một số dây chuyền công nghệ sản xuất etylen hiện đại

THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU I GIỚI THIỆU CHUNG SƠ LƯC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ETYLEN TRÊN THẾ GIỚI Etylen hợp chất olefin đơn giản nhất, có khả phản ứng cao sử dụng rộng rãi công nghiệp hữu cơ- hoá dầu nguồn nguyên liệu hàng đầu cho ngành công nghiệp polyme Người ta đánh giá mức độ phát triển công nghiệp tổng hợp hữu cơ- hoá dầu theo tổng sản lượng nhu cầu etylen số etylen (lượng etylen tạo thành/ dầu đem chế biến) Từ năm 1930, châu âu etylen bắt đầu thu hồi từ khí lò cốc nguồn nguyên liệu khác Những năm 50, etylen lên sản phẩm trung gian ứng dụng rộng rãi toàn giới, phổ biến mà U.S oil số công ty hoá chất khác bước đầu tách sản xuất từ sản phẩm phụ trình chế biến dầu Từ với phát triển công nghiệp dầu khí- hoá dầu, etylen hoàn toàn thay axetylen nhiều trình tổng hợp Năm 1984, giới sản xuất 47.565.000 tấn, sản lượng Mỹ 17.543.000 Ở Mỹ etan nguồn nguyên liệu chủ yếu để tổng hợp etylen etan có ưu điểm rẻ, không phức tạp với trình hoạt động, sản phẩm phụ Số liệu đến ngày 1/4/2001 cho biết tổng công suất etylen toàn giới đạt 101,5 triệu tấn/ năm Hiện nay, etylen sản phẩm hóa học có mức độ tăng trưởng lớn giới (chỉ đứng sau amoniac sản lượng) Theo CMAI, polyetylen dẫn suất THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU etylen, chiếm tới 57% nhu cầu etylen năm 2000 chiếm tới 60% nhu cầu vào năm 2015 Bảng1 : Công suất etylen theo khu vực(1000 tấn/năm) Khu vực 1/2001 1/2000 % Châu Á-TBD 25504 23749 7,4 Đông u/ SNG 7065 7337 -3,7 8582 6612 29,8 Trung Đông Châu Phi Bắc Mỹ 33742 31715 6,4 Nam Mỹ 3918 3456 13,4 Tây Âu 21788 21174 3,0 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA ETYLEN 2.1 Tính chất vật lý etylen Etylen (CH2= CH2) hydrocacbon không no đơn giản có khối lượng phân tử M=28.052 Ở điều kiện thường etylen chất khí, hóa lỏng -105 0C, không màu, không mùi, không tan nước Etylen có nhiều khí dầu mỏ, khí hóa cốc than Trong không khí etylen cháy với lửa cháy lửa metan Etylen bò hóa lỏng nhiệt độ thấp, áp suất cao làm lạnh NH3 Khi so sánh etylen với parafin tương ứng ta thấy nhiệt độ sôi etylen thấp etan 150C Tính chất có ý nghóa quan trọng trình tinh chế etylen khỏi hydrocacbon tương ứng phương pháp chưng cất phân đoạn THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Một điều đáng ý trình sản xuất sử dụng etylen cần phải quan tâm tới an toàn lao động etylen dễ tạo với không khí, phản ứng đốt cháy tỏa nhiệt nhiều gây nổ mạnh, nguy hiểm khoảng giới hạn nổ rộng Khi hít phải etylen olefin thấp khác gây tượng mê mang có tác hại lâu dài sau Do trình sản xuất, vận chuyển bảo quản etylen cần phải ý đến đặc điểm nhằm đảm bảo an toàn cháy nổ Nồng độ cho phép etylen không khí nơi sản xuất sử dụng cần quy đònh chặt chẽ kiểm tra nghiêm ngặt Bảng2 : Các số vật lý etylen Nhiệt độ sôi: 103,71(0C) t s =- Nhiệt độ riêng (kj /kg k) Nhiệt độ đông đặc: 169,15(0C) t đ =- Ở pha lỏng -169,150C: 2,63 