Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sản xuất olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành việt nam thiết kế công nghệ sản xuất olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  oOo  LÊ TẤT THẮNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT OLEFIN TỪ KHÍ THIÊN NHIÊN, ĐỒNG HÀNH VIỆT NAM THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT OLEFIN TỪ KHÍ THIÊN NHIÊN, ĐỒNG HÀNH VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ NGÀNH : CƠNG NGHỆ HỐ HỌC : 02.10.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: PGS.TS PHAN MINH TÂN TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2005 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Minh Tân Cán chấm nhận xét 1: TS Phan Đình Tuấn Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Nguyễn Văn Phước Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 200 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Tất Thắng Ngày, tháng, năm sinh: 05/02/1974 Chuyên ngành: Công nghệ Hoá học Phái: Nam Nơi sinh: Nghệ An MSHV: 00503142 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam Thiết kế cơng nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Tổng quan nhu cầu sử dụng Olefin nước khu vực • Nghiên cứu, đánh giá cơng nghệ sản xuất Etylen Trên sở lựa chọn công nghệ phù hợp với nguồn nguyên liệu nước • Xây dựng sơ đồ cơng nghệ, thiết kế tính tốn lị phản ứng Cracking III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN MINH TÂN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH PGS.TS PHAN MINH TÂN Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm 2005 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ĐƠN XIN BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ Kính gửi: KHOA QUẢN LÝ NGÀNH PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐHBK TP.HCM Họ tên học viện: Lê Tất Thắng Ngày thánh năm sinh: 05 – 02 – 1974 Nơi sinh: Nghệ An Chun ngành: Cơng nghệ hố học Mã ngành: 02.10.00 Tên đề tài: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam Thiết kế công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam Hiện em hoàn thành luận văn Vậy Em viết đơn Kính mong Khoa quản lý ngành, Phịng đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh xét duyệt cho em bảo vệ Em xin chân thành cảm ơn ! Ngày 30 tháng 11 năm 2005 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Học viên thực PGS.TS PHAN MINH TÂN Lê Tất Thắng LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Minh Tâân, Người Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ em việc hoàn thành luận án Em xin cảm ơn Thầy Cô Khoa Công Nghệ Hóa học Dầu Khí động viên truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian học cao học Trường Em xin cảm ơn Thầy Cô hội đồng chấm luận án dành thời gian q báu để đọc luận án cho nhận xét xác đáng bổ ích Xin chân thành cảm ơn Thạc Sỹ Trương Hữu Trì, Anh, Chị, Bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn bạn lớp Cao học hoá học K14 hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian học Cao học Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, nguồn động viên điểm tựa vững hỗ trợ tạo cho nghị lực suốt trình học hoàn thành luận án TĨM TẮT LUẬN VĂN Mục tiêu đề tài nghiên cứu mô công nghệ sản xuất Etylen từ nguồn nguyên liệu khí Việt Nam Phân tích công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên/đồng hành từ đề xuất công suất/công nghệ sản suất Olefin từ khí thiên nhiên/đồng hành Việt Nam Trên sở thành phần trữ lượng khí thiên nhiên, đồng hành mỏ phát hiện, phân tích lựa chọn nguyên liệu, công nghệ tính toán thiết