Thiết kế phân xưởng tổng hợp sản xuất benzen

Thiết kế phân xưởng tổng hợp sản xuất benzen

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 7

Phần I TỔNG QUAN

A N guyên liệu và sản phẩm của quá trình hydrodealkyl hóa toluen

I N guyên liệu hydro 9

1 Tính chất vật lý 9

2 Tính chất hóa học 9

1 Tính chất vật lý của toluen 11

2 Tính chất hóa học của toluen 13

3 Tính chất hóa học của benzen 17

4 Ứ

ng dụng 18

2 C

ác phản ứng phụ quan trọng 23

III N hiệt động học của phản ứng 23

úc tác 25 1.2.1 Giới thiệu các loại xúc tác phổ biến 25 1.2.2 Điều kiện làm việc của xúc tác 25 1.2.3 Đ

ặc tính xúc tác 25 1.2.4 Tổng hợp xúc tác 27

2 Q

uá trình hydrodealkyl hóa nhiệt 28 2.1 Điều kiện làm việc 28 2.2 S

ơ đồ công nghệ 29

V M

ột số công nghệ điển hình của quá trình hydrodealkyl hóa toluen

1 Công nghệ của UOP 29

2 Công nghệ hydrodealkyl hóa của DETOL, LITOL và PYROTOL 31 2.1 Giới thiệu 31 2.2 Ư

u điểm của các công nghệ 32 2.3 S

ơ đồ công nghệ chung DETOL, LITOL và PYROTOL 33

3 Tính kinh tế của quá trình THDA 34

C M

ột số phương pháp khác sản xuất benzen 35

I R eforming xúc tác 36

1 C

ác phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác 36

2 Điều kiện phản ứng 36

3 X

úc tác của quá trình reforming 37 3.1 C

ác loại xúc tác 37 3.2 C

ác yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác 37

4 Công nghệ reforming xúc tác 37 4.1 Công nghệ bán tái sinh 37 4.2 T

ái sinh liên tục 38

II P

hản ứng bất phân bố toluen để sản xuất benzen và xylen 38

1 Nguyên lý chung của phương pháp 38

2 C

ác phản ứng 40

3 Công nghệ sản xuất 40

4 Công nghệ tatoray – sản xuất benzen điển hình trong công nghiệp 41

III X ăng nhiệt phân 42

1 C

ơ sở của quá trình 42

2 Điều kiện của quá trình 43

3 Công nghệ xử lý xăng nhiệt phân bằng hydro 43 3.1 Giai đoạn hydrodedien hóa 43 3.2 Giai đoạn hydrodesunfua hóa 44 3.3 Nguyên tắc làm việc chung của cả hai giai đoạn 44

A S

ơ đồ công nghệ thiết kế 48

B T ính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng 51

I P hần mềm tính toán Hysys 51

II T rình tự tính toán trong phần mềm Hysys 51 III T ính toán số liệu ban đầu 52

1 Tính năng suất benzen 52

2 Tính cân bằng vật chất 52 2.1 Tính lƣợng biphenyl 54 2.2 Tính lƣợng khí metan sau quá trình phản ứng 54 2.3 Tính lƣợng toluen 55 2.4 Tính lƣợng khí hydro cần tiêu thụ cho phản ứng 55 2.5 C