Nhiệt độ tới hạn: 9,90(0C) T th = Ở : 1,55 00 C p suất tới hạn: 5,117(MPa) P th = Nhiệt tạo thành: ∆H = 52,32 (kJ/ Kmol) Tỷ trọng tới hạn: 0,21 (g/cm3) d = Etropi (S) (kj/mol) :0,22 Tỷ -169,10C: 0,58 (g/cm3) d = Hệ số dẫn nhiệt λ, m-1.K-1: 00C : 0,34 (g/cm3) d= + Ôû -4 117.10 00C: THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Tỷ trọng pha khí (đktc):d = + -4 1,2603(g/cm ) 294.10 1000C: So với không khí : (g/cm3) 4000C: D = 0,968 + -4 805.10 Thể tích Đktc: 22,258(l) V= Độ nhớt lỏng µ, Mpa.s: Sức căng bề mặt: + – 169,15 0C : 16,5(mN/m) σ = + Ôû 00C : 1,1(mN/m) σ = Nhiệt độ 119,5 (kJ/kg) nóng chảy: Nhiệtcháy: 47,183(kj/kg) ts=-103,710C: + Tại 0,73 tđ=-169,150C: + 0,07 Tại ts=-169,150C: Tại + Tại -4 0 C 143.10 00C: Độ nhớt trạng thái khí:(Mpa.s) + 488 93.10-4 + -169,150C (kj/kg) + 191 (kj/kg) + Taïi 0,17 + Taïi 36.10-4 Nhiệt hoá hơi: pha 00C: 1500C: THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Giới hạn nổ với không khí p suất Pv, Mpa: û200C, P =0,1 Mpa + Tại -1500C: + Giới hạn dưới: 2,75 0,02 34,6 + Tại ts=-103,710C: + Giới hạn trên: 28,6 0,102 360,1 + Tại 00C: 4,24 Nhiệt bốc cháy: ÷ 527 (0C) 425 2.2 Tính chất hoá học etylen a Phản ứng cộng Etylen tham gia phản ứng hydro hoá nhiệt độ thường áp suất hydro thấp, xúc tác bột Pt(Pd) mòn Tuy nhiên, điều kiện hydro hoá tốt etylen nhiệt độ 150 ÷ 200 0C, áp suất cao có mặt xúc tác Ni: CH2 = CH2 + H2 Ni  → CH3 – CH3 ∆H = -30 kcal Etylen phản ứng cộng với halogen nhiệt độ thấp dicloetan với khả phản ứng Cl2 > Br2 > I2: CH2 = CH2 + Cl2 CH2Cl – CH2Cl CH2 = CH2 + Br2 CH2 Br– CH2Br CH2 = CH2 + I2 CH2I – CH2I Etylen tác dụng với hydrohalogen tạo etylhalogen tương ứng Khả phản ứng là: HI > HBr > HCl THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU CH2 = CH2 + HI CH3 – CH2I CH2 = CH2 + HCl CH3 – CH2Cl Sự có mặt oxy trình hydro hoá etylen: CH2 = CH2 + 3HCl + O2 CHCl = CCl2 + 3H2O Các phản ứng alkyl hóa Friede - Crafis phản ứng cộng axyl hóa tiến hành có mặt xúc tác ionic (axit Lewis) Xúc tác có tác dụng phân cực hóa ion hóa tác nhân: CH2 = CH2 + (CH3)3CCl (CH3)3CCH2CH2Cl CH2 = CH2 + C2H5COCl C2H5COCH2CH2Cl CH2 = CH2 + (CH3)3CH (CH3)2CHCH(CH3)2 Xúc tác alkyl hóa Friedel – Crafis có ảnh hưởng phản ứng etylen với benzen tạo thành etylbenzen hợp chất trung gian trình sản xuất Styren CH2 = CH2 + C6H6 C6H5CH2CH3 C6H5CH=CH2 + H2 b Phản ứng oxy hoá Các hydrocacbon chứa liên kết đôi nhạy cảm nhiều chất oxy hoá Khi điều kiện tiến hành phản ứng với tác nhân oxy hoá khác sản phẩm phản ứng tạo khác Oxy hoá etylen đến axetaldehit dung dòch HCl pha loãng chứa PdCl2 đồng Thuỷ phân phức chất cho ta axetaldehyt kim loại Pd THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU O C2H4 + PdCl2 → [C2H4.PdCl2] 2Cl- Pd + 2CuCl2 € 2CuCl H2O  → CH3 – C – H + Pd + 2H 2+ + + PdCl2 Để có CuCl2 ta oxy hoá CuCl không khí: 2CuCl2 + 2HCl + O2 → 2CuCl2 + H2 O Phản ứng tổng quaùt: O C2H4 + O2 → CH3 – C – H Δ H 298 = −562kcal/ mol Etylen oxy hoá cho nhiều loại sản phẩm khác tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng tác nhân oxy hoaù: 2CH2 = CH2 + O2 2CH2 – CH2 + H2O O 2CH2 – CH2 O O Oxy hoaù KMnO4 loãng H2O2 có xúc tác OSO4 tạo thành glycol: THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 2CH2 – CH2 + 2MnO2 + 2KOH OH CH2 = CH2 + H2O2 OSO4  → OH CH2 – CH2 OH OH (etylen glycol) c Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp tạo polyetylen nCH2 = CH2 (- CH2 – CH2-)n Tùy theo chất, đặc điểm monme, tùy theo điều kiện tiến hành phản ứng, trình trùng hợp xảy theo chế khác nhau, cho polyme có cấu tạo khác hệ số trùng hợp khác Phản ứng trùng hợp phản ứng cộng hợp chuỗi chất nhỏ phân tử (gọi mônome) kết hợp lại tạo thành hợp chất cao phân tử (polyme) Phản ứng trùng hợp thực điều kiện nhiệt độ, áp lực, xúc tác, góc tự tia lượng cao Ứng dụng etylen Trong công nghiệp, etylen ứng dụng để sản xuất số hợp chất quan trọng nhựa tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt nhiều sản phẩm bán sản phẩm hoá học khác Cụ thể [17-46] THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM            GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Polyme hoá áp suất cao với chất kích động peroxit để sản xuất polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) Tác dụng với clo tạo thành 1,2 – dicloetan (Cl – CH – CH2 – Cl) trùng hợp áp suất thấp dùng xúc tác Ziegler – Natta chất mang oxyt kim loại để sản xuất polyetylen tỷ trọng cao(HDPE) Oxy hoá thành oxitetylen, peoxyetan xúc tác Ag Phản ứng với benzen xúc tác AlCl để sản xuất etylbenzen, sau dehydro hóa etylbenzen để sản xuất styren Styren dùng để sản xuất polystyren cao su tổng hợp Buna-S Copolyme hoá với olefin khác áp suất thấp xúc tác Crom, hợp chất kim titan vanadi để sản xuất polyetylen mạch thẳng tỷ trọng thấp (LDPE) với sản phẩm khác Oxy hoá xúc tác PdCl2 đồng CuCl2 dung dòch HCl tạo thành axetandehyt Sự hydrat hoá cách sử dụng axit sunfuric axit photphoric, tạo etanol Phản ứng với axit axetic oxy có mặt xúc tác PdCl2 tạo thành vinylaxetat (VA) Một số ứng dụng khác sản xuất rượu mạch thẳng, olefin cao phân tử, etylclorua copolyme hoá với propylen để tổng hợp cao su dien-mono-etylenpropylen (EPDM) Ngoài ứng dụng tổng hợp hữu với nhiều sản phẩm quý nói trên, etylen có tác dụng kích thích hoạt động men làm mau chín Do đó, dùng etylen với nồng độ loãng (1V etylen 1000-2000V không khí) để dấm xanh 18 ÷ 200C Chương 2: NGUN LIỆU VÀ SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Sơ đồ nguyên lý chung Đối với trình sản xuất nào, sơ đồ nguyên lý chung bao gồm hai công đoạn: -Giai đoạn 1: nhiệt phân + tối ưu -Giai đoạn 2: tách tinh chế sản phẩm Hơi nước C2H4 Cracking sản phẩm Tách làm sản phẩm Nguyên liệu C3H6 Sản phẩm phụ Etan propan tuần hoàn Hình 1: Sơ đồ nguyên lý chung sản xuất etylen a Đối với nguyên liệu khí Quá trình nhiệt phân parafin khí bao gồm hai giai đoạn: Giai đoan 1: Nhiệt phân hoá Trong công nghiệp với quy mô lớn, trình thực áp suất thấp kết hợp với pha loãng pha nước Lượng nước