bị phản ứng Đồng thời sử dụng phần mềm hysys để mô công nghệ tách Ethane từ khí thiên nhiên, mô công nghệ sản xuất Etylen Các kết mô rằng: i, Từ nguyên liệu khí Việt Nam, phương án có triển vọng tách Ethane làm nguyên liệu sản xuất Etylen ii hệ thống tách ethane từ thiên nhiên Việt Nam phươg pháp làõm lạnh (kết hợp ngoài) chưng cất nhiệt độ thấp cho hiệu suất tách Ethane cao iii, Etylen tách làm hệ thống chưng cất nhiệt độ thấp đến độ 99,43 %, hiệu suất thu hồi 95,68 % Các nội dung luận văn trình bày theo bố cục sau: Phần I: Tổng quan công nghệ sản xuất Olefin Chương 1: Tiềm triển vọng khí thiên nhiên/đồng hành Việt Nam Chương 2: Thị trường olefin Khí hoá lỏng nước khu vực LPG Chương 3, Các công nghệ sản xuất olefine Chương 4: Cơng nghệ Cracking Phần II: Lựa chọn công nghệ nghiên cứu mô công nghệ sản xuất Etylen từ khí thiên nhiên Việt Nam Chương 5: Xây dựng qui trình cơng nghệ, mơ q trình tách Ethane cơng nghệ sản xuất Etylen Chương 6: Tính toán lò phản ứng trình Cracking Ethane Chương 7: Tính toán béc đốt lò phản ứng thiết bị trao đổi nhiệt Phần kết luận nêu rõ định hướng công nghệ sản xuất Etylen từ nguyên liệu khí sau đà tách C3+, đồng thời yêu cầu cần thiết để triển khai cơng nghệ thực tế cơng nghiệp MỤC LỤC Trang PHẦN I : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT OLEFIN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN KHÍ THIÊN NHIÊN, KHÍ ĐỒNG HÀNH 1.1 Trữ lượng tiềm khí thiên nhiên, khí đồng hành Việt Nam 1.1.1 Bể Sông Hồng .2 1.1.2 Bể Cửu Long .2 1.1.3 Bể Nam Côn Sơn .2 1.1.4 Thềm Tây Nam (Malay-Thổ Chu) 1.1.5 Bể Phú Khánh .3 1.1.6 Bể Vũng Mây – Tư Chính 1.2 Các nguồn hệ thống đường ống cung cấp khí Việt Nam tương lai 1.2.1 Mỏ khí Tiền Hải 1.2.2 Mỏ Bạch Hổ Rạng Đông thuộc bể Cửu Long 1.2.3 Mỏ khí tự nhiên Lan Tây – Lan Đỏ 1.2.4 Tuyến ống khí Tây Nam 1.3 Kế hoạch cấp khí vào bờ thời gian tới 1.4 Kết luận CHƯƠNG II: THỊ TRƯỜNG OLEFIN KHÍ HOÁ LỎNG TRONG NƯỚC VÀ KHU VỰC 2.1 Thị trường Olefin giới khu vực 2.1.1 Ethylene 2.1.2 PolyEthylen (PE) .10 2.1.3 Kết luận 11 2.2 Thị trường nhựa Việt Nam .11 2.3 Nhu cầu LPG nước 11 2.3.1 Nhu cầu LPG dự báo 11 2.3.2 Khả cung cấp LPG tương lai 12 2.4 Kết luận 13 CHƯƠNG III: CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT OLEFIN 14 3.1 Cơ sở nhiệt động trình nhiệt phân 14 3.1.1 Nhiệt phân Ethane 15 3.1.2 Phản ứng nhiệt phân Methane 17 3.1.3 Pyrolysis hỗn hợp Methane Ethane 21 3.1.4 Kết luận .23 3.2 Các phương pháp pyrolysis không truyên thống để sản xuất Olefine 23 3.2.1 Pyrolysis với xúc tác dị thể .24 3.2.2 Pyrolysis với có mặt chất kích hoạt ban đầu (heterogeneous initiator) 25 3.2.3 Pyrolysis mơi trường nóng chảy 28 3.2.4 Pyrolysis nhiệt độ cao với chất mang nhiệt thể khí 29 3.2.5 Thermal contact Process 30 3.2.6 Thảo luận 31 3.3 Cracking nước 31 3.4 Cracking xúc tác 32 3.5 Q trình dehdro hố xúc tác 34 3.6 Sản xuất Olefins từ khí tự nhiên qua giai đoạn methanol (UOP) .36 3.7 Sản xuất Ethylene cách Oxyhóa phần Ethane có xúc tác 38 3.8 Cracking nhiệt loại sáp (Parafin waxes) .39 3.9 Công nghệ sản xuất Olefine (Etylen) từ Alcol Etylic phương pháp Dehydrate hoá 40 3.10 Sản xuất Olefin nhẹ công nghệ Stream Cracking dầu thô cặn dầu [26, tr 58] 41 CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ CRACKING HƠI NƯỚC 42 4.1 Nhiệt động học trình nhiệt phân 42 4.2 Động học trình nhiệt phân chế phản ứng 44 4.2.1 Động học 44 4.2.2 Cơ chế phản ứng 46 4.3 Điều kiện vận hành 49 4.3.1 Nhiệt độ phản ứng .49 4.3.2 Thời gian lưu .50 4.3.3 Áp suất riêng phần hydrocarbon vai trị nước 50 4.4 Sơ đồ cơng nghệ Pyrolysis số hang giới .52 