Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Qua các hình trên, ta có thể thấy từ trước đến nay các công nghệ alkyl hóađều sử dụng xúc tác lỏng là HF, H2SO4, sau đây đồ án này xin được giới thiệu một vài công nghệalkyl hóa đang phổ biếntrên thế giới hiện nay như công nghệ sử dụng xúc tác HF của UOP,

Qua các hình trên, ta có thể thấy từ trước đến nay các công nghệ alkyl hóađều sử dụng xúc tác lỏng là HF, H2SO4, sau đây đồ án này xin được giới thiệu một vài công nghệalkyl hóa đang phổ biếntrên thế giới hiện nay như công nghệ sử dụng xúc tác HF của UOP,

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 5: Sơ đồ cơng nghệ alkyl hố sử dụng xúc tác HF của UOP. ([4],1.41)

Nguyên liệu olefin và iso-butan được làm khơ sau đó trộn lại với nhau trước khi chia

thành nhiều dòng đi vào thiết bị phản ứng, việc chia nguyên liệu thành nhiều dòng nhằm

giúp cho nhiệt độ trong thiết bị phản ứng được đông đều. Tại đây, nguyên liệu được tiếp

xúc với chất xúc tác axit trong thiết bị phản ứng, q trình alkyl hóa xảy ra.Nước làm mát

duy trì nhiệt độ lò phản ứng trong khoảng 25-400C.

Dòng sản phẩm ra từ thiết bị phản ứng được đưa tới thiết bị lắng tách axit (settler), axit

tách ra dưới đáy settlermột phần được quay trở lại thiết bị phản ứng, phần còn lại được

đưa tới thiết bị tái sinh (acid regenerator). Dòng hydrocacbon thốt ra phía trên settler

được đưa tới tháp tách các hydrocacbon nhẹ (iso stripper), sản phẩm alkylat thu được

dưới đáy được qua thiết bị rửa kiềm để loại nốt axit còn lại trước khi tới bể chứa sản

phẩm,

iso- butan thu được bên cạnh tháp iso stripper được đem tuần hoàn lại thiết bị phản ứng,

butan cũng thu được bên cạnh tháp iso stripper được đi qua tháp rửa kiềm để lại bỏ axit

có lẫn trước khi thu lại vào bể chứa.

Phần đỉnh tháp iso stripper chủ yếu là propan có lẫn mộ phần axit và iso- butan được đi

vào tháp tách propan (depropanizer), axit và iso-butan thu được phía dưới đáy tháp tách

propan. Iso butan được tuần hồn lại thiết bị phản ứng, còn dòng axit được đưa tới thiết

bịtái sinh axit (acid regenerator). Propan thu được trên đỉnh được đem hạ nhiệt độ trước

23



khi qua thiết lắng axit, axit thốt ra ở phía dưới được đưa tới khu vực tái sinh xúc

tác,propan tiếp tục đi qua thiết bị loại axit (HF stripper), rửa kiềm (KOH treater)để lại bỏ

nốt lượng axit còn lại, rồi sau đó propan thu lại vào bể chứa.

Thiết bị tái sinh xúc tác (acid regenerator) được thiết kế nhằm làm giảm lượng tiêu thụ

axit, tại đây dòng axit từ settler và depropanizer đi vào regenerator, hydrocacbon còn lẫn

trong axit thốt ra trên đỉnh thiết bị đi vào thiết bị tách iso butan (iso stripper), dòng axit

được đem đi trung hòa (neutralization).([4],1.39,1.42)

Các thông số của công nghệ:

-Nhiệt độ: 80 – 100oF (2540oC)

- Áp suất: 100-120 psig (8 – 9,5 at)

- Tỉ lệ isobutan/ olefin: 12-14:1

- Tỉ lệ axit/ hydrocacbon: 50%:50%

- Tỉ lệ tiêu thụ axit: 0,001 – 0,002 lb/gal alkylate

- Năng xuất sản phẩm: 1,77 bbl alkylat/bbl olefin. ([5],11)

Ưu điểm của công nghệ:

-



Tiêu thụ lượng axit nhỏ



Nhược điểm của công nghệ:

-



Áp suất cao

Tỉ lệ I/O cao, tốn chi phí nguyên liệu, tốn thêm năng lượng cho tháp tách iso butan.



