ĐỒ án CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLEN

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khi chúng ta trở thành thành viên chính thức của WTO thì nền công nghiệp đã có nhiều cơ hội phát triển hơn, trong đó ngành Công nghệ Lọc Hóa Dầu được ưu tiên phát triển hàng đầu. Đó là một trong những ngành mũi nhọn để phát triển đất nước, phù hợp với tiềm năng Dầu mỏ hiện có của nước ta. Chính điều này đã tạo những tiềm năng rất lớn cho một tương lai về tận dụng những sản phẩm hóa dầu, trong đó tổng hợp các hợp chất Polymer là ngành đang có xu hướng phát triển mạnh ở Việt Nam. Đó là một ngành khoa học nghiên cứu về việc tổng hợp các chất hữu cơ có ứng dụng rộng rãi trong đời sống bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ. Việc sản xuất, sử dụng polymer ngày càng được mở rộng và có quy mô phát triển nhanh. Đặc biệt khi tình hình nguyên liệu thiên nhiên đã và đang ngày càng khan hiếm, sự tiêu thụ các nguồn năng lượng cũng như các hợp chất hóa học có sẵn diễn ra với tốc độ ngày cao đặt ra những vấn đề với các nhà hóa học là phải tìm ra những hợp chất thay thế chúng. Polypropylene cũng là một trong số những polymer được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp, và các tính chất được ưa chuộng của nó. Hiện nay, nước ta có nhiều dự án xây dựng Nhà máy lọc dầu đã và đang được triển khai. Đây được coi là điểm hứa hẹn cung cấp nguồn Propylene nguyên liệu dồi dào. Việc xây dựng nhà máy sản xuất Polypropylene là yêu cầu rất cần thiết và cấp bách mang tính xã hội, tính kinh tế góp phần cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế chung cho đất nước.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA – VŨNG TÀU oo0oo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦNGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc oo0oo Khoa: HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ngành: Công nghệ Kỹ thuât Hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Pháp Trần Đức Sơn Trần Trọng Tân Phan Minh Tâm Lớp: DH10H1 Khóa : 2010-2014 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu 1 Đề tài: Tổng quan công nghệ và thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylen năng suất: 150 000 Tấn/năm. 2 Các số liệu ban đầu: - Công suất của nhà máy : 150.000 (tấn/năm). - Dải công suất hoạt động của nhà máy: (50 ÷ 100)% công suất thiết kế. - Nhà máy hoạt động : 8000 (giờ / năm). - Xúc tác hiệu suất cao, tiêu thụ tối đa đạt (0,033 ÷ 0,05) kg/tấn sản phẩm. Đặc tính kỹ thuật của Propylen: Nguyên liệu Propylen từ phân xưởng thu hồi propylen của Nhà máy lọc dầu được đưa đến phân xưởng PP có đặc tính kỹ thuật như sau: Áp suất : 5 bar ; Nhiệt độ: 45 0 C Trạng thái: Lỏng ; Độ tinh khiết propylen: 99.96% 3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Nội dung đồ án tối thiểu phải bao gồm những chương sau: Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Phương pháp tổng hợp & Công nghệ sản xuất PP Chương 3 : Tính toán thiết kế Chương 4: Kết luận 4 Giảng viên hướng dẫn: Th.s Tống Thị Minh Thu 5 Ngày giao nhiệm vụ: / /2013 6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: / /2013 Thông qua Bộ môn Ngày tháng năm 2012 Giảng viên hướng dẫn Xác nhận của trưởng khoa (ký và ghi rõ họ, tên) (ký và ghi rõ họ, tên) Ngày tháng năm 2013 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khi chúng ta trở thành thành viên chính thức của WTO thì nền công nghiệp đã có nhiều cơ hội phát triển hơn, trong đó ngành Công nghệ Lọc - Hóa Dầu được ưu tiên phát triển hàng đầu. Đó là một trong những ngành mũi nhọn để phát triển đất nước, phù