Đồ án chuyên ngành MTBE từ isobutan và metanol

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Ưu, nhược điểm MTBE Bảng 2: Một số thơng số vật lí metanol Bảng 3: Một số thơng số vật lí isobutan Bảng 4: Một số thơng số vật lí MTBE Bảng 5: Isome hóa n-butan xúc tác Pt/SO4-/ZrO2 dòng hydro Bảng 6: Chỉ tiêu kinh tế công nghệ sản xuất isobutan isobuten Bảng 7: Thành phần cấu tử sản phẩm q trình dehydro hóa Bảng 8: Thành phần hỗn hợp khí ngun liệu q trình dehydo hóa Bảng 9: Thành phần hỗn hợp lỏng C3+ sản phẩm q trình dehydro hóa Bảng 10: Thành phần hỗn hợp khí thải q trình dehydro hóa Bảng 11: Cân vật chất trình dehydro hóa Bảng 12: Thành phần hỗn hợp khí Raffinat Bảng 13: Cân vật chất q trình ete hóa Bảng 14: Bảng thành phần cấu tử khí C3+ dư Bảng 15: Cân vật chất cho thiết bị ete hóa Bảng 16: Tính tốn nhiệt dung riêng cấu tử ngun liệu Bảng 17: Tính tốn nhiệt dung riêng cấu tử sản phẩm Bảng 18 : Cân nhiệt lượng cho thiết bị ete hóa 15 18 20 28 29 29 36 37 38 38 40 41 42 42 44 45 46 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Năng suất sản xuất MTBE (triệu tấn) năm 2016 Hình 2: Xúc tác nhựa trao đổi ion Hình 3: Cơng nghệ CD Tech sản xuất MTBE Hình 4: Cơng nghệ Ethermax sản xuất MTBE SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 11 23 25 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hình 5: Cơng nghệ Huls sản xuất MTBE Hình 6: Cơng nghệ Oleflex dehydro hóa isobutan sản xuất isobutylen 27 30 MỞ ĐẦU Hiện nay, với phát triển xã hội phương tiện tham gia giao thông gia tăng Tại Việt Nam, thống kê năm 2017 có khoảng triệu phương tiện giao thơng sử dụng động xăng TP Hồ Chí Minh Hà Nội số rơi vào khoảng triệu Việc hoạt động thường nhật tiêu tốn triệu lít SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng nhiên liệu ngày, đồng thời xả lượng khổng lổ khí thải độc hại Theo chun gia mơi trường, tình trạng nhiễm khơng khí TP Hồ Chí Minh Hà Nội phương tiện giao thơng gây nhiều nhiễm từ khu cơng nghiệp Vì đặt yêu cầu cần phải sản xuất loại xăng cao cấp đáp ứng tiêu thông số kĩ thuật động môi trường mà khơng tiêu tốn q nhiều nhiên liệu hóa thạch Phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ có iso-parafin aromatic, nhiều n-parafin nên có trị số octan thấp (chỉ đạt từ 30 – 60), yêu cầu trị số octan cho xăng động phải lớn 75 Vì vậy, phải sử dụng biện pháp khác để nâng cao chất lượng xăng Một số sử dụng phụ gia Trước người ta sử dụng phụ gia chì nâng trị số octan từ đến 12 đơn vị Tuy nhiên, tính độc hại mà nhiều quốc gia có Việt Nam ban hành luật cấm sử dụng loại phụ gia Người ta ưu tiên sử dụng phụ gia chứa oxy để thay phụ gia chì nhằm nâng cao trị số octan như: MTBE, TAME, etanol,… Phụ gia sử dụng phổ biến nhắc đến MTBE (Metyl Tert Butyl Ete) MTBE hợp chất có áp suất bão hòa gần với xăng, có tính chất tương thích xăng, có trị số octan cao, bền oxy hóa 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, việc vừa nâng cao phẩm chất xăng đồng thời làm giảm đáng kể lượng xăng hóa thạch cần sử dụng, phù hợp thời buổi dầu thô ngày cạn kiệt Như việc thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE pha xăng việc cần thiết có ý nghĩa quan trọng tình hình Trong khn khổ đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE với công suất 230.000 tấn/năm gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Lựa chọn công nghệ sản xuất Chương 3: Tính tốn cơng nghệ SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan MTBE 1.1.1 Giới thiệu chung Metyl tert butyl ete (MTBE) hợp chất hữu chứa oxy có công thức cấu tạo CH3OC(CH3)3 Đây cấu tử có trị số octan cao (RON = 115 ÷ 123, MON = 98 ÷ 105), có độ bền oxy hóa cao, có tính chất tương thích xăng, pha vào xăng nâng cao trị số octan, giảm áp suất bão hòa, giảm tạo CO cháy hết hydrocacbon MTBE sử dụng phụ gia pha xăng từ năm 1979 Nhưng đến năm 1980 khơng sử dụng rộng rãi số nơi Ban đầu, thêm vào xăng thay cho tetrametyl chì (TML) tetraetyl chì (TEL) để tăng trị số octan nhiên liệu Việc giúp giảm đáng kể lượng nước chì thải gây nhiễm mơi trường độc hại cho sức khỏe người Hiện nay, MTBE trộn với xăng nồng động dao động từ khoảng 2,0 ÷ 2,7% trọng lượng Oxy, tương đương 11 ÷ 15% MTBE theo thể tích [1] 1.1.2 Ứng dụng MTBE 1.1.2.1 Làm phụ gia cao octan xăng nhiên liệu Hiện nay, 90% lượng MTBE sản xuất sử dụng để pha vào xăng Ngồi mục đích nâng cao trị số octan xăng, MTBE làm giảm áp suất bão hòa dẫn đến làm giảm tính bay đồng thời cháy, tạo CO giảm lượng hydrocacbon