công nghệ sản xuất MTBE

Mục Lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I GIỚI THIỆU VỀ MTBE: Tính chất MTBE: 1.1 Tính chất lý học: 1.2 Tính chất hóa học: Ứng dụng MTBE: Những ưu nhược điểm MTBE: II Nguồn nguyên liệu: Metanol: Isobuten: III Các công nghệ sản xuất sản xuất MTBE: Sơ đồ khối trình: Cơ sở trình tổng hợp MTBE: CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE 10 I Một số công nghệ sản xuất MTBE hãng giới 10 Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ trình cracking nước hỗn hợp FCC-BB từ trình cracking xúc tác 10 1.1 Công nghệ hãng CD-Tech 10 1.2 Công nghệ hãng Phillips 11 1.3 Công nghệ hãng Snamprogetti 12 1.4 Công nghệ Ethermax (UOP) 13 Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu khí n-butan từ mỏ khí tự nhiên 16 2.1 Công nghệ isome hóa n-butan thành iso-butan 16 2.2 Công nghệ dehydro hóa i-butan thành iso-buten 18 2.3 Công nghệ ete hóa 21 Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu TBA đồng sản phẩm trình sản xuất propylen oxit 21 Page | II Lựa chọn công nghệ 22 So sánh, đánh giá công nghệ 22 Lựa chọn công nghệ 24 PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 25 I Tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ: 25 Tính toán cân vật chất cho thiết bị phản ứng: 25 Tính toán cân nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng: 28 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Page | MỞ ĐẦU MTBE cấu tử có trị số octan cao có khả tan lẫn hoàn toàn vào xăng, phân bố toàn thể tích xăng, chất an toàn với người sử dụng Hiện nhà chế tạo động không ngừng cải tiến công nghệ, cho đời loại động có công suất lớn, tỉ số nén cao Những động đòi hỏi nguyên liệu cho chúng phải chất lượng cao, trị số octan cao, để nhiên liệu cháy động bảo đảm công suất thiết kế, độ bền cho động không hao tốn nhiên liệu Để sản xuất sản phẩm xăng đạt chất lượng theo yêu cầu đó, việc lựa chọn công nghệ chế biến dầu đại hướng quan trọng khác tạo cấu tử cao octan để pha vào xăng với mục đích nâng cao chất lượng xăng Một cấu tử có trị số octan cao sử dụng nhiều MTBE Sản phẩm MTBE phụ gia quan trọng sử dụng xăng nhằm nâng cao chất lượng xăng thương phẩm, cụ thể pha vào xăng nhằm nâng cao trị số octan xăng thương phẩm Như vậy, thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE việc làm cần thiết quan trọng tình hình Việc thiết kế phân xưởng sản xuât MTBE có ý nghĩa qua trọng tình hình nay, không tạo cấu tử có trị số octan cao pha vào xăng để nâng cao chất lượng xăng mà yêu cầu xăng ngày cao, làm tăng thêm lượng xăng đáng kể mà nguồn nhiên liệu ngày cạn kiệt, đồng thời góp phần không nhỏ vào việc bảo vệ môi trường hạn chế phần lớn lượng khí CO hydrocacbon không cháy hết môi trường Hiện nay, Việt Nam có nhiều nhà máy Lọc hóa dầu hoạt động với công suất vài chục triệu tấn/năm Như vậy, thời gian tới, nhu cầu tiêu thụ MTBE lớn việc sản xuất MTBE vấn đề thiết thực quan trọng Page | CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I GIỚI THIỆU VỀ MTBE: Tính chất MTBE: 1.1 Tính chất lý học: Ở điều kiện thường, MTBE chất lỏng không màu, linh động, độ nhớt thấp, dễ cháy, tan nước tan vô hạn dung môi hữu hydrocacbon Một số tính chất vật lý đặc trưng MTBE thể cụ thể bảng sau: Bảng 1- Tính chất vật lý MTBE: M 88 15 t0s 55 30C Sức căng bề mặt 20 mN/Kg độ Nhiệt dung riêng ( 200C) 18KJ/Kg độ Nhiệt hoá 337KJ/ Kg Nhiệt cháy -34 88 mJ/ Kg Nhiệt độ chớp cháy - 280C Giới hạn nổ với không khí 1.65 - 8.4 % V Nhiệt độ tới hạn 2240C Nhiệt độ tự bốc cháy 4600C Độ nhớt (g/s.cm) 0,003 - 0,004 Tỷ trọng 0,74044 - 0,7478 Độ tan MTBE nước 48% Nhiệt độ kết tinh - 1090C Tỷ trọng bay tương đối 3, Áp suất tới hạn 43MPa