hợp với tiềm năng Dầu mỏ hiện có của nước ta. Chính điều này đã tạo những tiềm năng rất lớn cho một tương lai về tận dụng những sản phẩm hóa dầu, trong đó tổng hợp các hợp chất Polymer là ngành đang có xu hướng phát triển mạnh ở Việt Nam. Đó là một ngành khoa học nghiên cứu về việc tổng hợp các chất hữu cơ có ứng dụng rộng rãi trong đời sống bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ. Việc sản xuất, sử dụng polymer ngày càng được mở rộng và có quy mô phát triển nhanh. Đặc biệt khi tình hình nguyên liệu thiên nhiên đã và đang ngày càng khan hiếm, sự tiêu thụ các nguồn năng lượng cũng như các hợp chất hóa học có sẵn diễn ra với tốc độ ngày cao đặt ra những vấn đề với các nhà hóa học là phải tìm ra những hợp chất thay thế chúng. Polypropylene cũng là một trong số những polymer được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp, và các tính chất được ưa chuộng của nó. Hiện nay, nước ta có nhiều dự án xây dựng Nhà máy lọc dầu đã và đang được triển khai. Đây được coi là điểm hứa hẹn cung cấp nguồn Propylene nguyên liệu dồi dào. Việc xây dựng nhà máy sản xuất Polypropylene là yêu cầu rất cần thiết và cấp bách mang tính xã hội, tính kinh tế góp phần cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế chung cho đất nước. Với sự ra đời Nhà máy lọc dầu số 1 với công suất 6,5 triệu tấn/năm tại Khu Công Nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi. Cần thiết phải có nhà máy sản xuất Polypropylene đưa vào vận hành đồng thời. Từ những phân tích trên, em quyết định chọn đề tài: “Tổng quan công nghệ và mô phỏng thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất: 150000 Tấn/năm” LỜI CẢM ƠN  Trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án công nghệ. Em luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy Cô giáo trong Khoa Hóa học & CN Thực phẩm. Nhân dịp này cho phép em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới:Th.s. Tống Thị Minh Thu, đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện, cùng toàn thể đội ngủ cán bộ giảng viên. Em cũng xin chân thành cảm ơn BGH Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã quan tâm giúp đỡ, xem xét cho em được làm đồ án công nghệ này. Kính chúc quý thầy cô, Ban lãnh đạo nhà trường luôn dồi dào sức khỏe , thành đạt và hạnh phúc. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực hiện MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ESD Emergency Shutdown FCC Fluid Cracking Catalyst (Cracking xúc tác) CMA, Inc Corporate Management Advisors, Inc. PS Polystylene OCP Olefin Cracking Process PP Polypopylene PE Polyetylene HPP HomoPolypropylen RCP Random CoPolypropylen ICP Impact copolyme polypropylen i-PP Isotactic polypropylene. a-PP Atactic polypropylene TEAl Trietylalumino PRU Petroleum refiney unit TBPƯ Thiết bị phản ứng PreR Thiết bị phản ứng tiền polyme R 1 Thiết bị phản ứng polyme thứ nhất R 2 Thiết bị phản ứng polyme thứ hai Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu về nguyên liệu propylene 1.1.1 Tổng quan về nguyên liệu Propylen (tên thông thường), có tên quốc tế là Propen là một hydrocacbon không no, thuộc họ alken. - Công thước phân tử: C 3 H 6 - Công thức cấu tạo: Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene là Propylene. Sản xuất Propylene là lĩnh vực sản xuất quy mô lớn, có mức tăng trưởng nhanh. Propylene là nguyên liệu cho nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng nhưng cho đến nay nó vẫn được coi là sản phẩm phụ hoặc sản phẩm đồng hành của các nhà máy lọc dầu (NMLD) và các nhà máy sản xuất Ethylene. Về cơ bản, toàn bộ lượng Propylene sử dụng cho công nghiệp hóa chất đều được sản xuất từ các NMLD (cracking xúc tác) hoặc là đồng sản phẩm của Ethylene trong các nhà máy cracking bằng hơi nước. Ngoài ra, còn những lượng Propylene tương đối nhỏ được sản xuất bằng các phương pháp khác như: Tách Hyđrogen khỏi Propane, phản ứng trao đổi Etylene – Butene, chuyển hoá từ Methanol (MeOH - UOP/Hydro MTO hay Lurgi MTP). Trong một báo cáo thị trường của tập chí Nghiên cứu thị trường công nghiệp hoá chất thế giới tháng 11-2003, thì sản lượng Propylene của thế giới khoảng 72 triệu tấn trong đó: 61% từ cracking bằng hơi nước (tỉ lệ Propylene:Ethylene là 3,5:10 đến 6,5:10); 36% từ NMLD; 3% các quá trình còn lại. 1.1.2 Tính chất vật lý Ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, propene là một chất khí không màu, có mùi khó chịu nhưng yếu, không tan trong nước, tan trong dầu mỡ. Khoa Hóa và CNTP Trang 7 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Bảng 1.1: Các thông số vật lý cơ bản của Propylene. Thông số vật lý Giá trị Đơn vị Khối lượng phân tử 42,08 đvC Áp suất tới hạn 4.7 MPa Độ tan (trong nước ở -50 o C) 0.61 /m 3 Độ nhớt (tại 20 o C và 1at 8.35.10 -6 N.s/m 2 ). 0.3 cSt Độ nhớt (tại 16,7 o C) 8.34 µPa * s Nhiệt độ tới hạn 92.3 o C Nhiệt nóng chảy -182.5 o C Nhiệt độ sôi -47.6 o C Nhiệt cháy(ở 25 o C) 10.94 kcal/kg Điểm bốc cháy -108 o C Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với không khí 2.0-11.7 % Hằng số khí R 98 1.1.3 Tính chất hóa học Liên kết π ở nối đôi của ankene kém bền vững và trong phản ứng dễ bị đứt ra để tạo thành liên kết σ với các nguyên tử khác. Vì thế liên kết đôi C=C là trung tâm phản ứng gây ra những phản ứng hóa học đặc trưng cho anken như phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp và phản ứng oxi hóa.  Phản ứng cộng tác nhân đối xứng.  Phản ứng cộng Hydro (Hydro hóa): Khi có mặt của chất xúc tác Ni, Pt, Pd, cùng với nhiệt độ thích hợp thì Propylene cộng Hidro vào nối đôi tạo thành Propane, phản ứng tỏa nhiệt: CH 2 =CH-CH 3 + H 2 CH 3 -CH 2 -CH 3 [1.1]  Phản ứng cộng Halogen (Halogen hóa): Clo và Brom dễ cộng hợp với Propylene để tạo thành dẫn xuất dihalogen không màu. Do tính chất làm mất màu dung dịch Clo (Brom) nên người ta thường dùng dung dịch nước Clo (brom) để nhận biết anken: CH 2 = CH - CH 3 + Cl 2 ClCH 2 -CHCl-CH 3 [1.2] Khoa Hóa và CNTP Trang 8 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu  Phản ứng cộng tác nhân bất đối xứng.  Cộng Acid: Hydrogen halogenua, Acid sunfuric đậm đặc có thể cộng vào Propylen. CH 2 =CH-CH 3 + HCl (khí) CH 3 – CHCl - CH 3 [1.3] Phản ứng xảy ra qua 2 giai đoạn liên tiếp: • Phân tử H + -Cl - bị phân cắt, H + tương tác với liên kết π tạo thành cacbocation, còn Cl - tách ra. • Cacbocation là tiểu phân trung gian không bền, kết hợp ngay với anion Cl - tạo thành sản phẩm.  Cộng nước (Hidrat hóa): Ở nhiệt độ thích hợp và có xúc tác Acid, Propylen có thể cộng hợp nước CH 2 =CH 2 -CH 3 +H-OH CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH [1.4] Quy tắc cộng hợp tuân theo quy tắc Mac-côp-nhi-côp, (Phần điện tích dương của tác nhân cộng vào cacbon mang nhiều H hơn (tức là cacbon bậc thấp hơn), còn phần mang điện tích âm của tác nhân sẽ cộng vào cacbon mang ít H hơn).  Phản ứng polymer hóa: Propylen có khả năng cộng hợp nhiều phân tử lại với nhau tạo thành những phân tử mạch rất dài và có khối lượng rất lớn trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác thích hợp. n CH 2 = CH ( - CH - CH - ) n [1.5] CH 3 CH 3  Phản ứng Oxi hóa: Propylen cũng như các Hydrocacbon khác khi cháy tạo thành CO 2 , H 2 O và tỏa nhiều nhiệt. 