Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE - Trịnh Huy Thắng
MỤC LỤC
Lời nói đầu 4
Chương 1: Tổng quan lý thuyết 6
I. Các phương pháp tổng hợp MTBE 6
I.1. Sơ đồ công nghệ chung sản xuất MTBE 7
I.2. Cơ sở hoá học của quá trình sản xuất MTBE 9
I.3. Các phương pháp sản xuất 11
II. Cơ chế và động học của phản ứng 11
II.1. Cơ chế 11
II.2. Xúc tác 12
II.2.1. Xúc tác nhựa trao đổi ion 12
II.2.2. Xúc tác zeolite 14
II.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp 15
III. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm 15
III.1. Iso-buten 15
II.1.1. Tính chất vật lý 15
II.1.2. Tính chất hóa học 16
II.1.3. Phương pháp điều chế iso-buten 17
III.2. Metanol 18
III.2.1. Tính chất vật lý 18
III.2.2. Tính chất hóa học 19
III.2.3. Các nguồn cung cấp metanol 20
III.3. Sản phẩm MTBE 24 III.3.1. Tính chất vật lý 24
III.3.2. Tính chất hoá học 26
III.4. Iso-butan 22
III.4.1. Tính chất vật lý 22
III.4.2. Tính chất hoá học 22
IV Vai trò của MTBE 24 IV.1. Vai rò của MTBE trong xăng 24
IV.2. Một số ứng dụng khác của MTBE 26
Chương 2: Các công nghệ sản xuất MTBE 29
II.1. Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu là
hỗn hợp khí C4 Raffinat-2 từ quá trình Cr-acking hơi nước và
hỗn hợp FCC-BB từ quá trình Cr-acking xúc tác 39
II.2. Công nghệ tổng hợp MTBE sử dụng nguyên liệu là
khí butan từ mỏ khí tự nhiên 44
II.3. Xây dựng công nghệ sản xuất MTBE 44 Chương 3: Tính toán công nghệ 56
I. Tính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng 56
I.1. Tính cân bằng vật chất chung 56
I.1.1. Giai đoạn dehydro hóa
I.1.2. Giai đoạn tổng hợp MTBE 57
I.2. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị ete hoá(ống chùm) 58
I.3. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản RWD 79
II. Tính cân bằng nhiệt lượng 81
III. Tính kích thước thiết bị phản ứng chính
III.1. Tính thể tích làm việc của thiết bị 84
III.2. Tính đường kính, chiều cao làm việc của tháp 88
III.3. Tính chiều dày thân thiết bị 90
III.2. Tính chiều dày của đáy và nắp 93
III.3. Tính đường kính các ống dẫn 95
III.4. Chọn mặt bích cho thiết bị 95
Chương 4: Xây dựng 100
I. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy 100
II. Các nguyên tắc khi thiết kế xây dựng 102
III. Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cơ bản 108
Chương 5: Tính toán kinh tế
Mụch đích và yêu cầu
Xác định chi phí
Chương 6: An toàn lao động và bảo vệ môi trường
I. Khái quát
II. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ
III.Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ
IV.Bảo vệ môi trường
Kết luận 116
Tài liệu tham khảo 117
http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_thiet_ke_phan_xuong_san_xuat_mtbe_trinh_huy_thang_ARWwXVCF5R.png /tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-mtbe-trinh-huy-thang-87673/ Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn. Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ỉnh, sau khi làm lạnh thì đi vào thiết bị phản ứng thứ hai (3) tiếp tục phản ứng ete hóa tạo MTBE. Hỗn hợp từ đáy (3) được chia làm 2 phần: một phần quay trở lại tháp phân tách (2) để tách sản phẩm MTBE, một phần đi vào tháp (4) để tách methanol ra khỏi hỗn hợp C4. Hỗn hợp C4 đã tách metanol ở trên đỉnh tháp (4) được đưa tới thiết bị dehydro hoá còn metanol được dẫn tới thiết bị (5) để thu hồi metanol rồi cho quay trở lại thiết bị phản ứng (1) để trộn vào dòng metanol và iso-buten. Dưới đáy tháp (5) là nước, một phần cho hồi lưu đáy, phần còn lại dẫn qua tháp (4) để hấp thụ methanol.