MTBE tạo hỗn hợp đẳng phí với nước với metanol Page | Bảng – Các hỗn hợp đẳng phí MTBE Hàm lượng MTBE, % Hỗn hợp đẳng phí t0s, 0C MTBE - nước 52 96 MTBE - Metanol 51 86 130 68 175 54 MTBE- Metanol ( 1.0MPa) MTBE - Metanol (2 MPa) Kl 1.2 Tính chất hóa học: MTBE ổn định điều kiện axit yếu, môi trường kiềm trung tính, môi trường axit mạnh có cân sau: CH3 CH3 O C CH3 CH3 CH3OH + CH2 CH3 C CH3 Nguyên tử oxy phân tử MTBE có cặp điện tử không chia gốc alkyl có hiệu ứng dương làm cho MTBE mang tính bazơ yếu Một số phản ứng MTBE: - Phản ứng với axit vô mạnh HCl, H2SO4 tạo muối: CH3OC(CH3)3 + HCl  [CH3O+HC(CH3)3]Cl- Phản ứng với HI: CH3OC(CH3)3 + HI  CH3I + (CH3)3COH - Phản ứng với oxy nhiệt độ cao: CH3OC(CH3)3 + O2  CO2 + H2O + Q Ứng dụng MTBE: Ứng dụng làm phụ gia cao octan xăng nhiên liệu Hiện 90% MTBE sản xuất làm phụ gia nhằm tăng trị số octan xăng MTBE có trị số octan cao: RON : 115 – 135 MON : 90 - 120 Ngoài mục đích tăng trị số octan cho xăng, thêm MTBE vào xăng làm giảm áp suất bão hòa xăng MTBE sử dụng làm nguyên liệu hợp chất trung gian công nghiệp tổng hợp hưũ hoá dầu MTBE bị bẻ gãy Page | tạo Metanol Ngoài MTBE làm nguyên liệu để sản xuất hợp chất quan trọng khác metacrolein, axit metacrylic, isopren, dùng làm dung môi trình phân tích làm dung môi chiết Những ưu nhược điểm MTBE: * Ưu điểm: + Trị số octan cao + Độ bay thấp + Khả pha trộn với xăng tốt + Giảm tạo CO cháy hết hydrocabon + Tính kinh tế không phụ thuộc vào trợ giá + Sản phẩm thay chất khác có giá trị tương đương + Được chấp nhận thị trường * Nhược điểm: + Nguyên liệu isobutylen khó tìm đắt tiền + Độc hạt với môi trường nước Tuy phụ gia MTBE đánh giá phụ gia sử dụng rộng giới để thay cho phụ gia chì II Nguồn nguyên liệu: Metanol: Metanol gọi metyl ancol hay cacbinol, rượu đơn giản dãy đồng đẳng ancol Nó có công thức hóa học CH3OH khối lượng phân tử 32,042 Metanol chất lỏng không màu, linh động, dễ cháy tan nhiều nước, rượu, este hầu hết dung môi hữu tan chất béo dầu Vì chất phân cực nên metanol tan nhiều chất vô phân cực, đặc biệt muối Metanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nhiều chất MTBE, Acrylonitrile, hyđrocacbon (n-pentan, benzen, toluen ), Metyl acetat, Metyl metacrylat Một số tính chất vật lý quan trọng metanol: Page | Bảng 3: Một số tính chất vật lý Metanol Đại lượng vật lý Tỷ trọng, 101,3 KPa Điều kiện Giá trị Đơn vị 00C 0,8100 g/cm3 250C 0,78664 g/cm3 500C 0,7637 g/cm3 Nhiệt độ sôi 64,70 C Nhiệt độ nóng chảy -97,68 C Nhiệt độ tới hạn 239,49 C Áp suất tới hạn 8,097 Mpa Nhiệt dung riêng, 250C khí 44,06 J/mol.K 101,3 KPa lỏng 81,08 J/mol.K 1128,8 Kj/kg lỏng 0,5513 mPa.s 9,68.103 mPa.s 5,5- 44 %V Nhiệt hóa hơi, 101,3 KPa Độ nhớt, 250C Giới hạn nổ không khí Isobuten: Isobutylen có công thức phân tử C4H8 Khối lượng phân tử M =56 1080 Công thức cấu tạo isobuten: CH3-CH(CH3)=CH2 Isobuten chất khí không màu, cháy nhiệt độ phòng áp suất khí Nó hoà tan vô hạn rượu, ete hyđro cacbon tan nước Một số tính chất vật lý đặc trưng isobuten thể qua bảng đây: Page | Bảng 4: Một số tính chất vật lý đặc trưng isobuten Đại lượng vật lý Điều kiện Giá trị Nhiệt độ sôi 101,3kPa -6,90 C Nhiệt độ nóng chảy 101,3kPa -140,34 C Nhiệt độ tới hạn 144,75 C Áp suất tới hạn 4,00 Mpa Tỷ trọng tới hạn 0,239 g/cm3 Tỷ trọng lỏng 0,5879 g/cm3 00C; 101,3kPa 2,582 kg/m3 250C 366,9 J/g t0s 394,2 J/g khí lý tưởng 1589 J/kg.K lỏng; 101,3kPa 2336 J/kg.K Nhiệt cháy 250C, P=const -2702,3 KJ/mol Giới hạn nổ với 200C;101,3kPa 1,8ữ8,8 %TT Tỷ trọng khí Nhiệt hoá áp suất bão hoà Nhiệt dung riêng Đơn vị không khí III Các công nghệ sản xuất sản xuất MTBE: Sơ đồ khối trình: Ng.liệu tuần hoàn Nguyên liệu Tháp