Thiết kế phân xưởng isome hóa

Thiết kế phân xưởng isome hóa

Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG I NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH I.1 Đặc trưng nhiệt động học I.2 Cơ chế phản ứng isome hóa n-butan CHƯƠNG II XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH II.1 Xúc tác pha lỏng II.2 Xúc tác hydro hóa chất mang axit ( xúc tác lưỡng chức) III.3 Xúc tác axit rắn CHƯƠNG III CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ III.1 Dây chuyền công nghệ với xúc tác pha lỏng III.1.1 Quá trình Izomate (Standard Oil Co.Indiana) III.1.2 Quá trình Shell Devlopment Co III.1.3 Quá trình hãng Esso Research & Engineering Co III.1.4 Công nghệ Kolleg & Root III.2 Dây chuyền công nghệ với trình isome hóa pha 10 III.2.1 Isome hóa n-butan (butamer) UOP 10 III.2.2.Quá trình Penex UOP 13 III.2.3 Công nghệ TIP (Total isomerization process) UOP 15 III.2.4 Công nghệ TIP (Total isomerization process) IFP 17 III.2.5 Công nghệ isome hóa hãng BP (British Petroleum) 20 III.2.6 Sơ đồ công nghệ hãng Shell (UCC Shell Hysomer) 21 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa LỜI MỞ ĐẦU Quá trình isome hóa n-parafin dùng để nâng cao trị số octan phân đoạn pentan-hexan phần xăng sôi đến 700C, đồng thời cho phép nhận izo-parafin riêng biệt izo-pentan izo-butan từ nguyên liệu n-pentan n-butan tương ứng, nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho trình tổng hợp cao su izo-pren, izo-butan nguồn nguyên liệu tốt cho trình alkyl hóa, để nhận izo-buten cho trình tổng hợp MTBE Công nghệ isome hoá sử dụng rộng rãi nhà máy lọc dầu với ứng dụng isome hóa parafin nhẹ mạch thẳng thành parafin mạch nhánh Naphtha nhẹ có trị số octan thấp, bao gồm hỗn hợp pentan, hexan isome hóa thành hỗn hợp trộn cho xăng có trị số octan cao không chứa lưu huỳnh hay hydrocacbon thơm Bên cạnh đó, ứng dụng phổ biến khác isome hóa n-butan thành iso-butan làm nguyên liệu cho trình alkyl hóa sản xuất cấu tử có trị số octan cao 2,2,2,trimetyl pentan, từ iso-butan sản xuất iso-buten, iso-amylen dùng cho cá trình tổng hợp khác Chính tầm quan trọng này, công nghiệp chế biến dầu, trình isome hóa nhiều công ty lớn giới trọng, nghiên cứu phát triển cụ thể BP, UOP, Shell GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG I NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM I.1 Nguyên liệu Isome hóa thường dùng nguyên liệu phân đoạn C4, phân đoạn C5 phân đoạn C6 hay hỗn hợp C5 – C6 Đặc trưng nguyên liệu định chế độ công nghệ chất lượng sản phẩm Thường hàm lượng n-parafin không vượt 65% nguyên liệu Do đó, cần tách iso-parafin trước đem chế biến để giảm thể tích lò phản ứng hạn chế phản ứng phụ không tốt cho trình I.2 Sản phẩm Ngoài sản phẩm iso-parafin, có sản phẩm phụ khí nguyên liệu C1, C2, prropan, hydrocacbon nặng, khí H2 chưa phản ứng GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG II NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH II.1 Đặc trưng nhiệt động học Tất công nghệ isome hóa thiết kế đưa vào ứng dụng công nghiệp năm 1930-1940 dựa sở phản ứng Friedel Crafts, sử dụng xúc tác AlCl3 tiến hành nhiệt độ 80-1200C Những trình thể nhược điểm tốc độ ăn mòn nhanh, lớp đệm xúc tác hay bị tắc, lượng xúc tác tiêu thụ lớn.Các phân xưởng đòi hỏi phải bảo dưỡng thường xuyên, hiệu vận hành thấp giá thành sản xuất cao Đến năm 1950, xúc tác lưỡng chức bắt đầu phổ biến mở xu hướng công nghệ isome hóa không gây ăn mòn hệ thống Với xúc tác lưỡng chức, trình, trình isome hóa tiến hành nhiệt độ cao 350-4500C, áp suất MPa Các phản ứng isome hóa n-parafin phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ.Bảng cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành isome từ cấu tử riêng Bảng Nhiệt phản ứng cấu tử riêng [1] Cấu tử 2-metylbutal(izo-pentan) 2,2-dimetylpropan(neopentan) 2-metylpentan(izo-hexan) 3-metylpentan 2,2-dimetylbutal (neohexan) 2,3-dimetylbutal ∆H298, Kcal/mol -1,92 -4,67 -1,70 -1,06 -4,39 -2,53 Do phản ứng isome hóa tỏa nhiệt nên mặt nhiệt động học, phản ứng không thuận lợi tăng nhiệt độ Mặt khác phản ứng isome hóa n-parafin phản ứng thuận nghịch tăng thể tích, cân phản ứng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Nhiệt độ thấp tạo điều kiện tạo thành isome cho phép nhận hỗn hợp điều kiện cân có trị số octan cao Đồ thị cho thấy phụ thuộc nồng độ cân isome vào nhiệt độ phản ứng isome hóa n-pentan n-hexan xây dựng từ tính toán từ thực nghiệm Từ đồ thị cho ta thấy, tăng nhiệt độ, nồng độ isome giảm, nồng độ n-parafin tăng Cũng từ đồ thị cho thấy, T < 200 0C thiết lập hỗn hợp cân có trị số octan cao GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa …………… tính toán thực nghiệm Đồ thị Sự phụ thuộc nồng độ cân nhiệt độ phản ứng [1] Khi isome n-parafin xảy phản ứng phụ phản ứng cracking phản ứng phân bố lại.Ví dụ: 2C5H12 C4H10 + C6H14 Để giảm tốc độ phản ứng phụ trì hoạt tính xúc tác , người ta thực trình áp suất hydro từ 2-4 Mpa tuần hoàn khí chứa hydro Động học chế phản ứng isome hóa phụ thuộc vào điều kiện tiến hành trình phụ thuộc vào loại xúc tác sử dụng II.2 Cơ chế phản ứng isome hóa n-butan Phản ứng izome hóa n-butan xúc tác tùy thuộc vào độ axit xúc tác, xảy theo hướng sau: II.2.1 Trên xúc tác với độ axit mạnh chất mang, phản ứng isome hóa xảy tâm axit Vai trò kim loại làm nhiệm vụ hạn chế tạo cốc ngăn ngừa trơ hóa tâm axit Khi chế phản ứng miêu tả sau: CH3-CH2- CH2-CH3 K,H CH3-C+(CH3)-CH3 CH3-C+(CH3)-CH3 + CH3-CH2- CH2-CH3 CH3-CH(CH3)-CH3 + CH3-+CH(CH2)-CH3 K Trong K tâm axit xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa II.2.2 Với xúc tác lưỡng chức, chế phản ứng miêu tả sau: CH3-CH2- CH2-CH3 Me,-H2 CH3-CH=CH-CH3 K,+H+ K CH3-C(CH3)-CH3 K,-H+ CH3-CH2- +CH-CH3 CH3-CH2- +CH-CH3 CH3-C(CH3)=CH2 CH3-C(CH3)= CH2 Me,+H2 CH3-CH(CH3)-CH3 Trong đó, Me tâm kim loại; K tâm xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG III XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH Xúc tác dùng trình isome hóa, trước hết phải thúc đẩy cho trình tạo ion cacboni, nghĩa xúc tác phải có tính axit Các chất xúc tác cổ điển thường dùng xúc tác pha lỏng Ngày người ta hay dùng xúc tác lưỡng chức có kim loại chất mang axit III.1 Xúc tác pha lỏng Chất xúc tác tiêu biểu cho nhóm clorua nhôm (AlCl 3) khan hoạt hóa axit clohydric.Sau người ta dùng chất xúc tác khác AlCl + SbCl3 hay AlBr3 axit sunfonic hay axit clohydric Ưu điểm hệ xúc tác thuộc nhóm chúng có hoạt tính cao Ở nhiệt độ 90 C chuyển hóa đạt cân (chuyển hóa đạt xấp xỉ 100%) n-parafin C5, C6 thành izo-parafin Nhược điểm hệ xúc tác nhanh giảm hoạt tính độ chọn lọc Thêm vào chúng dễ tự phân hủy, phân hủy chúng tạo nên môi trường axit mạnh, gây ăn mòn thiết bị Ngày nay, người ta tìm cách hạn chế ảnh hưởng xấu để hoàn thiện tiêu sản xuất izo-parafin III.2 Xúc tác hydro hóa chất mang axit ( xúc tác lưỡng chức) Các chất xúc tác loại thuộc nhóm xúc tác refoming Về chất, chúng tạo thành từ hai thành phần: • Kim loại có đặc trưng thúc đẩy phản ứng hydro hóa, thường dùng kim loại Pt, Pd • Chất mang axit oxyt nhôm, oxyt nhôm halogen hay alumino silicat Các xúc tác có độ chọn lọc cao xúc tác pha lỏng, độ hoạt tính chúng thường thấp hơn, đòi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao phản ứng thường tiến hành