Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC I. Giới thiệu 3 II. Tích chất hydro 3 II.1 Tính chất vật lý 3 II.2 Tính chất hoá học 3 III. Vai trò của khí hydro trong nhà máy lọc dầu 3 III.1 Các quá trình xử lý hydro (hydrotreating) 3 III.2 Các hợp chất tham gia quá trình HT 3 III.3 Xúc tác cho quá trình HT 3 III.4 Một số quy trình HT trong nhà máy lọc dầu 3 III.4.1 Quy trình Naphtha HT 3 III.4.2 Quy trình Diesel HT 3 III.4.3 Quy trình desulfurization cặn khí quyển 3 III.4.4 Hydrocracking 3 III.4.5 Quy trình hydrocracking 3 IV. Quy trình và công nghệ sản xuất hydro 3 IV.1 Giai đoạn sản xuất khí tổng hợp 3 IV.1.1 Steam reforming 3 IV.1.2 Oxy hóa riêng phần 3 IV.1.3 Autothermal reforming (ATR) 3 IV.1.4 Các phương pháp khác 3 IV.2 Phản ứng water gas shift 3 IV.2.1 Phản ứng ở nhiệt độ cao 3 IV.2.2 Phản ứng ở nhiệt độ thấp 3 IV.3 Tách CO và CO2 3 IV.3.1 Tách CO2 3 IV.3.2 Methanation 3 V. Tồn trữ hydro 3 V.1 Vấn đề an toàn Hydrogen 3 V.2 Tồn trữ Hydrogen 3 V.2.1 Tồn chứa H2 dưới dạng khí nén 3 V.2.2 Tồn chứa H2 trong các hydrua kim loại 3 V.2.3 Tồn chứa H2 trong các vi cầu thủy tinh 3 VI. ỨNG DỤNG CỦA HYDROGEN 3 VI.1 Khí đốt 3 VI.2 Nhiên liệu động cơ 3 VI.3 Pin nhiên liệu 3 VI.4 Công nghiệp vũ trụ 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Môn học: Chế biến dầu thô nặng - 060105072 SẢN XUẤT HYDRO GVHD: ThS. DƯƠNG THÀNH TRUNG HV: VÕ ĐỨC MINH MINH MSHV: 10401077 TP.HCM, 2011 MỤC LỤC I. Giới thiệu Trang 3 Hydrogen được phát hiện đầu tiên vào khoảng giữa thế kỷ thứ 16 khi Theophrastus Paracelsus cho kim loại tác dụng với acid sulfuric. Trên thực tế, Hydrogen là một khí đơn giản nhất và là thành phần chủ yếu trong vũ trụ (chiếm đến hơn 90%). Trên trái đất, hydrogen tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất với oxygen là H 2 O. Hydrogen đồng thời cũng là một nguyên tố chính trong các hợp chất Hydrocarbon, một dạng hợp chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Hydrogen ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp như : sản xuất hoá chất, các quá trình no hoá dầu mở, lĩnh vực năng lượng (bản thân Hydrogen cũng được sử dụng như một loại năng lượng, hỗn hợp H 2 và O 2 là nhiên liệu chính cho các phi thuyền không gian), và đặc biệt là sử dụng trong các quá trình chế biến dầu khí. Ngày nay, khi nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng, trữ lượng dầu mỏ thì có giới hạn. Chính vì thế, các loại dầu nhẹ ngày càng ít đi, đòi hỏi chế biến sâu và chế biến các loại dầu nặng. Mặt khác, các yêu cầu về độ sạch của nhiên liệu cũng ngày một cao, đòi hỏi một quá trình chế biến sạch. Với nhu cầu như thế, và với những tính chất phù hợp mà hydrogen đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực chế biến sạch, chế biến sâu các sản phẩm dầu khí. II. Tích chất hydro II.1 Tính chất vật lý Trang 4 Là chất khí ở điều kiện thường, không màu, không mùi, và không có độc tính. Khí hydro nhẹ hơn không khí, tan rất ít trong nước. Các tính chất cụ thể như sau: Màu Không màu Trạng thái Khí Tỉ trọng (0 °C, 101.325 kPa) 0.08988 g/L Tỉ trọng lỏng ở điểm chảy 0.07 (0.0763 solid) g·cm −3 Tỉ trọng lỏng ở điểm sôi 0.07099 g·cm −3 Điểm chảy 14.01 K, -259.14 °C, -434.45 °F Điểm sôi 20.28 K, -252.87 °C, -423.17 °F Điểm 3 pha 13.8033 K (-259°C), 7.042 kPa Điểm tới hạn 32.97 K, 1.293 MPa Nhiệt tạo thành 0.117 kJ·mol −1 Nhiệt hoá hơi 0.904 kJ·mol −1 Nhiệt dung riêng (25 °C) (H2) 28.836 J.mol −1 ·K −1 Trang 5 Khí hydro khuếch tán rất nhanh trong không khí, tốc độ khuếch tán nhanh gấp 3.5 lần so với không khí. II.2 Tính chất hoá học Khả năng cháy: Khí hydrogen được