Thu Isome Hoa [PDF]

Zitiervorschau

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế-xã hội. Trong các nguồn năng lượng đang được con người khai thác và sử dụng thì dầu mỏ là một nguồn năng lượng quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới, tuy nhiên vào những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng nhanh. Công nghệ chế biến dầu mỏ ra đời năm 1859 và cho đến nay thế giới đã khai thác và chế biến một lượng dầu khổng lồ với tốc độ rất nhanh chóng ( tăng gấp đôi trong khoảng 10 năm cho đến năm 1980). Ngành công nghiệp dầu mỏ do tăng trưởng nhanh chóng nên đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế kỷ 20. Trong số các sản phẩm của dầu mỏ phải nói tới nhiên liệu xăng, một nhiên liệu quan trọng trong đời sống. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và yêu cầu cao về chất lượng khí thải để bảo vệ môi trường mà nhu cầu xăng có chất lượng cao ngày càng tăng nhanh. Xu hướng chung của các quốc gia trên thế giới là thay thế xăng không pha chì cho xăng pha chì nhằm hạn chế gây ô nhiễm môi trường. Công nghiệp chế biến dầu dùng hai quá trình chủ đạo để nhận xăng có trị số octan cao là quá trình reforming xúc tác và quá trình cracking xúc tác, do nhu cầu về xăng chất lượng cao ngày càng tăng trong khi phần C5 và C6 cuả công nghiệp hóa dầu ngày càng có số lượng lớn mà lại không thể đạt được trị số octan cao trong khi áp dụng các quá trình trên. Trước đây phân đoạn này chỉ được dùng để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp suất của xăng và thành phần cất, còn trị số octan của phần này không đủ cao vì đa số các cấu tử này chủ yếu là các parafin mạch thẳng, vì thế cần thiết phải có dây chuyền chế biến và sử dụng iso-parafin C5 – C6, các cấu tử này có trị số octan đủ cao. Để nhận được iso-parafin C5 – C6 người ta dùng quá trình isome hóa. Ưu điểm của quá trình này: Biến đổi hydrocacbon mạch thẳng thành cấu tử có cấu trúc nhánh là cấu tử có trị số octan cao. Nhờ thế nâng cao đáng kể hiệu suất và chất lượng của xăng. Xăng của quá trình isome hoá gọi là isomerat. Ưu điểm nổi bật của nó: chênh lệch giữa chỉ số octan nghiên cứu (RON) và chỉ số động cơ (MON), hàm lượng lưu huỳnh, các hợp chất thơm, olefin chỉ tồn tại ở trạng thái vết. Nó có thể làm tăng RON của xăng tổng thêm 0,7 ÷ 1,5 đơn vị (isomerat RON = 79 ÷ 83). Trong nhà máy SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

lọc dầu, khi sử dụng công nghệ tuần hoàn (RON = 87 ÷ 92) giá trị đạt được còn cao hơn nhiều Quá trình isome hóa n-parafin được dùng để nâng cao trị số octan của phân đoạn C5 và C6 của xăng sôi đến 700C, đồng thời cho phép nhận các iso-parafin riêng biệt như iso-pentan và iso-butan từ nguyên liệu là n-pentan và butan tương ứng, nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp isopren và isobutan là nguồn nguyên liệu tốt cho quá trình alkyl hóa hoặc để nhận isobuten cho quá trình tổng hợp MTBE. Chính vì tầm quan trọng này mà trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình isome hóa đã được rất nhiều công ty lớn trên thế giới chú trọng nghiên cứu và phát triển như BP, Shell, UOP… Do vậy với đề tài “ Thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat” sẽ phần nào giúp em hiểu được vai trò của quá trình isome hóa trong lọc dầu cũng như sự phát triển của nó.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ISOME HÓA 1.1. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH ISOME HÓA 1.1.1. Nguyên liệu của quá trình isome hoá Nguyên liêu được dùng cho quá trình isome hóa là phân đoạn condensat. Condensat còn gọi là khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, là dạng trung gian giữa dầu và khí có màu vàng rơm. Trong quá trình khai thác dầu và khí, condensate bị lôi cuốn theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, được ngưng tụ và thu hồi sau khi qua các bước xử lý, tách khí bằng các phương pháp làm lạnh ngưng tụ, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp phụ hay hấp thụ bằng dầu. Condensate trong các mỏ của Việt Nam chủ yếu từ C5 và C5+. Lượng condensate tập trung chủ yếu của bể Nam Côn Sơn và bể Cửu Long .Thành phần cơ bản của condensate là các hydrocacbon no có phân tử lượng và tỷ trọng lớn hơn butan như: pentan, hexan, heptan..., ngoài ra còn chứa các hydrocacbon mạch vòng, các nhân thơm, và một số tạp chất khác. Chất lượng của nó phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ và chế độ vận hành của quá trình tách khí. Thành phần condensate Việt Nam của nhà máy chế biến khí Dinh Cố được trình bày ở bảng 1.1. [3] Bảng 1.1: Thành phần condensate Việt Nam (Dinh Cố) Cấu tử

% mol

Cấu tử

% mol

Cấu tử

% mol

propane

0.00

n-hexane

20.95

cyclopentan e

1.94

isobutane

0.04

heptane

10.50

MeC5

2.02

n-butane

0.96

octane

7.27

cyclohexane 1.61

isopentane

19.99

nonane

3.23

MeC6

2.02

n-pentane

26.65

decane

1.21

benzen

1.61

Một số đặc tính kỹ thuật của condensate Việt Nam : + Áp suất hơi bảo hoà (psi): 12 + Tỷ trọng: 0.7352 + Độ nhớt ở 20oC (cSt): 0.796 + oAPI: 12 + Trọng lượng phân tử: 107 + Chỉ số octan: 65 Một số thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác nhau được trình bày ở bảng 1.2 dưới đây. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 3

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 1.2. Thành phần nguyên liệu tiêu biểu [1] Nguồn nguyên liệu Kuwait Mid continent Xăng cất Arabia Wyoming C5: n-pentan

58,5

3,0

42,2

64,3

59,8

2-metylbutan

41,5

36,2

56,2

33,3

36,4

-

-

-

-

-

Xyclopentan

0,1

0,8

1,2

2,4

3,8

C6: n-hexan

43,2

41,6

27,7

46,6

37,8

2-metylpentan

22,4

26,3

32,5

40,5

38,2

3-metylpentan

16,9

14,3

12,5

-

-

2,2-dimetyl butan

2,0

0,5

0,75

3,9

3,8

2,3-dimetyl butan

4,2

0,5

0,75

-

-

Metylxyclopentan

5,1

14,0

17,0

7,3

18,8

Xyclohexan

4,2

2,2

4,5

-

-

Benzen

2,0

0,6

-

2,0

1,4

RON của C5

74,4

72,9

79,2

72,1

73

RON của C6

55,9

57,7

76,4

55,1

61,1

2,2-dimetylpropan

Từ các số liệu trên ta thấy rằng, hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65% trong nguyên liệu. Do đó, nếu cho toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi isome hoá là không hợp lý mà cần phải tách các isome khỏi n-parafin và chỉ cho biến đổi n-parafin. Để hạn chế các phản ứng phụ và sự kìm hãm quá trình nên tiến hành phản ứng ở mức độ biến đổi vừa phải, rồi sau khi tách cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi. Khi tiến hành thao tác như vậy, đã cho phép tăng cao trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị. 1.1.2. Sản phẩm quá trình isome hóa Đặc trưng sản phẩm của quá trình isome hoá là các iso-parafin, đây là những cấu tử cao octan, rất thích hợp cho việc sản xuất xăng chất lượng tốt. Sản phẩm thu được từ quá trình isome hoá có trị số octan có thể đạt tới 88 - 99 (theo RON). Với mỗi hãng khác nhau thì sản phẩm thu được có chứa %V của các cấu tử khác nhau nhưng nhìn chung không có sự chênh lệch nhiều về trị số octan, cụ thể như sản phẩm của quá SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

trình isome hoá của hãng Esso Research và Engineering Co tiến hành trong pha lỏng có kết quả như trong bảng sau: Bảng 1.3. Thành phần sản phẩm từ các nguyên liệu khác nhau [1] Cấu tử

Nguyên liệu Lousianna

Arbian

Nguyên liệu Sản phẩm Nguyên liệu Sản phẩm

%V n-pentan

16,3

4,8

29,1

7,1

Isopentan

11,6

23,1

11,3

33,3

n-hexan

19,0

4,4

30,4

4,1

2,2-dimetylbutan

1,9

20,7

0,0

25,2

2,3-dimetylbutan

2,1

5,0

0,7

4,6

2-metylpentan

15,3

11,4

11,3

12,0

3-metylpentan

9,4

6,2

6,6

5,1

Xyclopentan

2,3

1,8

0,7

0,1

Xyclohexan

6,4

15,5

1,5

6,6

Metylcyclopentan

10,8

2,2

5,4

0,9

Benzen

4,8

4,8

1,0

1,0

Trị số octan

98

98,5

>99

99

RON + 3ml TEP/Gal Hiêu suất, % V

Từ số liệu trong bảng thấy rằng trong quá trình biến đổi isome hoá đi từ nguyên liệu là n-C5, n-C6 thì sản phẩm chính thu được là isopentan và 2,2-dimetylbutan. Sản phẩm thu được từ quá trình isome hoá có chất lượng cao, chính vì ưu điểm này nên có nhiều hãng tham gia nghiên cứu và thiết kế dây chuyền isome hoá để xử lý phân đoạn C5, C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn cao octan cho xăng, để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng chất lượng tốt như hiện nay. 1.2. ĐẶC TRƯNG VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC [1] Các phản ứng isome hóa n-pentan và n-hexan là các phản ứng có tỏa nhiệt nhẹ. Bảng 4 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các isome hoá từ các cấu tử riêng biệt. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 5

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 1.4. Nhiệt tạo thành của một số cấu tử [1] Cấu tử

H298 Kcal/ml

C5: 2-metylbutan(isopentan)

- 1,92

2,2-dimetylpropan(neopentan)

- 4.67

C6: 2-metyl pentan(isohexan)

- 1,70

3-metylpentan

- 1,06

2,2-dimetyl butan(neohexan)

- 4,39

2,3-dimetylbutan

- 2,53

Do các phản ứng isome hoá là tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ. Mặt khác, phản ứng isome hoá n-parafin là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể tích, vì thế cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp sẽ tạo điều kiện thuận lợi tạo thành isome và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân bằng và có trị số octan cao. Đồ thị sau cho thấy sự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của isome vào nhiệt độ của phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan được xây dựng từ tính toán thực nghiệm.

Hình 1.1: Đồ thị phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của isome vào nhiệt độ phản ứng Từ đồ thị cho thấy khi tăng nhiệt độ nồng độ các isome đều giảm còn nồng các nparafin lại tăng, khi đó nó làm giảm hiệu xuất của quá trình isome hoá. Dựa vào đồ thị SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 6

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

thấy rằng nếu nhiệt độ to< 200oC sẽ thiết lập được một hỗn hợp cân bằng có trị số octan cao. 1.3 . CƠ CHẾ PHẢN ỨNG ISOME HÓA Quá trình thực hiện trong pha lỏng với xúc tác Friedel – Crafts (AlCl3) ở nhiệt độ 80÷100oC ít được phổ biến. Quá trình thực hiện trong pha hơi là quá trình rất phổ biến với xúc tác oxit, axit rắn hoặc xúc tác lưỡng chức ở nhiệt độ cao. 1.3.1. Xúc tác trong pha hơi [2] Quá trình isome hóa bao gồm isome hóa n-parafin thành iso-parafin và nparafin thành iso-olefin.

CH3 - CH2 - CH2 - CH3 A (H+) - H2

M - H2 Trung tâm axit

+

CH3 - C H- CH2 - CH3

A (H+)

CH3 - CH = CH- CH3

A (H+) - H2

CH3 - CH = CH- CH3 CH2 H

CH3 – CH – C+H2

+

CH3 CH3 – CH CH3 – CH – CH3 CH3

CH2 M, + H2 - H+

CH3 – C+ – CH3 CH CH3 – CH3– C+H2 A (H+)CH-3 H2 CH3 – C = CH2 CH3

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

CH3 – CH – C+HTrang 2 7 CH3

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Theo cơ chế trên, xyclopropan khi mở vòng tạo thành C+ bậc 1, tuy nhiên tốc độ tạo thành rất nhỏ sau đó chuyển sang C+ bậc 3 với tốc độ rất lớn: CH2 CH H+2 CH3 – CH

CH2

CH3 – CH – C+H2 CH3

CH3 – C+ – CH3 CH3 M, +H2 - H+

CH3 – CH – CH3 CH3 Ngoài các phản ứng trên còn xảy ra phản ứng tạo dime (cơ chế lưỡng phân tử): C – C – C+ – C + C – C – C – C

C–C–C–C–C–C–C C Đứt mạch β

C–C–C

2C4

C Trong hai cơ chế trên, cơ chế lưỡng phân tử dễ xảy ra hơn. Tuy nhiên sản phẩm trung gian của cơ chế này (dime) có kích thước lớn hơn, nên nếu chất xúc tác có lỗ SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 8

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

kích thước nhỏ hơn kích thước của dime thì phản ứng này không xảy ra. Do vậy, muốn tăng độ chọn lọc, phải chọn xúc tác phù hợp. Xúc tác thường dùng trong công nghiệp là zeolit feriorit (d=5Å, độ axit tương đương với ZMS-5). Isobutan là cấu tử rất quan trọng vì từ isobutan, bằng quá trình dehydro hóa sẽ thu được isobuten, là nguyên liệu để sản xuất MTBE. Sơ đồ phản ứng như sau: n – butan

iso – butan

iso – buten

MTBE

Phản ứng có thể xảy ra trên xúc tác axit rắn, điển hình là zeolit. Isome hóa n- hexan thành isohexan: Cơ chế phản ứng này xảy ra qua hai giai đoạn như sau:  Giai đoạn 1: Tạo olefin, xúc tiến cho quá trình này là các tâm kim loại trong xúc tác Pt. M C–C=C–C–C–C -H2  Giai đoạn 2:Đồng phân hóa, xảy ra trên tâm axit Lewis: C–C–C–C–C–C