pha Nhưng tăng nhiệt độ mà phản ứng isome hóa không thuận lợi nhiệt động Do cần thiết phải tuần hoàn nguyên liệu chưa biến đổi để nâng cao hiệu suất isome hay đảm bảo trị số octan cao cho hỗn hợp sản phẩm Cơ chế tác dụng điều kiện làm việc xúc tác trình phụ thuộc vào chất xúc tác phương pháp chế tạo Các xúc tác alumino platin kích hoạt flo cho phép tiến hành trình isome hóa nhiệt độ 360-420 0C gọi xúc tác nhiệt độ cao.Xúc tác kim loại zeolit sử dụng nhiệt độ thấp (230-3800C) gọi xúc tác nhiệt độ trung bình, xúc tác alumino platin hoạt hóa clo cho phép tiến hành trình nhiệt độ từ 100-200 0C gọi xúc tác nhiệt độ thấp Xúc tác kim loại zeolit quan tâm nhiều GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa III.3 Xúc tác axit rắn [2] BeO: biến đổi xyclohexan thành metylxyclopenten 4500C Cr2O3: biến đổi hexadien-1,5 thành hexadien-2,4 225 – 2500C ThO2: isome hóa olefin 398 – 4400C TiO2: biến đổi heptylen thành metylxyclohexen 4500C Al2O3 – Cr2O3, Al2O3 – Fe2O3, Al2O3 – Co, Al2O3 – MnO2 (tất có tỷ lệ theo trọng lượng : 1): isome hóa metylbutylen 294 – 3700C Al2O3 - Mo2O3 : biến đổi n-pentan thành izo-pentan 4600C Cr2O3 – Fe2O3: chuyển vị nối đôi, nối ba hợp chất không no (220 – 300 0C) mà không thay đổi cấu trúc mạch cacbon MoS3: biến đổi n-parafin thành izo-parafin, xyclohexan thành metylxyclopentan Al2O3 – V2O5: biến đổi xyclohexen thành metylxyclopenten Zeolit loại: isome hóa hydrocacbon thơm GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa CHƯƠNG IV CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ IV.1 Dây chuyền công nghệ với xúc tác pha lỏng Các trình isome hóa loại có từ lâu loại phổ biến để isome hóa n-butan thành izo-butan IV.1.1 Quá trình Izomate (Standard Oil Co.Indiana) Hình Sơ đồ isome hóa pha lỏng [1] Reactor Thiết bị tách xúc tác khí 3, Tháp phân đoạn Quá trình thực có không tuần hoàn n-parafin.Chúng cần khác cột tách phân đoạn Quá trình hoạt động liên tục không cần tái sinh xúc tác Xúc tác hỗn hợp AlCl3 HCl khan.Vùng phản ứng trì áp suất hydro để hạn chế phản ứng phụ phản ứng cracking đa tụ GVHD: Phạm Thanh Huyền Page Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Điều kiện công nghệ: T = 1200C P = 50 – 60 at H2/RH = 10 -18 m3/m3 nguyên liệu Nguyên liệu bão hòa HCl khan H thiết bị hấp thụ, sau đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết nạp vào reactor Xúc tác dùng tách cặn nhựa phản ứng isome hóa xảy pha lỏng Sản phẩm phản ứng sau qua thiết bị tách xúc tác tách khí, đưa qua tháp tách vết axit, vào cột phân đoạn để tách riêng n-parafin cho tuần hoàn trở lại với nguyên liệu VI.1.2 Quá trình Shell Devlopment Co [1] Quá trình dùng để chế biến phân đoạn n-butan thành izo-butan dùng để chế biến phân đoạn C Trong tài liệu có, chưa thấy số liệu áp dụng cho phân đoạn C6 nặng Đây trình liên tục không tái sinh xúc tác Xúc tác dung dịch HCl khan tricloantimoan hoạt hóa HCl khan.Vùng phản ứng giữ áp suất hydro để hạn chế phản ứng phụ Điều kiện công nghệ: T PReactor = 80 – 1000C = 21 at Priêng phần hydro >= 4,3 at Mhydro/nguyên liệu = 5% Mnhôm oxyt/xúc tác = 3% Vxúc tác/RH ttiếp xúc = = 15 phút IV.1.3 Quá trình hãng Esso Research & Engineering Co [1] Quá trình thực nhiệt độ từ 25 – 50 0C Đặc điểm trình tiến hành độ chuyển hóa cao nên không cần phải tuần hoàn lại nguyên liệu chưa phản ứng Sản phẩm trình từ loại nguyên liệu khác Ngoài hãng ABB Lumunus Global thiết kế dây chuyền isome hóa để xử lý phân đoạn C5/C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan cao độ chọn lọc lớn, mà không cần phải tách izo-parafin khỏi n-parafin đạt GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 