sử dụng tùy thuộc vào nguyên liệu đầu Đối với etan propan tỷ lệ khối lượng nước nguyên liệu từ 0,3 ÷ 0,45 Để tránh phản ứng thứ cấp (polime hoá nhựa, phân hủy sâu hơn), khí sản phẩm đưa sang thiết bò để làm lạnh nhanh xuống nhiệt độ 400 ÷ 5000C Trong giai đoạn này, để tận dụng nhiệt, người ta sử dụng nhiệt trao đổi để tái sinh nước áp suất cao (10 ÷ 13 MPa) Giai đoạn 2: Tách sản phẩm 10 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU nhiều Điều có nghóa nước khan nguồn dầu mỏ khí tự nhiên, công nghiệp hoá dầu dựa nhập dầu như: Anh, Pháp, Đức, Ytalia, Nhật - Mặt khác, hydrocacbon lỏng mà chủ yếu naphta có ưu điểm khả cung cấp dồi dào, giá thành thấp, hiệu suất thu etylen không thấp (30%) - Trong trình sản xuất, etylen thu cấu tử khác propylen, butadien, …có thể tận dụng công nghiệp hoá học * Nhược điểm: Tuy nhiên, công nghệ sản xuất etylen từ hydrocacbon lỏng có nhược điểm sau: - So với nguyên liệu khí, hiệu suất etylen từ hydrocacbon lỏng thấp Do thành phần nguyên liệu phức tạp nên thành phần sản phẩm phức tạp, đòi hỏi trình tách khó khăn nhiều thiết bò tách Trong hydrocacbon lỏng có hydrocacbon thơm dễ ngưng tụ tạo nhựa, tạo cốc trình II MỘT SỐ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETYLEN HIỆN ĐẠI 17 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU II.1 Sơ đồ công nghệ hãng ABB Lummus Global Hình 2: Sơ đồ công nghệ hãng ABB Lummus Global 1- Lò đốt cracking SRT; -Thiết bò TLE; -Thiết bò phân đoạn xăng; - Tháp tôi; - Hệ máy nén ly tâm nhiều cấp; -Tháp sấy; - Máy làm lạnh liên hợp; - Thaùp taùch metan; - Thaùp taùch etan; 10 -Thiết bò hydro hóa; 11 - Thiết bò phân tách etan etylen; 12 - Thiết bò tách propan; 13- Thiết bò tách propylene; 14 - Thiết bò tách hỗn hợp C xăng nhe.ï -p dụng: Để sán xuất etylen cho polyme (99,95% thể tích) sản phẩm phụ chủ yếu propylene, C giàu 18 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU butadiene, xăng nhiệt phân giàu hydrocacbon thơm giàu C – C8 hyrocacbon tinh khiết cao -Thuyết minh dây chuyền: Nguyên liêu hydrocacbon gia nhiệt kracking với nước lò ống nhiệt phân thời gian lưu ngắn STR (Short residence time) Thế hệ lò nung hiên thiết kế SRT-VI Nhờ đó, hiệu suất olefin đạt cao, trình hoạt động lâu dài tự động hoá hoàn toàn Các sản phẩm lò có nhiệt độ từ 15000F đến 16000F bò làm lạnh nhanh thiết bò trao đổi nhiệt ống vận chuyển TLE (2) gây áp suất dòng siêu cao (SHP) Sản phẩm từ lò nung sau tôi, đưa sang tháp phân đoạn xăng (3) phân đoạn dầu nặng tách khỏi xăng phân đoạn nhẹ Các sản phẩm nhẹ từ đỉnh tháp (3) làm lạnh sâu cách trực tiếp tháp (4) Khí thô từ tháp (4) nén hệ thống máy nén ly tâm nhiều cấp (5) đến áp suất 500 psi Khí sau nén tách khí axit đưa sang tháp sấy (6), sau làm lạnh thiết bò làm lạnh liên hợp (7) để tách H2 dẫn vào tháp tách metan (8) Tháp tách metan làm việc áp suất khoảng 100 psi Metan lấy từ đỉnh tháp thu hồi sau cho qua thiết bò làm lạnh liên hợp (7) Còn sản phẩm đáy đưa sang tháp tách etan (9) Axetylen từ đỉnh