CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE HIỆN ĐANG SỬ DỤNG TRÊN THẾ GIỚ
IV.4 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ IV.4.1 So sánh các công nghệ
IV.4.1. So sánh các công nghệ
Ta thấy rằng có nhiều công nghệ sản xuất MTBE, mỗi công nghệ sử dụng một nguồn nguyên liệu khác nhau với những ưu nhược điểm riêng. Với công nghệ sử dụng nguyên liệu là iso-buten thu được từ pha Raffinat-1 của quá trình cracking hơi nước hay sử dụng nguyên liệu FCC-C4 để sản xuất MTBE thì chỉ có thể áp dụng với quy mô nhỏ do nguồn nguyên liệu bị hạn chế.
Sản xuất MTBE theo công nghệ của hãng ARCO và Taxaco sử dụng nguyên liệu là iso-buten từ quá trình dehydrat hóa TBA cũng không thuận lợi lắm vì phải kết hợp với quá trình sản xuất propylen oxit.
Công nghệ mới khắc phục được nhược điểm trên là công nghệ sử dụng nguyên liệu là khí mỏ butan. Đây là một nguồn nguyên liệu khá dồi dào nhờ sự phát triển của ngành dầu khí.
Hiện nay, phương pháp đi từ butan mỏ khí đang được đưa vào thực tế và khẳng định được vị trí của nó, dần dần chiếm giữ vai trò chủ yếu để sản xuất MTBE trên thế giới. Mặc dù đầu tư ban đầu lớn nhưng do có nguồn nguyên liệu dồi dào nên có thể sản xuất với công suất lớn. Công nghệ mới của UOP (gồm quá trình Butamer, Oleflex và Ethermax) có nhiều ưu điểm hơn quá trình của ABB Lummus vì quá trình tái sinh xúc tác tiến hành liên tục và do đó xúc tác luôn có hoạt tính cao.
IV.4.2. Lựa chọn công nghệ
Như vậy, với nguồn nguyên liệu là iso-butan và công suất thiết kế là 125.000 tấn/năm thì ta lựa chọn công nghệ Oleflex cho quá trình dehydro hóa và công nghệ Ethermax (UOP) cho quá trình ete hóa. Hai công nghệ này đều là các công nghệ tiên tiến hiện nay. Các công nghệ này sử dụng kỹ thuật mới, xúc tác hoạt tính cao, độ chọn lọc cao, cho độ chuyển hóa cao, mang lại hiệu suất lớn.
Vì ở đây nguyên liệu đầu vào là iso-butan nên quá trình sản xuất gồm 2 quá trình cơ bản là:
- Quá trình dehydro hoá iso-butan của Oleflex. - Quá trình ete hoá tổng hợp MTBE của Ethermax.
Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE từ iso-butan dựa trên các quá trình Oleflex và Ethermax (UOP) với các thông số kỹ thuật sau:
- Nhiệt độ làm việc của tháp tổng hợp MTBE 313K đến 363K (40 đến 900C) - Áp suất của tháp tổng hợp là 10 đến 15 at.
- Độ chuyển hoá đạt 99%.
- Thiết bị phản ứng loại ống chùm, xúc tác dùng cho quá trình tổng hợp MTBE là nhựa trao đổi ion Amberlyst 15.
- Thiết bị phản ứng dehydro hóa dạng xúc tác tầng sôi, xúc tác là Pt/Al2O3.
* Lý do chọn công nghệ
Quá trình Oleflex của UOP tiến hành dehydro hóa trong 3 thiết bị phản ứng nối tiếp nhau, làm cho thời gian lưu đồng đều hơn. Đồng thời, quá trình tái sinh xúc tác được tiến hành liên tục nên xúc tác luôn có hoạt tính nhờ vậy mà độ chọn lọc cao và độ chuyển hoá cao. Bên cạnh đó, hỗn hợp nguyên liệu được gia nhiệt bằng các lò ống nên đảm bảo được nhiệt độ yêu cầu cho quá trình (540-650)0C.
Quá trình Ethermax của UOP tiến hành ete hóa trong 2 thiết bị phản ứng: thiết bị phản ứng thứ nhất là thiết bị đoạn nhiệt có trao đổi nhiệt trung gian dùng nước làm lạnh để giải nhiệt cho phản ứng; thiết bị thứ hai là thiết bị chưng cất có xúc tác, tại đây vừa tiến hành phản ứng ete hóa tiếp tục vừa tiến hành chưng tách MTBE sản phẩm ra khỏi hỗn hợp phản ứng nhằm tăng cao độ chuyển hóa đồng thời tận dụng được nhiệt phản ứng ở thiết bị phản ứng đoạn nhiệt cho quá trình chưng tách. Với công nghệ này, độ chuyển hóa ở thiết bị đoạn nhiệt là 85% và ở thiết bị phản ứng chưng cất đạt trên 99%.
