Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất alkyl hoá với năng suất 100.000 tấn/năm
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I: CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XĂNG NHIÊN LIỆU 3
I. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu 3
II. Phân tích các chỉ tiêu quan trọng của xăng nhiên liệu 4
1. Tính chống kích nổ và trị số octan 4
2. Tính hoá hơi và áp suất hơi bão hoà. 9
3. Hàm lượng benzen và aromat 10
PHẦN II: QUÁ TRÌNH ALKYL HOÁ SẢN XUẤT XĂNG 11
I. Cơ sở lý thuyết của quá trình alkyl hoá isobutan bằng olefin 15
1. Nguyên liệu của quá trình [1-90] 15
2. Xúc tác của quá trình 18
3. Sản phẩm của quá trình: 20
4. Cơ sở hoá của quá trình 24
II. Chế độ công nghệ của quá trình 34
1. Nhiệt độ phản ứng [1-192] 34
2. Nồng độ acid 35
3. Thời gian phản ứng. [1-193] 36
4. Nồng độ izobutan. [1-194] 37
III. Các công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin 38
1.Đặc trưng chung: 38
2.Các quá trình công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin: 40
3. So sánh ưu nhược điểm của hai quá trình alkyl hoá dùng xúc tác H2SO4 và HF [1-193] 52
4. Nhận xét và đánh giá chung các công nghệ 52
PHẦN III 54
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 54
I. Lựa chọn công nghệ và các số liệu ban đầu 54
1. Lựa chọn công nghệ: 54
2. Các số liệu ban đầu: 54
II. Tính cân bằng vật chất cho hệ thống thiết bị phản ứng : 55
1. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ nhất: 55
2. Cân bằng vật chất của thiết bị thứ hai 59
3. Cân bằng vật chất của thiết bị phản ứng thứ ba. 61
4. Cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ tư 62
III. Tính toán thiết bị phản ứng 63
1. Tính thể tích thiết bị phản ứng 63
2. Tính kích thước thiết bị phản ứng. 66
3. Tính cân bằng nhiệt lượng của hệ thống thiết bị phản ứng. 66
IV. Tính toán dàn trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng. 68
V. Tính toán thiết bị lắng đọng trong dây chuyền. 70
1. Thiết bị lắng 70
2. Thiết bị lắng . 71
PHẦN V: XÂY DỰNG PHÂN XƯỞNG. 73
I. Địa điểm xây dựng. 73
1. Yêu cầu chung. 73
2. Địa điểm xây dựng : 74
II. Mặt bằng phân xưởng. 74
III. Đặc điểm sản xuất của phân xưởng : 75
PHẦN VI: TÍNH TOÁN KINH TẾ 76
I.Mục đích: 76
II. Nội dung: 76
1. Xác định các khoản chi phí trong giá thành sản phẩm. 76
2. Xác định kết quả của phương án kỹ thuật. 80
3. Kết luận: 82
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
Sự dịch chuyển nguyên tử hydro xảy ra dễ dàng nhất tại nhóm (- CH2 -) sau đó đến nhóm (= CH -) và không xảy ra đối với nhóm (- CH3 )
Thứ hai là quá trình đồng phân phân hoá với sự dịch chuyển nhóm metyl (- CH3 ) tới nguyên tử cac bon mang điện tích, quá trình này diễn ra với tốc độ lớn:
-CH3
CH3 CH3 CH3
CH3- C- C+H- CH2- CH2- CH3 CH3 – C+ - CH – CH2 – CH2 – CH3
CH3
-CH3
CH3
CH3- C- CH2- CH2- C+H- CH3 CH3 – C+ - CH2 – CH2 – CH – CH3
CH3 CH3 CH3
-CH3
CH3 CH3 CH3
CH3 – C+ - CH- CH- CH3
-CH3
CH3
CH3 – C+ - CH2- C+- CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3 – C - CH- C+H- CH3 đ
CH3
-CH3
CH3 CH3
CH3- C - C+ - CH2 - CH3 CH3 – C+ - C – CH2– CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
Sự dịch chuyển nhóm metyl của nguyên tử cacbon bậc 4 có xác suất lớn nhất. Sau đó cacbocation izo octyl được tạo ra sẽ tác dụng với izobutan tạo thành các alkylate và cacbocation mới.