VI Đ iều chỉnh thông số trong Hysys 58

1 Thay đổi thành phần dòng nguyên liệu 58

VII Tính cân bằng vật chất – nhiệt lượng của quá trình THDA

I T ính chiều cao lò phản ứng 74

II T ính toán kích thước bích nối 76

Phần III THIẾT KẾ XÂY DỰNG NHÀ MÁY

I P hân tích địa điểm xây dựng nhà máy 77

II P hân tích thiết kế mặt bằng nhà máy 79

1 Nguyên tác phân vùng 79

2 Ƣ

u nhƣợc điểm của nguyên tác phân vùng 80

3 C

ác hạng mục công trình 80 3.1 Bảng thống kê các hạng mục 80 3.2 C

ác dữ liệu kinh tế kỹ thuật 81

III T hiết kế mặt bằng 83

ác nguyên tắc cơ bản khi xây dựng lộ thiên 85 3.2 Thiết kế xây dựng 85

Phần IV TÍNH TOÁN KINH TẾ

1.1 Chuẩn bị mặt bằng 88 1.2 Phân xưởng 88 1.3 V

ốn đầu tư thiết bị 89 1.4 C

hi phí xây dựng và lắp đặt 89 1.5 Thuế đất 89 1.6 C

hi phí cho quá trình chạy thử và hướng dẫn sử dụng thiết bị 89

2 C

hi phí đầu tư khai thác 90 2.1 C

hi phí nguyên vật liệu 90 2.2 C

hi phí cho điện nước 90 2.3 Tổng chi phí cho công nhân 91 2.4 C

hi phí bảo dưỡng 91 2.5 C

hi phí cho những vấn đề về sự cố ngừng hoạt động 92

3 V

ốn đầu tư lưu động 92

4 Tính khấu hao phân xưởng 92

5 Tổng chi phí sản xuất chung 92

3 Dạng tự động điều chỉnh 97

4 Dạng điều khiển phản hồi 97

2 Nguyên nhân do tổ chức 103

3 N

guyên nhân do vệ sinh 104

II C ông tác đảm bảo an toàn lao động 104

1 C ông tác giáo dục tư tưởng 104

2 T rang bị phòng hộ lao động 104

3 C ác biện pháp kỹ thuật 104

4 C ông tác vệ sinh 105

5 Y êu cầu vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy 105

III Y êu cầu về phong chống cháy nổ trong nhà máy 106

1 P hòng chống cháy 107

2 N găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy 107

3 N găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy 107

4 N hững biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ 108

IV C ác yêu cầu về an toàn giao thông trong nhà máy 109

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

PHỤ LỤC 113

Từ cách đây nhiều thập niên, các nhà sản xuất đã nhận ra tầm quan trọng của benzen Các phương pháp sản xuất benzen trong công nghiệp cũng không ngừng phát triển để cung câp nguồn nguyên liệu trung gian này cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu

Trên thực tế, nguồn cung cấp hydrocacon thơm nói chung, và benzen nói riêng không hoàn toàn có nguồn gốc từ dầu mỏ

Bằng chứng là trước năm

1940, đây chính là phương pháp chủ yếu cung cấp nguồn benzen và sản phẩm thế benzen Hiện nay

[2]

Benzen có thể thu được từ một số quá trình quan trọng trong lọc hóa dầu, như quá trình reforming xúc tác, cracking xúc tác, Cracking hơi Mặc dù trong các quá trình này, benzen chỉ là sản phẩm phụ, song sản lượng là đáng kể Trong quá trình reforming xúc tác, với nguồn nguyên liệu naphta đã cung cấp lượng benzen và sản phẩm BTX chủ yếu

Quá trình cracking xúc tác lại chuyển hóa phân đọan dầu thô í

Song cũng là những nguồn thu BTX quan trọng trong công nghiệp

Một số quá trình mới cho t

Hay quá trình Hydrodealkyl hóa trực tiếp toluen để cho sản phẩm benzen với độ chuyển hóa rất cao Quá trình này có thể thực hiện dễ dàng nhờ xúc tác hydrodealkyl hóa toluen_HDA hay dưới tác dụng của nhiệt độ thermal hydrodealkyl of toluen_THDA

Trong đồ án này, có sự phân tích rõ ràng về sơ đồ công nghệ, cũng như các điều kiện tối ưu để phát huy hết công suất mỗi sơ đồ Và sau đó là sự lựa chọn, tính toán một sơ đồ sao cho công nghệ đó không chỉ đáp ứng yêu cầu về năng suất, chất lượng benzen mà còn thỏa mãn điều kiện về kinh tế như chi phí đầu

tư, giá thành sản phẩm, xây dựng…

Phần I TỔNG QUAN

A Nguyên liệu và sản phẩm

I Nguyên liệu Hydro

_catalytic reforming Hydro đƣợc sử dụng cho các mục đích làm sạch sản phẩm, xử lý hydro các phân đoạn hay sử dụng cho quá trình hydrocraking Quá trình reforming đƣợc đánh giá là nguồn thu hydro dồi dào (hàm lƣợng từ

85 93%) và rẻ tiền, rẻ hơn từ 10 đến 15 lần so với hydro thu đuợc bằng các cách điều chế khác

r =1,5*10 cm

-8 + H

-t

2NaH + H O = NaOH + H

3 Ứng dụng của hydro :

