Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE đi từ iso butan năng suất 50000 tấn năm

Đồ án môn học: Bộ giáo dục đào tạo Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Độc lập - Tự - Hạnh phúc Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Họ tên: Nguyễn Đức Hồ Khố: 42- QN Ngành học: Hữu - Hoá dầu 1.Đề tài tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE từ isoButan suất 50000 tấn/năm 2.Các số liệu ban đầu: +Thiết bị phản ứng ống chùm sử dụng xúc tác nhựa trao đổi ion +Thành phần nguyên liệu gồm có: Iso-Butan 90% n-Butan 6,0% C3H8 3% nC4H8 0,5% C5 + 0,495% Các chất khác 0,005% Nguyên liệu Metanol kỹ thuật với thành phần: Metanol 99,9% khối lượng Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Nước 0,1% khối lượng 3.Nội dung phần thuyết minh tính tốn: +Các ngun lý q trình tổng hợp MTBE +Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ +Tính tốn: Cân vật chất nhiệt lượng thiết bị phản ứng Kích thước thiết bị Xây dựng 4.Các vẽ đồ thị (ghi rõ loại vẽ kích thước): +Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE dùng xúc tác nhựa trao đổi ion +Thiết bị phản ứng ống chùm +Công nghệ +Xây dựng công nghiệp: 6.Ngày giao nhiệm vụ: Ngày tháng năm 200 7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 200 Ngày tháng năm 200 Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án mơn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Chủ nhiệm khoa Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Kết điểm đánh giá : Sinh viên hoàn thành 1.Quá trình thiết kế: (và nộp toàn thiết kế cho khoa) 2.Điểm duyệt: Ngày tháng năm 2002 3.Bản vẽ thiết kế Ngày tháng năm 2002 Chủ tịch hội đồng (Ký ghi rõ họ tên) Mục lục Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Lời giới thiệu Phần I: Tổng quan MTBE .2 I.Giới thiệu chung II.Tính chất Metyl Tert Butyl Ete 1,Tính chất vật lý 2,Tính chất hoá học 3,Tính chất MTBE ảnh hưởng đến công nghệ .9 III.Nhu cầu MTBE, tình hình sản xuất MTBE giới .9 IV.Quá trình tổng hợp MTBE 11 1,Hố học q trình tổng hợp 11 2,Động học chế phản ứng .12 V.Xúc tác 15 1,Các yếu tố ảnh hưởng đến trình .16 VI.Nguyên liệu tính chất nguyên liệu .17 1,Các nguồn nguyên liệu 17 2,Tính chất hố lý ngun liệu 19 a,Tính chất isobuten 19 b,Tính chất Metanol 21 3,So sánh kinh tế nguồn nguyên liệu 22 VII.Cơng nghệ q trình sản xuất MTBE 23 1,Sản xuất từ hỗn hợp khí C4- Raffinat .23 2,Sản xuất từ khí Butan từ mỏ khí 27 3,Sản xuất MTBE từ Tert Butyl Alcohol 33 Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án mơn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Phần II: So sánh đánh giá lựa chọn công nghệ 34 I.So sánh công nghệ .34 II.Lựa chọn công nghệ 35 Phần III: Tính tốn thiết kế dây chuyền công nghệ 41 I.Tính tốn cân vật chất 41 1,Tính cân vật chất chung 42 2,Tính tốn cân vật chất cho thiết bị phản ứng ống chùm thứ 53 3,Tính cân vật chất cho phản ứng chưng tách .55 II.Tính cân nhiệt lượng 57 III.Tính tốn thiết bị phản ứng .63 1,Tính tốn thể tích làm việc thiết bị phản ứng 63 2,Tính kích thước thiết bị phản ứng 68 3,Tính chiều dày đáy nắp tháp 73 a,Tính chiều dày nắp .74 b,Tính chiều dày đáy .74 4,Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu sản phẩm 75 5,Chọn mặt bích cho thiết bị 76 Phần IV: Xây dựng nhà máy .77 I.Phân tích địa điểm xây dựng nhà máy 77 1,Các yêu cầu chung 77 2,Các yêu cầu khu đất xây dựng 77 a,Về địa hình 77 Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan b,Về địa chất 77 3,Các yêu cầu vệ sinh công nghiệp 77 II.Phân tích thiết kế tổng mặt nhà máy 78 1,Nguyên tắc phân vùng 78 2,Các hạng mục cơng trình 78 III.Thiết kế nhà sản xuất 79 1,ý nghĩa tác dụng .79 2,Các nguyên tắc xây dựng lộ thiên 80 3,Giải pháp kết cấu khung phân xưởng 80 4,Giải pháp bố trí thiết bị mặt phân xưởng 80 Kết luận 82 Tài liệu tham khảo 83 Lời giới thiệu Trước vấn đề bảo vệ chống ô nhiễm môi trường ngày đề cập nhiều nay, việc thay xăng pha chì, gây nhiễm mơi trường, xăng khơng pha chì xu hướng chung nhiều quốc gia giới Để tăng trị số octan xăng, người ta thay sử dụng phụ gia chì hợp chất chứa oxi có số octan cao khơng gây ô nhiễm môi trường Những hợp chất chứa oxi thường sử dụng rượu ete Metanol, Etanol, Metyl tert Butyl Ete (MTBE), Etyl tert Butyl Ete (ETBE),Tert-amyl Metyl Ete (TAME), Đây hợp chất có trị số octan cao thích hợp để pha với xăng nhằm làm tăng trị số octan xăng, cải thiện chất lượng xăng Hợp chất oxi sử dụng chủ yếu để pha vào xăng Metyl tert Butyl Ete (MTBE) Đây hợp chất oxi có tính chất bật như: có trị số octan cao, độ bay thấp, bền oxi hố, có tính chất tương thích tốt với xăng, đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia phát triển sử dụng xăng có pha MTBE là: Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Canada, Nhu cầu MTBE toàn giới tăng nhanh Các q trình cơng nghệ sản xuất MTBE thiết kế lắp đặt nhiều nơi nhằm đáp ứng nhu cầu MTBE tăng lên Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan Hiện nay, Việt Nam xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất, Quảng Ngãi, trước sức ép mơi trường, phủ Việt Nam dự tính loại bỏ xăng pha chì vào năm 2006 Vì việc tính tốn thiết kế dây truyền công nghệ sản xuất MTBE cho xăng điều cần thiết quan trọng Đó lý để thực đồ án Nội dung đồ án gồm phần: Sinh viên Văn Huy Vương Phần I: Tổng quan MTBE I.Giới thiệu chung: Metyl tert Butyl Ete hợp chất chứa oxi có chứa khối lượng phân tử 88,15 có cơng thức cấu tạo sau: CH3 CH3 - O - C - CH3 CH3 Nó viết tắt MTBE MTBE ete có vai trò quan trọng cơng nghiệp sản xuất xăng Nó đượng dùng làm chất phụ gia cho xăng để nâng cao trị số octan, nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc động xăng đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trường sức khoẻ người Trước việc nâng cao trị số octan cho xăng người ta dùng chất phụ gia “nước chì” (CH3)4Pb, (C2H5)Pb Tuy nhiên loại phụ gia bên cạnh việc nâng cao trị số octan, giảm giá thành sản phẩm nhược điểm: ảnh hưởng đến sức khoẻ người Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến động cơ, động làm việc nhiều Chính nhược điểm nước chì mà số nước giới ban luật cấm hạn chế dùng nước chì Hiện loại phụ gia dùng để thay Việc thay đồng nghĩa với việc có số thay đổi thành phần xăng khơng chì, chủ yếu khác phụ gia nhằm tăng cường trị số octan Có số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octan cao khơng sử dụng chì: - Pha trộn xăng có trị số octan cao (như xăng alkyl hố, izome hố, ) vào nhiên liệu có trị số octan thấp Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan - Nâng cấp đưa thêm thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng có trị số octan cao - Sử dụng chất phụ gia khơng chứa chì, hợp chất chứa oxi: etanol, MTBE, MTBA, TAME, Trong số phụ gia chứa oxi nói MTBE etanol sử dụng với số lượng nhiều Chẳng hạn Mỹ, MTBE pha trộn với 15% thể tích, etanol tới 10% thể tích Braxin pha trộn tới 22% etanol vào xăng nhiều năm Bên cạnh việc tăng trị số octan, hỗn hợp xăng với phị gia chứa oxi giúp thải hyđrocacbon CO từ xe cộ sử dụng nhiên liệu Có thể thấy rõ trị số octan số chất chứa oxi điển hình bảng: Bảng 1: trị số octan số chất chứa oxi Phụ gia chứa oxi RON MON Metanol 127136 99104 Etanol 120135 100106 Tert-butanol (TBA) 104110 9098 Metanol/TBA (50/50) 115123 96104 Metyl tert-butyl ete(MTBE) 115123 98105 Tert-amyl metyl ete(TAME) 111116 98103 Etyl tert-butyl ete (ETBE) 110119 95104 Từ ta thấy, trị số RON MTBE vào khoảng 115123, hỗn hợp 15% MTBE xăng có trị số octan gốc 87 tạo nên hỗn hợp có trị số RON nằm khoảng 91 đến 92, làm tăng từ đến đơn vị octan, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1 đến0,15g/l Tương tự, trị số octan etanol 120135, hỗn hợp 10% etanol với xăng có trị số octan 87 tạo hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 9092 Nạn ô nhiễm môi trường giới năm gần gây ảnh hưởng nghiêm trọng Một nguyên nhân gây nên nạn ô nhiễm môi trường khí thải động có chứa lượng khí có hại như: CO, NO, NO 2, Lượng khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường Do vấn đề đặt phải giảm lượng khí thải làm cho nhiên liệu động để làm điều ta phải làm cho nhiên liệu động hơn, tức phải sản xuất xăng sạch, hàm lượng thơm xăng thấp, hàm lượng benzen thấp 1% Mặt khác để có hiệu suất động cao tính khí thải hồn thiện động phải tỷ số nén lớn hơn, tức yêu cầu nhiên liệu phải có trị số octan cao, mà xăng chưng cất trực tiếp trị số octan thấp, chưa đủ yêu cầu động Do người ta sử dụng hợp chất nâng cao trị số octan để pha vào xăng, phụ gia sử dụng làm nhiên liệu cho xăng TEL (tetra etyl chì) TML (tetra metyl chì) loại phụ gia cho phép nâng cao trị số octan làm cho giá thành hạ Loại phụ gia Văn Huy Vương Hóa dầu 3-K43 ĐHBK HN Đồ án môn học: Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan MDOLE người Mỹ tìm vào tháng 11-1921 Vào năm 1929, loại phụ gia có mặt xăng thương phẩm Mỹ có xăng thương phẩm Đức trước chiến tranh giới thứ II khơng xa Tuy nước chì sử dụng pha vào xăng bù đắp lượng octan thiếu hụt giá thành xăng rẻ, song bên cạnh việc tạo nên ưu điểm để lại tác hại nghiêm trọng cho sức khoẻ người (vì chì chất độc trích luỹ), cho mơi trường ảnh hưởng trực tiếp đến tính động như: +Trong trình cháy tạo nên hợp chất chì rắn động +Kích thích nhiễm bẩn bugi, làm tăng mài mòn xylanh van +Làm hoạt tính xúc tác trường hợp xử lý khí thải, nhiều nhược điểm nên hầu ban luật cấm hay sử dụng nước chì làm chất mang trị số octan cho xăng Giới hạn TEL cực đại xăng (g/l) năm 1998 số nước: Bảng 2: Giới hạn TEL cực đại xăng Nước Lượng TEL xăng (g/l) Mỹ 0,26 Canada 0,291 ý, Pháp, Bồ Đào Nha,TâyBan Nha 0,399 Các nước khác 0,151 Australia 0,3040,840 áo, Thuỵ Điển, Phần Lan 0,151 Triều Tiên 0,301 Venezuela 0,840 Nhật Bản 0,000 Xu hướng sử dụng hợp chất chứa oxi làm tăng octan Trong hợp chất oxi có ứng dụng thực tiễn ete: Metyl tert-Butyl ete (MTBE), Tert amyl-metyl ete (TAME), etyl tert butyl ete (ETBE) Khi thêm hợp chất chứa oxi vào xăng, ngồi việc làm tăng octan, làm giảm lượng khí thải CO Hàm lượng Pb aromatic ảnh hưởng tới tỷ số octan (ON) hỗn hợp nhiên liệu chứa MTBE nhiệt độ sơi MTBE thấp nên ảnh hưởng tới ON phân đoạn có nhiệt độ sơi Ts