Từ cơ sở của quá trình alkyl hoá izobutan bằng buten ta thấy rõ thực chất của quá trình là phải tạo ra ion caboni C4+H9, mà phản ứng chính là sự chuyển ion hyđrit ở izo C4H10. Chỉ có các acid mạnh mới có hoạt tính xúc tác thúc đẩy tốc độ vận chuyển ion hyđrit. Do vậy, xúc tác alkyl hoá trong công nghiệp thường là H2SO4 hay HF. Tốc độ vận chuyển H+ giảm xuống khi nồng độ acid giảm. Trong công nghiệp vẫn tồn tại các quá trình ứng với xúc tác acid trên. [1-189]
4.3. Các phản ứng phụ:
Các ion izo octan có khả năng trao đổi ion hydrit với izobutan để tạo thành izo octan sản phẩm . Tất nhiên, riêng đối với buten 1 và 2 trong điều kiện alkyl hoá nó có thể trùng hợp tạo RH nặng làm giảm nồng độ của xúc tác. Ngoài ra có các phản ứng khác: [1-189]
Phản ứng polyme hoá
2 C3H6 đ C6H12
Phản ứng chuyển hoá hyđro
2 izo C4H10 + C6H12 đ C8H18 + C6H14
Phản ứng oligome hoá:
C8H18 + C4H8 đ C12H26 được20H42
Phản ứng phân bố lại
2C8H18 được7H16 + C9H20
Phản ứng Cr-acking
C12H26 được7H14 + C5H12
đizo C4 + C8H18
Các phản ứng phụ này làm xuất hiện các cấu tử khác, là nguyên nhân chính làm cho trị số octan của xăng alkylate không ổn định.
*ảnh hưởng của các hướng phản ứng đến trị số octan của alkylate [11-28]
Hình 3: Đồ thị miêu tả ảnh hưởng của các hướng phản ứng đến trị số octan của alkylate [11-29]
- Hướng 1: những cation
RON: 102-103
- Hướng 2: Oligome hoá đ + olefin
RON: 88-89
Phần nhẹ và phần nặng cuối được sản xuất bởi hướng phản ứng này.
Hướng 3: những cation nặng C12+-C20+ những parafin
C12- C20 những parafin C12 – C20
RON: 86-88
II. Chế độ công nghệ của quá trình
Chế độ công nghệ ở đây chuyền khác nhau sẽ được điều chỉnh khác nhau. Các thông số công nghệ chính của alkyl hoá izo parafin bằng olefin là: nhiệt độ, nồng độ acid, tỷ lệ izobutan. olefin và thời gian phản ứng. ở mỗi loại dây chuyền sẽ có các thông số thích hợp [1-192]
Nhiệt độ phản ứng [1-192]
Nhiệt độ là thông số rất quan trọng của quá trình alkyl hoá . Nó ảnh hưởng khá phức tạp đến quá trình này. Nếu nhiệt độ tăng lên thì độ nhớt của các tác nhân (RH và cả acid) giảm xuống, điều đó cho phép tăng cường khuấy trộn cho các tác nhân phản ứng tiếp xúc với nhau tốt hơn, nhờ vậy mà đỡ công khuấy trộn. Song khi tăng nhiệt độ, các phản ứng phụ như polyme hoá, oligome hoá và oxy hoá lại tăng lên và có tốc độ mạnh tương đương với tốc độ phản ứng alkyl hoá. Vì thế mà độ chọn lọc của quá trình lại giảm xuống, giảm nồng độ acid và tăng tiêu hao acid, làm giảm chất lượng alkylate (ON giảm, độ ổn định thấp).
Nếu hạ thấp nhiệt độ đến một giới hạn nhất định sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình alkyl hoá: độ chọn lọc tăng, giảm tiêu hao xúc tác và hiệu suất cũng như chất lượng alkylate tăng lên. Yếu tố hạn chế khi giảm nhiệt độ phản ứng là làm tăng độ nhớt của tác nhân và acid, làm tăng tiêu tốn năng lượng khuấy trộn và chất thải nhiệt. Trong trường hợp này, cũng khó tạo thành nhũ tương tốt thích hợp cho phản ứng alkyl hoá.
Hình 4. ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng alkylate [1-193]
Trong công nghiệp alkyl hoá, nhiệt độ thích hợp đối với các xúc tác như sau:
Xúc tác acid H2SO4 : t0 = 4-100C
Xúc tác acid HF : t0 = 20 - 350C
Giá trị cụ thể của nhiệt độ phản ứng được chọn cần tính đến các ảnh hưởng của các thông số khác và các chỉ tiêu kinh tế của quá trình sao cho đảm bảo chỉ tiêu chất lượng và hiệu suất alkylate. Ví dụ theo thời gian phản ứng, nồng độ xúc tác giảm, độ hoạt tính của xúc giảm người ta có thể tăng nhiệt độ lên 2-30C trong khoảng cho phép để bù lại hoạt tính của xúc tác nhằm duy trì hiệu suất không đổi của alkylate.