biết như là một khí dễ cháy nhất. Đây cũng chính là tính chất nguy hiểm nhất của khí hydro. Khí hydro khi bị rò rỉ sẽ mang nguy cơ cháy nổ rất cao. Mặt khác, khí hydro không màu, không mùi, nên việc phát hiện và phòng ngừa cũng hết sức khó khăn. Khí hydro cháy êm dịu trong không khí và tạo ra lượng nhiệt rất lớn (ngọn lửa hydro tinh khiết với oxy tinh khiết có nhiệt độ khoảng 2500 o C). Khả năng cháy nổ của hổn hợp khí hydro và không khí So sánh khả năng cháy của khí hydro với các nhiên liệu khác: Trang 6 Khí Hydro bền ở nhiệt độ thường, rất khó phân ly, khí hydro chỉ bị phân ly khi nhiệt độ khoảng 2000 o C. Tuy nhiên, Hydro ở nhiệt độ cao rất hoạt động và dễ dàng kết hợp với nhiều nguyên tố như kim loại kiềm, kiềm thổ, phi kim loại. Ở nhiệt độ cao, áp suất cao đặc biệt là có mặt xúc tác, khí hydro rất hoạt động và thể hiện tính khử rất mạnh, và đây cũng là tính chất rất quan trọng của khí hydro. Với tính chất đó, hydro có khả năng tham gia các phản ứng khử các dị tố trong các hydrocarbon (Kim loại, Oxy, S…). Ở các điều kiện khác nhau, Khí hydro có thể tham gia phản ứng hydro hoá hay hydro phân trên nền xúc tác kim loại. Trong công nghiệp chế biến dầu khí, tính chất này của Hydro được ứng dụng để chế biến sâu và chế biến sạch dầu thô, các quy trình quan trọng được sử dụng như: hydrogenolysis (HDS, HDN, cracking), hydrogenation. III. Vai trò của khí hydro trong nhà máy lọc dầu Trang 7 Khí hydro trong nhà máy lọc dầu có một vai trò rất quan trọng trong các phân xưởng hydrotreating và đặc biệt là phân xưởng chế biến sâu hydrocracking. Chúng ta có thể thấy với cơ cấu nhà máy lọc dầu chế biến sâu thì quy trình xử lý hydro xuất hiện ở hầu hết các phân xưởng. III.1 Các quá trình xử lý hydro (hydrotreating) Mục đích chính của quá trình xử lý hydro là: + Loại bỏ những dị tố (S, N, O) trong nguyên liệu để sản phẩm đạt được các tiêu chuẩn của nhiên liệu. + Loại bỏ kim loại trong nguyên liệu, hầu hết kim loại trong nguyên liệu dầu thô nằm dưới dạng hợp chất cơ kim. + No hoá nguyên liệu. Các phân xưởng HT cần thiết trong nhà máy lọc dầu: Trang 8 III.2 Các hợp chất tham gia quá trình HT a) Desulphurization: Trang 9 b) Denitrogenation: c) Deoxygenation: d) Các quá trình hydro hoá các hợp chất halogen, olefin, aromatic, các hợp chất cơ kim: III.3 Xúc tác cho quá trình HT Trang 10 [...]... lọc dầu và hóa dầu, hydro chủ yếu được sản xuất chủ từ khí thiên nhiên và các dòng hydrocarbons nhẹ thông qua các giai đoạn: Tiến hành phản ứng thu khí tổng hợp; Điều chỉnh tỷ lệ H2/CO (phản ứng water gas shift ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao); Tách CO2 và CO Sản phẩm hydrogen cuối cùng có độ tinh khiết trong khoảng 95-98% Hình IV.: Quy trình quá trình sản xuất hydro IV.1 Giai đoạn sản xuất. .. vào sản phẩm đáy hồi lưu về từ cột chưng cất Quy trình này có thể được sử dụng để thu tối đa diesel Trang 14 III.4.5.2 Quy trình hydrocracking 2 lần Quy trình hydrocracking 2 bước cho sự linh động hơn trong việc lựa chọn sản phẩm, và hiệu suất của quy trình này cũng cao và ổn định hơn Quy trình này được khuyến khích sử dụng cho các nguyên liệu nặng Trang 15 IV Quy trình và công nghệ sản xuất hydro Hydro... số quy trình HT trong nhà máy lọc dầu III.4.1 Quy trình Naphtha HT III.4.2 Quy trình Diesel HT Trang 11 III.4.3 Quy trình desulfurization cặn khí quyển III.4.4 Hydrocracking Trang 12 Là quá trình cracking có sự hiện diện của hydro Quá trình này sẽ chế biến triệt để hơn các phân đoạn nặng, kết hợp các quá trình hydro hoá, làm sạch nguyên liệu và cracking Sản phẩm của hydrocracking có độ sạch