10 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa sản phẩm có trị số octan cao hiệu suất đạt đến 99,5% từ nguyên liệu có RON 68 – 70 IV.1.4 Công nghệ Kolleg & Root Dùng để tăng trị số octan từ nguyên liệu giàu parafin n-C 5, n-C6 Nguồn nguyên liệu lấy từ naphtha nhẹ, mạch thẳng, lấy phần rafinat tách hydrocacbon thơm, condensat khí thiên nhiên Quá trình tiến hành làm tăng trị số octan nguyên liệu lên từ 10 – 18 đơn vị Tuy nhiên điều phụ thuộc vào chất nguyên liệu vấn đề hồi lưu cấu tử chưa chuyển hóa Xúc tác cho phép làm việc với nguyên liệu bẩn, có hàm lượng lưu huỳnh nước nguyên liệu Xúc tác trình tái sinh Nguyên liệu trình không thiết phải xử lý hydro trước (nếu nguyên liệu mặt nước tự do) Nguyên liệu chứa tạp chất lưu huỳnh Để giảm chi phí cho tái sinh chống ăn mòn thiết bị nên sử dụng nguyên liệu có 100ppm lưu huỳnh Hình Sơ đồ công nghệ isome hóa Kolleg & Root [4] 1.Thiết bị phản ứng Thiết bị gia nhiệt Tháp ổn định tách hydro Tháp tách butan Thiết bị nén khí tuần hoàn Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu hydro gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết sau dẫn vào thiết bị phản ứng Sản phẩm trình thu đưa qua tháp ổn định, phần phía đỉnh tháp khí hydro mang qua máy nén khí tuần hoàn đưa hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng Còn phần nặng đưa qua tháp tách butan để đưa làm khí nguyên liệu Phần nặng lại sản phẩm trình Tùy thuộc vào yêu cầu mà ta mang pha trộn xăng tách lấy cấu tử chưa chuyển hóa cho tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 11 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa IV.2 Dây chuyền công nghệ với trình isome hóa pha Đối với trình isome hóa pha hơi, xúc tác sử dụng xúc tác rắn, lưỡng chức kim loại quý chất mang oxit (như Al 2O3, đất sét hay zeolit) Quá trình thực nhiệt độ cao so với trình isome hóa pha lỏng bù lại trình không tạo môi trường ăn mòn, độ chọn lọc cao xúc tác tái sinh Vì mà tính kinh tế trình cao Dưới nguyên lý chung trình này: Hình Sơ đồ nguyên lý làm việc trình isome hóa pha [5] IV.2.1 Isome hóa n-butan (butamer) UOP Quá trình isome hóa n-butan xúc tác aluminoplatin hoạt hóa clo thực pha áp suất hydro với lớp xúc tác cố định nhiệt độ từ 1202400C Khi nhận hiệu suất izo-butan lớn 50% sau chu trình Độ chọn lọc cao xúc tác hạn chế phản ứng phụ Hiệu suất sản phẩm đạt 90% tiêu hao H2 tương đối thấp, đồng thời xảy phản ứng phụ nên tỷ lệ H 2/RH nguyên liệu cần thấp mà không làm ảnh hưởng đến thời gian làm việc xúc tác Hỗn hợp nguyên liệu sản phẩm phản ứng ổn định đưa vào tháp tách izo-butan, sản phẩm tách có độ tinh khiết cao, n-butan trộn với khí chứa H2 tuần hoàn, qua thiết bị đun nóng đến nhiệt độ phản ứng nạp vào lò phản ứng bên có chứa xúc tác Sản phẩm phản ứng làm lạnh dẫn vào thiết bị tách áp suất cao Khí H tách bổ sung lượng nhỏ hydro qua máy nén quay lại lò phản ứng Sản phẩm lỏng sau tách đưa vào cột ổn định, tách tiếp phần khí hydro C 1, C2 (còn gọi khí nhiên liệu) Sản phẩm cho qua tháp tách izo-butan Ngoài bổ sung vào nguyên liệu isome hóa lượng nhỏ hợp chất halogen hữu để trì độ hoạt động xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 12 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Quá trình butamer phổ biến hãng UOP phát triển Điều kiện công nghệ: T = 120 – 2400C P = 3,8 MPa Tốc độ nạp liệu = 1- h-1 Thời gian làm việc xúc tác > 12 tháng Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Xúc tác có hoạt tính độ chọn lọc cao, điều chỉnh hoạt độ nên hiệu suất phản ứng cao, phản ứng phụ tạo cốc tạo cặn nên lượng khí H không cần sử dụng nhiều • Quá trình làm