Nồng độ acid
Trong quá trình alkyl hoá izobutan bằng các olefin, người ta sử dụng xúc tác H2SO4 hay HF với nồng độ từ 87-98%. Nâng cao nồng độ acid trong giới hạn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thiện tính chất của alkylate mà trước hết là tính chống kích nổ của nó
Hình 5: Sự phụ thuộc giữa nồng độ acid và chất lượng alkylate.
Đường cong phụ thuộc chuyển qua cực đại rất rõ ràng ở nồng độ acid 95-96%. Người ra giải thích điều đó có thể là do nồng độ này sẽ thuận lợi cho quá trình vừa alkyl hoá vừa đoòng phân hoá để cho ra nhiều 2,2,4 trimetylpentan. Nồng độ acid cao tạo điều kiện vận chuyển ion hydro nhưng nếu dùng H2SO4 quá đặc phải chú ý đến tính oxy hoá mạnh của nó. Còn khi nồng độ H2SO4 thấp hơn, quá trình vận chuyển ion hyđrit từ izobutan bị dừng lại và nồng độ olefin tăng lên. Khi đó tăng cường quá trình polyme hoá. Vì thế hệ thống sẽ đạt được khả năng phản ứng cực đại khi nồng độ của olefin hoà tan vào bằng đúng lượng ion cacboni tạo ra và tham gia phản ứng alkyl hoá [4-214]
Trong quá trình làm việc, nồng độ acid giảm xuống do hai nguyên nhân chính sau [4-215]
Do tích luỹ trong acid các hợp chất cao phân tử (este phức tạp của H2SO4, hydrocacbon cao phân tử)
Do pha loãng bởi nước được tạo ra từ các phản ứng phụ hay sẵn có trong nguyên liệu tích luỹ lại. Chẳng hạn một phần của olefin có thể tác dụng với H2SO4 tạo ra nước theo phương trình:
CnH2n + H2SO4 = CnH2n + 2H2O + SO2
Ngoài ra cấu trúc của reactor và bộ phận khuấy trộng cũng gây ảnh hưởng đến nồng độ acid vì rằng nếu các bộ phận này không đủ khả năng cho phép nhận nhũ tương tốt sẽ tạo điều kiện tiến hành các phản ứng không mong muốn và như vậy sẽ làm giảm nồng độ acid cũng như hiệu suất và chất lượng của alkylate .
Bảng 14: Độ hoà tan của izobutan trong acid. [11-11]
Acid
Nồng độ acid
Độ hoà tan (% khối lượng)
H2SO4
99,5%
cân bằng
0,1
0,4
HF
99,5%
cân bằng
2,4-3,6
> 3,6
Thời gian phản ứng. [1-193]
Thời gian phản ứng của quá trình alkyl hoá được xác định bởi 2 yếu tố cơ bản:
Tốc độ lấy nhiệt khỏi vùng phản ứng phải đủ để giữ nhiệt độ phản ứng đã chọn.
Thời gian đủ dể izobutan hoà tan vào pha acid (tạo nhũ tương tốt):
Nhờ vậy mà đảm bảo tiến trình các phản ứng mong muốn và hạn chế phản ứng phụ. Do thiết bị hoạt động theo dòng liên tục, nên thời gian phản ứng được khống chế qua tỷ lệ giữa acid và RH trong thiết bị phản ứng. Tỉ lệ này thường trong khoảng từ 1/1-2/1, tại khoảng này sẽ cho chất lượng alkylate là tốt nhất.
Trong thực tế, để đạt hiệu suất cực đại , thời gian tiếp xúc trong reactor với xúc tác H2SO4 là 20-30 phút, còn trên xúc tác HF là 10-20 phút.
Nồng độ izobutan. [1-194]
Do khả năng hoà tan izobutan trong pha acid rất nhỏ (trong HF là 0,3%, trong H2SO4 là 0,1%). Nên muốn tăng tốc độ phản ứng, nồng độ izobutan cần đạt cực đại trong vùng phản ứng. Độ hoà tan cũng còn phụ thuộc vào cường độ khuấy trộn, nên người ta thường thiết kế các bộ phận khuấy trộn đặc biệt trong reactor.
Olefin hầu như hoà tan tức thời trong acid nên lượng lefin dưa vào cần được khống chế sao cho vừa đủ để hạn chế phản ứng phụ. Điều này được khống chế qua tỷ lệ giữa izobutan /buten. Trong công nghiệp tỷ lệ này thay đổi từ 5/1-15/1 nghĩa là sử dụng một lượng dư rất lớn izobutan .
