Đang tải... (xem toàn văn)
Ngành công nghiệp hóa chất là một trong những ngành mũi nhọn của đất nước ta hiện nay. Các sản phẩm của ngành công nghệ hóa chất luôn tồn tại xung quanh chúng ta. Chúng là kết quả của một loạt các quy trình biến đổi hóa lý để đạt được tính chất như mong muốn. Chính vì vậy nguồn nguyên liệu của ngành không chỉ xuất phát từ tự nhiên, mà còn phải kể đến các chất trung gian trong quá trình tổng hợp. Từ những chất trung gian này với những điều kiện công nghệ khác nhau sẽ cho ra nhiều sản phẩm khác nhau. Một trong số các nguồn nguyên liệu trung gian này là benzene. Benzene có thể thu thập được từ một số quá trình quan trọng trong lọc hóa dầu như là reforming xúc tác , cracking xúc tác , steam cracking . Mặc dù trong các quá trình này benzene chỉ là một trong vô vàn các sản phẩm được tạo ra , nhưng trong quá trình reforming xúc tác , với nguồn nhập liệu naphtha đã cung cấp một lượng benzene và sản phẩm BTX chủ yếu. Và trong xã hội hiện tại khi giá thành toluene xuống thấp và nguồn cung dồi dào cùng với nhu cầu benzene tăng cao, thúc đẩy giá trị lợi nhuận của benzene nên càng thôi thúc việc sản xuất một lượng benzene để cung cấp cho thị thường . Quá trình Toluene – Hydrodealkylation – HDA là một quá trình phục vụ cho điều đó . Trong bài báo cáo này , với kiến thức đã được học trong môn Thiết kế hệ thống quy trình công nghệ hóa học cùng với việc tham khảo tài liệu và vận dụng phần mềm mô phỏng và tối ưu Hysys V8.8 em sẽ mô tả quy trình HDA .
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC - - ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ HỐ HỌC ĐỀ TÀI Sản xuất Benzene từ Toluene theo quy trình HAD GVHD : Trần Hải Ưng SV : Nguyễn Thị Thiên Hương MSSV : 1511424 Năm: 2017-2018 Lớp : HC15DK Danh sách thành viên nhóm: Họ Tên Mã số sinh viên Nguyễn Thị Thu Thảo 1413621 Nguyễn Thị Thiên Hương 1511424 Phạm Nguyễn Anh Phương 1512063 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp hóa chất ngành mũi nhọn đất nước ta Các sản phẩm ngành cơng nghệ hóa chất ln tồn xung quanh chung ta Chung kết loạt quy trình biến đổi hóa lý để đạt tính chất mong muốn Chính nguồn ngun liệu ngành không xuất phát từ tự nhiên, mà phải kể đến chất trung gian trình tổng hợp Từ chất trung gian với điều kiện công nghệ khác cho nhiều sản phẩm khác Một số nguồn nguyên liệu trung gian benzene Benzene thu thập từ số trình quan trọng lọc hóa dầu reforming xuc tác , cracking xuc tác , steam cracking Mặc dù q trình benzene vơ vàn sản phẩm tạo , trình reforming xuc tác , với nguồn nhập liệu naphtha cung cấp lượng benzene sản phẩm BTX chủ yếu Và xã hội giá thành toluene xuống thấp nguồn cung dồi với nhu cầu benzene tăng cao, thuc đẩy giá trị lợi nhuận benzene nên thuc việc sản xuất lượng benzene để cung cấp cho thị thường Quá trình Toluene – Hydrodealkylation – HDA q trình phục vụ cho điều Trong báo cáo , với kiến thức học mơn Thiết kế hệ thống quy trình cơng nghệ hóa học với việc tham khảo tài liệu vận dụng phần mềm mô tối ưu Hysys V8.8 em mơ tả quy trình HDA I SƠ LƯỢC DÒNG NHẬP LIỆU VÀ SẢN PHẨM Nguyên liệu khí hydrogen - Là phi kim tồn nhiệt độ thường trạng thái khí, dễ cháy, khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khí nhẹ nhất, lượng liên kết 435 kJ/mol , nhiệt độ nóng chảy -259,1 độ C, nhiệt độ sơi -252,6 độ C - Ở nhiệt độ cao, hydro có khả phản ứng với nhiều chất Có tính khử mạnh - Ứng dụng: • Hidro chất khí lỏng nhẹ khơng khí nên thường sử dụng bơm khí cầu, bóng bay, cổng hơi,… • Nhiên liệu cho động tên lửa, nguyên liệu sản xuất amoniac, sản xuất phân bón, HCl, CH 3OH , sử dụng cơng nghiệp hóa dầu,… - Lưu trữ, tồn chứa: Do khối lượng lỏng, thể tích hydro giảm 700 lần so với thể khí nên ta hóa lỏng hydro -252 độ C nén bồn cao áp, khí dẫn đến nơi sử dụng qua hệ thống ống dẫn Ngun liệu Toluene Cơng thức hóa học : C6H5-CH3 Cơng thức cấu tạo : - Toluene C6H5-CH3 (hay gọi metylbenzen hay phenylmetan) hyđrocacbon thơm, Toluene lỏng suốt, khơng hòa tan nước có khả hòa tan benzene, etanol, aceton có mùi thơm đặc trưng giống benzene - Nhiệt độ sôi 110 độ C, nhiệt độ đông đặc -93 độ C - Dễ dàng tham gia phản ứng nhân thơm nhóm , tham gia phản ứng oxi hóa điều kiện thích hợp tạo thành acid benzoic benzaldehyde,… - Trong cơng nghiệp đời sống toluene đóng vai trò quan trọng: CH • Là thành phần cấu từ làm tăng trị số octan, nâng cao giá trị xăng • Bên cạnh toluene ngun liệu sản xuất thuốc nổ TNT, ứng dụng lĩnh vực quốc phòng, xây dựng, khai thác • Trong cơng nghiệp hóa chất, toluene đa phần sử dụng để sản xuất benzene, ngồi dụng làm dung môi, sản xuất sơn Tuy nhiên Toluen gây ung thư hít q nhiều toluen Sản phẩm Benzene - Nhiệt độ nóng chảy 5,5 độ C Nhiệt độ sơi 80,1 độ C - Phản ứng đặc trưng phản ứng electrophin nhờ vào cấu tạo đặc biệt, phản ứng cộng, oxi hóa cần điều kiện khắc nghiệt - Ứng dụng: • Benzene có vai trò quan trọng thực tế , nguyên liệu để sản xuất loại thuốc trừ sâu ,thuốc kháng sinh , chất kích thích tăng trưởng vơ số ứng dụng khác đời sống xã hội Là nguyên liệu tạo phẩm nhuộm , dược phẩm , việc sản xuất chất phụ gia tăng số octane cho xăng, • Trong thí nghiệm benzene dùng để làm dung mơi phổ biến • - Benzene hóa chất độc hại, gây ung thư cho người Vấn đề tồn trữ benzene vô cần thiết để đảm bảo an tồn cho cơng nhân nhà máy người dân sống khu vực xung quanh Phải ln trì nhiệt độ bồn chứa độ C để ngăn chặn benzene đóng bang Bồn chứa phải kín, thường xuyên kiểm tra để phát rò rỉ Sử dụng cột thu lơi để tránh sấm sét Mọi hoạt động tiếp xuc người phải có trang bị bảo hộ kèm theo - Các tàu xe vận chuyển benzene phải dọn trước tải để tránh gây nhiễm bẩn nguồn nhiên liệu, trình benzene vận hành đường ống thường tích điện, cần nối đất để tránh gây cháy nổ, đồng thời khống chế lưu lượng để đảm bảo an toàn Hệ thống chữa cháy hoạt động kèm phải thường xuyên kiểm tra để đảm bảo II QUY TRÌNH TOLUENE – HYDRODEALKYLATION - Là phản ứng cracking hydrocarbon thơm có mạch nhánh dòng hydro Giống hydrocracking, phản ứng tiêu thụ hydro thuận lợi điều kiện áp suất riêng phần hydro cao Dùng cho methylbenzene, etylbenzene,… - Quy trình xuất phát từ nhu cầu benzene cơng nghiệp tổng hợp hóa dầu lớn nhiều so với chất toluene - Nếu thực quy trình vận hành đung độ chuyển hóa cao, sản phẩm thu có hàm lượng benzene lớn với lượng lớn hydrocarbon nhẹ chủ yếu methane CH4 - HDA cho lượng benzene có độ tinh khiết cao với sản phẩm phụ có nhiều ứng dụng tốt (methane) kéo theo quy trình cần lượng hydro lớn ( tỉ lệ 1:3 đến 1:15 ) điều kiện nhiệt độ áp suất cao III PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG VÀ ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘNG Điều kiện phản ứng : Điều kiện phản ứng phụ thuộc nhiều , tùy vào loại xuc tác công nghệ vận hành công ty Trong ta thực với điều kiện Điều kiện Thông số Ghi chu – Số liệu thực tế làm đồ án Nhiệt độ ~1150oF ~625oC Áp suất 500 - 550 psia ~ 500 psia Tỉ lệ Hydro:Toluene ~ (tránh hình thành Có thể chọn khác , dao cốc ) động xung quanh Xuc tác Sử dụng chất mang Nhờ có xuc tác nên điều kiện phản ứng HDA MgO − Al2O3 với tâm xuc đỡ khắc nghiệt so với tác đơn phân tử quy trình Thermal HDA có kết hợp phân tử kim loại nhóm B Phương trình phản ứng, nhiệt động động học - Phản ứng chính: C7H8 + H2 → C6H6 + CH4 ∆H = -11,71 kcal/g.mole Phản ứng xảy 600oC – 650oC, áp suất 500 - 550 psia - Phản ứng phụ: 2C6H6 → C12H10 + H2 ∆H = -52.70 kcal/g.mole Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nhiệt độ dòng sau bình phản ứng đạt nhiệt độ cao, ta nên tận dụng lượng nhiệt để tiết kiệm chi phí cho dòng Utility khu vực cần cấp nhiệt Xem trình xảy hai phản ứng trên, hydrogen toluene phản ứng hình thành benzene methane theo phản ứng (1) khơng thuận nghịch có bậc tổng quát 1.5: Phản ứng phụ (2) thuận nghịch cho sản phẩm phụ Biphenyl có bậc ( r2 tốc độ phản ứng thuận, r3 tốc độ phản ứng nghịch): r1, r2 và r3 : lbmole/( min.ft3) T: K PT, PH2, PB, PBi: psia Trong : + Hằng số khí : R= 3.57458 [BTU/lbmole-K] E1 E2 E3 =2,5616×104×3,57458 = 91.566 [BTU/lbmole] =1,5362×104×3,57458 = 54.913 [BTU/lbmole] =1,2237×104×3,57458 = 43.742 [BTU/lbmole] IV QUY TRÌNH HDA Nhập liệu Sản phẩm Hydrogen Fresh (