Như vậy đối với công nghệ ete hoá của Philipps có điểm đặc biệt là mặc dù có 1 thiết bị phản ứng sơ cấp và 1 cột cất phân đoạn nhưng sau đó còn bố trí thêm một thiết bị phản ứng nữa, điều này nhằm mục đích tăng độ chuyển hoá lên tối đa, biến đổi triệt để những cấu tử không phản ứng, tạo thêm điều kiện cho chúng phản ứng với nhau tạo sản phẩm MTBE. Quá trình này đã đạt được độ chuyển hoá hơn 99%.
4-Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE của Hulls (hình4). [25]
a-Thuyết minh dây chuyền
Isobuten (hay isoamylen) cùng với metanol qua thiết bị gia nhiệt vào thiết bị phản ứng ống chùm (1), toàn bộ sản đáy của thiết bị (1) được đưa sang tháp (2). Hỗn hợp thu được ở đáy thiết bị phản ứng (2) qua tháp chưng luyện thứ nhất (3).
Phần sản phẩm đáy của tháp (3) cho qua tháp tách hỗn hợp đẳng phí (4), ở đáy tháp (4) thu được MTBE.
Phần sản phẩm đỉnh của tháp (3) vào thiết bị phản ứng thứ cấp (5), hỗn hợp thu được ở đáy tháp (5) cho qua tháp chưng luyện thứ hai (6), sản phẩm đáy của tháp (6) cho tuần hoàn trở lại, sản phẩm đỉnh của tháp (6) cho qua tháp hấp thụ (7) để thu hồi metanol, Khí ngưng qua đỉnh tháp (7) ra ngoài. Metanol thu được ở tháp (4) và (8) được tuần hoàn lại.
Đây là dây chuyền phản ứng hai giai đoạn, độ chuyển hoá đạt 99,9%, chỉ có 300pPhần mềm phần trọng lượng của isobuten trong khí thải. Sản phẩm MTBE có độ tinh khiết cao. Trong sản phẩm thu được có các thành phần:
+ MTBE: 98 –99% wt
+ Rượu (CH3OH và TBA): 0,5 – 1%wt
+ Hydrocacbon C5, C6: 0,1 – 1%wt
+ Nước: 50 – 1500pPhần mềm (tính theo trọng lượng)
+ Tổng lượng sulfua tối đa: 10pPhần mềm (tính theo trọng lượng)
+ Cặn trong hơi tối đa: 10pPhần mềm (tính theo trọng lượng).
Dây chuyền này cho MTBE, TAME có chất lượng cao nhưng có nhược điểm là thiệt bị cồng kềnh, tốn nhiều nhiệt năng.
5-Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE của IFP(hình5).
a-Thuyết minh dây chuyền
Đây là công nghệ để sản xuất ra các hợp chất chứa oxy ( MTBE, ETBE, TAME, các ete có phân tử lượng cao ) từ:
rượu C1 ữ C3 và hydrocacbon C4 ữ C6, xúc tác nhựa trao đổi ion.
Hydrocacbon và rượu sau khi được tinh chế được cho vào thiết bị phản ứng (4), hỗn hợp thu được ở đáy thiết bị phản ứng (4) cho sang thiết bị chưng tách (5), ở đây MTBE thu được ở đáy còn phần sản phẩm đỉnh một phần hồi lưu trở lại (5), phần còn lại cho qua tháp hấp thụ (6). Đỉnh tháp (6) thu dược phần hydrocacbon chưa phản ứng, phần sản phẩm đáy tháp (6) cho qua tháp chưng tách (7) để thu hồi metanol.
6-Sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE của Snamprogetti (hình6)
a-Thuyết minh dây chuyền
Công nghệ này sản xuất phụ gia có trị số octan cao.