Ngoài ra, khi quan sát mối quan hệ giữa nòng độ izobutan trong dòng chất sản phẩm ra khỏi reactor và chất lượng của alkylate, người ta thấy rằng chất lượng của alkylate mà cụ thể là tính chống kích nổ của sản phẩm tăng lên hầu như tỷ lệ thuận với nồng độ izobutan trong dòng chất ra khỏi reactor. Vì vậy, hàm lượng izobutan khi đó được dùng đẻ đánh giá chất lượng alkylate. Sự phụ thuộc giữa tính chống kích nổ của alkylate vào nồng độ izobutan trong dòng sản phẩm ra khỏi reactor được xác định theo bảng 15, thông qua chỉ số F, trong đó F được tính theo phương trình của Smith và Pinkerton như sau:
CIS: % thể tích của izobutan trong sản phẩm alkylate.
I/O: tỷ lệ izo C4/olefin trong nguyên liệu nạp vào reactor.
(V.O)0: tốc độ nạp nguyên liệu riêng của olefin.
Bảng 15: Giá trị RON của alkyl hoá phụ thuộc vào F và nguyên liệu.
Tác nhân alkyl hoá
F=4
F=10
F=20
F=40
F=200
Propylen
Penten
Butylen
88
89,6
94,2
88,8
90,7
94,8
89,6
91,6
95,9
90,3
92,5
95,8
92
94,4
97
III. Các công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin
1.Đặc trưng chung:
Công nghệ alkyl hoá izobutan bằng các olefin bắt đầu xuất ...
mở đầu
việc phát hiện ra dầu mỏ, khai thác và chế biến chúng đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc tìm ra nguồn năng lượng mới đủ khả năng đáp ứng sự bức thiết của con người. từ khi công nghệ lọc dầu được hình thành và phát triển ở thế kỷ 20, cùng với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dầu mỏ đã trở thành một nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ hoá học. trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ người ta đã sản xuất được nhiều sản phẩm có giá trị với các chủng loại khác nhau làm nhiên liệu cho các động cơ và nguyên liệu cho các sản phẩm công nghiệp khác.
xăng là hỗn hợp các loại hyđrôcacbon từ c5-c10 có nhiệt độ sôi ts = 35- 2000c. xăng được làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. xăng có tầm quan trọng đăc biệt đối với mọi quốc gia vì trong cơ cấu nhiên liệu động cơ xăng chiếm một tỷ lệ từ 20 – 30%
xăng được sản xuất chủ yếu từ các quá trình của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ như Cr-acking, reorming, alkyl hoá, polyme hoá trong đó chủ yếu vẫn là quá trình Cr-acking xúc tác và reorming xúc tác. về mặt chất lượng, xăng nhiên liệu được đánh giá dựa vào hai yếu tố sau:
-các chỉ tiê kỹ thuật liên quan đến quá trình bảo quản và sử dụng xăng như số trị octan, thành phần cất…
-các chỉ tiêu đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường như hàm lượng chì, hàm lượng co trong khí thải.
trước đây, trong công nghiệp sản xuất xăng người ta chỉ chú ý đến viêc hoàn thiện chất lượng của xăng theo hướng nâng cao công suất và thời gian sử dụng của động cơ mà ít quan tâm đến việc bảo vệ môi trương. hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ gây ra mức báo động đòi hỏi xăng không những đáp ứng được yêu cầu của động cơ (có tỷ lệ số nén cao, momen quay lớn…) mà còn phải ít gây tác hại đến môi trường. chính vì thế mà việc nâng cao chất lượng của xăng qua các công nghệ chế biến và hạn chế được sự độc hại với con người và môi trường là một vấn đề quan tâm của các công nghệ chế biến và việc phát triển các công nghệ sản xuất xăng sạch chất lượng cao là hết sức cần thiết. để đáp ứng yêu cầu trên, công nghệ alky hoá izobutan bằng olefin nhẹ dùng xúc tác axcid mạnh tạo thành cấu từ có trị số octan cao, áp suất hơi bão hoà thấp và xăng sạch đã ra đời.
sản phẩm xăng alkylate của quá trình alkyo hoá là loại xăng sạch đã ra đời.
sản phẩm xăng alkylate của quá trình alkyl hoá là loại xăng sạch có chất lượng tốt nhất hiện nay. do vậy nhiên cứu vấn đề alkyl hoá sản xuất xăng là hết sức cần thiết và phù hợp với xu thế phát triển chung của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ.
nội dung của bản đồ án gồm các phần sau:
phần i : các chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu.
phần ii : các quá trình công nghệ alkyl hoá để sản xuất xăng.
phần iii : tính toán công nghệ.
