sản xuất etylen

Ñoà aùn toáùt nghieäp Thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát etylen

LÔØI MÔÛ ÑAÀU

Etylen laø chaát coù nhieàu öùng duïng trong ñôøi soáng vaø trong coâng nghieäp hoaù hoïc, etylen ñöôïc duøng laøm nguyeân lieäu toång hôïp caùc hôïp chaát höõu cô.

Qua caùc thôøi kyø phaùt trieån, ñaõ coù nhieàu coâng ngheä saûn xuaát etylen ñöôïc aùp duïng vôùi nhieàu nguyeân lieäu khaùc nhau vaø vôùi muïc ñích khaùc nhau. Tuy nhieân phöông phaùp saûn xuaát etylen töø etan laø hieäu quaû nhaát, vieäc söû duïng etan cho pheùp giaûm ñaàu tö cho saûn xuaát etylen. Phöông phaùp nhieät phaân töø etan cho hieäu suaát saûn phaåm cao, ít tieâu toán nguyeân lieäu, ít taïo coác treân beà maët cuûa thieát bò…

Coâng ngheä saûn xuaát etylen töø daàu khí chuû yeáu laø khí thieân nhieân ñaõ ñöôïc bieát töø laâu, ñaây laø nguoàn nguyeân lieäu coù saún. Coâng ngheä naøy coù tính kinh teá cao, khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng vaø raát hôïp cho xu theá hieän nay. Etylen ñöôïc saûn xuaát baèng cracking hôi nöôùc töø caùc hôïp chaát hydrocacbon bao goàm: etan, propan, butan, Naphtan khí daàu moû hoùa loûng (LPG) vaø daàu gasoil…

Söï phaùt trieån gaàn ñaây taäp trung chuû yeáu vaøo vieäc ñieàu khieån vi tính thieát keá loø phaûn öùng, saûn löôïng Etylen baèng phöông phaùp cracking nhieät ñoä cao, soá laàn phaûn öùng phuï ít, heä thoáng laøm nguoäi nhanh.

Sinh vieân

Nguyeãn Xuaân Yeân

SVTH: Nguyeãn Xuaân Yeân Hoaù daàu - K44 ÑHBK HN

1


PHAÀN I

TOÅNG QUAN LYÙ THUYEÁTChöông I:

GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ KHÍ THIEÂN NHIEÂN VAØ ÖÙNG DUÏNG.

I. GIÔÙI THIEÄU CHUNG

Khí thieân nhieân laø hoãn hôïp cuûa hydrocacbon nhö: metan, etan, propan n-butan, iso-butan, H2S, CO2 … Khí thieân nhieân khai thaùc töø caùc moû khí trong khí thieân nhieân thaønh phaàn chuû yeáu laø metan (chieám töø 84 99% theå tích).

Caùc moû khí thieân nhieân laø caùc tuùi khí naèm saâu döôùi maët ñaát. Khí thieân nhieân ñöôïc hình thaønh trong suoát nhieàu kyû nguyeân cuûa traùi ñaát vaø tích tuï laïi, sau ñoù di chuyeån töø nôi suaát xöù tôùi lôùp beà maët cuûa caùc moû trong taàng ñaù xoáp hoaëc khe öôùt cuûa nhieàu taàng ñòa chaát hình thaønh neân daàu vaø khí. Khí töï nhieân ñöôïc thu hoài baèng caùch khoan khai thaùc, haøng naêm theá giôùi khai thaùc khoaûng 2.1012 m3 khí thieân nhieân.

Thaønh phaàn nhöõng caáu töû trong khí thieân nhieân thay ñoåi trong phaïm vi khaù roäng tuøy thuoäc theo moû khí khai thaùc. Ngoaøi ra, trong thaønh phaàn khí töï nhieân coøn coù caùc khí chua nhö H2S vaø CO2. Maëtë duø löôïng CO2 khoâng ñaùng keå trong khí töï nhieân nhöng ñoù laø ñieàu khoâng mong muoán, bôûi vì khi vaän chuyeån khí töï nhieân ñoøi hoûi chi phí lôùn, laøm giaûm nhieät chaùy khí vaø gaây aên moøn ñöôøng oáng vaän chuyeån khí.

Khí töï nhieân laø nguoàn chính cung caáp caùc nguyeân lieäu quan troïng cho coâng nghieäp hoùa daàu, ñaëc bieät laø hoùa hoïc.

Ví duï: ôû Myõ töø khí etan ñaõ cheá bieán 40% etylen phuïc vuï cho saûn xuaát nhöïa toång hôïp, chaát saûn phaåm beà maët vaø nhieàu saûn phaåm vaø baùn saûn phaåm khaùc.

Hieän nay, ngöôøi ta ñaùnh giaù möùc ñoä phaùt trieån coâng nghieäp toång hôïp höõu cô theo toång saûn löôïng


2


vaø nhu caàu etylen. ÔÛ caùc nöôùc Taây AÂu sau khi ñaõ tìm ra caùc moû khí töï nhieân lôùn ñaõ taêng cöôøng söï quan taâm ñeán caùc nguyeân lieäu nhieät phaân nheï, bôûi vì söû duïng etan trong coâng nghieäp hoùa hoïc vaø hoùa daàu hieäu quaû vaø coù ñöôïc söï caân baèng giöõa saûn xuaát vaø nhu caàu etylen. [1]

Baûng1: Thaønh phaàn khí töï nhieânThaønh phaàn caùc hydrocacbon Phaàn

molMetanEtanPropann-butaniso-butann-pentaniso-pentanHeptan vaø caùc hydrocacbon

cao hônN2

CO2

H2SHe

0,75÷ 0,99

0,01÷0,15

0,01÷0,10,00÷0,0

10,00÷0,0

10,00÷0,0

10,00÷0,0

10,00÷0,0

010,00÷0,0

150,00÷0,10,00÷0,3

00,00÷0,0

5Thaønh phaàn khí töï nhieân khai thaùc töø moät vaøi moû cuûa CHLB Nga vaø cuûa Vieät Nam.

Baûng 2: Thaønh phaàn khí töï nhieân vaø khí ñoàng haønh khai thaùc töø moät vaøi moû cuûa

CHLB Nga (% theå tích).

Caùc caáu töû Khí töï nhieân Khí ñoàng haønh

Taây Siberi

Uzbekistan

Quybisep

Volgarad


3


CH4

C2H6

C3H8

C4H10(n vaø izo)C5H12 vaø cao hônCO2 H2SN2

99,000,050,01

0,0030,0010,50

-0,40

87,21,990,320,130,153,605,501,11

39,9123,3217,725,781,1

0,460,35

11,36

76,258,138,963,543,330,83

-1,25

Baûng 3: Thaønh phaàn hoùa hoïc trung bình cuûa khí töï nhieân vaø khí ñoàng haønh khai thaùc ñöôïc ôû moät vaøi moû ôû Vieät Nam.

Caùc caáu töû

Khí ñoàng haønh

Khí töï nhieân

Baïch Hoå

Ñaïi Huøng

Roàng

Tieàn Haûi

Roàng Töï Do

CH4

C2H6

C3H8

C4H10(n vaø izoâø)C5H12 vaøcao hônCO2 N2

73,013,07,02,92,50,50,7

77,010,05,03,31,20,53,0

78,03,02,01,01,0

13,02,0

87,63,11,21,00,83,33,0

84,06,04,02,02,010,04,0

II. CHEÁ BIEÁN SÖÛ DUÏNG KHÍ THIEÂN NHIEÂN TREÂN

THEÁ GIÔÙI [1]

ÔÛ Myõ do söû duïng etylen vôùi hieäu quaû cao vaøo cuoái naêm 60 cuûa theá kyû tröôùc neân saûn xuaát etan ñaõ taêng 24 ÷ 31%. ÔÛ Myõ vaø canada, ñeå vaän chuyeån etan ngöôøi ta ñaõ xaây döïng heä thoáng ñöôøng oáng daãn khoång loà.

Ví duï: Naêm 1977 ñaõ hoaøn thaønh vieäc xaây döïng ñöôøng oáng daøi gaàn 3000 km ñeå vaän chuyeån etan, etylen, propan vaø töø mieàn taây sang mieàn ñoâng Canada vaø sang Myõ (coâng suaát ñöôøng oáng loø töø 2,2÷2,4 trieäu taán/ naêm, aùp suaát laøm vieäc laø 10Mpa). Bôûi vì söû duïng etan trong coâng nghieäp hoùa daàu vaø hoùa hoïc hieäu quaû vaø coù söï caân baèng giöõa saûn xuaát vaø nhu caàu etylen neân vieäc söû duïng etan cho pheùp giaûm ñaàu tö vaøo saûn xuaát etylen, ruùt ngaén thôøi gian xaây döïng caùc daây chuyeàn coâng


4


nghieäp hoùa hoïc vaø hoùa daàu kheùp kín (etylen-polyetylen, etylen-röôïu etylic…). Hieäu suaát etylen töø etan laø 70%, töø benzin laø 27%, töø gasoil 15%.

Thöïc teá nhieàu nöôùc treân theá giôùi ñaõ cho thaáy raèng, vôùi tröõ löôïng daàu vaø khí töï nhieân lôùn, coù theå toå chöùc ôû quy moâ lôùn, coù lôïi nhuaän cao töø caùc saûn phaåm nhö: etan, khí hoaù loûng (LPG, LNG), caùc khí hydrocacbon khaùc vaø laøm nhieân lieäu cho ñoäng cô. Do hieäu quaû cuûa nhieân lieäu khí vaø söï quan taâm ngaøy caøng taêng ñeán caùc saûn phaåm cuûa noù treân thò tröôøng theá giôùi [1]

III. CHEÁ BIEÁN VAØ SÖÛ DUÏNG KHÍ THIEÂN NHIEÂN ÔÛ

VIEÄT NAM

- Cho ñeán nay Vieät Nam ñang khai thaùc 6 moû daàu, 1 moû khí, hình thaønh 4 cuïm khai thaùc daàu khí quan troïng.

- Cuïm thöù nhaát naèm ôû vuøng ñoàng baèng Baéc Boä vôùi tröõ löôïng khoaûng 250 tyû m3 khí.

- Cuïm thöù hai thuoäc vuøng bieån Cöûu Long vôùi tröõ löôïng 450 trieäu m3 khí phuï vuï coâng nghieäp cho ñòa phöông.

- Cuïm thöù ba ôû vuøng bieån Nam Coân Sôn goàm moû Ñaïi Huøng ñang khai thaùc vaø caùc moû khí khaùc.

-Cuïm thöù tö taïi theàm luïc ñòa Taây Nam.Noùi chung khí töï nhieân vaø khí ñoàng haønh ôû Vieät

Nam chöùa raát ít H2S (0,02g/m3) neân laø loaïi khí saïch, raát thuaän lôïi cho cheá bieán söû duïng an toaøn thieát bò, khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng.

Vôùi tieàm naêng veà khí khaù phong phuù nhö vaäy, nöôùc ta coù ñieàu kieän phaùt trieån coâng nghieäp daàu khí treân toaøn laõnh thoå. Khai thaùc vaø söû duïng nguoàn taøi nguyeân thieân nhieân quyù giaù naøy, trong töông lai ngaønh coâng nghieäp daàu khí naøy seõ laø moät ngaønh coâng nghieäp phaùt trieån maïnh, ñoùng goùp ñaùng keå vaøo söï phaùt trieån cuûa ñaát nöôùc.


5


Baûng 4: Haèng soá vaät lyù cuûa caùc

hydrocacbon töø C1÷ C4 vaø moät soá khí.

EMRCaáu töû

Khoái löôïng phaân

töû

Zc

Nhieät ñoäï tôùi

haïn

Aùp suaát tôùi haïn

Thöøa soá

acentriew0R 0K psi MPa

14,19

24,37

34,63

44,74

44,24

9,71

14,44

20,28

8,69

C1

C2

C3

iso-C4

n-C4

N2

CO2

H2S

O2

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

28,016

44,010

34,076

32,000

0,29

0,29

0,28

0,28

0,27

0,29

0,28

0,28

0,29

343

550

666

734

765

227

548

672

278

191

305

370

408

425

126

304

373

155

666

707

617

528

551

493

1011

1300

731

4,60

4,88

4,25

3,65

3,80

3,40

7,38

8,96

5,04

0,0104

0,0979

0,1522

0,1852

0,1995

0,0372

0,2667

0,0948

0,0216


6


Chöông II GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ ETYLEN

I. SÔ LÖÔÏC VEÀ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN ETYLEN TREÂN THEÁ GIÔÙI.

Etylen laø hôïp chaát olefin ñôn giaûn nhaát, coù khaû naêng phaûn öùng cao vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp höõu cô- hoaù daàu vaø laø nguoàn nguyeân lieäu haøng ñaàu cho ngaønh coâng nghieäp polyme. Ngöôøi ta coù theå ñaùnh giaù möùc ñoä phaùt trieån cuûa coâng nghieäp toång hôïp höõu cô- hoaù daàu theo toång saûn löôïng vaø nhu caàu cuûa etylen vaø chæ soá etylen (löôïng etylen taïo thaønh/ 1 taán daàu ñem cheá bieán).

Töø nhöõng naêm 1930, ôû chaâu aâu etylen baét ñaàu ñöôïc thu hoài töø khí loø coác vaø nhöõng nguoàn nguyeân lieäu khaùc. Nhöõng naêm 50, etylen noåi leân nhö moät saûn phaåm trung gian vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi treân toaøn theá giôùi, phoå bieán khi maø U.S oil vaø moät soá coâng ty hoaù chaát khaùc böôùc ñaàu taùch vaø saûn xuaát ñöôïc noù töø caùc saûn phaåm phuï cuûa quaù trình cheá bieán daàu. Töø ñoù cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng nghieäp daàu khí- hoaù daàu, etylen hoaøn toaøn thay theá ñöôïc axetylen trong nhieàu quaù trình toång hôïp. Naêm 1984, treân theá giôùi ñaõ saûn xuaát ñöôïc 47.565.000 taán, coøn saûn löôïng ôû Myõ laø 17.543.000 taán.

ÔÛ Myõ etan laø nguoàn nguyeân lieäu chuû yeáu ñeå toång hôïp etylen vì etan coù nhöõng öu ñieåm laø reû, khoâng phöùc taïp vôùi quaù trình hoaït ñoäng, ít saûn phaåm phuï. Soá lieäu ñeán ngaøy 1/4/2001 cho bieát toång coâng suaát etylen toaøn theá giôùi ñaït 101,5 trieäu taán/ naêm. Hieän nay, etylen laø moät trong nhöõng saûn phaåm hoùa hoïc coù möùc ñoä taêng tröôûng lôùn nhaát theá giôùi (chæ ñöùng sau amoniac veà saûn löôïng). Theo CMAI, polyetylen seõ vaãn laø daãn suaát cô baûn cuûa etylen, noù chieám tôùi 57% nhu caàu cuûa etylen naêm 2000 vaø seõ chieám tôùi 60% nhu caàu vaøo naêm 2015. [11]


7


Baûng 5: Coâng suaát etylen theo khu vöïc(1000

taán/naêm)

Khu vöïc 1/2001 1/2000 %Chaâu AÙ-TBD 25504 23749 7,4Ñoâng Aâu/ SNG 7065 7337 -3,7Trung Ñoâng vaø Chaâu Phi

8582 6612 29,8

Baéc Myõ 33742 31715 6,4Nam Myõ 3918 3456 13,4Taây AÂu 21788 21174 3,0

II. TÍNH CHAÁT LYÙ HOÙA CUÛA ETYLEN

1. Tính chaát vaät lyù cuûa etylenEtylen (CH2= CH2) laø moät hydrocacbon khoâng no ñôn

giaûn nhaát coù khoái löôïng phaân töû M=28.052. ÔÛ ñieàu kieän thöôøng etylen laø chaát khí, hoùa loûng ôû -1050C, khoâng maøu, khoâng muøi, haàu nhö khoâng tan trong nöôùc.

Etylen coù nhieàu trong khí daàu moû, trong khí hoùa coác than. Trong khoâng khí etylen chaùy vôùi ngoïn löûa chaùy hôn ngoïn löûa metan.

Etylen chæ bò hoùa loûng ôû nhieät ñoä raát thaáp, aùp suaát cao vaø laøm laïnh baèng NH3. Khi so saùnh etylen vôùi parafin töông öùng ta thaáy nhieät ñoä soâi cuûa etylen thaáp hôn etan 150C. Tính chaát naøy coù yù nghóa quan troïng ñoái vôùi quaù trình tinh cheá etylen khoûi caùc hydrocacbon töông öùng baèng phöông phaùp chöng caát phaân ñoaïn.

Moät ñieàu ñaùng chuù yù trong quaù trình saûn xuaát vaø söû duïng etylen caàn phaûi quan taâm tôùi an toaøn lao ñoäng vì etylen deã taïo vôùi khoâng khí, phaûn öùng ñoát chaùy toûa nhieät nhieàu gaây noå maïnh, nguy hieåm vì khoaûng giôùi haïn noå roäng. Khi hít phaûi etylen cuõng nhö caùc olefin thaáp khaùc seõ gaây hieän töôïng meâ mang vaø coù taùc haïi laâu daøi veà sau. Do vaäy trong quaù trình saûn xuaát, vaän chuyeån vaø baûo quaûn etylen caàn phaûi chuù yù ñeán nhöõng ñaëc ñieåm naøy nhaèm ñaûm baûo an toaøn veà chaùy noå. Noàng ñoä cho pheùp cuûa


8


etylen trong khoâng khí ôû nôi saûn xuaát vaø söû duïng caàn ñöôïc quy ñònh chaët cheõ vaø kieåm tra nghieâm ngaët.


9


Baûng 6: Caùc haèng soá vaät lyù cuûa etylen [14]

Nhieät ñoä soâi: ts =-103,71(0C)

Nhieät ñoä rieâng (kj /kg .k)

ÔÛ pha loûng taïi -169,150C: 2,63

ÔÛ 00C : 1,55

Nhieät ñoä ñoâng ñaëc: tñ =-169,15(0C)

Nhieät ñoä tôùi haïn: Tth = 9,90(0C)

Aùp suaát tôùi haïn: Pth = 5,117(MPa)

Nhieät taïo thaønh:

H = 52,32 (kJ/ Kmol)

Tyû troïng tôùi haïn: d = 0,21 (g/cm3)

Etropi (S) (kj/mol) :0,22

Tyû trong ôû -169,10C: d = 0,58 (g/cm3)

00C : d = 0,34 (g/cm3)

Heä soá daãn nhieät , m-1.K-1:

+ ÔÛ 00C: 117.10-4

+ ÔÛ 1000C: 294.10-4

+ ÔÛ 4000C: 805.10-4

Tyû troïng ôû pha khí (ñktc):d = 1,2603(g/cm3)

So vôùi khoâng khí : D = 0,968 (g/cm3)

Theå tích ôû Ñktc: V= 22,258(l)

Ñoä nhôùt ôû pha loûng , Mpa.s:

+ Taïi ts=-103,710C: 0,17

+ Taïi tñ=-169,150C: 0,73

+ Taïi 00C: 0,07

Ñoä nhôùt ôû traïng thaùi khí:(Mpa.s)

+ Taïi ts=-169,150C: 36.10-4

+ Taïi 00C: 93.10-4

+ Taïi 1500C: 143.10-4

Söùc caêng beà maët:

+ Ôû – 169,15 0C : = 16,5(mN/m)

+ Ôû 00C : = 1,1(mN/m)

Nhieät ñoä noùng chaûy: 119,5 (kJ/kg)

Nhieätchaùy: 47,183(kj/kg)

Nhieät hoaù hôi:

+ Ôû -169,150C 488 (kj/kg)

+ Ôû 00C 191 (kj/kg)


10


Giôùi haïn noå vôùi khoâng khí ô û200C, P =0,1 Mpa (% V hoaëc g/cm3)

+ Giôùi haïn döôùi: 2,75 hoaëc 34,6

+ Giôùi haïn treân: 28,6 hoaëc 360,1

Aùp suaát hôi Pv, Mpa:

+ Taïi -1500C: 0,02

+ Taïi ts=-103,710C: 0,102

+ Taïi -500C 1,1

+ Taïi 00C: 4,24

Nhieät boác chaùy: 425 ÷ 527 (0C)

2. Tính chaát hoaù hoïc cuûa etylenEtylen coù taát caû nhöõng tính chaát hoaù hoïc nhö

moät alken. Trong phaân töû etylen coù moät lieân keát (C=C) ñöôïc taïo neân töø hai nguyeân töû cacbon theo kieåu lai hoùa Sp2, goùc lieân keát 1200, ñoä daøi lieân keát 23,14A0. Trong moãi cacbon coù 3 obitan lai hoùa Sp2 tham gia xen phuû truïc vôùi 2 obitan S cuûa hydro vaø moät obitan Sp cuûa cacbon coøn laïi taïo thaønh 3 lieân keát höôùng veà 3 ñænh cuûa moät tam giaùc ñeàu, hai obitan p khoâng lai hoaù coøn laïi seõ xen phuû vôùi nhau hình thaønh moät lieân keát , maët phaúng vôùi maät ñoä electron ñöôïc daøn ñeàu veà hai phía cuûa lieân keát (C-C). Taát caû caùc nguyeân töû C, H trong phaân töû etylen ñeàu naèm treân cuøng moät maët phaúngvaø maët phaúng naøy vuoâng goùc vôùi maët phaúng taïo neân moät boä khung C=C cöùng nhaéc.

Taâm hoaït ñoäng cuûa etylen chính laø lieân keát ñoâi cuûa noù. Etylen vaø caùc olefin khaùc coù khaû naêng tham gia phaûn öùng coäng phaù vôõ lieân keát raát nhanh. Do maät ñoä electron taïi noái ñoâi cao neân caùc olefin coù theå keát hôïp deã daøng vôùi caùc taùc nhaân aùi ñieän töû (electrophyl) nhö caùc axit maïnh, caùc halogen vaø caùc taùc nhaân oxi hoùa. Chuùng khoâng phaûn öùng vôùi caùc taùc nhaân nucleophyl, taùc nhaân Grignard vaø bazô. [15]

a. Phaûn öùng coäng


11


Caùc phaûn öùng coäng ñaëc tröng nhaát ñoái vôùi etylen laø phaûn öùng coäng vaøo lieân keâùt ñoâi. Phaûn öùng coäng vaøo noái ñoâi cuûa etylen xaûy ra theo cô cheá ion, cô cheá coäng aùi ñieän töû (electrophyl).

Cô cheá phaûn öùng coäng electrophyl tieán haønh qua hai giai ñoaïn. ÔÛ giai ñoaïn I taùc nhaân electrophyl seõ keát hôïp vôùi cacbon mang noái ñoâi giaøu electron hôn taïo ra ion cacboni. Sau ñoù ôû giai ñoaïn II ion cacboni seõ keát hôïp vôùi phaàn coøn laïi cuûa taùc nhaân tích ñieän aâm:

Giai ñoaïn I:

Y – X + C = C X – C –+C + Y-

Giai ñoaïn II:

X – C –+C + Y- X – C – C – Y

Etylen coù theå tham gia phaûn öùng hydro hoaù ôû nhieät ñoä thöôøng döôùi aùp suaát hydro thaáp, xuùc taùc boät Pt(Pd) mòn. Tuy nhieân, ñieàu kieän hydro hoaù toát nhaát cuûa etylen laø ôû nhieät ñoä 150 ÷ 2000C, aùp suaát cao coù maët xuùc taùc Ni:

CH2 = CH2 + H2 CH3 – CH3 H = -30 kcal.

Etylen phaûn öùng coäng vôùi halogen ôû nhieät ñoä

thaáp dicloetan vôùi khaû naêng phaûn öùng Cl2 > Br2 > I2: CH2 = CH2 + Cl2 CH2Cl – CH2Cl CH2 = CH2 + Br2 CH2 Br– CH2Br CH2 = CH2 + I2 CH2I – CH2IEtylen taùc duïng vôùi hydrohalogen taïo ra caùc

etylhalogen töông öùng. Khaû naêng phaûn öùng laø: HI > HBr > HCl

CH2 = CH2 + HI CH3 – CH2I CH2 = CH2 + HCl CH3 – CH2Cl Söï coù maët cuûa oxy trong quaù trình hydro hoaù

cuûa etylen:


12

nhanh

chaäm


CH2 = CH2 + 3HCl + O2 CHCl = CCl2 + 3H2O

Caùc phaûn öùng alkyl hoùa Friede - Crafis vaø caùc phaûn öùng coäng axyl hoùa tieán haønh trong söï coù maët cuûa xuùc taùc ionic (axit Lewis). Xuùc taùc naøy coù taùc duïng phaân cöïc hoùa vaø ion hoùa taùc nhaân:

CH2 = CH2 + (CH3)3CCl (CH3)3CCH2CH2Cl CH2 = CH2 + C2H5COCl C2H5COCH2CH2Cl CH2 = CH2 + (CH3)3CH (CH3)2CHCH(CH3)2 Xuùc taùc alkyl hoùa Friedel – Crafis cuõng coù aûnh

höôûng trong phaûn öùng cuûa etylen vôùi benzen taïo thaønh etylbenzen laø moät hôïp chaát trung gian trong quaù trình saûn xuaát Styren.

CH2 = CH2 + C6H6 C6H5CH2CH3

C6H5CH=CH2 + H2 b. Phaûn öùng oxy hoaù Caùc hydrocacbon chöùa lieân keát ñoâi nhaïy caûm

hôn nhieàu ñoái vôùi caùc chaát oxy hoaù. Khi ñieàu kieän tieán haønh phaûn öùng vôùi taùc nhaân oxy hoaù khaùc nhau thì saûn phaåm phaûn öùng taïo ra cuõng khaùc nhau.

Oxy hoaù etylen ñeán axetaldehit trong dung dòch HCl pha loaõng chöùa PdCl2 vaø ñoàng. Thuyû phaân phöùc chaát naøy cho ta axetaldehyt vaø kim loaïi Pd.

O

C2H4 + PdCl2 [C2H4.PdCl2] CH3 – C – H + Pd + 2H2+

+ 2Cl- Pd + 2CuCl2 2CuCl + PdCl2

Ñeå coù CuCl2 ta oxy hoaù CuCl trong khoâng khí:

2CuCl2 + 2HCl + O2 2CuCl2 + H2O

Phaûn öùng toång quaùt: O

C2H4 + O2 CH3 – C – H


13


Etylen oxy hoaù cho nhieàu loaïi saûn phaåm khaùc nhau tuyø thuoäc vaøo ñieàu kieän phaûn öùng vaø taùc nhaân oxy hoaù:

2CH2 = CH2 + O2 2CH2 – CH2 + H2O 2CH2 – CH2

O O OOxy hoaù baèng KMnO4 loaõng vaø H2O2 coù xuùc taùc

OSO4 seõ taïo thaønh glycol:3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 2CH2 – CH2 + 2MnO2

+ 2KOH

OH OH CH2 = CH2 + H2O2 CH2 – CH2

OH OH (etylen glycol)

Etylen taùc duïng vôùi ozon, 2 lieân keát vaø ñeàu bò gaõy taïo ra hôïp chaát trung gian ozonic laø chaát khoâng beàn deã noå, vôùi söï coù maët cuûa nöôùc bò thuûy phaân taïo ra H2O2 vaø hôïp chaát cacbonyl.

CH2 = CH2 + O3 CH2 – CH2 CH2 – O – CH2

2HCHO O O O

+ H2O2 c. Phaûn öùng truøng hôïp vaø telome hoùac.1. Phaûn öùng truøng hôïpPhaûn öùng truøng hôïp laø phaûn öùng coäng hôïp

chuoãi caùc chaát nhoû phaân töû (goïi laø moânome) keát hôïp laïi taïo thaønh hôïp chaát cao phaân töû (polyme).

Phaûn öùng truøng hôïp ñöôïc thöïc hieän trong ñieàu kieän nhieät ñoä, aùp löïc, xuùc taùc, goùc töï do hoaëc caùc tia naêng löôïng cao.

Phaûn öùng truøng hôïp taïo ra polyetylen.


14

H2

O


nCH2 = CH2 (- CH2 – CH2-)n

Tuøy theo baûn chaát, ñaëc ñieåm cuûa monme, tuøy theo ñieàu kieän tieán haønh phaûn öùng, quaù trình truøng hôïp seõ xaûy ra theo cô cheá khaùc nhau, cho polyme coù caáu taïo khaùc nhau vaø heä soá truøng hôïp khaùc nhau.

c.2. Phaûn öùng telome hoaùMoät trong nhöõng daïng truøng hôïp ñaëc bieät cuûa

etylen laø phaûn öùng telome hoaù nCH2= CH2 + CCl4 Cl (– CH2 – CH2 –)n CCl3d. Phaûn öùng theáNguyeân töû hydro ñính vôùi cacbon mang noái ñoâi

(hydrovinyl) baèng lieân keát C – H coù naêng löôïng lôùn hôn nhieàu so vôùi caùc lieân keát C – H khaùc (104kcal/mol).

Phaûn öùng theá Cl2 vaøo hydro trong etylen tieán haønh ôû nhieät ñoä cao (200÷ 6000C) cho saûn phaåm vinylclorua:

CH2=CH2 + Cl2 CH2=CHCl + HClPhaûn öùng naøy duøng trong coâng nghieäp saûn

xuaát vinylclorua.e. Moät soá phaûn öùng khaùcTaùc duïng cuûa etylen vôùi benzen coù xuùc taùc Al2O3

seõ taïo ra etylbenzen laøm hôïp chaát trung gian ñeå saûn xuaát ra styren:

C6H6 + CH2=CH2 C6H5C2H5 C6H5 – CH=CH2

etylbenzen styren

Töø styren saûn xuaát polystyren vaø duøng trong saûn xuaát cao su toång hôïp buna-s vaø etylen bò haáp thuï trong axit sunfuric 90÷ 95% taïo ra hoãn hôïp etylsunfat vaø moät löôïng nhoû dietylete. Phaûn öùng naøy duøng ñeå toång hôïp röôïu etylic.