Công nghệ Snamprogetti sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp C4 từ qúa trình Cr-acking hơi nứoc hay hỗn hợp khí FCC-BB. Thiết bị phản ứng thứ nhất là thiết bị ống chùm thực hiện phản ứng đẳng nhiệt. Thiết bị phản ứng thứ hai thực hiện đoạn nhiệt, xúc tác được xắp xếp sao cho việc điều khiển nhiệt độ là tốt nhất và độ chuyển hoá đạt xấp xỉ 100%.
Sản phẩm tạo ra từ phản ứng giữa etanol hay metanol với tert-Olefin trong hỗn hợp hydrocacbon ở dạng khí. Các hydrocacbon khí này lấy từ qúa trình FCC, Cr-acking hơi hay sản phẩm của qúa trình dehydro hoá isobutan. Sản phẩm là các Ete: MTBE, ETBE, TAME.
Nguyên liệu qua hai thiết bị phản ứng: thiết bị dạng ống chùm (1) thực hiện qúa trình đẳng nhiệt và thiết bị phản ứng hình trụ (2) thực hiện qúa trình đoạn nhiệt. Các thiết bị này cho phép điều khiển áp suất đến cực đại. Mức độ chuyển hoá trong thiết bị đạt đến mức độ cao nhất và độ chọn lọc gần 100%. Từ thiết bị phản ứng (2), sản phẩm lỏng được đưa qua tháp chưng tách (3). ở đây sản phẩm ete thu được ở đáy tháp và hydrocacbon được lấy ở đỉnh tháp. Phần hydrocacbon này được đưa qua tháp hấp thụ (4), phần metanol cùng với nước qua thiết bị chưng tách hỗn hợp MeOH – H2O (5). ở tháp này metanol thu được ở đỉnh và cho tuần hoàn trở lại. Nước thu được sử dụng cho tháp (4).
II.2- Sản xuất MTBE từ khí butan ở mỏ khí [25]:
Đây là hướng sản xuất mới sử dụng nguyên liệu là phần butan tách từ khí tự nhiên với trữ lượng lớn.
Sơ đồ khối quá trình sản xuất MTBE từ khí n-butan:
Isome hoá
Dehydro hoá
Tổng hợp MTBE
n-C4H10
i-C4H10
i-C4H8
MTBE
Quá trình bao gồm 3 giai đoạn:
Isome hoá khí mỏ n-butan thành isobuten, quá trình isome hóa xảy ra ở nhiệt độ thấp khoảng 150 – 200 oC và áp suất 200 – 400 psi trong pha hơi. Xúc tác cho quá trình là Pt hay Al2O3 hay Pt/ Al2O3 có tẩm một lượng chất hữu cơ có dẫn xuất Clo. Khí n-butan đưa vào sẽ chuyển hoá thành isobutan ở gần điểm cân bằng. Một số quá trình isome hoá để thực hiện isome hoá n-butan thành isobutan là: quá trình isome hoá của Lummus, quá trình Butamer – UOP.
Đềhydro hoá isobutan thành isobuten: Quá trình dehydro hoá này được thực hiện ở nhiệt độ t = 540 – 760 oC và áp suất thấp. Xúc tác phản ứng có thể là Cr /Al2O3 hay Pt.
Sản phẩm thu được chứa 75 – 85% isobuten và isobutan. Các quá trình dehydro hoá hiện nay để sản xuất isobuten là: quá trình Catofin của Lummus, quá trình Oleflex của UOP.
Các quá trình này sử dụng xúc tác Crom oxit, nhiệt độ thấp cho phản ứng băng cách đốt cháy cốc tạo thành xúc tác nhờ dòng không khí nóng. Quá trình này thực hiện ở áp suất hơi chân không cho nên phải chế tạo thiết bị khó khăn.
Quá trình Oleflex sử dụng xúc tác Pt, trong quá trình này, song song với việc thực hiện dehydro hoá (thiết bị tầng sôi) là việc thực hiện tái sinh xúc tác liên tục.