phần iv : xây dựng phân xưởng
phần v : tính toán kinh tế
đồ án này hoàn thành là kết quả của sự nỗ lực bản thân và sự giúp đỡ tận tình chu đáo của thầy lê văn hiếu và các thầy cô giáo trong bộ môn hữu cơ- hoá dầu và bạn bè cùng lớp. mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian có hạn nên đồ án này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót. rất mong sự chỉ bảo thêm của thầy cô. em xin chân thành Thank các thầy, cô.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I: CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XĂNG NHIÊN LIỆU 3
I. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu 3
II. Phân tích các chỉ tiêu quan trọng của xăng nhiên liệu 4
1. Tính chống kích nổ và trị số octan 4
2. Tính hoá hơi và áp suất hơi bão hoà. 9
3. Hàm lượng benzen và aromat 10
PHẦN II: QUÁ TRÌNH ALKYL HOÁ SẢN XUẤT XĂNG 11
I. Cơ sở lý thuyết của quá trình alkyl hoá isobutan bằng olefin 15
1. Nguyên liệu của quá trình [1-90] 15
2. Xúc tác của quá trình 18
3. Sản phẩm của quá trình: 20
4. Cơ sở hoá của quá trình 24
II. Chế độ công nghệ của quá trình 34
1. Nhiệt độ phản ứng [1-192] 34
2. Nồng độ acid 35
3. Thời gian phản ứng. [1-193] 36
4. Nồng độ izobutan. [1-194] 37
III. Các công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin 38
1.Đặc trưng chung: 38
2.Các quá trình công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin: 40
3. So sánh ưu nhược điểm của hai quá trình alkyl hoá dùng xúc tác H2SO4 và HF [1-193] 52
4. Nhận xét và đánh giá chung các công nghệ 52
PHẦN III 54
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 54
I. Lựa chọn công nghệ và các số liệu ban đầu 54
1. Lựa chọn công nghệ: 54
2. Các số liệu ban đầu: 54
II. Tính cân bằng vật chất cho hệ thống thiết bị phản ứng : 55
1. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ nhất: 55
2. Cân bằng vật chất của thiết bị thứ hai 59
3. Cân bằng vật chất của thiết bị phản ứng thứ ba. 61
4. Cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ tư 62
III. Tính toán thiết bị phản ứng 63
1. Tính thể tích thiết bị phản ứng 63
2. Tính kích thước thiết bị phản ứng. 66
3. Tính cân bằng nhiệt lượng của hệ thống thiết bị phản ứng. 66
IV. Tính toán dàn trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng. 68
V. Tính toán thiết bị lắng đọng trong dây chuyền. 70
1. Thiết bị lắng 70
2. Thiết bị lắng . 71
PHẦN V: XÂY DỰNG PHÂN XƯỞNG. 73
I. Địa điểm xây dựng. 73
1. Yêu cầu chung. 73
2. Địa điểm xây dựng : 74
II. Mặt bằng phân xưởng. 74
III. Đặc điểm sản xuất của phân xưởng : 75
PHẦN VI: TÍNH TOÁN KINH TẾ 76
I.Mục đích: 76
II. Nội dung: 76
1. Xác định các khoản chi phí trong giá thành sản phẩm. 76
2. Xác định kết quả của phương án kỹ thuật. 80
3. Kết luận: 82
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
Sự dịch chuyển nguyên tử hydro xảy ra dễ dàng nhất tại nhóm (- CH2 -) sau đó đến nhóm (= CH -) và không xảy ra đối với nhóm (- CH3 )
Thứ hai là quá trình đồng phân phân hoá với sự dịch chuyển nhóm metyl (- CH3 ) tới nguyên tử cac bon mang điện tích, quá trình này diễn ra với tốc độ lớn:
-CH3
CH3 CH3 CH3
CH3- C- C+H- CH2- CH2- CH3 CH3 – C+ - CH – CH2 – CH2 – CH3
CH3
-CH3
CH3
CH3- C- CH2- CH2- C+H- CH3 CH3 – C+ - CH2 – CH2 – CH – CH3
CH3 CH3 CH3
-CH3
CH3 CH3 CH3
CH3 – C+ - CH- CH- CH3
-CH3
CH3
CH3 – C+ - CH2- C+- CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3 – C - CH- C+H- CH3 đ
CH3
-CH3
CH3 CH3
CH3- C - C+ - CH2 - CH3 CH3 – C+ - C – CH2– CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
Sự dịch chuyển nhóm metyl của nguyên tử cacbon bậc 4 có xác suất lớn nhất. Sau đó cacbocation izo octyl được tạo ra sẽ tác dụng với izobutan tạo thành các alkylate và cacbocation mới.