CH2 = CH2 + H2SO4 C2H5OSO2OH

2CH2 = CH2 + H2SO4 C2H5OSO2OC2H5


15

200÷6000C


C2H5OSO2OH + C2H5OSO2OC2H5 +3H2O 3C2H5OH +

2H2SO4

2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2OCaùc phaûn öùng quan troïng nhaát cuûa etylen laø

phaûn öùng coäng, phaûn öùng oxi hoaù, phaûn öùng truøng hôïp.

Ngoaøi ra, etylen coøn coù moät söï khaùc bieät quan troïng so vôùi etan laø khaû naêng hoaø tan cao, deã bò haáp thuï, deã tan trong caùc chaát loûng phaân cöïc nhö: axeton taïo phöùc vôùi ñoàng amonido noù coù ñoä phaân cöïc cao hôn. Ngöôøi ta öùng duïng tính chaát naøy ñeå taùch etylen cuõng nhö caùc olefin khaùc baèng phöông phaùp ñaëc bieät döïa treân quaù trình chöng caát trích ly.

3. ÖÙng duïng cuûa etylenTrong coâng nghieäp, etylen ñöôïc öùng duïng ñeå saûn

xuaát moät soá hôïp chaát quan troïng nhö nhöïa toång hôïp, oxit etylen, caùc chaát hoaït ñoäng beà maët vaø nhieàu saûn phaåm hoaëc baùn saûn phaåm hoaù hoïc khaùc. Cuï theå laø [14].

1. Polyme hoaù ôû aùp suaát cao vôùi chaát kích ñoäng laø caùc peroxit ñeå saûn xuaát polyetylen tyû troïng thaáp (LDPE).

2. Taùc duïng vôùi clo taïo thaønh 1,2 – dicloetan (Cl – CH2 – CH2 – Cl).

3. truøng hôïp ôû aùp suaát thaáp duøng xuùc taùc Ziegler – Natta treân chaát mang oxyt kim loaïi ñeå saûn xuaát polyetylen tyû troïng cao(HDPE).

4. Oxy hoaù thaønh oxitetylen, peoxyetan treân xuùc taùc Ag.

5. Phaûn öùng vôùi benzen treân xuùc taùc AlCl3 ñeå saûn xuaát etylbenzen, sau ñoù dehydro hoùa etylbenzen ñeå saûn xuaát styren. Styren duøng ñeå saûn xuaát polystyren vaø cao su toång hôïp Buna-S.

6. Copolyme hoaù vôùi caùc olefin khaùc ôû aùp suaát thaáp baèng xuùc taùc Crom, hoaëc hôïp chaát cô kim cuûa titan hoaëc vanadi ñeå saûn xuaát polyetylen maïch


16


thaúng tyû troïng thaáp (LDPE) cuøng vôùi caùc saûn phaåm khaùc.

7. Oxy hoaù treân xuùc taùc PdCl2 hoaëc ñoàng CuCl2 trong dung dòch HCl taïo thaønh axetandehyt.

8. Söï hydrat hoaù baèng caùch söû duïng axit sunfuric hoaëc axit photphoric, taïo ra etanol.

9. Phaûn öùng vôùi axit axetic vaø oxy trong söï coù maët cuûa xuùc taùc PdCl2 taïo thaønh vinylaxetat (VA).

Moät soá öùng duïng khaùc nhö saûn xuaát caùc röôïu maïch thaúng, caùc olefin cao phaân töû, etylclorua vaø copolyme hoaù vôùi propylen ñeå toång hôïp cao su dien-mono-etylen-propylen (EPDM).

Ngoaøi nhöõng öùng duïng trong toång hôïp höõu cô vôùi raát nhieàu saûn phaåm quyù noùi treân, etylen coù taùc duïng kích thích söï hoaït ñoäng cuûa caùc men laøm quaû mau chín. Do ñoù, coù theå duøng etylen vôùi noàng ñoä raát loaõng (1V etylen treân 1000-2000V khoâng khí) ñeå daám quaû xanh ôû 18 ÷ 200C [7-69].

Sô ñoà öùng duïng cuûa etylen


17

CH2 = CH – CH = CH2 CH3CHO CH3COOH axit axetic

CH3CH2OH

CH2Cl–(CH2)–CCl3 H2O [ CH2 – CH2 ] n

tơ tổng hợp Polyetyelen (PE) CH2 = CH2 CH2OH – CH2Cl

C6H5 – C2H5 (etylbenzen) CH2 = CH2 Oxyt etylen O

C6H5 – CH=CH2 (Styren) CH2Cl – CH2Cl CH2=CHCl

Cao su toång hôïp Polystyren PVC (polyvinylclorua)



18


CHÖÔNG III NGUYEÂN LIEÄU ÑEÅ SAÛN XUAÁT ETYLEN

Nguyeân lieäu laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng haøng ñaàu aûnh höôûng ñeán khaû naêng duy trì saûn phaåm, ñaûm baûo tính khaû thi cho caùc döï aùn ñaàu tö. Khaû naêng cung caáp nguyeân lieäu gaëp khoù khaên seõ laø nguyeân nhaân chính kìm haõm saûn xuaát.

Nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát etylen naèm trong moät phaïm vi raát roäng, töø etan, metan, cho ñeán gasoil naëng, thaäm chí caû daàu thoâ cuõng coù theå söû duïng laøm nguyeân lieäu. Vaøo nhöõng naêm 1920 khi maø ngaønh coâng nghieäp khai thaùc vaø cheá bieán daàu moû chöa phaùt trieån, ñeå saûn xuaát etylen, ngöôøi ta coù theå nhieät phaân than ñaù (quaù trình saûn xuaát coác) thu ñöôïc caùc saûn phaåm chính laø coác, benzen, toluen, xylen (BTX) vaø moät löôïng nhoû olefin trong coù etylen, hieäu suaát cuûa quaù trình laø thaáp vaø phuï thuoäc nhieàu vaøo töøng loaïi than vaø ñieàu kieän nhieät phaân.

Ngoaøi ra ñeå thu ñöôïc etylen vôùi moät löôïng nhoû coù theå ñieàu cheá baèng caùch nhieät phaân caùc hôïp chaát höõu cô, ñieàu cheá töø cacbon, töø CS2 vaø H2S, töø CO vaø H2[9-8].

Tröôùc chieán tranh theá giôùi thöù nhaát ñeå saûn xuaát etylen theo quy moâ coâng nghieäp, ngöôøi ta coù theå hydrat hoaù etanol theo phöông phaùp Werke baèng caùch cho hôi etanol ñi qua xuùc taùc Al2O3 voâ ñònh hình hoaëc axit phophoric treân chaát mang thích hôïp ôû nhieät ñoä khoaûng 3600, hieäu suaát chuyeån hoaù khoaûng 85% vaø ñoä choïn loïc cuûa saûn phaåm laø 92÷96%. Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng trong suoát thôøi gian chieán tranh theá giôùi thöù nhaát, cho ñeán naêm 1955, ngöôøi ta vaãn söû duïng noù nhö moät phöông phaùp chính ñeå saûn xuaát etylen ôû Myõ vaø thu ñöôïc khoaûng 15.000 taán etylen [10-9].

Tuy nhieân, caùc phöông phaùp treân cho hieäu quaû kinh teá khoâng cao do phaûi söû duïng xuùc taùc vaø thôøi gian laøm vieäc cuûa xuùc taùc khoâng daøi, chaúng haïn nhö phöông phaùp hydrat hoaù etanol thì thôøi gian laøm


19


vieäc cuûa xuùc taùc chæ töø 10÷20 ngaøy vaø phaûi ñi töø nguyeân lieäu ñaét tieàn.

Ngaøy nay, khi maø ngaønh coâng nghieäp khai thaùc vaø cheá bieán daàu moû ñaõ phaùt trieån thì ngöôøi ta khoâng coøn aùp duïng caùc phöông phaùp treân. Caùc quaù trình saûn xuaát etylen döïa treân caùc phaûn öùng cracking hydrocacbon. Do söû duïng caùc phaân ñoaïn daàu moû laøm nguyeân lieäu ñaõ laøm giaûm giaù thaønh etylen ñeán möùc thaáp nhaát. Vieäc löïa choïn nguyeân lieäu coøn tuøy thuoäc vaøo khaû naêng töøng loaïi nguyeân lieäu (khaû naêng cung caáp, caùc chæ tieâu kinh teá, kó thuaät). Theo öôùc tính treân theá giôùi haøng naêm hôn 97% löôïng etylen ñöôïc saûn xuaát döïa treân quaù trình cracking hôi nöôùc.

Haàu heát moïi phaân ñoaïn daàu moû, thaäm chí caû daàu thoâ ñeàu coù theå söû duïng laøm nguyeân lieäu saûn xuaát etylen. Caùc nghieân cöùu veà kinh teá cho thaáy neáu chæ saûn xuaát etylen thì etan vaø propan laø nguoàn nguyeân lieäu lyù töôûng nhaát, do hai nguoàn nguyeân lieäu naøy cho hieäu suaát etylen cao vaø ít saûn phaåm phuï. Nhöng hieän nay phaân ñoaïn naphta (30÷2000C) thöôøng ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát vì cho hieäu suaát etylen töông ñoái cao, giaù thaønh reû, hôn nöõa caùc saûn phaåm phuï maø noù taïo ra nhö: propylen, butadien, benzen, toluen…cuõng coù nhieàu öùng duïng trong thöïc teá. Caùc phaân ñoaïn daàu moû naëng hôn nhö kerosen, Gasoil naëng ñöôïc söû duïng moät caùch haïn cheá do chuùng ít thaän lôïi ñeå saûn xuaát etylen (ñoä chuyeån hoaù vaø hieäu suaát thaáp, khaû naêng taïo coác cao). Vieäc söû duïng nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát etylen treân theá giôùi ñöôïc neâu ôû baûng sau:

Baûng8: Caùc nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát

etylen. [14]

Nguyeân lieäuTyû leä saûn xuaát

Naêm 1978 Naêm 1983

Etan

Propan

Butan

22,0

6,7

1,6

24,3

11,1

0,9


20


Naphtha

Gasoil

59,7

8,7

51,9

10,6

Caùc phöông phaùp khaùc

1,3 1,2

Trong coâng nghieäp, etylen coù theå saûn xuaát baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau vaø töø nhieàu nguoàn nguyeân lieäu khaùc nhau. Giaù thaønh vaø khaû naêng cung caáp nguyeân lieäu, cuõng nhö ñòa ñieåm saûn xuaát vaø quy trình coâng ngheä coù aûnh höôûng ñeán quyeát ñònh giaù thaønh saûn phaåm. Do vaäy vieäc löïa choïn nguyeân lieäu vaø phöông phaùp saûn xuaát phuï thuoäc vaøo tính khaû thi vaø hieäu quaû kinh teá cuûa töøng phöông phaùp vaø yeâu caàu cuûa saûn phaåm.I. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ METAN

1. Nhieät phaân metan Metan khi nhieät phaân chuû yeáu theo 2 phöông trình

sau :2CH4 C2H4 + 2H2 (1)2CH4 C2H2 + H2 (2)Do metan laø hôïp chaát beàn nhieät hôn raát nhieàu so

vôùi saûn phaåm neân caùc phaûn öùng naøy xaûy ra nhieät ñoä raát cao(>14500C) .Vì vaäy phöông phaùp nhieät phaân thöôøng ít söû duïng vôùi nguyeân lieäu ban ñaàu laø metan.

2. Oxy hoaù geùp ñoâi metan [1]Quaù trình geùp ñoâi metan (OCM) laø quaù trình oxy

hoaù khoâng hoaøn toaøn metan ñeå nhaän ñöôïc caùc hydrocacbon cao hôn, trong ñoù chuû yeáu laø etan vaø etylen. Quaù trình khoâng thuaän lôïi veà maët nhieät ñoäng hoïc vì caùc phaân töû metan coù ñoä beàn lieân keát C-H cao hôn so vôùi caùc saûn phaåm taïo thaønh (etan etyl vaø caùc hydrocacbon cao hôn). Do ñoù caùc saûn phaåm ñaàu cuûa quaù trình oxy hoùa saâu hôn taïo thaønh COx. Vaán ñeà ôû ñaây laø phaûi tìm ra heä xuùc taùc môùi coù ñoä hoaït tính cao vaø thieát bò phaûn öùng thích hôïp, nhaèm naâng cao hieäu suaát vaø ñoä chon loïc cuûa caùc saûn phaåm chính laø etan vaø etylen, haïn cheá caùc saûn


21


phaåm oxy hoaù saâu hôn taïo ra saûn phaåm phuï khoâng mong muoán. Ngöôøi ta nhaän thaáy raèng heä xuùc taùc Ce/ Li/ MgO coù nhieàu höùa heïn cho phaûn öùng geùp ñoâi metan vôùi hieäu suaát saûn phaåm C2 leân tôùi 19%. Etylen laø saûn phaåm chính cuûa quaù trình vaø caùc saûn phaåm C3 laø khoâng ñaùng keå .Tuy nhieân, hieäu suaát cuûa noù bò giôùi haïn do ñoä chuyeån hoaù metan coù chieàu höôùng giaûm khi taêng aùp suaát. Neáu taêng löôïng Oxy cho phaûn öùng thì seõ laøm taêng ñoä chuyeån hoaù metan, nhöng ñoä choïn loïc ñoái vôùi saûn phaåm C2

laïi giaûm.Baûng 9 :Keát quaû OCM treân moät vaøi xuùc

taùc chöùa Bi2O3.

Xuùc taùc Nhieät ñoä

Caáu truùc Hieäu suaát C2

Ñoä choïn loïc C2

5%Mg/Bi2O3 800 -Bi2O3 14,0 39,467%MnBi2O3 730 Bi2Mn4O10

Veát – Bi2O3

14,4 34,7

Ba2LaBiO6 800 Laäp phöông

12,5 49,9

Y0,5%Bi1,5O4 800 Laäp phöông

12,9 47,3

6,3%Li/Bi2O3 780 - Bi2O3 - 65,05%Sm/Bi2O3 780 - Bi2O3 - 93.01,5%Er/Bi2O3 780 - Bi2O3 - 47

Quaù trình oxy hoaù gheùp ñoâi metan (OCM) laø moät quaù trình coù nhieàu höùa heïn ñeå chuyeån hoaù tröïc tieáp töø khí thieân nhieân thaønh etan vaø etylen. Ñoù laø moät coâng ngheâï khaû thi vaø coù theå caïnh tranh ñöôïc veà maët kinh teá neáu hieäu suaát ñaït treân 25% vaø ñoä choïn loïc caùc saûn phaåm C2 treân 60%.II. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ ETAN

1. Phöông phaùp cracking nhieät [14]Etan coù tính chòu nhieät raát toát, ñoøi hoûi nhieät ñoä

cao nhaát vaø thôøi gian löu daøi nhaát ñeå ñaït ñöôïc ñoä chuyeån hoaù nhö mong muoán. Baûng 10 cho ta caùc moâ hình ñeå tính toaùn cho quaù trình cracking vôùi nguyeân lieäu laø etan.

Baûng 10: Caùc moâ hình toaùn cracking etan.


22


Moâ hình A B C D E F

Ñoä chuyeån hoaù (%)

53,9 54,0 63,5 63,3 69,0 69,3

Nhieät ñoä ra (0C) 800 801 820 820 866 834

Tyû leä hôi

(Kg hôi/kg nguyeân lieäu)

0,30 0,45 0,30 0,45 0,03 0,45

Hieäu suaát (%)

Hydro

Metan

Axetylen

Etylen

Etan

C3H4

Propen

Propan

Butadien

Buten

Butan

C - 2500C

Daàu nhieân lieäu

3,35

3,08

0,14

42,50

46,00

0,01

0,41

0,16

0,89

0,23

0,33

1,18

0,08

3,38

2,80

0,16

43,25

45,87

0,01

1,12

0,15

0,90

0,2

0,32

1,62

0,07

3,90

4,86

0,24

47,68

36,45

0,02

1,62

0,02

1,21

0,24

0,28

3,03

0,27

3,92

4,32

0,27

48,53

36,67

0,02

1,48

0,18

1,23

0,23

0,28

2,67

0,20

4,21

6,21

0,32

50,10

30,93

0,02

1,67

0,22

1,41

0,24

0,25

0,394

0,48

4,27

5,64

0,28

51,45

30,06

0,02

1,55

0,20

1,47

0,23

0,24

3,57

0,38

Toång 100,00

100,00

100,00

100,00

100,00

100,00

Tyû leä CH4/C2H4 0,07 0,06 0,10 0,09 0,12 0,11

Qua keát quaû treân ta thaáy, khi nhieät ñoä taêng thì ñoä chuyeån hoaù cuûa etan taêng nhöng hieäu suaát cuûa saûn phaåm phuï taêng nhanh hôn so vôùi hieäu suaát etylen laøm cho ñoä choïn loïc cuûa saûn phaåm etylen giaûm. Khi taêng löôïng hôi nöôùc pha loaõng thì hieäu suaát etylen taêng.

Vieäc söû duïng etan cho hieâu suaát etylen cao, giaûm ñaàu tö trong saûn xuaát, ruùt ngaén ñöôïc thôøi haïn xaây döïng caùc daây chuyeàn coâng ngheä hoaù hoïc vaø hoaù daàu kheùp kín (etylen- Polyetylen , etylen - röôïu etylic…)


23


bôûi vì khi nhieät phaân etan cho hieäu suaát saûn phaåm phuï toái thieåu .

2.Phöông phaùp oxy - dehydro hoaùHieän nay treân theá giôùi, etylen chuû yeáu ñöôïc saûn

xuaát töø con ñöôøng cracking nhieät caùc hydrocacbon. Tuy nhieân, phöông phaùp oxy- dehydro hoaù töø etan (ODE) thaønh etylen hieän nay cuõng ñang ñöôïc chuù yù vaø phaùt trieån vì moät soá öu ñieåm rieâng cuûa noù so vôùi phöông phaùp nhieät phaân, ñaëc bieät laø khoâng toàn taïi coác baùm treân beà maët thieát bò. Ñieåm maáu choát cuûa phöông phaùp naøy laø phaûi tìm ra nhöõng loaïi xuùc taùc phuø hôïp ñeå naâng cao ñoä chuyeån hoaù cuûa nguyeân lieäu vaø ñoä choïn loïc cuûa saûn phaåm etylen. Hôn nöõa, nhaèm traùnh taïo ra caùc saûn phaåm phuï do quaù trình chaùy gaây ra laø CO,CO2 thì xuùc taùc phaûi coù hoaït tính cao ôû nhieät thaáp .

a)Heä xuùc taùc oxyt kim loaïiXuùc taùc ODE loaïi naøy ñöôïc bieát ñeán nhieàu nhaát

hieän nay, hoaït ñoäng ôû 3000C, laø hoãn hôïp cuûa caùc oxit Molybden,Vanadi vaø Niobi. Oxit Nb ñaõ ñöôïc ñöa vaøo nhaèm taêng hoaït tính cuøng vôùi ñoä choïn loïc (tôùi 90%) trong quaù trình saûn xuaát etylen.

Caùc loaïi oxit ñaát hieám (Lo,Sm,Nb) thöôøng cuõng ñöôïc nghieân cöùu trong quaù trình ODE.

Moät soá keát quaû cho thaáy raèng xuùc taùc Ln2O3

ñöôïc hoaït hoaù baèng chaát kích ñoäng SrCl2 cuõng coù hoaït tính cao ñoái quaù trình ODE.Vôùi thaønh phaàn 40%mol SrCl2/Sm2O3 thì ñoä chuyeån hoaù cuûa etan leân tôùi 80,3%, ñoä choïn loïc etylen 70,9% coøn hieäu suaát etylen laø 56,9%.

Baûng 11: Aûnh höôûng cuûa xuùc taùc khaùc nhau

leân quaù trình ODF.

Xuùc taùc Ñoä chuyeån hoaù

Ñoä choïn loïc Hieäu suaát

C2H4 40%C2H6 O2 COx CH4 C2H4

Caùc thaïch anh

5,0 - 12,4 0 88,0 4,4


24


Sm2O3 41,4 99,8 54,8 1,7 43,6 18,0

Nd2O3 55,0 99,9 49,4 2,8 47,8 26,3

SrCl2 2,0 11,1 11,3 0,1 88,6 1,8

40%SrCl2/Sm2O3

80,3 93,0 25,8 3,3 70,9 56,9

40%SrCl2/Nd2O3

63,8 89,9 22,3 3,4 74,3 47,4

b) Xuùc taùcLaOF vaø BaF2 – LaOF [16]Caùc keát quaû nghieân cöùu cho thaáy BaF2_LaOF coù

hieäu quaû hôn so vôùi BaOF trong vai troø laøm xuùc taùc chuyeån hoaù etan thaønh etylen döôùi nhöõng ñieàu kieän (nhieät ñoä phaûn öùng laø 6600C, tyû leä C2H6 : O2 laø 67,7 : 32,3 vaø toác ñoä naïp lieäu laø 90ml/phuùt). Baûng 12 chæ ra söï hoaït hoùa cuûa BaF2 tôùi LaOF.Baûng 12: Quaù trình ODE treân BaF2-LaOF vôùi haøm

löôïng BaF2 khaùc nhau.

Xuùc taùc

Nhieät ñoä (0C)

Phaàn mol O2

doøng ra%

Ñoä choïn loïc (%) Ñoä chuyeån hoaù etan(%)

Hieäu suaát etylen (%)

CO CH4 CO2 C2H4

Caùt thaïch anh 700

720

31,69

31,21

0

0

0

0

25,81

20,64

74,18

79,30

2,952,19

LaOF 660 0 13,29

4,01

24,19

58,22

44,63 26,11

6% BaF-LaOF 660

680

0

0

10,28

9,67

3,57

4,02

17,16

16,41

68,99

69,89

54,70

57,29

37,74

40,04

8% BaF-LaOF 660

680

0

0

2,88

8,24

3,79

5,86

19,29

17,58

74,04

68,30

55,20

47,31

40,87

39,14


25


10% BaF-LaOF 660

680

0

0

8,28

10,18

4,18

5,10

17,63

15,78

70,65

68,94

57,79

63,64

40,83

43,87

12% BaF-LaOF 660

680

0

0

8,08

8,069

3,12

3,61

20,33

17,69

68,48

70,63

50,16

56,16

34,35

39,67

14%BaF-LaOF

680 0 9,84 3,59

19,68

66,89

58,42 35,73

16%BaF-LaOF

680 0 7,16 3,66

17,56

71,63

57,63 41,28

26% BaF-LaOF 660

680

0

0

9,29

10,33

3,47

4,88

20,81

19,04

66,43

65,75

52,37

55,79

34,79

36,68

30%BaF-LaOF

660 0 7,94 3,53

24,52

64,01

46,18 29,56

50%BaF-LaOF

680 0 8,23 2,98

22,07

66,72

51,47 34,34

Qua baûng treân, ta thaáy hieäu suaát etylen ñaït ñöôïc cao nhaát khi söû duïng xuùc taùc 10%BaF2 - LaOF.

Keát quaû thu ñöôïc coøn cho thaáy raèng phaàn etylen trong saûn phaåm thu ñaõ ñöôïc taïo thaønh baèng söï cracking nhieät cuûa etan. Baûng 13 chæ ra keát quaû ODE vôùi LaOF 6% mol BaF2 ôû caùc nhieät ñoä phaûn öùng khaùc nhau. Khi nhieät ñoä phaûn öùng ñaït 6600 ÷ 7000 thì ñoä chuyeån hoaù cuûa etan taêng töø 54,70 ñeán 62,64%, chöùng toû raèng 7,94% etan chuyeån hoaù coù theå ñöôïc taïo ra töø cracking nhieät cuûa etan, khoâng moät pheùp ño naøo cho thaáy söï hình thaønh coác ôû ñieàu kieän naøy.

Baûng 13: aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä phaûn öùng

leân quaù trình ODF.

Ñoä choïn loïc (%)


26


Nhieät

ñoä(0

C)

Phaàn mol O2

doøng ra%

Ñoä chuye

ån hoaù etan(

%)


CO CH4 CO2 C2H4

580 14,2 8,08 2,77 21,13 68,03 34,85 23,71

600 9,97 7,22 2,96 20,12 69,69 40,41 28,16

620 4,43 8,19 3,11 19,05 69,65 45,50 31,69

640 2,39 8,62 3,38 18,46 69,54 50,65 35,22

660 0 10,28 3,57 17,16 68,99 54,70 37,34

680 0 9,67 4,02 16,41 69,89 57,29 40,04

700 0 13,93 4,7 14,05 67,33 62,64 42,17

Tyû leä C2H6 : O2 = 67,4 : 32,6

Toùm laïi, söï ñöa theâm BaF2 vaøo LaOF ñaõ caûi tieán moät caùch ñaùng keå tính chaát xuùc taùc cuûa LaOF cho quaù trình ODE vaø daãn ñeán söï hình thaønh cuûa pha LaOF coù chöùa BaF2. Söï taêng cöôøng hoaït tính cuûa caùc heä thoáng BaF2 – LaOF cho ODE, coù theå laø do söï taêng dieän tích beà maët rieâng vaø soá choã troáng cuûa anion, trong khi söï caûi tieán ñoä choïn loïc coù theå lieân quan ñeán söï khueách taùn cuûa BaF2 trong heä thoáng BaF2 - LaOF.

Ñoä oån ñònh cuûa xuùc taùc BaF2 - LaOF khaù cao, chuùng coù theå laøm vieäc trong 10 ñeán 16 giôø maø caáu truùc chæ bò thay ñoåi nhoû.III. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ PROPAN [14]

Propan cuõng laø trong nhöõng nguoàn nguyeân lieäu lyù töôûng ñeå saûn xuaát etylen. Propan deã cracking hôn so vôùi etan. Trong cuøng moät moái töông quan veà thôøi gian, nhieät ñoä, ñoä chuyeån hoaù seõ cao hôn etan. Baûng 14 seõ ñöa ra caùc moâ hình cracking propan trong loø ñoát gioáng nhö etan.

Baûng 14: Caùc moâ hình cracking propan


27



Ñoä chuyeån hoaù(%)

84,95 84,99 89,94 90,00 95,04 95,10

Nhieät ñoä ra(0C) 825 830 840 845 862 866

Tyû leä hôi

(kg hôi/kg nguyeân lieäu)

0,30 0,45 0,30 0,45 0,30 0,45

Hieäu suaát(%)

Hydro

Metan

Axetylen

Etylen

Etan

C3H4

Propen

Propan

Butadien

Buten

Butan

Cracking – 2500C

Daàu nguyeân lieäu

1,38

21,69

0,30

31,33

4,72

0,26

16,39

14,25

2,01

1,37

0,25

5,75

0,30

1,43

21,49

0,36

32,01

4,34

0,29

16,28

14,22

2,08

1,36

0,25

5,61

0,28

1,50

23,99

0,43

33,78

4,62

0,30

14,29

9,49

2,36

1,15

0,14

7,40

0,55

1,55

23,76

0,51

34,48

4,25

0,33

14,19

9,47

2,44

1,14

0,14

7,22

0,52

1,66

27,00

0,69

36,18

4,24

0,33

10,70

4,70

2,71

0,81

0,05

9,76

1,17

1,72

26,72

0,82

36,94

3,90

0,36

10,59

4,64

2,81

0,79

0,05

9,55

1,11

Toång 100 100 100 100 100 100

Tyû leä CH4: C2H4 0,69 0,67 0,71 0,69 0,75 0,72

IV. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ BUTAN [14]Khi cracking n- butan, ñoä chuyeån hoaù taêng laøm

hieäu suaát taêng, hieäu suaát propan giaûm, hieäu suaát cuûa caùc caáu töû naëng taêng cuøng vôùi ñoä chuyeån hoaù. Tyû leä hôi taêng seõ laøm cho löôïng metan taïo ra treân moät ñôn vò khoái löôïng etylen giaûm. Ñoä chuyeån hoaù vaø tyû leä hôi taêng seõ laøm taêng löôïng etylen taïo thaønh treân moät ñôn vò khoái löôïng propan tieâu toán.


28


Baûng 15: Caùc moâ hình cracking butan


Ñoä chuyeån

hoaù(%)84,8 84,9 89,8 94,9 94,49

95,1

0

Nhieät ñoä ra(0C) 796 803 810 817 822 839

Tyû leä hôi

(kg hôi/kg nguyeân

lieäu)

0,40 0,55 0,4 0,55 0,40 0,55

Hieäu suaát(%)

Hydro

Metan

Axetylen

Etylen

Etan

C3H4

Propen

Butadien

Buten

n-Butan

iso-Butan

Cracking -2500C


0,84

17,3

0

0,16

28,8

5

5,23

0,19

20,4

4

0,54

2,43

3,23

14,7

2

5,38

0,13

0,91

17,13

0,21

30,10

4,68

0,21

19,95

0,49

2,60

3,27

14,61

5,17

0,12

0,95

19,06

0,23

31,61

5,24

0,24

18,98

0,53

2,86

2,84

9,84

6,98

0,25

1,01

18,80

0,30

32,84

4,71

0,27

18,55

0,48

3,03

2,78

9,86

6,67

0,22

1,11

21,39

0,29

34,75

5,05

0,32

16,01

0,49

3,32

2,15

4,81

9,33

0,56

1,18

21,1

4

0,50

36,1

6

4,54

0,35

15,5

1

0,44

3,51

2,13

4,76

9,05

0,52

Toång 100 100 100 100 100 100

Tyû leä CH4: C2H4 0,61 0,57 0,60 0,57 0,62 0,58

V. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ NAPHTA [14]


29


Quaù trình saûn xuaát etylen töø naphtha coù öu ñieåm lôùn do coù nguoàn cung caáp doài daøo, giaù thaønh thaáp cho hieäu suaát cao, saûn phaåm phuï taïo ra laø caùc saûn phaåm quí nhö: propylen, butadien, benzen…ñöôc öùng duïng nhieàu trong höõu cô hoaù daàu.