phản ứng Tháp tách Thiết bị xử lý thu nguyên liệu Metanol Isobuten MTBE Phần thải Page | Cơ sở trình tổng hợp MTBE: MBTE tạo từ phản ứng metanol isobuten: CH3 CH3 | CH2 = C H+ + CH3OH | CH3 | CH3 - C - O - CH3 | CH3 Quá trình phản ứng xảy pha lỏng Nhiệt độ phản ứng khoảng 5090oC áp suất từ 1-1,5MPa (áp suất đủ để trì phản ứng trạng thái lỏng) Đây phản ứng toả nhiệt nhẹ H  37 KJ / mol  , thuận nghịch, xúc tác thích hợp cho phản ứng xúc tác axit rắn, thường nhựa trao đổi ion cationit Như trình tổng hợp MTBE trình dị thể lỏng - rắn Trong công nghiệp người ta thường dùng dư metanol so với lượng yêu cầu theo tỉ lượng, đồng thời tìm cách lấy MTBE khỏi môi trường phản ứng Sự vận hành với lượng dư metanol làm cho cân chuyển dịch theo hướng tạo MTBE tăng độ chuyển hoá isobuten mà hạn chế phản ứng phụ tạo dime hoá isobuten, nhiệt độ trình điều khiển dễ dàng an toàn trình dime hoá toả nhiệt phản ứng xảy với tốc độ lớn Page | CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE I Một số công nghệ sản xuất MTBE hãng giới Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ trình cracking nước hỗn hợp FCC-BB từ trình cracking xúc tác Đây nguồn nguyên liệu truyền thống thường sử dụng nhà máy sản xuất MTBE giới Ưu điểm giá thành sản xuất rẻ, nguyên liệu có sẵn, giá thành sản phẩm rẻ, nguyên liệu sản phẩm thứ yếu trình lọc dầu sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE Tuy nhiên, công nghệ từ nguồn nguyên liệu dần bị thay hạn chế số lượng nguyên liệu Sơ đồ khối chung trình sau: Metanol C4-Raffinat-1 Phân xưởng MTBE MTBE 1.1 Công nghệ hãng CD-Tech Sơ đồ công nghệ (hình 1) Công nghệ CD-Tech sử dụng nguyên liệu hỗn hợp C4 (trong pha Raffinat-1 hay từ trình FCC) iso-buten từ trình dehydro hóa iso-butan Công nghệ sử dụng thiết bị phản ứng: Thiết bị thứ thiết bị phản ứng đoạn nhiệt có trao đổi nhiệt trung gian nhằm giải nhiệt phản ứng, thiết bị thứ hai tháp CD (Catalystic Distillation-chưng cất xúc tác), vừa thực phản ứng xúc tác vừa tiến hành trình chưng tách sản phẩm nhằm tận dụng nhiệt phản ứng, tăng độ chuyển hóa sản phẩm đồng thời tiết kiệm vật liệu chế tạo thêm tháp khác Đây công nghệ sử dụng kỹ thuật phản ứng chưng tách-tháp CD, cột tách MTBE khỏi nguyên liệu chưa phản ứng thiết bị (4) cột tách Metanol - nước Page | 10 - Nguồn nguyên liệu trình có sẵn mỏ khí tự nhiên, khí dầu mỏ, khí thừa từ phân xưởng nhà máy lọc dầu Tuy nhiên, công nghệ có nhược điểm: - Tiêu hao nhiệt lớn - Xúc tác Pt đắt tiền, dễ bị ngộ độc có mặt lưu huỳnh - Số lượng thiết bị nhiều đòi hỏi diện tích xây dựng lớn - Yêu cầu nghiêm ngặt mức độ an toàn cháy nổ Nhiệt cấp cho phản ứng thực thiết bị gia nhiệt thiết bị nhờ dòng H2 tuần hoàn mang nhiệt vào Quá trình STAR (hình 11) với thiết bị phản ứng dạng lò, xúc tác kim loại quý, trình đạt gần đến chế độ đẳng nhiệt tăng độ chọn lọc Tuy nhiên nhược điểm xúc tác đắt tiền dễ bị ngộ độc có mặt lưu huỳnh Quá trình FBD-4 (hình 12) sử dụng xúc tác Crom oxit dạng bột, trình thực liên tục xúc tác tái sinh liên tục Hình 11: Công nghệ STAR hãng Phillips 1.Thiết bị phản ứng bề mặt 2.Nồi chưng Máy nén 3.Thiết bị sấy Thiết bị làm lạnh Page | 20 Hình 12: Công nghệ FBD-4 hãng Snamprogetti Dòng trao đổi nhiệt Lọc khí nhiên liệu Lò phản ứng tái sinh Thiết bị làm lạnh Thiết bị phân tách Tháp sấy khô Tháp tách sản phẩm Máy nén Ống khói 10 Bộ phận lọc I Iso-butan III Không khí II Khí thải IV Khí nhẹ V Sản phẩm 2.3 Công nghệ ete hóa Quá trình ete hoá iso-buten thành MTBE tiến hành to=40-90oC áp suất từ 7-29 at, xúc tác nhựa trao đổi ion Phản ứng thực qua lỏng Công nghệ trình ete hoá số hãng trình CD Tech (Lummus), Ether max (UOP), Phillip, Etherfication