Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat

Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG LỜI MỞ ĐẦU Ngày lượng có vai trò quan trọng phát triển kinh tế-xã hội Trong nguồn lượng người khai thác sử dụng dầu mỏ nguồn lượng quan trọng nhiều quốc gia giới, nhiên vào năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21, nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng nhanh Công nghệ chế biến dầu mỏ đời năm 1859 giới khai thác chế biến lượng dầu khổng lồ với tốc độ nhanh chóng ( tăng gấp đôi khoảng 10 năm năm 1980) Ngành cơng nghiệp dầu mỏ tăng trưởng nhanh chóng nên trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn kỷ 20 Trong số sản phẩm dầu mỏ phải nói tới nhiên liệu xăng, nhiên liệu quan trọng đời sống Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ yêu cầu cao chất lượng khí thải để bảo vệ mơi trường mà nhu cầu xăng có chất lượng cao ngày tăng nhanh Xu hướng chung quốc gia giới thay xăng khơng pha chì cho xăng pha chì nhằm hạn chế gây nhiễm mơi trường Cơng nghiệp chế biến dầu dùng hai q trình chủ đạo để nhận xăng có trị số octan cao trình reforming xúc tác trình cracking xúc tác, nhu cầu xăng chất lượng cao ngày tăng phần C5 C6 cuả công nghiệp hóa dầu ngày có số lượng lớn mà lại đạt trị số octan cao áp dụng trình Trước phân đoạn dùng để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất xăng thành phần cất, trị số octan phần khơng đủ cao đa số cấu tử chủ yếu parafin mạch thẳng, cần thiết phải có dây chuyền chế biến sử dụng iso-parafin C5 – C6, cấu tử có trị số octan đủ cao Để nhận iso-parafin C5 – C6 người ta dùng q trình isome hóa Ưu điểm trình này: Biến đổi hydrocacbon mạch thẳng thành cấu tử có cấu trúc nhánh cấu tử có trị số octan cao Nhờ nâng cao đáng kể hiệu suất chất lượng xăng Xăng trình isome hố gọi isomerat Ưu điểm bật nó: chênh lệch số octan nghiên cứu (RON) số động (MON), hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất thơm, olefin tồn trạng thái vết Nó làm tăng RON xăng tổng thêm 0,7 ÷ 1,5 đơn vị (isomerat RON = 79 ÷ 83) Trong nhà máy SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG lọc dầu, sử dụng công nghệ tuần hồn (RON = 87 ÷ 92) giá trị đạt cao nhiều Q trình isome hóa n-parafin dùng để nâng cao trị số octan phân đoạn C5 C6 xăng sôi đến 700C, đồng thời cho phép nhận iso-parafin riêng biệt iso-pentan iso-butan từ nguyên liệu n-pentan butan tương ứng, nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho trình tổng hợp isopren isobutan nguồn nguyên liệu tốt cho q trình alkyl hóa để nhận isobuten cho q trình tổng hợp MTBE Chính tầm quan trọng mà cơng nghiệp chế biến dầu, q trình isome hóa nhiều cơng ty lớn giới trọng nghiên cứu phát triển BP, Shell, UOP… Do với đề tài “ Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat” phần giúp em hiểu vai trò q trình isome hóa lọc dầu phát triển SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MƠN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH ISOME HĨA 1.1 NGUN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH ISOME HĨA 1.1.1 Ngun liệu q trình