2 C 3 H 6 + 9 O 2 6 CO 2 + 6H 2 O [1.6] Ngoài ra Propylen cũng có khả năng làm mất màu quỳ tím như những Anken khác. 3C 3 H 6 + 2KMnO 4 + 4H 2 O 3CH 3 -CH(OH)-CH 2 OH + MnO 2 + 2KOH 1.1.4 Các nguồn thu nhận chính Những nguồn thu nhận chính của propylen từ quá trình cracking (crackinh xúc tác hoặc crackinh hơi) các hydrocacbon. Lúc đầu quá trình này được thiết kế để sản xuất những sản phẩm khác, propylen chỉ là sản phụ không mong muốn. Quá trình này sinh ra Khoa Hóa và CNTP Trang 9 t o ,xt Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu nhiều sản phẩm phụ, hàm lượng Propylen sinh ra tùy thuộc nguồn nguyên liệu và điều kiện phản ứng. Nguồn nguyên liệu chính là dầu mỏ và etan. Khi dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu chính thì hàm lượng Propylen sản xuất được tăng lên. Sự tiêu thụ tăng lên dẫn đến tăng độ nghiêm ngặt quá trình cracking xúc tác của nhà máy lọc dầu, kết quả là tăng lượng sản phẩm Propylen. Propylen thu được từ quá trình crackinh xúc tác của nhà máy lọc dầu được làm sạch bằng quá trình chưng cất để loại bỏ Propan và phần không tinh khiết khác. Propylen loại thương mại hóa (xấp xỉ 95% propylen) và loại trùng hợp (>99,5% Propylen) có tạp chất chủ yếu là Propan. Propylen cũng được sản xuất bằng sự chuyển vị giữa buten và etylen . Quá trình này được đưa vào nhà máy lọc dầu hoặc phân xưởng crackinh hơi để tăng sản phẩm propylen. Lúc đầu quá trình này được phát triển bởi Phillip nhưng bây giờ bản quyền là của ABB LUMMUS. Ngoài ra Propylen còn được sản xuất bằng cách khử hydro của Propan dưới tác dụng của xúc tác, quá trình này được dự đoán là quá trình cung cấp Propylen chính ở Trung Đông. Hai quá trình chính đang áp dụng là quá trình Catofin trước đây được phát triển bởi Houdry và giờ cấp phép bởi ABB Lummus và quá trình Oleflex được cấp phép bởi UOP. Khí thiên nhiên có thể được dùng như nguyên liệu cho quá trình sản xuất PP bằng cách thêm quá trình Lugri MTP vào một nhà máy sản xuất methanol thông thường. Hình 1.1 Các nguồn thu nhận Propylene[2] Nhìn chung, về cơ bản, toàn bộ lượng Propylen sử dụng cho công nghiệp hóa chất đều được sản xuất từ các NMLD (crackinh xúc tác) hoặc là đồng sản phẩm của Etylen Khoa Hóa và CNTP Trang 10 [...]... để sản xuất PP Unipol được biết đến bởi hàng loạt các sản phẩm nhựa với các tính chất khác nhau về điểm chảy mềm và độ rắn Tuy nhiên, công nghệ này không thật sự thích hợp đối với những nhà sản xuất PP khi muốn thay đổi nhanh và linh hoạt các loại sản phẩm trong dây chuyền sản xuất của mình Hình 2.3: Công nghệ UNIPOL 2.2.4 Mô tả công nghệ HYPOL-II Công nghệ Hypol của MITSUI được định hướng sản xuất. .. Atactic PP khó bán trên thị trường vì loại sản phẩm này mềm giống như chất đàn hồi Khoa Hóa và CNTP Trang 31 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Atactic PP thường được tạo thành trong khi sản xuất isotactic PP và bị loại ra hoặc được bán cho những nhu cầu đặc biệt hoặc được đốt bỏ Công nghệ sản xuất isotactic PP được áp dụng rộng rãi từ những năm 1980 Thay đổi trong công nghệ sản xuất PP tập trung... tả qui trình công nghệ SPHERIPOL Không như các nhà sản xuất PP khác chuyên sử dụng loại xúc tác Metallocen, Spheripol đã chiếm vị thế mạnh với hệ xúc tác Ziegler-Natta Công nghệ Spheripol có thể sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhờ lò phản ứng đa năng của nhà sản xuất bản quyền, nó chiếm ưu thế trong việc gieo mầm ngành công nghiệp sản xuất nhựa cho thị trường Trong chu trình công nghệ Spheripol,... tăng độ khuyếch tán và phản ứng của monome cũng như