chưa cháy hết Mặc dù MTBE có nhiệt cháy thấp chút so với xăng trộn khoảng 15% thể tích không làm giảm công suất động mức tiêu hao nhiên liệu Đồng thời có tác dụng làm động khởi động dễ dàng lúc nhiệt độ thấp ngăn cản trình tạo muội xylanh 1.1.2.2 Ứng dụng khác MTBE sử dụng làm nguyên liệu hợp chất trung gian công nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu Ví dụ: MTBE bị bẻ gãy mạch tạo metanol, làm nguyên liệu đầu sản xuất metacrolein, axit metacrylic, isopren… Ngoài ra, MTBE dùng làm dung mơi q trình phân tích làm dung môi chiết SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 1.1.2.3 Ưu, nhược điểm MTBE Dưới số ưu nhược điểm MTBE Bảng 1: Ưu, nhược điểm MTBE Ưu điểm Nhược điểm + Nguyên liệu isobutylen khó tìm + Trị số octan cao đắt tiền + Làm tăng khả bay + Độ bay thấp phân đoạn + Khả pha trộn với xăng tốt, an + Tạo số khí độc hại sau q tồn trình đốt + Giảm khí thải CO hydrocacbon chưa cháy hết + Tính kinh tế không phụ thuộc vào trợ giá + Sản phẩm thay số chất khác có giá trị tương đương + Được chấp nhận thị trường 1.1.3 Nhu cầu sản lượng MTBE năm gần Châu Á Thái Bình Dương chiếm nửa nhu cầu MTBE toàn cầu thị trường MTBE lớn năm 2011 với 61,5% nhu cầu toàn cầu Phần lớn nhu cầu MTBE khu vực Châu Á Thái Bình Dương đến từ Trung Quốc, chiếm khoảng 2/3 nhu cầu khu vực Nhu cầu MTBE toàn cầu giảm từ 19,3 triệu năm 2000 xuống 12,1 triệu năm 2011 với tốc độ tăng trưởng hàng năm 4,2% Nhu cầu MTBE toàn cầu giảm quy định cấm sử dụng MTBE Mỹ Canada Các nước phân loại chất gây nhiễm, tiến hành cấm sử dụng pha trộn xăng chuyển sang sử dụng Etyl Tert Butyl Ete (ETBE) etanol thay Tuy nhiên, báo cáo GBI Research cho biết, kinh tế phát triển Trung Đơng châu Á Thái Bình Dương mở rộng sử dụng MTBE Trong giai đoạn dự báo 2011-2020, nhu cầu dự kiến tăng trưởng mức 5,9% thống trị thị trường khu vực châu Á Thái Bình Dương Nhờ cải thiện nhận thức tồn cầu bảo vệ mơi trường thúc đẩy việc sử dụng MTBE năm gần để loại bỏ chất độc hại chì, lưu huỳnh benzen Thêm vào đó, mức sống ngày tăng thúc đẩy mức tiêu thụ xăng tăng Điều bù trừ cho nhu cầu giảm nước phát triển Vì vậy, nhu cầu MTBE dự kiến tăng nước SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng phát triển, nhu cầu MTBE toàn cầu ước tính đạt 20,3 triệu vào năm 2020 Trung Quốc thị trường tiêu thụ lớn nhất, chiếm 50% tiêu thụ toàn cầu [2] Sản xuất MTBE thương mại bắt đầu Châu Âu vào năm 1973 Mỹ vào năm 1979 Tổng công suất sản xuất toàn cầu năm 1998 đạt 23,5 triệu sản lượng thực tế 18 triệu Biểu đồ cho thấy sản xuất MTBE với cơng suất lớn năm 2016 châu Á Thái Bình Dương với cơng suất 12 triệu tấn, chiếm gần 47% so với cơng suất tồn giới Điều dễ hiểu theo quy luật cung - cầu Hình 1: Năng suất sản xuất MTBE (triệu tấn) năm 2016 [3] Tại Việt Nam, nhu cầu xăng nhiên liệu ngày gia tăng đồng thời từ tháng năm 2001 bắt đầu chiến dịch không sử dụng xăng chì Vì nhu cầu MTBE Việt Nam tương lai chắn gia tăng mạnh mẽ để đáp ứng đủ cho việc sử dụng để pha xăng 1.2 Các phương pháp tổng hợp MTBE 1.2.1 Cơ sở hóa học q trình MTBE tạo thành phản ứng cộng hợp metanol vào liên kết đôi hoạt động isobutylen: Phản ứng phản ứng dị thể L –R, xảy pha lỏng 40 ÷ 100 oC áp suất 100 ÷ 150 psi Đây phản ứng tỏa nhiệt nhẹ ∆H= - 37 kJ/kmol, thuận nghịch Xúc tác nhựa trao đổi ion mang tính axit Do phản ứng thuận nghịch, để thu độ chuyển hóa cao ta cần lấy lượng metanol dư, đồng thời tách lấy MTBE khỏi môi trường phản ứng 1.2.2 Động học chế phản ứng Phản ứng tổng hợp MTBE phản ứng thuận nghịch, xúc tác axit, chế phản ứng phụ thuộc vào môi trường phản ứng, có nghĩa phụ thuộc vào tỉ lệ isobutylen/metanol SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Có thể xem phản ứng xảy theo chế ion với proton hóa isobutylen: Sau cacbocation tương tác với metanol: Cuối trình tạo sản phẩm hồn ngun xúc tác: 1.2.3 Xúc tác q trình 1.2.3.1 Xúc tác nhựa trao đổi ion Cho đến xúc tác cho tổng hợp MTBE có độ chọn lọc cao 95 ÷ 100%, nhiên độ chuyển hóa lại khơng cao Hoạt tính xúc tác lại định số lượng tâm axit xúc tác Do ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác độ axit xúc tác, phân tán tâm axit lên bề mặt xúc tác Một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến hoạt tính độ chọn lọc xúc tác đường kính mao quản Đường kính mao quản phải đủ lớn phân tử metanol, isobutylen chui vào MTBE chui Nhưng lỗ mao quản có đường kính lớn q làm giảm hoạt tính xúc tác, đồng thời làm giảm độ chọn lọc xúc tác Xúc tác