Ngoài ra một nhược điểm lớn của các cơng nghệ ankyl hóa sử dụng xúc tác HF hiện

nay là về an toàn về mặt môi trường và sức khỏe con người. Axit HF sẽ chuyển sang

dạng hơi ngay ở điều kiện thường dưới áp suất khí quyển, cho nên việc axit rò rỉ ra ngồi

mơi trường là rất nguy hiểm. Axit HF rất độc, yêu cầu bắt buộc cho những nhà máy lọc

dầu có phân xưởng alkyl hóa sử dụng xúc tác HF hiện nay là phải có các biện pháp đối

phó khi có tai nạn xảy ra.

3.2. Cơng nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng Exxon

Công nghệ sử dụng xúc tác H2SO4 của hãng ExonMobil là công nghệ sử dụng xúc tác

H2SO4 được sử dụng rộng rãi thứ 2 trên thế giới chỉ sau công nghệ của hãng

24



Stratco/Dupont với 16 phân xưởng trên thế giới có tổng cơng suất sản xuất là là 230 000

thùng alkylat/ngày. ([5],16)

ExxonMobil đã có một số thay đổi đáng kể trong công đoạn phản ứng của làm lạnh tự

động alkyl hóa so với thiết kế cũ của Kellogg.

Nguyên liệu olefin và izo-butan tuần hoàn đi vào thiết bị phản ứng (alkylation reactor).

Hỗn hợp được khuấy trộn kỹ và có sự tiếp xúc với H 2SO4 được cho vào từ bên trái của hệ

thống và đi qua lần lược từng ngăn phản ứng. Nhiệt của phản ứng được lấy ra bằng cách

cho bay hơi một phần hydrocacbon có trong hỗn hợp phản ứng để giữ cho nhiệt độ phản

ứng ở 40-500F (khoảng 4 10oC).

Phần hydrocacbon bay hơi được đưa đến thiết bị làm lạnh nén ép (refrigation

section/compressors) và phần ngưng được trở lại thiết bị phản ứng. Phần khí được đưa

qua thiết bị rửa kiềm để lại axit, tiếp tục được đưa qua bộ phận rửa nước để loại triệt để

lượng



Hình 6: Sơ đồ cơng nghệ sử dụng xúc tác của hãng ExxonMobil ([5],19)

axit còn lại, sau đó được đưa vào tháp tách để phân tách thu propan trên đỉnh, iso -butan

ở dưới đáy được tuần hồn lại với dòng ngun liệu.

25



Dòng ra phía trên của thiết bị phản ứng là dòng chứa sản phẩm, sản phẩm phản ứng được

đưa đến thiết bị phân ly lắng (hydrocacbon settler), sau đó dòng sản phẩm được đưa quá

thiết bị rửa nước, rửa kiềm để loại axit. Sau đó dòng sản phẩm được đưa vào tháp tách

iso- butan (deisobutanizer) cùng với iso-butan nguyên liệu đầu, iso-butan thu được trên

đỉnh được được tuần hồn lại với dòng olefin ngun liệu, dòng sản phẩm thu được dưới

đáy tháp tiếp tục được đưa quá tháp tách butan (debutanizer), butan thu lại trên đỉnh, phía

dưới đáy thu được sản phẩm cuỗi cùng là alkylat.

Dòng ra phía dưới của thiết bị phản ứng được đưa tới thiết bị phân tách lắng (axid

settler), sau đó dòng ra được tuần hồn lại với dòng xúc tác đầu hoặc được thải bỏ (spend

acid) tới khu vực xử lí.

Các thơng số của cơng nghệ:

- Nhiệt độ: 40 – 50oF (4 10oC)

- Áp suất: 10-15 psig (1,74 - 2,09 at)

- Tỉ lệ isobutan/ olefin: >8:1

- Tỉ lệ axit/ hydrocacbon: 50%:50%

- Tỉ lệ tiêu thụ axit: 0,4 – 0,6 lb/gal alkylate

- Năng xuất sản phẩm: 1,78 bbl alkylat/bbl olefin. ([5],8)

Ưu điểm của công nghệ:

-



Thiết bị không phải chịu áp nên không cần vật liệu quá đắt tiền.