Từ cơ sở của quá trình alkyl hoá izobutan bằng buten ta thấy rõ thực chất của quá trình là phải tạo ra ion caboni C4+H9, mà phản ứng chính là sự chuyển ion hyđrit ở izo C4H10. Chỉ có các acid mạnh mới có hoạt tính xúc tác thúc đẩy tốc độ vận chuyển ion hyđrit. Do vậy, xúc tác alkyl hoá trong công nghiệp thường là H2SO4 hay HF. Tốc độ vận chuyển H+ giảm xuống khi nồng độ acid giảm. Trong công nghiệp vẫn tồn tại các quá trình ứng với xúc tác acid trên. [1-189]
4.3. Các phản ứng phụ:
Các ion izo octan có khả năng trao đổi ion hydrit với izobutan để tạo thành izo octan sản phẩm . Tất nhiên, riêng đối với buten 1 và 2 trong điều kiện alkyl hoá nó có thể trùng hợp tạo RH nặng làm giảm nồng độ của xúc tác. Ngoài ra có các phản ứng khác: [1-189]
Phản ứng polyme hoá
2 C3H6 đ C6H12
Phản ứng chuyển hoá hyđro
2 izo C4H10 + C6H12 đ C8H18 + C6H14
Phản ứng oligome hoá:
C8H18 + C4H8 đ C12H26 được20H42
Phản ứng phân bố lại
2C8H18 được7H16 + C9H20
Phản ứng Cr-acking
C12H26 được7H14 + C5H12
đizo C4 + C8H18
Các phản ứng phụ này làm xuất hiện các cấu tử khác, là nguyên nhân chính làm cho trị số octan của xăng alkylate không ổn định.
*ảnh hưởng của các hướng phản ứng đến trị số octan của alkylate [11-28]
Hình 3: Đồ thị miêu tả ảnh hưởng của các hướng phản ứng đến trị số octan của alkylate [11-29]
- Hướng 1: những cation
RON: 102-103
- Hướng 2: Oligome hoá đ + olefin
RON: 88-89
Phần nhẹ và phần nặng cuối được sản xuất bởi hướng phản ứng này.
Hướng 3: những cation nặng C12+-C20+ những parafin
C12- C20 những parafin C12 – C20
RON: 86-88
II. Chế độ công nghệ của quá trình
Chế độ công nghệ ở đây chuyền khác nhau sẽ được điều chỉnh khác nhau. Các thông số công nghệ chính của alkyl hoá izo parafin bằng olefin là: nhiệt độ, nồng độ acid, tỷ lệ izobutan. olefin và thời gian phản ứng. ở mỗi loại dây chuyền sẽ có các thông số thích hợp [1-192]
Nhiệt độ phản ứng [1-192]
Nhiệt độ là thông số rất quan trọng của quá trình alkyl hoá . Nó ảnh hưởng khá phức tạp đến quá trình này. Nếu nhiệt độ tăng lên thì độ nhớt của các tác nhân (RH và cả acid) giảm xuống, điều đó cho phép tăng cường khuấy trộn cho các tác nhân phản ứng tiếp xúc với nhau tốt hơn, nhờ vậy mà đỡ công khuấy trộn. Song khi tăng nhiệt độ, các phản ứng phụ như polyme hoá, oligome hoá và oxy hoá lại tăng lên và có tốc độ mạnh tương đương với tốc độ phản ứng alkyl hoá. Vì thế mà độ chọn lọc của quá trình lại giảm xuống, giảm nồng độ acid và tăng tiêu hao acid, làm giảm chất lượng alkylate (ON giảm, độ ổn định thấp).
Nếu hạ thấp nhiệt độ đến một giới hạn nhất định sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình alkyl hoá: độ chọn lọc tăng, giảm tiêu hao xúc tác và hiệu suất cũng như chất lượng alkylate tăng lên. Yếu tố hạn chế khi giảm nhiệt độ phản ứng là làm tăng độ nhớt của tác nhân và acid, làm tăng tiêu tốn năng lượng khuấy trộn và chất thải nhiệt. Trong trường hợp này, cũng khó tạo thành nhũ tương tốt thích hợp cho phản ứng alkyl hoá.
Hình 4. ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng alkylate [1-193]
Trong công nghiệp alkyl hoá, nhiệt độ thích hợp đối với các xúc tác như sau:
Xúc tác acid H2SO4 : t0 = 4-100C
Xúc tác acid HF : t0 = 20 - 350C
Giá trị cụ thể của nhiệt độ phản ứng được chọn cần tính đến các ảnh hưởng của các thông số khác và các chỉ tiêu kinh tế của quá trình sao cho đảm bảo chỉ tiêu chất lượng và hiệu suất alkylate. Ví dụ theo thời gian phản ứng, nồng độ xúc tác giảm, độ hoạt tính của xúc giảm người ta có thể tăng nhiệt độ lên 2-30C trong khoảng cho phép để bù lại hoạt tính của xúc tác nhằm duy trì hiệu suất không đổi của alkylate.
Nồng độ acid
Trong quá trình alkyl hoá izobutan bằng các olefin, người ta sử dụng xúc tác H2SO4 hay HF với nồng độ từ 87-98%. Nâng cao nồng độ acid trong giới hạn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thiện tính chất của alkylate mà trước hết là tính chống kích nổ của nó
Hình 5: Sự phụ thuộc giữa nồng độ acid và chất lượng alkylate.