Vôùi nguyeân lieäu laø naphtha, coù theå thay ñoåi thaønh phaàn vaø khoaûng soâi phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän cheá bieán. Baûng 16 ñöa ra soá lieäu cho caùc moâ hình cracking naphtha.

Baûng 16: Caùc moâ hình cracking naphtha.Moâ hình A B C D E F


81,47 77,08 88,84 85,54 94,19 94,04

Nhieät ñoä ra(0C) 780 780 800 820 820 820

Tyû leä hôi


0,50 0,75 0,50 0,75 0,50 0,75

Hieäu suaát(%)

Hydro

Metan

Axetylen

Etylen

Etan

C3H4

Propylen

Propan

Butadien

Buten

Butan

Penten

Cracking – 2500C


0,54

11,98

0,09

19,46

3,97

0,31

16,15

0,56

3,73

7,95

2,63

4,05

26,14

2,46

0,53

10,94

0,10

19,38

3,34

0,32

15,95

0,48

3,82

8,33

5,01

5,01

26,52

2,27

0,63

13,67

0,15

21,67

4,02

0,47

15,91

0,54

3,92

6,79

1,96

2,44

25,00

2,83

0,62

12,63

0,17

21,89

3,46

0,49

16,11

0,47

4,14

7,34

2,29

3,16

24,71

2,52

0,72

15,26

0,25

23,52

3,95

0,64

14,96

0,50

3,95

5,44

1,37

1,27

24,77

3,40

0,71

14,21

0,28

24,00

3,40

0,68

15,50

0,45

4,28

6,05

1,65

1,74

24,02

2,95

Toång 100 100 100 100 100 100

Tyû leä CH4: C2H4 0,62 0,56 0,63 0,58 0,65 0,59


30


Caùc soá lieäu naphta ñöôïc tính toaùn ôû nhieät ñoä ra ôû hai tyû leä hôi, daãn ñeán söï chuyeån hoaù cuûa caùc C5

khaùc nhau. Khi nhieät ñoä taêng, hieäu suaát etylen, C5 vaø caùc phaàn naëng taêng. Nguyeân lieäu naphtha ôû ñaây chöùa 70,4% khoái löôïng alkan (30,49% n-alkan vaø 39,91% iso-alkan). Neáu nguyeân lieäu naphtha coù haøm löôïng alkan (ñaëc bieät laø n-alkan) cao hôn thì coù theå saûn xuaát ñöôïc nhieàu etylen hôn, ít C5 vaø caùc caáu töû naëng hôn ôû cuøng moät nhieät ñoä ra.VI. SAÛN XUAÁT ETYLEN TÖØ XAÊNG CHÖNG CAÁT TRÖÏC TIEÁP [14]

Xaêng chöng caát tröïc tieáp laø hoãn hôïp cuûa raát nhieàu caáu töû, tuyø thuoäc vaøo nguoàn goác vaø ñieàu kieän tinh cheá, nhöng chuû yeáu laø n–heptan (20,74%), iso-pentan (11,71%), n-hexan (18,53%) vaø iso-hexan (15,48%), iso-heptan (6,76%). Ñoä chuyeån hoaù ñöôïc tính döïa vaøo toång caùc alKan C5.

Baûng 17: caùc moâ hình cracking töø chöng caát

tröïc tieáp.



84,76 80,62

90,16 88,52 85,37 93,87

Nhieät ñoä ra(0C) 780 780 800 800 820 820

Tyû leä hôi


0,40 0,60 0,40 0,60 0,40 0,60

Hieäu suaát(%)

Hydro

Metan

Axetylen

Etylen

Etan

C3H4

Propen

Propan

Butadien

0,60

13,57

0,10

23,51

5,37

0,30

18,40

0,72

3,77

0,60

12,58

0,11

23,65

4,93

0,32

18,27

0,71

14299

0,16

26,15

5,69

0,43

17,79

0,68

0,70

14,42

0,18

26,56

4,99

0,46

18,08

0,61

4,17

0,81

17,07

0,69

28,17

5,49

0,58

16,44

0,62

4,02

0,81

16,15

0,29

28,96

4,89

0,63

17,00


31


Buten

Pentan

Cracking – 2500C


7,54

4,90

18,54

0,52

0,63

3,87

7,99

6,03

18,61

0,39

3,96

6,21

2,86

17,85

0,81

6,78

3,69

17,27

0,60

4,85

1,49

18,13

1,21

0,57

4,32

5,36

1,97

17,10

0,92

Toång 100 100 100 100 100 100

Tyû leä CH4: C2H4 0,58 0,53 0, 0, 0, 0,


32


VII. SAÛN XUAÁT ETYLEN BAÈNG CAÙCH CRACKING HÔI NÖÔÙC TÖØ CAÙC HYDROCACBON [17]Hình1:

1. Loø cracking nhieät 6. Thaùp taùch etan

2. Coät taùch phaân ñoaïn xaêng 7. Thaùp hydro hoùa

3. Maùy neùn 8. Thaùp taùch etylen

4. Thaùp taùch khí axit 9. Coät taùch CH4 vaø H2

5. Thaùp taùch metanThuyeát minh sô ñoà Doøng hydrocacbon ñöôïc ñoát noùng vaø laøm loaõng

baèng hôi nöôùc tröôùc khi cho vaøo bình phaûn öùng hình oáng. Tuyø thuoäc vaøo nguyeân lieäu ñöôïc duøng maø cracking xaûy ra ôû nhieät ñoä 750 ÷ 8700C döôùi aùp suaát töøng phaàn vaø thôøi gian moät giaây. Söï coù maët cuûa hôi nöôùc laøm giaûm löôïng than coác trong bình phaûn öùng hình oáng. Phaûn öùng xaûy ra trong loø phaûn öùng laø phaûn öùng thu nhieät, phaûn öùng naøy ñoøi hoûi caàn phaûi cung caáp moät löôïng nhieät ñaùng keå.


33

9Hydro

1

etan

etylenFuel oil

HP Steam

Hôi nöôùc

Nguyeân lieäu HC

33 42

6 7

Hình 6: Sô ñoà nguyeân lyù chung saûn xuaát etylen töø nguyeân lieäu khí.


Khí thoaùt ra ñöôïc laøm laïnh nhanh choùng xuoáng nhieät ñoä 550÷ 6000C ñeå traùnh phaûn öùng laïi laàn hai. Nhieät ñöôïc söû duïng ñeå taïo ra hôi nöôùc aùp suaát cao. Khí thoâ töø thaùp laøm laïnh (2) ñöôïc neùn trong heä thoáng maùy neùn qua nhieàu giai ñoaïn vôùi aùp suaát töø 32÷ 38 bar. Sau moãi giai ñoaïn, chaát loûng ñöôïc taùch, khí giöõ laïi ñöôïc xöû lyù baèng hoãn hôïp hydroxy amin (chaát aên da) vaø hôi nöôùc ñeå taùch khí chöù S vaø CO2. Nöôùc ñöôïc ngöng tuï baèng caùch laøm laïnh vaø khí ñöôïc laøm khoâ baèng raây phaân töû ñeå traùnh söï hình thaønh hydrat vaø ñoùng baêng. Hydro vaø metan ñöôïc chuyeån ñeán coät taùch metan (4), khí ñöôïc ñoát chaùy hoaëc tinh cheá.

Chaát thaëng dö trong coät taùch metan chöùa nhieàu C2 vaø caùc saûn phaåm naëng cung caáp cho coät taùch etan (5), taïi ñaây etylen, axetylen vaø etan ñöôïc taùch ra khoûi thaùp.

Axetylen ñöôïc hydro hoùa vaø taùch trong maùy phaân taùch C2, etylen ñöôïc taùi cheá baèng phöông phaùp caát phaân ñoaïn, trong khi ñoù etan trong hoãn hôïp caùc chaát laéng ñöôïc taùi sinh trôû laïi loø cracking.

Nöôùc thaûi töø coät taùch etan chuyeån sang coät taùch propan vaø phaàn taùch C3 ñöôïc taùch töø C4 vaø caùc hydrocacbon cao. Propylen ñöôïc taùch khoûi propan baèng phöông phaùp caát phaân ñoaïn. Doøng propan ñöôïc taùi cheá söû duïng trong loø cracking sau.

Neáu naphta ñöôïc söû duïng thì seõ coù moät löôïng lôùn caùc saûn phaåm ñöôïc saûn xuaát töø naphta. Chaát keát tuûa töø coät taùch propan ñöôïc chuyeån vaøo coät taùch butan. Taïi ñaây hôïp chaát C4 ñöôïc taùch ra. Xaêng thoâ ñöôïc giöõ laïi vaø taùi cheá caùc hôïp chaát.

-Phaûn öùng: C2H6 C2 H4 + H2

2C3H8 C3H6 + H2 + C2H4 + CH4

-Naêng suaât saûn phaåm:Vieäc löïa choïn nguyeân lieäu vaø ñieàu kieän cracking

quyeát ñònh tyû leä saûn phaåm ñaït ñöôïc.Baûng 18: Tyû leä saûn phaåm treân nguyeân lieäu.


34


Saûn phaåm Etan Proban Butan Naphta

Gasoil

Ethylen 79 ÷ 84

42 ÷ 45

30 ÷ 40

28 ÷ 38

23 ÷ 26

Propylene 1 ÷ 3 14 ÷ 18

16 ÷ 20

13 ÷ 18

13 ÷ 14

Butadien 2 2 2,5 ÷ 3 4 ÷ 5 4,8 ÷5

Butan/Buten 1 1 6,5 ÷ 6,8

4 ÷ 5 4,5 ÷ 5,3

Aromatis 0,4 3,5 3,4 7 ÷ 14 10 ÷ 13

Naêng suaát 30 ÷ 35%

VIII. SAÛN XUAÁT ETYLEN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP DEHYDRO HOÙA RÖÔÏU ETYLIC [17]

Hình 2:

Thuyeát minh sô ñoà.Röôïu etylic ñöôïc laøm boùc hôi baèng caùch ñoát

noùng sô boä aùp suaát cao tröôùc khi chuyeån qua hoãn hôïp oxit nhoâm hoaït tính vaø oxit photphoric (H3PO4) hoaëc oxit Al2O3 vaø oxit ZnO chöùa trong loø phaûn öùng.

Caùc phaûn öùng xaûy ra coù theå ñaúng nhieät hay ñoaïn nhieät vaø nhieät ñoä ñöôïc duy trì töø 296 ÷ 3150C.


35


Nhieät daønh cho phaûn öùng ñaúng nhieät ñöôïc cung caáp baèng phöông phaùp ngöng tuï hôi nöôùc, loaïi boû nhieät ngaàm trong loø phaûn öùng.

Söï kieåm soaùt ñöôïc nhieät ñoä chính xaùc seõ giaûm thieåu ñöôïc vieäc taïo ra caùc saûn phaåm phuï nhö: axetaldehyt vaø caùc saûn phaåm khaùc. Chaát xuùc taùc ñöôïc taùi sinh sau khi khoâng khí vaø hôi nöôùc ñaõ bay hôi vaø noù ñöôïc chuyeån ñeán quaëng cacbon.

Khí töø ñænh thaùp cuûa loø phaûn öùng ñöôïc laøm laïnh vaø röûa nöôùc ñeå röôïu etylic vaø axetaldehyt khoâng phaûn öùng. Vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän baèng söï tinh cheá vaø pha loaõng xuùt ñeå haáp thuï khí CO2. Khí ñöôïc laøm khoâ, neùn vaø tinh cheá thoâng qua lôùp cacbon hoaït tính coù theå taùch C4 ñöôïc.

Quaù trình taàng soâi phaùt trieån ñaõ mang laïi raát nhieàu hieäu quaû nhôø vaøo ñieàu chænh nhieät ñoä, vì theá tyû leä chuyeån hoùa coù theå ñaït tôùi 99% yeâu caàu.

-Phaûn öùng: C2H5OH (C2H5)2O + H2O (C2H5)2O 2C2H4 + H2O-Yeâu caàu veà nguyeân lieâu thoâ vaø hieäu suaát

nguyeân lieäu thoâ caàn saûn xuaát moät taán etylen:

Röôïu etylic(C2H5OH)

Hieäu suaát

1748kg 94%

IX. CAÙC SAÛN PHAÅM PHUÏ KHI SAÛN XUAÁT ETYLEN[14]

1) Axetylen, metylaxetylen: ñöôc hydro hoùa thaønh etan, propan, propen vaø tuaàn hoaøn laïi loø cracking hoaëc coù theå ñöôïc thu hoài.

2) Hydrocacbon thôm.3) Caùc olefin C4: duøng tinh cheá saûn xuaát butadien,

butylen, isobutylen.4) Caùc olefin C5: thu hoài hoaëc tinh cheá.5) Etan: ñöôïc tuaàn hoaøn trôû laïi loø cracking.


36


6) Daàu nhieân lieäu: ñöôïc duøng laøm nguyeân lieäu.7) Hydro: ñöôïc tieâu thuï hoaëc boå sung cho quaù

trình hydro hoùa.8) Metan: ñöôïc duøng nhö nhieân lieäu hoaëc baùn

nhieân lieäu.9)Naphtalen: ñöôïc thu hoài ñeå tieâu thuï,hoaëc troän

vôùi phaân ñoaïn daàu nhieân lieäu nhieät phaân.10) Propan: ñöôïc tuaàn hoaøn nhö nguyeân lieäu

cracking, coù theå söû duïng nhö nhieân lieäu hoaëc baùn nhieân lieäu.

11) Xaêng nhieät phaân thaønh phaåm: ñöôïc söû laøm xaêng moto hoaëc duøng ñeå saûn xuaát hydrocacbon thôm.

12)Löu huyønh: Thu hoài ñeå söû duïng


37


Chöông IVCÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH SAÛN

XUAÁT ETYLEN

I. CÔ SÔÛ LYÙ HOÙA CUÛA QUAÙ TRÌNH CRACKING VAØ NHIEÄT PHAÂN

I.1. Tính oån ñònh nhieät cuûa hydrocacbon.

Cô sôû lyù hoùa cuûa quaù trình nhieät phaân döïa vaøo tính oån ñònh nhieät ñoäng cuûa hydrocacbon. Ñaây laø tính chaát raát quan troïng trong vieäc ñaùnh giaù nhöõng chuyeån hoùa coù theå xaûy ra cuûa hydrocacbon khi cheá bieán.

ÔÛ nhieät ñoä thaáp, ñoä oån ñònh nhieät ñoäng cuûa hydrocacbon thay ñoåi theo daõy sau:

Prafin > naphten > olefin > aren.Nhöng khi nhieät ñoä cao, ñoä beàn cuûa hydrocacbon

laïi theo thöù töï ngöôïc laïi: Aren > olefin > naphten > parafin.

Do ñoù khi coù taùc ñoäng nhieät vaøo saûn phaåm daàu seõ coù söï thay ñoåi thaønh phaàn nhoùm hydrocacbon. Hôn nöõa, caùc phaûn öùng nhieät phaân ñeàu thu nhieät raát maïnh. Nhö vaäy, ñoái vôùi caùc nguyeân lieäu chöùa nhieàu parafin vaø naphta thì vieäc thöïc hieän quaù trình nhieät phaân ôû nhieät ñoä cao thuaän lôïi hôn.[2-32]


38 T, 0K

870

970

1050

C2H4

Nhieät taïo

thaønh

C2H6

C4H8

C4H10


Hình 3: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán söï thay ñoåi naêng löôïng Gibb cuûa caùc phaûn öùng phaân huûy hydrocacbon khaùc nhau.

-Phaûn öùng chuû yeáu laø dehydro hoùa (caét maïch).

C(n+m)H2(n+m)+2 CnH2n+ CmH2m

G = 18000 – 34.T (cal/mol)

G = 0 khi T = 5300K-Phaûn öùng dehydro hoùa parafin:

CmH2m+2 CmH2m + H2

G = 3000 – 34.T (cal/mol) G = 0 khi T = 8820KHai phaûn öùng treân ñeàu laø caùc phaûn öùng taêng

theå tích, ñeå caân baèng dòch chuyeån sang phaûi, ta caàn giaûm aùp suaát.

I.2.Cô cheá phaûn öùng cuûa quaù trình nhieät phaân [14]

Phaûn öùng quan troïng nhaát xaûy ra trong quaù trình nhieät phaân laø beõ gaûy maïch theo lieân keát C – C. Cuøng moät maïch C coù theå beõ gaõy theo caùc höôùng khaùc nhau, taïo ra caùc höôùng saûn phaåm khaùc nhau. Caùc phaûn öùng naøy ñeàu xaûy ra theo cô cheá goác töï do ñöôïc trình baøy nhö sau:

+ Giai ñoaïn khôi maøo:

Taïo goác töï do: R1H (1)

+ Giai ñoaïn phaùt trieån maïch:

+ R1H + R2H (2)

+ R1H + R3H (3)

+ olefin(4)

+Giai ñoaïn ñöùt maïch:

- Keát hôïp: R1 + R3 (5)

- Phaân tích: R4H + olefin (6)


39


Trong nhöõng naêm 30, cô cheá goác töï do ñöôïc söû duïng cho söï phaân huûy hydrocacbon, maëc duø cô cheá naøy khoâng giaûi thích ñöôïc hoaøn toaøn saûn phaåm ngay caû ñoái vôùi moät hôïp chaát ñôn giaûn nhö etan, tuy nhieân noù vaãn coù ích cho vieäc nghieân cöùu. Quaù trình cracking etan laø ví duï ñôn giaûn nhaát cho söï aùp duïng cô cheá goác töï do ñöôïc moâ taû nhö sau:

+ Khôi maøo: CH3 – CH3 CH3 – CH3

(1)+ Phaùt trieån maïch: CH3 + CH3 – CH3 CH4 + CH2

– CH3 (2) CH2 – CH3 CH2 = CH2 +

H (3) H + CH3 – CH3 H2 + CH2 –

CH3 (4) + Ñöùt maïch: H + H H2

(5) H + CH3 CH4

(6) H + CH2 – CH3 CH3 – CH3

(7) CH3+ CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH3

(8)

CH2 – CH3 +CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH3

(9)Keát thuùc moät chu kyø phaùt trieån, caùc goác metyl

hay etyl hay nguyeân töû hydro môùi phaûi ñöôïc sinh ra (2-4) ñeå baét ñaàu moät chu kyø môùi. Do ñoù, taïi moãi thôøi ñieåm chuoãi môùi baét ñaàu, moät phaân töû etylen ñöôïc sinh ra(3).

Caùc alkan maïch thaúng vaø maïch nhaùnh khaùc ñeàu bò phaân huyû theo cô cheá goác töông töï nhö etan, maëc duø phöùc taïp hôn. Soá goác töï do sinh ra vaø soá phaûn öùng taêng nhanh theo chieàu daøi maïch hydrocacbon.

Cô cheá goác töï do thoâng thöôøng ñöôïc chaáp nhaän ñeå giaûi thích caùc quaù trình nhieät phaân hydrocacbon ôû ñoä chuyeån hoaù thaáp. Neáu nhö ñoä chuyeån hoaù nguyeân lieäu vaø noàng ñoä etylen cuøng vôùi caùc saûn


40


phaåm khaùc taêng thì caùc phaûn öùng thöù caáp (ngöng tuï, phaân huûy taïo coác…) daàn coù moät vai troø ñaùng keå.II. ÑOÄNG HOÏC CUÛA QUAÙ TRÌNH NHIEÄT PHAÂN [14]

Haèng soá toác ñoä phaûn öùng beõ gaõy maïch caùc alkan tuaân theo phöông trình:

K = A.e- E/RT (1)Trong ñoù:- A: haèng soá ñaëc tröng cho töøng hydrocacbon- E: naêng löôïng hoaït hoaù cuûa phaûn öùng (J/mol)- R: haèng soá khí phoå bieán R = 8,3144 (J/mol.K)- T: nhieät ñoä Kelvin (0K) Phöông trình (1) coù theå vieát laïi ôû daïng ñôn giaûn

sau; lnK = B - C/T (2) vôùi: B = lnK vaø C = E/ R Caùc giaù trò cuûa B, C, E cuûa moät soá alkan ñöôïc

tra trong baûng 19.


41


Baûng 19: Caùc haèng soá cuûa phöông trình (2) cho moät vaøi alkan.

Phöông trình (1) coù theå bieán ñoåi thaønh:

KT.t = (3)

Trong ñoù: - KT: haèng soá toác ñoä phaûn öùng chuyeån

hoaù taïi nhieät ñoä T - t: thôøi gian löu. - : ñoä chuyeån hoaù.Phöông trình (1) chæ ra raèng K laø moät haøm cuûa T.

Bôûi vaäy phöông trình (2) noùi leân möùc ñoä chuyeån hoaù cuûa hôïp chaát töông öùng vôùi soá lôùn taäp hôïp thôøi gian nhieät ñoä.

Baûng 20: Ñoä chuyeån hoaù cuûa alkan ôû cuøng ñieàu kieän thôøi gian nhieät ñoä (t= 0,53; T= 823,230K)

Nguyeân lieäu

etan propan

iso – butan

n- butan

n- pentan

Ñoä chuyeån hoaù

60 91,89 98,04 99,53 99,6

Baûng 21: Nhieät ñoä caàn thieát cho 60% alkan

chuyeån hoùa (ôû t = 0,5s).

Nguyeân lieäu

etan propan

iso – butan

n- butan

n- pentan

Nhieät ñoä 823,23

784,35

765,17 753,05 737,46


Alkan B(S-1) C(0K) E(KJ/mol)

Etan

Propan

iso - butan

n - butan

n - pentan

33,7874

29,0494

28,3616

28,217

28,2018

36,380

30,079

38,843

28,335

27,889

302,481

250,089

239,734

235,587

231,877

42


III. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN QUAÙ TRÌNH CRACKING NHIEÄT [14]

Trong baát cöù quaù trình chuyeån hoaù döôùi taùc duïng cuûa nhieät naøo thì hieäu suaát vaø chaát löôïng cuûa saûn phaåm taïo thaønh ñeàu phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá khaùc nhau, nhöng quan troïng nhaát laø:

1. Nguyeân lieäuThaønh phaàn cuûa nguyeân lieäu phuï thuoäc raát

nhieàu ñeán hieäu suaát vaø thaønh phaàn cuûa saûn phaåm. Ta thaáy raèng, toác ñoä phaûn öùng cuûa quaù trình seõ taêng khi giôùi haïn cuûa nguyeân lieäu taêng. Ñieàu naøy coù theå giaûi thích bôûi ñoä beàn cuûa caùc hydrocacbon naèm trong nguyeân lieäu. Nguyeân lieäu caøng naëng thì ñoä beàn nhieät caøng keùm vaø quaù trình phaân huyû nhieät caøng deã hôn. Khi ñoù toác ñoä phaân huyû dieãn ra nhanh. Thöïc teá, etylen cuõng nhö moät soá olefin khaùc ñöôïc saûn xuaát töø caùc parafin hoaëc naphta. Do vaäy, neân söû duïng caùc phaân ñoaïn nheï cuûa quaù trình cheá bieán daàu moû. Caùc olefin vaø diolefin coøn ñöôïc taïo thaønh moät phaàn nhoû töø cyclopentan, metylcyclopentan vaø cyclohexan.

Baûng 22: Hieäu suaát olefin töø caùc hydro cacbon

nheï, % khoái löôïng.

Saûn phaåm

Nguyeân lieäu

Etan

(x = 60%)

Propan

(x = 93%)

n-butan

(x = 96%)

iso-butan

(x = 80%)

H2

CH4

C2H2

C2H4

C2H6

C3H4

C3H6

C3H8

C4H6

3,72

3,47

0,42

48,82

40,00

0,20

0,99

0,03

1,33

1,56

23,65

0,77

41,42

3,48

1,09

12,88

7,00

2,82

1,49

19,30

1,07

40,59

3,82

1,07

13,64

0,48

4,13

1,08

16,56

0,72

5,65

0,88

2,34

16,35

0,38

1,49


43


iso-C4H6

n-C4H6

iso-C4H10

n-C4H10

C5

BTX

0,25

0,25

0,25

0,25

0,46

0,31

0,89

0,89

0,89

0,89

1,37

3,07

1,92

1,92

1,92

4,00

2,12

5,25

19,60

-

20,00

0,20

2,35

2,40

Töø baûng soá lieäu 22 ta thaáy hieäu suaát etylen caøng giaûm khi nguyeân lieäu caøng naëng.

2. Nhieät ñoäHình 4

Nhieät ñoä laø moät yeáu toá quan troïng aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán hieäu vaø thaønh phaàn cuûa saûn phaåm do caùc phaûn öùng cracking thu nhieät raát maïnh. Cuï theå laø aûnh höôûng tröïc tieáp leân:

Toác ñoä vaø haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng.Traïng thaùi pha cuûa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm.Caùc phaûn öùng phaân huûy hydrocacbon ñeàu laø

caùc phaûn öùng thu nhieät, neân ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát cao thì ñieàu caàn thieát laø phaûi taêng nhieät ñoä. Tuy nhieân nhieät ñoä taêng cao quaù seõ laøm taêng hieäu suaát saûn phaåm phuï.


44


Quy luaät chung: khi taêng nhieät ñoä thì saûn löôïng khí vaø coác taêng leân, saûn löôïng saûn phaåm loûng giaûm.

Neáu nhieät ñoä thaáp, ñoä chuyeån hoùa nguyeân lieäu thaáp, thôøi gian löu lôùn, seõ laøm taêng quaù trình polyme hoaù, coác hoùa, ngoaøi ra coøn laøm giaûm naêng suaát quaù trình. Khi taêng nhieät ñoä, toác ñoä phaûn öùng cuõng taêng theo, saûn phaåm loûng chöùa nhieàu hôïp chaát thôm, coøn khí chuû yeáu laø H2 vaø caùc hydro cacbon thaáp phaân töû. Taêng nhieät ñoä ñeán 750 ÷ 8500C seõ daãn ñeán saûn phaåm loûng bò thôm hoùa ñeán 85÷ 95%, coøn saûn phaåm khí seõ chöùa ít parafin C2 ÷ C4, nhieàu etylen vaø propylen. Toång saûn löôïng olefin C2 ÷ C4 theo nguyeân lieäu ban ñaàu ñaït 60 ÷ 80% khoái löôïng khi nhieät phaân propan vaø etan.

Tieáp tuïc taêng nhieät ñeán 9000C, saûn löôïng olefin baét ñaàu giaûm taïo thaønh H2 va axetylen. Neáu nhieät ñoä quaù lôùn (>10000C) seõ daãn tôùi phaûn öùng phaân huûy laøm hieäu suaát saûn phaåm giaûm vaø taïo nhieàu muoäi than.

C2H6 CH4 + C + H2

C3H8 2CH4 + CVì vaäy, caàn phaûi taêng nhieät ñoä ñeán giaù trò thích

hôïp ñeå ñaït hieäu suaát olefin cao, ñoàng thôøi traùnh ñöôïc söï taïo muoäi than, saûn phaåm coác hoùa. Theo soá lieäu treân ta thaáy raèng, naêng suaát etylen ñaït cao nhaát taïi vuøng nhieät ñoä 800 ÷ 9000C

3. Aûnh höôûng cuûa aùp suaátAùp suaát laø yeáu toá aûnh höôûng ñeán toác ñoä

phaûn öùng vaø höôùng phaûn öùng. Khi taêng aùp suaát thì nhieät ñoä cuûa saûn phaåm phaûn öùng taêng leân. Vì vaäy aùp suaát caøng taêng thì theå tích pha loûng caøng taêng. Söï thay ñoåi aùp suaát coù aûnh höôûng ñeán traïng thaùi pha trong vuøng phaûn öùng. Quaù trình cracking nhieät coù theå xaûy ra pha hôi, pha loûng hoaëc hoãn hôïp caû hai pha. Khi cracking nhieät ôû pha hôi thì aùp suaát aûnh höôûng ñeán thaønh phaàn saûn phaåm. Khi cracking nhieät ôû pha loûng thì söï aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân quaù trình laø khoâng lôùn laém.


45


Do phaûn öùng taêng theå tích raát lôùn neân ñeå taïo thuaän lôïi cho quaù trình neân giaûm aùp suaát nhaèm dòch chuyeån caân baèng khi aùp suaát giaûm, quaù trình polyme hoaù vaø ngöng tuï saûn phaåm bò chaäm laïi vaø hieäu suaát etylen taêng leân.

Aùp suaát ñaàu ra cuûa oáng xoaén thöôøng coù giaù trò töø 200÷250Kpa. Trong thöïc teá ñeå giaûm aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc hydrocacbon ngöôøi ta söû duïng hôi nöôùc quaù nhieät phun vaøo loø nhieät phaân. Ngoaøi ra duøng hôi nöôùc quaù nhieät coøn moät soá öu nhöôïc ñieåm sau:

* Öu ñieåm: - Haïn cheá phaûn öùng ngöng tuï saûn phaåm thôm

naëng, laø caùc phaûn öùng daãn ñeán söï taïo coác treân beà maët oáng xoaén phaûn öùng.