thường sử dụng xúc tác nhựa trao đổi ion, polyme đồng trùng hợp có nhóm SO3H co-polyme styren divinyl benzen có chứa nhóm sulfonic Nhựa trao đổi ion có tính axit mạnh (do số nhóm SO 3H định) có kích thước mao quản lớn SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Co- polyme styren divinyl benzen thường có dạng hạt nhỏ vả xếp pha polyme đồng thể Nó sản phẩm q trình đồng trùng hợp styren divinyl benzen Hình 2: Xúc tác nhựa trao đổi ion Để tạo nhựa có nhóm sulfonic người ta xử lý axit sulfuric, nhóm SO3H đính vào nhân thơm định tính axit nhựa Độ axit mạnh hoạt tính xúc tác cao Độ axit phụ thuộc vào kiểu loại số nhóm axit nhựa ảnh hưởng độ nối ngang Hoạt tính xúc tác phụ thuộc chủ yếu vào hình thái ban đầu nhựa tương tác với pha phản ứng gồm dung môi chất khác hệ thống phản ứng Hình thái nhựa trao đổi ion liên quan đến cách tiếp cận phân tử vào nhóm SO 3H Nó bị ảnh hưởng tương tác dung môi phân tử hấp phụ với nhóm định chức 1.2.3.2 Xúc tác zeolit cho trình Hiện trình tổng hợp MTBE đa số thực xúc tác nhựa trao đỏi ion Tuy nhiên, theo phương pháp thường xảy q trình dime hóa, polyme hóa isobutylen làm cho độ chọn lọc sản phẩm MTBE giảm đáng kể Nhưng với công nghệ gần thực xúc tác zeolit đặc biệt xúc tác ZSM-5 cho độ chọn lọc đạt cao Xúc tác có đặc tính sau: • • • • Độ chọn lọc cao Sự ổn định tuổi thọ cao Khơng có kết tụ kim loại hoạt động Không kim loại hoạt động SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH • • • • GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Khơng có cốc bên hay bên ngồi lỗ mao quản zeolit Khơng xảy phản ứng cracking Hạn chế tối thiểu khuếch tán Hoạt tính cao Hình dáng xếp lỗ mao quản zeolit có vai trò quan trọng việc khống chế phản ứng phụ dime hóa polyme hóa Hoạt tính xúc tác tăng lên tăng số tâm axit, nhiên gần đến cân mà độ chuyển hóa tăng độ chọn lọc giảm Nếu sử dụng xúc tác ZSM-5 nhiệt độ phản ứng tối ưu 80 oC, đây, độ chọn lọc đạt xấp xỉ 100% thời gian làm việc ổn định xúc tác 30h dòng phản ứng 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp 1.2.4.1 Nhiệt độ phản ứng Vì phản ứng tổng hợp MTBE phản ứng tỏa nhiệt nên cần phải giảm nhiệt độ trình để tăng độ chuyển hóa Thực tế, loại xúc tác cho độ chuyển hóa độ chọn lọc cao khoảng nhiệt độ 40 ÷ 100 oC, nhiệt độ t = 80 oC tối ưu 1.2.4.2 Tỷ lệ nguyên liệu metanol/isobutylen Tỷ lệ khống chế khoảng ÷ 1,1 isobutylen olefin hoạt động, dư xảy nhiều phản ứng phụ dime hóa, polyme hóa,… Tỷ lệ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chuyển hóa độ chuyển hóa xúc tác metanol thấp isobutylen 1.2.4.3 Nồng độ sản phẩm MTBE Phản ứng tổng hợp MTBE phản ứng thuận nghịch nồng độ sản phẩm cao độ chuyển hóa q trình giảm Vì vậy, để đảm bảo độ chuyển hóa chung q trình tổng hợp MTBE thay đổi ta phải tìm cách lấy sản phẩm khỏi vùng phản ứng Để lấy sản phẩm MTBE khỏi vùng phản ứng, công nghệ thường dùng thiết bị chưng tách sản phẩm 1.2.4.4 Sự có mặt nước Sự có mặt nước với lượng nhỏ, so với hỗn hợp đẳng phí với metanol khơng ảnh hưởng nhiều đến số cân MTBE, chí làm tăng độ chuyển hóa isobutylen Nước với lượng nhỏ ức chế giảm tốc độ tạo MTBE Điều giải thích nước phản ứng với isobutylen tạo TBA (Tert Butyl SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Đối với trình ete hóa sản xuất MTBE, hai cơng nghệ CD Tech Ethermax cho thấy ưu điểm Cả hai cơng nghệ có thiết bị phản ứng thiết bị chưng – tách sản phẩm Tuy nhiên, cơng nghệ Ethermax có tuần hồn dòng đáy tháp ete hóa trở với nguyên liệu, làm độ chuyển hóa đạt 99%, cao nhiều so với độ chuyển hóa cơng nghệ CD Tech khơng tuần hồn (chỉ đạt 90%) Bên cạnh đó, cơng nghệ Ethermax thuận lợi sản xuất TAME đồng thời với MTBE, cho thấy hiệu kinh tế vượt trội nhiều so với công nghệ CD Tech Từ phân tích trên, tơi lựa chọn cơng nghệ Oleflex hãng UOP cho q trình dehydro hóa cơng nghệ Ethermax cho q trình ete hóa tạo MTBE 2.2.2 Dây chuyền công nghệ Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Isobutan lỏng từ bể chứa (12) qua van giảm áp, thổi trộn với dòng hydro tuần hồn, trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm đáy thiết bị phản ứng thứ hai (2), sau gia nhiệt đưa vào đỉnh thiết bị dehydro hóa thứ (1) Xúc tác tái sinh xúc tác từ bể chứa nhờ băng chuyền vận chuyển lên đỉnh thiết bị dehydro hóa thứ nhất, xúc tác kim loại rơi từ xuống Để nâng cao độ chuyển hóa, hỗn hợp sản phẩm khí dư lấy đáy, tiếp tục gia nhiệt đưa vào thiết bị dehydro hóa thứ hai (2) với dòng xúc tác từ đáy thiết