiện sự chuyển hố các n-parafin thành các isoparafin nói chung và n-butan thành i-butan nói riêng dùng làm ngun liệu cho q trình alkylation 1.3.2 Sản phẩm của q trình Sản phẩm chính của q trình là xăng alkylate... 1.5 Các thơng số ảnh hưởng đến q trình [2] Q trình alkylation được vận hành trong điều kiện olefin được chuyển hóa hồn tồn Có 5 yếu tố chính ảnh hưởng đến q trình:  Nhiệt độ phản ứng  Tỉ số i-butan/olefin  Thành phần xúc tác  Mức độ khuấy trộn  Thời gian lưu 1.5.1 Nhiệt độ phản ứng Nhiệt độ là một thơng số quan trọng của q trình alkylation Sự ảnh hưởng của nó đến q trình là rất phức tạp Sự tăng hoặc... H2SO4 Để alkylation i-butan bằng olefin, q trình dùng axit được sử dụng rộng rãi với H2SO4 94-98%m Ở nồng độ này thuận lợi cho cả q trình alkylation và đồng phân hóa, cho nhiều 2,2,4-trimetylpentan là cấu tử có trị số octan cao Nồng độ axit đậm đặc hơn khơng mong muốn vì tính oxi hố mạnh của nó và tính chất này làm phức tạp thêm q trình như dễ tạo nhựa, dễ tạo SO2, SO3 và H2S, làm giảm hiệu suất alkylation. .. trình lớn và đòi hỏi thời gian lưu lớn hơn so với q trình dùng xúc tác HF  Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ thấp nên vấn đề làm lạnh khó khăn hơn q trình dùng axit HF  Năng suất thiết bị bé hơn: 0.15÷0.44 m3 alkylate/m3 thiết bị  Tỷ lệ i-butan/olefin trong qúa trình lớn 5÷15 nên chi phí cho việc tái sinh ibutan lớn  Axit H2SO4 khó tái sinh vì nó dễ lẫn tạp chất 1.4.2 Xúc tác HF Để xúc tác cho q trình. .. 1.4.2 Xúc tác HF Để xúc tác cho q trình alkylation, người ta thường dùng xúc tác HF với nồng độ ≥ 87% Do sự có mặt của các sản phẩm nặng do bị polyme hố và nước mà axit HF bị giảm nồng độ trong q trình alkylation Độ hoạt tính tốt nhất đạt được khi trong xúc tác chứa lượng nhỏ hơn 1.5% H2O và 12% hydrocacbon hồ tan Khi nồng độ HF . 74 PHỤ LỤC 77 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] Qúa trình Alkylation là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các. của quá trình 7 1.3.1. Nguyên liệu 7 1.3.2. Sản phẩm của quá trình 9 1.4. Xúc tác quá trình alkylation 11 1.4.1. Xúc tác H2SO4 12 1.4.2. Xúc tác HF 13 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình. VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1 1.1. Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] 1 1.1.1. Phân loại các phản ứng alkylation 1 1.1.2. Các tác nhân alkylation 2 1.2. Giới thiệu quá