isome hố Ngun liêu dùng cho q trình isome hóa phân đoạn condensat Condensat gọi khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, dạng trung gian dầu khí có màu vàng rơm Trong q trình khai thác dầu khí, condensate bị lơi theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, ngưng tụ thu hồi sau qua bước xử lý, tách khí phương pháp làm lạnh ngưng tụ, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp phụ hay hấp thụ dầu Condensate mỏ Việt Nam chủ yếu từ C C5+ Lượng condensate tập trung chủ yếu bể Nam Côn Sơn bể Cửu Long Thành phần condensate hydrocacbon no có phân tử lượng tỷ trọng lớn butan như: pentan, hexan, heptan , chứa hydrocacbon mạch vòng, nhân thơm, số tạp chất khác Chất lượng phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ chế độ vận hành q trình tách khí Thành phần condensate Việt Nam nhà máy chế biến khí Dinh Cố trình bày bảng 1.1 [3] Bảng 1.1: Thành phần condensate Việt Nam (Dinh Cố) Cấu tử % mol Cấu tử % mol Cấu tử % mol propane 0.00 n-hexane 20.95 cyclopentan e 1.94 isobutane 0.04 heptane 10.50 MeC5 2.02 n-butane 0.96 octane 7.27 cyclohexane 1.61 isopentane 19.99 nonane 3.23 MeC6 2.02 n-pentane 26.65 decane 1.21 benzen 1.61 Một số đặc tính kỹ thuật condensate Việt Nam : + Áp suất bảo hoà (psi): 12 + Tỷ trọng: 0.7352 + Độ nhớt 20oC (cSt): 0.796 + oAPI: 12 + Trọng lượng phân tử: 107 + Chỉ số octan: 65 Một số thành phần nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác trình bày bảng 1.2 Bảng 1.2 Thành phần nguyên liệu tiêu biểu [1] SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 Nguồn nguyên liệu C5: n-pentan 2-metylbutan 2,2-dimetylpropan Xyclopentan C6: n-hexan 2-metylpentan 3-metylpentan 2,2-dimetyl butan 2,3-dimetyl butan Metylxyclopentan Xyclohexan Benzen RON C5 RON C6 Từ số liệu GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Kuwai Mid t continent 58,5 3,0 41,5 36,2 0,1 0,8 43,2 41,6 22,4 26,3 16,9 14,3 2,0 0,5 4,2 0,5 5,1 14,0 4,2 2,2 2,0 0,6 74,4 72,9 55,9 57,7 ta thấy rằng, hàm lượng Xăng cất 42,2 56,2 1,2 27,7 32,5 12,5 0,75 0,75 17,0 4,5 79,2 76,4 n-parafin Arabi Wyomin a g 64,3 59,8 33,3 36,4 2,4 3,8 46,6 37,8 40,5 38,2 3,9 3,8 7,3 18,8 2,0 1,4 72,1 73 55,1 61,1 thường không vượt 65% ngun liệu Do đó, cho tồn ngun liệu qua biến đổi isome hố khơng hợp lý mà cần phải tách isome khỏi n-parafin cho biến đổi n-parafin Để hạn chế phản ứng phụ kìm hãm trình nên tiến hành phản ứng mức độ biến đổi vừa phải, sau tách cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi Khi tiến hành thao tác vậy, cho phép tăng cao trị số octan phân đoạn lên tối thiểu 20 đơn vị 1.1.2 Sản phẩm q trình isome hóa Đặc trưng sản phẩm q trình isome hố iso-parafin, cấu tử cao octan, thích hợp cho việc sản xuất xăng chất lượng tốt Sản phẩm thu từ trình isome hố có trị số octan đạt tới 88 - 99 (theo RON) Với hãng khác sản phẩm thu có chứa %V cấu tử khác nhìn chung khơng có chênh lệch nhiều trị số octan, cụ thể sản phẩm q trình isome hố hãng Esso Research Engineering Co tiến hành pha lỏng có kết bảng sau: Bảng 1.3 Thành phần sản phẩm từ nguyên liệu khác [1] SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 Cấu tử %V n-pentan Isopentan n-hexan 2,2-dimetylbutan 2,3-dimetylbutan 2-metylpentan 3-metylpentan Xyclopentan Xyclohexan Metylcyclopentan Benzen Trị số octan RON + 3ml GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Nguyên liệu Lousianna Nguyên Sản Arbian Nguyên Sản liệu phẩm liệu phẩm 16,3 11,6 19,0 1,9 2,1 15,3 9,4 2,3 6,4 10,8 4,8 4,8 23,1 4,4 20,7 5,0 11,4 6,2 1,8 15,5 2,2 4,8 98 29,1 11,3 30,4 0,0 0,7 11,3 6,6 0,7 1,5 5,4 1,0 7,1 33,3 4,1 25,2 4,6 12,0 5,1 0,1 6,6 0,9 1,0 98,5 TEP/Gal Hiêu suất, % V >99 99 Từ số liệu bảng thấy trình biến đổi isome hoá từ nguyên liệu n-C5, n-C6 sản phẩm thu isopentan 2,2-dimetylbutan Sản phẩm thu từ q trình isome hố có chất lượng cao, ưu điểm nên có nhiều hãng tham gia nghiên cứu thiết kế dây chuyền isome hoá để xử lý phân đoạn C5, C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn cao octan cho xăng, để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng chất lượng tốt 1.2 ĐẶC TRƯNG VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC [1] Các phản ứng isome hóa n-pentan n-hexan phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ Bảng cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành isome hoá từ cấu tử riêng biệt Bảng 1.4 Nhiệt tạo thành số cấu tử [1] Cấu tử C5: 2-metylbutan(isopentan) 2,2-dimetylpropan(neopentan) C6: 2-metyl pentan(isohexan) 3-metylpentan SINH VIÊN: H298 Kcal/ml - 1,92 - 4.67 - 1,70 - 1,06 Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG 2,2-dimetyl butan(neohexan) - 4,39 2,3-dimetylbutan - 2,53 Do phản ứng isome hoá tỏa nhiệt nên mặt nhiệt động học phản ứng không thuận lợi tăng nhiệt độ Mặt khác, phản ứng isome hoá n-parafin phản ứng thuận nghịch khơng có tăng thể tích, cân phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ thấp tạo điều kiện thuận lợi tạo thành isome cho phép nhận hỗn hợp điều kiện cân có trị số octan cao Đồ thị sau cho thấy phụ thuộc nồng độ cân isome vào nhiệt độ phản ứng isome hố n-pentan n-hexan xây dựng từ tính tốn thực nghiệm Hình 1.1: Đồ thị phụ thuộc nồng độ cân isome vào nhiệt độ phản ứng Từ đồ thị cho thấy tăng nhiệt độ nồng độ isome giảm nồng nparafin lại tăng, làm giảm hiệu xuất q trình isome hố Dựa vào đồ thị thấy nhiệt độ to< 200oC thiết lập hỗn hợp cân có trị số octan cao 1.3 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG ISOME HĨA Q trình thực pha lỏng với xúc tác Friedel – Crafts (AlCl 3) nhiệt độ 80÷100oC phổ biến SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Quá trình thực pha trình phổ biến với xúc tác oxit, axit rắn xúc tác lưỡng chức nhiệt độ cao 1.3.1 Xúc tác pha [2] Q trình isome hóa bao gồm isome hóa n-parafin thành iso-parafin nparafin thành iso-olefin CH - CH - CH - CH A (H+) - H2 M - H2 Trung tâm axit + CH3 - C H- CH - CH A (H+) CH3 - CH = CH- CH3 A (H+) - H2 CH3 - CH = CH- CH CH2 H+ CH3 – CH CH2 CH3 – C+ – CH3 M, + H2 CH3 – CH – CH3 Obj105 - H+ CH3 CH3 A (H+) - H2 CH3 – C = CH2 CH3 Theo chế trên, xyclopropan mở vòng tạo thành C+ bậc 1, nhiên tốc độ tạo thành nhỏ sau