bị dehydro hóa thứ (1) Sau q trình dehydro hóa, xúc tác hoạt tính đưa sang thiết bị đốt cốc tái sinh xúc tác (3) Khơng khí nóng thồi vào từ cửa Xúc tác sau đốt có dạng oxit kim loại chuyển sang thiết bị khử xúc tác (4) khí H Xúc tác sau tái sinh chứa bể với xúc tác Sản phẩm đạt độ chuyển hóa yêu cầu lấy đáy, trao đổi nhiệt với nguyên liệu đầu để hạ bớt nhiệt độ, sau nén lại (19), phần hóa lỏng Hỗn hợp lỏng dẫn sang tháp nén hỗn hợp khí (5) Dòng đáy trao đổi nhiệt với dòng H từ máy giãn khí (17), vào tháp tách hai pha Pha khí chủ yếu H phần hydrocacbon nhẹ lấy đỉnh, qua máy giãn khí để giảm áp, trao đổi nhiệt với dòng hỗn hợp lỏng từ đáy tháp (5), trộn với dòng isobutan nguyên liệu để đưa vào tháp phản ứng thứ Dòng isobutylen isobutan lấy từ đáy tháp (6) trộn với metanol phần sản phẩm đáy tuần hoàn từ thiết bị phản ứng (8), đưa vào thiết bị ete hóa, SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng xúc tác nhồi ống chùm cố định Tại đây, phản ứng ete hóa xảy ra, tỏa nhiệt nhẹ nên cần sử dụng nước làm mát Sau phản ứng, sản phẩm gồm MTBE, methanol dư, isobutylen dư, isobutan số hydrocacbon khác phần hồi lưu lại với dòng nguyên liệu ban đầu, phần sang thiết bị chưng – phản ứng (9) để nâng độ chuyển hóa isobutylen lên 99% Thiết bị vừa xảy trình phản ứng (với xúc tác lớp trên), vừa xảy q trình chưng tách sản phẩm phía Nhờ cân dịch chuyển phía tạo thành ete Sản phẩm MTBE lấy liên tục đáy tháp (9), chia làm hai dòng, dòng qua thiết bị đun sơi đáy tháp (23) trở lại tháp (9), phần trao đổi nhiệt với dòng đáy tháp (8) bơm bể chứa Phần sản phẩm đỉnh chủ yếu metanol dư dạng hơi, theo lượng MTBE, khí C4 chưa không phản ứng, đưa qua thiết bị ngưng tụ chuyển sang thiết bị phân tách lỏng - (24) Tại đây, MTBE lỏng nặng tách tuần hồn trở lại (9), metanol dư khí C đưa vào đáy tháp hấp thụ metanol nước (10) Nước tuần hoàn từ đáy tháp chưng đẳng phí metanol – nước (11) tưới từ xuống, hấp thụ metanol từ lên Phần C4 khí hydrocacbon khác khơng bị hấp thụ nhờ máy thổi đưa trộn dòng H isobutan ban đầu Hỗn hợp metanol – nước bơm vào tháp chưng luyện loại đĩa (11), tiến hành trình tinh chế methanol Metanol nhẹ hơn, lấy đỉnh, làm lạnh ngưng tụ tách bớt khí khơng ngưng, đưa hồi lưu lại với dòng vào thiết bị ete hóa (8) Nước lấy đáy phần đun sôi trở lại đáy tháp, phần đun nóng nhẹ làm dung mơi cho tháp hấp thụ SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 3.1 Các số liệu ban đầu • • Năng suất: 230 000 tấn/năm Thành phần nguyên liệu: (% thể tích) iso-Butan n-Butan Propan Buten Pentan • Thành phần CH3OH: (% khối lượng) • CH3OH H2 O 92% 5% 2% 0,5% 0,5% 99,5% 0,5% Nồng độ sản phẩm: MTBE 99% CH3OH 1% H2 O 50-1500ppm Tổng S 10ppm 3.2 Tính tốn cân vật chất cho thiết bị ete hóa Dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-butan metanol cới công suất 230 000 tấn/ năm Dây chuyền làm việc liên tục 24/24, năm nghỉ 30 ngày để sửa chữa, bảo dưỡng định kì Vậy số ngày dây chuyền làm việc năm là: 365 – 30 = 335 (ngày) Khi đó, suất làm việc phân xưởng tính theo là: Q trình sản xuất MTBE từ iso-butan qua hai giai đoạn, giai đoạn dehydro hóa iso-butan giai đoạn tổng hợp MTBE, ta tính cân vật chất cho giai đoạn sau: 3.2.1 Q trình dehydro hóa Phản ứng dehydro hóa dây chuyền đạt độ chuyển hóa 40% độ chọn lọc 92% PTHH: iso-C4H10 → iso-C4H8 + H2 (1) Ta có cân bằng: Tồng khối lượng vào = Tổng khối lượng Dòng vào: • Hỗn hợp C4 nguyên liệu: Gisobutan, kg/h Dòng ra: SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH • • GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hỗn hợp C4 sản phẩm có chứa isobuten: Gisobuten, kg/h Hỗn hợp khí thải giàu H2: Gkhí thải, kg/h Như vậy, ta có phương trình cân vật chất: Gisobutan = Gisobuten + Gkhí thải Khối lượng sản phẩm MTBE 99% suất quy định toàn dây chuyền sản xuất G MTBE = 28 320,895 (kg/h), tương đương 321,281 (kmol/h) Phản ứng tổng hợp MTBE: iso-C4H8 + CH3OH → MTBE Coi độ chuyển hóa q trình 99% độ chọn lọc sản phẩm 100% Để đạt suất MTBE theo yêu cầu lưu lượng mol iso-buten cần tạo từ trình dehydro hóa là: Lưu lượng iso-buten là: Gisobuten = 324,526 × 56,106 = 18 207,856 (kg/h) Do độ chuyển hóa đạt 40% độ chọn lọc đạt 92% nên lưu lượng mol isobutan thực tế cần để tạo 324,526 (kmol/h) iso-buten là: Trong đó: • Có 324,526 (kmol/h) iso-butan tiêu hao cho phản ứng (1) để tạo 324,526 (kmol/h) iso- buten Cú 324,526 ữ 0,92 324,526= 28,220 (kmol/h) iso-butan tham gia phản ứng phụ • Còn lại iso-butan không phản ứng: 