4.4.1 Công nghệ sản xuất Ethylen hãng Lummus 52 4.4.2 Công nghệ sản xuất Ehthylene Kellog&Brown 54 4.4.3 Công nghệ sản xuất Ethylene hãng Linde AG 56 4.4.4 Công nghệ sản xuất Ethylene hãng Stone& Webster: 58 4.4.5 Công nghệ sản xuất Ethylene hãng Technip 60 4.4.6 Công nghệ sản xuất Ethylene cracking sử dụng trình TPAR để tinh chế sản phẩm Technip: 61 4.4.7 Công nghệ sản xuất Ethylene UOP LLC: 63 PHẦN II: LỰA CHỌNG CÔNG NGHỆ VÀ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHYLEN TỪ NGUYÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN VIỆT NAM 65 CHƯƠNG V: XÂY DỰNG QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ , MƠ PHỎNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETYLEN TỪ KHÍ THIÊN NHIÊN VIỆT NAM 66 5.1 Phân tích lựa chọn cơng nghệ 66 5.2 Phân tích lựa chọn nguyên liệu 67 5.2.1 Lựa chọn nguyên liệu hỗn hợp Methane Ethane .67 5.2.2 Lựa chọn nguyên liệu khí Methane tách từ khí khí thiên nhiên/đồng hành Việt Nam .68 5.2.3 Lựa chọn nguyên liệu khí Ethane tách từ khí khí thiên nhiên/đồng hành Việt Nam .69 5.3 Lựa chọn cơng nghệ tách Ethane từ khí thiên nhiên 70 5.3.1 Các tiêu chí để lựa chọn công nghệ 70 5.3.2 Các trình xử lý ban đầu .71 5.3.3 Các trình phân tách để thu sản phẩm 72 5.3.4 Sơ đồ mô chế độ cơng nghệ tách Ethane từ khí thiên nhiên 74 5.4 Đề xuất công suất nhà máy sản xuất Ethylen 78 5.5 Xây dựng sơ đồ công nghệ .78 5.5.1 Yêu cầu sản phẩm Olefin 78 5.5.2 Lựa chọn cơng nghệ q trình cracking với ngun liệu Ethane 79 5.5.3 Sơ đồ mô tách Ethylen từ hỗn hợp sau thiết bị phản ứng 87 5.6 Phân tích lựa chọn lị phản ứng 87 CHƯƠNG VI: TÍNH TỐN LỊ PHẢN ỨNG CỦA Q TRÌNH CRACKING HƠI 93 6.1 Phương pháp tính tốn lị 93 6.1.1 Tính vùng xạ 93 6.1.2 Tính vùng đối lưu: 94 6.2 Các số liệu ban đầu: 96 6.3 Tính lượng nguyên liệu lượng nhiệt cần cung cấp: 97 6.3.1 Lượng nguyên liệu cung cấp cho lò lượng Etan hồi lưu: 97 6.3.2 Nhiên liệu đốt lượng nhiệt cần cung cấp: 98 6.4 Quá trình cháy nhiên liệu: 101 6.4.1 Thành phần khói: 101 6.4.2 Lượng nhiệt toả đốt cháy 1kg nhiên liệu: .102 6.4.3.Lưu lượng nhiên liệu khói: 103 6.5 Các giả thiết ban đầu kích thước lị kích thước ống: .103 6.6 Tính tốn vùng xạ: 104 Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hoá học Dầu khí PHỤ LỤC III Các bảng biểu, sơ đồ để tính tốn thiết bị [V.2.4] [10, Tr 1173] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hoá học Dầu khí [10, Tr 1174] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [10, Tr 1178] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [10, Tr 1171] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [10, Tr 1188] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [6, Tr 120] [6, Tr 120] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân Khoa Hố học Dầu khí HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [6, Tr 123] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâaân 205 205 185 160 D1 125 100 80 D2 210 180 160 D3 245 215 195 D4 100 D5 180 D6 215 D7 180 98 I II ДBC 150/dvp ДHC 150/dvp ДBC 130/dvp ДHC 130/dvp I II II ДHC 110/dvp 150 130 110 225 225 225 260 290 260 200 150 295 240 335 280 100 - 100 - 180 - 180 - 215 - 215 - 100 170 150 142 240 240 180 D9 103 85 65 76 D8 136 170 170 150 130 D ДBC 110/dvp 90 70 60 dmr 110 I Kiểu ДHC 90/dvp ДBC 90/dvp ДHC 70/dvp ДBC 70/dvp ДHC 60/dvp ДBC 60/dvp Ký hiệu mỏ đốt 100 70 100 70 100 70 35 70 35 D10 Bảng 1: Kích thước kết cấu mỏ đốt lồng ống cơng suất nhiệt trung bình ДBC ДHC 120 90 120 90 120 90 50 90 50 D11 - Ống 2-1”/2 - Ống 2-1”/2 - Ống 2-1”/2 Ống 1-1”/2 Ống 2-1”/2 Ống 1-1”/2 D12 Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí HVTH: Lê Tất Thắng GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân 415 415 ДHC 130/dvp ДBC 150/dvp ДHC 150/dvp ДBC 130/dvp ДHC 110/dvp ДBC 110/dvp ДHC 90/dvp 200 200 853 473 853 - 200 H1 473 50 150 200 150 H 200 260 40 50 40 l 853 473 200 370 ДBC 90/dvp 200 L2 260 370 L1 473 415 L ДHC 70/dvp ДBC 70/dvp ДHC 60/dvp ДBC 60/dvp Ký hiệu mỏ đốt 22 20 18 16 h 26 24 22 16 h1 22 - 22 - 22 h2 n 18 14 d n1 23 18 d1 8 - n2 18 18 - 18 d2 81,7 57,3 82,7 55,3 79,7 54,3 49,3 27,3 47,3 24,8 23,3 23,8 K.lượng, kg Bảng 1: Kích thước kết cấu mỏ đốt lồng ống cơng suất nhiệt trung bình ДBC ДHC (tiếp theo) Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hoá học Dầu khí HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [7, Tr 123] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [7, Tr 25] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí [7, Tr 26] Hình 7.5, [7, Tr 123] GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí Bảng V.II Số ống thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm Sắp xếp ống theo vịng trịn Sắp xếp ống theo hình sáu cạnh (kiểu bàn cờ) Số hình sáu cạnh hay số vòng tròn 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Số ống đường xuyên tâm hình sáu cạnh 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 Tổng số ống khơng kể ống hình viên phân 19 37 61 91 127 169 217 271 331 397 469 547 631 721 817 919 1027 1141 1261 1387 1519 1657 Số ống hình viên phân Ở dãy thứ Ở dãy thứ hai Ở dãy thứ ba 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 12 13 14 15 16 GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâaân Tổng số ống tất viên phân 18 24 30 36 42 48 66 90 102 114 126 138 162 198 228 246 264 Tổng Số ống số ống vịng ngồi thiết bị 19 37 61 91 127 187 241 301 367 439 517 613 721 823 931 1045 1165 1303 1459 1615 1765 1921 12 18 25 31 37 43 50 56 62 69 75 81 87 94 100 106 113 119 125 131 138 144 Tổng số ống 19 37 62 93 130 173 223 279 341 410 485 566 653 747 847 953 1066 1185 1310 1441 1579 1723 HVTH: Lê Tất Thắng Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Hố học Dầu khí TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Tất Thắng Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 05/02/1974 Nơi sinh : Nghệ An Địa liên lạc: 163/61 Hoàng Văn Thụ, Phường 7, Vũng tàu QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: − Tháng 09/1992 ÷ 05/1997: Học đại học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Khoa CNHH - Chuyên ngành: Công nghệ Hoá dầu − Tháng 10/1999 ÷ 6/2001: Học II Kỹ sư kinh tế ngành Quản trị Kinh doanh Trường Đại học Bách Khoa Hà nội tổ chức Vũng tàu − Tháng 10/2003 – 2005: Học viên cao học Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM - chuyên ngành Công nghệ Hoá Học QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: − Tháng 06/1997 ÷ nay: Công tác Công ty Chế biến Kinh doanh Các sản phẩm Khí – Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam GVHD: PGS.TS Phan Minh Tâân HVTH: Lê Tất Thắng ... Cơng nghệ Hố học Phái: Nam Nơi sinh: Nghệ An MSHV: 00503142 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam Thiết kế cơng nghệ sản xuất Olefin từ. .. sinh: Nghệ An Chun ngành: Cơng nghệ hố học Mã ngành: 02.10.00 Tên đề tài: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sản xuất Olefin từ khí thiên nhiên, đồng hành Việt Nam Thiết kế cơng nghệ sản xuất Olefin từ. .. đề xuất công suất /công nghệ sản suất Olefin từ khí thiên nhiên /đồng hành Việt Nam Trên sở thành phần trữ lượng khí thiên nhiên, đồng hành mỏ phát hiện, phân tích lựa chọn nguyên liệu, công nghệ