Đường cong phụ thuộc chuyển qua cực đại rất rõ ràng ở nồng độ acid 95-96%. Người ra giải thích điều đó có thể là do nồng độ này sẽ thuận lợi cho quá trình vừa alkyl hoá vừa đoòng phân hoá để cho ra nhiều 2,2,4 trimetylpentan. Nồng độ acid cao tạo điều kiện vận chuyển ion hydro nhưng nếu dùng H2SO4 quá đặc phải chú ý đến tính oxy hoá mạnh của nó. Còn khi nồng độ H2SO4 thấp hơn, quá trình vận chuyển ion hyđrit từ izobutan bị dừng lại và nồng độ olefin tăng lên. Khi đó tăng cường quá trình polyme hoá. Vì thế hệ thống sẽ đạt được khả năng phản ứng cực đại khi nồng độ của olefin hoà tan vào bằng đúng lượng ion cacboni tạo ra và tham gia phản ứng alkyl hoá [4-214]
Trong quá trình làm việc, nồng độ acid giảm xuống do hai nguyên nhân chính sau [4-215]
Do tích luỹ trong acid các hợp chất cao phân tử (este phức tạp của H2SO4, hydrocacbon cao phân tử)
Do pha loãng bởi nước được tạo ra từ các phản ứng phụ hay sẵn có trong nguyên liệu tích luỹ lại. Chẳng hạn một phần của olefin có thể tác dụng với H2SO4 tạo ra nước theo phương trình:
CnH2n + H2SO4 = CnH2n + 2H2O + SO2
Ngoài ra cấu trúc của reactor và bộ phận khuấy trộng cũng gây ảnh hưởng đến nồng độ acid vì rằng nếu các bộ phận này không đủ khả năng cho phép nhận nhũ tương tốt sẽ tạo điều kiện tiến hành các phản ứng không mong muốn và như vậy sẽ làm giảm nồng độ acid cũng như hiệu suất và chất lượng của alkylate .
Bảng 14: Độ hoà tan của izobutan trong acid. [11-11]
Acid
Nồng độ acid
Độ hoà tan (% khối lượng)
H2SO4
99,5%
cân bằng
0,1
0,4
HF
99,5%
cân bằng
2,4-3,6
> 3,6
Thời gian phản ứng. [1-193]
Thời gian phản ứng của quá trình alkyl hoá được xác định bởi 2 yếu tố cơ bản:
Tốc độ lấy nhiệt khỏi vùng phản ứng phải đủ để giữ nhiệt độ phản ứng đã chọn.
Thời gian đủ dể izobutan hoà tan vào pha acid (tạo nhũ tương tốt):
Nhờ vậy mà đảm bảo tiến trình các phản ứng mong muốn và hạn chế phản ứng phụ. Do thiết bị hoạt động theo dòng liên tục, nên thời gian phản ứng được khống chế qua tỷ lệ giữa acid và RH trong thiết bị phản ứng. Tỉ lệ này thường trong khoảng từ 1/1-2/1, tại khoảng này sẽ cho chất lượng alkylate là tốt nhất.
Trong thực tế, để đạt hiệu suất cực đại , thời gian tiếp xúc trong reactor với xúc tác H2SO4 là 20-30 phút, còn trên xúc tác HF là 10-20 phút.
Nồng độ izobutan. [1-194]
Do khả năng hoà tan izobutan trong pha acid rất nhỏ (trong HF là 0,3%, trong H2SO4 là 0,1%). Nên muốn tăng tốc độ phản ứng, nồng độ izobutan cần đạt cực đại trong vùng phản ứng. Độ hoà tan cũng còn phụ thuộc vào cường độ khuấy trộn, nên người ta thường thiết kế các bộ phận khuấy trộn đặc biệt trong reactor.
Olefin hầu như hoà tan tức thời trong acid nên lượng lefin dưa vào cần được khống chế sao cho vừa đủ để hạn chế phản ứng phụ. Điều này được khống chế qua tỷ lệ giữa izobutan /buten. Trong công nghiệp tỷ lệ này thay đổi từ 5/1-15/1 nghĩa là sử dụng một lượng dư rất lớn izobutan .
Ngoài ra, khi quan sát mối quan hệ giữa nòng độ izobutan trong dòng chất sản phẩm ra khỏi reactor và chất lượng của alkylate, người ta thấy rằng chất lượng của alkylate mà cụ thể là tính chống kích nổ của sản phẩm tăng lên hầu như tỷ lệ thuận với nồng độ izobutan trong dòng chất ra khỏi reactor. Vì vậy, hàm lượng izobutan khi đó được dùng đẻ đánh giá chất lượng alkylate. Sự phụ thuộc giữa tính chống kích nổ của alkylate vào nồng độ izobutan trong dòng sản phẩm ra khỏi reactor được xác định theo bảng 15, thông qua chỉ số F, trong đó F được tính theo phương trình của Smith và Pinkerton như sau:
CIS: % thể tích của izobutan trong sản phẩm alkylate.