C–C=C–C–C–C C–C C–C–C

A C – C+ – C – C – C – C + H2 A

C

A

C+

C C – C+ – C – C – C

C–C–C–C–C

A

M, H2 -H+

C–C–C–C–C C

Tóm lại, xúc tác cho isome hóa tương tự như xúc tác cho reforming, xúc tác hai chức năng,vì isome hóa thường xảy qua hai giai đoạn:  Giai đoạn 1: Tách hydro (lúc này vai trò xúc tác là tâm kim loại M)  Giai đoạn 2: Đồng phân hóa (vai trò xúc tác là các tâm axit A) 1.3.2. Xúc tác trong pha lỏng Quá trình xảy ra với xúc tác lỏng tương đối phức tạp. Chất xúc tác tiêu biểu cho quá trình này là clorua nhôm khan được hoạt hóa bằng axit clohydric. Sau này người ta đã dùng các chất xúc tác khác như AlCl3 + SbCl3 hay AlBr3 và các axit sunfonic hay axit clohydric.[1] SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 9

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Xét cơ chế phản ứng n- butan xảy ra trong pha lỏng như sau: +

H

H

CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3

H2 C

H

2

+ 2

CH3CH2CH+CH3 (3) H2C — CH— CH3

+

H

H

+

CH CH H2 C H2 C

CH— CH3

CH— CH3

+

CH3

+

H H2C — CH— CH3

CH3 H3C — C+— CH3

H2C+— CH— CH3

CH3 H3C— C — CH3

H Xúc tác cho quá trình isome hóa xảy ra theo hai giai đoạn sau: SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 10

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

+ Giai đoạn đầu: là giai đoạn tách hydro, vai trò xúc tác là các tâm kim loại Pt. + Giai đoạn sau: Giai đoạn đồng phân hóa, vai trò xúc tác là các tâm axit. 1.4. XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH Xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng trăm, hàng nghìn lần. Chất xúc tác một phần cũng thúc đẩy phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. Sau phản ứng, chất xúc tác không thay đổi gì về thành phần hoá học, chỉ thay đổi một ít về tính chất vật lý. Xúc tác được chia làm hai nhóm chính là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể, mỗi loại lại được chia nhỏ hơn. Với xúc tác dị thể rắn-khí, đặc trưng nhất là xúc tác oxit, đa oxit, ngày nay phổ biến nhất là xúc tác kim loại trên chất mang. Xúc tác rắn trong công nghiệp thường có các dạng sau: m

-

Bụi: có đường kính khoảng d = 1-150

-

Vi cầu:

d = 10-150 m

-

Cầu lớn:

d = 3-6

m

-

Trụ:

d = 3-4

m, chiều cao h = 3-5 mm

Xúc tác dạng cầu ít vỡ vụn, chúng có độ bền cơ rất cao. Dạng bụi và dạng vi cầu dùng trong xúc tác giả sôi, dạng cầu lớn được dùng trong xúc tác chuyển động, còn dạng trụ dùng trong công nghệ xúc tác lớp tĩnh. Kích thước hạt xúc tác phụ thuộc vào kiểu reactor. Khi các chất phản ứng là khí bay hơi thì chỉ có hai loại reactor được sử dụng là reactor lớp cố định và lớp sôi. [2] *Reactor lớp cố định Là ống đứng đựng xúc tác, dòng chất phản ứng được thổi qua lớp xúc tác. Do trở lực, áp suất sẽ giảm xuống khi qua lớp xúc tác, vì thế cần tạo ra một áp suất dương ở đầu vào reactor để đảm bảo tốc độ dòng thích hợp. Độ giảm áp suất qua lớp xúc tác tăng theo chiều tăng của tốc độ dòng, chiều dày của lớp xúc tác và chiều giảm kích thước hạt. * Reactor lớp sôi Ở đây lớp xúc tác gồm các hạt mịn và khi dòng khí thổi từ dưới lên qua lớp xúc tác, dần dần đạt đến tốc độ tới hạn thì lớp xúc tác bắt đầu “sôi”.Thể tích của lớp giãn ra đáng kể, các hạt ở trạng thái chuyển động liên tục.Lớp sôi có ưu điểm hơn lớp cố

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 11

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

định, chẳng hạn như khả năng truyền nhiệt tốt hơn nhiều, sự tổn thất áp suất nhỏ hơn so với lớp cố định. 1.4.1. Xúc tác pha lỏng Xúc tác cho quá trình isome hoá thuộc loại xúc tác thúc đẩy phản ứng tạo thành ion cacboni tức là xúc tác mang tính axit. Trước đây người ta dùng xúc tác Lewis như AlCl3 được hoạt hoá bằng HCl. Gần đây người ta vẫn sử dụng xúc tác trên và hỗn hợp AlCl3 + SbCl3 , ưu điểm của loại xúc tác mới này là hoạt tính rất cao, ở nhiệt độ 93 0C đã hầu như chuyển hóa hoàn toàn các parafin C5 - C6 thành iso – parafin. Nhược điểm của loại xúc tác này là mau mất hoạt tính, độ chọn lọc thấp và dễ bị phân huỷ [1]. Độ axit mạnh của xúc tác dễ gây ăn mòn thiết bị. Ngoài các xúc tác trên thì cũng còn sử dụng một số xúc tác như: -

H3PO4 ở 26-1350C

-

C6H5SO3H ở 760C để isome hóa buten-1và buten-2

-

H3PO4/chất mang là đất nung ở 325-3600C để isome hoá n-anken và iso-anken

1.4.2. Xúc tác axit rắn [2] BeO: Dùng để biến đổi xyclohexan thành metylxyclopentan ở 4500C. Cr2O3: Dùng để biến đổi hexadien-1,5 thành hexadien-2,4 ở 225-250oC ThO2: Isome hóa olefin ở 398- 4400C TiO2 : Dùng để biến đổi heptylen thành metylxyclohexen ở 4500C Al2O3-Cr2O3, Al2O3-Fe2O3 , Al2O3-Co, Al2O3-MnO2 (tất cả đều trộn theo tỷ lệ khối lượng là 4:1) dùng để isome hoá metylbutylen ở 294-3700C. Al2O3 – Mo2O3 : Biến đổi n-pentan thành iso-pentan ở 4600C Cr2O3-Fe2O3 : Chuyển vị trí nối đôi, nối ba trong hợp chất không no ở 2203000C mà không thay đổi cấu trúc mạch cacbon. MoS3 : Dùng để biến đổi n-parafin thành iso-parafin. Al2O3-V2O5: Được dùng để biến đổi xyclohexan thành metylxyclopentan. Zeolit các loại: isome hóa hydrocacbon thơm. 1.4.3. Xúc tác lưỡng chức Liên hệ với việc chế tạo xúc tác reforming người ta đã tìm ra xúc tác mới cho

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 12

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

quá trình isome hoá và hydroisome hoá để isome hoá n-parafin. Xúc tác này gồm hai phần: - Phần kim loại có đặc trưng hydro hoá, kim loại thường dùng là Pt, Pd. - Phần chất mang axit (alumino, alumino + halogen, aluminosilicat…). Loại xúc tác này có đủ độ chọn lọc cần thiết khi isome hoá nguyên liệu C5-C6 nhưng độ linh hoạt của nó khá thấp vì thế đòi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao. Vì vậy để đảm bảo được hiệu suất của quá trình thì người ta cho tuần hoàn. Độ hoạt tính của xúc tác lưỡng chức được tăng lên bằng cách tăng độ axit của chất mang. Xúc tác Pt/Al2O3 tạo ra ngay được ion cacboni ở nhiệt độ 500C. Sau này người ta dùng xúc tác Pt/Modenit, zeolit. Với xúc tác này có thể tạo ra được phản ứng có hiệu quả ở nhiệt độ 2500C, nhưng phổ biến nhất vẫn là xúc tác Pt/Al2O3 được bổ sung clo, có 7% Cl2 trên xúc tác, dùng CCl4 để clo hóa. [2] Xúc tác được quan tâm nhiều nhất hiện nay là zeolit. 1.4.4. Zeolit và xúc tác chứa zeolit [1] Zeolit là hợp chất của alumino-silicat. Đó là hợp chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt, cấu trúc của chúng được đặc trưng bằng mạng các lỗ rỗng, rãnh rất nhỏ thông nhau. Xúc tác chứa zeolit có hoạt tính rất cao, độ chọn lọc tốt và lại có giá thành vừa phải có khả năng tái sinh vì thế chúng được sử dụng rộng rãi. Thành phần hoá học của zeolit được biểu diễn dưới dạng công thức như sau: M2/nAl2O3 .xSiO2.yH2O Trong đó: x>2 và n là hoá trị của cation kim loại M. Bảng 1.5. Một số xúc tác zeolit thường dùng Loại

Thành phần hoá học

Đường kính trung bình lỗ Å

A

Na2O. Al2O3.2SiO2.4,5H2O

3,6-3,9

X

Na2O. Al2O3.2,5SiO2.6H2O

7,4

Y

Na2O. Al2O3.4,8SiO2.8,9H2O

7,4

Mordenit

Na8(Al2O3)4,8(SiO2)40.24H2O

2,9-5,7

ZSM5 và 11

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

5,4-5,6

Trang 13

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Về cấu tạo zeolit được tạo thành từ các sodalit. Nếu các đơn vị này nối nhau theo các mặt bốn cạnh thì tạo nên zeolit mà người ta gọi là zeolit loại A. Còn khi các đơn vị này nối nhau theo các mặt sáu cạnh thì zeolit tạo thành người ta thường gọi là zeolit loại X hay Y, có cấu trúc tương tự như các faurazit. Ngày nay, người ta đã chế tạo được hàng trăm loại zeolit khác nhau đủ mọi kích cỡ. 1.4.5. Chất mang có tính axit Chất mang có thể là oxit nhôm hoặc hỗn hợp Al2O3-SiO2, sau này người ta còn dùng zeolit hay modenit vì zeolit là một trong các axit rắn có đặc tính rất quý: Độ axit cao, là một rây phân tử, do vậy có thể cho phép ta tách được những phân tử có kích thước khác nhau. Tốt hơn cả là dùng xúc tác ZSM-5 của hãng Mobil-Oil (Hoa Kỳ). Tuy nhiên phổ biến hơn cả sử dụng chất mang Al2O3 có bổ sung Clo. Độ axit của chất mang được quyết định bởi quá trình xử lý đặc biệt để tách nước bề mặt nhằm tạo ra bề mặt riêng lớn (400m2/g) và tạo ra các tâm axit. Chất mang có thể là  -Al2O3 hoặc là  -Al2O3 với diện tích bề mặt khoảng 250m2/g được bổ sung các hợp chất halogen như flo, clo hay hỗn hợp của chúng. Độ axit tăng khi tăng hàm lượng halogen, có khoảng 57% clo trên xúc tác. Dùng CCl4 hoặc các hợp chất clo hữu cơ khác, hiện nay người ta thường dùng axit HCl, để có ít nhất 2 nguyên tử clo trên một nguyên tử Al. 1.4.6. Kim loại Kim loại có đặc trưng thúc đẩy phản ứng dehydro hoá parafin thành olefin, đồng thời hydro hoá các olefin thành các iso-parafin. Thường dùng là các kim loại quý sau Pt, Pd, Ni, trong đó Pt là kim loại được sử dụng nhiều nhất. Trong quá trình isome hoá, Pt làm tăng tốc độ khử hydrocacbon no, khử hydro vòng hoá parafin tạo hydrocacbon thơm thúc đẩy quá trình no hoá, làm giảm lượng cốc bám trên xúc tác. Hơn nữa, Pt có khả năng phân ly phân tử H2SO4 dễ dàng, các anken không bị hấp phụ quá mạnh và Pt là xúc tác yếu của phản ứng nhiệt phân hydro.Vì vậy, các phản ứng isome hoá n-parafin dễ dàng xảy ra trên Pt ngay cả trường hợp không có tâm axit.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 14

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Platin được đưa vào xúc tác ở dạng khác nhau nhưng phổ biến là dùng dung dịch của axit platin clohidric (H2PtCl6).Platin là cấu tử tốt cho xúc tác đồng phân hoá. Hàm lượng Pt trên xúc tác chiếm khoảng 0,30,7% khối lượng. Xúc tác lưỡng chức năng có độ chọn lọc cao hơn xúc tác trong pha lỏng nhưng độ hoạt tính của nó thường thấp hơn, vì thế phải đòi hỏi nhiệt độ phản ứng phải cao hơn và phản ứng phải được thực hiện trong pha hơi. Nhưng do tăng nhiệt độ mà phản ứng isome hoá n-parafin không thuận lợi về mặt nhiệt động. Do đó, cần phải tuần hoàn nguyên liệu chưa biến đổi để nâng cao hiệu suất của quá trình isome hoá. 1.4.7. Lựa chọn xúc tác Trong tất cả các loại zeolit thì zeolit sử dụng phù hợp nhất cho quá trình isome hoá là ZSM5. Vì chúng có kích thước khá phù hợp cho phép độ chọn lọc của quá trình cao hơn. Sau đây là một số đặc trưng của quá trình isome hóa. Tóm tắt điều kiện nhiệt độ làm việc của các loại xúc tác. Bảng 1.6. Đặc trưng của xúc tác isome hóa [2] Xúc tác