có khả năng giải phóng nhiệt một cách hiệu quả Muốn sản xuất một số copolyme đặc biệt, tạo thành bởi 2 hàm lượng etylene khác nhau cần phải sử dụng lò phản ứng pha khí thứ 2 Khoa Hóa và CNTP Trang 25 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Hình 2.1: Công nghệ SPHERIPOL 2.2.2 Mô tả qui trình công nghệ NOVOLEN Công nghệ Novolen là công nghệ pha khí sử... khuấy cơ học Công nghệ UNIPOL tầng sôi là công nghệ pha khí có tính ưu việt nhất do điều kiện trao đổi nhiệt và vật chất tốt hơn Khả năng tạo ra các vùng nóng nhỏ hơn so với công nghệ khuấy và do đó làm tăng chất lượng sản phẩm polymer Trong năm 2000, công nghệ sản xuất PP trên thế giới hầu như không có thay đổi lớn Tuy nhiên các nhà sản xuất PP cải tiến dần hệ xúc tác và chu trình công nghệ để nâng... Khoa Hóa và CNTP Trang 33 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu • Tính chất của thiết bị • Tiêu thụ nguyên liệu, xúc tác, phụ gia và năng lượng phụ trợ để sản xuất một tấn PP • Chất lượng của sản phẩm polymer • Lượng chất rắn, lỏng, khí thải Công nghệ HYPOLL II cho phép sản xuất nhiều loại sản phẩm hơn với các chỉ tiêu khác nhau và tính năng đa dạng hơn So sánh với các công nghệ khác được xem xét... dàng, các giới hạn của quá trình do hiện tượng "điểm quá nhiệt", "thể tích chết", sản phẩm bị nhớt không xuất hiện trong tất cả các quá trình xử lý  Trên cơ sở đó, đề nghị sử dụng công nghệ Hypol II để sản xuất PP Khoa Hóa và CNTP Trang 35 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu 2.3 Biện luận lựa chọn công nghệ sản xuất polypropylen 2.3.1 Cơ chế phản ứng Bên trong cấu trúc tinh thể, mỗi nguyên tử titan... nhanh hơn công nghệ của Dow Sản phẩm được sử dụng ở nhiều lĩnh vực Lò phản ứng nhỏ làm giảm thời gian lưu của nguyên liệu tham gia phản ứng Nhược điểm: lò phản ứng khuấy cơ học, không bảo đảm vận hành an toàn khi các thiết bị cơ khí bị hỏng hóc 2.2.3 Mô tả chu trình công nghệ "UNIPOL" Công nghệ Unipol đã đạt thành tựu suốt 10 năm qua trong việc cung cấp bản quyền công nghệ mới sản xuất PP Công nghệ Unipol... ngang/dọc do các đồng xúc tác và hydro được đưa vào dòng tuần hoàn có sự khuấy trộn mạnh (polymer trong monomer lỏng) Điều này tạo ra điều kiện polymer hoá ổn định và đồng thể Khoa Hóa và CNTP Trang 34 Đồ án công nghệ • Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Công nghệ còn tạo điều kiện cho việc thay đổi nhanh chủng loại sản phẩm mà không tăng chi phí vận hành Bình thường các nhà máy sử dụng công nghệ có thể sản xuất 15... copolymer có độ nén cao Chuỗi lò phản ứng đa chức năng có vốn đầu tư cao hơn các lò phản ứng đơn giản khác Công nghệ này tương đối mới và được MITSUI áp dụng và xây nhà máy lớn ở Nhật Khoa Hóa và CNTP Trang 27 Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Hình 2.4: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Hypol II Công nghệ Hypol bao gồm nhũng khu vực chính sau:  Khu vực chuẩn bị nguyên liệu Propylen cấp độ polymer (99.6% . “Tổng quan công nghệ và mô phỏng thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất: 150000 Tấn/năm” LỜI CẢM ƠN  Trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án công nghệ. Em luôn nhận. no, thuộc họ alken. - Công thước phân tử: C 3 H 6 - Công thức cấu tạo: Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene là Propylene. Sản xuất Propylene là lĩnh vực sản xuất quy mô lớn, có mức. thiết kế để sản xuất những sản phẩm khác, propylen chỉ là sản phụ không mong muốn. Quá trình này sinh ra Khoa Hóa và CNTP Trang 9 t o ,xt Đồ án công nghệ Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu nhiều sản phẩm