881,526 – 324,526 – 28,220 = 528,780 (kmol/h) Vì khí iso-butan ngun liệu chứa thành phần khí khác, isobutan chiếm 92% thể tích Do đó, lượng khí ngun liệu cần đưa vào q trình dehydro hóa là: Giả sử, iso-butan tham gia phản ứng phụ cracking: iso-C4H10 → C2H6 + C2H4 (2) iso-C4H10 → CH4 + C3H6 (3) Giả sử, phản ứng (2) (3) xảy với tốc độ nhau, tiêu thụ lượng isobutan nhau, phản ứng có hiệu suất 100% Như vậy, lượng isobutan tiêu thụ cho phản ứng là: Bảng : Thành phần hỗn hợp khí ngun liệu qúa trình dehydo hóa STT Cấu tử M (g/mol) %V G (kmol/h) SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 G (kg/h) ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng i-C4H10 58,120 92 881,526 51 234,291 n-C4H10 58,120 47,909 784,471 n-C4H8 56,106 0,5 4,791 268,804 C3H8 44,096 19,164 845,056 C5H12 72,150 0,5 4,791 345,671 Tổng 100 958,180 55 478,293 Như vậy, lượng iso-butan nguyên liệu đưa vào trình dehydro hóa là: Gisobutan = 55 478,293 (kg/h) Giả sử C3H8 n-C4H10 tham gia phản ứng phụ dehydro hóa phản ứng có độ chuyển hóa đạt 40% C3H8 → 19,164 (kmol/h) n-C4H10 → 47,909 (kmol/h) Dòng vật chất khỏi thiết C3H6 + H2 (4) 7,666 (kmol/h) 7,666 (kmol/h) n-C4H8 + H2 (5) 19,164 (kmol/h) 19,164 (kmol/h) bị dehydro hóa ngưng tụ, cấu tử từ C 3+ ngưng tụ bị nén áp suất cao Các cấu tử C trở xuống H2 không ngưng, khỏi dây chuyền dạng khí (khí thải) Nên hỗn hợp lỏng C 3+ sản phẩm khỏi tháp tách pha q trình dehydo hóa có khối lượng thành phần sau: • C3H6: tổng lượng sinh phản ứng (3) (4): 14,110 + 7,666 = 21,776 (kmol/h) • C3H8: lượng có ngun liệu trừ lượng phản ứng (4): 19,164 – 7,666 = 11,498 (kmol/h) n-C4H8: tổng lượng ban đầu nguyên liệu sinh phản ứng (5) 4,791 + 19,164 = 23,955 (kmol/h) i-C4H8: sinh phản ứng (1): 324,526 (kmol/h) n-C4H10: lượng ban đầu nguyên liệu trừ lượng phản ứng (5): 47,909 – 19,164 = 28,745 (kmol/h) i-C4H10: lượng chưa chuyển hóa: 528,780 (kmol/h) C5H12: lượng có nguyên liệu ban đầu: 4,791 (kmol/h) Ta có bảng thành phần hỗn hợp lỏng C 3+ sản phẩm q trình dehydro hóa • • • • • sau: Bảng 9: Thành phần hỗn hợp lỏng C3+ sản phẩm q trình dehydro hóa STT Tổng Cấu tử C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 - M (g/mol) 42,080 44,096 56,106 56,106 58,120 58,120 72,150 - %V 2,307 1,218 2,537 34,375 3,045 56,011 0,507 100 G (kmol/h) 21,776 11,498 23,955 324,526 28,745 528,780 4,791 944,071 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 G (kg/h) 916,334 507,016 344,019 18 207,856 670,659 30 732,694 345,671 53 724,249 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Vậy lưu lượng sản phẩm q trình dehydro hóa là: Gisobuten = 53 724,249 (kg/h) Phần khí thải bao gồm: H2, CH4, C2H4, C2H6 Hỗn hợp khí thải khỏi tháp tách pha q trình dehydo hóa có khối lượng thành phần sau: • H2: tổng lượng sinh phản ứng (1), (4), (5): 324,526 + 7,666 + 19,164 = 351,356 (kmol/h) • CH4: sinh phản ứng (3): 14,110 (kmol/h) • C2H4: sinh phản ứng (2): 14,110 (kmol/h) • C2H6: sinh phản ứng (2): 14,110 (kmol/h) Ta có bảng thành phần hỗn hợp khí thải q trình dehydro hóa sau: Bảng 10: Thành phần hỗn hợp khí thải q trình dehydro hóa STT Tổng Cấu tử H2 CH4 C2H4 C2H6 - M (g/mol) 2,02 16,04 28,05 30,07 - %V 89,248 3,584 3,584 3,584 100 G (kmol/h) 351,356 14,110 14,110 14,110 393,686 G (kg/h) 709,739 226,324 395,786 424,288 756,137 Vậy lưu lượng khí thải q trình dehydro hóa là: Gkhí thải = 756,137 (kg/h) Bảng 11: Cân vật chất q trình dehydro hóa STT 10 11 Tổng Cấu tử H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 - Lượng vào (kg/h) 0 0 845,056 268,804 784,471 51 234,291 345,671 55 478,293 3.2.2 Q trình ete hóa tạo MTBE PTHH: iso-C4H8 + CH3OH → MTBE (6) SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 Lượng (kg/h) 709,739 226,324 395,786 424,288 916,334 507,016 344,019 18 207,856 670,659 30 732,694 345,671 55 480,386 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Đây phản ứng tỏa nhiệt nhẹ, độ chuyển hóa đạt 99%, độ chọn lọc đạt xấp xỉ 100% tính theo iso-buten Ta có cân bằng: Tồng khối lượng vào = Tổng khối lượng • • • • • • Dòng vào: Hỗn hợp lỏng C3+ sản phẩm thu từ q trình dehydro hóa: Gisobuten = 53 724,249 (kg/h) CH3OH kỹ thuật đưa vào thiết bị: GCH3OH, kg/h Dòng ra: Hỗn hợp khí Raffinat: GR, kg/h Sản phẩm MTBE: GMTBE = 28 320,895 (kg/h) = 321,281 (kmol/h) CH3OH sản phẩm MTBE (1% khối lượng) H2O: (do metanol nguyên liệu có chứa 1% khối lượng nước) GH2O, kg/h Để đơn giản ta coi trình hấp thụ metanol trình chưng tách thu hồi metanol