Nhiệt độ phản ứng khi sử dụng

FiedelCrafts AlCl3.AlBr3

80-1000C

Oxit Al2O3,Cr2O3,BeO

200-4500C

Pt/Al2O3

350-5000C

Pt/Al2O3 clo hoá

80-1500C

Pt/zeolite

250-3000C

Pt/zeolite-X

300-3300C

Pt/zeolite-Y

300-3300C

Pt/ZSM5

300-3300C

Nhiệt độ phản ứng khi sử dụng Pha lỏng gây ăn mòn

Pha hơi

1.4.8. Các yêu cầu của xúc tác rắn trong công nghiệp Chất xúc tác chỉ thực sự có tính khả thi khi chúng thoả mãn phần lớn các yêu cầu công nghệ đặt ra: - Có hoạt tính và độ chọn lọc cao để đảm bảo hiệu suất của thiết bị. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 15

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

- Dễ sản xuất, rẻ tiền, có tính tái sinh và bền với những tác nhân gây ngộ độc xúc tác. Đảm bảo được sản lượng lớn trong quy mô công nghiệp, phù hợp với thực tế là lượng tạp chất rất nhiều. - Độ ổn định bền cơ, bền nhiệt, bền hoá học và độ thuần khiết về thành phần hoá học cao. Mặt khác, nó còn có khả năng dẫn nhiệt tốt có khả năng tạo kích thước và hình dạng phù hợp, đồng đều. Tuy nhiên, trong thực tế không có loại xúc tác nào đáp ứng được các yêu cầu trên.Vì thế trong từng trường hợp cụ thể mà ta xét xem yêu cầu nào là quan trọng nhất để chọn xúc tác cho phù hợp. 1.5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH ISOME HÓA Xúc tác trong công nghiệp có tác dụng thiết thực khi mà nó đi cùng với một khoảng nhất định nào đó của các yếu tố công nghệ. Các yếu tố công nghệ liên quan mật thiết tới nhau do đó việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của từng yếu tố công nghệ là một thiết yếu. Các yếu tố công nghệ ấy là: thành phần nguyên liệu, áp suất, nhiệt độ, bội số tuần hoàn khí hydro, vận tốc thể tích nạp liệu. 1.5.1. Nguyên liệu Trong công nghiệp thì người ta thường dùng nguyên liệu cho quá trình isome hóa là: C4, C5, C6 hay hỗn hợp của chúng cụ thể là phân đoạn condensat. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm. Thông thường hàm lượng n-parafin chỉ chiếm khoảng nhỏ hơn 60%. Để đạt được hiệu suất cao thì cần phải tách phần iso-parafin ra khỏi nguyên liệu. Nguyên liệu từ các nguồn khác nhau do đó thành phần hóa học và sự phân bố hàm lượng hydrocacbon có phân từ lượng lớn hay nhỏ cũng sẽ khác nhau. Bảng 1.7: Hàm lượng cho phép của các chất độc trong công nghiệp Nguyên liệu

% khối lượng

S

2x10-3

N

0,5x10-4

H2 O

5x10-4

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 16

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

1.5.2. Áp suất H2 Quá trình isome hóa trong công nghiệp thường được thực hiện với áp suất cao của H2. Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng thì sự có mặt của H2 sẽ cản trở quá trình tạo cốc trên tâm kim loại và phản ứng cracking. Do đó các hydrocacbon nhẹ sẽ ít được tạo ra hơn, hàm lượng cốc giảm đi và hoạt tính của xúc tác cũng ít bị thay đổi. Mặt khác H2 còn đuổi nước và hợp chất chứa lưu huỳnh, do vậy quá trình isome hóa thực hiện ở áp suất H2 cao là cần thiết, giá trị của áp suất H2 phụ thuộc vào hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác và bản chất của nguyên liệu. Ngày nay xúc tác cho quá trình ngày càng hoàn thiện hơn, do vậy áp suất của H2 càng giảm dần, giá trị từ 21 – 70 atm. 1.5.3. Nhiệt độ của phản ứng Nhiệt độ của quá trình phản ứng ảnh hưởng trực tiếp tới thành phần sản phẩm thông qua hiệu ứng nhiệt các phản ứng và ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng. Về nhiệt động thì nhiệt độ cao không có lợi cho phản ứng isome hóa nhưng về động học thì rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì các phản ứng cracking và dehydro hóa được tăng lên. Nhiệt độ thấp có lợi cho phản ứng isome hóa nhưng hiệu suất lại thấp. Chúng ta sẽ khác phục nhược điểm này bằng cách cải thiện xúc tác tăng tính axit cho nó. Ngày nay đối với quá trình dùng xúc tác thì nhiệt độ của quá trình đã được giảm xuống còn 90 – 1250C. 1.5.4. Tốc độ thể tích Tốc độ thể tích là nghịch đảo giữa thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và các sản phẩm trung gian với xúc tác trong phản ứng. Ta có thể điểu chỉnh giá trị này bằng cách thay đổi lưu lượng của nguyên liệu hoặc lượng xúc tác. Với quá trình isome hóa thì khi tăng tốc độ thể tích thì phản ứng isome hóa chiếm ưu thế. Còn các phản ứng đòi hỏi thời gian lớn như phản ứng khử H2 xảy ra yếu hơn cho nên khi tăng tốc độ thể tích sẽ khống chế được các phản ứng đó. Khi tốc độ phản ứng nhỏ thì ngoài lượng cốc tạo ra lớn thì năng suất của quá trình cũng giảm. Do đó cần phải chọn tốc độ thể tích phù hợp để đảm bảo năng suất là yêu cầu thiết yếu của quá trình.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 17

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

1.6. GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ ISOME HÓA. Isome hóa thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C4, phân đoạn C5 và phân đoạn C6 hay hỗn hợp C5 – C6.. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng sản phẩm.Thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác nhau. Hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65% trong nguyên liệu. Do đó nếu toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi isome hóa thì không hợp lý, mà cần phải tách các isome khỏi n-parafin và chỉ biến đổi n-parafin. [1] Trong công nghiệp hiện nay, có rất nhiều công nghệ isome hóa để sản xuất xăng có trị số octan cao. Nhưng nhìn chung dựa vào xúc tác có thể phân ra thành hai nhóm là quá trình isome hóa sử dụng xúc tác pha hơi và isome hóa sử dụng xúc tác pha lỏng. Quá trình pha lỏng tiến hành với xúc tác có độ axit mạnh như xúc tác Friedel – Crafts. Nhiệt độ quá trình thường nằm trong khoảng 90 – 1500C. Còn quá trình isome hóa xảy ra trong pha hơi thường sử dụng xúc tác lưỡng chức và nhiệt độ cao. 1.6.1. Các quá trình trong pha lỏng với xúc tác AlCl3 Các quá trình isome hóa loại này ra đời từ rất sớm và là loại phổ biến để isome hóa n-butan thành isobutan.Sơ đồ nguyên lý của loại này được trình bày dưới đây:

Hình 1.2. Sơ đồ isome hóa trong pha lỏng [1] SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 18

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

1. Reactor 2. Thiết bị tách xúc tác và khí

3, 4. Tháp tách phân đoạn

Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được bão hòa bằng HCl và khí H2 trong thiết bị hấp thụ, sau đó được đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng reactor (1). Đồng thời xúc tác cũng được bơm vào reactor. Tại đây phản ứng isome hóa xảy ra, sau phản ứng toàn bộ được đưa sang thiết bị tách xúc tác và khí, còn cặn nhựa xúc tác (2) được tháo ra từ phía dưới reactor. Sau khi xúc tác được tách cho tuần hoàn lại. Sản phẩm và nguyên liệu chưa phản ứng được đưa sang thiết bị phân đoạn (3,4), sau khi tách phân đoạn ta thu được sản phẩm và phần nguyên liệu chưa phản ứng được tuần hoàn lại để tiếp tục phản ứng. Quá trình này được thực hiện có thể không cần tuần hoàn n-parafin, chúng chỉ khác nhau ở cột tách (4). Quá trình hoạt động liên tục và không cần tái sinh xúc tác. Xúc tác được dùng là hỗn hợp AlCl3 và HCl khan. Vùng phản ứng được duy trì ở áp suất H2 để ngăn chặn các phản ứng phụ như phản ứng cracking và đa tụ. Chế độ công nghệ của quá trình: -

ToC= 120oC;

-

P = 50- 60at

-

H2/RH= 10-18 m3/ m3nguyên liệu. Nguyên liệu được bão hòa bằng HCl khan và khí H2 trong thiết bị hấp thụ, sau

đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết và được nạp vào reactor. Xúc tác đã dùng được tách ra cùng cặn nhựa và phản ứng isome hóa xảy ra trong pha lỏng. 1.6.1.1. Quá trình của Shell Devlopment Co Quá trình này được dùng để chế biến phân đoạn n-butan thành iso-butan và cũng được dùng để chế biến phân đoạn C5. Trong các tài liệu hiện có, chưa thấy nói đến số liệu áp dụng cho phân đoạn C6 và nặng hơn. Đây cũng là một quá trình liên tục và không tái sinh xúc tác. Xúc tác là một dung dịch của HCl khan và tricloantimoan được hoạt hoá bằng HCl khan. Vùng phản ứng được giữ ở áp suất hydro để hạn chế các phản ứng phụ. Điều kiện thao tác của quá trình công nghệ này như sau:

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 19

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 1.8. Chế độ công nghệ của công nghệ Shell Devlopment Co [1] - Nhiệt độ 0C

80 – 100

- áp suất ở reactor, at

21

- áp suất riêng phần của hydro, at

4,3

- H2/nguyên liệu, %mol

1,3

-% khối lượng của H2/nguyên liệu

5

-% khối lượng của AlCl3 trong xúc tác

3

- Tỷ lệ xúc tác/RH (V)

1

- Thời gian tiếp xúc (phút)

15 (~ V/H/V = 2,5)

1.6.1.2. Quá trình của hãng Esso Research & Engineering Co Quá trình này thực hiện ở nhiệt độ từ 25-500C. Đặc điểm chính của quá trình là tiến hành ở độ chuyển hoá cao nên không cần phải tuần hoàn lại nguyên liệu chưa phản ứng. Sản phẩm của quá trình từ các loại nguyên liệu khác nhau được dẫn ra ở bảng dưới đây. Ngoài ra hãng ABB Lumunus Global đã thiết kế dây chuyền isome hoá để xử lý phân đoạn C5- C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan cao cho xăng. Xúc tác dùng là AlCl3 hoạt hoá nên xúc tác có độ hoạt tính rất cao và độ chọn lọc cũng lớn, do vậy mà không cần phải tách iso-parafin khỏi n-parafin nhưng vẫn đạt được sản phẩm có trị số octan cao và hiệu suất đạt đến 99,5% từ nguyên liệu có RON bằng 68 70. Bảng 1.9. Nguyên liệu và sản phẩm của hãng Esso Research & Engineering Co [1] Nguyên liệu Louisiana

Arbian

Nguyên liệu

Sản phẩm

Nguyên liệu Sản phẩm

n-pentan

16.3

4.8

29.1

7.1

Iso-hexan

11.6

23.1

11.3

33.3

Cấu tử %V

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 20

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

n-hexan

19.0

4.4

30.4

4.1

2.2- dimetylbutan

1.9

20.7

0.0

25.2

2.3-dimetylbutan

2.1

5.0

0.7

4.6

2- metyl pentan

15.3

11.4

11.3

12.0

3- metyl pentan

9.4

6.2

8.6

5.1

Xyclopentan

2.3

1.8

0.7

0.1

Xyclohexan

6.4

15.5

1.5

6.6

Metyl xyclopenyan

10.8

2.2

5.4

0.9

Benzen

4.8

4.8

1.0

1.0

Trị số octan

98

98.5

> 99

99

RON + 3ml TEP/Gal Hiệu suất, % V

1.6.1.3. Công nghệ của Kolleg & Root Dùng để tăng trị số octan từ nguyên liệu giàu parafin n- C5, n - C6. Nguồn nguyên liệu này lấy từ Naphta nhẹ mạch thẳng, lấy phần rafinat khi đã tách các hydrocacbon thơm, condensat của khí thiên nhiên. Quá trình này tiến hành sẽ làm tăng trị số octan của nguyên liệu lên từ 10 - 18 đơn vị. Tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và vấn đề hồi lưu các cấu tử chưa chuyển hoá. Xúc tác cho phép làm việc với nguyên liệu bẩn, có một hàm lượng lưu huỳnh và nước ở trong nguyên liệu. Xúc tác của quá trình cũng có thể tái sinh được. Nguyên liệu của quá trình không nhất thiết phải xử lý hydro trước (nếu nguyên liệu không có mặt của nước tự do). Và có thể chứa tạp chất lưu huỳnh. Để giảm chi phí cho tái sinh và chống ăn mòn thiết bị thì chúng ta nên sử dụng nguyên liệu có 100ppm lưu huỳnh.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 21

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ isome hóa của Kolleg & Root 1. Thiết bị phản ứng

2. Thiết bị gia nhiệt

3. Tháp ổn định tách hydro

4. Tháp tách Butan

5.Thiết bị nén khí tuần hoàn Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu và hydro được gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết sau đó dẫn vào thiết bị phản ứng (1). Sản phẩm của quá trình thu được đưa qua tháp ổn định (3), ở đó phần phía trên đỉnh tháp là khí hydro mang qua máy nén khí tuần hoàn (5) rồi đưa hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng. Còn phần nặng được đưa qua tháp tách butan (4) (các cấu tử C4-) để đưa đi làm khí nhiên liệu. Phần nặng còn lại là sản phẩm của quá trình. Tuỳ thuộc vào yêu cầu mà ta có thể mang đi pha trộn xăng ngay hay là tách lấy các cấu tử chưa chuyển hoá cho tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. 1.6.2. Các quá trình trong pha hơi a. Công nghệ isome hoá của IFP Nguyên liệu của quá trình sử dụng phân đoạn C5 - C6 giàu các cấu tử parafin có trị số octan thấp, sau khi thực hiện quá trình isome hóa sẽ thu được các cấu tử có trị số octan cao.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 22

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Quá trình này sử dụng xúc tác zeolit hoặc Al- Cl. Sự lựa chọn loại xúc tác phụ thuộc vào yêu cầu nâng cao trị số octan. Quá trình này có tuần hoàn các cấu tử nparafin chưa chuyển hoá bằng sàng phân tử trở lại thiết bị ban đầu. Trị số octan được cải thiện một cách rõ rệt. Điều này được minh họa ở bảng 9 dưới đây. Điểm đặc biệt của công nghệ này là có dùng thiết bị khử isopentan ra khỏi nguyên liệu. Hấp phụ và nhả hấp phụ ở pha hơi và dùng isopentan khử hấp phụ.

Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ isome hóa của IFP [1] Chế độ công nghệ: - Nhiệt độ phản ứng :

230 - 290oC

- Áp suất

14 - 42kg/cm2

:

- Tốc độ nạp liệu thể tích : 14- 22h-1 - Tỷ lệ H2/nguyên liệu

:

¼

Ưu nhược điểm của công nghệ:  Ưu điểm của công nghệ này là xúc tác có hoạt tính cao và bền cơ nhiệt, quá trình thực hiện ở pha hơi nên tránh được sự ăn mòn thiết bị, quá trình làm việc liên tục nên dễ tự động hóa có khả năng liên hợp được với các phân xưởng khác trong khu lọc dầu, lượng hydro nạp vào không yêu cầu độ tinh khiết quá cao.  Nhược điểm của công nghệ là nhiệt độ phản ứng cao nên dễ xảy ra các phản ứng phụ tạo cốc tạo nhựa. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 23

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 1.10. Trị số octan của sản phẩm isome hóa theo công nghệ IFP ở các chế độ và xúc tác khác nhau Công nghệ Không tuần hoàn nguyên liệu chưa chuyển hoá Tách isopentan và không tuần hoàn n-parafin Có tách và tuần hoàn các cấu tử chưa chuyển hoá Có tuần hoàn các cấu tử n-parafin Tách isopentan và n-parafin, có tuần hoàn n-parafin

Zeolit

Al-Cl

80

83

82

84

86

88

88

90

92

92

b. Công nghệ isome hoá của Shell (UCC Shell Hysomer) Quá trình được dùng để isome hóa phân đoạn C5- C6 của xăng cất trực tiếp nhằm mục đích nhận các hợp phần có trị số octan cao trong khi trị số octan của nguyên liệu nhỏ hơn 73 mà cho phép pha trộn tạo sản phẩm có trị số octan cao hơn 83 (theo RON). Xúc tác cho quá trình thuộc loại xúc tác đa chức năng với kim loại quý hiếm trên chất mang zeolit với hàm lượng natri nhỏ nhất. Nguyên liệu sau khi được cho qua quá trình hydro hóa làm sạch khỏi các tạp chất của lưu huỳnh và được sấy khô để loại hơi nước nhằm hạn chế khả năng ăn mòn thiết bị của các hợp chất này mới cho vào isome hóa. Xúc tác của quá trình này không nhạy với các loại hợp chất của lưu huỳnh và nước. Do vậy mà hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong nguyên liệu là 35ppm về khối lượng, và hàm lượng nước cho phép là 10-20ppm. Ngoài các phản ứng chính ra quá trình này còn có các phản ứng phụ: + Aromatic bị chuyển hoá thành các naphtenic. + Naphtenic bị hydrô hoá thành parafin.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 24

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

+ C7+ phản ứng cracking thành các phân tử nhẹ hơn. Sơ đồ công nghệ được miêu tả như dưới đây:

Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ của SELL 1. Thiết bị phản ứng 2. Tháp tách 3. Máy nén 4.Tháp ổn định. Điều kiện của công nghệ: - Nhiệt độ của quá trình

: 245-2470C

- áp suất của quá trình

: 300-500 Psi

- Tỷ lệ H2/RH

: 1/4

- Thời gian làm việc xúc tác là : 5-10 năm - Tốc độ nạp liệu

: 1- 3h-1

Hiệu suất của quá trình từ 97 đến 98 % (theo LV). Ưu, nhược điểm của công nghệ:  Ưu điểm: - Nhiệt độ và áp suất không quá cao nên thuận lợi về mặt nhiệt động, thuận lợi cho việc gia công thiết bị, không sử dụng nhiều các máy nén đắt tiền. - Dây chuyền hoạt động liên tục nên có khả năng tự động hóa, giảm được số nhân công sử dụng trong phân xưởng. - Xúc tác có thời gian làm việc khá lâu, hoạt tính cao. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 25

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

 Nhược điểm: - Xúc tác khó hoạt tính cao, thời gian làm việc lâu nhưng khả năng tái sinh rất kém. - Quá trình làm việc trong môi trường axit nên khả năng ăn mòn thiết bị cao. Do vậy phải sử dụng vật liệu đắt tiền c. Công nghệ isome hóa của BP Nguyên liệu là C5-C6 hay hỗn hợp của chúng được hydro hóa làm sạch các tạp chất lưu huỳnh và sấy khô trước khi đưa vào thiết bị phản ứng. Xúc tác dùng cho quá trình là aluminoplatin được hoạt hoá bằng clo hữu cơ nên có độ hoạt tính và độ chọn lọc cao, thời gian làm việc kéo dài. Để duy trì độ hoạt tính và độ chọn lọc ta bổ sung một lượng nhỏ halogen hữu cơ vào nguyên liệu, chính vì thế mà làm tăng khả năng ăn mòn kim loại, nên ta cần chú ý tới vấn đề ăn mòn thiết bị. Sản phẩm của quá trình có trị số octan khá cao (trên 80). Ngoài ra còn thu được một lượng lớn khí C1, C2, C3 đưa đi làm khí nhiên liệu.

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ isome hóa của BP [1] 1. Lò gia nhiệt nguyên liệu

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

2. Lò phản ứng

Trang 26

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG 4. Cột ổn định

3. Tách khí 5. Máy nén khí

6. Ngưng tụ

d. Công nghệ butamer của UOP Mục đích của quá trình này là sản xuất isobutan từ n-butan để cung cấp nguyên liệu cho công nghệ alkyl hoá và sản xuất MTBE. Nguyên liệu của quá trình chính là nbutan. Quá trình này sử dụng xúc tác là aluminoplatin hoạt hoá bằng clo. Quá trình isome hoá được tiến hành trong pha hơi, với sự có mặt của hydro với lớp xúc tác cố định ở nhiệt độ từ 120-240oC. Sau một chu trình sẽ nhận được hiệu suất isobutan lớn hơn 50%. Do xúc tác có độ chọn lọc cao nên đã hạn chế được các sản phẩm phụ. Hiệu suất sản phẩm đạt được trên 90% và tiêu hao H2 tương đối thấp, hơn nữa do ít xảy ra các phản ứng phụ nên không cần tỷ lệ H2/RH cao mà vẫn không ảnh hưởng đến thời gian làm việc của xúc tác. Sơ đồ được trình bày ở hình 8.

Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ isome hóa n-butan [1] 1. Cột tách iso-butan SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

2. Cột ổn định;

Trang 27

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

3. Lò phản ứng

4. Lò đốt nóng;

5. Máy nén

6. Thiết bị tách;

I. Nguyên liệu

II. H2

III. Khí đốt

IV. Sản phẩm

Các thông số về công nghệ: - Nhiệt độ phản ứng

:

150-200oC

- áp suất làm việc

:

3,8Mpa

- Vận tốc nạp liệu

:

1-3h-1

- Xúc tác

:

Pt/Al2O3

- Thời gian làm việc của xúc tác

:

>12 tháng

Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp nguyên liệu mới và sản phẩm của phản ứng đã ổn định được đưa vào tháp tách isobutan (1), tại đây sản phẩm tách ra có độ tinh khiết cao, n-butan được trộn với khí chứa H2 tuần hoàn qua thiết bị đốt nóng (4) đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp vào lò phản ứng (3) bên trong có chứa xúc tác. Sản phẩm của phản ứng được làm lạnh rồi được dẫn vào thiết bị tách áp suất cao (6). Khí H2 tách ra được bổ sung một lượng nhỏ H2 rồi qua máy nén quay lại lò phản ứng. Sản phẩm lỏng sau khi tách được đưa vào cột ổn định (2), tại đây sẽ tách một phần tiếp khí H2 và C1, C2. Sản phẩm chính được cho qua tháp tách (1). Ưu, nhược điểm của công nghệ:  Ưu điểm: - Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao, có thể điều chỉnh được hoạt độ của nó nên hiệu suất phản ứng là khá cao, ít phản ứng phụ tạo cốc tạo cặn nên lượng khí H2 không cần sử dụng nhiều. - Quá trình làm việc ở pha hơi nên khả năng ăn mòn là không đáng kể - Nhiệt độ, áp suất phản ứng không quá cao nên ít tiêu tốn năng lượng cho quá trình. - Xúc tác có khả năng tái sinh nên đảm bảo được tính kinh tế của quá trình.  Nhược điểm: - Tốn nhiều thiết bị bơm, máy nén. Đối với sơ đồ dùng một phản ứng sẽ gặp khó khăn trong vấn đề bảo đảm được mức độ chuyển hóa khi tái sinh xúc tác. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 28

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

e. Công nghệ TIP của UOP (Total isomerization process) Quá trình thực hiện isome hóa nguyên liệu thuộc phân đoạn từ C5 –C6 chiếm 40 đến 50% ( mạch thẳng). Trong nguyên liệu nếu có mặt của benzen thì nó sẽ bị hydro hoá thành xyclohexan. Công nghệ này có sử dụng quá trình hấp phụ vào để tách cấu tử mạch nhánh và mạch thẳng ra khỏi nhau. Chất hấp phụ thường dùng trong quá trình này ở dạng sàng phân tử. Trong đó nó chỉ cho phép n-parafin đi qua, còn các cấu tử khác bị giữ lại. Sau khi tách ra khỏi hỗn hợp các cấu tử có trị số octan cao được đem đi pha trộn xăng. Còn phần bị hấp phụ được đem đi tách và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. Quá trình nhả dùng hydro để nhả hấp phụ Quá trình này khi tiến hành cần phải có mặt của khí hydro để tránh sự tạo cốc trên xúc tác và tránh mất hoạt tính xúc tác. Sơ đồ công nghệ được trình bày như dưới đây:

Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ isome hóa TIP của UOP SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 29

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

1. Thiết bị isome hóa 2. Máy nén

2. Tháp tách 4. Thiết bi nhả hấp phụ

5. Thiết bị hấp phụ

6. Tháp ổn định

Điều kiện của công nghệ: + Nhiệt độ của quá trình: 200-3700C + Điều kiện áp suất của công nghệ là: 1365- 3415 KPa Nguyên liệu sạch được đưa qua thiết bị hấp phụ thay vì đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng. Như vậy, các hợp chất mạch nhánh được đưa trực tiếp vào bể chứa sản phẩm. Do đó sẽ làm giảm được quá trình cracking tạo các sản phẩm nhẹ. Đối với những nguyên liệu chứa ít n-parafin thì việc đưa thiết bị hấp phụ vào sẽ giảm được kích thước thiết bị phản ứng. Đối với nguyên liệu có hàm lượng benzen cao thì có thể tiến hành trong cả hai thiết bị (thiết bị phản ứng và thiết bị hấp phụ), benzen trong thiết bị phản ứng sẽ được chuyển hóa thành xyclohexan, vì thế sản phẩm sẽ chứa ít benzen. Ưu, nhược điểm của công nghệ:  Ưu điểm: - Xúc tác có hoạt tính cao, bền cơ, có khả năng tái sinh nên hiệu quả kinh tế cao. - Sử dụng xúc tác trong pha hơi nên môi trường làm việc có nồng độ axit nhỏ nên khả năng ăn mòn không đáng kể. - Quá trình thực hiện liên tục nên có khả năng tự động hóa cao.  Nhược điểm: Nhiệt độ phản ứng tương đối cao còn tạo cốc, tạo cặn nên làm giảm hoạt tính xúc tác. Bảng 1.11. Các đặc trưng chung của quá trình TIP của UOP và IFP Hãng thiết kế Đặc điểm

UOP

IFP

Có tuần hoàn n-parafin

Có tuần hoàn n-parafin

Tách n-parafin bằng

Tách n-parafin bằng

sàng phân tử

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

sàng phân tử

Trang 30

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hấp phụ và khử hấp phụ

Hấp phụ và khử hấp phụ

ở pha hơi

ở pha hơi

Dùng H2 nóng để khử hấp

Dùng isopentan

phụ Điều kiện phản ứng: - nhiệt độ phản ứng - áp suất - tốc độ nạp liệu thể tích - tỷ lệ H2/nguyên liệu

230 – 2900C 14 – 42 kg/cm2 14 – 22 h-1 1–4

Nguyên liệu và sản phẩm - trị số octan của nguyên liệu RON - trị số octan của nguyên liệu RON/MON

68 89/87 98% kl

- năng suất xăng

f. Công nghệ Penex của UOP Quá trình này nhằm thu sản phẩm có trị số octan cao từ nguyên liệu là phân đoạn naphta nhẹ có trị số octan thấp. Xúc tác của quá trình thường nhạy với các tạp chất độc nên nguyên liệu trước khi đưa vào thiết bị chính phải được loại bỏ các chất độc như các hợp chất chứa lưu huỳnh, chứa oxy, chứa halogen, nước. Người ta xử lý bằng cách sử dụng khí H2 và kết hợp với phương pháp sấy khô. Sản phẩm của quá trình được đem ra thiết bị ổn định để thu hồi hydro và đem hồi lưu. Sau đó nó được đưa ra thiết bị tách khí nhẹ, khí này phải được lọc sạch HCl hình thành từ lượng clo hữu cơ mang vào. Cần phải tách vì để tránh ăn mòn thiết bị và đảm bảo chi tiêu mang đi làm nhiên liệu. Tùy theo điều kiện và yêu cầu về sản phẩm thì ta có thêm quá trình tách n-parafin tuần hoàn trở lại. Sơ đồ công nghệ được trình bày dưới đây:

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 31

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ Penex của UOP. 1. Thiết bị sấy khí

4. Thiết bị tách

2. Máy nén

5. Tháp ổn định

3. Thiết bị phản ứng

6. Thiết bị lọc khí.

Chế độ công nghệ: - Nhiệt độ phản ứng :

375 - 485oC

- Áp Suất

:

20-70atm

- Xúc tác

:

Pt/Al2O3 có bổ sung halogen.