việc pha nên khả ăn mòn không đáng kể • Nhiệt độ, áp suất phản ứng không cao nên tiêu tốn lượng cho trình • Xúc tác có khả tái sinh nên đảm bảo tính kinh tế trình Nhược điểm: Tốn nhiều thiết bị bơm, máy nén Đối với sơ đồ dùng phản ứng gặp khó khăn vấn đề bảo đảm mức độ chuyển hóa tái sinh xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 13 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình Dây chuyền công nghệ isome hóa n-butan [1] I II III IV Cột tách izo-butan Cột ổn định Lò phản ứng Lò đốt nóng Máy nén Thiết bị tách Nguyên liệu H2 Khí đốt Izo-butan Thiết bị Cột tách iso-butan: Cột ổn định: có nhiệm vụ tách khí nhẹ khỏi sản phẩm trước đưa vào tháp tách iso-butan Lò phản ứng: lò phản ứng thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định, phản ứng tiến hành pha hơi, xúc tiến lượng vết clo hữu IV.2.2.Quá trình Penex UOP Quá trình nhằm thu sản phẩm có trị số octan cao từ nguyên liệu phân đoạn naphta nhẹ có trị số octan thấp GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 14 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Xúc tác trình thường nhạy với tạp chất độc nên nguyên liệu trước đưa vào thiết bị phải loại chất độc hợp chất chứa lưu huỳnh, chứa oxy, chứa halogen, nước Người ta xử lý cách sử dụng khí H kết hợp với phương pháp sấy khô Hình Sơ đồ công nghệ Penex UOP [4] Thiết bị sấy 2.Máy nén Thiết bị phản ứng Thiết bị tách Tháp ổn định Thiết bị lọc khí Điều kiện công nghệ: T= 370 - 4800C P= 20 - 70 atm Xúc tác : Pt/Al2O3 Có bổ sung halogen: có Tốc độ nạp liệu : 2h-1 Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu từ bể chứa đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt với khí H2 từ xuống để đạt nhiệt độ thích hợp, sau đưa vào thiết bị GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 15 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa phản ứng Sau phản ứng xảy hỗn hợp đưa sang tháp tách để loại tạp chất nguyên liệu chưa phản ứng để thu sản phẩm isome hóa tinh khiết đưa vào bể chứa sản phẩm Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Xúc tác có hoạt tính độ chọn lọc cao, bền nhiệt, làm việc thời gian dài • Môi trường làm việc trình môi trường nên hạn chế khả ăn mòn thiết bị • Quá trình thực liên tục nên có khả tự động hóa cao • Có khả liên hợp với trình khác alkyl hóa đểtận dụng nguồn nguyên liệu Nhược điểm: cặn • Nhiệt độ phản ứng cao nên dễ xảy phản ứng phụ tạo cốc, tạo • Xúc tác khả tái sinh nên tính kinh tế chưa cao IV.2.3 Công nghệ TIP (Total isomerization process) UOP Quá trình thực isome hóa nguyên liệu thuộc phân đoạn từ C – C6 chiếm 40 – 50% (mạch thẳng) Trong nguyên liệu có mặt benzen bị hydro hóa thành xyclohexan Công nghệ có sử dụng trình hấp phụ để tách cấu tử mạch nhánh mạch thẳng khỏi Chất hấp phụ thường dùng trình dạng sàng phân tử Trong cho phép n-parafin qua, cấu tử khác bị giữ lại Sau tách khỏi hỗn hợp cấu tử có trị số octan cao đem pha trộn xăng Còn phần bị hấp phụ đem tách tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng Quá trình tiến hành cần phải có mặt khí hydro để tránh tạo cốc xúc tác tránh hoạt tính xúc tác Điều kiện công nghệ: T= 200 – 3700C P= 1365 – 3415 Kpa Thời gian nạp liệu : - 3h-1 Có bổ sung halogen: không GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 16 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình Sơ đồ TIP UOP [1] GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 17 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Quá trình tiến hành cần phải có mặt hydro để tránh tạo cốc xúc tác tránh hoạt tính xúc tác Nguyên liệu đưa qua thiết bị hấp phụ thay đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng Như vậy, hợp chất mạch nhánh đưa trực tiếp vào bể chưa sản phẩm Do làm giảm trình cracking tạo sản phẩm nhẹ Đối với nguyên liệu chứa n-parafin việc đưa thiết bị hấp phụ vào giảm kích thước thiết bị phản ứng Đối với nguyên liệu có hàm lượng benzen cao tiến hành hai thiết bị (thiết bị phản ứng thiết bị hấp phụ), benzen thiết bị phản ứng chuyển hóa thành xyclohexan, sản phẩm chứa benzen Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Xúc tác có hoạt tính cao, bền cơ, có khả tái sinh nên hiệu kinh tế cao • Sử dụng xúc tác pha nên môi trương làm việc có nồng độ axit nhỏ nên khả ăn mòn không đáng kể Nhược điểm: Nhiệt độ phản ứng tương đối cao tạo cốc, tạo cặn nên giảm hoạt tính xúc tác VI.2.4 Công nghệ TIP (Total isomerization process) IFP Nguyên liệu trình sử dụng phân đoạn C – C6 giàu cấu tử parafin có trị số octan thấp, sau thực trình isome hóa thu cấu tử có trị số octan cao Quá trình sử dụng xúc tác zeolit Al – Cl Sự lựa chọn loại xúc tác phụ thuộc vào yêu cầu nâng cao trị số octan Quá trình có tuần hoàn cấu tử nparafin chưa chuyển hóa sàng phân tử trở lại thiết bị ban đầu Trị số octan cải thiện cách rõ rệt Điều thể rõ bảng sau: Bảng 2: trị số octan sản phẩm isome hóa theo công nghệ IFP chế độ xúc tác khác [6] Công nghệ Zeolit Al - Cl Không tuần hoàn nguyên liệu chưa 80 83 chuyển hóa Tách izo-pentan không tuần hoàn n82 84 parafin Có tách tuần hoàn cấu tử chưa 86 88 chuyển hóa Có tuần hoàn cấu tử n-parafin 88 90 Tách izo-pentan n-parafin, có tuần 92 92 hoàn n-parafin GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 18 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Điểm đặc biệt công nghệ có dùng thiết bị khử izo-pentan khỏi nguyên liệu Hấp phụ nhả hấp phụ pha dùng izo-pentan để khử hấp phụ Điều kiện công nghệ: T= 230 - 2900C P= 14 - 42 kg/cm2 Tốc độ nạp liệu thể tích: 14 - 22h-1 Tỷ lệ H2/nguyên liệu : 1/4 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 19 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình Sơ đồ công nghệ isome hóa IFP [1] GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 20 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Xúc tác có hoạt tính cao bền nhiệt • Quá trình thực pha nên tránh ăn mòn thiết bị • Quá trình làm việc liên tục nên dễ tự động hóa có khả kết hợp với phân xưởng khác lọc dầu • Lượng hydro nạp vào không cần độ tinh khiết cao Nhược điểm: nhiệt độ phản ứng cao nên dễ xảy phản ứng phụ tạo cốc, tạo nhựa So sánh đặc điểm công nghệ TIP UOP IFP Giống: • Có tuần hoàn n-parafin • Tách n-parafin sàng phân tử • Hấp phụ khử hấp phụ pha Khác: • TIP UOP: Dùng H2 nóng để khử hấp phụ • TIP IFP : Điểm dặc biệt công nghệ dùng thiết bị khử izopentan khỏi nguyên liệu Dùng izo-pentan để khử hấp phụ IV.2.5 Công nghệ isome hóa hãng BP (British Petroleum) Nguyên liệu trình phân đoạn C – C6 hay hỗn hợp của chúng Nguyên liệu hydro hóa làm khỏi tạp chất lưu huỳnh sấy khô trước đưa vào isome hóa Xúc tác dùng cho trình alumoplatin hoạt hóa clo hữu nên có độ hoạt tính chọn lọc cao, thời gian làm việc kéo dài (đến hai năm phải tái sinh) Để trì độ hoạt tính độ chọn lọc ta bổ sung lượng nhỏ halogen hữu vào nguyên liệu với lớn không lớn, mà làm tăng khả ăn mòn kim loại (cỡ 0,0013 mm/năm), nên ta cần ý tới vấn đề ăn mòn thiết bị Sản phẩm trình có trị số octan cao (trên 80) Ngoài thu lượng lớn khí C1, C2, C3 đưa làm khí nguyên liệu GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 21 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình Sơ đồ công nghệ isome hóa BP [1] 1.Lò gia nhiệt nguyên liệu 2.Lò phản ứng 3.Tách khí 4.Cột ổn