2: Quá trình dehydro hóa sản xuất Styren từ Etylbenzen
2.4: Thuyết mình sơ đồ công nghệ Smart Lummus/UOP
Xúc tác khử của quá trình:
• Cấu tử hoạt động Fe2O3.
• Chất ổn định Cr2O3, Al2O3,MgO.
• Chất ức chế tạo cốc K2O.
• Chất khơi mào CuO, V2O5, AgO.
• Chất kết dính Aluminat Canxi NaAlO2.
Xúc tác quá trình oxy hóa chọn lọc oxy: OC-5 chất xúc tác rắn được sử dụng để oxy hóa chọn lọc hydro. OC-5 gồm nhôm hình cầu ngâm tẩm với bạch kim. Chất xúc tác OC-5 được sử dụng trong quá trình SmartSM sản xuất styrene monomer (SM) từ ethylbenzene (EB). Phản ứng chính là khử EB trên chất xúc tác oxit sắt để tạo thành SM và hydro. Bởi vì các phản ứng khử là thu nhiệt cao, các cơ sở sản xuất SM thông thường sử dụng hai hoặc nhiều giai đoạn phản ứng sử dụng hơi nước để cung cấp nhiệt cho hỗn hợp phản
quá trình oxy hóa hydro được giải phóng từ quá trình khử EB để cung cấp một phần nhiệt cho phản ứng khử.
Chọn lọc quá trình oxy hóa của hydro với xúc tác OC-5 cung cấp trực tiếp và hiệu quả nhiệt cho phản ứng khử.Nó sử dụng lò phản ứng UOP được thiết kế đặc biệt để đạt được các phản ứng oxy hóa và khử. Khi hydro được tiêu thụ ở phản ứng oxi hóa thì cân bằng của phản ứng khử sẽ được chuyển dịch sang bên phải vì vậy tạo ra nhiều etylbenzen hơn. Điều này dẫn đến EB chuyển đổi hơn 80%. Xúc tác OC-5 là chất xúc tác quá trình oxy hóa mới nhất được UOP phát triển thay thế cho xúc tác OC-4.2TM.
Các tính năng và lợi ích:
• Quá trình smartSM là lý tưởng để mở rộng công suất của một quá trình SM hiện tại lên 30-50% với cùng vốn đầu tư.
• Nhôm trong xúc tác OC-5 dạng hình cầu nên cải thiện được khả năng khuếch tán bạch kim.
• Chất xúc tác OC-5 cung cấp các hoạt động tương tự và có độ chọn lọc, ổn định hiệu suất như chất xúc tác OC-4.2 với lượng bạch kim chỉ bằng một nửa.
Tính chất vật lý:
• Đường kính 3,8 mm
• ABD, 750 kg/m3
Dòng nguyên liệu etylbenzen mới cùng với etylbenzen tuần hoàn được bốc hơi và trộn cùng dòng hơi nước để đạt nhiệt độ khoảng 530 – 550oC được đưa vào tháp phản ứng thứ nhất. Thiết bị phản ứng loại xuyên tâm và chứa xúc tác cho phản ứng khử, tại đây EB bị khử tạo thành Styren. Hỗn hợp sau thiết bị phản ứng thứ nhất được đưa ra và kết hợp với dòng không khí và hơi nước được đưa vào thiết bị phản ứng thứ hai. Thiết bị phản ứng thứ hai có thêm một lớp xúc tác cho phản ứng oxy hóa chọn lọc hydro. Lượng hydro sẽ bị oxy hóa và tỏa nhiệt, cung cấp nhiệt cho phản ứng khử EB. Hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng thứ hai được đưa qua thiết bị thứ ba. Số thiết bị trong quá trình SmartSM là lẽ và phụ
oxy hóa chọn lọc hydro sẽ được đắt xen kẽ với các thiết chỉ chưa xúc tác phản ứng khử. Các thiết bị phản ứng làm việc ở áp suất 0,15 – 0,2MPa. Hỗn hợp sau khi ra khỏi các thiết bị phản ứng có nhiệt độ khoảng 590 – 600oC được làm lạnh nhanh chóng trong thiết bị tôi bằng nước, nhiệt của khí sản phẩm dùng để sản xuất hơi nước áp suất trung bình để cung cấp cho quá trình, sau đó khí sản phẩm tiếp tục được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt. Sản phẩm sau khi được làm lạnh và ngưng tụ, được đưa vào thiết bị tách ba pha:
• Pha khí giầu hydro, CO, CO2, hydrocacbonn nhẹ: sau khi nén, hóa lỏng phân đoạn nặng, được sử dụng làm nhiên liệu.
• Pha nước giàu hydrocacbon thơm được đưa vào tháp tách, benzene và toluene được thu hồi.
• Pha hữu cơ chủ yếu chứa styrene và etylbenzen được đưa sang bộ phận tách.
Do styrene rất dễ trùng nhưng nên quá trình được thực hiện ở điều kiện chân không để giảm nhiệt độ trong tháp.
Tức là dòng hữu cơ sau khi ra khỏi thiết bị tách ba pha được thêm dinitrophenol để tránh trùng hợp, được đưa vào tháp tách styrene thô.
• Số đĩa lớn ( 60 – 70 đĩa ) và chỉ số hồi lưu cao ( > 6 ).
• Thực hiện trong điều kiện chân không ( 7 – 30 kPa ) để giảm nhiệt độ đáy tháp xuống dưới 108oC và tăng độ bay hơi tương đối.
Trên đỉnh tháp chứa chủ yếu benzene, toluene, etylbenzen và khí nhẹ bị giữ lại khi tách ba pha sẽ được làm mát và vào tháp tách hai pha, khí được tách ra làm nhiên liệu, phần lỏng một phần được đưa lại tháp tách, phần còn lại đưa sang tháp tách etylbenzen. Đáy tháp chứa styrene và sản phẩm nặng, một phần được đun sôi trong thiết bị đung sôi đáy tháp để tuần hoàn lại tháp, phần còn lại đưa đi tinh chế.
Tinh chế styrene đòi hỏi điều kiện mềm hơn: 20 đĩa, nhiệt độ đỉnh tháp 50oC, đáy tháp 105oC, tương ứng với áp suất 10 và 20 kPa. Đỉnh tháp thu được sản phẩm là styrene với độ tinh khiết nhỏ nhất là 99,85% khối lương, styrene được đưa ra và thêm chất ức chế
Phần đỉnh của hai tháp này đều được nối với hệ thống tạo chân không.
Hỗn hợp benzene, toluene, etylbenzen được đưa sang tháp thu hồi etylbenzen. Tháp này làm việc ở áp suất khí quyển và có nhiệt độ đáy tháp khoảng 140oC ( 60 đĩa ). Đáy tháp chứa chủ yếu etylbenzen sẽ được đưa đi trao đổi nhiệt với dòng vào tháp và được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng. Đỉnh tháp chứa chủ yếu benzene, toluene được đưa sang tháp tách phân đoạn nhẹ.
Tháp tách phân đoạn nhẹ làm việc ở áp suất khí quyển, nhiệt độ đáy tháp 115oC ( 20 đĩa ). Benzen thu ở đỉnh làm có thể được tuần hoàn sang thiết bị phản ứng alkyl hóa. Đáy tháp thu được toluene.