- Tốc độ nạp liệu

:

2h-1

Hoạt động của sơ đồ: Nguyên liệu từ bể chứa đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt cùng với khí H2 từ trên xuống để đạt nhiệt độ thích hợp, sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng. Sau khi phản ứng xảy ra hỗn hợp được đưa sang các tháp tách để loại các tạp chất và nguyên liệu chưa phản ứng để thu sản phẩm isome tinh khiết và đưa vào bể chứa sản phẩm. Ưu, nhược điểm của công nghệ:  Ưu điểm: - Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao, bền cơ nhiệt, làm việc trong một thời gian dài. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 32

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

- Môi trường làm việc của quá trình là môi trường hơi nên hạn chế được khả năng ăn mòn thiết bị. - Quá trình thực hiện liên tục nên có khả năng tự động hóa cao. - Có khả năng liên hợp với các quá trình khác như alkyl hóa để tận dụng được các nguồn nguyên liệu. Nhược điểm: - Nhiệt độ phản ứng còn quá cao nên rất dễ xảy ra các phản ứng phụ tạo cốc, tạo cặn. - Xúc tác hầu như không có khả năng tái sinh nên tính kinh tế chưa cao. 1.6.3. Lựa chọn công nghệ và loại xúc tác Mục tiêu của phân xưởng isome hoá cần thiết kế là nhằm thu được xăng có trị số octan cao từ phân đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp. Nguyên liệu ở đây là phân đoạn C5 - C6 , hay phân đoạn C5, C6 riêng biệt. Vì ở đây ta sử dụng nguyên liệu là phân đoạn là n- C5- C6 nên ta chọn công nghệ thích hợp là công nghệ Penex của UOP. Đây là công nghệ được thiết kế riêng cho quá trình isome hoá xúc tác của pentan, hexan và cả hỗn hợp của chúng. a. Nghiên cứu công nghệ Penex Quá trình UOP Penex được thiết kế đặc biệt cho xúc tác đồng phân hoá pentan,hexan và hỗn hợp của chúng. Các phản ứng diễn ra với sự có mặt của hydro và được thực hiện trên bề mặt xúc tác, tại điều kiện thích hợp mà ở đó đẩy mạnh các quá trình đồng phân hoá và quá trình hydrocracking là bé nhất. Điều kiện thực hiện phản ứng thì không khắt khe, phản ứng áp suất làm việc vừa phải, nhiệt độ thấp và yêu cầu áp suất riêng phần của hydro thấp. Xúc tác quá trình đồng phân hoá sẽ chuyển hoá tất cả các nguyên liệu parafin chuyển thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-pentan (n-C5) thành isopentan (iC5) và n-hexan (nC6) thành 2,2 và 2,3-dimetylbutan. Phản ứng được điều khiển ở đó có sự cân bằng nhiệt động và thuận lợi hơn ở nhiệt độ thấp. Với các parafin C5 tham gia vào quá trình chuyển hoá bởi n-pentan và isopentan. Quá trình isome hoá parafin C6 có phần phức tạp hơn bởi vì sự hình thành 2,3-metylpentan và 2,3SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 33

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

dimetylbutan có một giới hạn bởi sự cân bằng. Mạng lưới phản ứng bao gồm chủ yếu là quá trình chuyển hoá n-hexan thành 2,2-dimetylbutan. Tất cả benzen trong nguyên liệu được hydro hoá tạo xyclohexan và một cân bằng nhiệt động được thiết lập giữa metylxyclopentan và xyclohexan. Trị số octan tăng lên 14 lần. b. Miêu tả quá trình công nghệ  Miêu tả quá trình công nghệ Nguyên liệu condensate được đưa vào thiết bị sấy. Các thiết bị này được điền đầy bằng các rây phân tử, ở đây nước được tách ra để bảo vệ xúc tác. Nguyên liệu được trao đổi nhiệt bởi nhiệt của thiết bị phản ứng trước khi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt. Hỗn hợp nguyên liệu được trộn với hydro trước khi vào thiết bị phản ứng. Có hai thiết bị phản ứng chính được chọn. Nhiệt toả ra từ thiết bị phản ứng được làm lạnh trước khi đưa vào thiết bị tách sản phẩm. Các thiết kế mới hơn của Penex, bao gồm cả tuần hoàn khí nén và tách sản phẩm. Hydro nạp vào chỉ cần độ tinh khiết vừa phải, loại này được cung cấp bởi quá trình reforming xúc tác. Lượng hơi trên đỉnh tháp tách được thu gom trong thiết bị lọc hơi để tách HCl từ dạng clo hữu cơ thêm vào nguyên liệu trong thiết bị phản ứng để duy trì hoạt tính xúc tác. Sau khi lọc khí, lượng khí thu được ở trên đỉnh thì đưa đi làm nhiên liệu. Sản phẩm lỏng của quá trình isome hoá ở phần cuối của tháp tách thì được đưa sang phân xưởng pha trộn xăng. Sự lựa chọn phần cuối của tháp tách có các thành phần n-parafin và iso-parafin bởi quá trình tinh cất hay quá trình tách bằng rây phân tử hay sự kết hợp của cả hai phương pháp để tuần hoàn các n-parafin và metylpentan có trị số octan thấp (MeC5). Trị số octan của sản phẩm trong khoảng 87 đến 92, có thể đạt được bởi việc chọn lựa một trong các hệ thống có sự sắp xếp khác nhau. Sự phối hợp dòng chảy tuần hoàn là yêu cầu chủ yếu nhất đạt được bởi sự kết hơp quá trình Penex với một cột tách hexan. Cột tách hexan tập trung metylpentan có trị số octan thấp được tách loại theo chiều chuyển động. Dòng tách loại này được kết hợp với nguyên liệu đầu trước khi vào thiết bị phản ứng Penex.Ở trên đỉnh cột tách hexan, chủ yếu là iso-pentan, 2,2-dimetylbutan và 2,3-dimetylbutan thì được thu gom và cho qua phân xưởng pha trộn xăng. Một lượng nhỏ kéo theo dòng chảy ở dưới đáy

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 34

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

tháp tách bao gồm các C6 naphta và các C7, thì cũng được tách ra từ cột tách hexan và sử dụng để pha trộn vào xăng hay dùng làm nguyên liệu reforming. Việc chọn lựa quá trình tuần hoàn có hiệu suất cao bao gồm sự kết hợp quá trình Penex với quá trình UOP Molex, quá trình Molex sử dụng các rây phân tử để tách các sản phẩm tách ra trong quá trình Penex chuyển thành dòng iso-parafin có trị số octan cao và dòng n-parafin có trị số octan thấp thì được đưa vào quá trình Penex. Các hydrocacbon mạch thẳng thì được tách ra trong thiết bị Molex và sản phẩm đồng phân hóa được thu gom cho qua phân xưởng pha trộn xăng. Sự chuẩn bị điều kiện tốt nhất để pha trộn vào thành phần nguyên liệu và đạt yêu cầu về trị số octan của sản phẩm. Lựa chọn dòng chảy của công nghệ Penex C3 Nguyªn liÖu

Cét t¸ ch hexan

Panex

S¶n phÈm

MeC5vµ nC6 Chän lùa tuÇn hoµn MeC5 vµ nC6 C3 Nguyªn liÖu

Molex

Panex

S¶n phÈm

nC5vµ C6 TuÇn hoµn nC5vµ nC6 kÕt hî p thiÕt bÞMolex

C3 Nguyªn liÖu

panex

Cét t¸ ch hexan

nC5

T¸ ch b»ng r©y ph©n tö S¶n phÈm Chän lùa tuÇn hoµn MeC5 vµ nC5 , nC6

Hình 1.10. Sơ đồ lựa chọn dòng chảy của công nghệ Penex Để làm tăng thêm trị số octan, lợi ích khác nhau của sự phối hợp dòng chảy cơ bản của quá trình Penex nhằm bão hòa tất cả benzen chuyển thành xyclohexan. Hướng SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 35

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

phát triển này có vai trò quan trọng đối với các quá trình lọc dầu ở đó người ta muốn loại bỏ lượng lỏng benzen trong hỗn hợp xăng nghèo của chúng. Một vài nguyên liệu, như nguyên liệu reforming nhẹ, có thể chứa một lượng lớn benzen lỏng. Việc thực hiện quá trình Penex có thể gây ra tác hại khi quá trình sử dụng loại nguyên liệu này bởi vì benzen bị hydro hoá ở đó phản ứng toả nhiệt lớn. Nhiệt phát ra bởi phản ứng hyđro hóa benzen là nguyên nhân mà thiết bị phản ứng làm việc tại điều kiện đó thì không thuận lợi cho việc làm tăng trị số octan (không thuận lợi cho quá trình isome hoá). Thực hiện với các ứng dụng, UOP đề nghị quá trình Penex, ở đó bao gồm hai thiết bị phản ứng. Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hoà benzen chuyển thành xyclohexan. Thiết bị thứ hai thì được thiết kế để đồng phân hoá nguyên liệu cho trị số octan cao. Mỗi thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều kiện mà ở đó thuận lợi cho quá trình chuyển hoá các phản ứng theo mong muốn là lớn nhất. Các ứng dụng của quá trình Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của quá trình Penex là cải thiện trị số octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thẳng (LSR). Mức độ cải thiện trị số octan cho nguyên liệu C5-C6 thì được đưa ra bởi các mô hình chọn lựa khác nhau được chỉ ra ở bảng sau: Bảng 1.12. Dạng nguyên liệu sản phẩm và trị số octan RON Nguyên liệu vào

69

Sản phẩm: Chọn lựa 1: không tuần hoàn

83

Chọn lựa 2: Tuần hoàn 2 và 3-MeC5+nC6

88

Chọn lựa 3: Tuần hoàn nC5+nC6

89

Chọn lựa 4: Tuần hoàn nC5+nC6+ 2 và 3MeC5

92

Nếu như yêu cầu về trị số octan có phù hợp bởi sự tuần hoàn của các metylpentan, sự tinh chế hầu như chọn lựa quá trình tinh cất là lý do trên hết. ở đó có

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 36

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

giá trị thực tiễn cao, sự tinh chế có thể chọn lựa một thiết bị Molex, khi đó sẽ tách cả nC5 và nC6 để tuần hoàn. Sự tách nC5 và nC6 bằng thiết bị Molex thì có giá trị thực tiễn thấp hơn khi tách các metylpentan bởi quá trình tinh cất, và khi đó sẽ đạt được trị số RON cao hơn. Thiết kế dây chuyền Vì mục đích của quá trình là ta đi isome hoá phân đoạn n-C5, C6 để có sản phẩm có trị số octan cao pha vào xăng do đó ta không cần tách riêng từng cấu tử. Nên em lựa chọn thiết kế dây chuyền công nghệ isome hoá có tuần hoàn n-C5, C6. Đó là sự kết hợp giữa Penex và Molex

KhÝ nhiªn liÖu

PENEX

Nguyªn liÖu

MOLEX S¶n phÈm

n-Parafin tuÇn hoµn

* Điều kiện phản ứng: - Sử dụng xúc tác

Pt/Al2O3 có bổ xung halogen

- nhiệt độ phản ứng

375 - 485oC

- áp suất - tốc độ nạp liệu thể tích - tỷ lệ H2/nguyên liệu

14 - 42 kg/cm2 1,4 - 2,2 h-1 1-4

- Sử dụng zeolit loại có mao quản trung bình làm rây phân tử để hấp phụ (ZSM-5A). Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 37

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hình 1.11. Sơ đồ dây chuyền công nghệ Pexnex – Molex của UOP 1. Thiết bị sấy khí 2. Máy nén khí 3. Thiết bị phản ứng 4. Thiết bị tách 5. Tháp ổn định 6. Cột hấp phụ 7. Van quay 8. Cột Rafinat 9. Tháp tách 10. Thiết bị gia nhiệt 11. Lò đốt 12. Thiết bị làm lạnh hồi lưu Nguyên liệu đầu được bơm từ bể chứa cho qua thiết bị sấy (1) bằng rây phân tử để tách nước trong nguyên và bảo vệ cho xúc tác. Hydro được bổ sung cũng được cho qua thiết bị sấy (1) để tách nước. Sau đó khí hydro bổ sung được trộn với khí hydro tuần hoàn và đem trộn với hỗn hợp nguyên liệu vào và được trộn với n-parafin tuần hoàn từ công nghệ tách Molex. Hỗn hợp sau trộn lẫn được trao đổi nhiệt với sản phẩm của từng thiết bị phản ứng trước khi đi vào thiết bị gia nhiệt.Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu được gia nhiệt tới 375OC trước khi đi vào thiết bị phản ứng. Ở thiết bị phản ứng thứ nhất (3) xảy ra các phản ứng hydro hoá làm no hoá các hydrocacbon thơm, naphten… Sau thiết bị phản ứng thứ nhất (3) hỗn hợp được trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ đến 375OC vì các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng thứ nhất (3) đều toả nhiệt mạnh, do đó ưu tiên xảy ra trước phản ứng đồng phân hoá. Sau khi hỗn hợp sản phẩm lò thứ nhất (3) được hạ nhiệt độ thì được cho qua lò thứ hai (3).Tại đây sẽ xảy ra các SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 38