tháp etan (9) kết hợp với hydro thiết bò hydro hóa (10) thu hồi Hỗn hợp khí etylen etan đưa sang tháp phân đoạn etylen-etan (11) để tách khí etylen đỉnh tháp Etan lấy từ đáy tháp tuần hoàn trở lại lò nhiệt phân để trình cracking triệt để 19 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Sản phẩm đáy tháp tách etan (9) phần ngưng tụ đáy phận nén tách khí (5) dẫn vào tháp tách propan (12) Metyl axetylen propadien hydro hóa tháp tách propan công nghệ hydro hóa chưng cất xúc tác CDHY-DRO Sản phẩm đáy tháp tách propan (12) đưa sang tháp phân tách thành hỗn hợp C4 xăng nhẹ (14) Propylen dùng cho polyme thu hồi tháp phân tách propylene(13) II.2 Sơ đồ công nghệ hãng AG [20-113] Hình 3: Sơ đồ công nghệ hãng AG 1- Lò nhiệt phân cracking; - Thiết bò trao đổi nhiệt; - Tháp tách sơ bộ; - Bộ phân trao đổi nhiệt; - Tháp nước; - Máy nén nhiều cấp; - Bộ phận tách khí axit; - Thiết bò hấp phụ - khí lỏng; - Thiết bò làm lạnh; 10 - Tháp tách etan; 11 - Thiết bò hydro hóa; 12 - Máy làm lạnh liên hợp; 13 - Tháp tách metan; 14 - Tháp chưng 20 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU tách etylen áp suất thấp; 15 - Tháp tách propan; 16 - Thiết bò xử lý hydro; 17 - Tháp tách propanpropylen; 18 - Tháp tách butan Để sản xuất etyen propylen cho polyme trình cracking nhiệt phân đoạn từ etan đến naphta cặn hydro cracking Sản phẩm phụ C giàu Butadien Hơi C6-C8 giàu hydrocacbon thơm dầu nhiên liệu Thuyết minh dây chuyền: Nguyên liệu dòng tuần hoàn với nước pha loãng gia nhiệt bò nhiêt phân lò cracking nhiệt (pyro-crack) Ưu điểm kiểu lò độ chọn lọc cao tối ưu hóa mối liên hệ thời gian lưu, nhiệt độ áp suất cho nguyên liệu để đạt hiêu suất olefin cao Dòng lò làm lạnh thiết bò trao đổi nhiệt ống vận chuyển TLE (2), sinh áp suất dòng cao (HP steam), cách trực tiếp dầu trình dùng nguyên liệu lỏng Dòng khí cracking kết hợp làm lạnh tinh chế tháp tách sơ (3) tháp nước (5) Nhiệt thải thu hồi tuần hoàn chu trình dầu, phát sinh dòng pha loãng (4) chu trình nước (5) để cung cấp cho thiết bò đun sôi lại lò nung trình Khí tinh chế từ tháp (5) nén máy nén cấp (6) làm khô trình hấp phụ khí-lỏng (8) Các khí axit CO H2S tách hệ thống rửa kiềm đặt công đoạn nén cuối (7) Khí nén cracking làm lạnh sâu (9) dẫn vào trình tuần hoàn trước sau tháp tách etan (10), C2 đẳng nhiệt trước sau thiết bò hydro hóa (11), thiết bò làm lạnh (12), tháp tách metan (13) bơm nhiệt thiết bò phân tách etylen áp 21 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU suất thấp (14), hợp thành chu trình làm lạnh etylen Quá trình Line cải tiến tối ưu hóa cao, vận hành dễ dàng, lượng tiêu tối thấp, giá thành đầu tư thấp hoạt động thời gian tương đối dài (5 năm phải dừng lò để xử lý) Hỗn hợp C3+ từ đáy tháp tách etan (10) tách propan (15), hydro hóa (16) để chuyển hóa metylaxetylen propadien Propylen propan hình thành thu hồi hay tuần hoàn trở lại lò cracking Các cấu tử C4 tách đỉnh tháp từ cấu tử nặng tháp tách butan (18) để thu hồi sản phẩm C4 thô Sản phẩm