luận văn công nghệ hóa học Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE

Đồ Án Tốt Nghiệp Mục lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XĂNG VÀ PHỤ GIA PHA XĂNG 1.1 Xăng động .4 1.1.1 Thành phần phân loại xăng 1.1.1.1 Thành phần xăng 1.1.1.2 Phân loại xăng .5 1.1.2 Một số tính chất kỹ thuật đặc trưng xăng 1.1.3 Phụ gia cho xăng 1.1.3.1 Phụ gia chì 10 1.1.3.2 Hợp chất chứa Mangan 12 1.1.3.3 Hợp chất chứa sắt 13 1.1.3.4 Các phụ gia chứa Oxigenat 15 1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ Phụ gia chứa Oxi 23 1.2.1 Thế giới 23 1.2.2 Tại Việt Nam .24 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM MTBE 26 2.1 Sơ lược lịch sử phát triển MTBE, mục đích ý nghĩa .26 2.1.1 Sơ lược phát triển MTBE .26 2.1.2 Mục đích, ý nghĩa sản xuất MTBE 26 2.2 Yêu cầu chất lượng MTBE thương phẩm 28 2.3 Nguyên liệu sản phẩm 28 2.3.1 Sản phẩm MTBE 28 2.3.2 Nguyên liệu .31 CHƯƠNG CƠNG NGHỆ VÀ Q TRÌNH SẢN XUẤT MTBE .38 3.1 Các phương pháp sản xuất MTBE 38 3.1.1 Cơ sở hóa học 38 3.1.2 Động học trình phản ứng 38 3.1.3 Xúc tác cho trình tổng hợp 39 3.1.3.1 Nhiệt độ 41 3.1.3.2 Áp suât .41 3.1.3.3 Tỷ lệ iso – buten/methanol 41 3.1.3.4 Xúc tác 41 3.1.3.5 Ảnh hưởng có mặt nước 41 3.1.4 Các công nghệ sản xuất MTBE .42 3.1.4.1 Q trình isome hóa n – butan thành iso – butan 42 3.1.4.2 Q trình đề hydro hóa iso – butan thành iso – buten 44 a Quá trình Oleflex .45 b Quá trình STAR 47 c Quá trình Catofin .48 d Quá trình FBD – .49 Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp 3.1.5 Quá trình Ether hoá tạo MTBE 50 3.1.5.1 Công nghệ CD-TECH .50 3.1.5.3.Q trình Ete hố (q trình Ethermax) hãng UOP 52 3.2 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ .53 3.2.1 So sánh cơng nghệ 53 3.2.2 Lựa chọn công nghệ 54 3.2.2.1 So sánh công nghệ .54 3.2.2.2 Lựa chọn công nghệ 55 Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp MỞ ĐẦU Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XĂNG VÀ PHỤ GIA PHA XĂNG 1.1 Xăng động 1.1.1 Thành phần phân loại xăng 1.1.1.1 Thành phần xăng Xăng nhiên liệu lỏng nhẹ điều kiện thường thu từ việc chế biến dầu mỏ hóa dầu khí Nó chủ yếu chứa Hydrocacbon từ C5 đến C11 phụ gia sử dụng động đốt ô tô, xe máy, máy bay… Tương tự dầu mỏ, thành phần xăng bao gồm họ Hydrocacbon: parafin,naptha, aromatic Bên cạnh xăng cịn ln có có mặt nước, kim loại hợp chất dị nguyên tố Trong số Hydrocacbon isoparafin cấu tử mong muốn chúng có khả cháy điều hịa (trị số octan cao nhât) hợp chất khơng thơm, khơng nhánh, nhánh nhánh ngắn (BTX) cấu tử không mong muốn, cần loại bỏ chúng có trị số octan thấp độc hại môi trường người Tuy nhiên naptha hợp phần chiếm tỷ lệ nhiều thành phần xăng Mặc dù thành phần hóa học xăng khơng phức tạp dầu mỏ việc xác định xác cấu tử Hydrocacbon không thực cần thiết Người ta chủ yếu dựa vào tình chất hóa lý xăng để đánh giá chất lượng xăng Hợp phần pha xăng (xăng gốc) chủ yếu sản xuất từ trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ (xăng chưng cất), từ trình cracking (xăng crackat), q trình refoming (xăng refomat), q trình ankyl hóa (xăng ankylat), q trình isome hóa (xăng isomerisat) q trình polyme hóa (xăng polymerisat), q trình cốc hóa … Các xăng thu từ q trình chế biến gần không