- Ñieàu chænh nhieät ñoä trong loø. - Boå sung nhieät cho nguyeân lieäu, laøm taêng nhieät

ñoä cuûa loø phaûn öùng vaø tieát kieäm ñöôïc moät phaàn naêng löôïng caàn ñöa vaøo loø.

- Hôi nöôùc raát deã taùch ra khoûi saûn phaåm. * Nhöôïc ñieåm:- Taêng hôi nöôùc daãn ñeán taêng theå tích doøng

nguyeân lieäu vaøo, nghóa laø taêng theå tích loø, ñöôøng kính oáng daãn, laøm taêng voán ñaàu tö.

- Toán nhieät ñeå ñoát noùng noù ñeán nhieät ñoä phaûn öùng.

- Toán theâm nöôùc ñeå laøm laïnh khi taùch .Do ñoù, tyû leä hôi nöôùc treân nguyeân lieäu phaûi

ñöôïc khoáng cheá trong giôùi haïn cho pheùp, tuyø thuoäc vaøo nguyeân lieäu, ñieàu kieän cracking vaø caáu taïo cuûa heä thoáng laøm laïnh vaø taùch saûn phaåm. Döôùi ñaây laø khoaûng giaù trò tyû leä hôi nöôùc duøng cho moät vaøi loaïi nguyeân lieäu .

Etan: 0,25 ÷ 0,60Propan: 0,3 ÷ 0,60Naphta: 0,40 ÷ 0,75Gasoil: 0,60 ÷ 1,10


46


4.Thôøi gian löuÑaây laø moät thoâng soá kyõ thuaät coù aûnh höôûng

raát lôùn ñeán thaønh phaàn vaø chaát löôïng saûn phaåm vaø hieäu suaát quaù trình. Neáu nguyeân lieäu ôû trong vuøng phaûn öùng caøng laâu thì ñoä chuyeån hoaù caøng taêng, saûn phaåm taïo thaønh deã bò phaân huûy tieáp saâu hôn vaø ngöng tuï, nhö vaäy hieäu suaát taïo khí vaø coác taêng, laøm giaûm hieäu suaát saûn phaåm. Hôn nöõa thôøi gian löu lôùn coøn laøm giaûm naêng suaát loø. Do ñoù, xu höôùng hieän nay laø tìm caùch laøm giaûm thôøi löu xuoáng 0,1 giaây vaø nhoû hôn, quaù trình nhö vaäy goïi laø quaù trình nhieät phaân milgiaây. Tuy nhieân neáu thôøi gian löu giaûm xuoáng quaù möùc thì nguyeân lieäu khoâng kòp phaûn öùng, ñoä chuyeån hoaù thaáp.

Thôøi gian löu toái öu ñöôïc tính theo coâng thöùc: ln0pt = -12,75 + 13700/TTrong ñoù: -T: nhieät ñoä (0K) -0pt : thôøi gian löu toái öu (s).Toùm laïi, tuyø thuoäc vaøo muïc ñích cuûa quaù trình

maø ta choïn caùc thoâng soá treân thích hôïp nhaèm ñem laïi hieäu quaû kinh teá cao nhaát. Ñeå saûn xuaát etylen vôùi hieäu suaát vaø chaát löôïng nhö mong muoán, yeâu caàu chung laø:

1. Nguyeân lieäu chöùa nhieàu parafin maïch thaúng, tyû leä H/C lôùn.

2. Nhieâït ñoä phaûn öùng phaûi cao (800 ÷ 900).3. Thôøi gian tieáp xuùc ngaén (côõ mili giaây).4. Aùp suaát rieâng phaàn cuûa hydrocacbon nhoû.5. Laøm laïnh nhanh saûn phaåm (toâi hoaù).Tuy nhieân, treân ñaây chæ laø yeâu caàu chung, trong

thöïc teá caùc ñieàu kieän treân coøn phuï thuoäc vaøo heä thoáng thieát bò, ñieàu kieän laøm vieäc cuûa quaù trình phaûi naèm trong giôùi haïn cho pheùp cuûa thieát bò.


47


Chöông vCOÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ETYLEN

I. SÔ ÑOÀ NGUYEÂN LYØ CHUNG CUÛA QUAÙ TRÌNH1. Sô ñoà nguyeân lyù chungÑoái vôùi baát kyø quaù trình saûn xuaát naøo, sô ñoà

nguyeân lyù chung cuõng bao goàm hai coâng ñoaïn:-Giai ñoaïn 1: nhieät phaân + toâi hoaù.-Giai ñoaïn 2: taùch vaø tinh cheá saûn phaåm.

Hình 5: Sô ñoà nguyeân lyù chung saûn xuaát etylen.

a. Ñoái vôùi nguyeân lieäu khí [14 - 77]Quaù trình nhieät phaân parafin khí bao goàm hai giai

ñoaïn: Giai ñoan 1: Nhieät phaân vaø toâi hoaù.Trong coâng nghieäp vôùi quy moâ lôùn, quaù trình

ñöôïc thöïc hieän ôû aùp suaát thaáp keát hôïp vôùi pha loaõng vaø pha nöôùc. Löôïng hôi nöôùc söû duïng tuøy thuoäc vaøo nguyeân lieäu ñaàu. Ñoái vôùi etan vaø propan thì tyû leä khoái löôïng hôi nöôùc treân nguyeân lieäu töø 0,3 ÷ 0,45. Ñeå traùnh caùc phaûn öùng thöù caáp (polime hoaù nhöïa, phaân huûy saâu hôn), khí saûn phaåm ñöôïc ñöa sang thieát bò toâi ñeå laøm laïnh nhanh xuoáng nhieät ñoä 400 ÷ 5000C. Trong giai ñoaïn naøy, ñeå taän duïng nhieät, ngöôøi ta söû duïng nhieät trao ñoåi ñeå taùi sinh hôi nöôùc aùp suaát cao (10 ÷ 13 MPa).

Giai ñoaïn 2: Taùch saûn phaåm.


48

Cracking vaø toâi saûn phaåm

Taùch vaø laøm saïch

saûn phaåm

Hôi nöôùc

Nguyeân lieäu

C2H4

C3H6

Saûn phaåm phuï

Etan hoaëc propan tuaàn hoaøn


Khí saûn phaåm goàm C1, C2, C3 vaø caùc hydrocacbon khaùc ñöôïc ñöa sang boä phaän taùch vaø laøm saïch ñeå thu caùc saûn phaåm theo yeâu caàu.

Nguyeân lieäu raát thích hôïp cho quaù trình saûn xuaát etylen theo con ñöôøng naøy laø caùc saûn phaåm ñænh cuûa thaùp taùch propan trong caùc daây chuyeàn ngöng tuï nhieät ñoä thaáp, haáp thuï nhieät ñoä thaáp cuûa caùc nhaø maùy cheá bieán khí töï nhieân vaø khí ñoàng haønh.


49



50

Hìn

h 6

: S

ô ñ

oà n

gu

yeân

lyù

ch

un

g s

aû

n x

uaát

ety

len

töø n

gu

yeân

lie

äu

kh

í.


Öu nhöôïc ñieåm cuûa caùc quaù trình nhieät phaân caùc parafin khí.

* Öu ñieåm:- Quaù trình xaûy ra ñôn giaûn, hieäu suaát etylen cao.- Nhieät phaân etan vaø propan seõ cho löôïng saûn

phaåm phuï ít nhaát do ñoù giaûm ñöôïc kích thöôùc cuûa thieát bò taùch vaø maùy neùn. Nhôø vaäy, kích thöôùc nhaø maùy saûn xuaát etylen giaûm daãn ñeán chi phí ñaàu tö cô baûn cho quaù trình giaûm.

* Nhöôïc ñieåm:Do nguyeân lieäu ôû theå khí neân quaù trình vaän

chuyeån chuùng seõ gaëp khoù khaên. Chi phí vaän chuyeån vaø baûo quaûn khí raát lôùn laøm taêng giaù thaønh saûn phaåm. Chính vì vaäy, coâng ngheä söû duïng nguyeân lieäu khí chæ phaùt trieån ôû nhöõng nöôùc coù saün nguoàn khí töï nhieân nhö: Myõ, Nga vaø caùc nöôùc Ñoâng AÂu, 80% nguyeân lieäu laø khí C2 vaø C3 .

b.Ñoái vôùi nguyeân lieäu loûng [14 - 80]Nguyeân lieäu hydrocacbon loûng ngaøy caøng ñöôïc

söû duïng nhieàu trong coâng ngheä saûn xuaát etylen ñaëc bieät vôùi nhöõng nöôùc khoâng coù nguoàn daàu moû vaø khí töï nhieân. Quaù trình saûn xuaát etylen töø hydrocacbon loûng ñem laïi hieäu quaû cao hôn ñaëc bieät laø trong quaù trình vaän chuyeån. Nguyeân lieäu loûng ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát trong coâng ngheä laø naphta vaø gasoil. Thöïc teá, ôû Nhaät vaø caùc nöôùc Taây AÂu, hôn 80% etylen ñöôïc saûn xuaát töø naphta.

Naphta laø hoãn hôïp phöùc taïp goàm nhieàu hydrocacbon. Thaønh phaàn naphta töø daàu thoâ raát khaùc nhau vaø coù khoaûng nhieät ñoä soâi töø 20 ÷ 2000C. Do vaäy, tuøy thuoäc vaøo caùc thoâng soá cuï theå (ñöôøng cong chöng caát, tyû troïng, nhieät hoaù hôi,…) maø coâng ngheä vaø quaù trình cracking coù nhöõng ñaëc tröng rieâng. Trong coâng nghieäp, thöôøng söû duïng nhieàu nhaát laø quaù trình cracking hôi nöôùc. Caùc hydrocacbon loûng ñöôïc cracking trong ñieàu kieän nhieät ñoä, aùp suaát thay ñoåi. Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän trong pha khí.

Giai ñoaïn 1: Nhieät phaân vaø toâi hoùa.


51


Ñaàu tieân, taïi zoân ñoái löu trong loø ñoát, hôi nöôùc vaø hoãn hôïp hydrocacbon ñöôïc ñoát noùng ñeán 6000C. Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc cracking trong loø phaûn öùng taïi zoân böùc xaï ôû nhieät ñoä lôùn hôn 9000C. Thôøi gian löu thay ñoåi töø 0,2 ÷ 0,3 giaây. Hoãn hôïp ñöôïc ñoát noùng vôùi toác ñoä 350.000 KJ/ m2.h.

Khí cracking ñöôïc ñöa ra ngoaøi vôùi vaän toác khoaûng 200m/s, nhieät ñoä xaáp xæ 9000C. Sau khi cracking, hoãn hôïp saûn phaåm ñöôïc laøm laïnh ngay laäp töùc xuoáng 350 ÷ 4000C ñeå traùnh caùc phaûn öùng thöù caáp. Do vaäy toác ñoä laøm laïnh raát lôùn khoaûng 10.0000C/s.

Giai ñoaïn 2: Taùch saûn phaåm.Sau quaù trình toâi, khí saûn phaåm ñöôïc ñöa sang boä

phaän taùch vaø laøm saïch saûn phaåm ñeå thu etylen vaø caùc saûn phaåm mong muoán khaùc. Caùc hydrocacbon chöa ñöôïc chuyeån hoaù khaùc ñöôïc tuaàn hoaøn trôû laïi.

Ngoaøi naphta, caùc phaân ñoaïn khaùc cuûa daàu moû cuõng ñöôïc söû duïng laøm nguyeân lieäu cho quaù trình saûn xuaát etylen nhö kerosen, gasoil, caën naëng,…Tuy nhieân, möùc ñoä söû duïng caùc nguyeân lieäu naøy khoâng lôùn. Trong thôøi gian tôùi, caùc phaân ñoaïn naøy seõ ñöôïc öùng duïng nhieàu hôn nhaèm taêng hieäu quaû söû duïng cuûa chuùng.

Sô ñoà nguyeân lyù chung cuûa quaù trình saûn xuaát etylen töø nguyeân lieäu loûng ñöôïc trình baøy nhö sau:


52



53


Öu nhöôïc ñieåm cuûa quaù trình nhieät phaân caùc parafin loûng:

* Öu ñieåm:- Coâng ngheä saûn xuaát etylen töø hydrocacbon loûng

coù öu ñieåm noåi baät laø khaû naêng vaän chuyeån. So vôùi nguyeân lieäu khí, giaù thaønh vaän chuyeån hydrocacbon loûng thaáp hôn nhieàu. Ñieàu naøy coù nghóa ñoái vôùi caùc nöôùc khan hieám nguoàn daàu moû vaø khí töï nhieân, neàn coâng nghieäp hoaù daàu döïa treân nhaäp khaåu daàu nhö: Anh, Phaùp, Ñöùc, Ytalia, Nhaät baûn.

- Maët khaùc, hydrocacbon loûng maø chuû yeáu laø naphta coù öu ñieåm laø khaû naêng cung caáp doài daøo, giaù thaønh thaáp, hieäu suaát thu etylen khoâng quaù thaáp (30%).

- Trong quaù trình saûn xuaát, ngoaøi etylen coøn thu ñöôïc caùc caáu töû khaùc nhö propylen, butadien, …coù theå taän duïng trong coâng nghieäp hoaù hoïc.

* Nhöôïc ñieåm:Tuy nhieân, coâng ngheä saûn xuaát etylen töø

hydrocacbon loûng coù nhöõng nhöôïc ñieåm sau:- So vôùi nguyeân lieäu khí, hieäu suaát etylen töø

hydrocacbon loûng thaáp hôn. Do thaønh phaàn nguyeân lieäu raát phöùc taïp neân thaønh phaàn saûn phaåm cuõng raát phöùc taïp, ñoøi hoûi quaù trình taùch khoù khaên hôn vaø nhieàu thieát bò taùch hôn. Trong hydrocacbon loûng coøn coù hydrocacbon thôm deã ngöng tuï taïo nhöïa, taïo coác trong quaù trình.


54


II. MOÄT SOÁ DAÂY CHUYEÀN COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ETYLEN HIEÄN ÑAÏI

II.1. Sô ñoà coâng ngheä cuûa haõng ABB Lummus Global [19]

Hình 8: Sơ ñồ coâng ngheä cuûa haõng ABB Lummus Global

1- Loø ñoát cracking SRT; 2 -Thieát bò toâi TLE; 3 -Thieát bò phaân ñoaïn xaêng; 4 - Thaùp toâi; 5 - Heä maùy neùn ly taâm nhieàu caáp; 6 -Thaùp saáy; 7 - Maùy laøm laïnh lieân hôïp; 8 - Thaùp taùch metan; 9 - Thaùp taùch etan; 10 -Thieát bò hydro hoùa; 11 - Thieát bò phaân taùch etan vaø etylen; 12 - Thieát bò taùch propan; 13- Thieát bò taùch propylene; 14 - Thieát bò taùch hoãn hôïp C4 vaø hôi xaêng nhe.ï

-Aùp duïng:Ñeå saùn xuaát etylen cho polyme (99,95% theå tích)

vaø caùc saûn phaåm phuï chuû yeáu laø propylene, hôi C4

giaøu butadiene, xaêng nhieät phaân giaøu hydrocacbon thôm giaøu C6 – C8 vaø hyrocacbon tinh khieát cao.


55


-Thuyeát minh daây chuyeàn:Nguyeân lieäâu hydrocacbon ñöôïc gia nhieät vaø

kracking cuøng vôùi hôi nöôùc trong loø oáng nhieät phaân trong thôøi gian löu ngaén STR (Short residence time). Theá heä loø nung môùi nhaát hieân nay ñöôïc thieát keá laø SRT-VI. Nhôø ñoù, hieäu suaát olefin ñaït ñöôïc raát cao, quaù trình ñöôïc hoaït ñoäng laâu daøi vaø coù theå töï ñoäng hoaù hoaøn toaøn. Caùc saûn phaåm ra loø coù nhieät ñoä töø 15000F ñeán 16000F vaø bò laøm laïnh nhanh trong thieát bò trao ñoåi nhieät oáng vaän chuyeån TLE (2) gaây ra aùp suaát doøng hôi sieâu cao (SHP). Saûn phaåm töø loø nung sau khi toâi, seõ ñöôïc ñöa sang thaùp phaân ñoaïn xaêng (3) vaø ôû ñoù caùc phaân ñoaïn daàu naëng ñöôïc taùch khoûi xaêng vaø phaân ñoaïn nheï hôn. Caùc saûn phaåm nheï ñi ra töø ñænh thaùp (3) vaø ñöôïc laøm laïnh saâu hôn baèng caùch toâi tröïc tieáp trong thaùp toâi (4).

Khí thoâ töø thaùp toâi (4) ñöôïc neùn trong heä thoáng maùy neùn ly taâm nhieàu caáp (5) ñeán aùp suaát treân 500 psi. Khí sau khi neùn vaø taùch khí axit ñöôïc ñöa sang thaùp saáy (6), sau ñoù ñöôïc laøm laïnh trong thieát bò laøm laïnh lieân hôïp (7) ñeå taùch H2 roài daãn vaøo thaùp taùch metan (8). Thaùp taùch metan laøm vieäc ôû aùp suaát khoaûng 100 psi. Metan ñöôïc laáy ra töø ñænh thaùp vaø ñöôïc thu hoài sau khi ñaõ cho qua thieát bò laøm laïnh lieân hôïp (7). Coøn saûn phaåm ñaùy ñöôïc ñöa sang thaùp taùch etan (9). Axetylen ñi töø ñænh thaùp etan (9) ñöôïc keát hôïp vôùi hydro trong thieát bò hydro hoùa (10) hoaëc ñöôïc thu hoài. Hoãn hôïp khí etylen vaø etan ñöôïc ñöa sang thaùp phaân ñoaïn hôi etylen-etan (11) ñeå taùch khí etylen ôû ñænh thaùp. Etan ñöôïc laáy ra töø ñaùy thaùp vaø ñöôïc tuaàn hoaøn trôû laïi loø nhieät phaân ñeå quaù trình cracking ñöôïc trieät ñeå.

Saûn phaåm ñaùy cuûa thaùp taùch etan (9) vaø phaàn ngöng tuï ñaùy cuûa boä phaän neùn vaø taùch khí (5) ñöôïc daãn vaøo thaùp taùch propan (12). Metyl axetylen vaø propadien ñöôïc hydro hoùa trong thaùp taùch propan baèng coâng ngheä hydro hoùa chöng caát xuùc taùc CDHY-DRO. Saûn phaåm ñaùy thaùp taùch propan (12) ñöôïc ñöa sang thaùp phaân taùch thaønh hoãn hôïp C4 vaø hôi xaêng


56


nheï (14). Propylen duøng cho polyme ñöôïc thu hoài ôû thaùp phaân taùch propylene(13).

Baûng 23: Hieäu suaát etylen vôùi nguyeân lieäu

khaùc nhau (% khoái löôïng):

Nguyeân lieäu

Nguyeân lieäu

Etan Propan n-Butan

Naphta

Gasoil

naëng

Gasoil chaân

khoâng

Etylen

Propylen

Butadien

Aromatic

84,0

1,4

1,4

0,4

45,0

14,0

2,0

3,5

44,0

17,3

3,0

3,4

34,0

14,4

4,9

14,0

25,9

13,6

4,9

13,3

22,0

12,1

5,0

8,5

Naêng löôïng tieâu thuï: Khi cracking etan, tieâu thuï 3.300 kcal/kg etylen taïo thaønh, khi cracking naphta tieâu toán 5000 kcal/kg etylen. Tuy nhieân, vôùi nguyeân lieâu laø naphta, neáu söû duïng toå tuapin khí thì naêng löôïng coù theå giaûm xuoáng 4000 kcal/kg


57


1- Loø nhieät phaân cracking; 2 - Thieát bò trao ñoåi nhieät; 3 - Thaùp taùch sô boä; 4 - Boä phaân trao ñoåi nhieät; 5 - Thaùp toâi baèng nöôùc; 6 - Maùy neùn nhieàu caáp; 7 - Boä phaän taùch khí axit; 8 - Thieát bò haáp thuï - khí loûng; 9 - Thieát bò laøm laïnh; 10 - Thaùp taùch etan; 11 - Thieát bò hydro hoùa; 12 - Maùy laøm laïnh lieân hôïp; 13 - Thaùp taùch metan; 14 - Thaùp chöng taùch etylen aùp suaát thaáp; 15 - Thaùp taùch propan; 16 - Thieát bò xöû lyù hydro; 17 - Thaùp taùch propan-propylen; 18 - Thaùp taùch butan.

Aùp duïng:Ñeå saûn xuaát etyen vaø propylen cho polyme baèng

quaù trình cracking nhieät caùc phaân ñoaïn töø etan ñeán naphta vaø caën hydro cracking. Saûn phaåm phuï laø C4

giaøu Butadien. Hôi C6-C8 giaøu hydrocacbon thôm vaø daàu nhieân lieäu.

Thuyeát minh daây chuyeàn:Nguyeân lieäu môùi vaø doøng hôi tuaàn hoaøn cuøng

vôùi hôi nöôùc pha loaõng ñöôïc gia nhieät vaø bò nhieât phaân trong loø cracking nhieät (pyro-crack). Öu ñieåm cuûa kieåu loø naøy laø ñoä choïn loïc cao do ñöôïc toái öu hoùa veà moái lieân heä cuûa thôøi gian löu, nhieät ñoä vaø aùp suaát cho moãi nguyeân lieäu ñeå ñaït ñöôïc hieâu suaát olefin cao nhaát. Doøng ra cuûa loø ñöôïc laøm laïnh trong thieát bò trao ñoåi nhieät oáng vaän chuyeån TLE (2), sinh ra aùp suaát doøng hôi cao (HP steam), baèng caùch toâi tröïc tieáp baèng daàu ñoái caùc vôùi quaù trình duøng nguyeân lieäu loûng.

Doøng khí cracking ñöôïc keát hôïp laøm laïnh vaø tinh cheá trong thaùp taùch sô boä (3) vaø thaùp toâi baèng nöôùc (5). Nhieät thaûi ñöôïc thu hoài baèng tuaàn hoaøn chu trình daàu, phaùt sinh doøng hôi pha loaõng ôû (4) vaø chu trình nöôùc (5) ñeå cung caáp cho caùc thieát bò ñun soâi laïi vaø loø nung cuûa quaù trình. Khí tinh cheá töø thaùp toâi (5) ñöôïc neùn trong maùy neùn 4 hoaëc 5 caáp (6) vaø ñöôïc laøm khoâ bôûi quaù trình haáp thuï khí-loûng (8). Caùc khí axit laø CO2 vaø H2S ñöôïc taùch baèng heä thoáng röûa baèng kieàm ñaët ôû coâng ñoaïn neùn cuoái cuøng (7). Khí neùn cracking ñöôïc laøm laïnh saâu hôn ôû


58


(9) vaø daãn vaøo quaù trình tuaàn hoaøn tröôùc vaø sau thaùp taùch etan (10), C2 ñaúng nhieät tröôùc vaø sau thieát bò hydro hoùa (11), thieát bò laøm laïnh (12), thaùp taùch metan (13) vaø ñöôïc bôm nhieät ôû thieát bò phaân taùch etylen aùp suaát thaáp (14), noù hôïp thaønh chu trình laøm laïnh etylen. Quaù trình Line caûi tieán naøy ñöôïc toái öu hoùa cao, vaän haønh deã daøng, vaø naêng löôïng tieâu toái thaáp, giaù thaønh ñaàu tö thaáp vaø hoaït ñoäng trong thôøi gian töông ñoái daøi (5 naêm môùi phaûi döøng loø ñeå xöû lyù).

Hoãn hôïp C3+ töø ñaùy thaùp taùch etan (10) ñöôïc

taùch propan ôû (15), ñöôïc hydro hoùa ôû (16) ñeå chuyeån hoùa metylaxetylen vaø propadien. Propylen vaø propan hình thaønh ñöôïc thu hoài hay tuaàn hoaøn trôû laïi loø cracking. Caùc caáu töû C4 ñöôïc taùch ra ôû ñænh thaùp töø caùc caáu töû naëng hôn trong thaùp taùch butan (18) ñeå thu hoài saûn phaåm C4 thoâ. Saûn phaåm xaêng taïo ra ôû ñaùy thaùp khi hôi C5 ñöôïc keát hôïp vôùi söï ngöng tuï cuûa hydrocacbon töø phaân ñoaïn naëng.

Baûng 24: Baûng hieäu suaát etylen töø caùc nguyeân

lieäu khaùc nhau.

Nguyeân lieäu Etan LPG naphta

Daàu gasoil

Hieäu suaát etylen,% 83 45 35 25

Tieâu thu naëng löôïng, kcal/kg

3000 4000 5000 6000

Töø baûng treân, ta thaáy: hieäu suaát etylen thu ñöôïc vaø naêng löôïng tieâu toán tuøy thuoäc vaøo loaïi nguyeân lieäu. Neáu söû duïng nguyeân lieäu laø etan thì hieäu suaát ñaït cao nhaát (83%) maø tieâu toái naêng löôïng laïi nhoû nhaát.

Hieän nay, treân theá giôùi coù 35 nhaø maùy coâng nghieäp söû duïng coâng ngheä naøy vôùi naêng suaát 13 trieäu taán/ naêm. Nhieàu nhaø maùy ñaõ taêng naêng suaát leân 50%[12-133].


59


II.3. S¬ ®å céng nghÖ cña h·ng Stone & Webster Engineering Corp

Hình 10: Sô ñoà coâng ngheä cuûa haõng Stone & Webster Engineering Corp

1 - Lß cracking USC; 2- Th¸p t«i b»ng níc; 3- M¸y nÐn; 4- Th¸p t¸ch propan; 5- ThiÕt bÞ hydro ho¸; 6- HÖ thèng ARS; 7- Th¸p t¸ch etan; 8,9 - Th¸p t¸ch etan - etylen; 10- ThiÕt bÞ hydro ho¸; 11- ThiÕt bÞ siªu ph©n ®o¹n C3

-¸p dông§Ó s¶n xuÊt etylen vµ propylen b»ng qu¸ tr×nh cracking

nguyªn liÖu parafin. Cã hai qu¸ trình chÝnh ®îc sö dông:+ USC (ultra selector cracking)-HÖ thèng nhiÖt ph©n vµ

t«i. + ARS (Advanced recovery system)- Qu¸ tr×nh chng

l¹nh.-ThuyÕt minh d©y chuyÒnNguyªn liÖu ñîc ®a vµo lß cracking USC(1). Sù t¸ch lo¹i

c¸c chÊt bÈn ®îc thùc hiÖn ngîc dßng. NhiÖt cracking cã thÓ ®îc cung cÊp b»ng qu¹t tuabin khÝ. Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n x¶y ra díi sù ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é - thêi gian riªng biÖt ®èi víi mçi lo¹i nguyªn liÖu còng nh yªu cÇu cña s¶n phÈm. Sù t«i nhanh ®¶m b¶o hiÖu suÊt etylen cao vµ ph¸t sinh ra h¬i


60


nhiÖt th¶i ¸p suÊt cao. NhiÖt th¶i cã nhiÖt ®é thÊp h¬n ®îc tËn duïng trong çc th¸p t«i dÇu vµ t«i níc xu«i dßng (2). DÇu nhiªn liÖu nhiÖt ph©n vµ phÇn cÊt x¨ng ®îc t¸ch ra. KhÝ cracking (C4 vµ nhÑ h¬n) sau khi nÐn ë (3), ®îc lµm s¹ch b»ng kiÒm ®Ó lo¹i bá çc khÝ axit vµ ®îc sÊy kh« tríc khi ph©n t¸ch.

N¨ng lîng lµm l¹nh cña ARS lµ cùc tiÓu do sö dông c«ng nghÖ cña thiÕt bÞ ngng tô ph©n ®o¹n lµm l¹nh khÝ vµ sù chng cÊt ph©n phèi. Çc cÊu tö nhÑ nh C2,C4 vµ çc cÊu tö nÆng h¬n ®îc ph©n t¸ch trong th¸p t¸ch propan ¸p suÊt thÊp (4), ë ®¸y th¸p thu ®îc C4 vµ çc s¶n phÈm phô kh¸c nÆng h¬n. Dßng h¬i qu¸ nhiÖt ®i ra tõ ®Ønh th¸p ®îc ®a sang th¸p hydro hãa (5) ®Ó chuyÓn hãa axetylen, sau ®ã ®îc dÉn sang thiÕt bÞ ARS (6) vµ x¶y ra sù ph©n t¸ch qu¸ nhiÖt hydro vµ metan. S¶n phÈm tõ (6) ®îc chia thµnh hai dßng h¬i C2 cã thµnh phÇn kh¸c nhau. Mét dßng ®îc ®a sang thiÕt bÞ chuÈn bÞ t¸ch etylen (8), råi ®a sang th¸p ph©n t¸ch etylen- etan (9). Cßn mét dßng gåm hoãn hîp h¬i C2 nÆng h¬n ®îc ®a sang th¸p t¸ch etan (7). Dßng C2 qu¸ nhiÖt tõ ®Ønh th¸p (7) qua (8) vµ dÉn ®Õn th¸p ph©n t¸ch etylen-etan (9). S¶n phÈm ®¸y cña th¸p (7) lµ hçn hîp C3

(metylaxetylen vµ propadien) ®îc kÕt hîp hydro hãa trong thiÕt bÞ hydro (10) t¹o thµnh propylen vµ propan vµ ®em ®i ph©n t¸ch ë th¸p siªu ph©n ®o¹n (11). Etan tõ ®¸y th¸p (9) vµ propan tõ ®¸y th¸p (11) ®îc tuÇn hoµn trë l¹i lß cracking. Etylen vµ propylen ®îc thu håi tõ ®Ønh th¸p (9) vµ (11).