xăng tạo đáy tháp C kết hợp với ngưng tụ hydrocacbon từ phân đoạn nặng Bảng 3.Hiệu suất, tiêu thụ lượng nguyên liệu khác Nguyên liệu Hiệu suất etylen,% Etan LPG naph ta Daàu gasoil 83 45 35 25 4000 5000 6000 Tiêu thu nặng lượng, 3000 kcal/kg Từ bảng trên, ta thấy: hiệu suất etylen thu lượng tiêu tốn tùy thuộc vào loại nguyên liệu Nếu sử dụng nguyên liệu etan hiệu suất đạt cao (83%) mà tiêu tối lượng lại nhỏ Hiện nay, giới có 35 nhà máy công nghiệp sử dụng công nghệ với suất 13 triệu tấn/ năm Nhiều nhà máy tăng suất lên 50%[12-133] 22 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Sơ đồ công nghệ hãng Stone & Webster Engineering Corp Hình 4: Sơ đồ công nghệ cuỷa haừng Stone & Webster Engineering Corp áp dụng Để sản xuất etylen propylen trình cracking nguyên liệu parafin Có hai trỡnh đợc sử dụng: + USC (ultra selector cracking)-Hệ thống nhiệt phân + ARS (Advanced recovery system)- Quá trình chng lạnh -Thuyết minh d©y chun 23 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYN HNG CHU Nguyên liệu ủợc đa vào lò cracking USC(1) Sự tách loại chất bẩn đợc thực ngợc dòng Nhiệt cracking đợc cung cấp quạt tuabin khí Quá trình nhiệt phân xảy díi sù ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é - thêi gian riêng biệt loại nguyên liệu nh yêu cầu sản phẩm Sự nhanh đảm bảo hiệu suất etylen cao phát sinh nhiệt thải áp suất cao Nhiệt thải có nhiệt độ thấp đợc tận duùng tháp dầu nớc xuôi dòng (2) Dầu nhiên liệu nhiệt phân phần cất xăng đợc tách Khí cracking (C nhẹ hơn) sau nén (3), đợc làm kiềm để loại bỏ khí axit đợc sấy khô trớc phân tách Năng lợng làm lạnh ARS cực tiểu sử dụng công nghệ thiết bị ngng tụ phân đoạn làm lạnh khí chng cất phân phối Các cấu tử nhẹ nh C2,C4 cấu tử nặng đợc phân tách tháp tách propan áp suất thấp (4), đáy tháp thu đợc C4 sản phẩm phụ khác nặng Dòng nhiệt từ đỉnh tháp đợc đa sang tháp hydro hóa (5) để chuyển hóa axetylen, sau đợc dẫn sang thiết bị ARS (6) xảy phân tách nhiệt hydro metan Sản phẩm từ (6) đợc chia thành hai dòng C2 có thành phần khác Một dòng đợc đa sang thiết bị chuẩn bị tách etylen (8), đa sang tháp phân tách etylen- etan (9) Còn dòng gồm hoón hợp C nặng đợc đa sang tháp tách etan (7) Dòng C nhiệt từ đỉnh tháp (7) qua (8) dẫn đến tháp phân tách etylen-etan (9) Sản phẩm đáy tháp (7) hỗn hợp C3 (metylaxetylen propadien) đợc kết hợp hydro hóa thiết bị hydro (10) tạo thành propylen propan đem phân tách tháp siêu phân đoạn (11) Etan từ đáy tháp (9) propan từ đáy tháp (11) đợc tuần hoàn trở lại lò cracking Etylen propylen đợc thu hồi từ đỉnh tháp (9) (11) Baỷng 4: Bảng hiệu suất etylen từ etan dầu gasoil 24 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHU Nguyên liệu Etan Dầu gasoil Hiệu suất etylen % 57 28 3000 6000 Tiêu thuù ợng,kcal/kg l- -Ưu điểm công nghệ USC: Hệ thoỏng lò USC gồm lò cracking có kèm theo tiết bị sản phẩm Hệ thống đợc điều khiển chơng trình máy tính có kết hợp tính toán thuỷ lực, nhiệt động học trình cốc hóa nhằm kết hợp cách tối u suất, hiệu