sử dụng trực tiếp xăng thương phẩm khơng đáp ứng tiêu loại động không mang lại hiệu kinh tế-kỹ thuật tốt Vì thực tế để sản xuất xăng thương phẩm người ta thường phối trộn hai hay nhiều loại xăng với để xăng gốc có tính chất ưu viết Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp Thành phần xăng phải kể đến phụ gia pha chế vào xăng Hàm lượng phụ gia từ ppm đến 20% lại bổ sung nâng cao nhiều chất lượng xăng 1.1.1.2 Phân loại xăng Hiện khơng có quy định chung việc phân loại xăng động Mỗi nước lại có cách hiểu cách gọi khác xăng nhiên có số cách phân loại sau: • Phân loại xăng dựa vào trị số octan: Dựa vào trị số octan người ta phân loại xăng động theo giá trị RON xác định - Xăng RON 90 hay MOGAS 90 - Xăng RON 92 hay MOGAS 92 - Xăng RON 95 hay MOGAS 95 - Xăng RON 98 hay MOGAS 98 • Phân loại xăng dựa vào thành phần pha trộn bổ xung Các phụ gia hợp phần oxigenat pha trộn xăng, đặc biệt Etanol điều chế từ nguồn dầu mỏ, pha trộn vào xăng với tỉ lệ định xăng phân loại thành: - Xăng thường - Xăng sinh học, hay Gasohol hay xăng E5, E10, E15… • Phân loại dựa vào hàm lượn phụ gia chì: Sự có mặt chì thường pha trộn vào nhằm tăng trị số octan dạng phụ gia Tuy nhiên phụ gia có tính độc hại hầu hết bị cấm sử dụng giới phân loại: - Xăng chì - Xăng khơng chì • Phân loại theo tiêu chuẩn giới nước Hiện có nhiều hệ thống quy chuẩn nhằm quy định chất lượng xăng động Các tiêu chuẩn xây dựng sở phù hợp với điều kiện nước, vùng Các xăng đạt tiêu chuẩn phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, nhiều tiêu Chính vậy, cách phân loại sử dụng để đánh giá chất lượng xăng định đến giá thành sản xuất kinh doanh xăng Ở số phân lọa xăng theo tiêu chuẩn áp dụng Việt Nam: - Tiêu chuẩn Việt Nam: Xăng đạt tiêu chuẩn phải đáp ứng tiêu chuẩn quy định TCVN 6776:2005 bảng Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp Bảng 1: Tiêu chuẩn chất lượng xăng khơng chì TCVN 6776:2005 [1] Tên tiêu Xăng khơng chì Phương pháp thử 90 Trị số octan, RON MON Hàm lượng chì, g/l, max Thành phần chưng cất phân đoạn: 0C - Điểm sôi đầu - 10%V, max - 50%V, max - 90%V, max - Điểm sơi cuối - Cặn cuối %V max Ăn mịn đồng 500C/3h, max Hàm lượng thực tế (Đã rửa dung mơi), mg/100ml, max Độ ổn định oxi hóa, phút, Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max Áp xuất bão hòa Ried 37,80C, kPa Hàm lượng benzen, %V,max Hydrocacbon thơm, %V, max Olefin, %V, max Hàm lượng oxi %m, max Hàm lượng kim loại, mg/l Khối lượng riêng (ở 150C) kg/m3 Sinh viên : Vũ Quốc Bình 92 95 90 79 92 81 0,013 95 84 TCVN 2703:2002; ASTM D2699 ASTM D2700 TCVN 7143:2002; ASTM D3237 TCVN 2698: 2002; ASTM D86 Báo cáo 70 120 190 215 2,0 Loại TCVN 2694:2000; ASTM D130 TCVN 6593:2000: ASTM D381 TCVN 6778:2000; ASTM D525 TCVN 6701:2000; ASTM D2622/ D5453 TCVN 7023:2000; ASTM D4953/ D5191 TCVN 6703:2000; ASTM D3606/ D4420 TCVN 7330: 2003; ASTM D1319 TCVN 7330:2003; ASTM D1319 TCVN 7332:2003; ASTM D4815 TCVN 7331:2003; ASTM D3831 TCVN 6594:2000; ASTM D1298 480 500 43 – 75 2,5 40 38 2,7 Báo cáo Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp 1.1.2 Một số tính chất kỹ thuật đặc trưng xăng Để động hoạt động tốt có hiệu suất cao, xăng phải tương thích với động cơ, nghĩa phải có phẩm chất đáp ứng