Baûng 25: Baûng hieäu suaát etylen töø etan vaø daàu

gasoil

Nguyªn liÖu EtanDÇu

gasoil

HiÖu suÊt etylen % 57 28

Tiªu thuï n¨ng lîng,kcal/kg 3000 6000

-¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ USC: HÖ thoáng lß USC gåm lß cracking cã kÌm theo tiÕt bÞ

t«i s¶n phÈm. HÖ thèng ®îc ®iÒu khiÓn b»ng ch¬ng tr×nh


61


m¸y tÝnh cã kÕt hîp çc tÝnh to¸n vÒ thuû lùc, nhiÖt ®éng häc vµ çc qu¸ tr×nh cèc hãa nh»m kÕt hîp mét çch tèi u n¨ng suÊt, hiÖu suÊt, chiÒu dµi cña chu tr×nh vµ chi phÝ. Lß USC cã u ®iÓm ®é chän läc rÊt cao.

-¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ ARS:+ Gi¶m tæ hîp lµm l¹nh sö dông trong thiÕt bÞ ngng tô.+ Cïng mét lóc thùc hiÖn qu¸ tr×nh lµm l¹nh vµ ph©n

®o¹n trong thiÕt bÞ ngng tô.+ Gi¶m ®îc hµm lîng metan trong khÝ ®a vµo cét t¸ch

metan.+ Tû lÖ håi lu thÊp.+ Gi¶m yªu cÇu vÒ lµm l¹nh (xÊp xØ 75%). C«ng nghÖ

cho hiÖu suÊt etylent tõ 28% (®èi víi gasoil) ®Òn 57% (®èi víi etan).

Hieän nay treân 100 daây chuyeân saûn xuaát etylen söû duïng coâng ngheä stone & wedster. Vieät môû roäng coâng ngheä döïa treân heä thoáng ARS ñaõ laøm taêng 70% saûn löôïng haøng naêm.II.4. S¬ ®å c«ng nghÖ cña h·ng TECHNIP, KTI,

TECHNIPETROL [19]


62


H×nh 11: S¬ ®å c«ng nghÖ cña h·ng TECHNIP, KTI, TECHNIPETROL

1 - Lß cracking KTI - GK5; 2- Th¸p chng cÊt s¬ bé; 3- Th¸p t«i trùctiÕp b»ng níc; 4,7 - ThiÕt bÞ ph©n t¸ch phÇn nhÑ; 5- M¸y nÐnly t©m nhiÒu cÊp; 6-ThiÕt bÞ t¸ch khÝ axit; 8- ThiÕt bÞ sÊy khÝ; ; 9- ThiÕt bÞ lµm l¹nh; 10, 11 - Th¸p t¸ch metan; 12- ThiÕt bÞ tinh chÕ hydro; 13- Bé phËn t¸ch khÝ; 14 - Th¸p t¸ch etan; 15 -ThiÕt bÞ hydro ho¸ axetylen; 16 - ThiÕt bÞ ph©n t¸ch etylen; 17,18 -HÖ thèng t¸ch propan; 19 - ThiÕt bÞ hydro ho¸ metyl axetylen vµ propadien; 20 - ThiÕt bÞ hydro ho¸ metyl axetylen vµ propadien; 21 - ThiÕt bÞ ph©n t¸ch C3

-Aùp dông§Ó s¶n xuÊt ra etylen vµ propylen cho polyme. S¶n

phÈm phô chñ yÕu lµ h¬i C4 giµu butadien vµ x¨ng nhiÖt ph©n tõ C6 C8 giµu hydrocacbon th¬m.

- ThuyÕt minh d©y chuyÒnNguyªn liÖu hydrocacbon bao gåm etan-propan tuÇn

hoµn, ®îc cracking trong lß cracking KTI-GK5 (1), cho hiÖu suÊt oleffin tèi ®a víi tû lÖ propylen/etylen trong kho¶ng réng. Dßng ra cña lß ®îc lµm l¹nh nhanh trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt trùc tiÕp lo¹i èng (TLX) sinh ra dßng h¬i ¸p suÊt cao. Sau khi ®îc t«i trùc tiÕp víi dÇu, khÝ s¶n phÈm cracking (CFG) ®a sang th¸p t¸ch s¬ bé (2). T¹i ®©y, dÇu nhiªn liÖu ®îc t¸ch khái x¨ng vµ çc phÇn nhÑ h¬n. C«ng ®oan lµm l¹nh cuèi cïng ®Õn nhiÖt ®é m«i trêng ®îc thùc hiÖn b»ng çch t«i trùc tiÕp b»ng níc ë th¸p (3). Sau qu¸ tr×nh t«i, khÝ s¶n phÈm cracking (CFG) ®îc nÐn trong m¸y nÐn ly t©m nhiÒu cÊp (5) ch¹y b»ng taubin khÝ. PhÇn ngng tù LP vµ HP ®îc ph©n t¸ch çc phÇn nhÑ trong bé cÊt phÇn nhÑ (4,7). KhÝ axit ®îc t¸ch ra trong thiÕt bÞ röa b»ng kiÒm (6) ôû ¸p suÊt 8 bar.

KhÝ s¶n phÈm cracking (CFG) tõ m¸y nÐn ®Çu tiªn ®îc sÊy ë thiÕt bÞ sÊy khÝ (8) sau ®ã ®îc lµm l¹nh ë (9) råi mét phÇn ®i sang th¸p PSA (12) ®Ó tinh chÕ hydro, mét phÇn ®i vµo hÖ thèng cét kÐp t¸ch metan (10,11) ë ¸p suÊt trung b×nh (12bar) vµ ®îc ®un l¹i bëi CFG. T¹i ®©y, metan ®îc t¸ch ra tõ ®Ønh th¸p vµ cã thÓ dïng lµm khÝ nhiªn liÖu. Cßn


63


C2+ t¸ch ra ë ®¸y th¸p ®îc b¬m sang th¸p t¸ch etan (14). S¶n phÈm ®Ønh cña th¸p (14) ®îc hydro hãa trong thiÕt bÞ hydro hãa (15) ®Ó chuyÓn hãa axetylen thµnh etylen tríc khi tíi th¸p t¸ch etylen (16). T¹i th¸p (16), etylen ®îc t¸ch ra tõ ®Ønh th¸p, cßn etan ®îc t¸ch ra tõ ®¸y th¸p vµ chñ yÕu ®îc tuÇn hoµn l¹i lß cracking.

S¶n phÈm ®¸y cña bé ph©n cÊt phÇn nhÑ HP cña th¸p t¸ch ®îc dÉn tíi hÖ thèng kÐp t¸ch propan hai lÇn b»ng ¸p suÊt (17, 18). T¹i ®©y, C3 ®îc t¸ch ôû ®Ønh th¸p, Metylaxetylen vµ propadien ®îc hydro hãa thµnh propylen trong hÖ thèng d·y hai thiÕt bÞ ph¶n øng (20) trong pha láng ¸p dông c«ng nghÖ IFP. PhÇn C4 vµ c¸c cÊu tö nÆng h¬n ®îc t¸ch ë ®¸y th¸p. Propylen ®îc ph©n t¸ch khái propan trong th¸p ph©n t¸ch C3 (21) ®Ó tuÇn hoµn tíi lß cracking tríc khi ®îc dÉn tíi bån chøa.

N¨m 1893, n¨ng suÊt etylen ®i tõ c«ng nghÖ KTI lµ7,5 triÖu tÊn /n¨m. Sau ®ã, n¨ng suÊt gi¶m dÇn (5 triÖu tÊn/ n¨m1990). HiÖn nay, trªn thÕ giíi cã kho¶ng 15 nhµ m¸y víi 300 lß cracking sö dông c«ng nghÖ KTI.

Baûng 26: Coâng ngheä saûn xuaát etylen (naêng suaát 500.000 taán/ naêm) vôùi caùc nguoân nguyeân lieäu khaùc nhauNg liÖu/ s¶n phÈm

Etan Propan

butan

Naphta nhÑ

Naphta

nÆng

Gasoil

Etylen 500 500 500 500 500 500

Propan 11 160 189 190 207 243

Butadien - 32 73 58 71 78

BTX - 52 70 136 217 200

ph©n ®o¹n C4 14 12 78 50 48 78

X¨ng 12 34 38 51 70 176

KhÝ nhiªn liÖu 76 280 262 256 265 213

DÇu nhiªn liÖu - - 10 41 71 364

Tæng nguyªn liÖu

613 1070 1220 1282 1449 1852

N¨ng lîng, 3100 4000 4300 4400 4700 5500


64


kcal/kg

II.5 S¬ ®å c«ng nghÖ cña h·ng M.W.Kellogg [20]

H×nh 12: S¬ ®å c«ng nghÖ cña h·ng M.W.Kellogg1- Lß nhiÖt ph©n; 2- ThiÕt bÞ lµm l¹nh; 3-ThiÕt bÞ ph©n ®o¹n nhiÖt ph©n; 4- HÖ thèng m¸y nÐn ly t©m nhiÒu cÊp; 5- HÖ thèng sÊy vµ t¸ch khÝ axit; 6 -ThiÕt bÞ chuÈn bÞ t¸ch metan; 7- HÖ thèng lµm s¹ch H2; 8- Th¸p t¸ch metan; 9- Th¸p t¸ch etan; 10 - ThiÕt bÞ hydro ho¸ axetylen; 11 - Th¸p t¸ch etylen; 12 - Th¸p ph©n ®o¹n C3; 13- Th¸p ph©n ®o¹n C4; 14, 15 - Th¸p ph©n ®o¹n propylen.

-AÙp dông

§Ó s¶n xuÊt etylen vµ proplen cho polyme, s¶n phÈm C4

giµu butylen x¨ng nhiÖt ph©n th« giµu hîp chÊt th¬m: hydro vµ nhiªn liÖu b»ng c¸ch nhiÖt ph©n h¬i hydrocacbon trong ph¹m vi tõ etylen ®Õn gasoil ch©n kh«ng.

- ThuyÕt minh d©y chuyÒn


65


Trong lß nhiÖt ph©n (1), nguyªn liÖu ®îc trén víi h¬i níc pha lo·ng vµ bÞ cracking ë nhiÖt dé cao t¹o ra khÝ giµu olefin. Lß cracking cña Kellogg hîp nhÊt thêi gian ph¶n øng ng¾n (díi 0,1 gi©y) víi nhiÖt ®é ®Çu ra kho¶ng 17000F. Nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy ®Ó lµm t¨ng ®é chän läc çc ph¶n øng t¹o thµnh olefin vµ v× thÕ n©ng cao hiÖu suÊt olefin.

KhÝ nhiÖt ph©n ®îc lµm l¹nh b»ng h¬i ph¸t sinh ë (2) vµ lµm l¹nh s©u h¬n trong thiÕt bÞ ph©n ®o¹n nhiÖt ph©n (3), t¹i ®ã dÇu nhiªn liÖu ®îc t¸ch khái dßng khÝ chÝnh.

KhÝ lµm l¹nh sau ®ã ®îc nÐn trong hÖ thèng m¸y nÐn ly t©m nhiÒu cÊp (4) víi qu¸ tr×nh lµm l¹nh liªn hîp vµ chÊt láng chuyÓn ®éng gi÷a çc tÇng. Sau ®ã, hçn hîp khÝ ®îc ®i qua hÖ thèng t¸ch khÝ axit vµ sÊy khÝ (5) tríc khi ®i vµo hÖ thèng chuÈn bÞ t¸ch khÝ metan (6) ®Ó lo¹i bá khÝ giµu hydro. KhÝ giµu hydro ®îc siªu tinh chÕ ë (7) b»ng çch sö dông thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ xóc t¸c.

Hçn hîp khÝ sau khi ®· t¸ch H2 ë (2) ®îc ®a sang th¸p t¸ch metan ë (8) vµ mét d·y th¸p chng cÊt ph©n ®o¹n hçn hîp çc hydrocacbon ®Ó lÇn lîc t¸ch çc s¶n phÈm nh khÝ nhiªn liÖu giµu metan ë (8), etylen ë (11), propylen ë (14,15), hçn hîp C4 vµ x¨ng giµu cÊu tö th¬m ë (13). Tríc khi ®Õn th¸p ph©n ®o¹n etylen (15), axetylen cã thÓ ®îc hydro ho¸ ë (14) hoÆc ®a ®i chÕ biÕn ho¸ häc. Metyl axetylen vµ propadien ®îc hydro ho¸ ë (10) tríc khi ®Õn th¸p ph©n ®o¹n propylen (15). Etan cã thÓ tuÇn hoµn l¹i lß nhiÖt ph©n. Propan cã thÓ sö dông lµm s¶m phÈm LPG hoÆc ®îc tuÇn hoµn l¹i lß cracking.

HiÖu suÊt etylen ®¹t ®îc lµ 35% ®èi víi naphta vµ 30% ®èi vèi gasoil,... tuøy thuéc vµo ®Æc ®iÓm cña tõng lo¹i nguyªn liÖu.

C«ng nghÖ Kellogg ®îc øng dông cho h¬n 60 dù ¸n bao gåm mét sè nhµ m¸y liªn hîp lín nhÊt thÕ giíi víi tæng c«ng suÊt 12 triÖu tÊn/ n¨m [14-120]. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhê sö dông c«ng nghÖ mili gi©y n¨ng suÊt ®· ®¹t ®îc cao lªn ®¸ng kÓ. HiÖn nay, víi sù x¸c nhËp cña 2 h·ng


66


Kellogg vµ Brown & Root, c«ng suÊt etylen t¨ng ®Õn 20 triÖu tÊn / n¨m 1999 víi 90 dù ¸n [20-113].

III. MOÄT SOÁ QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ CHÍNH TRONG COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ETYLEN

C¸c thiÕt bÞ chñ yÕu trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt etylen gåm cã lß cracking nhiÖt vµ thiÕt bÞ t«i s¶n phÈm.

III.1. Lß cracking nhiÖtTrong nh÷ng lß cò, sù nhiÖt ph©n ®îc thùc hiÖn ë 700

7500C, cho hiÖu suÊt s¶n phÈm chÝnh lµ etylen rÊt thÊp, n¨ng suÊt etylen chØ ®¹t 4 6 ngh×n tÊn/ n¨m. Víi sù tiÕn boä cña khoa häc vµ c«ng nghÖ. Ngµy nay qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n ®îc thùc hiÖn trong chÕ ®é “ etylen ”, nghÜa lµ ë 850 8700C, trong nh÷ng lß liªn hîp m¹nh cã øng suÊt nhiÖt cao, chÕ ®é lµm viÖc chÆt chÏ, thêi gian lu nhá. NhiÒu c¶i tiÕn vÒ mÆt c«ng nghÖ ®· ñöôïc ®a vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ch¼n h¹n nh:

- Sö dông hÖ thèng ®Ìn x× kh«ng ngän löa.- OÁng ®Æt ®øng, gia nhiÖt hai mÆt, kho¸ liªn ®éng

trong mét phÇn cña mét sè camera buång ®èt cã kÝch thíc lín.

- Sö dông ph¬ng ph¸p gia nhiÖt gradien trong mçi phÇn cña èng ®îc thiÕt lËp nhiÖt ®é tèi u t¬ng øng t¹i vÞ trÝ cho tríc cña giai ®o¹n nhiÖt ph©n...

Nh÷ng tiÕn bé trªn vÒ c«ng nghÖ ®· lµm t¨ng n¨ng suÊt lß èng lªn ®Õn 50 ngh×n tÊn/ n¨m vµ thiÕt lËp ra nh÷ng thiÕt bÞ s¶n xuÊt olefin víi n¨ng suÊt etylen 300 450 ngh×n tÊn etylen/ n¨m [2-38].III.1.1.Ph©n lo¹i

Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt etylen vµ olefin ph©n tö thÊp b»ng ph¬ng ph¸p nhiÖt ph©n, thiÕt bÞ quan träng nhÊt lµ lß cracking do ph¶n øng nhiÖt ph©n vµ cracking ®ßi hái nhiÖt lîng lín. ThiÕt bÞ ph¶n øng cã thÓ ®îc ph©n chia theo ph¬ng thøc trao ®æi nhiÖt nh sau:

-Nhãm trao ®æi nhiÖt trùc tiÕp (truyÒn nhiÖt bªn trong).

-Nhãm trao ®æi nhiÖt gi¸n tiÕp (truyÒn nhiÖt bªn ngoµi).


67


1.Nhãm trao ®æi nhiÖt trùc tiÕpSù truyÒn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng çch tiÕp xóc trùc

tiÕp nguyªn liÖu víi chÊt t¶i r¾n (®Öm, caùt, sái,...) hoÆc khÝ. ChÊt t¶i nhiÖt r¾n ë ®©y lµ çc vËt liÖu tèt, cã ®é sèp lín vµ nhiÖt dung cao, cã thÓ gi÷ cè ®Þnh hoÆc chuyÓn ñoäng trong lß. Ngêi ta cßn ®a oxi vµo ®Ó ®èt mét phÇn mét phÇn nguyªn liÖu vµ cÊp nhiÖt cho ph¶n øng.

C«ng nghÖ sö dông h×nh thøc trao ®æi nhiÖt trùc tiÕp hieän nay rÊt Ýt ®îc söû dông trong c«ng nghiÖp. C«ng nghÖ ACR sö dông chÊt t¶i nhiÖt khÝ [18-1]. C«ng nghÖ cña h·ng Phillips Petroleum sö dông ®Öm (pebble heater). Coâng ngheä cña h·ng Lurgi sö dông chÊt mang nhiÖt lµ caùt [21 - 72]

2. Nhãm trao ®æi nhiÖt gi¸n tiÕpHiÖn nay çc lß èng sö dông ph¬ng thøc trao ®æi nhiÖt

gi¸n tiÕp ®îc phæ biÕn trong c«ng nghiÖp. Trong qu¸ tr×nh nµy ngêi ta dïng h¬i níc pha lo·ng hydrocacbon nguyªn liÖu nªn thêng ®îc gäi lµ qu¸ tr×nh cracking h¬i.

Lo¹i lß èng cã buång ®èt ®îc sö dông nhiÒu nhaát, phæ biÕn trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen trong c«ng nghiÖp.

Lß cracking hiÖn ®¹i cã çc buång ®èt h×nh hép víi çc èng th¼ng ®îc treo ë chÝnh gi÷a lß. Çc èng nµy n¹p liÖu tõ trªn ®Ønh th¸p. Tuøy thuéc vµo kÝch thíc buång ®èt, qu¸ tr×nh ®èt cã thÓ thùc hiÖn b»ng çch ®èt tõ têng lß hoÆc sµn lß. Têng lß lµ mét khèi cã nhiÒu lß ®èt ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®èt ch¸y kh«ng cã ngän löa. C¶ khèi têng lß bÞ nãng ®á lªn vµ bøc x¹.

ChiÒu dµi lß ®èt phô thuéc vµo n¨ng suÊt etylen mçi lß vµ ®îc x¸c ®Þnh b»ng sè èng cÇn thiÕt. Çc èng ®îc ®Æt ë chÝnh gi÷a buång ®èt. NhiÖt truyÒn qua çc èng chñ yÕu nhê vµo bøc x¹. NhiÖt ®é cña buång ®èt cã thÓ tíi 1000 12000C.


68


Th«ng thêng, c¸c èng bøc x¹ cña lß s¶n xuÊt etylen còng chÝnh lµ thiÕt bÞ ph¶n øng. §iÒu kiÖn n¹p liÖu vµo èng phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ tèc ®é dßng. Nguyªn liÖu lµ h¬i níc pha lo·ng ®îc ñoát nãng s¬ bé trong phÇn ®èi lu ®Ó ®¹t ®îc nhiÖt ®é cÇn thiÕt, sau ®ã ®i vµo c¸c èng bøc x¹.

a) PhÇn ®èi lub) Têng chÞu nhiÖt.c) PhÇn bøc x¹d) Buång ®èt thµnh lße) Buång ®èt sµng lßf) ThiÕt bÞ t«i (TLE)g) èng khãi.

H×nh 13: MÆt c¾t ®øng cña mét lß cracking ®iÓn

h×nhTrong tröôøng hôïp naøy,

coâng ñoaïn ñoái löu goàm 5 zoân rieâng bieät vôùi chöùc naêng khaùc nhau [14 - 61 ]

-Zoân ñænh loø (zoân 1): ñun noùng sô boä nguyeân lieäu

-Zoân thöù 2: ñun noùng hôi nöôùc ñeå taïo hôi quaù nhieät.

-Zoân thöù 3: nguyeân lieäu vaø hôi nöôùc pha loaõng ñöôïc troän vôùi nhau.

-Zoân thöù 4: hôi nöôùc ñöôïc ñun quaù nhieät.-Zoân cuoái cuøng: nguyeân lieäu vaø hôi nöôùc pha

loaõng ñöôïc ñoát laàn cuoái.Tuy nhieân, soá löôïng vaø chöùc naêng cuûa caùc zoân

tuøy thuoäc vaøo vieäc thieát keá loø. Ngoaøi ra, caùc loø phaûn öùng coù theå ñöôïc thieát keá rieâng bieät vôùi caùc buoàng ñoát. Vieäc thieát keá caùc oáng böùc xaï trong loø cracking nhìn chung caàn xem xeùt caùc yeáu toá aûnh


69


höôûng ñeán quaù trình. Haàu heát caùc thieát keá hieän ñaïi ñeàu nhaèm ñaït hieäu suaát etylen cao, giaûm söï taïo coác. Ñeå ñaït ñöôïc ñieàu naøy, yeâu caàu cuûa loø cracking nhö sau: thôøi gian löu cuûa nguyeân lieäu ngaén, nhieät ñoä phaûn öùng cao vaø aùp suaát hôi rieâng phaàn cuûa hydrocacbon thaáp. Ñoái vôùi caùc loø hieän nay, caùc oáng böùc xaï ñöôïc treo thaúng ñöùng vaø ñöôïc gia nhieät caû hai beân. Loaïi oáng naèm ngang khoâng coøn ñöôïc söû duïng trong caùc loø etylen.

Chieàu daøi vaø ñöôøng kính oáng böùc xaï phuï thuoäc vaøo toác ñoä naïp lieäu moãi oáng; thöù töï ñaët oáng; khoaûng caùch giöõa caùc oáng vaø vò trí ra saûn phaåm (ñænh hoaëc ñaùy oáng).

Caùc oáng coù theå coù ñöôøng kính xaùc ñònh hoaëc ñöôøng kính thay ñoåi. Nhieàu oáng nhö nhau keát hôïp thaønh moät oáng coù ñöôøng kính lôùn hôn (Swaged coil) hoaëc moät oáng coù theå chia thaønh caùc oáng nhoû hôn (Combined coil). Chieàu daøi vaø ñöôøng kính oáng coù theå thay ñoåi trong phaïm vi roäng [14-63].

- Coâng suaát (moãi loø): 15 ÷ 100 nghìn taán/naêm

- Soá daøn oáng(moãi loø): 1 ÷ 200- Ñöôøng kính oáng: 20 ÷ 180 mm- Chieàu daøi daøn oáng: 10 ÷ 100m- Nhieät ñoä ra: 750 ÷ 8900C- Nhieät ñoä thaønh oáng: 950 ÷ 10400C; 1040 ÷

11200C- Naêng suaát nhieät: 50 ÷ 90 KW/m2

- Thôøi gian löu: 0,05 ÷ 0,1 giaâyIII.1.2. CAÙC LOØ CRACKING ÑÖÔÏC SÖÛ DUÏNG HIEÄN NAY

a.Loø Lummus [14]Loø Lummus bao goàm 4 theá heä, töø SRT-I (short

residence time) ñeán SRT-IV.Loø SRT-I chöùa caùc oáng böùc xaï coù ñöôøng kính

gioáng nhau. Hieän nay, nhieàu loø cracking kieåu SRT-I


70


vaãn coøn hoaït ñoäng, chuû yeáu ñeå cracking etan, propan hoaëc butan.

Loø SRT-II duøng caùc oáng böùc xaï coù ñöôøng kính taêng daàn theo höôùng ñaàu ra cuûa oáng, hoaëc caùc oáng coù ñöôøng kính nhoû ñöôïc noái vôùi caùc oáng coù ñöôøng kính lôùn theo höôùng ra cuûa oáng.

Loø SRT-III söû duïng kieåu oáng töông töï nhö loø SRT-II nhöng vôùi soá löôïng oáng lôùn hôn vaø do ñoù cho ra naêng suaát cao hôn. Trong caû hai loø cracking kieåu SRT-II vaø SRT-III, nhieät ñoä khí taêng nhanh ôû tröôùc oáng, sau ñoù chaäm daàn laïi. Nhieät ñoä khí moät laàn nöõa taêng nhanh ôû cöûa ra cuûa oáng. Ñaàu ra coù ñöôøng kính lôùn nhaèm giaûm aùp suaát hôi rieâng phaàn cuûa hydrocacbon vaø giaûm quaù trình keát tuûa cuûa cacbon hoaëc coác.

Thôøi gian löu trong loø Lummus laø 0,25 ÷ 0,72s. Loø Lummus coù theå hoaït ñoäng ñoäc laäp. Trong moãi loø thöôøng coù 4 ÷ 6 oáng böùc xaï. OÁng naïp lieäu coù ñöôøng kính nhoû nhaèm taêng hieäu quaû trao ñoåi nhieät, nhanh choùng ñöa nguyeân lieäu ñeán nhieät ñoä phaûn öùng.

Loø SRT-IV cuûa haõng Lummus laø kieåu loø môùi nhaát hieän nay, öu ñieåm cuûa loaïi loø naøy laø quaù trình laøm laïnh ñöôïc toái öu hoaù, nhieät ñoä khí trong oáng coù theå kieåm soaùt vaø ñieàu chænh baèng caëp nhieät. Do ñoù coù theå naâng cao hieäu suaát olefin giaûm löôïng saûn phaåm phuï, ñaàu tö cho coâng ñoaïn taùch thaáp hôn, thieát bò coù theå laøm vieäc vôùi cheá ñoä naïp lieäu thay ñoåi, nhôø vaäy giaûm ñöôïc chi phí veà maët nhieân lieäu. Ngoaøi ra, söû duïng heä thoáng thieát bò naøy coøn giaûm ñöôïc möùc ñoä tieâu toán naêng löôïng.

Loø Lummus coù theå truyeàn nhieät baèng ñeøn ñoát treân thaønh loø hoaëc keát hôïp vôùi ñeøn ñoát treân saøn loø. Loø Lummus coù theå söû duïng baát cöù loaïi thieát bò trao ñoåi nhieät (TLE) naøo. Coâng suaát moãi loø (vôùi nguyeân lieäu töø naphta ñeán gasoil chöng caát chaân khoâng) laø 25.000 ÷ 50.000 taán/ naêm. [14-62]

b. Loø Millisecond (mili giaây) (M. W. Kellogg) [14]Loø Millisecond ñöôïc thieát keá vôùi thôøi gian löu

ngaén, aùp suaát rieâng phaàn cuûa hydrocacbon thaáp.


71


Loø ñöôïc thieát keá goàm nhieàu zoân, oáng böùc xaï ñöôïc phaân chia thaønh 3 phaàn trong 3 ngaên cuûa buoàng löûa böùc xaï. Söï phaân chia naøy cho pheùp ñieàu hoøa nhieät ñoä khí cracking doïc theo oáng. Nguyeân lieäu chuû yeáu cung caáp cho loø Millisecond laø hydrocacbon loûng. Nhieät ñoä cuûa loø töø 900 ÷ 9300C. Thôøi gian löu cuûa nguyeân lieäu trong loø laø 0,1÷0,3s. Coác taïo thaønh trong loø ñöôïc loaïi boû tröïc tieáp baèng hôi nöôùc ñi qua PQE vaø ñi vaøo thieát bò doøng chaûy xuoáng. Nhieät ñoä ra cuûa oáng khoaûng 500C, cao hôn so vôùi caùc loø khaùc.

Nguyeân lieäu d15,6 Khoaûng

chöng (0C)


Loø Millisecond

Loø thoâng thöôøng

Naphta 0,70 37 ÷ 196 32,2 28,6

Gasoil nheï 0,84 195 ÷ 355 27,0 24,4

Gasoil naëng

0,89 265 ÷ 465 21,6 19,5

a.Ñaàu rab. Phoøng böùc xaï.c. Caùc oáng böùc xaï.d. Phaàn ñoái löu.e. Thieát bò sô boä.f. Quaït thoâng gioù töï nhieân.g. OÁng xaû (oáng khoùi).

Hình 14. Loø Kellogg Millisecond

Loø Millisecond cuûa Kellogg söû duïng thieát bò trao ñoåi laøm laïnh sô boä PQE (primary quench ex- changer).


72


Haàu heát caùc loø Millisecond coù ñöôøng kính nhoû hôn, caùc oáng ngaén hôn so vôùi caùc loø khaùc ñeå coù thôøi gian löu ngaén. Hieän nay, thöôøng söû duïng laø loø Millisecond goàm nhieàu oáng böùc xaï keát hôïp vôùi nhau laøm taêng naêng suaát loø. Moãi PQE nhoû ñöôïc taïo ra baèng söï keát hôïp 2 hoaëc 4 oáng böùc xaï. Soá oáng böùc xaï cuûa moãi loø coù theå leân tôùi 100 ÷ 200 vôùi soá oáng PQE khoaûng 50 ÷ 100.