IV.4.3.Thuyết minh dây chuyền công nghệ đã chọn
∗ Sơ đồ công nghệ :
1. Thùng chứa iso-butan 2. Thiết bị trao đổi nhiệt 3. Lò ống gia nhiệt
5. Bộ phận thu hồi xúc tác 6. Thiết bị chứa khí nâng 7.14. Hệ thống tái sinh xúc tác 15. Thiết bị làm mát bằng không khí 16. Máy nén 17. Thiết bị sấy 18. Thiết bị phân ly lỏng - khí 19.Máy giảm áp 20. Tháp tách khí không ngưng 21.Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 22. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 23. Thùng chứa iso-buten 24. Thùng chứa metanol 25. Thiết bị trộn 26. Thiết bị phản ứng ống chùm 27. Thiết bị phản ứng chưng - tách 28. Thùng chứa MTBE 29. Tháp hấp thụ metanol 30. Tháp tách metanol – nước 31. Thiết bị làm lạnh 32. Bơm
*Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nguyên liệu iso-butan ban đầu cùng với lượng iso-butan tuần hoàn được trộn lẫn với nhau tại thùng chứa nguyên liệu iso-butan (1). Từ (1), iso-butan nguyên liệu được bơm đến thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm dehydro hóa và tiếp tục đưa đến lò ống gia nhiệt (3) để nâng nhiệt độ của iso-butan lên đến nhiệt độ yêu cầu của phản ứng dehydro hóa (550÷6500C). Sau đó, iso-butan được đưa vào đỉnh tháp dehydro hóa thứ nhất (4)
cùng với xúc tác rơi từ đỉnh tháp xuống. Hệ thống thiết bị phản ứng gồm 3 thiết bị nối tiếp nhau và thiết bị tái sinh xúc tác cũng được bố trí bên cạnh.
Trong quá trình phản ứng có thể lấy một lượng nhỏ xúc tác đã giảm hoạt tính từ đáy thiết bị phản ứng cuối cùng đưa sang hệ thống tái sinh, xúc tác đã tái sinh được đưa tuần hoàn trở lại tháp dehydro hóa thứ nhất, còn từ đáy thiết bị trước được đưa trở lại đỉnh của thiết bị phản ứng sau đó. Dòng ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất được gia nhiệt tại lò ống thứ 2 rồi đưa vào thiết bị phản ứng thứ hai. Sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ hai, dòng sản phẩm được gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt thứ ba rồi đưa vào thiết bị phản ứng thứ ba. Đến đây, sản phẩm được lấy ra ở đáy tháp có chứa khoảng 55÷65% iso-buten và iso-butan. Dòng sản phẩm này được trao đổi nhiệt với nguyên liệu đầu, làm lạnh tại (2,15) và được nén đến áp suất cần thiết tại (16) rồi trao đổi nhiệt với dòng khí thải trước khi đi vào tháp phân ly khí thải giàu H2 (18). Khí thải này là phần không ngưng trong thiết bị phân ly (18) được giãn nở nhiệt tại (19) và một phần tuần hoàn lại, một phần lớn được đưa đi thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác như sản xuất điện cho phân xưởng, dùng cho các quá trình làm lạnh, sử dụng làm nhiên liệu khí hoặc dùng để sản xuất H2 tinh khiết. Sở dĩ người ta cho tuần hoàn lại dòng khí giàu H2 là để duy trì ổn định xúc tác, đốt cháy cốc tạo ra và giúp cho quá trình cấp nhiệt tốt hơn.
Sản phẩm đáy của tháp phân ly (18) là phần lỏng ngưng tụ chứa chủ yếu là C4 trong đó, iso-buten chiếm khoảng 33% mol còn lại là iso-butan chưa phản ứng, n-butan, propan, propylen,... Toàn bộ hỗn hợp sản phẩm này được đưa sang tháp cất sản phẩm nhẹ (20). Tại (20), sản phẩm nhẹ được lấy ra trên đỉnh, làm lạnh và cho vào thiết bị phân ly hỗn hợp đỉnh. Tại đây, một phần được khí thải (không ngưng) tách ra, một phần sản phẩm nhẹ cho hồi lưu đỉnh tháp (20). Dưới đáy tháp (20) ta thu được hỗn hợp iso-buten đưa đến thùng chứa isobuten (23) kết thúc giai đoạn dehydro hóa iso-butan thành iso- buten.
Hỗn hợp lỏng chứa iso-buten từ thùng chứa (23) được bơm sang thiết bị trộn (25). Metanol sạch từ bể chứa (24) được bơm lên và trộn với nguyên liệu C4 tại (25). Hỗn hợp nguyên liệu gồm iso-buten và metanol sau khi đã trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm đi ra để nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ phản ứng ete hóa (50oC) rồi đưa sang thiết bị phản ứng
ống chùm có trao đổi nhiệt trung gian (26). Nhiệt toả ra của phản ứng được lấy đi trao đổi nhiệt với dòng vào và thiết bị làm lạnh bằng nước. Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất được đưa sang thiết bị phản ứng chưng - tách (29) để nâng độ chuyển hoá iso-buten lên 99%, đồng thời MTBE cũng được tách ra ở đáy thiết bị này, sau khi làm lạnh được đưa về thùng chứa sản phẩm MTBE (28).
Những tác nhân chưa phản ứng, metanol và hỗn hợp C4 từ đỉnh thiết bị phản ứng chưng - tách được ngưng tụ, một phần hồi lưu, phần khác được đưa sang tháp hấp thụ metanol (29). Tại đây, nước được phun từ trên xuống, hỗn hợp hơi metanol và C4 được đi từ dưới lên. Hỗn hợp C4 chưa phản ứng không tan vào nước được thu hồi trên đỉnh tháp và được đưa đi xử lý trước khi tuần hoàn về thùng chứa iso-butan (1) còn dung dịch hấp thụ metanol thu được ở đáy tháp và được đưa sang tháp chưng thu hồi metanol (30). Tại đây, metanol được tách khỏi nước và đi lên đỉnh tháp rồi được làm mát, ngưng tụ tại (31) từ đây một phần metanol cho hồi lưu đỉnh tháp, phần còn lại được tuần hoàn về bể chứa metanol (24) cùng với metanol mới. Nước thu ở đáy tháp chưng (30) được bơm lại tháp hấp thụ (29) để dùng làm chất hấp thụ metanol, một phần nước cho hồi lưu đáy tháp (22).