Nhiệt cấp cho phản ứng được thực hiện bằng các thiết bị gia nhiệt ở từng giai đoạn và nhờ dòng H2 tuần hoàn mang nhiệt vào.
III- xây dựng sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất MTBE từ iso-butan
III.1) Dây chuyền công nghệ: (Hình sau)
Chú thích:
Thiết bị gia nhiệt.
Thiết bị phản ứng dehydro hoá.
Thiết bị tái sinh xúc tác.
Thiết bị làm lạnh.
Máy nén.
Thiết bị sấy.
Máy giảm áp.
Tháp tách khí nhẹ.
Thiết bị làm lạnh.
Thiết bị phản ứng ống chùm.
Thiết bị phản ứng - chưng tách (RWD).
Thấp hấp thụ MeOH
Tháp tách CH3OH – H2O
Thiết bị trao đổi nhiệt
Bể chứa MTBE
Bể chứa MeOH
Bể chứa Iso-buten
Bể chứa isobutan
Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
Bơm
Van điều chỉnh lưu lượng
III.2) Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Khí isobutan lỏng được chứa trong thùng chứa nguyên liệu (18), khí isobutan được trao đổi nhiệt với sản phẩm để nâng nhiệt độ và đi vào thiết bị gia nhiệt (1). Khí isobutan nguyên liệu được trộn lẫn với khí isobutan tuần hoàn từ thiết bị MTBE (đã xử lý) và được gia nhập để nâng nhiệt độ đến nhiệt độ yêu cầu. Sau đó isobutan được đưa vào đỉnh thiết bị phản ứng cùng với xúc tác rơi từ đỉnh tháp xuống. Hệ thống thiết bị phản ứng gồm nhiều thiết bị nối tiếp nhau. Hệ thống tái sinh cũng được bố trí bên cạnh hệ thống thiết bị phản ứng.
Trong quá trình phản ứng dehydro có thể lấy một lượng nhỏ xúc tác đã giảm hoạt tính từ đáy thiết bị phản ứng, cuối cùng đưa sang tái sinh, còn từ đáy thiết bị khác được đưa trở lại đỉnh của thiết bị phản ứng sau đó. Dòng ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất được gia nhập và đưa vào thiết bị thứ hai. Sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ hai, dòng sản phẩm được gia nhập ở thiết bị gia nhiệt thứ ba và đưa vào thiết bị phản ứng thứ ba và cứ tiếp tục.
Dòng ra khỏi hệ thống thiết bị phản ứng dehydro được trao đổi nhiệt với nguyên liệu, làm mát, sấy khô và trao đổi nhiệt với dòng khí thải trước khi đi vào tháp tách khí thải giàu H2. Khí thải này là phần không ngưng trong thiết bị tách được nén và một phần tuần hoàn lại, một phần lớn được đưa đi thu hồi, sản xuất điện cho phân xưởng hay dùng cho các quá trình làm lạnh hay sử dụng làm nhiên liệu khí hay dùng để sản xuất H2 tinh khiết.
Sản phẩm đáy của thiết bị làm lạnh (9) là phần lỏng ngưng tụ chứa chủ yếu là C4 và isobuten. Còn lại là isobutan chưa phản ứng, n-butan, propan, C3H6,... được đưa sang phần tổng hợp MTBE nhờ bơm.
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.
Phần hỗn hợp lỏng chứa isobuten được bơm sang thiết bị trộn và gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 60oC. Metanol sạch từ bể chứa được bơm lên và trộn với nguyên liệu C4 và đi sang thiết bị phản ứng thứ nhất .
ở thiết bị phản ứng thứ nhất, xúctác được bố trí trong các ống chùm và nhiệt toả ra của phản ứng được lấy đi bằng nước làm lạnh. Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất được đưa sang thiết bị phản ứng - chưng tách để nâng nhiệt độ chuyển hoá isobuten lên 99%, đồng thời MTBE cũng được tách ra ở đáy thiết bị phản ứng - chưng tách này.
Những tác nhân chưa phản ứng, Me...