Sản phẩm phản ứng được tách axit một cách đơn giản, axit bị tiêu hao được thay thế

bằng axit mới.



Nhược điểm của công nghệ:

-



Làm lạnh bằng cách cho bay hơi iso-butane làm cho năng lượng tiêu thụ ở khu vực

tinh chế sản phẩm tăng lên nhiều, khiến tăng chi phí năng lượng.

3.3. Cơng nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng Stratco



Cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác H2SO4 của hãng Stratco hiện nay đang là công nghệ

được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới với hơn 90 phân xưởng với tổng sản lượng sản

xuất là 800 000 thùng alkylat /ngày. ([5],16).



26



Công nghệ của Stratco sử dụng loại thiết bị phản ứng thùng nằm ngang có chùm ống

trao đổi nhiệt bên trong thiết bị và có cánh khuấy được gắn với động cơ để tăng sự khuấy

trộn giữa các dòng ngun liệu.



Hình 7: Sơ đồ cơng nghệ ankyl hóa của Stratco sử dụng xúc tác H2SO4. ([5], 18)

Dòng nguyên liệu olefin được trộn với dòng iso butan tuần hồn sẽ được đi qua tháp tách

nước trước khi đi vào thiết bị phản ứng. Dung dịch axit H 2SO4 đặc cũng được bơm vào

thiết bị phản ứng, tại đây quá trình alkyl hóa xảy ra. Dòng sản phẩm- axit được đưa lên

thiết bị tách axit, dòng sản phẩm tách ra được đưa lại thiết bị phản ứng qua những ống

chùm để trao đổi nhiệt với phản ứng.

Dòng sản phẩm thốt ra khỏi các ống trao đổi nhiệt được đưa tới thiết bị tách nhiều dòng

(flash dum/ suction trap), dòng khí nhẹ thốt ra ở phía trên được đem xử lí để thu hồi

propan, một phần dòng chứa axit và nguyên liệu chưa chuyển hóa được quay lại thiết bị

phản ứng, dòng sản phẩm sẽ được đưa tới khu vực tinh chế sản phẩm.



27



Tại khu vực tinh chế sản phẩm, dòng sản phẩm sẽ được đưa qua các thiết bị rửa axit,

rửa nước, rửa kiềm. Sau đó quá tháp chưng tách iso butan, tháp chưng tách n- butan,

pentan. Dòng sản phẩm xăng alkylat thu được tại đáy tháp chưng tách n butan.

Điều kiện làm việc của cơng nghệ alkyl hóa như sau:

- Nhiệt độ: 40 – 50oF (4 10oC)

- Áp suất: 60 psig (5,25 at)

- Tỉ lệ isobutan/ olefin: >8:1

- Tỉ lệ axit/ hydrocacbon: 50%:50%

- Tỉ lệ tiêu thụ axit: 0,4 – 0,6 lb/gal alkylate

- Năng xuất sản phẩm: 1,78 bbl alkylat/bbl olefin. ([5],17)

Ưu điểm của cơng nghệ:

-



Có thể tận dụng được nhiệt của sản phẩm để làm lạnh

Trao đổi nhiệt gián tiếp nên dễ khống chế nhiệt độ



Nhược điểm của công nghệ:

-



Sử dụng nhiều thiết bị phản ứng nên tốn kém chi phí đầu tư ban đầu.



3.4. Cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác rắn.

Hiện nay có nhiều nhóm vẫn đang nghiên cứu cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác rắn

để sử dụng thay cho xúc tác lỏng, tuy nhiên mới chỉ có duy nhất một nhà máy trên thế

giới sử dụng xúc tác rắn là zeolite. Nhà máy đặt tại Sơn đông, Trung Quốc sử dụng công

nghệ AnkyClean của hãng CB&I đã đi vào hoạt động vào năm 2015 với năng xuất là

2700 thùng alkylat/ ngày.

Công nghệ này sử dụng 3 thiết bị phản ứng làm việc ở các chế độ phản ứng, tái sinh luân

phiên, khi reactor 2 làm việc ở chế độ phản ứng (ankylation mode) thì reactor 1 và

reactor 3 sẽ làm việc ở chế độ tái sinh (mild regeneration mode và high temp regeneration

mode), tương tự khi reactor 3 làm việc ở chế độ phản ứng thì reactor 2 và reactor 1 sẽ làm

việc ở chế độ tái sinh xúc tác.