nước lượng nước sử dụng khơng bị mát Lượng tuần hồn lại cho q trình hấp thụ metanol lượng nước lấy lượng nước đưa vào dây chuyền có metanol kỹ thuật đưa vào Chọn tỷ lệ nguyên liệu metanol/isobuten 1,1 Lưu lượng mol iso-buten cần để tạo 321,281 (kmol/h) MTBE 324,526 (kmol/h) Nên lưu lượng mol metanol đưa vào q trình là: 324,526 × 1,1 = 356,979 (kmol/h) Lưu lượng metanol đưa vào trình là: 356,979 × 32,04 = 11 437,607 (kg/h) Lượng CH3OH đưa vào trình = Lượng CH3OH (99,5%) đưa vào + Lượng CH3OH tuần hồn Trong đó: Lượng CH3OH tuần hồn = Lượng CH3OH lại sau phản ứng ete hóa – Lượng CH3OH sản phẩm MTBE Lượng CH3OH lại sau phản ứng ete hóa = Lượng CH 3OH đưa vào trình – Lượng CH3OH phản ứng Do đó: Lượng CH3OH (99,5%) đưa vào = Lượng CH3OH phản ứng + Lượng CH3OH sản phẩm MTBE Lượng CH3OH phản ứng = 321,281 (kmol/h) = 10 293,843 (kg/h) Lượng CH3OH sản phẩm MTBE (chiếm 1% khối lượng): 28 606,965 × 0,01 = 286,070 (kg/h) Lượng CH3OH (99,5%) đưa vào là: 10 293,843 + 286,070 = 10 579,913 (kg/h) Lượng CH3OH kỹ thuật cần đưa vào dây chuyền là: SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Vậy lượng H2O đưa vào dây chuyền là: GH2O = 11 136,751 × 0,05 = 556,838 (kg/h) Hỗn hợp khí Raffinat bao gồm khí khơng phản ứng iso-buten dư Lưu lượng mol iso-buten dư là: 324,526 - 321,281 = 3,245 (kmol/h) Bảng 12: Thành phần hỗn hợp khí Raffinat STT Tổng Cấu tử C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 - M (g/mol) 42,080 44,096 56,106 56,106 58,120 58,120 72,150 - %V 3,497 1,846 3,846 0,521 4,616 84,905 0,769 100 G (kmol/h) 21,776 11,498 23,955 3,245 28,745 528,780 4,791 622,790 G (kg/h) 916,334 507,016 344,019 182,064 670,659 30 732,694 345,671 35 698,457 Như vậy, lưu lượng hỗn hợp khí Raffinat là: GR = 35 698,457 (kg/h) Ta có bảng cân vật chất cho q trình ete hóa sau: Bảng 13: Cân vật chất q trình ete hóa Thành phần dòng Hỗn hợp lỏng C3+ sản phẩm Gisobuten CH3OH kỹ thuật đưa vào thiết bị GCH3OH kt Sản phẩm MTBE GMTBE CH3OH MTBE Nước GH2O Hỗn hợp khí Raffinat GR Tổng Lưu lượng dòng vào, kg/h 53 724,249 Lưu lượng dòng ra, kg/h - 11 136,751 - 64 861,000 28 320,895 286,070 556,838 35 698,457 64 862,260 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 3.2.3 Cân vật chất cho thiết bị ete hóa Ta có cân bằng: Tổng khối lượng vào = Tổng khối lượng Gisobuten + GCH3OH = GMTBE(1) + GCH3OH dư + GC3+ dư Dòng vào: • Gisobuten hỗn hợp khí C3+ sản phẩm q trình dehydro hóa, Gisobuten = 18 207,856 (kg/h) • GCH3OH lượng metanol tổng đưa vào thiết bị ete hóa, GCH3OH = 11 437,607 (kg/h) = 356,979 (kmol/h) Dòng ra: • GMTBE(1) lượng MTBE tạo thiết bị ete hóa, kg/h Giả sử thiết bị phản ứng thứ (thiết bị ete hóa dạng ống chùm), độ chuyển hóa đạt 85% (theo isobuten), độ chọn lọc 100% iso-C4H8 + CH3OH → MTBE 324,526 (kmol/h) 356,979 (kmol/h) PƯ: 275,847 (kmol/h) 275,847 (kmol/h) 275,847 (kmol/h) Còn lại: 48,679 (kmol/h) 81,132 (kmol/h) 275,847 (kmol/h) Như vậy, lượng MTBE sinh thiết bị ete hóa là: GMTBE(1) = 275,847 × 88,15 = 24 315,913 (kg/h) • GCH3OH dư lượng metanol lại sau phản ứng thiết bị ete hóa, kg/h GCH3OH = 81,132 × 32,04 = 599,469 (kg/h) • GC3+ dư lượng khí C3+ dư khơng phản ứng thiết bị ete hóa, kg/h Ta có bảng thành phần cấu tử khí C3+ dư đây: Bảng 14: Thành phần cấu tử khí C3+ dư Cấu tử C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 Tổng M (g/mol) 42,080 44,096 56,106 56,106 58,120 58,120 72,150 - G (kmol/h) 21,776 11,498 23,955 48,679 28,745 528,780 4,791 668,224 G (kg/h) 916,334 507,016 344,019 731,184 670,659 30 732,694 345,671 38 247,577 Bảng 15: Cân vật chất cho thiết bị ete hóa STT Cấu tử C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 Lượng vào, kg/h 916,334 507,016 344,019 18 207,856 670,659 30 732,694 345,671 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 Lượng ra, kg/h 916,334 507,016 344,019 731,184 670,659 30 732,694 345,671 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Tổng 11 437,607 65 161,856 MTBE CH3OH - 24 315,913 599,469 65 162,959 3.3 Tính tốn cân nhiệt lượng cho thiết bị ete hóa Với thiết bị phản ứng ete hóa loại ống chùm, ta có phương trình cân tổng qt: Tổng dòng nhiệt vào = Tổng dòng nhiệt Hỗn hợp nguyên liệu metanol isobuten đưa vào nhiệt độ 65 oC khỏi thiết bị nhiệt độ 80oC Ta có phương trình cân nhiệt lượng sau: Q1 + Q + Q = Q + Q Trong đó: Q1 – nhiệt lượng hỗn hợp nguyên liệu đưa vào, kJ/h Q2 – nhiệt lượng nước lạnh đưa vào, kJ/h Q3 – nhiệt lượng phản ứng hóa học tạo ra, kJ/h Q4 – nhiệt lượng dòng sản phẩm mang ra, kJ/h Q5 – nhiệt lượng nước nóng mang ra, kJ/h 3.3.1 Nhiệt lượng hỗn hợp nguyên liệu đưa vào Q1 = G1 × CPhh × t1, kJ/h Với G1 – lưu lượng mol hỗn hợp nguyên liệu đưa vào, kmol/h CPhh – nhiệt dung riêng trung bình hỗn hợp nguyên liệu, kJ/kmol.