Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân

Etylen là chất có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong công nghiệp hóa học, etylen được dùng làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Qua các thời kì phát triển đã có nhiều công nghệ sản xuất etylen được áp dụng với nhiều nguyên liệu khác nhau và với mục đích khác nhau tùy thuộc vào điều kiện của nhà máy. Tuy nhiên hiện nay, phương pháp nhiệt phân là hay dung hơn cả vì cho hiệu suất cao, ít tốn nguyên liệu, ít tạo cốc trên bề mặt của thiết bị… Công nghệ sản xuất etylen từ dầu khí chủ yếu là khí thiên nhiên đã được biết từ lâu, đây là nguồn nguyên liệu sẵn có. Công nghệ này có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường và rất hợp cho xu thế hiện nay. Etylen được sản xuất bằng cacking hơi nước từ các hợp chất hydrocacbon bao gồm: etan, propan, butan, Naphtan, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và dầu gasoil…. Trong đề tài này, em tìm hiểu rõ hơn về “Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân”.

1 Mục Lục 1 DANH MỤC HÌNH STT Hình Tên hình Số Trang 1 Hình 1.1 Phân tử etylen 10 2 Hình 1.2 Lượng etylen tiêu thụ theo các vùng miền 11 3 Hình 1.3 Lượng etylen thế giới tiêu thụ năm 2008 12 4 Hình 1.4 Lượng etylen thế giới hằng năm tiêu thụ từ 2007-2012 12 5 Hình 1.5 Sơ đồ khối mô tả ứng dụng của etylen trong lĩnh vực công nghiệp 13 6 Hình 2.1 Các phản ứng chính trong quá trình nhiệt phân 20 7 Hình 2.2 Sự hình thành hydrocacbon thơm và cốc – sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân 20 8 Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu tới hiệu suất tạo thành etylen trong phản ứng cracking naphta 24 9 Hình 2.4 Sơ đồ khối của quá trình steam cracking 28 10 Hình 2.5 Lò Kellogg Millisecond 31 11 Hình 2.6 Sơ đồ khối của quá trình tách khí nhiệt phân thu etylen 33 12 Hình 2.7 Sơ đồ chưng tách khí của quá trình steam cracking naphtha 35 13 Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ sản xuất naphta có tận thu các olefin khác ngoài etylen 38 14 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ của hãng ABB Lummus Global 41 15 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ của hãng Stone & Webster Engineering Corp 44 16 Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ của hãng TECHNIP, TECHNIPETROL 47 27 Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ của hãng M.w.Kellogg 50 2 2 DANH MỤC BẢNG STT Bảng biểu Tên bảng Số Trang 1 Bảng 1.1 Tính chất vật lý của etylen 11 2 Bảng 1.2 Một số tính chất kỹ thuật của các parafin từ C 2 -C 4 14 3 Bảng 1.3 Tính chất của gasoil 15 4 Bảng 2.1 Tỉ lệ phân bố sản phẩm 23 5 Bảng 2.2 Tỉ lệ hơi nước phụ thuộc vào nguyên liệu khác nhau (khối lượng phân tử của hydrocacbon) 26 6 Bảng 2.3 Sản lượng tối đa khi sử dụng nguyên liệu cracking 27 7 Bảng 2.4 So sánh hiệu suất lò Millisecond với lò thông thường 33 8 Bảng 2.5 Các tiêu chuẩn của sản phẩm etylen và propylen thương phẩm 36 9 Bảng 3.1 Hiệu suất etylen đối với nguyên liệu khác nhau (% khối lượng) 41 10 Bảng 3.2 Bảng hiệu suất etylen từ etan và dầu gasoil 43 11 Bảng 3.3 Công nghệ sản xuất etylen (năng suất 500.000 tấn/ năm) với các nguồn nguyên liệu khác nhau 48 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT BTX: benzene, toluene, xylen PQE: thiết bị đôi đơn giản STR: thời gian lưu ngắn SHP: dòng hơi áp suất cao USC: hệ thống cracking siêu chọn lọc 3 3 ARS: hệ thống thu hồi cao cấp TLX: thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp loại ống CFG: khí sản phẩm cracking 4 4 LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là bài luận cuối cùng của một sinh viên trước khi rời khỏi trường đại học. Để hoàn thành đồ án, sinh viên cần phải áp dụng tất cả các kiến thức và hiểu biết mà mình đã tích lũy được trong suốt những năm học ở trường. Chính vì vậy những kiến thức mà em đã nhận được từ các thầy cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa Chất là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Dầu Khí nói chung và các thầy cô trong bộ môn Lọc – Hóa dầu nói riêng đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm vừa qua và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Ts.Tống Thị Thanh Hương, cô là người đã giúp em đến với hướng nghiên cứu này, đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình, những người luôn là chỗ dựa vững chắc và luôn ủng hộ em trong mọi việc. Sinh viên thực hiện 5 MỞ ĐẦU Etylen là chất có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong công nghiệp hóa học, etylen được dùng làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Qua các thời kì phát triển đã có nhiều công nghệ sản xuất etylen được áp dụng với nhiều nguyên liệu khác nhau và với mục đích khác nhau tùy thuộc vào điều kiện của nhà máy. Tuy nhiên hiện nay, phương pháp nhiệt phân là hay dung hơn cả vì cho hiệu suất cao, ít tốn nguyên liệu, ít tạo cốc trên bề mặt của thiết bị… Công nghệ sản xuất etylen từ dầu khí chủ yếu là khí thiên nhiên đã được biết từ lâu, đây là nguồn nguyên liệu sẵn có. Công nghệ này có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường và rất hợp cho xu thế hiện nay. Etylen được sản xuất bằng cacking hơi nước từ các hợp chất hydrocacbon bao gồm: etan, propan, butan, Naphtan, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và dầu gasoil…. Trong đề tài này, em tìm hiểu rõ hơn về “Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân”. 6 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ETYLEN 1.1Tính chất của etylen Êtylen là chất khí không màu; t s = - 103,7°C; nhiệt độ tự bốc cháy 540°C (trong không khí). Ít tan trong nước, etanol; tan nhiều trong ete. Có trong khí đốt (3 - 5%), trong khí chế biến dầu mỏ (đến 20%). Có khả năng phản ứng cao, là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ quan trọng như etyl clorua, etanol, etylen oxit, polyetylen, PVC. Trong phân tử etylen có một liên kết đôi kém bền, dễ bị đứt ra trong các phản ứng hóa học, vì vậy các phân tử etylen có thể tham gia nhiều phản ứng cộng và liên kết với nhau tạo ra phân tử có kích thước và khối lượng rất lớn gọi là polyetylen. Giống như đa số các khí hữu cơ khác, etylen khi cháy tạo ra nước và cacbon điôxít. Ở một số loài cây Etylen được sinh ra khi cây rụng lá, ngập úng hay cây gặp một số điều kiện bất lợi khác. Etylen có tác dụng thúc quả chín và rụng. Hình 1.1.Phân tử etylen 7 Bảng 1.1. Tính chất vật lý của etylen [8] Cấu tử Nhiệt độ kết tinh ( 0 C) Nhiệt độ sôi ( 0 C) Nhiệt độ tới hạn ( 0 C) Giới hạn nổ trong không khí tại 0,1 Mpa, 20 0 C (%TT) Giới hạn dưới Giới hạn trên Etylen -169,15 -103,71 9,90 2,75 28,6 1.2Sử dụng Etylen 1.2.1.Nhu cầu etylen tiêu thụ Nhu cầu etylen của thế giới là rất lớn, nó tăng hằng năm, khu vực càng phát triển càng có nhu cầu etylen lớn hình 1.2, 1.3, 1.4. Hình 1.2. Lượng etylen tiêu thụ theo các vùng miền [6] 8 Hình 1.3. Lượng etylen thế giới tiêu thụ năm 2008 [6] Từ biểu đồ cho ta thấy, nhu cầu etylen tăng lên đáng kể trong 10 năm (từ 1995 đến 2005), tập trung ở những khu vực phát triển và đang phát triển. Điều này thúc đẩy công nghệ sản xuất etylen ngày càng phải phát triển để đáp ứng được nhu cầu etylen của thế giới. 9 Hình 1.4. Lượng etylen thế giới hằng năm tiêu thụ từ 2007-2012 [6] Trong những năm gần đây, nhu cầu etylen tăng khoảng 5-10% mỗi năm. 1.2.2 Ứng dụng của etylen Etylen là một hợp chất hữu cơ cơ bản, được ứng dụng để sản xuất các hợp chất trung gian khác phục vụ cho nhu cầu của con người. với những đặc tính sau, etylen đã trở thành chất sử dụng nhiều nhất trong ngành tổng hợp hữu cơ và hóa dầu: - Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao - Tương đối rẽ tiền - Dễ sản xuất từ hydrocacbon khác bằng quá trình steam cracking với hiệu suất cao - Các phản ứng đi từ nguyên liệu etylen tạo thành ít sản phẩm phụ hơn so với các phản ứng đi từ các olefin khác. Sơ đồ hình (1.5) mô tả các ứng dụng của etylen trong công nghiệp. 1 [...]