Dòng nguyên liệu olefin đầu được đưa qua tháp xử lí sơ bộ (pre-treatment) để loại bỏ các

tạp chất gây hại cho xúc tác trước khi cùng với dòng isobutane đi vào trong thiết bị đang

28



ở chế độ phản ứng (reactor 2), trong các thiết bị phản ứng đã đặt sẵn lớp xúc tác cố định,

tại đây q trình alkyl hóa xảy ra, dòng sản phẩm được đưa tới khu tinh chế.



Hình8: Cơng nghệ AnkyClean sử dụng xúc tác rắn của hãng CB&I. ([5],26)



Trong lúc đó, q trình tái sinh xúc tác ở reactor 1 và reactor 3 cũng dang diễn ra. Tại

reactor 1 diễn ra quá trình tái sinh nhẹ, quá trình tái sinh nhẹ diễn ra thường xuyên

(khoảng vài lần một ngày) hydro cùng với một lượng isobutane tuần hồn để khơng làm

thay đổi điều kiện hoạt động, hydro cho phép làm sạch xúc tác để reactor 1 có thể trở lại

ngay với chế độ làm việc phản ứng. Chế độ tái sinh toàn bộ (high temp regeneration

mode) được thực hiên 1-2 tuần một lần. Cô lập reactor 3 và đưa hydro (ở 250 oC) vào thiết

bị nhằm tái sinh hoàn toàn, phục hồi hoạt tính xúc tác. ([5],28)

Dòng sản phẩm được hợp với dòng khí thốt ra từ reactor 1 rồi gia nhiệt trước khi đi vào

tháp tách propan, propan và các khí nhẹ như H 2 thốt ra trên đỉnh tháp. Dòng hỗn hợp sản

phẩm thu được ở dưới đáy tháp tiếp tục được đưa tới tháp tách iso-butane, n-butan thu

29



được ở phân đoạn giữa tháp, dưới đáy tháp thu được sản phẩm của q trình là xăng

alkylat, iso-butane thốt ra phía trên được đưa tới thiết bị phân tách nhằm lại bỏ các chất

khí nhẹ, iso-butane tách ra ở phía dưới được tuần hồn lại các thiết bị phản ứng, các chất

khí nhẹ thốt ra phía trên được hợp với phần propan thốt ra ngồi là phần light ends.

Điều kiện công nghệ:

-



Xúc tác: zeolite

Nhiệt độ: 120-190oF (45-90oC)

Áp suất: 290 psig (20at)

Pha phản ứng: pha lỏng

Tỉ lệ isobutane/ olefin: 8:1 – 15:1

Tái sinh xúc tác: bằng H2 (250oC)

Năng xuất alkylat: 1,7- 1,8 bbl/bbl olefin. ([5],25)



Ưu điểm của công nghệ AnkyClean:

-



-



Sử dụng xúc tác rắn nên dễ tái sinh (đã tái sinh ngay trong thiết bị phản ứng), sử

dụng an toàn hơn so với axit lỏng (đặc biệt là HF), giảm thiểu yếu tố gây ăn mòn do

khơng sử dụng axit lỏng.

Cơng nghệ sử dụng xúc tác AnkyStar zeolite có tuổi thọ cao.

Khơng cần tác nhân làm lạnh, giảm chi phí vận hành.

Chất lượng ankylat tốt.

Chi phí đầu tư ban đầu thấp. ( [5],41).



Nhược điểm của công nghệ AnkyClean:

-



Sử dụng một lượng lớn khí hydro.

Năng xuất nhỏ.



Nhờ những ưu điểm như vậy, các công nghệ sử dụng xúc tác rắn sẽ là xu hướng mới

cho những nhà máy sản xuất xăng alkylat trên thế giới trong tương lai.



30



PHẦN IV

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG

4.1.



So sánh, lựa chọn công nghệ

Bảng 5: So sánh, lựa chọn công nghệ giữa các loại xúc tác.

Xúc tác HF



Ưu

điểm



Xúc tác H2SO4



- Sử dụng lượng nhỏ mà vẫn - Không bị bay hơi ở

đáp ứng được yêu cầu của nhiệt độ môi trường;

sản phẩm;

- Nguồn cung cấp lớn.