độ t1 – nhiệt độ ngun liệu đưa vào, t1 = 65oC • Tính CPhh hỗn hợp nguyên liệu vào Nhiệt dung riêng CPhh hỗn hợp tính theo cơng thức: CPhh = ∑ CPi × xi [14] Trong đó: CPi nhiệt dung riêng cấu tử i hỗn hợp, kJ/kmol.độ xi phần trăm mol cấu tử i hỗn hợp, % Tính CPi cấu tử i hỗn hợp theo công thức sau: CP(i-C4H8) = 596,89 – 4,6378.T + 1,44.10-2 T2 – 1,372.10-5 T3 (kJ/kmol.độ) CP(i-C4H10) = 9,597 + 344,46.10-3 T – 162,15.10-6 T2 (kJ/kmol.độ) CP(n-C4H8) = 20,762 + 250,637.10-3 T – 75,854.10-6 T2 (kJ/kmol.độ) CP(MTBE) = 53,176 + 0,7173.T – 0,1533.10-2 T2 + 0,202.10-5 T3 (kJ/kmol.độ) CP(CH3OH) = 1391,6 – 12,364.T + 3,781.10-2 T2 – 3,179.10-5 T3 (kJ/kmol.độ) CP(n-C4H10) = 4,357 + 72,552.10-3 T – 18,14.10-6 T2 (kcal/kmol.độ) CP(C3H8) = 0,41 + 64,71.10-3 T – 22,582.10-6 T2 (kcal/kmol.độ) CP(C3H6) = 2,974 + 45,024.10-3 T – 11,38.10-6 T2 (kcal/kmol.độ) CP(H2O) = 75,440 (kJ/kmol.độ) [15] SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng CP(C5H12) ~ Với T = 65oC = 338K, kcal/kg.độ = 4,1868 kJ/kg.độ ta có bảng sau: Bảng 16: Tính tốn nhiệt dung riêng cấu tử nguyên liệu STT Cấu tử G (kmol/h) G (kg/h) xi (%) 10 Tổn g C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 H2 O CH3OH MTBE - 21,776 11,498 23,955 324,526 28,745 528,780 4,791 30,935 356,979 331,985 916,334 507,016 344,019 18 207,856 670,659 30 732,694 345,671 556,838 11 437,607 65 718,694 1,635 0,863 1,798 24,364 2,158 39,699 0,360 2,322 26,801 100 CPi (kJ/kmol.độ) 70,723 82,489 96,811 144,637 112,236 107,500 75,440 304,580 198,489 - CPi xi (kJ/kmol.độ) 115,632 71,188 174,066 523,936 242,205 267,643 175,172 163,049 16 732,991 Vậy Q1 = G1 × CPhh × t1 =1 331,985 × 16 732,991× 65 = 448 726 046 (kJ/h) 3.3.2 Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào Q2 = G1H2O × CP1H2O × t1H2O, kJ/h Với G1H2O – lưu lượng mol nước lạnh đưa vào, kmol/h CP1H2O – nhiệt dung riêng nước 25oC, kJ/kmol.độ t1H2O – nhiệt độ nước lạnh, chọn t1H2O = 25oC Tra sổ tay ta có nhiệt dung riêng nước 25 oC CP1H2O = 75,287 kJ/kmol.độ [15] Vậy Q2 = 75,287 × 25 × G1H2O = 882,175 G1H2O (kJ/h) 3.3.3 Nhiệt lượng phản ứng hóa học tỏa Phản ứng tổng hợp MTBE phản ứng tỏa nhiệt nhẹ, ∆H = - 37 kJ/mol Vậy ta có nhiệt lượng tỏa phản ứng tổng hợp là: Q3 = ∆H × n, kJ/h Trong đó: n số mol MTBE tạo thành, n = 275,847 kmol/h = 275 847 mol/h Vậy Q3 = 37 × 275 847 = 10 206 339 (kJ/h) 3.3.4 Nhiệt lượng dòng sản phẩm mang Q4 = GSP × CSP × tSP, kJ/h Với GSP – lưu lượng mol hỗn hợp sản phẩm ra, kmol/h SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng CSP – nhiệt dung riêng trung bình hỗn hợp sản phẩm, kJ/kmol.độ tSP – nhiệt độ sản phẩm lấy ra, tSP = 80oC • Tính CSP hỗn hợp nguyên liệu vào Nhiệt dung riêng CSP hỗn hợp tính theo cơng thức: CSP = ∑ CSPi × xi [14] Trong đó: CSPi nhiệt dung riêng cấu tử i hỗn hợp, kJ/kmol.độ xi phần trăm mol cấu tử i hỗn hợp, % CSPi tính tương tự cơng thức nêu mục 3.3.1, với T = 80oC = 353K Bảng 17: Tính tốn nhiệt dung riêng cấu tử sản phẩm STT Cấu tử G (kmol/h) G (kg/h) xi (%) 10 Tổng C3H6 C3H8 n-C4H8 i-C4H8 n-C4H10 i-C4H10 C5H12 H2O CH3OH MTBE - 21,776 11,498 23,955 48,679 28,745 528,780 4,791 30,935 81,132 275,847 056,138 916,334 507,016 344,019 731,184 670,659 30 732,694 345,671 556,838 599,469 24 315,913 65 719,797 2,062 1,089 2,268 4,609 2,722 50,067 0,454 2,929 7,682 26,118 100 CSPi (kJ/kmol.độ) 73,057 85,573 99,785 150,615 116,006 110,986 75,664 338,982 204,211 - CSPi xi (kJ/kmol.độ) 150,644 93,189 226,312 076,885 315,768 556,736 221,620 604,060 333,583 16 578,797 Vậy dòng nhiệt dòng sản phẩm mang là: Q4 = 056,138 × 16 578,797 × 80 = 400 759 800 (kJ/h) 3.3.5 Nhiệt lượng nước nóng mang Q5 = G1H2O × CP2H2O × t2H2O, kJ/h Với G1H2O – lưu lượng mol nước nóng mang (chính lưu lượng mol nước làm lạnh), kmol/h CP2H2O – nhiệt dung riêng nước 50oC, kJ/kmol.độ t2H2O – nhiệt độ nước nóng, chọn t2H2O = 50oC Tra sổ tay ta có nhiệt dung riêng nước 50 oC CP2H2O = 75,325 kJ/kmol.