Loø Kellogg coù theå ñöôïc caëp ñoâi hoaëc coù theå hoaït ñoäng ñoäc laäp. Caùc loø keùp (ñöôïc keïp ñoâi) coù theå duøng chung moät oáng khoùi vaø moät ñeøn ñoát nhieân lieäu caáp nhieät cho quaù trình ñöôïc ñaët ôû gaàn saøn, ñoái dieän vôùi thaønh buoàng ñoát. [14]

c.Loø KTI.Söû duïng nhieàu loaïi oáng: töø oáng uoán ruoät gaø

ñôn giaûn coù ñöôøng kính khoâng ñoåi ñeán oáng GK-1, vaø oáng GK-2. OÁng SD-U, töông töï nhö oáng USC-U cuûa Stone & Webster cuõng ñöôïc söû duïng thích hôïp. Tuyø thuoäc vaøo töøng loaïi oáng maø ta coù nguyeân lieäu khaùc nhau, thôøi gian löu khaùc nhau vaø cho ra naêng suaát loø khaùc nhau nhö ñöôïc cho trong baûng sau:

Loaïi oáng böùc xaï Nguyeân lieäu

Thôøi gian löu (giaây)

Coâng suaát moãi loø (taán/naêm)

OÁng ruoät gaø

Khí, naphta, gasoil

0,4 ÷ 0,5 25000 ÷ 50000

SD-U Naphta nheï 0,25 40000

GK-1, GK-2 Naphta, gasoil 0,25 ÷ 0,35 35000 ÷ 70000

Caáu taïo oáng GK goàm hai oáng nhoû, song song vôùi nhau töø ñaàu vaøo ñeán 66% chieàu daøi oáng. Sau ñoù chuùng hôïp laïi vôùi nhau thaønh moät oáng lôùn hôn. Caùc oáng coù theå xeáp cheùo hoaëc xeáp thaúng haøng, nhöng vôùi caùc oáng ñöôøng kính lôùn hôn, baét buoät phaûi saép xeáp thaúng. Ngoaïi tröø daïng oáng SD-U phaûi ñöôïc ñoát baèng nhieân lieäu khí, taát caû caùc daïng oáng KTI khaùc ñeàu coù theå ñoát baèng nhieân lieäu loûng hoaëc khí.


73


Loø KTI coù theå ñöôïc söû duïng keøm vôùi oáng khoùi vaø quaït huùt caûm öùng hoaëc coù theå hoaït ñoäng ñoäc laäp. OÁng ra saûn phaåm thöôøng ñöôïc ñaët ôû ñænh loø, ñeøn ñoát thöôøng ñöôïc ñaët ôû töôøng loø hoaëc caû töôøng loø vaø saøn loø.

Loø nhieät phaân KTI ñöôïc söû duïng raát phoå bieán ôû Chaâu AÂu vôùi coâng suaát hôn 5,8.106 taán/ naêm.III.2.THIEÁT BÒ TOÂI LUYEÄN SAÛN PHAÅM VAØ QUAÙ TRÌNH TOÂI KHÍ CRAKING NOÙNG.

Khí cracking sau khi rôøi oáng böùc xaï cuûa loø saûn xuaát etylen coù nhieät ñoä töø 750 ÷ 9000C . Ñeå traùnh caùc quaù trình polime hoùa olefin vaø nhöïa hoùa ngöôøi ta phaûi laøm laïnh raát nhanh khí saûn phaåm cracking xuoáng 500 ÷ 7000C vaø ñöôïc goïi laø quaù trình “toâi hoùa”. Tuy nhieân, khoâng caàn thieát phaûi giaûm toái ña thôøi gian löu trong giai ñoaïn khí ñi töø ñaàu ra cuûa loø böùc xaï ñeán zoân laøm laïnh. Thöïc teá, thôøi gian löu trong zoân ñoaïn nhieät cuõng khoâng vöôït quaù 10% thôøi gian löu trong oáng böùc xaï.

Khí cracking coù theå toâi trong thieát bò toâi luyeän tröïc tieáp hoaëc giaùn tieáp. Quaù trình toâi luyeän tröïc tieáp coù ñaëc ñieåm laøm laïnh nhanh, ñöôïc söû duïng quaù trình phun vaø bay hôi caùc doøng loûng. Tuy nhieân, quaù trình toâi giaùn tieáp ñöôïc söû duïng laø chuû yeáu.

III.2.1. Caùc yeâu caàu cuûa thieát bò toâi luyeänLaøm laïnh nhanh vaø ñoàng ñeàu, thôøi gian löu trong

boä phaän ñoaïn nhieät ngaén nhaèm giaûm caùc phaûn öùng thöù caáp taïo caùc saûn phaåm phuï khoâng mong muoán.

a. Doøng khí ñoàng ñeàu trong taát caû caùc oáng nhaèm ngaên söï taïo coác.

b. Ñoä giaûm aùp suaát thaáp do söï taêng aùp suaát ôû ñaàu ra oáng böùc xaï laøm giaûm giaù trò cuûa caùc saûn phaåm khí cracking.

c. Thu hoài nhieät cao vaø taän duïng trieät ñeå, chaúng haïn hôi nöôùc sinh ra trong quaù trình toâi coù aùp suaát


74


raát cao (SHP), ñieàu naøy aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán chi phí hoaït ñoäng cuûa quaù trình.

d. Thôøi gian laøm vieäc lôùn. Sau moät thôøi gian laøm vieäc, phaûi ngöng thieát bò ñeå laøm saïch. Tuøy thuoäc vaøo nguyeân lieäu cuûa quaù trình maø thôøi gian laøm vieäc cuûa thieát bò khaùc nhau.

III.2.2. Moät soá thieát bò toâi hieän ñaïiThieát bò toâi luyeän laàn ñaàu tieân ra ñôøi töø thaäp

kyû 70 do haõng Schmidt’sche GmpH thieát keá. Töø ñoù, caùc thieát bò khaùc laàn löôït ñöôïc ra ñôøi phuø hôïp vôùi caùc loaïi nguyeân lieäu töø etan ñeán gasoil chöng caát taïi aùp suaát khí quyeån. Döôùi ñaây laø moät soá thieát bò toâi phoå bieán:

a.Heä thoáng toâi BorsigHeä thoáng naøy cuõng goàm caùc phaàn rieâng bieät

TLE, thuøng hôi nöôùc, oáng ñöùng vaø oáng ngang [14].Caùc boä phaän voû vaø oáng tieâu chuaån ñöôïc thieát

keá nhaèm giaûi quyeát vaán ñeà veà söï cheânh leäch veà nhieät ñoä treân caùc daøn ñeå oáng. Lôùp naøy moûng khoaûng 15mm ñöôïc gia coá baèng heä taêng cöùng.

Thieát bò TLE Borsig coù theå ñöôïc ñaët thaúng ñöùng hoaëc naèm ngang. Caùch ñaët thaúng ñöùng phoå bieán hôn do yeâu caàu thieát keá. Heä thoáng TLE naèm ngang thöôøng coù ñöôøng kính lôùn hôn.

Daïng cuûa giaøn oáng ñôõ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa ñaàu ra. Ñoái vôùi nguyeân lieäu khí vaø naphta giaøn oáng ñôõ ñaàu ra thöôøng daøy hôn vaø khoâng ñöôïc laøm laïnh, ñoái vôùi nguyeân lieäu laø gasoil, giaøn naøy yeâu caàu phaûi moûng hôn.

Thieát bò trao ñoåi nhieät TLE Borsig ñöôïc söû duïng raát nhieàu treân theá giôùi. Vôùi nguyeân lieäu cho quaù trình khoâng thay ñoåi töø etan ñeán gasoil chöng caát chaân khoâng.


75


Hình 15: Thieát bò toâi BorsigA: Maët caét doïc: a) OÁng; b) Vaùch ngaên; c) Voøng

ñôõ; d) Loã thoaùt khí;

e) Boä phaän noái; f) Cöûa thaùo.

B: Maët caét ngang: a) OÁng; b) Vaùch ngaên; c) Voøng ñôõ; d) Loã thoaùt khí.

b.Heä thoáng toâi OZAKIÑaây laø coâng ngheä môùi nhaát trong coâng ngheä

toâi luyeän saûn phaåm, ñöôïc thieát keá cho coâng ngheä Union Carbide/Kureha/Chiyoda Advanced cracking reactor (ACR). Do coâng ngheä ACR söû duïng nguyeân lieäu naëng neân caùc thieát bò taùch thoâng thöôøng khaùc khoâng söû duïng ñöôïc do möùc ñoä taïo taïp chaát quaù lôùn [14].


76


Hình 16. Heä thoáng toâi OZAKIa.Bôm.

b.Loã naïp daàu ñeå taïo maøng daàu. c.Phaàn laøm laïnh sô boä

d. Löôùi phaân phoái. e.Caùc raõnh khí cracking ñi qua.

Daàu toâi naëng ñöôïc phun tröïc tieáp vaøo hoãn hôïp khí coù nhieät ñoä cao vaø laøm laïnh khí thaønh phaàn. Hoãn hôïp caùc pha goàm khí phaûn öùng, hôi nöôùc daàu toâi ñi vaøo boä phaän trao ñoåi nhieät daïng oáng ñeå laøm laïnh hôi baèng taùi sinh hôi nöôùc aùp suaát cao. Khí ñöôïc laøm laïnh vaø moät phaàn loûng chaûy xuoáng beà maët trong cuûa oáng trao ñoåi nhieät taïo maøng bao phuû beà maët oáng, ngaên söï keát tuï coác.IV. QUAÙ TRÌNH TAÙCH VAØ TINH CHEÁ ETYLEN.

Khí olefin thu ñöôïc töø quaù trình nhieät phaân noùi chung vaø cracking noùi rieâng ñeàu coù chöùa taïp chaát nhö H2, CH4 vaø caùc ñoàng ñaúng, caùc hôïp chaát sunfua vaø ngay caû olefin cuõng caàn phaûi phaân chia thaønh


77


caùc caáu töû rieâng bieät. Ñeå thu ñöôïc saûn phaåm etylen coù chaát löôïng yeâu caàu phaûi qua quaù trình taùch vaø tinh cheá etylen.

Hôn nöõa, caùc saûn phaåm phuï cuûa quaù trình cuõng laø caùc caáu töû coù giaù trò nhö laø propylen, butadien, gasoiline giaøu caáu töû thôm C6 ÷ C8.


78


Phaân chia khí cracking hôi naphtha laø quaù trình phöùc taïp nhaát so vôùi nguyeân lieäu laø etan hay propan, vì raèng trong khí coù maët hydrocacbon töø C1 cho tôùi C5 vaø caû H2. Sô ñoà phaân chia khí nhieät phaân naphtha vì theá cuõng ñöôïc söû duïng phaân chia khí chöùa oxy cuûa cracking xuùc taùc hoaëc coác hoùa… [6]

Quaù trình cheá bieán khí cracking goàm caùc coâng ñoaïn sau:

1. Chuaån bò khí.a.Neùn.Saûn phaåm khí caàn phaân chia ñöôïc neùn tôùi aùp

suaát caàn thieát (coù theå 35 ñeán 40 bar), thöôøng phaûi qua 4 ÷ 5 caáp neùn, ñeå nhieät ñoä cuûa noù khoâng vöôït quaù 105 ÷ 1100C ôû aùp suaát aáy, vôùi muïc ñích traùnh söï polyme hoùa caùc olefin coù nhieät ñoä soâi cao. Do ñoù, giöõa caùc caáp neùn ngöôøi ta phaûi laøm laïnh khí. Caùc phaàn loûng ngöng tuï ñöôïc taäp trung laïi vaø ñöa vaøo thieát bò phaân ly ñeå thu theâm xaêng.

b.Taùch khí axit – saáy khoâQuaù trình laøm laïnh khí cuûa caùc hôïp chaát axit laø

traùnh söï aên moøn caùc thieát bò phaân chia, traùnh aûnh höôûng ñeán caùc quaù trình saáy khoâ khí. Thoâng thöôøng, tröôùc caáp neùn cuoái cuøng, ngöôøi ta tieán haønh disunfua khí. Caùc daïng löu huyønh (H2S, RSH nheï) vaø caû CO2 chuyeån thaønh khí töø nguyeân lieäu caàn ñöôïc taùch ra baèng caùch cho qua coät röûa baèng kieàm. Khí saïch sau ñoù ñöôïc saáy khoâ baèng phöông phaùp haáp phuï baèng oxit nhoâm hay zeolit.

2. Taùch khí saûn phaåmNgöôøi ta söû duïng nhieàu sô ñoà nhieät phaân baèng

phöông phaùp nhieät chöng caát nhieät ñoä thaáp. Coù hai loaïi quaù trình chöng caát hieän nay vaãn phoå bieán, chuùng chæ khaùc nhau veà caùc thoâng soá nhieät ñoä vaø aùp suaát:

Loaïi 1: Tieán haønh ôû -1000C vaø 40bar (phoå bieán hôn).

Loaïi 2 : tieán haønh ôû -1500C vaø 11 bar.


79


Khí khoâ ñi vaøo coät taùch metan ñeå taùch ra hoãn hôïp khí nhieân lieäu (H2 vaø CH4) ôû treân ñænh (-1000C, 35 bar). Saûn phaåm ñaùy laø hoãn hôïp C+

2 ñöôïc chuyeån vaøo

coät taùch etan. ÔÛ ñaây, phaàn C2 ñöôïc taùch khoûi caùc saûn phaåm naëng. Phaàn C2 coù chöùa axetylen ñöôïc taùch heát baèng quaù trình hydro hoùa choïn loïc. Thao taùc naøy laøm sao khoâng xaûy ra ñoái vôùi olefin töùc laø chæ hydro hoùa axetylen. Muoán vaäy ngöôøi ta duøng xuùc taùc coù ñoä hoaït tính nhoû vaø loã lôùn, phoå bieán laø niken (ôû 1400C, 30 bar) vaø palladium (ôû 500C). Quaù trình hydro hoùa coù theå duøng ngay H2 taùch ra coät thöù nhaát roài sau ñoù tieán haønh taùch metan laàn thöù hai. Etylen sau cuøng ñöôïc taùch etan ôû coät phaân chia C2.

Phaân ñoaïn C3 coù chöùa propadien vaø metylaxetylen maø cuõng ñöôïc ñöa ñi hydro hoùa choïn loïc. Tuøy theo ñoä saâu cuûa quaù trình hydro hoùa phaân ñoaïn C3 seõ chöùa tôùi 95% propylen vaø ñöôïc ñöa ñi söû duïng luoân. Muoán nhaän ñöôïc propylen tinh khieát phaûi boå sung theâm coät nöõa

Caùc sô ñoà naøy khaùc nhau ôû nhöõng ñieåm sau:+ Saûn phaåm vaø ñoä saïch cuûa saûn phaåm.+Thöù töï taùch caùc phaân ñoaïn.+AÙp suaát, nhieät ñoä söû duïng cho töøng quaù trình.Tuøy thuoäc vaøo yeâu caàu chaát löôïng saûn phaåm,

ñieàu kieän coâng ngheä vaø chi phí veà naêng löôïng coù theå choïn sô ñoà thích hôïp.

Maëc duø khí cracking cuûa caùc quaù trình nhieät phaân hydro cacbon chöùa raát nhieàu loaïi hôïp chaát vôùi noàng ñoä khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo nguyeân lieäu, taát caû caùc quaù trình thu hoài vaø laøm saïch saûn phaåm ñeàu töông töï nhö treân. Do chi phí cho quaù trình laøm saïch etylen vaø caùc saûn phaåm khaùc coù lieân quan ñeán thaønh phaàn khí neân coâng ñoaïn nhieät phaân vaø coâng ñoaïn thu hoài laøm saïch khí trong saûn xuaát etylen caàn phaûi ñöôïc keát hôïp chaët cheõ thì môùi ñaït ñöôïc hieäu quaû kinh teá cao.

Choïn sô ñoà coâng ngheä ñeå tính toaùn laø sô ñoà coâng ngheä cuûa haõng line AG. Do sô ñoà naøy coù nhieàu öu vieät. Sô ñoà naøy coù ñoä choïn loïc cao, saûn phaåm


80


phuï taïo ra laø C4 giaøu Butañien, hôi C6 C8 giaøu hydrocacbon thôm. Do ñöôïc toái öu hoaù veà moái quan heä cuûa thôøi gian löu, nhieät ñoä, aùp suaát cho moãi nguyeân lieäu ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát etylen cao nhaát.


81


PHAÀN IITÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ

I.TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT VAØ CAÂN BAÈNG NHIEÄT LÖÔÏNG CUÛA LOØ NHIEÄT PHAÂN

Caùc soá lieäu caàn thieát cho tính toaùn nhö sau:- Naêng suaát loø: 50.000 taán / naêm- Ñoä chuyeån hoaù cuûa etan: x = 60%.

- Hieäu suaát cuûa metan: = 5%

- Nhieät ñoä nguyeân lieäu vaøo: 250C.- Nhieät ñoä saûn phaåm ra loø: 8200C.

I.1. CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CUÛA LOØ NHIEÄT PHAÂN.

Giaû söû: + Nguyeân lieäu vaøo loø nguyeân chaát chæ coù

C2H6. + Saûn phaåm phuï taïo ra chæ coù H2, CH4, caùc

saûn phaåm phuï khaùc nhö axetylen, C3H4, propen, propan, butadiene, v.v…cuõng ñöôïc taïo ra nhöng khoâng ñaùng keå. Do ñoù, coù theå boû qua trong quaù trình tính toaùn.

Moâ hình tính:

Caùc phöông trình xaûy ra trong phaûn öùng nhieät phaân:

C2H6 C2H4 + H2 (1) 2C2H6 C2H4 + CH4 (2) Phöông trình caân baèng vaät chaát cuûa loø nhieät

phaân:

Trong ñoù:

+ : löôïng C2H6 vaøo loø nhieät phaân (kg/h).


Saûn phaåm chính phuï C2H6 chöa chuyeån

Nguyeân lieäu C2H6

Loø nhieät phaân

82


+ : löôïng C2H4 ra khoûi loø nhieät phaân (kg/h).

+ : löôïng C2H6 ra khoûi loø nhieät phaân (kg/h).

+ : löôïng saûn phaåm phuï ra khoûi loø nhieät phaân (kg/h).

1. Löôïng C2H4 ra khoûi loø nhieät phaân Naêng suaát cuûa loø nhieät phaân laø 50.000 taán/

naêm. Quaù trình saûn xuaát lieân tuïc chæ döøng hoaït ñoäng khi söûa chöõa vaø tu boå thieát bò thì soá kg etylen sinh ra trong 1 giôø laø:

Tính theo soá kmol/ h:

Tính toaùn vôùi C2H6: C2H6 C2H4 + H2 (1) x x x kmol/h 2C2H6 C2H4 + CH4 (2) y 0,5y y kmol/h Goïi x,y laàn löôït laø soá kmol C2H6 tham gia vaøo phaûn

öùng (1) vaø (2) trong moät giôø. Khi ñoù, theo phöông trình phaûn öùng treân ta coù:

- Löôïng C2H6 tham gia phaûn öùng:

(kmol/h)

Theo ñaàu baøi ñoä chuyeån hoaù cuûa etan chæ ñaït 60% neân löôïng C2H6 caàn thieát ñeå ñöa vaøo loø nhieät phaân laø:

Do ñoä chuyeån hoùa C2H6 laø 60% neân seõ coù moät löôïng C2H6 chöa chuyeån hoùa heát trong thaønh phaàn ra cuûa loø:


83


2.Tính löôïng saûn phaåm phuï ra khoûi loø nhieät phaân

Löôïng H2 sinh ra ôû phaûn öùng (1) laø:

- Löôïng CH4 ñi ra khoûi loø phaûn öùng:

Vaäy ñaàu ra cuûa loø nhieät phaân bao goàm saûn phaåm chính laø etylen, caùc saûn phaåm phuï H2, CH4 vaø C2H6 chöa chuyeån hoùa.

= 20(x+y) + 28(x+0,5y) + 16y + 2x = 50(x+y) (kg/h)

Ñeå tìm ñöôïc löôïng vaøo vaø ra cuûa loø nhieät phaân, ta thaønh laäp heä hai phöông trình sau:

Soá kmol C2H4 ra khoûi loø nhieät phaân:

=x+ 0,5y = 222,103 kmol/h (a)

Hieäu suaát metan laø 5% so vôùi saûn phaåm ra:

16y = 0,05.50.(x+y) 7y = 5x (b)Giaûi heä phöông trình (a), (b) ta ñöôïc: x = 163,654 kmol/h y = 116,896 kmol/hThay trò soá x,y vaøo caùc bieåu thöùc treân, ta tìm ñöôïc

caùc ñaïi löôïng vaøo vaø ra cuûa loø nhieät phaân nhö sau: a). Löôïng C2H6 ñöa vaøo loø:


84


b). Löôïng hôi nöôùc ñöa vaøo loø:Löôïng hôi nöôùc ñöa vaøo loø khoâng tham gia phaûn

öùng maø coù taùc duïng ñeå pha loaõng nguyeân lieäu. Ta choïn tyû leä hôi nöôùc/ nguyeân lieäu laø 0,3. khi ñoù, löôïng hôi nöôùc ñöa vaøo loø seõ laø:

c). löôïng C2H6 ra khoûi loø:

Löôïng C2H6 chöa chuyeån hoùa heát naøy seõ ñöôïc tuaàn hoaøn laïi laøm nhuyeân lieäu cho loø nhieät phaân. Do ñoù, löôïng C2H6 thöïc teá caàn cung caáp cho loø nhieät phaân laø:

d). Löôïng CH4 ra khoûi loø:

e). Löôïng hydro thoaùt ra khoûi loø

Baûng27: CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO LOØ NHIEÄT

PHAÂN.

STT Teân chaát

Löôïng vaøo Löôïng ra

Kmol/h Kg/h Kmol/h Kg/h

1

2

3

4

5

6

C2H6

C2H4

CH4

H2

H2O

toång

467,583

0

0

0

233,792

701,357

14027,542

0

0

0

4208,262

18235,804

187,033

222,103

116,896

163,654

233,792

923,478

5611,016

6218,884

1870,336

327,308

4208,262


85


18235,806

I.2. TÍNH CAÂN BAÈNG NHIEÄT LÖÔÏNG CHO LOØ NHIEÄT PHAÂN

1. Tính toaùn quaù trình chaùy.a. Xaùc ñònh nhieät chaùy thaáp cuûa nhieân

lieäuTheo coâng thöùc :

Trong ñoù:

laø haøm löôïng caáu töû töông öùng trong nhieân lieäu (% theå tích)

(kcal/ kg)

Hay (kcal/ kg)

= 49000 (KJ/Kg)Tính chuyeån thaønh phaàn cuûa nhieân lieäu sang phaàn

traêm troïng löôïng (thaønh phaàn cuûa khí theo theå tích vaø theo mol ôû ñieàu kieän tieâu chuaån laø nhö nhau).

Baûng 28: Thaønh phaàn cuûa nhieân lieäu (% troïng

löôïng)

Caáu töû

Troïng löôïng phaân töû

(Mi)

Phaàn mol theå tích

(ri)

Miri Phaàn troïng löôïng

(gi.100)

CH4 16 0,980 15,680 95,80

C2H6 30 0,003 0,090 0,56

C3H8 44 0,002 0,088 0,55

n-C4H10 58 0,001 0,058 0,37

CO2 44 0,003 0,132 0,82

N2 28 0,011 0,308 1,90

Coäng - 1,000 M ~ 100,00


86


16,4

b. Xaùc ñònh thaønh phaàn nguyeân toá cuûa nhieân lieäu theo phaàn traêm troïng löôïng

Haøm löôïng cuûa cacbon trong caáu töû thöù i baát kyø cuûa nhieân lieäu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:

: Soá nguyeân töû cacbon trong caáu töû ñaõ cho cuûa nhieân lieäu

-Haøm löôïng hydrocacbon:

Soá nguyeân töû hydro coù trong caáu töû ñaõ cho cuûa nhieân lieäu

-Haøm löôïng Oxy:

P: Soá nguyeân töû Oxy trong phaân töû CO2.-Haøm löôïng Nitô:

K: Soá nguyeân töû Nitô trong phaân töû N2.*. Kieåm tra laïi:C + H + O + N = 73,277 + 24,255 + 0,598 + 1,9 =100

(%).


87


c. Xaùc ñònh löôïng khoâng khí lyù thuyeát caàn thieát ñeå ñoát chaùy moät kg khí

Theo coâng thöùc:

d. Xaùc ñònh löôïng khoâng khí thöïc teá caàn thieát ñeå ñoát chaùy moät kg khí.

Vôùi loø coù töôøng böùc xaï, heä soá dö khoâng khí töø (1,03 ÷ 1,07). Ta laáy =1,06, khi ñoù, löôïng khoâng khí thöïc teá seõ laø:

(kg/kg khí).

(m3/kg khí).

Trong ñoù: kg/m3: Tyû troïng cuûa khoâng khí ôû ñieàu kieân tieâu chuaån (0C vaø 760 mmHg).

e. Xaùc ñònh löôïng saûn phaåm ñöôïc taïo thaønh khi ñoát chaùy 1kg nhieân lieäu:

(kg/ kg nhieân lieäu).

(kg/ kg nhieân lieäu)

(kg/ kg nhieân lieäu)

(kg/ kg nhieân lieäu).Löôïng saûn phaåm chaùy toång coäng:

(kg/kg nhieân lieäu)

*. Kieåm tra laïi:

(kg/ kg nhieân lieäu).

2. Phöông trình caân baèng nhieät löôïngPhöông trình caân baèng nhieät löôïng cuûa loø nhieät

phaân:


88


2.1. Löôïng nhieät do caùc caáu töû mang vaøo thiÕt bÞ ph¶n øng

a). Nhieät löôïng do C2H6 mang vaøo loø C2H6 ñöôïc ñöa vaøo loø ôû nhieät ñoä thöôøng

250C(2980K). khi ñoù, nhieät löôïng do C2H6 ñöa vaøo ñöôïc tính theo coâng thöùc:

= 14027,542.1,749.298 = 7311182,945 (kj/h)

b). Nhieät löôïng do hôi nöôùc mang vaøo Löôïng hôi nöôùc ñöa vaøo ñeå pha loaõng nguyeân

lieäu ôû 1100C(3830K) vôùi tyû leä hôi nöôùc treân nguyeân lieäu laø 0,3 nhö ñaõ giaû thieát ôû treân. Khi ñoù, nhieät löôïng do hôi nöôùc mang vaøo seõ laø:

= 4208,262.1,898.383 = 3059128,729 (kj/h)

c). Nhieät löôïng do nguyeân lieäu ñoát mang vaøo Nhieân lieäu ñoát ñöôïc ñöa vaøo loø ôû nhieät ñoä

250C(2980K). khi ñoù, nhieät löôïng do nhieân lieäu ñoát mang vaøo seõ laø:

Giaû söû khi nhieät phaân 3966,13kg caàn tieâu toán m kg nhieân lieäu ñoát ñeå cung caáp nhieät cho loø. Ñeå thuaän tieän cho vieäc tính toaùn, ta laäp baûng sau:

Baûng 29: Tính toaùn nhieät löôïng nguyeân lieäu ñoát

mang vaøo.

Caáu töû

Phaàn troïng löôïng

Kg/h

Cpi.298

Kj/kg0K Kj/h

CH4 0,9580 0,9580.m 2,2309 636,886.m


89


C2H6

C3H8

n-C4H10

CO2

N2

toång

0,0056

0,0055

0,0037

0,0082

0,0190

1

0,0056.m

0,0055.m

0,0037.m

0,0082.m

0,0190.m

m

1,7493

1,6727

2,4293

0,8440

1,040

2,920.m

2,741.m

2,678.m

2,062.m

5,888.m

653,175.m

Vaäy: (kj/ h)

d). Nhieät löôïng do khoâng khí mang vaøo Khoâng khí ñöôïc ñöa vaøo loø ôû 250C ñeå ñoát chaùy

nhieân lieäu ñoát. Theo keát quaû tính toaùn ôû phaàn treân, ñeå ñoát chaùy 1 kg nhieân lieäu ñoát , caàn phaûi tieâu toán 17,92 kg khoâng khí. Do ñoù, löôïng khoâng khí caàn thieát ñeå ñöa vaøo loø seõ laø:

= 17,92.m.1,0048.298 = 5365,792.m (kj/h)e). Nhieät löôïng do nhieân lieäu chaùy toûa ra

trong quaù trình chaùyTheo tính toaùn ôû phaàn treân, ta coù nhieät chaùy

thaáp cuûa nhieân lieäu laø:

Vaäy nhieân lieäu do m (kg) nhieân lieäu toûa ra trong quaù trình chaùy seõ laø:

= 49000. m (kj/h)

3. Nhieät löôïng do caùc caáu töû mang raSaûn phaåm ra cuûa loø nhieät phaân coù nhieät ñoä

8200C (10930K).a. Nhieät löôïng do C2H4 mang ra

= 6248,905.3,4919.1093 = 23735363,25 (kj/ h).


90


b. Nhieät löôïng do C2H6 chöa chuyeån hoùa mang ra

= 5611,016.4,2711.1093 = 26193975,01(kj/ h)

c. Nhieät löôïng do H2 mang ra khoûi loø

= 327,308.15,277.1093 = 5465294,06(kj/ h)d. Nhieät löôïng do CH4 mang ra khoûi loø

=1870,336.4,8517.1093 = 9918219,924(kj/h)e. Nhieâït löôïng do hôi nöôùc mang ra khoûi loø

= 4208,262.2,3658.1093 = 10881805,52(kj/h)f. Nhieät löôïng do khoùi mang ra khoûi loøKhoùi ra khoûi loø nhieät phaân bao goàm caùc saûn

phaåm chaùy cuûa nhieân lieäu ñoát khi ñi qua vuøng ñoái löu. Nhieät ñoä khoùi giaûm daàn do truyeàn bôùt nhieät ñeå ñun noùng sô boä nguyeân lieäu. Nhieät ñoä khoùi ra khoûi loø nhieät phaân coøn 6000C.