I/O: tỷ lệ izo C4/olefin trong nguyên liệu nạp vào reactor.
(V.O)0: tốc độ nạp nguyên liệu riêng của olefin.
Bảng 15: Giá trị RON của alkyl hoá phụ thuộc vào F và nguyên liệu.
Tác nhân alkyl hoá
F=4
F=10
F=20
F=40
F=200
Propylen
Penten
Butylen
88
89,6
94,2
88,8
90,7
94,8
89,6
91,6
95,9
90,3
92,5
95,8
92
94,4
97
III. Các công nghệ alkyl hoá izobutan bằng olefin
1.Đặc trưng chung:
Công nghệ alkyl hoá izobutan bằng các olefin bắt đầu xuất ...
mở đầu
việc phát hiện ra dầu mỏ, khai thác và chế biến chúng đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc tìm ra nguồn năng lượng mới đủ khả năng đáp ứng sự bức thiết của con người. từ khi công nghệ lọc dầu được hình thành và phát triển ở thế kỷ 20, cùng với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dầu mỏ đã trở thành một nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ hoá học. trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ người ta đã sản xuất được nhiều sản phẩm có giá trị với các chủng loại khác nhau làm nhiên liệu cho các động cơ và nguyên liệu cho các sản phẩm công nghiệp khác.
xăng là hỗn hợp các loại hyđrôcacbon từ c5-c10 có nhiệt độ sôi ts = 35- 2000c. xăng được làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. xăng có tầm quan trọng đăc biệt đối với mọi quốc gia vì trong cơ cấu nhiên liệu động cơ xăng chiếm một tỷ lệ từ 20 – 30%
xăng được sản xuất chủ yếu từ các quá trình của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ như Cr-acking, reorming, alkyl hoá, polyme hoá trong đó chủ yếu vẫn là quá trình Cr-acking xúc tác và reorming xúc tác. về mặt chất lượng, xăng nhiên liệu được đánh giá dựa vào hai yếu tố sau:
-các chỉ tiê kỹ thuật liên quan đến quá trình bảo quản và sử dụng xăng như số trị octan, thành phần cất…
-các chỉ tiêu đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường như hàm lượng chì, hàm lượng co trong khí thải.
trước đây, trong công nghiệp sản xuất xăng người ta chỉ chú ý đến viêc hoàn thiện chất lượng của xăng theo hướng nâng cao công suất và thời gian sử dụng của động cơ mà ít quan tâm đến việc bảo vệ môi trương. hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ gây ra mức báo động đòi hỏi xăng không những đáp ứng được yêu cầu của động cơ (có tỷ lệ số nén cao, momen quay lớn…) mà còn phải ít gây tác hại đến môi trường. chính vì thế mà việc nâng cao chất lượng của xăng qua các công nghệ chế biến và hạn chế được sự độc hại với con người và môi trường là một vấn đề quan tâm của các công nghệ chế biến và việc phát triển các công nghệ sản xuất xăng sạch chất lượng cao là hết sức cần thiết. để đáp ứng yêu cầu trên, công nghệ alky hoá izobutan bằng olefin nhẹ dùng xúc tác axcid mạnh tạo thành cấu từ có trị số octan cao, áp suất hơi bão hoà thấp và xăng sạch đã ra đời.
sản phẩm xăng alkylate của quá trình alkyo hoá là loại xăng sạch đã ra đời.
sản phẩm xăng alkylate của quá trình alkyl hoá là loại xăng sạch có chất lượng tốt nhất hiện nay. do vậy nhiên cứu vấn đề alkyl hoá sản xuất xăng là hết sức cần thiết và phù hợp với xu thế phát triển chung của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ.
nội dung của bản đồ án gồm các phần sau:
phần i : các chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu.
phần ii : các quá trình công nghệ alkyl hoá để sản xuất xăng.
phần iii : tính toán công nghệ.
phần iv : xây dựng phân xưởng
phần v : tính toán kinh tế
đồ án này hoàn thành là kết quả của sự nỗ lực bản thân và sự giúp đỡ tận tình chu đáo của thầy lê văn hiếu và các thầy cô giáo trong bộ môn hữu cơ- hoá dầu và bạn bè cùng lớp. mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian có hạn nên đồ án này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót. rất mong sự chỉ bảo thêm của thầy cô. em xin chân thành Thank các thầy, cô.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: