4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ.
Khi sản xuất axetylen từ nguyên liệu là các hydrocac bon bằng các công nghệ nói trên, hỗn hợp khí sản xuất có chứa trên 30 hợp chất, trong đó có H2, CO, CO2, CH4, các olefin (etylen, propylen, …), các đồng đẳng của axetylen, các hợp chất thơm (BTX). Nồng độ axetylen trong khí sản phẩm có từ 7 đến 10% mol. Để tách axetylen từ hỗn hợp khí sản phẩm, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: hấp thụ bằng dung môi chọn lọc (dimetyl formamid, N-metyl pyrolydon), bằng các dung môi ở nhiệt độ thấp (methanol, amniac, keroxen, axeton, …), hấp thụ bằng than hoạt tính, …Hơn 70% số dây chuyển sản xuất công nghiệp sử dụng dung môi chọn lọc.
Sơ đồ nguyên lý tách axetylen từ nhiệt phân bằng dung môi N-metyl pyrolidon (NMP) xem trên hình3.13. Hỗn hợp khí sau khi nhiệt phân đưa sang công đoạn hấp thụ bằng NMP được tách thành 3 dòng:
1. Sản phẩm axetylen thương phẩm, hàm lượng axetylen có thể trên 99% mol.
2. Khí tổng hợp thô chủ yếu chứa CO và H2.
3. Các đồng đẳng cao hơn của axetylen (metyl axetylen, vinyl axetylen, diaxetylen,…) và các hợp chất thơm. Dòng khí này sẽ được pha loãng bằng một phần dòng khí tổng hợp vì lý do an toàn và được sử dụng làm nhiên liệu.
Khí nhiệt phân sau khi nén tới 10 atm được đưa vào tháp hấp thụ sơ bộ, tại đây dòng khí tiếp xúc với một lượng nhỏ chất hấp thụ để tách hầu hết các hợp chất
thơm, C4 và các đồng đẳng của axetylen trừ vinyl axetylen. Trong tháp hấp thụ chính 4, hỗn hợp khí được tiếp xúc với lượng lớn dung môi N-metyl pyrolidon (NMP), dung môi hấp thụ toàn bộ axetylen, các đồng đẳng, CO2, còn trên đỉnh tháp sẽ nhận được khí tổng hợp thô chứa chủ yếu H2 và CO.
Dung dịch NMP sau khi hấp thụ từ các tháp hấp thụ được tách khí qua nhiều bước, áp suất giảm và nhiệt độ tăng qua từng bước.Tháp nhả hấp thụ 5 làm việc ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao hơn môi trường một chút.Trong tháp này, dung dịch tưới từ trên xuống tiếp xúc với dòng khí đi từ đỉnh tháp nhả hấp thụ 6 được thổi ngược chiều từ dưới lên.Từ khí đỉnh tháp 5 chứa CO2 được tuần hoàn trở lại trộn với khí nhiệt phân. Axetylen thành phẩm nhận được từ giữa tháp 5 có nồng độ 98,4% mol. Dung dịch NMP sau đó được tách khí qua hai bước tiếp theo trong tháp 6 ở nhiệt độ 110 đến 1200C: ban đầu ở áp suất khí quyển (ở phần trên), bước thứ hai ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (khoảng 0,2 atm) ở phần dưới của tháp. Vinyl axetylen, metyl axetylen và nước dư được lấy ra từ giữa tháp đưa sang tháp tách chân không 7. Hàm lương nước trong dung môi được khống chế bằng tốc độ sôi trong tháp. Từ tháp đáy chân không 6, việc tách khí đã hoàn thành, và dung môi được làm lạnh và tuần hoàn về tháp hấp thụ chính 4.
Một lượng nhỏ dung môi từ tháp hấp thụ sơ bộ 2 được nhả hấp thụ cùng với khí tổng hợp thô để thu hồi axetylen hòa tan tại tháp 3. Khí đi từ đỉnh tháp 3 tuần hoàn về máy nén 1, còn dung môi sau đó được tách khí trong tháp tách chân không 7. Từ đỉnh tháp tách 7 chứa axetylen cao, nước và một ít hơi NMP. Trong tháp 8, NMP được thu hồi bằng nước tưới từ đỉnh tháp, sẽ được trộn vào dòng dung môi từ đáy tháp 5. Khí được làm lạnh bằng tiếp xúc trực tiếp trong tháp ngưng tụ 9 với nước từ chu trình lạnh, sẽ được ngưng tụ hầu hết hơi nước. Các axetylen cao được đưa sang làm nhiên liệu cho lò đốt.
Sản phẩm axetylen thô có hàm lượng 98,4%, trong đó chủ yếu còn propadien, metyl axetylen và N2. Để có độ tinh khiết cao hơn, tới 99,7%, cần phải rửa bằng axit sunfuric và dung dịch natri hydroxit.
Phần 2:TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Chương 1:TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Dây chuyền sản xuất hoạt động trong năm có:
10 ngày nghỉ, sửa chửa khi gặp sự cố nhỏ, 20 ngày nghỉ sửa chữa khi gặp sự cố lớn, 15 ngày nghỉ để bảo dưỡng máy móc thiết bị.
Như vậy số ngày nghỉ trong năm là 45 ngày.Cho nên dây chuyền làm việc 320 ngày trong một năm.Khí sau quá trình nhiệt phân có các thành phần:
Bảng 4: Khối lượng riêng và phần trăm thể tích của từng cấu tử trong hỗn hợp khí sau khi nhiệt phân.
Cấu tử % thể tích ρ(kg/m3) C2H2 8,5 1,1708 C2H4 0,4 1,2644 H2 57 0,0898 CH4 4 0,7167 CO 25,5 1,2501 CO2 3 1,9768 N2 1 1,2507 C3H4 0,6 1,786
Với năng suất 30.000 T/năm axetylen tinh đòi hỏi axetylen của khí nhiệt phân là:
16000 22, 4 1000 1794,872 1794,872 26 24 320 × × = × × m h 3
Năng suất trong quá trình phân tách η = 0,9 và thành phần của axetylen trong khí nhiệt phân là 8,5%, do đó lượng nhiệt phân thực tế là:
1794,872 100
23462,379 0,9 8,5
× =
× m3h
Như vậy thể tích trong nhiệt phân là:
Cấu tử ρ(kg/m3) m3/h kg/h C2H2 1,1708 1994,302 2334,929 C2H4 1,2644 93,850 118,664 H2 0,0898 13373,556 1200,945 CH4 0,7167 938,495 672,619 CO 1,2501 5982,495 7479,232 CO2 1,9768 703,871 1391,412 N2 1,2507 234,624 293,444 C3H4 1,786 140,774 251,422 Tổng 23462,379 13742,667