Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ isobutan

Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu cho quá

Có thể thấy rằng sự tăng hàm lợng MTBE trong hỗn hợp phản ứng dẫn đến những thay đổi, không phụ thuộc vào nhựa, của những thông số hoạt hoá ( ∆H và ∆S), những thông số mà dẫn đến sự thay đổi phức hoạt hoá. Nớc với một lợng nhỏ cũng có ảnh hởng ức chế và làm giảm tốc độ tạo ra MTBE, đặc biệt là ở phần đầu (phần trên) của thiết bị gián đoạn hoặc thiết bị ống chùm. Tác nhân phản ứng thứ 2 là Metanol đợc sản xuất với độ tinh khiết lớn hơn 99% và đợc sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE mà không cần phải xử lý thêm.

Iso butan có các tính chất của một defin đặc trng với những phản ứng chính nh phản ứng cộng, xúc tác acid (phản ứng cộng rợu tạo ete, phản ứng cộng các halogen tạo các dẫn xuất halogenna, phản ứng cộng H2O tạo TBA, phản ứng isome hoá, phản ứng polime hoá tạo DIB, phản ứng với CO và H2O để tạo ra. axit cacbo xlic)(CH3)3C COOH, phản ứng với fomaldehyde tạo hợp chất dùng.

So sánh các công nghệ

Sản xuất MTBE đi theo công nghệ ARCO của TAXACO có vốn đầu t 68,7 triệu USD. Phơng pháp này cũng có thể sản xuất MTBE với công suất lớn 1.000.000 tấn/năm, song giá thành sản xuất đắt hơn.

Lựa chọn công nghệ

Khí isobutan lỏng đợc chứa trong thùng chứa nguyên liệu, khí isobutan đợc trao đổi nhiệt với sản phẩm để nâng nhiệt độ và đi vào thiết bị gia nhiệt (1). Khí isobutan nguyên liệu đợc trộn lẫn với khí isobutan tuần hoàn từ thiết bị MTBE (đã xử lý) và đợc gia nhập để nâng nhiệt độ đến nhiệt độ yêu cầu. Trong quá trình phản ứng có thể lấy một lợng nhỏ xúc tác đã giảm hoạt tính từ đáy thiết bị phản ứng, cuối cùng đa sang tái sinh, còn từ đáy thiết bị khác đợc.

Sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ hai, dòng sản phẩm đợc gia nhập ở thiết bị gia nhiệt thứ ba và đa vào thiết bị phản ứng thứ ba và cứ tiếp tục. Dòng ra khỏi hệ thống thiết bị phản ứng đợc trao đổi nhiệt với nguyên liệu, làm mát, sấy khô và trao đổi nhiệt với dòng khí thải trớc khi đi vào tháp tách khí thải giàu H2. Khí thải này là phần không ngng trong thiết bị tách đợc nén và một phần tuần hoàn lại, một phần lớn đợc đa đi thu hồi, sản xuất điện cho phân xởng hoặc dùng cho các quá trình làm lạnh hoặc sử dụng làm nhiên liệu khí hoặc dùng để sản xuất H2 tinh khiết.

Dòng khí giàu H2 tuần hoàn lại để duy trì ổn định xúc tác đốt cháy cốc tạo ra và giúp cho quá trình cấp nhiệt tốt hơn. Metanol sạch từ bể chứa đợc bơm lên và trộn với nguyên liệu C4 và đi sang thiết bị phản ứng thứ nhất sau khi đã trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm MTBE đi ra. Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất đợc đa sang thiết bị phản ứng - chng tách để nâng nhiệt độ chuyển hoá isobuten lên 99,9%, đồng thời MTBE cũng đợc tách ra ở đáy thiết bị phản ứng - chng tách này.

Những tác nhân cha phản ứng, Metanol và hỗn hợp C4 từ đỉnh thiết bị phản ứng chng tách đợc ngng tụ, một phần hồi lu, phần khác đợc đa sang tháp hấp thụ Metanol. Tại đây nớc đợc phun từ dới lên, hỗn hợp hơi Metanol + C4s đợc đi từ trên xuống, Metanol bị tan vào nớc và thu đợc ở đáy tháp, khí C4 cha phản ứng không tan đợc thu hồi trên đỉnh tháp và đợc đa đi xử lý trớc khi tuần hoàn về dây chuyền dehydro hoá.

Tính toán cân bằng vật chất

Quá trình sản xuất MTBE qua 2 giai đoạn: giai đoạn đề hyđro hóa isobutan và giai đoạn tổng hợp MTBE. + Khối lợng sản phẩm MTBE đi ra phải là năng suất quy định của toàn dây chuyền sản xuất và bằng 6313,13 kg/h. Đây là phản ứng thuận nghịch, tuy vậy khi qua tháp phản ứng chng cất (tháp CD) theo công nghệ CD Tech thị độ chuyển hóa chung đạt 99%, độ chọn lọc đạt 100% (tính theo iso buten).

Lợng Metanol tuần hoàn = lợng Metanol còn lại sau phản ứng- lợng Metanol trong sản phẩm MTBE. Lợng Metanol còn lại sau phản ứng = Lợng Metanol đa vào - Metanol tiêu thụ cho phản ứng. Lợng Metanol tiêu hao cho phản ứng cũng bằng số kmol MTBE tạo ra (theo phản ứng tổng hợp) và bằng 71,74 kmol/h.

Coi rằng Metanol đợc thu hồi theo dòng sản phẩm chính ra khỏi tháp phản ứng 2 là 100%. Về khối lợng nguyên liệu iso-C4H10 còn chứa các thành phần khí khác nh propan, n-butan, buten. Dòng vật chất đi ra khỏi thiết bị đề hyđro hóa sẽ đợc ngng tụ các cấu tử từ C3 trở lên sẽ ngng khi bị nén ở áp suất.

Dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất đợc đa vào thiết bị phản ứng chng cất. Vì vậy các cấu tử và khối lợng của chúng cũng là các cấu tử và khối lợng của dòng ra thiết bị phản ứng thứ nhất.

Tính cân bằng nhiệt lợng

Dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất đợc tóm tắt ở bảng 23.

Tính toán thiết bị phản ứng chính

Vậy nếu gọi x là thể tích của Metanol trong 1l dung dịch hỗn hợp thí (1-x) là thể tích của iso-C4H8. Thiết bị phản ứng là thiết bị ống chùm có cấu tạo bên ngoài là vỏ bọc, bên trong là các ống chứa xúc tác nhựa trao đổi ion. Hỗn hợp nguyên liệu đợc đa vào thiết bị ở đỉnh và từ chảy trong ống chứa xúc tác.

Đây là phản ứng tỏa nhiệt, để đảm bảo nhiệt độ không tăng cao ta cần thiết kế đờng kính ống phù hợp và chùng nớc lạnh để đi ngoài ống lấy nhiệt đi. Vì hỗn hợp phản ứng chỉ đi vào trong các ống chứa xúc tác nên tiết diện ngang S là tổng các tiết diện ngang của các ống chùm. Nếu ta xếp ống thêm ở phần khoảng không giữa các cạnh hình lục giác và thành thiết bị thì số ống sẽ là 613 ống.

Chiều dày của đáy và nắp làm việc chịu áp suất trong đợc tính theo công thức [17-385]. Do đó đại lợng P ở mẫu số của công thức tính chiều dày đáy, nắp ở trên có thể bỏ qua. Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng nh nối các bộ phận khác với thiết bị.

Ta chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dÉn. Chọn bích liền bằng thép để nối nắp và đáy tháp với thân thiết bị.