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

phản ứng đồng phân hoá và có xảy ra cả phản ứng cracking.Sản phẩm ra khỏi lò thứ hai (3) được cho qua thiết bị làm lạnh và vào thiết bị tách (4).Tại đây lượng hydro được tách ra tuần hoàn trở lại còn hỗn hợp sản phẩm được cho qua tháp ổn định (5). Khí nhiên liệu được tách ra ở đỉnh còn sản phẩm isome hoá được đưa sang hệ thống tách bằng công nghệ Molex. Công nghệ Molex ở đây sử dụng sàng phân tử là loại zeolit 5A và dùng chất nhả hấp phụ là khí nhẹ. Sản phẩm lỏng isome hoá được cho vào cột hấp phụ (6) nhờ van quay (7).Trong cột hấp phụ (6) xảy ra đồng thời quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ. Sản phẩm ra khỏi van quay (7) gồm có, một là gồm các sản phẩm isome hoá và chất nhả hấp phụ được đưa qua cột rafinat (8), hai là các n-parafin cùng chất nhả hấp phụ đi qua tháp chưng cất (9). Ở cột rafinat (8) sản phẩm isome hoá được tách ra ở đáy đi vào hệ thống chứa và sẽ được đưa sang phân xưởng pha chế xăng, còn chất nhả hấp phụ được tách ra ở đỉnh và được hồi lưu lại. Ở tháp (9) n-parafin được tách ra ở đáy và hồi lưu lại thiết bị phản ứng, còn ở đỉnh thì chất nhả hấp phụ được tách hồi lưu lại cột hấp phụ (6).Tất cả chất nhả hấp phụ hồi lưu đều được cho qua thiết bị gia nhiệt. c. Lựa chọn xúc tác Chất xúc tác lựa chọn cho công nghệ này là Pt/SO 24  /ZrO2 (UOP) do có ưu điểm sau: Có tất cả ưu điểm của xúc tác Pt/zeolit như bền đối với các chất gây ngộ độc, độ ổn định cao, không cần có quá trình tách H2O cho dòng H2 và nguyên liệu, không cần xử lý S cho nguyên liệu khi hàm lượng thấp, tái sinh dễ dàng. Nhưng hoạt tính cao hơn, vận hành ở nhiệt độ thấp hơn (180 – 240°C). NOR của sản phẩm thu được cao hơn 3 đơn vị. Tuổi thọ của xúc tác loại này khá lớn từ 5  6 năm. Xúc tác Pt/Al2O3 (Cl) có hoạt tính cao hơn nhưng dễ bị ngộ độc, bắt buộc phải có quá trình tách H2O và khử S cho nguyên liệu. Ngoài ra do bổ sung liên tục các hợp chất của clo nhằm duy trì hoạt tính của xúc tác nên gây ăn mòn thiết bị và phải có quá trình khử axit cho khí, xúc tác này không thể tái sinh được và giá thành đắt hơn xúc tác Pt/SO 24  /ZrO2.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 39

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Còn chất hấp phụ ta chọn zeolit ZSM – 5 trung bình có kích thước trung bình 5Å, với khả năng thu hồi n-parafin là 95 - 98%, thời gian sống hơn 10 năm. Như vậy, zeolit ZSM – 5 rất phù hợp với quá trình hấp phụ để tách các sản phẩm isome hóa có trị số octan cao như 2,2 – DMB, 2,3 – DMB ra khỏi các cấu tử có trị số octan thấp dựa vào sự khác nhau về đường kính phân tử dk Đường kính phân tử một số sản phẩm của quá trình isome hóa [3] 2,2 – DMB : 6,2Å 2,3 – DMB : 5,6Å Trong khi đó : n – C6, 2 – MP : < 5Å.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 40

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1. CƠ SỞ VÀ NHIỆM VỤ CỦA QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN Tính toán lò phản ứng dựa trên các số liệu ban đầu đã cho như: Năng suất, đặc tính của nhiên liệu. Ngoài ra còn một số thông số thông số công nghệ.  Trình tự tính toán:  Chọn các thông số ban đầu:  Áp suất trong thiết bị phản ứng.  Nhiệt độ hỗn hợp nguyên liệu vào.  Tốc độ nạp liệu.  Tỷ số H2/RH.  Tính cân bằng vật chất.  Tính cân bằng nhiệt lượng. 2.1.1. Những số liệu cần thiết cho trước  Năng suất:

600.000 tấn/năm

 Xúc tác:

Pt/Al2O3 bổ sung halogen

 Nhiệt độ phản ứng:

375 ÷ 485oC

 Tốc độ thể tích:

2 h-1

 Áp suất:

2 ÷ 4 MPa

 Tỷ lệ H2/RH:

4/1

2.1.2. Tính toán Các phản ứng chính xảy ra trong thiết bị phản ứng:  Phản ứng đồng phân hoá: n-C5 n-C6

i- C5

(1)

i- C6

(2)

 Phản ứng chuyển hóa naphten thành parafin: CnH2n + H2

CnH2n+2

(3)

 Phản ứng chuyển hoá hydrocacbon thơm thành naphten:

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 41

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

CnH2n- 6 + 3H2

CnH2n

(4)

 Phản ứng hydrocracking naphten: CnH2n + n/3 H2

n/15(C1 + C2 + C3 + C4 + C5)

(5)

 Phản ứng hydrocracking parafin. CnH2n+2 + (n-3)/3H2

n/15(C1 + C2 + C3 + C4 + C5)

(6)

Trong đó: k1-6: Hằng số tốc độ tương ứng của phản ứng thuận 1÷6. KP1-6: Hằng số cân bằng tương ứng của các phản ứng 1÷6. Ta có thể mô tả sự giảm hàm lượng của các hydrocacbon trong hỗn hợp bằng hệ phương trình vi phân sau: 

dNp k (7)  k1.P  1 .P n C5 K P1 iC5 dVR



k dNP  k 2.Pn C  2 .PiC dVR 6 K P2 6

(8)



k dN N  k3PN .PH  3 .PP dVR 2 K P3

(9)



dN A k  k 4 PA .PH3 2  4 .PN dVR K P4

(10)



dN N P  k5 N dVR P

(11)



dN P P  k6 P dVR P

(12)

VR: Đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol, [kg xt/kmol/h] NP, NA, NN: Phần mol của parafin, aromatic, naphten trong hỗn hợp nguyên liệu. P: áp suất toàn phần, Mpa. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 42

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

PN, PP, PA: áp suất riêng phần của naphten, parafin và aromatic, Mpa. k3: Hằng số tốc độ của phản ứng (3) được xác định theo đồ thị hình 3.1 [kmol/h.Pa.kgxúc tác]. k4 Hằng số tốc độ của phản ứng (4) được xác định theo đồ thị hình 3.2 [kmol/h.Pa.kgxúc tác]. k5, k6: Hằng số tốc độ của phản ứng (5), (6) được xác định theo đồ thị hình 3.3 [kmol/h.Pa.kgxúc tác]. K P3 , K P4 : Hằng số cân bằng của phản ứng (3), (4) được xác định theo phương trình sau: 4450 1

K P3 = 98,1

3

3

.10 .e 12

K P4 = 9,81 .10

46,15 

.e

 7,12

T

, Pa-1

(13)

25600 T

, Pa3

(14)

Hình 2.1. Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (3)

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 43

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hình 2.2. Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (4)

Hình 2.3. Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (5), (6)

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 44

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Hình 2.4. Sự phụ thuộc của nồng độ mol vào nhiệt độ của phản ứng (1)

Hình 2.5. Sự phụ thuộc của nồng độ mol vào nhiệt độ của phản ứng (2)

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 45

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 2.1. Thành phần của nguyên liệu Cấu tử

Nhiệt độ sôi, oC Tỷ trọng % khối lượng (ai) % mol (xi)

C5-paraffin

51,78

iso-pentan

29

0,617

19,95

21,75

n-pentan

36,05

0,625

27,55

30,03

C6-paraffin

41,26

2,2-dimetylbutan

49,72

0,650

0,407

0,370

2,3-dimetylbutan

58

0,655

2,26

2,060

Metylpentan

60,27

0,700

21,79

19,89

n-hexan

66,72

0,647

20,75

18,94

C6 vòng

6,96

Metylxyclopentan

71,19

0,780

4,16

3,89

Xyclohexan

80,72

0,770

1,24

1,16

Benzen

80,11

0,860

1,9

1,91

Với công thức chuyển đổi từ % khối lượng sang % số mol: Xi 

a i / Mi  (a j / M j )

[4]

Trong đó: Xi: phần mol của cấu tử i(%) ai, aj : Phần khối lượng của cấu tử i, j (%) Mi, Mj: khối lượng mol của cấu tử i, j (g) Để tính thành phần của hỗn hợp dùng công thức: Mc.yi=Mi.yi’ Trong đó:

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 46

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Mc: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp nguyên liệu. Mi: khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon trong nguyên liệu. yi, yi’: phần khối lượng và phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu. Mặt khác: Mc= 0,4.T50- 45. Trong đó T50: nhiệt độ sôi tại 50% thể tích nguyên liệu. Khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu được tính theo bảng sau: Bảng 2.2. Khối lượng phân tử của các hợp chất Hydrocacbon Công thức hóa học Công thức khối lượng Parafin

CnH2n+1

MP = 14.n + 2

Naphten

CnH2n

MN = 14.n

Aromat

CnH2n-6

MA = 14.n - 6

Bảng 2.3. Phần khối lượng của các cấu tử Cấu tử

Mi

CnH2n+2 78,21

Hàm lượng trong nguyên liệu % khối lượng, ai phần mol xi 0,9270

0,9304

CnH2n

84

0,0540

0,0505

CnH2n-6

78

0,0190

0,0191

1,0000

1,0000



Ngoài ra có thể tính Mc theo công thức sau: Mc =

 x .M i

i

= 0,5178 . 72+ 0,4126 . 86 + 0,0505 . 84 + 0,0191 . 78 = 78,5  Tỷ trọng của nguyên liệu c: 1 ρc

=∑

ai ρi

Trong đó: i: Tỷ trọng của cấu tử thứ i có trong nguyên liệu. ai: Phần % khối lượng của cấu tử thứ i có trong nguyên liệu, lấy từ Bảng 2.1. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 47

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Từ đó ta được: 1 ρc

+

a

0,1995

ρi

0,617

=∑ i= 0,0124 0,770

+

0,019 0,860

+

0,2755 0,625

+

0,00407 0,650

+

0,0226 0,655

+

0,2179 0,700

+

0,2075 0,647

+

0,0416 0,780

= 1,5284

 ρc = 0,6543 g/cm3 Năng suất của thiết bị được tính theo công thức: Gc =

L 24n

, kg/h

Trong đó, L là năng suất/năm, L = 600 000 tấn/năm n: Là số ngày hoạt động trong năm. Chọn số ngày nghỉ cho sửa chữa nhỏ và cho công tác duy tu, bảo dưỡng lớn là 14 ngày. Vậy số ngày hoạt động của thiết bị trong 1 năm là 365 - 14 = 351 ngày. Do đó ta có: Gc = nc =

600000.103 351.24

Gc Mc

=

= 71225,07 kg/h

71225,07 78,5

= 907,3 kmol/h

Bảng 2.4. Số mol của các họ cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu trong 1h Cấu tử

xi

nci= nc.xi(kmol/h)

CnH2n+2

0,9304

844,15

CnH2n

0,0505

45,82

CnH2n-6

0,0191

17,33



1,000

907,3

 Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết: Với tỷ lệ H2/RH = 4  nH2 = 4nC = 4. 907,3 = 3629,2 kmol/h  Lượng chất xúc tác cho toàn bộ quá trình trong 1h: Thể tích xúc tác: Vxt =

Gc ρc .V0

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 48

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Trong đó: Vo: Tốc độ thể tích, Vo = 2 h-1 c : Khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3 c = 0,6543.1000 = 654,3 kg/m3 Vậy thể tích xúc tác là: Vxt =

71225,07 654,3 . 2

= 54,43 m3

Khối lượng xúc tác: mxt= Vxt. xt , kg Trong đó: xt: Khối lượng riêng của xúc tác, thường được chọn trong khoảng 550 ÷ 600 kg/m3. Ta chọn xt = 600 kg/m3  mxt= Vxt. xt= 54.43 . 600 = 32658 kg Ở đây thực hiện ở 2 lò phản ứng do đó ta có sự phân bố xúc tác ở hai lò như sau: Chọn xúc tác lò 1:25%, lò 2:75%. Bảng 2.5. Phân bố xúc tác trong 2 lò phản ứng Lò phản ứng Vxt (m3) mxt (kg) 1

13,63

8164,5

2

40.8

24493,5

 Thành phần và áp suất riêng phần. Pi= P.yi Trong đó: Pi: áp suất riêng phần cấu tử i , Pa P: áp suất chung của lò phản ứng (Pa). P= 20.105, Pa yi: nồng độ phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp. Bảng 2.6. Thành phần và áp suất riêng phần Cấu tử

ni, kmol/h

yi = ni/∑ni

Pi = 20.105.yi , Pa

CnH2n+2

844,15

0,1861

3,722 . 105

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 49

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

CnH2n

45,82

0,0101

0,202 . 105

CnH2n-6

17,33

0,0038

0,076 . 105

H2

3629,2

0,8000

16,000 . 105

∑

4536,5

1,0000

20,000 . 105

2.2. TÍNH TOÁN CHO TỪNG LÒ PHẢN ỨNG 2.2.1. Tính toán cho lò phản ứng thứ nhất Với giả thiết là các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng có tác dụng làm no hoá các hydrocacbon vòng, vì phản ứng hydro hoá benzen tỏa nhiệt lớn hơn những phản ứng khác do đó ta phải thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn để tránh xảy ra những phản ứng reforming. Thật vậy, quá trình hai lò cho phép phản ứng xảy ra ở lò 1 gồm phản ứng (3) và (4). Nhiệt độ xảy ra ở lò này là 370oC. 2.2.1.1. Tính cân bằng vật chất lò phản ứng thứ nhất  Hằng số tốc độ k4 của phản ứng chuyển hoá hydrocacbon thơm thành naphten được tra ở đồ thị Hình 2.2.

Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (4) Tv: Nhiệt độ trung bình ở trong lò phản ứng là 370oC = 643,15 K Tv = 643,15 K  1000/Tv = 1,55. SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 50

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Áp dụng phương trình Arrhenius về hằng số vận tốc: E

k  k O .e RT  C

Trong đó: k: Hằng số vận tốc phản ứng ở nhiệt độ T. ko: Hằng số phụ thuô ̣c vâ ̣n tố c va cha ̣m và hê ̣ số đinh ̣ hướng không gian, đặc trưng cho mỗi phản ứng E: Năng lượng hoạt hoá, J/mol. T: Nhiệt độ tuyệt đối, K. R = 8,314 J/mol.K C: Hằng số. Theo đồ thị Hình 2.1:

Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (3) 1000/Tv =1,30 tra được k = 1,40.10-15 1000/Tv =1,35 tra được k = 0,69.10-15  k4 = 0,15.10-15 , kmol/h.Pa.kgxt.  Tính hằng số cân bằng K P4 .Theo phương trình (14) ta có: K P4 = 9,813.1012.e

46,15−

25600 643,15

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

= 5,38.1017Pa3

Trang 51

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Độ giảm tương đối hàm lượng các hydrocacbon thơm do phản ứng chuyển hoá aromatic thành naphten: −

dNA(4) dVR

= k4.PA.PH32 -

k4

. PN

KP4

= 0,15.10-15.0,076.105.(16.105)3 -

0,15.10−15 5,38.1017

. 0,202.105

= 4,67.106 Độ giảm này rất lớn chứng tỏ lượng hydrocacbon thơm chuyển hoá thành naphten là gần như hoàn toàn. Ta coi toàn bộ lượng hydrocacbon thơm đã chuyển hoá toàn bộ thành naphten. Vậy lượng H2 phản ứng ở phản ứng (4) là: nH2(4) = 3. nA = 3. 17,33 = 51,99 kmol/h. Lượng naphten tạo ra ở phản ứng (4) là: nN(4) = nA= 17,33 kmol/h.  Hằng số tốc độ k3 của phản ứng chuyển hoá naphten thành parafin được tra từ đồ thị Hình 2.1. Tv = 643,15K  1000/Tv = 1,55. 1000/Tv = 1,30 tra được k = 2,40.10-7 1000/Tv = 1,35 tra được k = 1,9.10-15  k3 = 0,9.10-7 kmol/h.Pa.kgxt  Tính hằng số cân bằng KP3. Theo phương trình (13) ta có: 4450

−7,12

K P3 = 98,1-1.10-3.e643,15

= 8,34.10-6 Pa-1

Điều đó chứng tỏ phản ứng thuận chuyển từ naphten sang parafin chiếm ưu thế hơn. Sự giảm hàm lượng naphten do phản ứng (3) là: −

dNN(3) dVR

= k3.PN.PH2 -

k3 KP3

. PP

= 0,9.10-7.0,202.105.16.105 -

0,9.10−7 8,34.10−6

. 3,722.105

= 1,11.10-5 

dNN(3) dVR

= -1,11.10-5

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 52

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Mặt khác: mxt

VR1 =

∑ni

=

8164,5 4536,5

= 1,799 kg/kmol.h

nN(3) = -1,11.10-5.1,799 = -1,997.10-5 kmol/h. Lượng H2(3) tham gia phản ứng (3) chính bằng lượng naphten tham gia phản ứng: H2(3) = nN(3).nc = 1,998.10-5.907,3 = 0,0181 kmol/h. Vậy sau phản ứng (3) thì hàm lượng naphten sẽ là: nN(3) = (yN’ - nN(3)).nc = (0,0505 – 0,0181).907,3 = 29,396 kmol/h Vậy hàm lượng naphten tổng cộng sau phản ứng (4) là: nN tổng = nN(3) + nA = 29,396 + 17,33 = 46,726 kmol/h Vậy tổng lượng parafin C6 là: nPC6 = 0,4126 . 907,3 + 1,997.10-5. 907,3 = 374,37 kmol/h Vậy khối lượng phân tử trung bình của parafin là: (0,4126+1,997.10−5 ).86+0,5178.72

MP =

0,5178+0,4126+1,997.10−5

= 78,21

Mà MP = 14.n + 2 = 78,21  n = 5,44. Bảng 2.7. Cân bằng vật chất cho lò phản ứng 1 Cấu tử

ni, kmol/h

yi

Mi

Gi = Mi.ni, kg/h

Đầu vào A

17,33

0,0038

78

1351,74

N

45,82

0,0101

84

3848,88

P

844,15

0,1861

78,21

66020,97

H2

3629,2

0,8000

2

7258,4

∑

4536,5

1,0000

78479,99

Đầu ra

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 53

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

A

0,00

-

-

0,00

N

46,726

0,0105

84

3924,98

P5

469,818

0,1051

72

33826,9

P6

374,37

0,0838

86

32195,82

H2

3577,192

0,8006

2

7154,38

∑

4468,1

1,0000

77102,08

2.2.1.2. Tính cân bằng nhiệt lượng lò phản ứng thứ nhất Ta có phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 + Q 5 Q1: Nhiệt lượng mang vào bởi nguyên liệu và khí tuần hoàn ở 25oC. Q2: Nhiệt lượng của lò đốt cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nguyên liệu và khí tuần hoàn từ 25oC đến 370oC. Q3: Nhiệt lượng mang ra khỏi lò phản ứng do các sản phẩm phản ứng và khí tuần hoàn. Q4: Nhiệt phản ứng. Q5: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh. Lượng nhiệt được tính theo công thức: Qi= nCi .Ci .t i , kJ/h Trong đó: nCi : Thành phần phần mol của từng cấu tử I ,kmol/h Ci : Nhiệt dung riêng của cấu tử i ,J/mol.độ t i : Nhiệt độ cấu tử i ,oC Cc = nci. Ci , kJ/h.độ Nhiệt dung riêng của một chất được tính theo. Cp = a0+a1.T+ a2.T2 +a-2.T-2 Trong đó các giá trị a0; a1; a2; a-2 là các hằng số thực nghiệm. T : Nhiệt độ tuyệt đối , K.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 54

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 2.8. Giá trị nhiệt dung riêng Cp,25oC

Cp,370oC

J/mol.độ

J/mol.độ

Cấu tử

a0

a1.10

a-2.10

a2.10

C1

6,730

10,200

-1,118

-

35,24

56,23

C2

3,890

29,600

-

-

52,59

96,40

C3

0,410

64,710

-

-22,582

72,98

142,13

n-C4

4,357

72,552

-

-22,145

99,28

180,57

i-C4

2,296

82,407

-

-38,792

96,76

173,01

n-C5

3,140

100,532

-

-35,500

123,69

230,56

Benzen

-5,040

95,63

-

-40,600

81,9990

175,03

Xyclohexan

-7,701

124,675

-

-41,584

105,75

241,26

n-C6

7,313

104,906

-

-32,397

147,67

264,73

H2

6,59

-0,2

-

0,48

29,025

29,30

3

-5

6

Bảng 2.9. Nhiệt dung riêng của các cấu tử khác tra được Cp, 25oC

Cp, 370oC

J/mol.độ

J/mol.độ

Iso-pentan

119,41

226,23

2,2-Dimetylbutan

142,63

272,27

2,3-Dimetylbutan

141,25

268,98

Metylpentan

143,00

267,20

Metylcyclopentan

110,71

240,83

Cấu tử

Bảng 2.10. Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu đầu vào và hydro tuần hoàn ở 25oC và ở 370oC Cấu tử

nci,(kmol/h)

Ci.nci 25oC

Ci.nci 370oC

kJ/h.độ

kJ/h.độ

P

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 55

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Isopentan

197,338

23564,13

44643,77

n- pentan

272,462

33700,8

62818,84

2,2-dimetylbutan

3,357

478,81

914,01

2,3-dimetylbutan

18,69

2639,96

5027,24

Metylpentan

180,462

25806,07

48219,45

n- hexan

171,843

25376,05

45491,98

Metylxyclopentan

35,394

3918,47

8523,94

Xyclohexan

10,525

1113,02

2539,26

Benzen

17,33

1421,04

3033,27

H2

3629,2

105337,53

106335,56

∑

4536,5

223355,88

327547,32

N

A

a. Tính Q1: Lượng nhiệt mang vào của nguyên liệu và khí tuần hoàn ở 25oC: Q1 = Qnl + QH Trong đó: Qnl = ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1 QH =  nH.CH.t1 

Q1 = 223355,88 . 25 = 5583897 kJ/h

b. Tính Q2: Lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của nguyên liệu từ 25o đến 370oC: Q2 = Qt2 - Qt1 Từ bảng 3.10, ta có: Q2 = 327547,32.370 – 223355,88.25 = 115608611,4 kJ/h c. Tính Q4: Bảng 2.11. Giá trị hiệu ứng nhiệt của từng phản ứng

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 56

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Phản ứng

∆Q, kcal/mol

1

2

2

2

3

27

4

50

5

20

6

11

Lượng nhiệt sinh ra do quá trình phản ứng. Ở thiết bị phản ứng 1 xảy ra các phản ứng (3) và phản ứng (4). Vậy: Q4 = ∆n3 . ∆Q3 + ∆n4 . ∆Q4 Ta có: ∆Q3 = 27 . 4,126 = 113,402 kJ/mol ∆Q4 = 50 . 4,126 = 206,3 kJ/mol ∆n3= 0,0181 kmol/h ∆n4= 17,33 kmol/h 

Q4 = 0,0181. 113,402.103 + 17,33. 206,3.103 Q4 = 3577231,576 kJ/h

d. Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mất mát ra khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng của sản phẩm mang ra: Q5 = 0,05Q3 Vậy tổng lượng nhiệt của đầu ra = Q3 + 0,05 . Q3 = 1,05Q3  1,05Q3 = Q1 + Q2 + Q4 (vì phản ứng tỏa nhiệt) Mà ta có các phản ứng là toả nhiệt do đó: 1,05Q3 = 5583897+ 115608611,4 + 3577231,576 = 124769740 kJ/h  Q3 = 118828323,8 kJ/h  Q5 = 5941415,19 kJ/h

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 57

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 2.12. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 1 Dòng

Lượng

Nhiệt lượng

Kmol/h

KJ/h

Đầu vào Q1

5583897

Q2

115608611,4

Q4

3577231,576

∑

4536,5

124769739,976

Đầu ra Q3

118828323,8

Q5

5941415,19

∑

4468,1

124769738,99

2.2.2. Tính toán cho lò phản ứng thứ hai Ở lò này thực hiện ở nhiệt độ cao hơn lò 1 và sẽ xảy ra các phản ứng isome hoá và phản ứng cracking. Nhiệt độ phản ứng trong lò là 370oC. Độ tụt áp suất giữa các lò thường là: 0,15 ÷ 0,35 at. 2.2.2.1. Tính cân bằng vật chất lò phản ứng thứ hai Bảng 2.13. Thành phần nguyên liệu vào lò phản ứng thứ 2 Cấu tử

ni (kmol/h)

yi

Mi

Gi=Mi.ni (kg/h)

N

46,726

0,0105

84

3924,98

P5

469,818

0,1051

72

33826,9

P6

374,37

0,0838

86

32195,82

H2

3577,192

0,8006

2

7154,38



4468,1

1,0000

77102,08

Ta chọn độ tụt áp ở lò thứ 2 là: 0,3 at. Khi đó áp chung của hỗn hợp khí nguyên liệu vào lò thứ 2 là: P2= 20 - 0,3 = 19,7 at = 19,7.105 Pa SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 58

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Bảng 2.14. Thành phần áp suất nguyên liệu và khí tuần hoàn vào lò 2 Cấu tử ni (kmol/h)

yi

Mi 84

Pi=19,7.105.yi(Pa) Gi=Mi.ni (kg/h) 0,2069.105

3924,984

0,1889 78,21

3,7213.105

66023,943

3577,192

0,8006

15,7718.105

7154,384

4468,1

1,0000

19,7.105

77103,311

N

46,726

0,0105

P

844,188

H2



2

 Hằng số tốc độ của phản ứng hydrocracking naphten Từ Tv = 480oC=> Tv = 753,15 K =>1000/Tv = 1,33 Theo đồ thị Hình 2.3 ta có :

Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (5), (6) k5 = 0,012 kmol/h.kgxtác Sự giảm hàm lượng naphten tương đối do phản ứng (5) là: −

dNN dVR

PN

= k5 .

P

= 0,012 .

0,2069.105 19,7.105

= 0,000126

Mặt khác VR2 =

mxt ∑ni

 - NN =−

=

dNN dVR

24493,5 4468,1

= 5,482 kg/kmol.h

.VR2 = 0,000126 . 5,482 = 0,000691 kmol/h

Vậy hàm lượng naphten tham gia phản ứng cracking là: SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 59

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

nN (5) = 0,000691 . 907,3 = 0,627 kmol/h Do đó hàm lượng naphten còn lại sau phản ứng (5) là: nN = nN tổng - nN(5) = 46,726 - 0,627 = 46,099 kmol/h Lượng H2 tham gia phản ứng (5) : n

5,44

3

3

H2(5) = . nN(5) =

. 0,627 = 1,137 kmol/h

 Hằng số tốc độ của phản ứng hydrocracking parafin Theo đồ thị Hình 2.3 ta có: k6 = 0,012 kmol/h.kg Sự giảm tương đối parafin phản ứng (6) là: −

dNP(6) dVR

PP

= k6 .