Process (Phillip) Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu TBA đồng sản phẩm trình sản xuất propylen oxit Đây trình sản xuất MTBE từ nguyên liệu iso-buten trình đề hydro hóa TBA TBA thu đồng sản phẩm trình sản xuất propylen oxit Quá trình sản xuất MTBE từ TBA hãng Texaco thực có sơ đồ sau (hình 13): Page | 21 TBA Dehydrat hóa Iso-buten Quá trình sản xuất MTBE MTBE Hình 13: Công nghệ tổng hợp MTBE hãng Texaco Lò đốt Thiết bị phản ứng chưng cất Thiết bị phản ứng đẳng nhiệt Tháp hấp thụ metanol Thiết bị phản ứng đoạn nhiệt Tháp chưng cất metanol I Nguyên liệu TBA V Nguyên liệu Metanol II Nhiên liệu VI Iso-buten III Hỗn hợp Raffinat C4 VII Sản phẩm MTBE IV: Metanol tái sinh II Lựa chọn công nghệ So sánh, đánh giá công nghệ Ta thấy có nhiều công nghệ sản xuất MTBE, công nghệ sử dụng nguồn nguyên liệu khác với ưu nhược điểm riêng để chọn công nghệ thích hợp cần phải phân tích tính hiệu quả, kinh tế đại công nghệ Về nguồn nguyên liệu Với công nghệ sử dụng nguyên liệu iso-buten thu từ pha Raffiant-1 trình cracking nước hay sử dụng nguyên liệu FCC-BB để sản xuất MTBE áp dụng với quy mô nhỏ nguồn nguyên liệu bị hạn chế Page | 22 Sản xuất MTBE theo công nghệ hãng ARCO Taxaco sử dụng nguyên liệu iso-buten từ trình dehydrat hóa TBA không thuận lợi phải kết hợp với trình sản xuất propylen oxit Công nghệ khắc phục nhược điểm công nghệ sử dụng nguyên liệu khí mỏ butan Đây nguồn nguyên liệu dồi nhờ phát triển mạnh mẽ ngành dầu khí Bảng 5: Công suất MTBE năm 1995 vùng vịnh Nguồn nguyên liệu Công suất Tấn/năm Thùng/ngày Khí cracking xúc tác 80.000 2.000 Khí cracking nước 100.000 2.500 Khí butan mỏ 800.000 20.000 1.000.000 25.000 TBA từ xưởng PO/TBA Về tính kinh tế Bảng đưa so sánh mặt kinh tế phương pháp sản xuất MTBE giới Bảng 6: Vốn đầu tư giá thành sản xuất MTBE Nguồn nguyên liệu Vốn đầu tư Giá thành sản xuất Giá nguyên liệu (triệu dola) dola/tấnMTBE Cent/pound Khí cracking xúc tác 11,7 216 9,5 Khí cracking nước 7,0 198 9,5 Khí butan mỏ 193,1 206 7,5 TBA từ xưởng PO/TBA 68,7 264 11,1 Từ bảng ta thấy nguyên liệu dùng để sản xuất MTBE từ khí butan mỏ kinh tế nhất, áp dụng với qui mô sản xuất lớn Hiện nay, phương pháp từ khí butan mỏ đưa vào thực tế khẳng định vị trí nó, chiếm giữ vai trò chủ yếu để sản xuất MTBE giới Page | 23 Lựa chọn công nghệ Từ phân tích trên, kết hợp với yêu cầu đồ án thấy để sản xuất MTBE với công suất 500000 tấn/năm với nguyên liệu đầu vào phân đoạn C4 chứa 30% iso- buten tốt nên theo công nghệ Ethermax hãng UOP với thiết bị xúc tác đoạn nhiệt Lý chọn công nghệ Quá trình Ethermax UOP tiến hành ete hóa thiết bị phản ứng: thiết bị phản ứng thứ thiết bị đoạn nhiệt có trao đổi nhiệt trung gian dùng nước làm lạnh để giải nhiệt cho phản ứng; thiết bị thứ hai thiết bị chưng cất xúc tác, vừa tiến hành phản ứng ete hóa tiếp tục vừa tiến hành chưng tách MTBE sản phẩm khỏi hỗn hợp phản ứng nhằm nâng cao độ chuyển hóa đồng thời tận dụng nhiệt phản ứng thiết bị phản ứng đoạn nhiệt cho trình chưng tách Với công nghệ này, độ chuyển hóa thiết bị đoạn nhiệt 85% thiết bị phản ứng chưng cất đạt 99% Các thông số kỹ thuật công nghệ Ethermax (UOP) sau: - Nhiệt độ làm việc tháp tổng hợp MTBE 313- 353K (40- 800C) - Áp suất tháp tổng hợp 100- 300 psig - Xúc tác cho trình tổng hợp MTBE Amberlyst 15 - Độ chuyển hóa đạt 99% - Thiết bị phản ứng loại ống chùm Page | 24 PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ I Tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ: Đề bài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất MTBE đề xuất sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE từ phân đoạn C4 trình cracking, tính toán cân cho thiết bị phản ứng suất 500.000 tấn/năm Thành phần nguyên liệu đầu vào: Nguyên liệu đầu vào Thành phần kg nguyên liệu/tấn sản phẩm Phân đoạn C4 (30% isobuten) 666 Metanol (95%) 300 Tính toán cân vật chất cho thiết bị phản ứng: Biết: - Độ chuyển hóa lần tính theo isobuten 85%, 98% chuyển hóa thành MTBE Coi tổn thất nguyên liệu 2% - Hiệu suất toàn trình đạt 99,7% - Số ngày làm việc thực tế: 330 ngày Tính lượng nguyên liệu phân đoạn C4 metanol cần dùng cho tháng sản xuất? Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho tháng sản xuất => Như vậy, suất thực tế tính theo ngày là: 500000/330 = 1515,15 tấn/ngày + Cân vật chất cho thiết bị phản ứng: Tổng khối lượng vào = Tổng khối lượng + Các dòng khối lượng vào thiết bị phản ứng gồm: - Phân đoạn C4 : - Dòng Metanol : GC4 tấn/ngày GMe tấn/ngày + Các dòng khỏi thiết bị phản ứng gồm: - Hỗn hợp C4 chưa phản ứng: - Metanol dư: - Sản phẩm MTBE GC4 dư tấn/ngày GMe dư tấn/ngày GMTBE tấn/ngày - H2O (do nguyên liệu MeOH chứa 5%) GH2O tấn/ngày Page | 25 Để đơn giản ta xét xảy phản ứng tổng hợp MTBE, không xảy phản ứng phụ Do dòng nguyên liệu phân đoạn C4 có chứa isobuten nên có isobuten xảy phản ứng tổng hợp MTBE Lượng nước khỏi thiết bị lượng nước chiếm 5% khối lượng phần nguyên liệu Metanol phản ứng Ta tính toán khối lượng GC4, GMeOH, GMeOH dư, GC4 dư , GMTBE GH2O Theo lượng sản phẩm MTBE suất quy định đầu cho: GMTBE = 1515,15 tấn/ngày Phương trình tổng hợp MTBE: CH3 CH3 H+ | CH2 = C + CH3OH | CH3 - C - O - CH3 | | CH3 CH3 56 32 88 a b 1515,15 tấn/ngày Ta gọi a b lượng isobuten metanol để tổng hợp MTBE Theo ra, hiệu suất toàn trình 99,7% nên ta có: 1515.15 x 56 a= = 967,09 tấn/ngày 88 x 0.997 b= 1515.15 x 32 = 552,62 tấn/ngày 88 x 0.997 Lượng mát hiệu suất là: 1515.15 x (100-99.7) = 4,545 tấn/ngày 100 Lượng Metanol phản ứng là: 552.62 GMe = = 581,705 tấn/ngày 0.95 Lượng nước sau phản ứng là: GH2O = 581,705 x 0.05 = 29,085 tấn/ngày Page | 26 Theo đề isobuten C4 chiếm 30% độ chuyển hóa lần tính theo isobuten 85%, 98% chuyển hóa thành MTBE Ta có lượng isobuten cần là: 967.09 Gisobuten = = 1160,972 tấn/ngày 0.85 x 0.98 Lượng mát nguyên liệu là: 967.09 Gmất mát = x 0,02 = 19,737 tấn/ngày 0.98 Lượng isobuten chưa phản ứng: 1160,972 – 967,09 – 19,737 = 174,145 tấn/ngày Như lượng C4 cần là: GC4 = 1160,972/0.3 = 3869,907 tấn/ngày Lượng C4 dư: GC4 dư = 3869,907 – 967,09 – 19,737 = 2883,08 tấn/ngày Xét tỉ lệ Metanol isobuten đưa vào thiết bị phản ứng: Metanol 300 = = 0,45 isobuten 666 => Lượng Metanol đưa vào thiết bị phản ứng: 3869,907 x 0,45 = 1741,458 tấn/ngày Lượng Metanol dư = Lượng Metanol đưa vào – Lượng Metanol phản ứng = 1741,458 - 581,705 = 1159,753 tấn/ngày Ta có bảng tổng hợp: Bảng 7: Bảng cân vật chất thiết bị phản ứng Đầu vào Thành phần Lượng vào Đầu Thành phần (tấn/ngày) Lượng (tấn/ngày) Hỗn hợp C4 3869,907 Hỗn hợp C4 dư 2883,08 MeOH 1741,458 Metanol dư 1159,753 MTBE 1515,15 H2 O 29,085 Lượng mát nguyên liệu 19,737 Lượng mát hiệu suất 4,545 Tổng 5611,365 Tổng 5611,35 + Tính lượng nguyên liệu phân đoạn C4 metanol cần dùng cho tháng sản xuất: Lượng hỗn hợp C4 cần dùng cho tháng sản xuất: Page | 27 (3869,907 - 2883,08) x 330/12 = 27137,7425 Lượng Metanol cần dùng cho tháng sản xuất: (1741,458 - 1159,753) x 330/12 = 15996,8875 + Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho tháng sản xuất: Theo tìm hiểu giá Metanol C4 thô trang platts.com ta có Tháng 1-2016: - Giá Metanol: 275$/tấn - Giá C4 thô: 1000$/tấn Tỉ giá đô la tính đến ngày 15/01/2016 22.465 đồng/1$ Như giá Metanol 22.465 x 275 = 177 875/tấn Giá C4 thô 22.465 x 1000 = 22 465 000/tấn => Chi phí Metanol cho tháng sản xuất là: 15996,8875 