... ta sản xuất etylen từ nguyên liệu naphta CHƯƠNG 2: QÚA TRÌNH CRACKING HYDROCACBON SẢN XUẤT ETYLEN 2.1 Giới thiệu về quá trình cracking "Cracking" là quá trình phân cắt liên kết cacbon-cacbon của các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn, có thể thực hiện bằng các phương pháp nhiệt hay sử dụng chất xúc tác Trong công nghệ dầu mỏ, quá trình này được ứng dụng để biến đổi các phân đoạn nặng thành các sản. .. liệu dưới tác dụng của nhiệt là quá trình rất phức tạp Quá trình xảy ra theo cơ chế gốc tự do Cracking nhiệt tạo ra một lượng lớn etylen, sản phẩm thu được ít nhánh, không nhiều phản ứng đồng phân hóa, khó thu được sản phẩm vòng, rất có lợi cho quá trình sản xuất etylen  Hóa lý của quá trình nhiệt phân hydrocacbon no [8]  Nhiệt động học của quá trình Phản ứng xảy ra: -Phản ứng cracking (cắt liên kết... trực tiếp  Xử lý sản phẩm khí nhiệt phân thu etylen Sản phẩm khí sau khi nén, tách lưu huỳnh, sấy, làm lạnh ngưng tụ đến -1000C được đưa vào các tháp chưng nhiệt độ thấp để tách các phân đoạn C1, C2, C3 Tạp chất axetylen được khử bằng hydro hoá chọn lọc trên xúc tác kim loại Sơ đồ khối của quá trình tách khí nhiệt phân: Hình 2.6 Sơ đồ khối của quá trình tách khí nhiệt phân thu etylen  Nén, tách... hưởng đến quá trình cracking sản xuất etylen Có 4 yếu tố ảnh hưởng quan trọng tới quá trình steam cracking sản xuất etylen: nhiệt độ phản ứng, thời gian lưu, tỉ lệ steam/hydrocacbon và nguyên liệu ban đầu  Nhiệt độ Phản ứng cracking hơi nước thu nhiệt mạnh Tăng nhiệt độ thuận lợi cho sự tạo thành olefin, olefin cao phân tử, aromatic Nhiệt độ tối ưu thường được chọn để tạo ra lượng lớn nhất sản phẩm... thuỷ nhiệt, tăng khả năng chống ngộ độc xúc tác với những hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, các kim loại nặng (Ni, V), chọn tỷ lệ thích hợp giữa các hợp phần xúc tác và tối ứu hoá quy trình điều chế, giảm giá thành sản phẩm 2.3 Cơ chế phản ứng của quá trình steam cracking sản xuất etylen Quá trình sản xuất etylen sử dụng cracking nhiệt Sự chuyển hoá hoá học của nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt là quá trình. .. và làm lạnh trực tiếp bằng phân đoạn nặng của quá trình nhiệt phân (4), (5) Nhiệt được sử dụng để sản xuất hơi nước áp suất cao Sản phẩm sau khi được làm lạnh trong bộ phân làm lạnh trực tiếp (6) được đưa sang tháp chưng sơ cấp (7) Tại đây, xăng nhiệt phân và nước thu được ở các phân đoạn trung gian, phân đoạn nặng thu được ở đáy tháp được dưa quay lại bộ phận làm lạnh trực tiếp Sản phẩm khí nhẹ thu... các sản phẩm bị polyme hoá tạo thành các sản phẩm nặng Ống dẫn sản phẩm từ lò nhiệt phân sang thiết bị làm lạnh nhanh phải dủ ngắn để thời gian lưu của sản phẩm trong vùng nhiệt độ cao ngắn nhất Nhiệt của lò được thu hồi bằng cách làm lạnh gián tiếp trong thiết bị làm lạnh nhanh và làm lạnh trực tiếp bằng cách sử dụng chính phân đoạn hydrocacbon nặng làm chất tải nhiệt Đối với quá trình nhiệt phân. .. xuất olefin bằng phản ứng cracking Hình 2.1 Các phản ứng chính trong quá trình nhiệt phân [8] Hình 2.2 Sự hình thành hydrocacbon thơm và cốc – sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân [8] Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc rất phức tạp Quá trình khơi mào xảy ra do quá trình cắt liên kết C-C tạo thành gốc tự do Ví dụ phản ứng nhiệt phân etylen xảy ra như sau: Khơi mào: Phát triển mạch: H3C CH3 CH3 + H3C... etylen trong lĩnh vực công nghiệp [8] 1.3 Nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất etylen  Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu chủ yếu sử dụng để sản xuất etylen là: etan, propan, butan (rất ít dung), naphta, gasoil Ngoài ra còn đi từ etanol, cracking các sản phẩm thu được từ quá trình khí hóa than và chuyển hóa metanol (hãng UOP/Mobil-Mỹ) Hiện nay Singapore còn đang phát triển công nghệ sản xuất etylen. .. bao gổm hai bộ phân chính: bộ phận phản ứng ("vùng nóng"), tại đó nguyên liệu được nhiệt phân tạo thành sản phẩm và bộ phận tách ("vùng lạnh"), tại đó sản phẩm tạo thành được tách loại và tinh chế Sơ đồ khối cùa quá trình steam cracking được trình bày trong hình (2.4) Hình 2.4 Sơ đồ khối của quá trình steam cracking [8] Hydrocacbon được gia nhiệt trong vùng đối lưu (1) của lò nhiệt phân và được pha . hiểu rõ hơn về Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân . 6 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ETYLEN 1.1Tính chất của etylen Êtylen là chất khí không màu; t s = - 103,7°C; nhiệt độ tự bốc. tác và tối ứu hoá quy trình điều chế, giảm giá thành sản phẩm. 2.3 Cơ chế phản ứng của quá trình steam cracking sản xuất etylen Quá trình sản xuất etylen sử dụng cracking nhiệt Sự chuyển hoá. đồng phân hóa, khó thu được sản phẩm vòng, rất có lợi cho quá trình sản xuất etylen.  Hóa lý của quá trình nhiệt phân hydrocacbon no [8]  Nhiệt động học của quá trình Phản ứng xảy ra: -Phản