cao, tuy... phổ biến trên thị trường, dự đoán sẽ tạo nên cuộc cách mạng năng lượng trên thế giới trong tương lai Pin nhiên liệu Cơ chế phản ứng Năng lượng cung cấp Dòng cung cấp 6.4 Ắc quy điện hóa điện hóa o Không chứa bên o Chứa bên trong; trong; o Cần nạp điện lại từ o Chuyển hóa trực tiếp một nguồn bên ngoài nhiên liệu thành điện năng Liên tục Gián đoạn (do sạc) Công nghiệp chế biến Lọc dầu Hóa dầu: sản xuất. .. quá trình hydrocracking Theo đó, các xúc tác có thể phân loại theo hoạt tính như sau: Xúc tác cho các quá trình có sự hiện diện của hydro đạt hiệu quả cao trên xúc tác vô định hình Do ưu điểm của xúc tác vô định hình có khả năng hấp phụ và lưu giữ tốt hydro nên khả năng cung cấp đủ hydro cho phản ứng là rất tốt III.4.5 Quy trình hydrocracking III.4.5.1 Quy trình hydrocracking 1 lần Quy trình hydrocracking... yêu cầu đầu tư là rất lớn III.4.4.1 Các phản ứng trong quá trình hydrocracking: a) Cracking alkane: b) Hydrodealkylation: c) Mở vòng: d) Hydroisomerization: e) Hydrocracking các polyaromatic: III.4.4.2 Xúc tác cho quá trình hydrocracking: Xúc tác cho quá trình hydrocracking thực tế là xúc tác tổng hợp của 2 quá trình: xúc tác cho quá trình hydrotreating (xúc tác tâm kim loại) và xúc tác cho quá trình... nghiệp sản xuất; Nhiệt năng H2: 2.200 oC (so với than chỉ 1.600-1.700 oC) Chỉ tiêu H2 CH4 C3H8 Nhiệt trị, kJ/kg 119,97 50,02 46,35 KLR, kg/m3 0,089 0,717 2,011 Trang 32 H2 đem đốt không thải ra khí độc → không gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại trực tiếp cho người sản xuất VI.2 Nhiên liệu động cơ H2 có thể được đốt trực tiếp trong động cơ của các loại phương tiện giao thông chạy bằng xăng dầu. .. chuyển hóa methane (hydro được tạo thành càng nhiều khi tỷ lệ H 2O/CH4 càng cao) nhưng sẽ tốn nhiều năng lượng để sản xuất hơi nước Giá trị tỷ lệ steam/carbon cũng sẽ giảm sự tạo thành coke trong quá trình phản ứng Đối với các hydrocarbon mạch dài hơn methane, phản ứng tổng quát như sau: CnH2n+2 + n H2O ↔ n CO + (2n+1) H2 Phản ứng này được thực hiện thông qua phản ứng chuyển hóa hydrocarbon nhẹ thành... chứa hàm lượng lưu huỳnh ít hơn 0,1 ppm và hàm lượng chloride giới hạn ở 0,5 ppm IV.1.1.2 Phản ứng hóa học Quá trình steam reforming sinh ra hydro thông qua phản ứng hóa học của methane và các hydrocarbon nhẹ khác với hơi nước ở nhiệt độ 820-880oC, áp suất 20-25 bar Sản phẩm thu được là hỗn hợp của H2, CO, CO2, CH4 và H2O Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình steam reforming của methane [1]: CH4 +... Chi phí đầu tư cao; Chi phí vận hành và bảo trì cao; Nguồn nguyên liệu (khí thiên nhiên, hydrocarbon nhẹ) Công nghệ đã thương mại và phát triển từ lâu; Hiệu quả kinh tế cao Nhiệt hóa Chi phí đầu tư cao; Chi phí vận hành và bảo trì cao; Chi phí quá trình sản xuất bio-derived liquids; Chất lượng và sản lượng nguyên liệu Sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo; Có thể sử dụng công nghệ đã thương . trọng lỏng ở điểm sôi 0.07099 g·cm −3 Điểm chảy 14.01 K, -2 59.14 °C, -4 34.45 °F Điểm sôi 20.28 K, -2 52.87 °C, -4 23.17 °F Điểm 3 pha 13.8033 K (-2 59°C), 7.042 kPa Điểm tới hạn 32.97 K, 1.293 MPa Nhiệt. thực tế, Hydrogen là một khí đơn giản nhất và là thành phần chủ yếu trong vũ trụ (chiếm đến hơn 90%). Trên trái đất, hydrogen tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất với oxygen là H 2 O. Hydrogen đồng. [1]: CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2 ΔH= 206 kJ/mol; ΔG 298 = -5 8,096 kJ/mol (1) Trang 18 CO+ H 2 O ↔ CO 2 + H 2 ΔH= -4 1 kJ/mol; ΔG 298 = -2 8,606 kJ/mol (2) CH 4 + 2H 2 O ↔ CO2 + 4H 2 ΔH= 165 kJ/mol;