x 177 875 = 98,826 tỉ đồng Chi phí C4 cho tháng sản xuất là: 27137,7425 x 22 465 000 = 609,65 tỉ đồng Như tổng chi phí nguyên liệu cho tháng sản xuất là: 98,826 + 609,65 = 708,476 tỉ đồng Tính toán cân nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng: Biết: - Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ 40oC - Phản ứng tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt – 80 kJ/mol - Nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm đầu là: 80oC Giả sử dùng dòng nước tản nhiệt cho phản ứng: - Nhiệt độ đầu vào nước: 25oC - Nhiệt độ đầu nước tản nhiệt cần dùng cho thiết bị phản ứng? Ta có phương trình cân hỗn hợp nguyên liệu isobuten metanol 40oC: Tổng dòng nhiệt vào = Tổng dòng nhiệt Hay Q1 + Q + Q = Q + Q + Q Trong đó: Q1- Nhiệt lượng hỗn hợp mang vào (Kw) Q2- Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào (Kw) Q3- Nhiệt lượng tỏa phản ứng tổng hợp (Kw) Page | 28 Q4- Nhiệt lượng sản phẩm mang (Kw) Q5- Nhiệt lượng nước làm lạnh mang (Kw) Q6- Nhiệt lượng hỗn hợp chưa phản ứng mang (Kw) Ta có công thức tính nhiệt lượng chung: Q = G.Cp.T (Kj/h) Trong : G – lưu lượng (Kg/h) Cp - Nhiệt dung riêng (Kj/kmol.K) T – nhiệt độ (K) + Dòng nhiệt hỗn hợp nguyên liệu mang vào: Q1 = QC4 + Qmetanol(95%) QC4 = GC4.CpC4.T(vào) Qmetanol(95%) = Gmetanol(95%).Cp.Tvào Nhiệt dung riêng hỗn hợp C4 vào thiết bị tính theo công thức : CpC4 = C ip X i (Kj/kgđộ) Trong đó: C ip : Nhiệt dung riêng cấu tử i nguyên liệu, kcal/kmol.độ X i : phần trăm khối lượng cấu tử i Ta biết phản ứng tạo MTBE phản ứng tỏa nhiệt -80kJ/mol xảy pha lỏng nhiệt độ từ 50- 85 ℃ áp suất từ 0,7- 1,5 MPa dòng nghuyên liệu vào nhiệt độ 35℃ ta lấy áp suất = MPa tra phần mềm hysys ta bảng sau Ta có bảng nhiệt dung riêng thành phần phân đoạn C4 Bảng 8: Nhiệt dung riêng số cấu tử phân đoạn C4 (Nhiệt độ 40oC) Cấu tử Nhiệt dung riêng (Kcal/kmol.độ) Iso-C4H8 33,13 Buten-1 32,05 Cis-buten-2 30,19 Tran-buten-2 32,77 n-C4H10 35,08 Iso-C4H10 35,44 Page | 29 (Lâý 40oC áp suất 1Mpa) Nhiệt dung riêng Metanol (95%): 27,23 (40oC 1Mpa) Vì thành phần C4 ta chưa biết nên để tính CP ta tính CP trung bình chúng CP C4tb (32.05+30.19+32.77+35.08+35.44)/5 x 70 + 33.13 x 30 = 100 = 33.11 (Kcal/kmol.độ) Khối lượng phân tử trung bình phân đoạn C4: Mtb = 56,47 Lưu lượng đầu vào phân đoạn C4: 3869.907 x 1000 = 161246,125 (kg/h) 24 Lưu lượng đầu vào phân đoạn C4 tính theo Kmol: GC4 = 161246,125/56,47 = 2855,43 (Kmol/h) => QC4 = 2855,43 x 33.11 x 313 = 29,59 x 106 (kcal) Lưu lượng đầu vào Metanol(95%) : 1741.458 x 1000 = 72560,75 (kg/h) 24 Khối lượng mol Metanol: MMe = 32,04 Lưu lượng đầu vào Metanol(95%) tính theo Kmol: GMe = 72560,75/32,04 = 2264,69 (Kmol/h) Qmetanol(95%) = 2264,69 x 27,23 x 313 = 19,3 x 106 (kcal) => Q1 = 29,59 x 106 + 19,3 x 106 = 48,89 x 106 (kcal) + Nhiệt lượng dòng nước làm lạnh mang vào: Q2 = G2 CP2.T2 (kcal) CP2 = 4200kJ/kg độ = 55,77 (kcal/kmolđộ) (Ở 25oC) => Q2 = 55,77 x GH2O x 298 = 16619,46 x GH2O (kcal) + Nhiệt lượng tỏa phản ứng tổng hợp: Lưu lượng MTBE thu được: 1515.15 x 1000 = 63131,25 (kg/h) 24 Lưu lương MBTE tính theo kmol: GMBTE = 63131,25/88 = 717,4 (kmol/h) Page | 30 Q3 =  H x n (n số kmol MTBE tạo ra)  H = 80 kJ/mol = 19,12 kcal/mol => Q3 = 19,12 x 717,4 x 103 = 13,72 x 106 (kcal) + Nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Ta có nhiệt độ 80oC áp suất 1MPa CPmbte = 48,18 (kcal/kmol) (Dùng Hysys) => 717,4 x 48,18 x 353 = 12,2.106 (kcal) Q4 = + Nhiệt lượng nước làm lạnh mang ra: Q5 = QH2O ra= GH2O CP-H2O TH2Ora = 55,77 GH2O TH2Ora (kcal) + Nhiệt lượng hỗn hợp chưa phản ứng mang ra: Q6 = Nhiệt lượng Metanol chưa phản ứng mang (Q1’)+ Nhiệt lượng C4 dư mang (Q2’) + Nhiệt lượng nước có Metanol ban đầu mang (Q3’) Ta có: Lưu lượng Metanol tính theo kmol: GMe dư = 1159.753 x 1000 = 1508,21 (kmol/h) 24 x 32.04 CP-Me (353K) = 28,87 kcal/kmol => Q1’ = 1508,21 x 28,87 x 353 = 15,37 x 106 (kcal) Q2’ = GC4 dư x Cp C4(353K) x T Sử dụng Hysys ta có bảng sau: Bảng 9: Nhiệt dung riêng số cấu tử phân đoạn C4 (Nhiệt độ 80oC) => CP C4tb = Cấu tử Nhiệt dung riêng (Kcal/kmol.