suất, chiều dài chu trình chi phí Lò USC có u điểm độ chọn lọc cao -Ưu điểm công nghệ ARS: + Giảm tổ hợp làm lạnh sử dơng thiÕt bÞ ngng tơ + Cïng mét lóc thực trình làm lạnh phân đoạn thiết bị ngng tụ + Giảm đợc metan hàm lợng metan khí đa vào cột tách + Tỷ lệ hồi lu thấp + Giảm yêu cầu làm lạnh (xÊp xØ 75%) C«ng nghƯ cho hiƯu st etylent tõ 28% (®èi víi gasoil) ®Ịn 57% (®èi víi etan) Hiện 100 dây chuyên sản xuất etylen sử dụng công nghệ stone & wedster Việt mở rộng công nghệ dựa hệ thống ARS làm tăng 70% sản lửụùng haứng naờm II.4 Sơ đồ công TECHNIPETROL nghệ 25 cđa h·ng TECHNIP, KTI, THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYN HNG CHU Hình 5: Sơ đồ công nghệ hãng TECHNIP, KTI, TECHNIPETROL áp dụng Để sản xuất etylen propylen cho polyme Sản phẩm phụ chủ yếu C4 giàu butadien xăng nhiệt phân từ C ữ C8 giàu hydrocacbon thơm - Thuyết minh dây chuyền Nguyên liệu hydrocacbon bao gồm etan-propan tuần hoàn, đợc cracking lò cracking KTI-GK5 (1), cho hiƯu st oleffin tèi ®a víi tû lƯ propylen/etylen khoảng rộng Dòng lò đợc làm lạnh nhanh thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp loại ống (TLX) sinh dòng áp suất cao Sau đợc trực tiếp với 26 THUYT TRèNH CH BIN KH DH10H2-NHểM GVHD: NGUYN HNG CHU dầu, khí sản phẩm cracking (CFG) đa sang tháp tách sơ (2) Tại đây, dầu nhiên liệu đợc tách khỏi xăng phần nhẹ Công đoan làm lạnh cuối đến nhiệt độ môi trờng đợc thực cách trực tiếp nớc tháp (3) Sau trình tôi, khí sản phẩm cracking (CFG) đợc nén máy nén ly tâm nhiều cấp (5) chạy taubin khí Phần ngng tự LP HP đợc phân tách phần nhẹ cất phần nhẹ (4,7) Khí axit đợc tách thiết bị rửa kiềm (6) ụỷ áp suất bar Khí sản phẩm cracking (CFG) từ máy nén đợc sấy thiết bị sấy khí (8) sau đợc làm lạnh (9) phần sang tháp PSA (12) để tinh chế hydro, phần vào hệ thống cột kép tách metan (10,11) áp suất trung bình (12bar) đợc đun lại CFG Tại đây, metan đợc tách từ đỉnh tháp dùng làm khí nhiên liệu Còn C 2+ tách đáy tháp đợc bơm sang tháp tách etan (14) Sản phẩm đỉnh tháp (14) đợc hydro hóa thiết bị hydro hóa (15) để chuyển hóa axetylen thành etylen trớc tới tháp tách etylen (16) Tại tháp (16), etylen đợc tách từ đỉnh tháp, etan đợc tách từ đáy tháp chủ yếu đợc tuần hoàn lại lò cracking Sản phẩm đáy phân cất phần nhẹ HP tháp tách đợc dẫn tới hệ thống kép tách propan hai lần áp suất (17, 18) Tại đây, C3 đợc tách ụỷ đỉnh tháp, Metylaxetylen propadien đợc hydro hóa thành propylen hệ thống dãy hai thiết bị phản ứng (20) pha lỏng áp dụng công nghệ IFP Phần C cấu tử nặng đợc tách đáy tháp Propylen đợc phân tách khỏi propan tháp phân tách C (21) để tuần hoàn tới lò cracking trớc đợc dẫn tới bồn chứa Năm 1893, suất etylen từ công nghệ KTI là7,5 triệu /năm Sau đó, suất giảm dần (5 triệu tấn/ năm1990) Hiện nay, giới có khoảng 15 nhà máy với 300 lò cracking sử dụng công nghệ KTI [13-130] 27 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU Bảng 5: Công nghệ sản xuất etylen (năng suất 500.000 tấn/ năm) với nguồn nguyên