Theo tính toaùn caùc phaàn treân, khi ñoát chaùy moät kg nhieân lieäu ñoát seõ cho ta saûn phaåm chaùy coù thaønh phaàn nhö sau:

=2,689 (kg/ kg nhieân lieäu)

= 0,233 (kg/ kg nhieân lieäu)

= 2,180 (kg/ kg nhieân lieäu)

= 13,817(kg/ kg nhieân lieäu)

Nhieät löôïng do khoùi mang ra ôû 6000C(8730K) ñöôïc tính theo coâng thöùc:

Ñeå tieän cho vieäc tính toaùn ta laäp baûng sauBaûng 30: Tính nhieät löôïng do khoùi mang ra khoûi loø


91


Saûn phaåm chaùy

(kg/kg) (kg/h) (kg/kg0K)

(kg/h)

CO2 2,689 2,689.m 1,119 2626,849.m

O2 0,233 0,233.m 1,053 214,189.m

H2O 2,180 2,180.m 2,080 3958,531.m

N2 13,817 13,817.m 1,141 13763,017.m

Toång 20562,586.m

Vaäy = 20562,586.m (kj/h)

g. Nhieät löôïng maát maùt ra moâi tröôøngGiaû söû nhieät löôïng maát maùt ra moâi tröôøng

chieám 5% toång nhieät löôïng do caùc caáu töû mang ra, khi ñoù:

= 0,05(26193975,01 + 23735363,25 + 9918219,924 +

+ 5465294,06 + 10881805,52 + 20562,586.m)QM = 0,05.(76194657,76 + 20562,586.m) = 3809732,888 + 1028,130.m

i. Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùngHieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng laø löôïng nhieät

caàn cung caáp ñeå thöïc hieän phaûn öùng, ñöôïc tính theo coâng thöùc:

Trong ñoù: laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng (1) vaø

phaûn öùng (2) ôû nhieät ñoä 8200C (10930K).Caùc soá lieäu tính toaùn ñöôïc cho döôùi baûng sau:


92


Baûng 31: Giaù trò vaø caùc heä soá CP,i cuûa

caùc caáu töû

Caáu töû Caùc heä soá tính CP,i

A B.102 C.105 D.109

C2H6 -20,067 1,292 4,254 -1,657 2,081

C2H4 12,518 0,909 3,740 -1,994 4,192

CH4 -17,821 4,598 1,245 -0,286 -2,703

H2 0 6,483 0,2215 -3,298 1,826

Tính :C2H6 C2H4 + H2 (1)

+ Tính hieäu öùng nhieät ôû ñieàu kieän tieâu chuaån (2980K)

Aùp duïng coâng thöùc:

= 12,518 – (-20,067) = 32,585(kcal/ mol)

= 32585(kcal/ kmol)

+ Tính hieäu öùnh nhieät cuûa phaûn öùng ôû 8200CAùp duïng coâng thöùc:

Trong ñoù, caùc CP,i ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc:

Caùc heä soá A, B, C, D ñöôïc cho trong baûng treânVaäy ta coù:

= 0,909 + 3,740.10-2.T – 1,994.10-5.T2 + 4,192.10-9.T3

= 6,483 + 0,2215.10-2.T – 0,3298.10-5.T2 + 1,826.10-

9.T3

= 1,292 + 4,254.10-2.T – 1,657.10-5.T2 + 2,081.10-9.T3

Suy ra:


93


(kcal/ kmol)

(kcal/ h) = 5624297,018 (kcal/ h) = 23537683,02 (kj / h)Tính :

2C2H6 C2H4 + 2CH4 (2)+ Tính hieäu öùng nhieät ôû ñieàu kieân tieâu chuaån

(250C)

= 12,518 + 2.(-17,821) – 2.(- 20,067) =17,01 (kcal/ mol) =17,01.103 kcal/ kmol)

+ Tính hieâu öùng nhieät cuûa phaûn öùng ôû 8200C (10930K)

Aùp duïng coâng thöùc :

= 0,909 + 3,740.10-2.T – 1,994.10-5.T2 + 4,192.10-9.T3

= 4,598 + 1,245.10-2.T + 0,286.10-5.T2 – 2,703.10-

9.T3

= 1,292 + 4,254.10-2.T – 1,657.10-5.T2 + 2,081.10-9.T3


94


Suy ra:

(kcal/ kmol)

(kcal/ h) = 1935213,28 (kcal/ h) = 8098867,577 (kj / h)

Vaäy ta coù:

= 23537683,02 + 8098867,577 = 31636550,6 (kj/ h)

Töø caùc soá lieäu tính toaùn ôû treân thay vaøo phương trình caân baèng nhieät löôïng ta coù :

Suy ra: 7311182,945 + 3059128,729 + 5365,792.m + 653,175.m +4900.m = 26193975,01 + 23735363,25 + 9918219,924 + 5465294,06 +

+10881805,52 + 20562,586.m + 3809732,888 + 1028,130.m +


95


+ 31636550,6 + 10370311,67 + 55018,967.m = 111640641,3 + 21590,716.m

Vaäy:

m = 3029,49232 (kg nhieân lieäu)Thay caùc giaù trò cuûa m vaøo coâng thöùc tính nhieät

löôïng: ta seõ tính ñöôïc:

= 5365,792.m = 16255625,65 (kj/ h)

= 653,175.m = 1978788,646 (kj/ h)

= 49000.m = 148445123,7 (kj/ h)

= 20562,586.m = 62294196,37 (kj/ h)

= 3809732,888 + 1028,130.m = 6924444,827 (kj/h)Baûng 32: CAÂN BAÈNG NHIEÄT LÖÔÏNG CUÛA LOØ

NHIEÄT PHAÂN

Nhieät löôïng mang vaøo Nhieät löôïng mang ra

Thaønh phaàn

Qi (KJ/ h) Thaønh phaàn

Qi (KJ/ h)

1. C2H6 7311182,945

1. C2H6 26193975,01

2. H2O 3059128,729

2.C2H4 23735363,25

3. Khoâng khí

16255625,65

3.CH4 9918219,924

4. Nhieân lieäu

1978788,646

4.H2 5465294,06

5.Nhieät chaùy cuûa nhieân lieäu

148445123,7

5.H2O 10881805,52

6.Khoùi 31636550,68

7.Nhieät phaûn öùng

62294196,37

8.Nhieät 6924444,


96


maát maùt

827

TOÅNG 177049849,7

TOÅNG 177049849,6


97


II.TÍNH TOAÙN MOÄT SOÁ KÍCH THÖÔÙC CÔ BAÛN CUÛA LOØ OÁNG NHIEÄT PHAÂN

II.1.Xaùc ñònh beà maët ñun noùng vaø moät soá kích thöôùc cuûa buoàng böùc xaï

1.Beà maët ñun noùng cuûa oáng xoaén phaûn öùng

Aùp duïng coâng thöùc:

Trong ñoù:laø cöôøng ñoä nhieät trung bình cuûa beà maët ñun

noùng cuûa oáng xoaén phaûn öùng, ta choïn:

: laø löôïng nhieät böùc xaï cuûa loø hay löôïng nhieät tieâu hao cho phaûn öùngvaø ñun noùng trong oáng xoaén phaûn öùng, ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau:

Trong ñoù:Q1: tieâu hao nhieät cho phaûn öùng nhieät phaân (kj/ h).Q2: löôïng nhieät tieâu hao ñeå ñun noùng hoãn hôïp hôi-

khí töø 6500C (nhuyeân lieäu vaø hôi nöôùc) ñeán 8200C (saûn phaåm nhieät phaân vaø hôi nöôùc) (kj/ h).

a. Tính tieâu hao nhieät cho phaûn öùng nhieät phaân

G: löôïng nguyeân lieäu (kg/ h)

(kg/ h)

: hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng (kj/ kg)

Trong ñoù:H1 vaø H2: laø nhieät taïo thaønh töông öùng vôùi

nguyeân lieäu ñaàu vaø saûn phaåm nhieät phaân (kj/ kg)Ta xaùc ñònh nhieät taïo thaønh H1 vaø H2 baèng toång

cuûa nhieät rieâng phaàn taïo thaønh caùc caáu töû töông öùng vôùi nguyeân lieäu vaø saûn phaåm nhieät phaân ôû


98


nhieät ñoä cuoái cuøng cuûa phaûn öùng (8200C). Quaù trình tính toaùn ñöôïc cho trong baûng sau:

Baûng 33: Tính toaùn nhieät taïo thaønh cuûa caùc

caáu töû ôû 10930K

Caáu töû

(kj/ kg) (kj/ kg0K) (kj/ KG0K) (kj/ kg)

C2H6 - 2800,00 1,7493 4,2711 -406,891

C2H4 1871,43 1,5315 3,4919 3868,232

CH4 -4662,5 2,2309 4,8517 -1847,167

H2 0 14,418 15,418 0

Baûng 34: Tính toaùn caùc giaù trò H1,H2

Caáu töû (kj/ kg)

Nguyeân lieäu Saûn phaåm nhieät phaân

Phaàn mol

(mol/mol)

Nhieät taïo thaønh rieâng

phaàn(kj/kg)

Hieäusuaát

(mol/mol

ng.lieäu)

Nhieät taïo

thaønh rieâng

phaàn(kj/kg)

C2H6 -406,891

1,00 -406,891 0,3399 -138,30

C2H4 3868,232

0 0 0,5531 2139,52

CH4 -1847,16

7

0 0 0,0937 -173,08

H2 0 0 0 0,0562 0

Toång - 1,00 H1=-406,891

1,4929 H2=1828,14

= 1828,14 – (-406,891) = 2234,89 (kj/ kg)

= 2234,89.14027,542


99


= 31350013,34 (Kj/ h)b. Tính nhieät löôïng tieâu hao ñeå ñun noùng hoãn

hôïp hôi khí töø 6500C ñeán 8200C Trong ñoù: G: laø löôïng nguyeân lieäu vaøo

(Kg/ h)

Z: laø löôïng hôi nöôùc vaøo

(Kg/ h)

q650 : laø haøm nhieät cuûa hoãn hôïp hôi – khí ôû 6500C (nguyeân lieäu vaø hôi nöôùc)

q820: laø haøm nhieät cuûa hoãn hôïp hôi – khí ôû 8200C (saûn phaåm nhieät phaân vaø hôi nöôùc)

Caùc giaù trò q650 vaø q820 ñöôïc tính toaùn trong baûng 35, caùc soá lieäu veà haøm nhieät ñöôïc laáy trong taøi lieäu [5-106].

Baûng 35: Tính toaùn caùc giaù trò q650 vaø q820

Caáu töû

t1 = 6500C (Nguyeân lieäu vaø Hôi nöôùc)

t2 = 8200C (Saûn phaåm ra vaø hôi nöôùc)

Haøm nhieät qi (kj/ kg)


Haøm nhieät rieâng phaàn (kj/ kg)

Haøm nhieät qi (kj/ kg)


Haøm nhieät rieâng phaàn (kj/ kg)

C2H6 1890,3

0,769

1453,6 2573,1

0,308

792,5

C2H4 1616,2

0 0 2180,3

0,397

865,6

CH4 2118,0

0 0 2876,2

0,038

109,3

H2 9454,7

0 0 11940,4

0,026

310,5

H2O 1266,6

0,231

292,6 1475,4

0,231

340,8

Toång - 1,00 1746,2 - 1,00 2418,7


100


0 0

Vaäy ta coù: q1 = 2418,7 (kj/ kg)q2 = 1746,2 (kj/ kg)

Suy ra: Q2 = (G + Z).(q820 – q650) = (14027,542 + 4208,262).(2418,7 –

1746,2) = 12263578,19 (kj/ h)

QP = Q1 + Q2

= 31350013,34 + 12263578,19 = 43613591,53 (kj/ kg)Theo coâng thöùc xaùc ñònh beà maët ñun noùng cuûa

oáng xoaén phaûn öùng:

qP: Cöôøng ñoä nhieät cuûa beà maët ñun noùng cuûa oáng xoaén phaûn öùng (oáng böùc xaï), ta choïn:

qP = 40.000 (kcal/ m2.h) = 167440(kj/ m2.h)Vaây:

2. Moät soá kích thöôùc cô baûn cuûa buoàng ñoátTöông öùng vôi cöôøng ñoä nhieät ñaõ choïn, ta duøng

oáng coù ñöôøng kính dH=0,127 (m) vaø chieàu daøy oáng laø 8 (mm). Khi ñoù chieàu daøi laøm vieäc chung cuûa caùc oáng seõ laø:

(m)

Soá caùc doøng oáng song song cuûa vuøng böùc xaï trong loø khoâng ñöôïc duøng lôùn hôn 3. Ta choïn m = 3, vaäy chieàu daøi laøm vieäc cuûa oáng trong moät doøng seõ laø:

(m)


101


Choïn chieàu daøi laøm vieäc cuûa moät oáng LLV = 9,5(m)

Khi ñoù ta coù soá oáng böïc xaï seõ laø:

(oáng)

Neáu chieàu daøi toaøn boä cuûa oáng L = 10 (m). Khi ñoù chieàu daøi chung cuûa caùc oángtrong moät doøng seõ laø:

LCh = NP . L = 22.10 = 220 (m)Theo taøi lieäu chuaån, ngöôøi ta duøng böôùc oáng böùc

xaï S = 0,25 (m). Khi ñoù, khoaûng caùch giöõa caùc haøng thaúng ñöùng cuûa oáng böùc xaï seõ laø:

(m)

Khi ñoù, chieàu cao cuûa buoàng böùc xaï (buoàng ñoát) seõ laø:

hT = (NP – 1).S + 0,5.S + lB +lTtrong ñoù:NP: laø soá oáng trong moät haøng thaúng ñöùng (trong

moät doøng).lB, lT : laàn löôït laø khoaûng caùch ôû oáng ôû ñaùy vaø

oáng ôû ñænh cuûa daõy thaúng ñöùng so vôùi beä loøvaø ñænh buoàng ñoái löu, ta choïn: lB = lT = 215 (mm) = 0,215 (m)

Vaäy:hT = (22 – 1).0,25 + 0,5.0,25 + 2.0,25 = 5,88 (m)

Chieàu roäng cuûa buoàng böùc xaï:bT = 2.aT + ST

Theo taøi lieäu [5-255]: khoaûng caùch töø buoàng böùc xaï ñeán maøn oáng aT

dao ñoäng trong khoaûng 0,6 1,0 (m), ôû ñaây, ta laáy aT = 1 m.

Vaäy bT = 2.1 + 0,215 = 2,215 (m) Theå tích cuûa buoàng böùc xaï: VT = bT.hT.lT = 2,215.5,88.9,5 = 124 (m3).


102


II.2. Tính beà maët ñoái löu ñun noùng cuûa loø vaø kích thöôùc moät soá buoàng ñoát ñoái löu.

Giaû söû hoãn hôïp hôi- khí (nguyeân lieäu + hôi nöôùc) ñi vaøo vuøng ñoái löu coù nhieät ñoä 350C. ÔÛ ñaây, chuùng ñöôïc trao ñoåi nhieät vôùi khoùi loø vaø ñaït nhieät ñoä 6500C sau khi ra khoûi vuøng ñoâi löu.

1. Xaùc ñònh beà maët dun noùng cuûa caùc oáng ñoái löu

Beà maët ñun noùng cuûa caùc oáng ñoái löu ñöôïc xaùc dònh theo coâng thöùc:

Trong ñoù:qk: Laø cöôøngg ñoä nhieät trung bình cuûa beà

maët ñun noùng cuûa caùc oáng ñoái löu (thöôøng thaáp hôn caùc oáng böùc xaï),ta choïn:

qk = 25.000 Kcal/ m2.h = 104650 KJ/ m2.hQk: Löôïng nhieät tieâu hao ñeå ñun noùng hoãn

hôïp hôi khí (nguyeân lieäu vaø hôi nöôùc) trong vuøng ñoái löu töø 350C 6500C

G: Laø löôïng nguyeân lieäu (Kg/h)

Z: Laø löôïng hôi nöôùc (Kg/h)

q650: Haøm nhieät cuûa hoãn hôïp hôi-khí ôû 6500Cq35: Haøm nhieät cuûa hoãn hôïp hôi-khí ôû 350C.Haøm nhieät cuûa caùc caáu töû rieâng bieät cho trong

taøi lieäu (Boä moân nhieân lieäu, tính toaùn caùc coâng ngheä quaù trình cheá bieán daàu moû)

Baûng 36: Tính toaùn giaù trò q35 vaø q650.Nguyeân lieäu + Hôi nöôùc vaøo

vuøng ñoái löu (350C)Nguyeân lieäu coäng hôi

nöôùc ra khoûi vuøng ñoái löu(6500C)

Caáu Haøm Phaàn Haøm Haøm Phaàn Haøm


103


töû nhieät qi(KJ/Kg)

troïng löôïng

nhieät rieâng

phaàn(kJ/Kg)

nhieät qi(KJ/ Kg)

troïng löôïng

nhieät rieâng phaàn (KJ/Kg)

C2H6 64,46 0,769 49,57 1890,3 0,769 1453,6

H2O 65,72 0,231 15,18 1266,6 0,231 292,6

Toång

1,000 64,75 1,000 1746,2

Suy ra = (14027,542 + 4208,262).(1746,2 –

64,75) = 30662592,64 (KJ/Kg)Vaäy, beà maët ñun noùng cuûa caùc oáng ñoái löu seõ

laø

(m2)

2. Moät soá kích thöôùc cuûa buoàng ñoát ñoái löu:Trong buoàn ñoái löu ta ñaët caùc oáng coù chieàu daøi

höõu ích lk = 9,5 m, ñöôøng kính ngoaøi dH = 102 mm vaø chieàu daøy thaønh oáng laø 6 mm.

-Xaùc ñònh soá oáng trong vuøng ñoái löu

(oáng)

Vuøng ñoái löu ñöôïc chia thaønh hai buoàng ñoái xöùng vôùi truïc cuûa loø, do ñoù soù oáng trong moät vuøng ñoái löu :

(oáng)

Trong moãi haøng naèm ngang cuûa moät buoàng ñoát, ta ñaët soá oáng laø n1 = 4 oáng. Caùc oáng ñoái löu ñöôïc ñaët theo thöù töï baøn côø. Theo kích thöôùc cuûa caùc oáng noái , ta choïn böôùc oáng S = 172 mm.

Do caùc oáng ñaët theo thöù töï baøn côø neân khoaûng caùch giöõa caùc truïc cuûa oáng (hay böôùc oáng theo chieàu saâu cuûa chuøm oáng) seõ laø:


104


(mm)

Soá daõy oáng theo chieàu thaúng ñöùng trong moät buoàng :

(oáng)

Khi böôùc oáng theo chieàu saâu cuûa chuøm oáng ñoái löu S1 = 0,149 (m) thì chieàu cao ñaët oáng ôû trong buoàng ñoái löu seõ laø:

(m)Chieàu cao cuûa buoàng ñoái löu laø:

Trong ñoù: l laø khoaûng caùch töø oáng ôû ñaùy vaø oáng ôû ñænh cuûa daõy thaúng ñöùng so vôùi ñaùy vaø ñænh cuûa buoàng ñoái löu, ta choïn l=250 (mm)

(m)Chieàu roäng cuûa buoàng ñoái löu seõ laø:

= 2 [(4-1) . 0,149 + 0,25 + ]

= 1,594 (m)


105


PHAÀN IIITÍNH TOAÙN VAØ THIEÁT KEÁ XAÂY DÖÏNG

I.Choïn ñòa ñieåm xaây döïng.Hieän nay ôû vieät nam chöa coù moät nhaø maùy naøo

saûn xuaát etylen. Tuy nhieân, chuùng ta coù theå choïn ñòa ñieåm xaây döïng nhaø maùy gaàn caùc khu coâng nghieäp loïc daàu hay taïi caùc nhaø maùy cheá bieán khí ôû vuõng taøu. Bôûi vì caùc phaân ñoaïn daàu moû laø nguoàn nguyeân lieäu lyù töôûng ñeå saûn xuaát etylen (töø etan ñeán naphta vaø daàu thoâ). Khi ñoù heä thoáng vaän chuyeån nguyeân lieäu seõ giaûm toái thieåu, ñaët bieät laø quaù trình saûn xuaát töø nguyeân lieäu khí.

Choïn khu ñaát xaây döïng coù ñòa hình baèng phaúng, coù khoaûng caùch an toaøn ñoái vôùi khu daân cö:II.Thieát keá toång maët baèng nhaø maùy

1. Nhieäm vuï, yeâu caàuThieát keá toång maët baèng nhaø maùy laø moät giai

ñoaïn quan troïng. Nhieäm vuï cuûa noù laø nghieân cöùu, phaân tích, toång hôïp moïi döõ lieäu döï aùn cuï theå. Caùc giaûi phaùp boá trí döï aùn treân ñòa hình moät khu ñaát cuï theå ñaõ ñöôïc löïa choïn laøm cô sôû cho vieäc toå chöùc xaây döïng coâng nghieäp.

2. Giaûi phaùp thieát keá xaây döïnga. Caên cöù vaøo-Nhöõng yeâu caàu chung khi thieát keá toång maët

baèng nhaø maùy coâng nghieäp noùi chung, cuõng nhö ñaët ñieåm rieâng cuûa nhaø maùy saûn xuaát etylen.

-Daây chuyeân coâng ngheä vaø caùc loaïi maùy moùc thieát bò ñaõ löïa choïn.

-Ñieàu kieän thöïc teá cuûa ñòa ñieåm xaây döïng nhö: khí haäu, ñòa hình, sinh thaùi.

*. Choïn giaûi phaùp thieát keá theo nguyeân taùc phaân vuøng.

Thöïc chaát cuûa bieän phaùp naøy laø phaân chia caùc boä phaän chöùc naêng cuûa nhaø maùy thaønh caùc nhoùm theo ñaëc ñieåm saûn xuaát, khoái löôïng vaø ñaëc ñieåm


106


vaän chuyeån haøng hoùa, ñaëc ñieåm veà phaân boá nhaân löïc, ñaëc ñieåm veà caùc yeâu caàu veä sinh coâng nghieäp cuõng ngö caùc ñaëc thuø veà söï coá cuûa caùc coâng ñoaïn saûn xuaát.

III. Öu nhöôïc ñieåm cuûa nguyeân taéc phaân vuøngIII.1. Öu ñieåm:-Deã daøng quaûn lyù theo ngaønh, theo phaân xöôûng,

theo caùc coâng ñoaïn cuûa daây chuyeàn saûn xuaát nhaø maùy, hôïp lyù hoùa saûn xuaát vaø ñaûm baûo myõ quan, caân ñoái trong nhaø maùy vaø laân caän.

- Ñaûm baûo ñöôïc caùc yeàu caàu veä sinh coâng nghieäp, deã daøng xöû lyù caùc boä phaän phaùt sinh, caùc ñieàu kieän baát lôïi trong quaù trình saûn xuaát nhö:

+ Deã daøng boá trí heä thoáng giao thoâng trong nhaø maùy.

+Thuaän lôïi trong quaù trình môû roäng cuûa nhaø maùy.

+ Phuø hôïp vôùi ñaëc ñieåm khí haäu nöôùc ta.III.2. Nhöôïc ñieåm - Daây chuyeàn saûn xuaát phaûi keùo daøi.1. Vuøng tröôùc nhaø maùy :Laø nôi boá trí caùc nhaø maùy : haønh chính quaûn lyù

vaø phuïc vuï sinh hoaït ñöôïc xaây döïng rieâng bieät, gaàn coång chính cuûa nhaø maùy vaø ôû ñaàu höôùng gioù chuû ñaïo.

Bao goàm:-Nhaø haønh chính .-Traïm xaù.-Trung taâm thoâng tin, thö vieän.-Trung taâm nghieân cöùu – thí nghieäm coâng nghieäp.-Nhaø vaên hoùa – hoäi tröôøng.-Nhaø aên ca – nghæ tröa.-Nhaø thay quaân aùo – taém röûa.-Gara xe oâtoâ con.


107


-Nhaø ñeå xe maùy – xe ñaïp.2. Vuøng saûn xuaát Laø nôi boá trí caùc nhaø vaø coâng trình naèm trong

daây chuyeàn saûn xuaát cuûa nhaø maùy bao goàm nhaø saûn xuaát chính (phaân xöôûng nhieät phaân – toâi hoùa vaø phaân xöôûng taùch saûn phaåm), caùc kho chöùa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm ñöôïc boá trí ngay saùt nhaø saûn xuaát chính.

Vuøng saûn xuaát ñöôïc boá trí ôû cuoái höôùng gioù.

3.Vuøng caùc coâng trình phuïLaø nôi ñaët caùc nhaø vaø coâng trình cung caáp naêng

löôïng, nöôùc, hôi, vaø caùc coâng trình baûo quaûn kyõ thuaät khaùc.

4. Vuøng kho taøng vaø phuïc vuï giao thoâng-Vuøng vaän taûi – Gara xe taûi, xe cöùu hoûa.-Kho thaønh phaåm.-Kho may moùc- thieát bò, phuï tuøng.-Traïm caáp xaêng daàu- kho xaêng daàu

CAÙC HAÏNG MUÏC COÂNG TRÌNH

STT Teân coâng trình Soá löôïng

Kích thöôùc

Dieän tích

1 Phoøng baûo veä 3 6 x 6 108

2 Nhaø ñeå xe ñaïp - xe maùy 2 10 x 20 400

3 Traïm xaù- y teá 1 8 x 10 80

4 Nhaø haønh chính 1 10 x 24 240

5 Nhaø vaên hoùa- hoäi tröôøng- CLB

1 16 x 24 384

6 Nhaø aên ca - nhaø nghæ 1 12 x 24 288

7 Nhaø khaùch 1 10 x 14 140

8 Ñoäi vaän taûi – cöùu hoûa 1 12 x 20 240

9 Nhaø thay quaàn aùo – taém röûa

1 12 x 16 192

10 traïm bieán theá 1 6 x 10 60

11 Phoøng ñieàu khieån 1 6 x 12 72


108


12 Nhaø saûn xuaát 1 20 x 40 800

13 Kho maùy moùc – cô khí 1 10 x 15 150

14 Trung taâm nghieân cöùu – TN

1 10 x 15 150

15 Kho chöùa vaø söû lyù nguyeân lieäu

1 14 x 24 336

16 Kho chöùa nguyeân lieäu ñoát

1 16 x 16 256

17 Kho chöùa vaø xöû lyù saûn phaåm

1 16 x 24 384

18 Beå nöôùc 1 14 x 16 224

19 Traïm bôm 1 6 x 10 60

20 Khu vöïc xöû lyù khí thaûi 1 16 x 24 384

21 Khu vöïc xöû lyù nöôùc thaûi

1 16 x 124 384

22 Khu ñaát döï phoøng 1 10 x 40 800

- Toång dieän tích nhaø maùy: F = 6132 . 4 = 24528 (m2)

- Toång dieän tích xaây döïng: 6132 (m2)

- Chieàu roäng phaân xöôûng: 150 m

- Chieàu daøi phaân xöôûng: 163,52 m* Chæ tieâu kính teá kyõ thuaät:

- heä soá xaây döïng: KXD = %

A + B = 6131 (m2)A: Dieän tích ñaát cuûa nhaø vaø coâng trình (m2).B: Dieän tích kho baõi loä thieân (m2).

KXD = = 25%.

- Heä soá söû duïng:

KSD =

Trong ñoù: C laø dieän tích ñaát chieám cuûa ñöôøng loä thieân, heä thoáng thoaùt nöôùc:

C = 11037 m2


109


Khi ñoù: KSD = .100% = 70%


110


PHAÀN IVTÍNH TOAÙN KINH TEÁ

MUÏC ÑÍCH VAØ NHIEÄM VUÏ CUÛA VIEÄC TÍNH TOAÙN KINH TEÁ

Tính toaùn kinh teá laø moät phaàn quan troïng trong ñoà aùn thieát keá, noù quyeát ñònh xem trong phöông aùn thieát keá coù tính khaû thi hay khoâng.

Vôùi 3 nhieäm vuï chính:- Xaùc ñònh chi phí cho phöông aùn saûn xuaát- Xaùc ñònh giaù baùn saûn phaåm.- Xaùc ñinh hieäu quaû kinh teá cuûa phöông aùn kyõ

thuaät ñöa laïi ñeå ñaùnh giaù tính khaû thi veà maët kinh teá cuûa phöông aùn kyõ thuaät.I. CAÙC LOAÏI CHI PHÍ I.1 Chi phí daøi haïn

1. Chi phí ñaàu tö xaây döïng cô baûnChi phí xaây döïng nhaø xöôûng:

800 (m2) x 1,20 (trieäu ñoàng) = 960 (trieäu ñoàng).

Chi phí xaây döïng coâng trình phuï trôï (caàu coáng, ñöôøng xaù,…):

554 (m2) x 0,5 (trieäu ñoàng) = 277 (trieäu ñoàng).Chi phí khaûo saùt vaø thieát keá xaây döïng ñöôïc tính

baèng 1% chi phí xaây döïng : (960 + 277).1% = 12.37 (trieäu ñoàng).