số yêu cầu sau: - Có khả bay đủ tốt - Cháy điều hịa, nghĩa khơng cháy kích nổ, lan truyền theo trật tự định - Có nhiệt cháy lớn - Khơng tạo cặn - Khơng ăn mịn động - Dễ lưu chuyển - Khí thải có thành phần độc hại với mơi trường người Vì vậy, để đánh giá khả làm việc cháy xăng người ta thường vào số tính chất hóa lý đặc trưng chúng - Khả bay xăng - Khả cháy kích nổ - Trị số octan - Độ bền hóa học xăng - Hàm lượng lưu huỳnh tổng - Hàm lượng benzen - Hàm lượng photpho Đây tính chất hóa lý đặc trưng cần xét đến để đánh giá phẩm chất xăng 1.1.3 Phụ gia cho xăng Với loại xăng gốc có đặc tính kỹ thuật khác nhiên: hầu hết xăng thu trình chế biến dầu mỏ thường không sử dụng trực tiếp Chúng cần phải phối trộn với nhau, nhằm bổ sung tính chất ưu việt cho nhau, khắc phục nhược điểm chúng đáp ứng yêu cầu xăng thương phẩm Để nâng cao chất lượng xăng, phương án kỹ thuật tối ưu tiến hành chế biến sâu Tuy nhiên phương pháp phức tạp, chi phí đầu tư, vận hành lớn, kéo theo giá thành thương phẩm cao Trong thực tế, xăng gốc phối trộn với đáp ứng đa Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp số tiêu hóa lý Một tiêu quan trọng người ta quan tâm đến nhiều nân cao trị số octan xăng Như ta biết, nguyên nhân gây cháy kích nổ xăng (cháy khơng điều hịa) xăng có chứa nhiều n – parafin Các n – parafin thường không bền, dễ tạo thành peoxit, Hydropeoxit, gốc tự tác dụng nhiệt, dẫn đến q trình cháy sớm, cháy mạnh, cháy khơng điều hịa Để khắc phục tượng người ta sử dụng phụ gia tăng trị số octan Ngồi phụ gia tăng trị số octan người ta cịn pha vào xăng phụ gia khác như: Phụ gia chống oxihoa, phụ gia chống tạo căn, phụ gia tẩy rửa… Cơ chế hoạt động phụ gia xăng chủ yếu theo chế phá hủy, ức chế hợp chất peoxit, hydropeoxit, gốc tự sinh trình tiền cháy nhiên liệu Một chế khac cần phải kể đến tính tương hỗ, lơi kéo phụ gia xăng gốc, coi chế tăng trị số octan cấu tử pha chế vào xăng Cũng phụ gia pha chế vào sản phẩm dầu mỏ khác, phụ gia pha chế vào xăng phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt như: - Phụ gia phải bổ sung làm tăng cường tính chất vốn có xăng không làm giảm thay đổi không đáng kể, chấp nhận tính chất khác xăng Ví dụ, pha phụ gia tăng trị số octan phải đảm bảo không làm giảm áp suất bão hòa thành phần chưng cất phân đoạn xăng - Không độc hại với người môi trường, không ảnh hưởng đến chi tiết động - Có thể đảm nhiệm nhiều chức lúc hay đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác (tính đa chức) Ví dụ: Pha etanol với tỷ lệ thích hợp ngồi mục đích làm tăng trị số octan, cịn làm giảm phần phụ thuộc lớn vào dầu mỏ hay làm cho trình cháy nhiên liệu triệt để nên giảm thiểu tác động không tốt đến môi trường, động người… Chính phụ gia pha xăng phải khảo sát cách kỹ lưỡng sở khoa học thực tiễn để tìm loại phụ gia hàm lượng phu gia pha chế phù hợp với loại xăng Sinh viên : Vũ Quốc Bình Lớp LHD K51 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngồi hợp chất chứa chì bị cấm sử dụng Phụ gia pha xăng sử dụng chủ yếu gồm nhóm chính: - Các hợp chất oxigenat Khi pha vào xăng với lượng lớn xem loại cấu tử pha trộn - Các hợp chất kim - Các hợp chất thơm Amin Bảng 2: Các loại phu gia tăng trị số octan [2] Các phụ gia Giới hạn xăng