độ) Iso-C4H8 26,49 Buten-1 25,8 Cis-buten-2 35,33 Tran-buten-2 26,25 n-C4H10 29,54 Iso-C4H10 29,09 (25.8+35.33+26.25+29.54+29.09)/5 x 70 + 26.49 x 30 = 28,39 (kcal/kmol) 100 Page | 31 => Q2 ’ = 1159.753 x 1000 x 28,39 x 353 = 8,58 x 106 (kcal) 24 x 56.47 Q3 ’ = 29.085 x 1000 x 18,76 x 353 = 0,45 x 106 (kcal) 24 x 18 (Tại 353K CP H2O = 18,76 kcal/kmol) Như Q6 = 15,37 x 106 + 8,58 x 106 + 0,45 x 106 = 24,04 x 106 (kcal) Vậy từ (1) (2) (3) (4) (5) (6) thay vào phương trình CBNL ta có: 48,89 x 106 + 16619,46 x GH2O + 13,72 x 106 = 12,2.106 + 55,77 GH2O TH2Ora + 24,04x106 Chọn lưu lượng nước dùng để làm mát GH2O = 300 tấn/h = 16666,67 (kmol/h) => TH2O = 326K = 53oC Page | 32 KẾT LUẬN Đồ án hoàn thành cách tương đối đầy đủ chi tiết công nghệ sản xuất phụ gia MTBE giới đồng thời tính toán cân cho thiết bị phản ứng Từ công nghệ đưa giúp cho người đọc phần đánh giá công nghệ đưa lựa chọn công nghệ phù hợp với yêu cầu thực tế Đồ án giúp em phần biết thêm kiến thức loại phụ gia quan trọng việc pha xăng giới đồng thời giúp em cố kiến thức học nhiều môn học tăng kỹ tìm tòi, sáng tạo, tìm hiểu nguồn tài liệu nước Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Thị Linh giảng dạy giúp em hoàn thành đồ án môn học Mặc dù tìm hiểu nghiên cứu kĩ lưỡng không tránh sai sót, mong cô giúp em đưa đánh giá xác làm chưa làm đồ án Page | 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hand Book of Petroleum Refining Processes Catalytic Dehydrogenation of Liquefied Petroleum gas PGS- TS Đinh Thị Ngọ Hóa học dầu mỏ khí tự nhiên Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000 Alain Chauvel, Gilles Lefebvre Petrochemical Processes Vol.1 1989 printed in France Phạm Thanh Huyền , Nguyễn Hồng Liên công nghệ tổng hợp hữu cơ- hóa dầu , Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Ths Trần Thị Hồng Giáo trình Tổng hợp hữu cơ- Hóa dầu, Đại học công nghiệp TP.HCM Page | 34 [...]... q trình sản xuất propylen oxit Đây là q trình sản xuất MTBE đi từ ngun liệu iso-buten của q trình đề hydro hóa TBA TBA thu được là đồng sản phẩm trong q trình sản xuất propylen oxit Q trình sản xuất MTBE từ TBA do hãng Texaco thực hiện có sơ đồ như sau (hình 13): Page | 21 TBA Dehydrat hóa Iso-buten Q trình sản xuất MTBE MTBE Hình 13: Cơng nghệ tổng hợp MTBE của hãng Texaco 1 Lò đốt 4 Thiết bị phản... hợp Raffinat C4 VII Sản phẩm MTBE IV: Metanol tái sinh II Lựa chọn cơng nghệ 1 So sánh, đánh giá cơng nghệ Ta thấy rằng có nhiều cơng nghệ sản xuất MTBE, mỗi cơng nghệ sử dụng một nguồn ngun liệu khác nhau với những ưu nhược điểm riêng và để chọn được cơng nghệ thích hợp thì cần phải phân tích về tính hiệu quả, kinh tế và hiện đại của từng cơng nghệ Về nguồn ngun liệu Với cơng nghệ sử dụng ngun liệu... nước hay sử dụng ngun liệu FCC-BB để sản xuất MTBE thì chỉ có thể áp dụng với quy mơ nhỏ do nguồn ngun liệu bị hạn chế Page | 22 Sản xuất MTBE theo cơng nghệ của hãng ARCO và Taxaco sử dụng ngun liệu là iso-buten từ q trình dehydrat hóa TBA cũng khơng thuận lợi lắm vì phải kết hợp với q trình sản xuất propylen oxit Cơng nghệ mới khắc phục được nhược điểm trên là cơng nghệ sử dụng ngun liệu là khí mỏ butan... 800C) - Áp suất của tháp tổng hợp là 100- 300 psig - Xúc tác cho q trình tổng hợp MTBE là Amberlyst 15 - Độ chuyển hóa đạt 99% - Thiết bị phản ứng loại ống chùm Page | 24 PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ I Tính tốn thiết kế dây chuyền cơng nghệ: Đề bài: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất MTBE và đề xuất sơ đồ cơng nghệ sản xuất MTBE từ phân đoạn C4 của q trình cracking, tính tốn cân bằng cho thiết bị phản ứng... dần chiếm giữ vai trò chủ yếu để sản xuất MTBE trên thế giới Page | 23 2 Lựa chọn cơng nghệ Từ phân tích ở trên, kết hợp với u cầu của đồ án có thể thấy rằng để sản xuất MTBE với cơng suất 500000 tấn/năm với ngun liệu đầu vào là phân đoạn C4 chứa 30% iso- buten thì tốt nhất là nên đi theo cơng nghệ Ethermax của hãng UOP với thiết bị xúc tác đoạn nhiệt Lý do chọn cơng nghệ Q trình Ethermax của UOP tiến... suất MTBE năm 1995 ở vùng vịnh Nguồn ngun liệu Cơng suất Tấn/năm Thùng/ngày Khí cracking xúc tác 80.000 2.000 Khí cracking hơi nước 100.000 2.500 Khí butan mỏ 800.000 20.000 1.000.000 25.000 TBA từ xưởng PO/TBA Về tính kinh tế Bảng 5 đưa ra sự so sánh về mặt kinh tế của các phương pháp sản xuất MTBE trên thế giới Bảng 6: Vốn đầu tư và giá thành sản xuất MTBE Nguồn ngun liệu Vốn đầu tư Giá thành sản xuất. .. ứng (1) cùng với metanol mới 1.2 Cơng nghệ của hãng Phillips Sơ đồ cơng nghệ (hình 2) Cơng nghệ ete hóa của hãng Phillips có thể dùng để sản xuất MTBE, ETBE, TAME hay TAEE Độ chuyển hóa của iso-buten lên đến 99% Cơng nghệ này sử dụng thiết bị xúc tác cố định Hệ thống thiết bị này cho phép dễ dàng thay xúc tác mà khơng phải dừng q trình lại Q trình cho phép thu hồi MTBE với hiệu suất cao Page | 11 i-C4... phẩm 2.3 Cơng nghệ ete hóa Q trình ete hố iso-buten thành MTBE được tiến hành ở to=40-90oC và áp suất từ 7-29 at, xúc tác là nhựa trao đổi ion Phản ứng thực hiện trong qua lỏng Cơng nghệ q trình ete hố của một số hãng như q trình CD Tech (Lummus), Ether max (UOP), Phillip, Etherfication Process (Phillip) 3 Cơng nghệ tổng hợp MTBE sử dụng ngun liệu là TBA đồng sản phẩm trong q trình sản xuất propylen... metanol, một phần nước cho hồi lưu đáy tháp (4) Ngồi các cơng nghệ trên thì còn có một số cơng nghệ khác cũng sử dụng nguồn ngun liệu là hỗn hợp C4 như cơng nghệ của hãng IFP (hình 5) và hãng Hills (hình 6) Raffinat-2 5 6 4 iso-butan Metanol 2 7 3 1 MTBE Metanol tuầ n hoà n Hình 6: Sơ cô ng nghệ ngMTBE hợp Mcủa TBE củ a hã ng I FP Hình 5: Sơ đồ đồ cơng nghệ tổng tổ hợp hãng IFP 1 Nguyê n liệ u metanol 1 Ngun... MeOH 1741,458 Metanol dư 1159,753 MTBE 1515,15 H2 O 29,085 Lượng mất mát ngun liệu 19,737 Lượng mất mát do hiệu suất 4,545 Tổng 5611,365 Tổng 5611,35 + Tính lượng ngun liệu phân đoạn C4 và metanol cần dùng cho một tháng sản xuất: Lượng hỗn hợp C4 cần dùng cho 1 tháng sản xuất: Page | 27 (3869,907 - 2883,08) x 330/12 = 27137,7425 tấn Lượng Metanol cần dùng cho 1 tháng sản xuất: (1741,458 - 1159,753) x 330/12 ... máy sản xuất MTBE giới Ưu điểm giá thành sản xuất rẻ, ngun liệu có sẵn, giá thành sản phẩm rẻ, ngun liệu sản phẩm thứ yếu q trình lọc dầu sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE Tuy nhiên, cơng nghệ. .. xảy với tốc độ lớn Page | CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ CÁC CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE I Một số cơng nghệ sản xuất MTBE hãng giới Cơng nghệ tổng hợp MTBE sử dụng ngun liệu hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ q trình... III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ I Tính tốn thiết kế dây chuyền cơng nghệ: Đề bài: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất MTBE đề xuất sơ đồ cơng nghệ sản xuất MTBE từ phân đoạn C4 q trình cracking, tính tốn cân cho