định 5.máy nén khí 6.Ngưng tụ IV.2.6 Sơ đồ công nghệ hãng Shell (UCC Shell Hysomer) Quá trình dùng để isome hóa phân đoạn C – C6 xăng cất trực tiếp nhằm mục đích nhận hợp phần có trị số octan cao trị số octan nguyên liệu nhỏ 73 mà cho phép pha trộn tạo sản phẩm có trị số octan RON lớn 83 Xúc tác cho trình xúc tác đa chức với kim loại quý chất mang zeolit với hàm lượng natri nhỏ Nguyên liệu sau cho qua trình hydro hóa làm khỏi hợp chất lưu huỳnh cho vào isome hóa Xúc tác nhạy với vết nước nên hàm lượng nước cho phép 0,003% nguyên liệu, hàm lượng benzen khoảng vài %, hàm lượng RH lớn C6 từ – % Hiệu suất trình từ 97 – 98% Ngoài phản ứng trình có phản ứng phụ: • Hydrocacbon thơm bị chuyển hóa thành naphtenic • Naphtenic bị hydro hóa thành parafin • C7+ phản ứng cracking thành phân tử nhẹ GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 22 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình Sơ đồ công nghệ Shell [4] Thiết bị phản ứng Tháp tách Máy nén Tháp ổn định Điều kiện công nghệ: T= 230 - 2900C P= 1,4 – 3,5 Mpa Xúc tác : Pt/zeolit Tái sinh xúc tác : có Có bổ sung halogen: không Tốc độ nạp liệu :1 -3 h-1 Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Nhiệt độ áp suất không cao nên thuận lợi mặt nhiệt động, thuận lợi cho việc gia công thiết bị, không sử dụng nhiều máy nén đắt tiền • Dây chuyền hoạt động liên tục nên có khả tự động hóa, giảm số nhân công sử dụng phân xưởng • Xúc tác có thời gian làm việc lâu (5 – 10 năm), hoạt tính cao Nhược điểm: • Xúc tác khó hoạt tính cao, thời gian làm việc lâu khả tái sinh GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 23 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa • Quá trình làm việc môi trường axit nên khả ăn mòn thiết bị cao Do phải sử dụng vật liệu đắt tiền GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 24 Đồ án môn học:Thiết kế phân xưởng isome hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].GS.TS Lê Văn Hiếu, Công Nghệ Chế Biến Dầu Mỏ, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2009 [2].Tập Thể Tác Giả, Hóa Học Dầu Mỏ Và Khí, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2010 [3].Tập Thể Tác Giả, Công Nghệ Tổng Hợp Hữu Cơ – Hóa Dầu, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2006 [4].https://www.google.com.vn/search? um=1&hl=vi&tbo=d&biw=1252&bih=531&noj=1&tbm=isch&sa=1&q=c %C3%B4ng+ngh%E1%BB%87+isome+h%C3%B3a+TIP+c%E1%BB %A7a+UOP&oq=c%C3%B4ng+ngh%E1%BB%87+isome+h%C3%B3a+TIP+c %E1%BB %A7a+UOP&gs_l=img.3 1037434.1042939.0.1043708.16.14.1.0.0.0.584.2084.5j7j1 j5-1.14.0 0.0 1c.1.5SlRwrKmNk0 [5] http://vi.scribd.com/doc/62005580/QUA-TRINH-IZOME-HOA [6.]http://www.doko.vn/luan-van/Thiet-ke-phan-xuong-Isome-hoa-162940 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 25 [...]... Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Điểm đặc biệt của công nghệ này là có dùng một thiết bị khử izo-pentan ra khỏi nguyên liệu Hấp phụ và nhả hấp phụ ở pha hơi và dùng izo-pentan để khử hấp phụ Điều kiện công nghệ: T= 230 - 2900C P= 14 - 42 kg/cm2 Tốc độ nạp liệu thể tích: 14 - 22h-1 Tỷ lệ H2/nguyên liệu : 1/4 GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 19 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 7 Sơ... xưởng isome hóa Hình 7 Sơ đồ công nghệ isome hóa của IFP [1] GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 20 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Ưu, nhược điểm công nghệ: Ưu điểm: • Xúc tác có hoạt tính cao và bền cơ nhiệt • Quá trình thực hiện ở pha hơi nên tránh được sự ăn mòn thiết bị • Quá trình làm việc liên tục nên dễ tự động hóa có khả năng kết