- Trong công nghiệp : Sản xuất ra NH3, Từ đó sản xuất ure

- Sản xuất HCl, CH3OH, hydro hóa hợp chất chƣa no

- Tinh chế dầu mỏ ( loại bỏ S, olefin,…)

- H2 cùng với O2 lỏng làm nhiên liệu tên lửa

- Do nhẹ hơn không khí, hydro đƣợc bơm vào khí cầu

- Hydro có tốc độ khuếch tán nhanh nên được dùng làm mát các chi tiết

máy

4

, chất dẻo và các sản phẩm dầu khí Nó có thể được vận chuyển đến người dùng cuối thông qua đường ống dẫn - đó là phương pháp rẻ

nhất - nhưng có những đường ống hiện có tương đối ít so với các hệ thống khí

, làm mát chất lỏng khí hydro

II Nguyên liệu Toluen

ở 77oC

1,4969 1,4941 Nhiệt độ tới hạn, o

Hằng số nghiệm lạnh, mol/K A

B

0,02508 0,0019 Nhiệt tạo thành HF, Kcal/mol Khí

Lỏng

11,950 2,867 Entropy, So Khí

Lỏng

76,42 52,48 Năng lƣợng tạo thành tự do F Khí

Kcal/mol Lỏng

29,228 27,282 Dựa vào công thức [4]: Log(P) = A – B / (C + t)

Toluen tạo một hỗn hợp đẳng phí với đa số parafin, rƣợu, naphtalen nhiệt độ đẳng phí của hỗn hợp rất gần với nhiệt độ sôi của cấu tử thứ hai Toluen không tạo hỗn hợp đẳng phí với một số chất nhƣ: heptan, metyl cyclohexan, Cis-1,3-dimetyl cyclohexan

2 Tính chất hoá học của Toluen [4]

Cấu tạo của toluen nhƣ sau:

C H H

C6H5CH3 + O2 C6H5CHO hoặc C6H5COOH

- Phản ứng hyđro hoá tạo naphten, metylcyclohecxan

Hiện nay,

Theo nghiên cứu của API thì nhu cầu sử dụng Toluen trong xăng không pha chì sẽ tăng gấp đôi so với xăng pha chì Tuy nhiên để sử dụng đƣợc xăng không pha chì thì cũng yêu cầu có sự đầu tƣ và thay đổi đáng kể trong vòng 10 năm hoặc lâu hơn nữa [4]

.,

một tập hợp vòng gồm sáu nguyên tử cacbon Đó là nhân benzen Năm 1865, nhà hoá học Đức Kekule (A.Kekule) đã đƣa ra công thức dạng khép vòng của benzen với các liên kết đơn và đôi luân phiên nhau Theo các giả thuyết hiện đại, sáu electron π của ba liên kết đôi trong benzen ở trạng thái liên hợp, tạo thành một hệ electron thống nhất

Nhiều tác giả đã đề nghị các công thức cấu tạo của vòng benzen, trong đó có công thức Kekule đƣợc sử dụng nhiều hơn cả Mặc dù vậy, công thức Kekule không phản ánh đƣợc đầy đủ các tính chất của benzen [7]

Theo quan điểm hiện đại: Benzen có cấu tạo vòng 6 cạnh phẳng Các nguyên

tử cacbon trong vòng đều ở trạng thái lai hóa sp2

Mỗi nguyên tử cacbon còn một electron p chƣa lai hóa Sáu electron p của 6 nguyên tử cacbon không xen phủ đều cả hai bên tạo ra đám mây electron p phân bố đều trên cả 6 nguyên tử cacbon của vòng và đƣợc biểu diễn bằng công thức sau [7]:

C C C C C C

1,54 A0 1,40 A0 1,34 A0Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng do các electron p xen phủ khép kín nên các liên kết C – C của vòng không mang tính chất của một liên kết đôi C = C Phân

tử benzen có mật độ electron p phân bố đều, phân tử hoàn toàn đối xứng, bền, vì thế mà khó cộng hợp, khó oxi hóa Nó chỉ dễ phá vỡ cấu trúc bền của vòng

2 Tính chất vật lý của benzen [6,2]

Benzen là một hydrocacbon thơm, có công thức hóa học là C6H6, khối lượng phân tử 78,11, ở trạng thái lỏng, không màu, linh động, có mùi thơm đặc biệt