- Cơng nghệ tái sinh tại chỗ.



Xúc tác zeolite

- An tồn với môi

trường, thiết bị;

- Dễ dàng tái sinh

ngay trong thiết bị

phản ứng.



Nhượ -Ở thể hơi ngay ở nhiệt độ - Xúc tác lỏng gây ăn - Phải dùng H2 cho tái

c điểm mơi trường, là khí độc, mòn thiết bị;

sinh xúc tác;

khơng an tồn với mơi

-Phải sử dụng xúc tác - Năng xuất thấp.

trường và con người;

với lượng lớn, tốn kém

- Xúc tác lỏng gây ăn mòn chi phí hơn.

thiết bị;

- Tỉ lệ I/O cao, tốn chi phí

iso butan ban đầu, tốn chi

phí cho tháp tách iso butan.



31



Sự nổi trổi về ưu điểm của H2SO4 so với xúc tác HF là khơng nhiều, tuy nhiên ưu tiên về

mặt an tồn với mơi trường và con người thì rõ ràng việc sử dụng HF là rất rủi ro trong

khi phân xưởng cần hoạt động trong một thời gian lâu dài, xét về mặt này sử dụng xúc tác

là H2SO4 mang lại độ an tồn cao hơn. Cơng nghệ sử dụng xúc tác rắn mới chỉ được ứng

dụng với một nhà máy hoạt động với công suất nhỏ, nên từ tất cả những so sánh trên đây

đồ án thiết kế phân xưởng alkyl hóa này xin lựa chọn thiết kế cơng nghệ sử dụng xúc tác

là H2SO4.

So sánh giữa các công nghệ sử dụng xúc tác H2SO4

Điểm khác biệt quan trọng nhất về công nghệ giữa hai hãngStratcovà ExxonMobil là thiết

bị phản ứng và phương pháp làm lạnh. Exxon sử dụng thiết bị phản ứng loại hình trụ nằm

ngang có chia nhiều ngăn và làm lạnh tự động bằng cách bay hơi trực tiếp một phần isobutan ngay trong mỗi buồng phản ứng. Stratco sử dụng loại thiết bị dạng trụ nằm ngang

thường dùng nhiều thiết bị mắc nối tiếp nhau và làm lạnh gián tiếp bằng cách trao đổi

nhiệt qua chùm ống. Hai công nghệ trên hiện đang được phát triển và song song tồn tại

trên thị trường. Mỗi loại công nghệ đều có ưu, nhược điểm riêng.

Bảng 6: So sánh ưu nhược điểm của hai công nghệ Exxon và Stratco

Công nghệ của Exxon

Ưu

điểm



Công nghệ của Stratco



-Thiết bị không phải chịu áp nên khơng cần - Có thể tận dụng được nhiệt

vật liệu quá đắt tiền.

của sản phẩm để làm lạnh

- Trao đổi nhiệt gián tiếp nên

dễ khống chế nhiệt độ



Nhượ -Do iso-butan được đưa vào ngay từ khoang

c điểm đầu và bị bay hơi một phần trong mỗi khoang

để tách nhiệt của phản ứng nên nồng độ isobutan sẽ giảm theo từng bậc. Mặt khác lượng

axít cũng được đưa vào ngay từ đầu nên nồng

độ cũng giảm dần theo từng bậc của vì vậy

nồng độ alkylat cũng giảm dần theo từng bậc



-Thiết bị khá phức tạp, số

lượng thiết bị nhiều hơn nên

tốn kém trong việc lắp đặt

cũng như tốn kém vật liệu chế

tạo, tốn kém chi phí đầu tư

hơn.



- Làm lạnh bằng cách cho bay hơi iso-butane

làm cho năng lượng tiêu thụ ở khu vực tinh

32



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Qua các hình trên, ta có thể thấy từ trước đến nay các công nghệ alkyl hóađều sử dụng xúc tác lỏng là HF, H2SO4, sau đây đồ án này xin được giới thiệu một vài công nghệalkyl hóa đang phổ biếntrên thế giới hiện nay như công nghệ sử dụng xúc tác HF của UOP,

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×