hợp được với các phân xưởng khác trong lọc dầu • Lượng hydro... nhiều thiết bị bơm, máy nén Đối với sơ đồ dùng một phản ứng sẽ gặp khó khăn trong vấn đề bảo đảm mức độ chuyển hóa khi tái sinh xúc tác GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 13 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 4 Dây chuyền công nghệ isome hóa n-butan [1] 1 2 3 4 5 6 I II III IV Cột tách izo-butan Cột ổn định Lò phản ứng Lò đốt nóng Máy nén Thiết bị tách Nguyên liệu H2 Khí đốt Izo-butan Thiết. .. lại thiết bị phản ứng Còn phần nặng được đưa qua tháp tách butan để đưa đi làm khí nguyên liệu Phần nặng còn lại là sản phẩm của quá trình Tùy thuộc vào yêu cầu mà ta có thể mang đi pha trộn xăng ngay hay là tách lấy các cấu tử chưa chuyển hóa cho tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 11 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa IV.2 Dây chuyền công nghệ với quá trình isome. .. động: Nguyên liệu từ bể chứa đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt cùng với khí H2 từ trên xuống để đạt nhiệt độ thích hợp, sau đó được đưa vào thiết bị GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 15 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa phản ứng Sau khi phản ứng xảy ra hỗn hợp được đưa sang các tháp tách để loại các tạp chất và nguyên liệu chưa phản ứng để thu sản phẩm isome hóa tinh khiết và đưa vào bể chứa sản... công thiết bị, không sử dụng nhiều máy nén đắt tiền • Dây chuyền hoạt động liên tục nên có khả năng tự động hóa, giảm được số nhân công sử dụng trong phân xưởng • Xúc tác có thời gian làm việc khá lâu (5 – 10 năm), hoạt tính cao Nhược điểm: kém • Xúc tác khó hoạt tính cao, thời gian làm việc lâu nhưng khả năng tái sinh rất GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 23 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa •... năng ăn mòn kim loại (cỡ 0,0013 mm/năm), nên ta cần chú ý tới vấn đề ăn mòn thiết bị Sản phẩm của quá trình có trị số octan khá cao (trên 80) Ngoài ra còn thu được một lượng lớn khí C1, C2, C3 đưa đi làm khí nguyên liệu GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 21 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 8 Sơ đồ công nghệ isome hóa của BP [1] 1.Lò gia nhiệt nguyên liệu 2.Lò phản ứng 3.Tách khí 4.Cột ổn định... ăn mòn thiết bị cao Do vậy phải sử dụng vật liệu đắt tiền GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 24 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].GS.TS Lê Văn Hiếu, Công Nghệ Chế Biến Dầu Mỏ, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2009 [2].Tập Thể Tác Giả, Hóa Học Dầu Mỏ Và Khí, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2010 [3].Tập Thể Tác Giả, Công Nghệ Tổng Hợp Hữu Cơ – Hóa Dầu,... thiết bị phản ứng Quá trình này khi tiến hành cần phải có mặt của khí hydro để tránh sự tạo cốc trên xúc tác và tránh mất hoạt tính xúc tác Điều kiện công nghệ: T= 200 – 3700C P= 1365 – 3415 Kpa Thời gian nạp liệu : 1 - 3h-1 Có bổ sung halogen: không GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 16 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 6 Sơ đồ TIP của UOP [1] GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 17 Đồ án môn học :Thiết. .. ứng phụ: • Hydrocacbon thơm bị chuyển hóa thành các naphtenic • Naphtenic bị hydro hóa thành parafin • C7+ phản ứng cracking thành các phân tử nhẹ hơn GVHD: Phạm Thanh Huyền Page 22 Đồ án môn học :Thiết kế phân xưởng isome hóa Hình 9 Sơ đồ công nghệ của Shell [4] 1 2 3 4 Thiết bị phản ứng Tháp tách Máy nén Tháp ổn định Điều kiện công nghệ: T= 230 - 2900C P= 1,4 – 3,5 Mpa Xúc tác : Pt/zeolit Tái sinh xúc