Toång chi phí xaây döïng: 960 + 277 + 12,37 = 1249,37 (trieäu ñoàng)

2. Chi phí mua maùy moùc thieát bòMua maùy moùc thieát bò ñoåi theo tyû giaù 1$ = 15000

ñoàng- Thaùp taùch: 200000 $ x 8 = 24000 (trieäu ñoàng)- Thieát bò gia nhieät: 220000 $ x 1 = 3300 (trieäu

ñoàng)- Loø ñoát: 296000 $ x 1 = 4440 (trieäu ñoàng)


111


- Bôm: 44000 $ x 3 = 1980(trieäu ñoàng)- Thieát bò hydro hoùa 100000 $ x 3299000 $ =

49485(trieäu ñoàng)- Thuøng, bình 34000 $ 510 (trieäu ñoàng)3. Tính khaáu hao- Nhaø xöôûng vaø caùc coâng trình phuï trôï khaáu hao

trong 20 naêm.Khaáu hao cuûa moät naêm cuûa nhaø xöôûng vaø coâng

trình phuï trôï laø:

(trieäu ñoàng)

vaäy khaáu hao trong 3 naêm: 61,85 . 3 = 185,55 (trieäu ñoàng)

-Chi phí khaûo saùt vaø thieát keá ñöôïc khaáu hao ngay naêm ñaàu baèng 30,3 (trieäu ñoàng)

Vaäy khaáu hao cho ñaàu tö xaây döïng cô baûn laø:61,85 + 30,3 = 92,15 (trieäu ñoàng).

- Thieât bò phaûn öùng, thieát bò gia nhieät, loø taùi sinh, thaùp taùch ñöôïc tính khaáu hao trong 10 naêm:

(trieäu ñoàng)

-Thuøng chöùa khaáu hao trong 5 naêm:102 (trieäu ñoàng)

-Bôm khaáu hao trong hai naêm:330 (trieäu ñoàng)Vaäy chi phí daøi haïn laø:

Chi phí Thaønh tieàn (trieäu ñoàng)

Khaáu hao (trieäu ñoàng)

Ñaàu tö xaây döïng cô baûn

2056,9 131,5

Mua maùy moùc thieát bò

69679 7274,48

Chi phí khaùc 18712,8 1871,28

Toång 90448,7 9277,26

I.2. Chi phí löu ñoäng1. Chi phí mua nguyeân vaät lieäuPhaân xöôûng hoaït ñoäng 24h/ ngaøy, 335 ngaøy/ naêm


112


Do ñoù nguyeân lieäu, nhieân lieäu caàn duøng trong moät naêm

- Etan: 14027,542.24.335 = 112781437(kg) = 112781 (taán)

- Nhieân lieäu: 818,313.24.335 = 6579236(kg) = 6579 (taán)

- Hôi nöôùc: 4208,262.24.335 = 33834426(kg) = 33834(taán)Nguyeân-nhieân lieäu

Soá löôïng Ñôn giaù (trieäu ñoàng)

Thaønh tieàn(trieäu

ñoàng)

Etan 112781 4,5 507514,5

Nguyeân lieäu 9579 3,5 33526,5

Hôi nöôùc 33834 1,5 50751

Toång 591792

2. Chi phí naêng löôïng (ñieän, laøm laïnh, maùy neùn,…): 50.000 (trieäu ñoàng)3.Nhaân coâng saûn xuaát tröïc tieáp:

Nhaân vieân Soá löôïng Möùc löông (trieäu ñoàng)

Thaønh tieàn (trieäu ñoàng

Quaûn ñoác 1 3,5 3,5

Phoù quaûn ñoác 2 2,5 5

Kyû sö 6 2,0 12

Thôï ñieän 5 1,5 7,5

Thôï cô khí 6 1,5 9

Coâng nhaân 30 1,5 45

Nhaân vieân vaên phoøng

5 1,2 6

Toång 88

Chi traû löông trong moät naêm: 88.12=1054 (trieäu ñoàng).

Baûo hieåm xaõ hoäi baèng 17% löông, phuùc lôïi xaõ hoäi 10% löông

1054.(17% + 10%) = 284 (trieäu ñoàng).


113


Toång chi phí cho coâng nhaân vieân saûn xuaát tröïc tieáp laø:

1054 + 284 = 1338 (trieäu ñoàng).- Chi phí bieán ñoåi.


Nguyeân lieäu, nhieân lieäu

591792

Naêng löôïng 50000

Nhaân coâng 1338

Toång 643130

4. Caùc chi phí chung-Chi phí baûo döôõng vaø söûa chöõa maùy haøng naêm

laø 60 trieäu ñoàng.-Chi phí vaên phoøng: + Chi phí ñieân thoaïi 100 trieäu

ñoàng. + Baûo veä 5.12.0,7= 42 trieäu ñoàng. + Quaûn lyù haønh chính 70 trieäu

ñoàng.-Laõi vay ñaàu tö:Aùp duïng laõi vay daøi haïn cuûa ngaân haøng ñeå ñaàu

tö vaø phaùt trieån laø 5,6%Voán ñaàu tö ban ñaàu = chi phí coá ñònh + chi phí bieán

ñoåiChi phí bieán ñoåi ñöôïc tính trong moät quyù vôùi giaû

thieát coù doanh thu sau quyù ñaàu tieân cuûa quaù trình saûn xuaát:

Voán ñaàu tö ban ñaàu cho nguyeân lieäu, nhieân lieäu (cho moät quyù)

(trieäu ñoàng)

Voán ñaàu tö cho coâng nhaân saûn xuaát tröïc tieáp

(trieäu ñoàng)

Voán ñaàu tö ñeå traû tieàn ñieän, naêng löôïng laøm laïnh, maùy neùn


114


(trieäu ñoàng)

Voán ñaàu tö cho quaûn lyù chung

(trieäu ñoàng)

Vaäy voán ñaàu tö ban ñaàuVoán Thaønh tieàn (trieäu

ñoàng)

Coá ñònh 90448,7

Nguyeân, nhieân lieäu 147948

Naêng löôïng 12500

Nhaân coâng 195,6

Quaûn lyù chung 782,4

Toång 251486,8

- Laõi vay traû: 251486,8 . 5,6% = 14083 (trieäu ñoàng)Ngoaøi ra quaù trình saûn xuaát coøn coù pheá phaåm,

do söï coù laõng phí nguyeân lieäu = 5% chi phí bieán ñoåi = 5% . 643130 = 32156 (trieäu ñoàng).

Vaäy : Chi phí saûn xuaát 50000 taán saûn phaåm ñöôïc tính theo baûng sau:


Khaáu hao 9277,26Chi phí bieán ñoåi 591792

Chi phí quaûn lyù chung 195,6Laõi 14083

Pheá phaåm 32156Toång 647503,86

-Giaù thaønh cuûa moät taán saûn phaåm taïi nôi saûn xuaát

(trieäu ñoàng)

-Giaù thaønh saûn phaåm: giaù thaønh saûn xuaát + chi phí baùn haøng + thueá + laõi

-VAT = 10% giaù baùn-Laõi döï kieán laø 5% giaù baùn GB = GT + (5% + 10% + 5%).GB


115


GB = 16 (trieäu/ taán)II. XAÙC ÑÒNH HIEÄU QUAÛ KINH TEÁ

Xaùc ñònh ñieåm hoaøn voánQ0 : saûn löôïng hoaøn voán

Q.GB = V0 + C1 + Q0 . CC :chi phí bieán ñoåi cho moät ñôn vò saûn phaåm:

(trieäu ñoàng)

C1:chi phí chung C1 = 195,6 + 14083 + 32156 = 46434,6 (trieäu

ñoàng)V0: khaáu hao taøi saûn Löôïng saûn phaåm hoaøn voán trong moät naêm:

(taán)

Vaäy trong 3 naêm:53227,89 (taán)

Thôøi gian thu hoài voán: naêm

Phöông aùn ñöôïc coi laø khaû thi neáu thôøi gian hoaøn voán nhoû hôn hoaëc baèng thôøi gian khaáu hao. Vaäy thôøi gian hoaøn voán laø 3 naêm.


116


PhÇn V

An toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i trêng

I. An toµn lao ®éng trong ph©n xëng s¶n xuÊt Etylen

Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ë çc nhµ m¸y ho¸ chÊt nãi

chung vµ nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ nãi riªng th× vÊn ®Ò an

toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i trêng cã vai trß hÕt søc quan

träng nh»m b¶o vÖ søc khoÎ cho c«ng nh©n, nhµ m¸y vµ m«i

trêng xung quanh. §Ó ®¶m b¶o an toµn lao ®éng ta ph¶i

n¾m ®îc çc nguyªn nh©n g©y tai n¹n, ch¸y næ. Sau ®©y

lµ çc nguyªn nh©n g©y tai n¹n, ch¸y næ.

1. Nguyªn nh©n do kü thuËt

Nguyªn nh©n nµy phô thuéc chñ yÕu vµo t×nh tr¹ng m¸y

mãc, thiÕt bÞ, ®êng èng… bao gåm:

- Sù rß rØ çc ®êng èng.

- ThiÕu rµo ch¾n, bao che.

- Sù háng thiÕt bÞ chÝnh

2. Nguyªn nh©n do tæ chøc

Nguyªn nh©n nµy phô thuéc vµo viÖc tæ chøc hoÆc giao

nhËn c«ng viÖc kh«ng ®óng quy ®Þnh, bao gåm:

- Tæ chøc lao ®éng, lµm viÖc kh«ng ®óng yªu cÇu

- Vi ph¹m nguyªn t¾c quy tr×nh kü thuËt

- Ngêi lao ®éng cha n¾m v÷ng ®îc ®iÒu lÖ, quy t¾c

an toµn lao ®éng.

3. Nguyªn nh©n do vÖ sinh

- M«i trêng kh«ng khÝ xung quanh « nhiÔm

- C«ng t¸c chiÕu s¸ng vµ th«ng giã kh«ng tèt

- Vi ph¹m ®iÒu lÖ vÖ sinh ç nh©n


117


II. Nh÷ng yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ

Nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm Etylen dÔ kÕt hîp víi kh«ng khÝ

g©y ch¸y næ m¹nh. V× vËy, vÊn ®Ò cÇn quan t©m lµ phßng

chèng ch¸y næ. Díi ®©y lµ nh÷ng yªu cÇu phßng chèng ch¸y

næ:

1. Phßng chèng ch¸y.

§Ó phßng chèng ch¸y ph¶i thùc hiÖn c¸c biÖn ph¸p sau:

- Ng¨n ngõa nh÷ng kh¶ n¨ng t¹o ra m«i trêng ch¸y.

- Ph¶i ý thøc trong qu¸ tr×nh lµm viÖc.

- Duy tr× ¸p suÊt cña m«i trêng thÊp h¬n ¸p suÊt cho

phÐp lín nhÊt cã thÓ ch¸y ®îc.

2. Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån g©y

ch¸y.

+ BiÖn ph¸p:

Nång ®é cho phÐp cña c¸c chÊt khÝ, h¬i l¬ löng trong

kh«ng khÝ, ph¶i n»m ngoµi giíi h¹n næ cña hçn hîp

hydrocabon víi kh«ng khÝ hoÆc oxy ®îc tr×nh bµy ë b¶ng

sau:

Hydrocacbo

n

Víi kh«ng khÝ Víi oxy

Giíi h¹n díi

[%V]

Giíi trªn díi

[%V]

Giíi h¹n díi

[%V]

Giíi trªn díi

[%V]

Metan 5,3 14 5,1 61

Etan 3 12,5 3 66

Propan 2,2 9,5 2,3 55

n-butan 1,9 8,5 1,8 49

n-pentan 1,5 7,8 - -


118


Etylen 2,75 28,6 34,6 360,1

TÝnh dÔ ch¸y cña çc chÊt, vËt liÖu

III. Nh÷ng biÖn ph¸p tæ chøc ®Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y næ

§Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y næ cÇn thùc hiÖn çc biÖn

ph¸p say ®©u:

- Tríc khi giao viÖc ph¶i giíi thiÖu vÒ c«ng t¸c an toµn ch¸y

næ. §èi víi nh÷ng m«i trêng lµm viÖc ®Æc biÖt nguy hiÓm

vÒ ch¸y næ th× çn bé vµ c«ng nh©n cÇn ®îc cÊp giÊy

chøng nhËn ®Þnh kú.

- Mçi ph©n xëng, xÝ nghiÖp ph¶i x©y dùng çc biÓu tiªu

chuÈn quy ph¹m, néi quy an toµn phßng vµ ch÷a ch¸y

thÝch hîp.

- Trang bÞ ph¬ng tiÖn phßng ch¸y, ch÷a ch¸y.

- X©y dùng çc ph¬ng ¸n x©y dùng cô thÓ, cã kÕ ho¹ch

ph©n c«ng cho tõng ngêi, tõng bé phËn.

- Çch ly m«i trêng ch¸y víi çc nguån g©y ch¸y.

- §Æt çc thiÕt bÞ nguy hiÓm vÒ ch¸y næ ë n¬i riªng biÖt

hoÆc ngoµi trêi ë cuèi híng giã.

- Bªn c¹nh nh÷ng tai n¹n cã thÓ x¶y ra cho ch¸y næ th× cßn

mét vÊn ®Ò cÇn ®îc quan t©m ®ã lµ “§éc tÝnh cña çc

ho¸ chÊt, s¶n phÈm vµ çch phßng chèng”.

Nh ta ®· biÕt hÇu hÕt çc lo¹i ho¸ chÊt trong nh÷ng

®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh ®Òu cã thÓ g©y t¸c h¹i ®Õn c¬ thÓ

con ngêi. §Æc biÖt lµ etylen khi hÝt ph¶i nhiÒu th× sÏ g©y mª

man vµ sÏ cã t¸c h¹i l©u dµi vÒ sau.


119


- Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i chó ý ®¶m b¶o an toµn cho

çc kh©u ®Æc biÖt lµ th¸o, n¹p nguyªn liÖu, lÊy s¶n phÈm.

- Duy tr× ®é ch©n kh«ng trong s¶n xuÊt.

- Tù ®éng ho¸ ®èi víi nh÷ng qu¸ tr×nh sö dông chÊt ®éc

h¹i

- Bªn c¹nh nh÷ng biÖn ph¸p kü thuËt th× ngêi lao ®éng cÇn

®îc häc tËp vÒ an toµn vµ ph¶i cã ý thøc tù gi¸c cao.

IV. Yªu cÇu ®èi víi b¶o vÖ m«i trêng

MÆt b»ng ph¶i cã hÖ thèng tho¸t níc vµ xö lý níc th¶i tèt.

§Æt nhµ m¸y çch ly khu d©n c vµ ë cuèi híng giã. C«ng t¸c

chiÕu s¸ng vµ th«ng giã tèt ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c«ng

nh©n lµm viÖc.

KÕt luËn

Cã nhiÒu c«ng nghÖ s¶n xuÊt Etylen hiÖn ®¹i ®· vµ

®ang ®îc sö dông nhiÒu trªn thÕ giíi. Trong çc d©y chuyÒn

kÓ trªn, tÊt c¶ ®Òu kh«ng thÓ thiÕu çc thiÕt bÞ chÝnh ®iÓn

h×nh nh th¸p t¸ch metan, th¸p t¸ch etan, th¸p t¸ch propan,

th¸p t¸ch butan, thiÕt bÞ gia nhiÖt, hÖ thèng lß nung vµ hÖ

thèng lµm l¹nh. Tuy nhiªn, tuú thuéc vµo nguån nguyªn liÖu

kh¸c nhau mµ kÝch cì thiÕt bÞ sÏ kh¸c nhau.

§å ¸n nµy sö dông c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen cña h·ng

Line AG c¶i tiÕn v× d©y chuyÒn nµy cho hiÖu suÊt etylen

cao (83%) nÕu sö dông nguyªn liÖu lµ etan vµ tiªu tèn n¨ng l-


120


îng nhá nhÊt vµ hiÖn nay trªn thÕ giíi ®ang sö dông trong çc

nhµ m¸y c«ng nghiÖp.

Çc sè liÖu ®îc tÝnh to¸n trong thiÕt bÞ ph¶n øng víi çc

sè liÖu cÇn thiÕt cho tÝnh to¸n:

§é chuyÓn ho¸ cña etan: x =60%

HiÖu suÊt cña metan: =5%

NhiÖt ®é nguyªn liÖu vµo: 250C

NhiÖt ®é s¶n phÈm ra lß: 8200C.

B¶ng c©n b»ng vËt chÊt:

B¶ng: CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO LOØ NHIEÄT

PHAÂN.

STT Teân chaát

Löôïng vaøo Löôïng ra

Kmol/h Kg/h Kmol/h Kg/h

1

2

3

4

5

6

C2H6

C2H4

CH4

H2

H2O

toång

467,583

0

0

0

233,792

701,357

14027,542

0

0

0

4208,262

18235,804

187,033

222,103

116,896

163,654

233,792

923,478

5611,016

6218,884

1870,336

327,308

4208,262

18235,806

Baûng: CAÂN BAÈNG NHIEÄT LÖÔÏNG CUÛA LOØ NHIEÄT

PHAÂN

Nhieät löôïng mang vaøo Nhieät löôïng mang ra

Thaønh phaàn

Qi (KJ/ h) Thaønh phaàn

Qi (KJ/ h)


121


1. C2H6 7311182,945

1. C2H6 26193975,01

2. H2O 3059128,729

2.C2H4 23735363,25

3. Khoâng khí

16255625,65

3.CH4 9918219,924

4. Nhieân lieäu

1978788,646

4.H2 5465294,06

5.Nhieät chaùy cuûa nhieân lieäu

148445123,7

5.H2O 10881805,52

6.Khoùi 31636550,68

7.Nhieät PÖ

62294196,37

8.Nhieät MM

6924444,827

TOÅNG 177049849,7

TOÅNG 177049849,6

Mét sè kÝch thíc c¬ b¶n cña lß nhiÖt ph©n:

- ChiÒu cao buång bøc x¹: hT = 5,88 (m)

- ChiÒu cao buång ®èi lu: H = 2,139(m)

- ChiÒu réng buång bøc x¹: bT = 2,215 (m)

- ChiÒu réng buång bøc x¹: bK = 1,581 (m)

Nhµ m¸y s¶n xuÊt ®Æt t¹i Vòng Tµu, híng giã chñ ®¹o lµ

T©y Nam.

Nhµ m¸y ho¹t ®éng sau 3 n¨m lµ thu håi vèn.

ViÖt Nam hiÖn nay cã nh÷ng tiÒm n¨ng rÊt ®¸ng kÓ vÒ

dÇu khÝ. Theo tÝnh to¸n vµ ®¸nh gi¸ cña çc nhµ kinh tÕ,

ViÖt Nam ®øng thø t trong çc níc ë Ch©u ¸ vÒ khai th¸c

dÇu. MÆt kh¸c, dÇu má ViÖt Nam thuéc lo¹i parafinic, rÊt

thÝch hîp cho çc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt olefin, ®Æc biÖt lµ


122


etylen. Tuy nhiªn, ë ViÖt Nam t¬ng lai kh«ng xa, ViÖt Nam cã

thÓ x©y dùng nhµ m¸y s¶n xuÊt etylen trong khu c«ng

nghiÖp Dung QuÊt hoÆc trong çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ

Vòng Tµu nh»m ®¸p øng çc nhu cÇu trong níc.

Tµi liÖu tham kh¶o

1. PGS.TS NguyÔn ThÞ Minh HIÒn. ChÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ

khÝ ®ång hµnh. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc Kü thuËt- 2002

2. Phan Minh T©n. Tæng hîp H÷u C¬-Ho¸ dÇu, tËp I, Trêng §¹i

häc B¸ch Khoa Thµnh phè Hå ChÝ Minh, p31-53.

3. TrÇn C«ng Khanh. ThiÕt bÞ tæng hîp h÷u c¬. Trêng §¹i häc

B¸ch Khoa Hµ Néi. 1974,p178-182.

4. Hoµng Minh Nam, NguyÔn V¨n Phíc, NguyÔn §×nh Soa,

Phan Minh T©n. C«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ thiªn nhiªn vµ

khÝ dÇu má. Trêng §¹i häc Kü thuËt thµnh phè Hå ChÝ

Minh.

5. Bé m«n nhiªn liÖu. TÝnh to¸n çc c«ng nghÖ qu¸ tr×nh chÕ

biÕn dÇu má. Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1972.p20-

112.

6. Bé m«n nhiªn liÖu. C«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu má vµ khÝ.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi.1983.p260-299.

7. Hoµng Träng Yªm, NguyÔn §¨ng Quang. Gi¸o tr×nh hãa häc

h÷u c¬. TËp II Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1998.

8. Bé m«n Qu¸ tr×nh – ThiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ häc. Sæ tay

Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ ho¸ chÊt. TËp I, II 1978.

9. Th«ng tin dÇu khÝ thÕ giíi 6/2000.



123



12. Th«ng tin dÇu khÝ thÕ giíi. 5/2002

13. Th«ng tin dÇu khÝ thÕ giíi. 11/2002.

14. Ullmann's Encyclopendia of Chemical Technology.

VCH Verlagsges - ellschaft mBh, FRG, 1997, Bol 10. p45 -

93.

15. Kirk - Othmer. Encyclopendia of Chemical

Technology. Vol 8 -1 - p499-522.

16. Wataru Ueda, Kenzo Oshihara. Applied Cataiysis A:

General 200(2000) p.135 -143.

17. Handbook of Petrochemicals and Processes.

18. Hydrocacbon processing. March 2000.

19. Hydrocacbon processing. March 2001.

20. Hydrocacbon processing. May 2002.

21. S. A. Miller. Ethylene and Its Industrial Derivatives

Ernes benn limited london 1969.

22. Heavy oil processing handbook. P20.

23. David R. Linde. CRC Handbook of Chemistry and

Physics 1913 - 1995. 75th Edition.

24. Oil & Gas Journal. Oct. 11.1999.p.57 - 63.

25. Oil & Gas Journal. Aug. 30.1999.p48.

26. Oil & Gass Journal. Mar. 30.1998. OGI SPECIAL.

P.41-47

27. Oil & Gas Journal. Mar 9/1998. P263 -268.


124


Môc lôc

PhÇn I: Tæng quan lý thuyÕt

Ch¬ng I. Giíi thiÖu chung vÕ khÝ tù nhiªn vµ øng

dông cña nã.......................................................................2

I. Giíi thiÖu chung.......................................................................2

II. ChÕ biÕn sö dông khÝ thiªn nhiªn trªn thÕ giíi.......................4

III. ChÕ biÕn sö dông khÝ thiªn nhiªn ë ViÖt Nam......................4

Ch¬ng II. Giíi thiÖu chung vÒ Etylen...................................6

I. S¬ lîc vÒ lÞch sö ph¸t triÓn etylen trªn thÕ giíi.......................6

II. TÝnh chÊt lý ho¸ cña etylen....................................................7

1. TÝnh cÊt vËt lý cña etylen.....................................................7

2. TÝnh chÊt hãa häc cña etylen...............................................8

3. øng dông cña etylen...........................................................13

Ch¬ng III. Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt eytlen......................15

I. S¶n xuÊt eytlen tõ metan......................................................16

II. S¶n xuÊt eytlen tõ etan........................................................18

III. S¶n xuÊt etylen tõ propan...................................................21

IV. S¶n xuÊt etylen tõ butan.....................................................22

V. S¶n xuÊt etylen tõ naphtha..................................................23

VI. S¶n xuÊt eytlen tõ x¨ng trng cÊt trùc tiÕp...........................25

VII. S¶n xuÊt etylen b»ng çch cracking h¬i níc tõ çc

hydrocabon........................................................................26

VIII. S¶n xuÊt etylen b»ng ph¬ng ph¸p dehydo ho¸ tõ rîu

etylic...................................................................................28

IX. Çc s¶n phÈm phô khi s¶n xuÊt etylen................................29


125


Ch¬ng IV. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

etylen................................................................................30

I. C¬ së lý ho¸ cña qu¸ tr×nh Cracking vµ nhiÖt ph©n............30

I.1. TÝnh æn ®Þnh nhiÖt cña hydrocacbon......................30

I.2. C¬ chÕ ph¶n øng cña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n............31

II. §éng häc cña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n....................................32

III. C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh Cracking nhiÖt..........33

1. Nguyªn liÖu...........................................................................34

2. NhiÖt ®é..............................................................................35

3. ¸p suÊt..................................................................................36

4. Thêi gian lu...........................................................................37

Ch¬ng V. C«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen................................38

I. S¬ ®å nguyªn lý chung cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt...................38

II. Mét sè d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen hiÖn

®¹i......................................................................................44

II.1. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen do h·ng ABB

Lummus Global............................................................44

II.2. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen

do h·ng Linde AG..........................................................47

II.3. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ do h·ng Stone,

Wesster Engineering Corp s¶n xuÊt.............................48

II.4. S¬ ®å c«ng nghÖ do h·ng Technip, Kti,

Technipetrol.................................................................50

II.5. S¬ ®å c«ng nghÖ cña h·ng M.W.Kellogg [20].............52

III. Mét sè qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ chÝnh trong c«ng nghÖ

s¶n xuÊt etylen...................................................................54

III.1. Lß Cracking nhiÖt.......................................................54


126


III.1.1. Ph©n lo¹i.................................................................54

III.1.2. Çc lß Cracking nhiÖt ®îc sö dông hiÖn nay...........56

III.2. ThiÕt bÞ t«i luyÖn s¶n phÈm vµ qu¸ tr×nh t«i

khÝ Cracking nãng.......................................................59

III.2.1. Çc yªu cÇu cña thiÕt bÞ t«i luyÖn..........................60

III.2.2. Mét sè thiÕt bÞ t«i luyÖn hiÖn ®¹i..........................60

IV. Qu¸ tr×nh t¸ch vµ tinh chÕ etylen.......................................62

PhÇn II. TÝnh to¸n

I. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng nhiÖt lîng..................65

I.1. C©n b»ng vËt chÊt cña lß nhiÖt ph©n.........................65

I.2. TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng cña lß nhiÖt ph©n..............68

II. TÝnh to¸n mét sè kÝch thíc c¬ b¶n cña lß èng nhiÖt

ph©n.................................................................................79

II.1. X¸c ®Þnh bÒ mÆt ®un nãng vµ mét sè kÝch thíc

c¬ b¶n cña buång bøc x¹.............................................79

II.2. TÝnh bÒ mÆt ®èi lu ®un nãng cña lß vµ kÝch th-

íc mét sè buång ®èt ®èi lu.........................................83

PhÇn III. TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ x©y dùng

I. Chän ®Þa ®iÓm x©y dùng...................................................86

II. ThiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y.......................................86

III. ¦u nhîc ®iÓm cña nguyªn t¾c ph©n vïng............................87

III.1. ¦u ®iÓm......................................................................87

III.2. Nhîc ®iÓm..................................................................87

PhÇn IV. TÝnh to¸n kinh tÕ

I. Çc lo¹i chi phÝ.......................................................................90


127


II. X¸c ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ..................................................94

PhÇn V. An toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i trêng

I. An toµn lao ®éng trong ph©n xëng s¶n xuÊt etylen.............95

II. Nh÷ng yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ............................96

III. Nh÷ng biÖn ph¸p tæ chøc ®Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y

næ......................................................................................96

IV. Yªu cÇu ®èi víi b¶o vÖ m«i trêng........................................97

KÕt luËn.........................................................................................98

Tµi liÖu tham kh¶o.....................................................................100

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o

TRêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi

=====================

Céng hoµ x· héi chñ nghÜa ViÖt Nam

§éc lËp – Tù do – H¹nh phóc

------------------

NhiÖm vô thiÕt kÕ tèt nghiÖp

Hä vµ tªn: NguyÔn Xu©n Yªn

Líp: Ho¸ dÇu K44-QN

Bé m«n: C«ng nghÖ h÷u c¬ ho¸ dÇu

1. §Çu ®Ò thiÕt kÕ.

ThiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xuÊt etylen tõ etan, n¨ng suÊt

50.000 tÊn/n¨m


128


2. Néi dung

PhÇn I. Tæng quan

PhÇn II. TÝnh to¸n

+ TÝnh c©n b»ng vËt chÊt vµ nhiÖt lîng

+ TÝnh kÝch thíc thiÕt bÞ

PhÇn III. X©y dùng

PhÇn IV. Kinh tÕ

3. Çc b¶n vÏ

- S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt etylen

- Lß nhiÖt ph©n

- MÆt b»ng ph©n xëng s¶n xuÊt etylen

4. Çn bé híng dÉn KÝ tªn

a. C«ng nghÖ

b. X©y dùng

c. Kinh tÕ

PGS.TS NguyÔn ThÞ Minh

HiÒn

5. Ngµy giao nhiÖm vô thiÕt kÕ: Ngµy…..

th¸ng…. n¨m 2004

6. Ngµy hoµn thµnh: Ngµy…. th¸ng……

n¨m 2004

Chñ nhiÖm bé m«n Çn bé híng

dÉn

Lêi c¶m ¬n


129


Em xin ch©n thµnh bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn

nhµ trêng cïng çc thÇy c« trong bé m«n H÷u c¬- Ho¸ dÇu

®Æc biÖt lµ PGS.TS NguyÔn ThÞ Minh HiÒn ®· tËn t×nh híng

dÉn vµ gióp ®ì em hoµn thµnh ®å ¸n nµy.

MÆc dï ®å ¸n ®· hoµn thµnh, song do tr×nh ®é cña em

cã h¹n nªn em ch¾c ch¾n sÏ kh«ng tr¸nh khái s¸i sãt. RÊt

mong çc thÇy c« cïng toµn thÓ çc b¹n ®ãng gãp ý kiÕn ®Ó

®å ¸n nµy ®îc hoµn thiÖn h¬n.

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Hµ Néi, ngµy…. th¸ng….. n¨m 2004

Sinh viªn

NguyÔn Xu©n Yªn


130

sản xuất etylen

Documents