chuyển sang C+ bậc với tốc độ lớn: CH2 H+2 CH CH3 – CH CH2 SINH VIÊN: Trang CH3 –– CH CH – C+H CH CH33 – C+ – CH33 CH M, +HCH CH-333H+ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Ngồi phản ứng xảy phản ứng tạo dime (cơ chế lưỡng phân tử): C – C – C+ – C + C – C – C – C C–C–C–C–C–C–C C Đứt mạch β C–C–C C 2C4 Trong hai chế trên, chế lưỡng phân tử dễ xảy Tuy nhiên sản phẩm trung gian chế (dime) có kích thước lớn hơn, nên chất xúc tác có lỗ kích thước nhỏ kích thước dime phản ứng không xảy Do vậy, muốn tăng độ chọn lọc, phải chọn xúc tác phù hợp Xúc tác thường dùng công nghiệp zeolit feriorit (d=5Å, độ axit tương đương với ZMS-5) Isobutan cấu tử quan trọng từ isobutan, q trình dehydro hóa thu isobuten, nguyên liệu để sản xuất MTBE Sơ đồ phản ứng sau: SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 n – butan GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG iso – butan iso – buten MTBE Phản ứng xảy xúc tác axit rắn, điển hình zeolit Isome hóa n- hexan thành isohexan: Cơ chế phản ứng xảy qua hai giai đoạn sau:  Giai đoạn 1: Tạo olefin, xúc tiến cho trình tâm kim loại xúc tác Pt C–C–C–C–C–C M C–C=C–C–C–C -H2  Giai đoạn 2:Đồng phân hóa, xảy tâm axit Lewis: C–C=C–C–C–C C–C C–C–C A C – C+ – C – C – C – C + H2 A C A C–C–C–C–C C+ C C – C+ – C – C – C A M, H2 -H+ C–C–C–C–C C Tóm lại, xúc tác cho isome hóa tương tự xúc tác cho reforming, xúc tác hai chức năng,vì isome hóa thường xảy qua hai giai đoạn:  Giai đoạn 1: Tách hydro (lúc vai trò xúc tác tâm kim loại M)  Giai đoạn 2: Đồng phân hóa (vai trò xúc tác tâm axit A) 1.3.2 Xúc tác pha lỏng Quá trình xảy với xúc tác lỏng tương đối phức tạp Chất xúc tác tiêu biểu cho q trình clorua nhơm khan hoạt hóa axit clohydric Sau người ta dùng chất xúc tác khác AlCl + SbCl3 hay AlBr3 axit sunfonic hay axit clohydric.[1] Xét chế phản ứng n- butan xảy pha lỏng sau: H H + CH3CH2CH2CH3 SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG CH 3CH2CHCH3 H2C H + CH 3CH2CH+CH3 (3) H2C — CH— CH3 + H H + CH CH H 2C H 2C CH— CH3 CH— CH3 + CH + H H2C — CH— CH3 CH3 H3C — C+— CH3 H2C+— CH— CH3 CH3 H3C— C — CH3 H Xúc tác cho trình isome hóa xảy theo hai giai đoạn sau: + Giai đoạn đầu: giai đoạn tách hydro, vai trò xúc tác tâm kim loại Pt + Giai đoạn sau: Giai đoạn đồng phân hóa, vai trò xúc tác tâm axit SINH VIÊN: Trang 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Iso-pentan 2,2-Dimetylbutan 2,3-Dimetylbutan Metylpentan Metylcyclopentan J/mol.độ 119,41 142,63 141,25 143,00 110,71 J/mol.độ 226,23 272,27 268,98 267,20 240,83 Bảng 2.10 Nhiệt dung riêng hỗn hợp nguyên liệu đầu vào hydro tuần hoàn 25oC 370oC Cấu tử P Isopentan n- pentan 2,2-dimetylbutan 2,3-dimetylbutan Metylpentan n- hexan N Metylxyclopentan Xyclohexan A Benzen H2 ∑ Ci.nci 25oC Ci.nci 370oC kJ/h.độ kJ/h.độ 197,338 272,462 3,357 18,69 180,462 171,843 23564,13 33700,8 478,81 2639,96 25806,07 25376,05 44643,77 62818,84 914,01 5027,24 48219,45 45491,98 35,394 10,525 3918,47 1113,02 8523,94 2539,26 17,33 3629,2 4536,5 1421,04 105337,53 223355,88 3033,27 106335,56 327547,32 nci,(kmol/h) a Tính Q1: Lượng nhiệt mang vào ngun liệu khí tuần hồn 25oC: Q1 = Qnl + QH Trong đó: Qnl = ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1 QH = nH.CH.t1  Q1 = 223355,88 25 = 5583897 kJ/h b Tính Q2: Lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ nguyên liệu từ 25o đến 370oC: Q2 = Qt2 - Qt1 SINH VIÊN: Trang 55 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Từ bảng 3.10, ta có: Q2 = 327547,32.370 – 223355,88.25 = 115608611,4 kJ/h c Tính Q4: Bảng 2.11 Giá trị hiệu ứng nhiệt phản ứng Phản ứng ∆Q, kcal/mol 2 27 50 20 11 Lượng nhiệt sinh trình phản ứng Ở thiết bị phản ứng xảy phản ứng (3) phản ứng (4) Vậy: Q4 = ∆n3 ∆Q3 + ∆n4 ∆Q4 Ta có: ∆Q3 = 27 4,126 = 113,402 kJ/mol ∆Q4 = 50 4,126 = 206,3 kJ/mol ∆n3= 0,0181 kmol/h ∆n4= 17,33 kmol/h  Q4 = 0,0181 113,402.103 + 17,33 206,3.103 Q4 = 3577231,576 kJ/h d Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mát khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Q5 = 0,05Q3 Vậy tổng lượng nhiệt đầu = Q3 + 0,05 Q3 = 1,05Q3  1,05Q3 = Q1 + Q2 + Q4 (vì phản ứng tỏa nhiệt) Mà ta có phản ứng toả nhiệt đó: 1,05Q3 = 5583897+ 115608611,4 + 3577231,576 = 124769740 kJ/h  Q3 = 118828323,8 kJ/h SINH VIÊN: Trang 56 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG  Q5 = 5941415,19 kJ/h Bảng 2.12 Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Dòng Q1 Q2 Q4 ∑ Lượng Nhiệt lượng Kmol/h Đầu vào KJ/h 5583897 115608611,4 3577231,576 124769739,976 4536,5 Đầu Q3 Q5 ∑ 4468,1 2.2.2 Tính tốn cho lò phản ứng thứ hai 118828323,8 5941415,19 124769738,99 Ở lò thực nhiệt độ cao lò xảy phản ứng isome hoá phản ứng cracking Nhiệt độ phản ứng lò 370 oC Độ tụt áp suất lò thường là: 0,15 ÷ 0,35 at 2.2.2.1 Tính cân vật chất lò phản ứng thứ hai Bảng 2.13 Thành phần nguyên liệu vào lò phản ứng thứ Cấu ni (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h) 46,726 0,0105 84 3924,98 P5 469,818 0,1051 72 33826,9 P6 374,37 0,0838 86 32195,82 H2 3577,192 0,8006 7154,38 4468,1 1,0000 tử N 77102,08 Ta chọn độ tụt áp lò thứ là: 0,3 at Khi áp chung hỗn hợp khí ngun liệu vào lò thứ là: P2= 20 - 0,3 = 19,7 at = 19,7.105 Pa Bảng 2.14 Thành phần áp suất nguyên liệu khí tuần hồn vào lò SINH VIÊN: Trang 57 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 Cấu ni tử N GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Pi=19,7.105.yi(Pa Gi=Mi.ni (kmol/h) 46,726 yi Mi 0,010 84 ) 0,2069.105 (kg/h) 3924,984 P 844,188 0,188 78,2 3,7213.105 66023,943 H2 3577,192 0,800 15,7718.105 7154,384 4468,1 1,000 19,7.105 77103,311  Hằng số tốc độ phản ứng hydrocracking naphten Từ Tv = 480oC=> Tv = 753,15 K =>1000/Tv = 1,33 Theo đồ thị Hình 2.3 ta có : Đồ thị xác định số tốc độ phản ứng (5), (6) k5 = 0,012 kmol/h.kgxtác Sự giảm hàm lượng naphten tương đối phản ứng (5) là: = k5 = 0,012 = 0,000126 Mặt khác = = = 5,482 kg/kmol.h  - NN =.VR2 = 0,000126 5,482 = 0,000691 kmol/h SINH VIÊN: Trang 58 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Vậy hàm lượng naphten tham gia phản ứng cracking là: nN (5) = 0,000691 907,3 = 0,627 kmol/h Do hàm lượng naphten lại sau phản ứng (5) là: nN = nN tổng - nN(5) = 46,726 - 0,627 = 46,099 kmol/h Lượng H2 tham gia phản ứng (5) : H2(5) = nN(5) = 0,627 = 1,137 kmol/h  Hằng số tốc độ phản ứng hydrocracking parafin Theo đồ thị Hình 2.3 ta có: k6 = 0,012 kmol/h.kg Sự giảm tương đối parafin phản ứng (6) là: = k6 = 0,012 = 2,2668.10-3  -∆NP(6) = = 2,2668.10-3 5,482 = 0,0124 kmol/h  Lượng parafin bị cracking là: nP(6) = NP(6).nc = 0,0124 907,3 = 11,251 kmol/h  Lượng H2 tham gia phản ứng (6) : H2(6) = nP(6) = 11,251 = 9,151 kmol/h Bảng 2.15 Thành phần cấu tử nguyên liệu vào lò Cấu tử N n-C5 i- C5 i-C6 n-C6 ni (kmol/h) 46,726 272,462 197,356 202,527 171,843 890,914 yi = ni/ni 0,0524 0,3058 0,2215 0,2273 0,193 1,0000 Mi 84 72 72 86 86 Tính lượng n-C5 chuyển hóa phản ứng (1) Theo đồ thị Hình 2.4 SINH VIÊN: Trang 59 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Sự phụ thuộc nồng độ mol vào nhiệt độ phản ứng (1) Ta có nồng độ % mol trạng thái cân nhiệt độ 643,15K % n-C5= 37% % i-C5 = 63% Trong phân đoạn C5 nồng độ phần mol i-C5 chiếm 42%, n-C5 58% Vậy trạng thái cân n-C5 phân đoạn C5 chuyển hoá là: 58 - 37 = 21 % Do đó, phần mol n-C5 chuyển hóa là: 51,78 = 10,87 % Lượng n-C5 chuyển hoá sau phản ứng (1) là: ∆= = 96,84 kmol/h  Lượng i-C5 tạo thành là:= ∆= 96,84 kmol/h Lượng n-C5 lại tách cho tuần hồn là: = - ∆ = (0,3058 – 0,1087) 890,914= 175,6 kmol/h  Tính lượng n-C6 chuyển hố phản ứng (2) Theo đồ thị 2.5 Sự phụ thuộc nồng độ mol vào nhiệt độ phản ứng (2) SINH VIÊN: Trang 60 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Nồng độ phần mol n-C6 trạng thái cân nhiệt độ 643,15K là: % n-C6 = 17 % % i-C6 = 83 % Nồng độ n-C6, i-C6 phân đoạn C6 theo Bảng 2.1 là: n-C6 = 44,62% i-C6 = 55,38% Như vậy, % n-C6 chuyển hoá trạng thái cân C6-parafin: ∆= 44,62– 17 = 27,62 % Phần mol n-C6 chuyển hoá so với hỗn hợp nguyên liệu: 0,4126 = 0,114 Vậy lượng n-C6 chuyển hoá sau lần phản ứng: ∆ = 0,114 nC= 0,114 890,914 = 101,564 kmol/h Lượng i-C6 tạo thành là: = ∆= 101,564 kmol/h Lượng n-C6 tách tuần hoàn: = - ∆ = (0,193 – 0,114) 890,914 = 70,38 kmol/h  Tính lượng H2 tuần hồn =∑- Thay số ta có: H2(th) = 3577,192 – 1,137 – 9,151 = 3566,904 kmol/h  Lượng C1÷C5 sinh trình phản ứng: Theo phương trình phản ứng (5) (6) ta tính tương đối lượng C1÷C5 sinh ra: P* = = + = 0,627+ 11,251 = 4,331 kmol Bảng 2.16 Cân vật chất lò Cấu nC-i tử (kmol/h) N P H2 SINH VIÊN: 46,726 844,188 3577,192 yi Mi Đầu vào 0,0105 84 78,2 0,1889 0,8006 Gi=Mi.ni (kg/h) 3924,98 66022,72 7154,38 Trang 61 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG 4468,1 A N n-C5 n-C6 i-C5 i-C6 P* H2 0,0000 46,099 175,6 70,38 294,196 304,091 4,331 3566,904 ∑ 4461,6 1,0000 Đầu 0,0103 0,0394 0,0158 0,066 0,068 0,001 0,7995 1,0000 78479,99 84 72 86 72 86 44 0,00 3872,316 12643,2 6052,68 21182,112 26151,826 190,564 7133,808 77226,506 Bảng 2.17 Lượng sản phẩm Cấu tử i-C5 i-C6 N P* ∑ nC-i ,kmol/h 294,196 304,091 46,099 4,331 648,717 Bảng 2.18 Lượng tuần hoàn Cấu tử nC-i ,kmol/h H2 3566,904 n-C5 175,6 n-C6 70,38 ∑ 3812,884 2.2.2.2 Tính cân nhiệt lượng lò phản ứng thứ hai Ta có phương trình cân nhiệt: Q1+ Q2 = Q3 + Q4 + Q5 Q1 : Nhiệt lượng mang vào sản phẩm khí tuần hồn sau lò Q2 : Nhiệt lượng thiết bị trao đổi nhiệt thu để giảm nhiệt độ sản phẩm khí tuần hồn sau lò phản ứng từ 390oC đến 370oC Q3 : Nhiệt lượng mang khỏi lò phản ứng sản phẩm phản ứng khí tuần hồn SINH VIÊN: Trang 62 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Q4 : Nhiệt phản ứng Q5 : Nhiệt lượng mát mơi trường xung quanh Lượng nhiệt tính theo cơng thức: Qi = nC-i.Ci.ti, kJ/h Trong : nC-I : Lưu lượng cấu tử i,kmol/h Ci : Nhiệt dung riêng cấu tử i,J/mol.độ ti : Nhiệt độ cấu tử i, oC Cc= ∑nci Ci, kJ/h.độ Trong ni: thành phần phần khối cấu tử thứ i Nhiệt dung riêng chất tính theo: Cp = a0+a1.T+a2.T2+ a-2.T-2 Trong giá trị a0; a1; a2; a-2: số thực nghiệm T : Nhiệt độ tuyệt đối, K Bảng 2.19 Nhiệt dung riêng hỗn hợp nguyên liệu hydro tuần hoàn vào lò 370oC Cấu tử P Isopentan n- pentan 2,2-dimetylbutan 2,3-dimetylbutan Metylpentan n-hexan N Metylxyclopentan Xyclohexan A Benzen H2 Ci 370oC Ci.nci 370oC J/mol.độ kJ/h.độ 187,792 254,994 3,133 17,444 198,987 190,384 199,17 198,31 239,43 236,39 238,38 235,73 37402,53 50567,86 750,14 4123,58 47434,52 44879,22 32,94 9,823 207,77 212,28 6843,94 2085,22 3577,192 4468,1 29,30 104811,7256 298898,836 nci,(kmol/h) a Tính Q1: Lượng nhiệt cần cung cấp lò đốt để nâng nhiệt độ sản phẩm lò lên 370oC để làm nguyên liệu cho lò 2: SINH VIÊN: Trang 63 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Q1 = ∑ni.Ci.t1 = 298898,836 370 = 110592569,3 kJ/h Bảng 2.20 Giá trị hiệu ứng nhiệt phản ứng Phản ứng Q, kcal/mol 2 27 50 20 11 b Tính Q2: Lượng nhiệt sinh q trình phản ứng Ở thiết bị phản ứng xảy phản ứng (1), (2), (5) phản ứng (6) Vậy: Q2 = ∆n1.∆Q1+ ∆n2.∆Q2 + ∆n5.∆Q5 + ∆n6.∆Q6 , kj/h Ta có giá trị ∆ni,∆Qi cho sau: Bảng 2.21 Các giá trị ∆ni, ∆Qi STT ∑ ∆ni ∆Qi ∆ni.∆Qi kmol/h 96,84 101,564 0,627 11,251 kcal/mol 2 20 11 kcal/h 193680 203128 12540 123761 533109 Vậy Q2 = 533109 4,126 = 2199607,734 kJ/h c Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mát khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Q4 = 0,05.Q3 Vậy tổng lượng nhiệt đầu = Q3 + 0,05.Q3 = 1,05.Q3  1,05.Q3 = Q1 - Q2 ( Q2 < phản ứng toả nhiệt) Mà ta có phản ứng toả nhiệt đó: 1,05.Q3 = 110592569,3 + 2199607,734 = 112792177 kj/h  Q3 = 107421121 kj/h SINH VIÊN: Trang 64 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG  Q4 = 5371055,05 kj/h Bảng 2.22 Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Lượng Dòng Nhiệt lượng kmol/h Đầu vào kJ/h Q1 Q2 110592569,3 2199607,734 112792177 4468,1 Đầu Q3 Q5 107421121 5371055,05 112792176,05 4461,6 2.3 TỔNG HỢP PHẦN TÍNH TỐN 2.3.1 Cân vật chất Bảng 2.23 Cân vật chất cho lò phản ứng Cấu tử ni, kmol/h A N P H2 ∑ 17,33 45,82 844,15 3629,2 4536,5 A N P5 P6 H2 ∑ 0,00 46,726 469,818 374,37 3577,192 4468,1 yi Mi Đầu vào 0,0038 78 0,0101 84 0,1861 78,21 0,8000 1,0000 Đầu 0,0105 84 0,1051 72 0,0838 86 0,8006 1,0000 Gi = Mi.ni, kg/h 1351,74 3848,88 66020,97 7258,4 78479,99 0,00 3924,98 33826,9 32195,82 7154,38 77102,08 Bảng 2.24 Cân vật chất lò Cấu nC-i tử (kmol/h) N SINH VIÊN: 46,726 yi Mi Đầu vào 0,0105 84 Gi=Mi.ni (kg/h) 3924,98 Trang 65 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 P GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG 844,188 H2 3577,192 4468,1 A N n-C5 n-C6 i-C5 i-C6 P* H2 0,0000 46,099 175,6 70,38 294,196 304,091 4,331 3566,904 ∑ 4461,6 0,1889 0,8006 1,0000 Đầu 0,0103 0,0394 0,0158 0,066 0,068 0,001 0,7995 1,0000 78,2 84 72 86 72 86 44 66022,72 7154,38 78479,99 0,00 3872,316 12643,2 6052,68 21182,112 26151,826 190,564 7133,808 77226,506 2.3.2 Cân nhiệt lượng Bảng 2.25 Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Dòng Q1 Q2 Q4 ∑ Q3 Q5 ∑ Lượng Nhiệt lượng Kmol/h Đầu vào KJ/h 4536,5 Đầu 4468,1 5583897 115608611,4 3577231,576 124769739,976 118828323,8 5941415,19 124769738,99 Bảng 2.26 Cân nhiệt lượng thiết bị phản ứng Dòng Lượng kmol/h Đầu vào Q1 Q2 4468,1 Đầu Q3 SINH VIÊN: Nhiệt lượng kJ/h 110592569,3 2199607,734 112792177 107421121 Trang 66 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Q5 4461,6 5371055,05 112792176,05 KẾT LUẬN SINH VIÊN: Trang 67 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Sau thời gian tìm hiểu để hồn thành đồ án này, em nhận thấy rằng, để sản xuất xăng chất lượng cao, isome hóa phương án đầy triển vọng ngành cơng nghiệp dầu khí Việt Nam Cùng với bước đầu ngành công nghệ chế biến dầu nước ta q trình nghiên cứu cơng trình chế biến cơng nghiệp, tích lũy kiến thức, hy vọng xây dựng nên ngành công nghiệp mũi nhọn cho đất nước Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án, em xin gửi lời cảm ơn tới PGS TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat Qua đồ án em nắm lý thuyết q trình, ngun tắc quan trọng thiết kế Trong đồ án tránh khỏi sai sót hạn chế nên em mong nhận ý kiến đóng góp, bảo quý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu mỏ NXB Khoa học kỹ thuật 2009 SINH VIÊN: Trang 68 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026 GVHD: PGS.TS NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG PGS.TS.Đinh Thị Ngọ - Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ khí NXB Khoa học kỹ thuật 2012 Phạm Thanh Huyền Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp hữu - hóa dầu NXB Khoa học kỹ thuật 2006 Robert.A.Meyers - Hanbook of petroleum refining processes, second edition 1986 IFP - Hydrocacbon processing, November 1998 Hydrocacborn Processing November 2000 trang 131-134 Bạch Hổ condensate propreties, Tổng Cục Dầu Khí Việt Nam, 2001 SINH VIÊN: Trang 69 ... nghiên cứu phát triển BP, Shell, UOP… Do với đề tài “ Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat phần giúp em hiểu vai trò q trình isome hóa lọc dầu phát triển SINH VIÊN: Trang ĐỒ ÁN MÔN... tích phù hợp để đảm bảo suất yêu cầu thiết yếu q trình 1.6 GIỚI THIỆU CÁC CƠNG NGHỆ ISOME HĨA Isome hóa thường dùng ngun liệu phân đoạn C 4, phân đoạn C5 phân đoạn C6 hay hỗn hợp C5 – C6 Đặc trưng... CH3 H Xúc tác cho trình isome hóa xảy theo hai giai đoạn sau: + Giai đoạn đầu: giai đoạn tách hydro, vai trò xúc tác tâm kim loại Pt + Giai đoạn sau: Giai đoạn đồng phân hóa, vai trò xúc tác tâm