Benzen không tan trong nước, tạo thành với nước một hỗn hợp sôi ở nhiệt độ 69,25o

C Benzen hòa tan được nhiều chất nhựa, mỡ, lưu huỳnh và nhiều chất khác, không tan trong nước Do đó benzen là một dung môi rất thông dụng

4: Các thông số vật lý của benzen [8]:

Nhiệt độ tự bốc cháy trong không khí 538oC

Độ hoà tan trong nước ở 25o

Độ hoà tan của nước trong benzen 0.05g/100g C6H6

Tỷ trọng tới hạn 0,3 g/ml

3 Tính chất hóa học của Benzen [7]

Về thành phần, benzen thuộc loại hidrocacbon vòng không no liên hợp (dãy đồng đẳng CnH2n-6), nhưng khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C2H4, benzen thể hiện các tính chất vốn có của hidrocacbon no Chẳng hạn, benzen bền vững với tác dụng của các chất oxi hoá, dễ tham gia phản ứng thế hơn là phản ứng cộng, v.v… Sỡ dĩ benzen và những hợp chất thơm khác có các tính chất đặc biệt này là vì nhân benzen tương đối bền vững đối với các phản ứng hoá học

+ Tác dụng với clo :

3Cl2 T, Pas

Cl

Cl Cl

Cl Cl

Cl

b Phản ứng oxi hóa : Rất khó thực hiện

Các chất oxi hóa thông thường như KMNO4 ,K2Cr2O7 / H2SO4 không có khả năng oxi hóa nhân benzen Ơ nhiệt độ cao, benzen bị oxi hóa bởi oxi tạo anhydric maleic với sự có mặt của xúc tác V2O5 :

9/2 O2 450

0

C

V2O5Benzen

CH CH

C

C OO

O Anhydric maleica

c Phản ứng thế electrophyl S E :

Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp hoá chất Những nguyên tử hidro trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác, bằng

các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm định chức khác Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen…

- Không khi nào mà cuộc sống con người lại không có sự xuất hiện của benszen , những chất như long não , thuốc paracetamol , thuốc từ sâu 666 ( đã bị ngăm cấm, song mở đầu cho ứng dụng thuốc trừ sau trong nông nghiêp ) , kháng sinh pi các loại , thuốc trừ cỏ DDT , thuốc kích thich đột biến tứ bội cinciline , thuốc cảm aspirin

- Trong phòng thí nghiệm, benzen được sử dụng rộng rãi làm dung môi

- Sử dụng chế tạo tơ nhân tạo , nilon , thủy tinh tổng họp hữu cơ , đồ chống cháy có nhiều vài trò trong cuộc sống

- Benzen là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp phẩm nhuộm anilin, dược phẩm, trong việc sản xuất chất phụ để nâng cao chỉ số octan đối với

nhiên liệu động cơ ôtô và máy bay

5 Độc tính [9]

, urephenolfomandehit dùng làm chất dẻo, chất kết dính, Chất diệt nấm mốc: nitrophenol, chất diệt cỏ: 2,4- D(2,4-diclophenoxiaxetic)

Trinitro toluen

Anilin Styren phenol

Phenol Formandehit

Toluen

Nitro benzen

Etyl benzen Cumen

Phenol Benzen

benzen

phục

Benzene có tác dụng nghiêm trọng sức khỏe

Việc hít phải có thể gây ra buồn ngủ, chóng mặt, nhịp tim nhanh, đau đầu, run, nhầm lẫn, bất tỉnh hoặc chết Thực phẩm hoặc đồ uống có chứa nồng độ cao của benzen có thể gây nôn mửa, kích thích dạ dày, chóng mặt, buồn ngủ, co giật, nhịp tim nhanh benzen là chất độc cho hệ thống miễn dịch Cục Y tế Mỹ và Dịch vụ Nhân sinh (DHHS) phân loại benzen như là một chất gây ung thư con người

ra bởi benzene, vì nó là rất dễ cháy Benzen là một hóa chất được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp Benzene được lưu giữ tại các nhà máy, nơi nó được

sử dụng như một tiền chất hóa học với các hóa chất khác được sử dụng để sản xuất chất kết dính nhất định, sản phẩm tẩy rửa, nhựa và sợi… Nó cần được lưu giữ tại các nhà máy công nghiệp theo quy định được quy định bởi Cơ quan Bảo

vệ môi trường và các cơ quan khác của chính phủ về quản lý

Sau đây là một số lưu ý khi tồn trữ Benzen [9]:

- Tồn trữ benzen trong thùng kín, tại khu vực được thông gió tốt

- Nhãn in trên container, thùng chứa phải có nội dung xác định và rõ ràng

- Duy trì nhiệt độ kho tồn trữ trên 80C để ngăn chặn benzen tự đóng băng

- Cài đặt miếng đệm sưởi ấm hoặc làm nóng dạng cuộn trong và xung

quanh bể nếu nhiệt độ trong khu vực lưu giữ benzen giảm xuống dưới 8 độ

- Sử dụng các biện pháp cách nhiệt cho thùng chứa để nhiệt độ giữa bên

trong thùng chứa và môi trường dao động càng ít càng tốt

- Giám sát các xe vận chuyển và khu vực xung quanh nó để kiểm tra có mối nguy hiểm hoặc những mối nguy hiểm tiềm năng Những mối nguy hiểm này

bao gồm bất kỳ nguồn đánh lửa hoặc các vấn đề với cơ chế làm nóng

- Kiểm tra bể chứa, thùng chứa thường xuyên xem có rò rỉ hay không

- Thùng chứa benzen phải đạt tiêu chuẩn do tính chất an toàn

- Trong khi di chuyển qua đường ống, điện tích sinh ra tại các điểm mặt bích, do đó trên đường ống phải có bộ phận nối đất_phân phối điện tĩnh để tránh

nổ

- Tránh tất cả các hoạt động làm việc trực tiếp với benzen mà không có đồ bảo hộ theo qui định

- Tất cả các bể chứa được giữ trong vòng tường đê để hạn chế sự cố

- Tất cả các động cơ bơm sẽ được cung cấp bộ phận nối đất gấp đôi để tránh điện tích

- Kho lưu trữ các thùng benzen cầ

tránh cháy trong quá trình sấm chớp

- Tất cả các bể chứa phải được trang bị lỗ thông hơi để giải phóng áp suất trong chất lỏng

- Tất cả các bể chứa phải được trang bị hệ thống làm mát mùa hè

-

để dập tắt lửa khi có sự cố

- Tất cả các thùng chứa phải được sơn mỗi năm để tránh thiệt hại

- Tất cả các thùng chứa phải được trang bị thang để đi lên cầu thang để kiểm tra

- Tất cả các bồn, bể chứa phải được trang bị thiết bị để theo dõi số lượng

b Vận chuyển [9]

Biện pháp phòng ngừa an toàn trong quá trình tải Benzene vào tàu:

• Tất cả các tàu chở dầu phải có sự cho phép của Giám đốc điều khiển vật liệu nổ

trước khi tải để tránh ô nhiễm

• Lưu lượng của benzen trong quá trình tải nên có tốc độ thấp để tránh tích điện

• Tàu chở dầu phải được nối đất trong quá trình tải

benzen để tránh cháy nổ

cấp

• Trước khi rời tất cả các mũ tàu chở dầu phải được đóng lại đúng cách

B Hydrodealkylation of toluene – HDA

Phương pháp Hyđro đề alkyl hoá Toluen để sản xuất Benzen

để hydrodealkyl hóa các metylbenzen, etylbenzen C9+ thành benzen Nó xuất phát từ nhu cầu benzen trong công nghệ tổng hợp hóa dầu lớn hơn nhiều so với các hợp chất này cũng như với toloen và các xylem (sản phẩm BTX) Sau khi phân tách benzen khỏi sản phẩm reforming, các hydrocacbon thơm cao hơn sẽ được đến phân xưởng hydrodealkyl hóa Thiết bị phản ứng có dạng tương tự hydrocracking Tại đây, phân nhánh alkyl sẽ được bẻ gãy và đồng thời được hydro hóa Dealkyl hóa các hợp chất dạng vòng benzen thế nhiều sẽ làm tăng lượng hydro tiêu thụ và đồng thời tạo ra nhiều sản phẩm khí hơn Dưới đây là 1

số ví dụ:

CH3

Phản ứng benzenes nhiều nhóm alkyl là:

II Các phản ứng trong quá trình Hydrodealkyl hóa

Nhìn chung, các phản ứng liên quan đến quá trình này đều tỏa nhiệt mạnh (ví

dụ hydrocracking ΔH= -190 ÷ -230 kJ/mol), ngoại trừ phản ứng tạo ra hydrocacbon thơm khối lượng phân tử lớn thu nhiệt nhẹ, và phản ứng phân hủy metan thành C và H Các phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao 650oC và tùy từng trường hợp, có thể thuận lợi khi tăng áp suất (phản ứng hydro hóa) hoặc không (phản ứng phân hủy, tạo cốc) Áp suất tối ưu cho quá trình là 5 ÷ 6 MPa

IV

Các quá trình hydrodealkyl hóa có thể chia thành 2 loại: hydrodealkyl hóa nhiệt (THDA_thermal hydrodealkylation) và hydrodealkyl hóa xúc tác (HDA_hydrodealkylation)

1

Shell, UOP, Houdry và BASF là các hãng đã thiết kế công nghệ hydrodealkyl hóa xúc tác hiện đang được sử dụng phổ biến trên thế giới Phần lớn các công nghệ này đều sử dụng xúc tác trên cơ sở oxyt crom (10 ÷ 15% KL) mang trên oxyt nhôm

Quá trình này được sự tham gia của xúc tác, nên nhiệt độ phản ứng thấp hơn

7000C.Song, trong quá trình này cũng gặp phải một số khó khăn: Hoạt động của các chất xúc tác không phải luôn đủ cao, nếu nhiệt độ phản ứng hay áp suất hyđro tăng lên để tăng việc chuyển đổi thì các phản ứng phụ như hydrocracking vòng thơm cũng tăng theo

1.1 Điều kiện phản ứng

Như đã nói, do có mặt xúc tác nên điều kiện phản ứng không khó khăn như hydrodealkyl nhờ tác dụng của nhiệt độ Hay nói cách khác, tại cùng 1 điều kiện (nhiệt độ, áp suất), thì việc sử dụng xúc tác sẽ đem lại hiệu quả cao cả về hiệu xuát, và độ chọn lọc sản phẩm Hai biểu đồ sau thể hiện rõ ưu điểm đó (hình 2, hình 3)

Các điều kiện tiến hành phản ứng tru

ứng 620oC, nhiệt độ tối đa 700 ÷ 720oC, áp suất 4,5 MPa, tỷ lệ mol

H2/hydrocacbon ở dòng vào thiết bị phản ứng là 6, LHSV = 1 h-1 Hiệu suất tính theo toluen nguyên liệu là 97% mol, và độ chuyển hóa là 70% mol Tuổi thọ của xúc tác tối thiểu 2 năm Theo thời gian làm việc, cacbon lắng đọng trên xúc tác, đòi hỏi phải tăng nhiệt độ liên tục từ 6200C ở đầu dẫn nguyên liệu tới 6500C ở đầu vào thiết bị phản ứng Hàng năm, xúc tác cần được tái sinh bằng quá trình đốt cốc có kiểm soát chặt trong dòng khí giàu oxy

1.2.2 Điều kiện làm việc của xúc tác

THDA cho sản xuất benzen từ chất thơm nặng

Hình 2: So sánh điều kiện phản ứng, độ chuyển hóa của nguyên liệu trong 2 trường hợp có và không sử dụng xúc tác [11]

Hình 3: So sánh độ chọn lọc sản phẩm của 2 phương pháp hydrodealkyl

có và không sử dụng xúc tác [11]

Nguyên liệu: C7 +

Áp suất: 200 psig Xúc tác: MCM - 22

Độ chuyển hóa nguyên liệu (%)

Hydrodealkyl hóa (nhiệt)

Hydrodealkyl hóa (xúc tác)

Hydrodealkyl hóa (xúc tác)

Áp suất: 200 psig Xúc tác: MCM - 22

Các đặc tính của các hạt được sử dụng trong quá trình sáng chế này là:

+ Trọng lượng có nghĩa là đường kính là 25-250 μm, tốt 40-120 μm

0,3-1,5 g/cm3, prefeably 0,4-1,3 g / m3 + Hình dạng hình cầu là đáng kể

Một loại zeolit cũng được sử dụng phổ biến là MCM-22 Thành phần Zeolit MCM-22 có mối quan hệ mol:

–

, hoặc trên các Zeolit Ví dụ, trường hợp của platinum, h

-22 có thể được thực hiện tại một trong hai điều kiện tĩnh hoặc khuấy trong một lò phản ứng phù hợp chẳng hạn như bình polypropylene hoặc teflon hoặc nồi hấp thép không gỉ Phạm

80 ° C đến khoảng 225 ° C trong một thời gian đủ

để kết tinh xảy ra ở nhiệt độ đã dùng, ví dụ, từ khoảng 25 giờ đến khoảng 60 ngày Sau đó, các tinh thể được tách ra từ chất lỏng và hồi phục

, tăng , giao thương

2

Với các quá trình hydrodealkyl hóa nhiệt, các công ty chính đã phát triển và thượng mại hóa công nghệ này là Atlantic Richfield và Hydrocacbon Researche Inc, Mitsubishi và Chioda, Gulf Oil…

2.1 Điều kiện làm việc

Về cơ bản, điều kiện vận hành công nghệ này như sau:

- Nhiệt độ dòng vào thiết bị phản ứng 6200C, nhiệt độ tối đa 730 ÷ 7500

C

- Áp suất 4,3 MPa

- Thời gian lưu trung bình 25 ÷ 30 giây

- Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon trong dòng vào thiết bị là 4

- Độ chuyển hóa 75%

- Độ tinh khiết tối thiểu của dòng hydro là 50 ÷ 60% TT

→ Sản phẩm benzen có độ tinh khiết rất cao, và hiệu suất quá trình đạt 97 ÷ 99% mol tùy thuộc chu trình tuần hoàn phần sản phẩm nặng (diphenyl, dibenzyl…)

Trong quá trình này, điều kiện ( nhiệt độ, áp suất) thường khắt khe hơn trong phương pháp hydrodealkyl có sử dụng xúc tác Điều này lại đặt ra yêu cầu với các thiết bị trong quá trình sản xuất Cụ thể:

+ Các thiết bị phải phải có sức chịu đựng bền bỉ với nhiệt độ, dẫn đến vật liệu chế tạo tốn kém hơn

+ Do phản ứng hydrodealkyl là phản ứng tỏa nhiệt (với hơn khoảng 10 kcal / mol cho mỗi nhóm methyl khi nhóm alkyl là methyl), trong quá trình thiết kế, phải có thêm các thiết bị ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ trong lò.[12]

2.2

Ngoại trừ sự khác biệt về điều kiện phản ứng, cả 2 loại quá trình này đều vận hành theo cùng 1 sơ đồ nguyên lí chung Tùy thuộc nguyên liệu, hệ thống có thể chỉ bao gồm một sơ đồ đơn giản hoặc có thêm một bộ phận xử lý phân đoạn xăng nhiệt phân C5+ với mục đích loại bỏ các diolefin, các hợp chất lưu huỳnh bền vững, các hợp chất nito và oxy…bằng quá trình hydro hóa chọn lọc

V Một số công nghệ điển hình của quá trình hydrodealkyl hóa toluene

1 Công nghệ của UOP

Trong phân xư

naphten

Có 70-85% độ chuyển hoá của toluene thành Benzene qua quá trình này

-

-

-

-

-

-

-) : biphenyl

Hì

Toluen

Hydro

-Tùy thuộc vào ứng dụng, THDA có thể xử lý nhiều loại nguyên liệu

, dầu, và coproducts nhiệt phân Benzene được sản xuất từ THDA thường có một điểm đ

Những công nghệ hydrodealkyl này có thể được thiết kế cho các nguyên liệu

cụ thể khác nhau tùy theo yêu cầu Ba công nghệ này đều có độ chuyển hoá thành Benzene độ tinh khiết cao, mỗi nguồn đòi hỏi một cân bằng khác nhau của quá trình hyđro đề alkyl hoá, quá trình đề sunfua hoá và phản ứng hydrocracking

5: (UOP) Thermal hydrodealkylation process [3]

Bảng 5: Nguyên liệu và phản ứng trong quá trình

DETOL, LITOL, PYROTOL[13]