liệu khác Ng liƯu/ phÈm s¶n Etan Propa n buta Napht Napht n a nhĐ a nỈng Gaso il Etylen 500 500 500 500 500 500 Propan 11 160 189 190 207 243 Butadien - 32 73 58 71 78 BTX - 52 70 136 217 200 phân đoạn C4 14 12 78 50 48 78 Xăng 12 34 38 51 70 176 KhÝ nhiªn liƯu 76 280 262 256 265 213 Dầu nhiên liệu - - 10 41 71 364 nguyên 613 1070 122 1282 1449 1852 lỵng, 310 4000 430 4400 4700 5500 Tổng liệu Năng kcal/kg 28 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HNG CHU II.5 Sơ đồ công nghệ hãng M.W.Kellogg [21] Hình 6: Sơ đồ công nghệ hãng M.W.Kellogg áp dụng Để sản xuất etylen proplen cho polyme, sản phẩm C giàu butylen xăng nhiệt phân thô giàu hợp chất thơm: hydro nhiên liệu cách nhiệt phân hydrocacbon phạm vi từ etylen đến gasoil chân không - Thuyết minh dây chuyền Trong lò nhiệt phân (1), nguyên liệu đợc trộn với nớc pha loãng bị cracking nhiệt dộ cao tạo khí giàu olefin Lò cracking 29 THUYT TRèNH CH BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU cđa Kellogg hợp thời gian phản ứng ngắn (dới 0,1 giây) với nhiệt độ đầu khoảng 1700 0F Những điều kiện để làm tăng độ chọn lọc phản ứng tạo thành olefin nâng cao hiệu suất olefin Khí nhiệt phân đợc làm lạnh phát sinh (2) làm lạnh sâu thiét bị phân đoạn nhiệt phân (3), dầu nhiên liệu đợc tách khỏi dòng khí Khí làm lạnh sau đợc nén hệ thống máy nén ly tâm nhiều cấp (4) với trình làm lạnh liên hợp chất lỏng chuyển động tầng Sau đó, hỗn hợp khí đợc qua hệ thống tách khí axit sấy khí (5) trớc vào hệ thống chuẩn bị tách khí metan (6) để loại bỏ khí giàu hyđro Khí giàu hyđro đợc siêu tinh chế (7) cách sử dụng thiết bị chuyển hoá xúc tác Hỗn hợp khí sau tách H2 (2) đợc đa sang tháp tách metan (8) dãy tháp chng cất phân đoạn hỗn hợp hydrocacbon để lần lợc tách sản phẩm nh khí nhiên liệu giàu metan (8), etylen (11), propylen (14,15), hỗn hợp C xăng giàu cấu tử thơm (13) Trớc đến tháp phân đoạn etylen (15), axetylen đợc hydro hoá (14) đa chế biến hoá học Metyl axetylen propadien đợc hydro hoá (10) trớc đến tháp phân đoạn propylen (15) Etan tuần hoàn lại lò nhiệt phân Propan sử dụng làm sảm phẩm LPG đợc tuần hoàn lại lò cracking Hiệu suất etylen đạt đợc 35% naphta 30% đối vối gasoil, tuứy thuộc vào đặc điểm loại nguyên liệu 30 THUYT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU 31 ... trình II MỘT SỐ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETYLEN HIỆN ĐẠI 17 THUYẾT TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ DH10H2-NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG CHÂU II.1 Sơ đồ công nghệ hãng ABB Lummus Global Hình 2: Sơ đồ công nghệ hãng... (xấp xỉ 75%) Công nghệ cho hiệu suất etylent tõ 28% (®èi víi gasoil) ®Ịn 57% (®èi víi etan) Hiện 100 dây chuyên sản xuất etylen sử dụng công nghệ stone & wedster Việt mở rộng công nghệ dựa hệ... công nghệ sản xuất etylen đặc biệt với nước nguồn dầu mỏ khí tự nhiên Quá trình sản xuất etylen từ hydrocacbon lỏng đem lại hiệu cao đặc biệt trình vận chuyển Nguyên liệu lỏng sử dụng nhiều công