độ [16] Vậy Q5 = 75,325 × 50 × G1H2O = 766,25 G1H2O (kJ/h) Ta có cân nhiệt lượng cho thiết bị ete hóa sau: Q1 + Q + Q = Q + Q Thay số: SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 448 726 046 + 882,175 G1H2O + 10 206 339 = 400 759 800 + 766,25 G1H2O Giải phương trình G1H2O = 30 875,939 (kmol/h) = 555 766,902 (kg/h) Như nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Q2 = 882,175 G1H2O = 882,175 × 30 875,939 = 58 113 920 (kJ/h) Nhiệt lượng nước nóng mang ra: Q5 = 766,25 G1H2O = 766,25 × 30 875,939 = 116 286 505 (kJ/h) Bảng 18 : Cân nhiệt lượng cho thiết bị ete hóa Nhiệt lượng mang vào Thành phần kJ/h Q1 448 726 046 Q2 58 113 920 Q3 10 206 339 Tổng 1,517.109 Nhiệt lượng mang Thành phần kJ/h Q4 400 759 800 Q5 116 286 505 1,517.109 3.4 Tổng kết tính tốn cân vật chất cân nhiệt lượng Như ta tổng kết lại số thông số sau: - Lượng metanol 99,5% kỹ thuật cần cấp là: 11 136,751 (kg/h), có 10 579,913 (kg/h) metanol 100% 556,838 (kg/h) nước - Lượng nước làm mát cấp vào là: 555 766,902 (kg/h) - Nhiệt độ nước làm mát vào 25oC, nhiệt độ nước lấy 50oC - Nhiệt độ hỗn hợp phản ứng đưa vào 65oC sản phẩm lấy 80oC SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng KẾT LUẬN Trước hết, xin chân thành cảm ơn GS TS Đinh Thị Ngọ PGS TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng tận tình hướng dẫn tơi hồn thành đồ án cách chu Bản đồ án trình bày tổng quan công nghệ sản xuất MTBE từ metanol isobutan Từ đó, đánh giá đưa dây chuyền cơng nghệ hợp lý, tính tốn lưu lượng metanol kỹ thuật lượng nước làm mát cần cấp cho thiết bị ete hóa loại ống chùm Công nghệ tổng hợp MTBE công nghệ khơng xa lạ với nước giới, cơng nghệ chưa có mặt Việt Nam Việc sản xuất MTBE vừa nâng cao phẩm chất xăng đồng thời làm giảm đáng kể lượng xăng hóa thạch cần sử dụng, phù hợp thời buổi dầu thô ngày cạn kiệt Khả xây dựng dây chuyền công nghệ sản xuất MTBE từ khí mỏ thuộc bể Nam Cơn Sơn bể Cửu Long thực Metanol nguyên liệu sản xuất từ CO2 tách mỏ Cá Voi Xanh (bể Nam Côn Sơn), kết hợp với isobuten nhận sau trình dehydro hóa isobutan tách từ mỏ Rạng Đơng lơ (bể Cửu Long) thu MTBE trình khả thi, có giá trị kinh tế Mong rằng, tương lai khơng xa, Việt Nam khơng tự cung cấp phụ gia MTBE pha trộn tạo xăng thương phẩm tiêu dùng nước mà xuất sản phẩm sang nước lân cận khu vực SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alan Mawlud Amin – Aree Salah Tahir Production of Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE), page 01, 2015 – 2016 [2] GBI Research - CHEMIE.DE Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) Global Markets to 2020 – China Dominates Global MTBE Demand While Developed Regions Look to ETBE and Ethanol as Replacement Options, 2012 [3] Global Industry Analysis, Inc 6150 Hellyer Ave The Global Methyl Tert-Butyl Ether (MTBE) Market (MCP-6306) Trends, Drivers & Projections, June 2016 [6] Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp Hữu – Hóa dầu tr 24, 2006 [7] Pubchem - National Center for Biotechnology Information Compound Summary for CID 6360: Isobutane Modify Date: 2018/03/03 [8] Pubchem - National Center for Biotechnology Information Compound Summary for CID 15413: Tert-butyl methyl ether, Modify Date: 2018/03/03 [9] Frits M Dautzenberg, Philip J Angevine Encouraging innovation in catalysis – Catalysis Today Vol 93-95, pages 3-16, September 2004 [10] Steve Krupa, Jill Meister, Charles Luebke Handbook of Petroleum Refining Processes: UOP ETHERMAX PROCESS FOR MTBE, ETBE AND TAME PRODUCTION Chapter 13.2, 2004 [11] Uwe Hommerich, Robert Rautenbach Journal of Membrane Science: Design and optimization of combined pervaporation/distillation processes for the production of MTBE Vol 146, Issue 1, Pages 53-64, 22 July 1998 [12] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ & khí: Q trình izome hóa Trang 160-161, 2017 [13] A Chauvel, G Lefebvre Petrochemical Processes: Isobutene Vol 1, pages 339340, 1989 [14] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa chất Tập 1, trang 152, 8/2006 [15] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa chất Tập 1, trang 168, 8/2006 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ... 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 2.1.2 Sản xuất MTBE từ khí butan... Sản phẩm MTBE Hình 3: Cơng nghệ CD Tech sản xuất MTBE SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 2.1.1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE hãng... nghiệp, metanol thu từ nhiều nguồn khác nhau: • Oxy hóa khơng hồn tồn metan SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tâm MSSV: 20143945 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH • • GVHD: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Tổng hợp từ H2 CO