Chuyển hoá các alkyl

aromic trong khoảng từ

C7 đến C10 Cũng

chuyển hoá các hợp chất

thơm C9-C10 tập trung

thành hợp chất thơm C8

Chủ yếu là yêu cầu quá

trình hyđro đề alkyl hoá

Chuyển hoá các sản phẩm phụ từ C6 đến C9

từ than luyện cốc Chủ yếu là yêu cầu quá trình

đề sunfo hoá và 1 lượng nhỏ hơn là quá trình hyđro đề alkyl hoá và hyđro cracking của các

hợp chất không thơm

Chuyển hoá phân đoạn từ C6 đến C9 của chất lỏng nhiệt phân thu được như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethylene So với quá trình LITOL, Thêm

tương đương

2.2 Ưu điểm của các công nghệ

Bảng 6: Đặc trưng & ưu điểm từng mỗi công nghệ [13]

Đặc trưng của quy trình Lợi ích của quá trình

Độ chọn lọc cao của hợp

chât thơm

-Tỷ lệ sản phẩm cao hơn với cùng một nguyên liệu

Xử lý từng bước đơn lẻ -Loại bỏ yêu cầu cần thiết cho các

bước xử lý bằng hyđro riêng biệt,

để giảm hàm lượng olefin hoặc lưu huỳnh trong nguyên liệu

-Giảm chi phí Nhiệt độ hoạt động thấp -Tiết kiệm chi phí vật liệu chịu

nhiệt của thiết bị

Không luyện cốc trong hệ

thống trao đổi nhiệt

-Chi phí bảo trì Thấp

- Loại bỏ các chất thơm bão hòa rắn, chất thải vật liệu

2.3 Sơ đồ công nghệ chung DETOL, LITOL và PYROTOL

Công nghệ này, nhìn chung cũng không khác so với công nghệ chung Trong các công đoạn phản ứng, hấp thụ thì có sử dụng 2 tháp nối liên tiếp nhau để quá trình diễn ra triệt để hơn Sản phẩm ra khỏi lò phản ứng có độ chọn lọc cao hơn,

do phản ứng xảy ra hoàn toàn Còn sản phẩm tách đƣợc hấp thụ tốt hơn, benzene

có độ tinh khiết cao Sản phẩm đáy của tháp chƣng là các hydrocacbon thơm nặng thì đƣợc tuần hoàn trở lại nguyên liệu đầu để tăng khả năng chuyển hóa của nguyên liệu các cải tiến trên đây là thế mạnh của các hãng DETOL, LITOL

và PYROTOL đã giúp cho quá trình sản xuất đạt đƣợc ƣu điểm vƣợt trội so với các hãng khác

Hình 6: Sơ đồ công nghệ chung của DETOL, LITOL và PYROTOL [13]

Xong nhược điểm lại là quá nhiều thiết bị, dẫn dến chi phí đầu tư phân xưởng, bảo trì cao Ngoài ra, thời gian phản ứng quá lâu (2 lò phản ứng), nếu không tính toán kỹ, sẽ đồng thời gia tăng phản ứng phụ, cốc và có thể kéo hiệu xuất của cả quá trình xuống

Bảng 9: Chi phí trong quá trình Hydrodealkyl hóa toluene

(theo thống kê Gary and Handwerk _ 1994) [1]

C) 0.15 (0.3) $/m3 Biphenyl 100 $/tấn Hơi nước (gia nhiệt) 15 $/tấn

của benzen và toluen

khả thi khi giá của benzene (trên một đơn vị khối lượng) là hơn 1,25 lần giá toluene

trong giai đoạn cao điểm

THD

benzen (ví dụ: benzen và hỗn hợp Xylen) trong giai đoạn nhu cầu benzen thấp

C Một số phương pháp khác sản xuất Benzen

K

Dưới đây là một số phương pháp sản xuất benzen trong công nghiệp rất hiệu quả Việc phân tích rõ các điều kiện công nghệ của từng phương pháp là để tháy

rõ ưu nhược điểm của chúng Từ đó có thể đưa ra một phương pháp tối ưu nhất

để ứng dụng và phát triển sản xuất benzen, tạo lợi nhuận cao nhất có thể

Các quá trình chủ yếu để sản xuất benzen bao gồm:

* Reforming xúc tác

* Hydrodealkyl hoá toluen

* Nhiệt phân xăng

* Sản xuất từ than đá

I Reforming xúc tác:

Reforming xúc tác sử dụng nguyên liệu là xăng chưng cất trực tiếp

1 Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc

Hiệu ứng nhiệt

phải Dehydro hóa

Không ảnh hưởng tới sự giảm nhỏ trong vận tốc Thu nhiệt