 -∆NP(6) = −

= 0,012 .

P dNP(6) dVR

3,7213.105 19,7.105

= 2,2668.10-3

. VR2 = 2,2668.10-3. 5,482 = 0,0124 kmol/h

 Lượng parafin bị cracking là: nP(6) = NP(6).nc = 0,0124 . 907,3 = 11,251 kmol/h  Lượng H2 tham gia phản ứng (6) : H2(6) = nP(6).

n−3 3

= 11,251 .

5,44−3 3

= 9,151 kmol/h

Bảng 2.15. Thành phần các cấu tử trong nguyên liệu vào lò 2 Cấu tử

ni (kmol/h)

yi = ni/ni

Mi

N

46,726

0,0524

84

n-C5

272,462

0,3058

72

i- C5

197,356

0,2215

72

i-C6

202,527

0,2273

86

n-C6

171,843

0,193

86



890,914

1,0000

Tính lượng n-C5 chuyển hóa trong phản ứng (1) Theo đồ thị Hình 2.4.

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 60

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Sự phụ thuộc của nồng độ mol vào nhiệt độ của phản ứng (1) Ta có nồng độ % mol ở trạng thái cân bằng ở nhiệt độ 643,15K. % n-C5= 37%.

% i-C5 = 63%.

Trong phân đoạn C5 nồng độ phần mol của i-C5 chiếm 42%, còn n-C5 là 58%. Vậy tại trạng thái cân bằng thì n-C5 trong phân đoạn C5 chuyển hoá là: 58 - 37 = 21 %. Do đó, phần mol n-C5 chuyển hóa là:

21 100

. 51,78 = 10,87 %

Lượng n-C5 đã chuyển hoá sau phản ứng (1) là: ∆nn−C5 =

10,87 . 890,914 100

= 96,84 kmol/h

 Lượng i-C5 tạo thành là: ni−C5 = ∆nC5 = 96,84 kmol/h Lượng n-C5 còn lại được tách cho tuần hoàn là: nn−C5(th) = nn−C5 - ∆nn−C5 = (0,3058 – 0,1087) . 890,914= 175,6 kmol/h  Tính lượng n-C6 chuyển hoá trong phản ứng (2) Theo đồ thị 2.5.

Sự phụ thuộc của nồng độ mol vào nhiệt độ của phản ứng (2) SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 61

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Nồng độ phần mol của n-C6 ở trạng thái cân bằng tại nhiệt độ 643,15K là: % n-C6 = 17 % .

% i-C6 = 83 %.

Nồng độ n-C6, i-C6 trong phân đoạn C6 theo Bảng 2.1 là: n-C6 = 44,62%

i-C6 = 55,38%

Như vậy, % n-C6 đã chuyển hoá ở trạng thái cân bằng đối với C6-parafin: ∆Nn−C6 = 44,62– 17 = 27,62 % Phần mol n-C6 đã chuyển hoá so với hỗn hợp nguyên liệu: 27,62 100

. 0,4126 = 0,114

Vậy lượng n-C6 chuyển hoá sau một lần phản ứng: ∆Nn−C6 = 0,114 . nC= 0,114 . 890,914 = 101,564 kmol/h Lượng i-C6 tạo thành là: ni−C6 = ∆Nn−C6 = 101,564 kmol/h Lượng n-C6 tách tuần hoàn: nn−C6(th) = nn−C6 - ∆Nn−C6 = (0,193 – 0,114) . 890,914 = 70,38 kmol/h  Tính lượng H2 tuần hoàn. H2(th) = ∑H2(nguyên liệu) - H2(5) - H2(6) Thay số ta có: H2(th) = 3577,192 – 1,137 – 9,151 = 3566,904 kmol/h  Lượng C1÷C5 sinh ra trong quá trình phản ứng: Theo phương trình phản ứng (5) và (6) ta có thể tính được tương đối lượng C1÷C5 sinh ra: P* = nC1 ÷C5 =

6 15

nN(5) +

5,44 15

nP(6) =

6 15

. 0,627+

5,44 15

. 11,251 = 4,331 kmol

Bảng 2.16. Cân bằng vật chất của lò 2 Cấu tử nC-i (kmol/h)

yi

Mi

Gi=Mi.ni (kg/h)

Đầu vào N

46,726

0,0105

84

3924,98

P

844,188

0,1889

78,21

66022,72

H2

3577,192

0,8006

2

7154,38

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 62

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026



GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

4468,1

1,0000

78479,99

Đầu ra A

0,0000

-

-

0,00

N

46,099

0,0103

84

3872,316

n-C5

175,6

0,0394

72

12643,2

n-C6

70,38

0,0158

86

6052,68

i-C5

294,196

0,066

72

21182,112

i-C6

304,091

0,068

86

26151,826

P*

4,331

0,001

44

190,564

H2

3566,904

0,7995

2

7133,808

∑

4461,6

1,00000

77226,506

Bảng 2.17. Lượng sản phẩm Cấu tử

nC-i ,kmol/h

i-C5

294,196

i-C6

304,091

N

46,099

P*

4,331

∑

648,717

Bảng 2.18. Lượng tuần hoàn Cấu tử

nC-i ,kmol/h

H2

3566,904

n-C5

175,6

n-C6

70,38

∑

3812,884

2.2.2.2. Tính cân bằng nhiệt lượng lò phản ứng thứ hai Ta có phương trình cân bằng nhiệt: SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 63

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

Q1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 + Q 5 Q1 : Nhiệt lượng mang vào bởi sản phẩm và khí tuần hoàn sau lò 1. Q2 : Nhiệt lượng của thiết bị trao đổi nhiệt thu được để giảm nhiệt độ của sản phẩm và khí tuần hoàn sau lò phản ứng 1 từ 390oC đến 370oC. Q3 : Nhiệt lượng mang ra khỏi lò phản ứng do các sản phẩm phản ứng và khí tuần hoàn. Q4 : Nhiệt phản ứng. Q5 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh. Lượng nhiệt được tính theo công thức: Qi = nC-i.Ci.ti, kJ/h Trong đó : nC-I : Lưu lượng của từng cấu tử i,kmol/h Ci : Nhiệt dung riêng của cấu tử i,J/mol.độ ti

: Nhiệt độ cấu tử i, oC

Cc= ∑nci. Ci, kJ/h.độ Trong đó ni: các thành phần phần khối của cấu tử thứ i. Nhiệt dung riêng của một chất được tính theo: Cp = a0+a1.T+a2.T2+ a-2.T-2 Trong đó các giá trị a0; a1; a2; a-2: là các hằng số thực nghiệm. T : Nhiệt độ tuyệt đối, K Bảng 2.19. Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu và hydro tuần hoàn vào lò 2 ở 370oC Cấu tử

nci,(kmol/h)

Ci 370oC

Ci.nci 370oC

J/mol.độ

kJ/h.độ

P Isopentan

187,792

199,17

37402,53

n- pentan

254,994

198,31

50567,86

2,2-dimetylbutan

3,133

239,43

750,14

2,3-dimetylbutan

17,444

236,39

4123,58

Metylpentan

198,987

238,38

47434,52

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 64

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

n-hexan

190,384

235,73

44879,22

Metylxyclopentan

32,94

207,77

6843,94

Xyclohexan

9,823

212,28

2085,22

Benzen

0

-

-

H2

3577,192

29,30

104811,7256



4468,1

N

A

298898,836

a. Tính Q1: Lượng nhiệt cần cung cấp của lò đốt để nâng nhiệt độ của sản phẩm lò 1 lên 370oC để làm nguyên liệu cho lò 2: Q1 = ∑ni.Ci.t1 = 298898,836 . 370 = 110592569,3 kJ/h Bảng 2.20. Giá trị hiệu ứng nhiệt của từng phản ứng Phản ứng

 Q, kcal/mol

1

2

2

2

3

27

4

50

5

20

6

11

b. Tính Q2: Lượng nhiệt sinh ra do quá trình phản ứng. Ở thiết bị phản ứng 2 xảy ra các phản ứng (1), (2), (5) và phản ứng (6). Vậy: Q2 = ∆n1.∆Q1+ ∆n2.∆Q2 + ∆n5.∆Q5 + ∆n6.∆Q6 , kj/h Ta có các giá trị ∆ni,∆Qi cho trong sau: Bảng 2.21. Các giá trị ∆ni, ∆Qi STT

∆ni

∆Qi

∆ni.∆Qi

kmol/h

kcal/mol

kcal/h

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 65

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

1

96,84

2

193680

2

101,564

2

203128

5

0,627

20

12540

6

11,251

11

123761

∑

533109

Vậy Q2 = 533109 . 4,126 = 2199607,734 kJ/h c. Tính Q3: Chọn nhiệt lượng mất mát ra khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt lượng của sản phẩm mang ra: Q4 = 0,05.Q3 Vậy tổng lượng nhiệt của đầu ra = Q3 + 0,05.Q3 = 1,05.Q3  1,05.Q3 = Q1 - Q2 ( Q2 < 0 vì phản ứng toả nhiệt) Mà ta có các phản ứng là toả nhiệt do đó: 1,05.Q3 = 110592569,3 + 2199607,734 = 112792177 kj/h  Q3 = 107421121 kj/h  Q4 = 5371055,05 kj/h Bảng 2.22. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 2 Dòng

Lượng

Nhiệt lượng

kmol/h

kJ/h

Đầu vào Q1

110592569,3

Q2

2199607,734



4468,1

112792177

Đầu ra Q3

107421121

Q5

5371055,05



SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

4461,6

112792176,05

Trang 66

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

2.3. TỔNG HỢP PHẦN TÍNH TOÁN 2.3.1. Cân bằng vật chất Bảng 2.23. Cân bằng vật chất cho lò phản ứng 1 Cấu tử

ni, kmol/h

yi

Mi

Gi = Mi.ni, kg/h

Đầu vào A

17,33

0,0038

78

1351,74

N

45,82

0,0101

84

3848,88

P

844,15

0,1861

78,21

66020,97

H2

3629,2

0,8000

2

7258,4

∑

4536,5

1,0000

78479,99

Đầu ra A

0,00

-

-

0,00

N

46,726

0,0105

84

3924,98

P5

469,818

0,1051

72

33826,9

P6

374,37

0,0838

86

32195,82

H2

3577,192

0,8006

2

7154,38

∑

4468,1

1,0000

77102,08

Bảng 2.24. Cân bằng vật chất của lò 2 Cấu tử nC-i (kmol/h)

yi

Mi

Gi=Mi.ni (kg/h)

Đầu vào N

46,726

0,0105

84

3924,98

P

844,188

0,1889

78,21

66022,72

H2

3577,192

0,8006

2

7154,38



4468,1

1,0000

78479,99

Đầu ra A

0,0000

-

-

0,00

N

46,099

0,0103

84

3872,316

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 67

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

n-C5

175,6

0,0394

72

12643,2

n-C6

70,38

0,0158

86

6052,68

i-C5

294,196

0,066

72

21182,112

i-C6

304,091

0,068

86

26151,826

P*

4,331

0,001

44

190,564

H2

3566,904

0,7995

2

7133,808

∑

4461,6

1,00000

77226,506

2.3.2. Cân bằng nhiệt lượng Bảng 2.25. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 1 Dòng

Lượng

Nhiệt lượng

Kmol/h

KJ/h

Đầu vào Q1

5583897

Q2

115608611,4

Q4

3577231,576

∑

4536,5

124769739,976

Đầu ra Q3

118828323,8

Q5

5941415,19

∑

4468,1

124769738,99

Bảng 2.26. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 2 Dòng

Lượng

Nhiệt lượng

kmol/h

kJ/h

Đầu vào Q1

110592569,3

Q2

2199607,734



SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

4468,1

112792177

Trang 68

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG Đầu ra

Q3

107421121

Q5

5371055,05



SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

4461,6

112792176,05

Trang 69

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm hiểu để hoàn thành đồ án này, em nhận thấy rằng, để sản xuất xăng chất lượng cao, thì isome hóa là một phương án đầy triển vọng đối với ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam. Cùng với những bước đi đầu của ngành công nghệ chế biến dầu nước ta và quá trình nghiên cứu những công trình chế biến trong công nghiệp, tích lũy kiến thức, hy vọng chúng ta sẽ xây dựng nên một ngành công nghiệp mũi nhọn cho đất nước. Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án, em xin gửi lời cảm ơn tới PGS. TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án thiết kế phân xưởng isome hóa phân đoạn condensat. Qua đồ án này em đã nắm được những lý thuyết chính của quá trình, nguyên tắc quan trọng trong thiết kế. Trong đồ án không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế nên em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện Vi Đức Thành

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 70

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4026

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB Khoa học kỹ và thuật 2009. 2. PGS.TS.Đinh Thị Ngọ - Nguyễn Khánh Diệu Hồng. Hóa học dầu mỏ và khí. NXB Khoa học và kỹ thuật 2012. 3. Phạm Thanh Huyền. Nguyễn Hồng Liên. Công nghệ tổng hợp hữu cơ - hóa dầu. NXB Khoa học và kỹ thuật 2006. 4. Robert.A.Meyers - Hanbook of petroleum refining processes, second edition. 1986. 5. IFP - Hydrocacbon processing, November 1998. 6. Hydrocacborn Processing. November 2000 .trang 131-134 7. Bạch Hổ condensate propreties, Tổng Cục Dầu Khí Việt Nam, 2001

SINH VIÊN: VI ĐỨC THÀNH

Trang 71