Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
So sánh giữa các công nghệ sử dụng xúc tác H2SO4

So sánh giữa các công nghệ sử dụng xúc tác H2SO4

Tải bản đầy đủ - 0trang

chế sản phẩm tăng lên nhiều, khiến tăng chi

phí năng lượng.

Qua những phân tích ở trên đồ án này xin lựa chọn công nghệ của hãng Stratco dùng xúc

tác H2SO4 gồm nhiều thiết bị phản ứng nối tiếp nằm ngang. Thiết bị phản ứng nằm ngang

nên dễ dàng cho quá trình khuấy trộn, hạn chế sự phân ly nhũ tương trong thiết bị phản

ứng nên hiệu suất phản ứng cao và hạn chế được các phản ứng phụ. Axit đã làm việc

được đưa qua thiết bị lắng, tái sinh và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng đầu tiên nên tiết

kiệm được nhiều chi phí cho xúc tác.

4.2.



Sơ đồ cơng nghệ alkyl hóa của Stratco/Dupont



Hình 9: Sơ đồ khối cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác H2SO4 một thiết bị phản ứng

của Stratco/DuPont. ([4],1.12)



Sản phẩm của quá trình bao gồm:

-



Xăng alkylat

Propan

Butan, pentan.



Có thể chia cơng nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác H2SO4 của Stratco/DuPont ra các

khu vực sau:

33



-



Khu vực xử lí nguyên liệu đầu.

Khu vực phản ứng

Khu vực tách propan

Khu vực xử lí dòng sản phẩm ra từ thiết bị phản ứng.

Khu vực tinh chế sản phẩm

Khu vực xử lí axit.



Khu vực xử lí ngun liệu đầu



Hình 10: Khu vực xử lí nguyên liệu đầu. ([4],1.13)

Nguyên liệu đầu olefin được hợp với dòng iso -butan tuần hồn sẽ được trao đổi nhiệt

với dòng sản phẩm để hạ nhiệt độ trước khi đi vào thiết bị loại bỏ nước trong dòng

nguyên liệu, nhiệt độ thấp sẽ làm cho độ hoàn tan cửa nước trong nguyên liệu giảm đi,

việc có mặt của nước sẽ khiến axit bị pha lỗng, gây ảnh hưởng tới hiệu xuất q trình,

chất lượng alkylat.

Dòng nguyên liệu ra từ thiết bị loại nước sẽ được hợp với dòng hydrocacbon từ thiết

bị làm mát đi vào trong thiết bị phản ứng.

Khu vực phản ứng

Thiết bị phản ứng:



34



Hình 11: thiết bị phản ứng dạng nằm ngang có cánh khuấy. ([4],1.14)



Reactor được sử dụng là một thiết bị phản ứng chịu áp suất nằm ngang với một ống

tuần hồn bên trong và nhiều ống hình chữ Udùng để lấy nhiệt của phản ứng, và một

cánh khuấy để tạo khuấy trộn cho dòng chất phản ứng.

Nguyên liệu hydrocacbon và xúc tác axit được đưa vào bên trong của ống tuần hoàn

theo tỉ lệ 1:1, nằm trong vùng hút của cánh khuấy, sau đó axit và hydrocacbon được hút

qua cánh khuấy hình thành nên hỗn hợp nhũ tương, nhũ tương lưu thơng liên tục trong

ngồi ống tuần hồn. Sự khuấy trộn mạnh này giúp cho nhiệt độ được đồng đều trong

thiết bị phản ứng (chênh lệch nhiệt độ của 2 điểm bất kì trong thiết bị phản ứng đều nhỏ

hơn 0,6oC) và tăng sự phân bố của hydrocacbon trong axit, giảm thiểu các phản ứng phụ

như trùng hợp olefin.

Sản phẩm nhũ tương thoát ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa tới thiết bị tách lắng

axit, axit là pha nặng hơn sẽ lắng ở phía dưới, axit tách ra một phần thải ra ngoài (nhưng

thường là đi đến thiết bị phản ứng tiếp theo trong trường hợp sử dụng nhiều thiết bị phản

ứng), một phần ở trong nhũ tương tuần hồn lại thiết bị phản ứng. Pha hydrocacbon sản

phẩm thốt ra phía trên thiết bị tách lắng được đi vào trong các ống chữ U trong thiết bị

phảnứng để



35



Hình 12: Khu vực phản ứng. ([4],1.14)

lấy nhiệt gián tiếp của phản ứng (sản phẩm bây giờ đóng vai trò chất tải lạnh), trên đường

ống dòng sản phẩm vào lại thiết bị phản ứng có đặt một van để kiểm sốt áp suất dòng

sản phẩm tác nhân lạnh. Q trình lấy nhiệt phản ứng sẽ làm bay hơi một lượng sản

phẩm, tại đầu ra của các ống chữ U, dòng ra bây giờ ở cả pha lỏng và pha hơi với nhiệt

độ giảm đi 35oF (1,7oC) được đưa vào Suction trap/flash drum để phân tách lỏng -hơi.

([4],1.13)

Qua Suction trap, dòng sản phẩm lỏng sẽ được tách ra ở phía dưới, sau đó được đem

trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu đầu rồi tới khu vực tinh chế sản phẩm. Phần hơi thoát

ra từ bẫy hơi chứa nhiều hydrocacbon nhẹ sẽ dược đưa tới khu vự tách propan.

Khu vực tách propan

Dòng hơi thốt ra từ bẫy hơi dưới tác dụng của van xả được đưa qua máy nén, sau đó

đi qua thiết bị gia nhiệt. Qua thiết bị gia nhiệt phần lỏng ngưng tụ được đưa tới thiết bị

ngưng tụ (economizer), dòng hơi từ thiết bị gia nhiệt giàu propan sẽ được đưa tới tháp

tách propan, propan thu được trên đỉnh tháp, ở dưới đáy thu được dòng hydrocacbon

nặng hơn được



36



Hình 13: khu vực tách propan. ([4],1.16)

đưa tới thiết bị ngưng tụ tiếp theo (economizer), phần hơi được đưa lên máy nén còn

phần lỏng vào thiết bị tách flashdrum/suction trap. Economizer làm việc ở khoảng áp suất

ở giữa máy nén và flash drum/ suction trap. Dòng lỏng refrigerant đi ra từ flash drum

được đem tuần hồn lại vào thiết bị phản ứng.([4],1.15)

Dòng hơi đi qua total condenser, trước khi vào tháp tách propan có thể được đi qua khu

vực tẩy rửa để loại bỏ các tạp chất (chủ yếu là SO 2 sinh ra trong q trình phản ứng).

Dòng depropanizer feed đươc kết hợp với dòng kiềm mới (10-12%)rồi đi vào thiết bị rửa

kiềm, rồi sau đó quá thiết bị rửa nước (coaleser) để loại kiềm trong dòng hydrocacbon,

dòng hydrocacbon thốt ra khỏi thiết bị rửa nước đi vào tháp tách propan cuối cùng,

propan thu được trên đỉnh tháp tách. Dòng nước, kiềm thải được hợp lại đi tới khu vực xử

lí sản phẩm. ([4],1.16)



37



Hình 14: khu vực tinh chế propan. ([4],1.17)

Khu vực xử lí sản phẩm

Dòng sản phẩm cảu q ra được đưa tới khu vực xử lí sản phẩm, dòng sản phẩm bây giờ

vẫn còn một lượng đáng kể axit ( axit tự do, ankyl sunfat,…) được đưa tới thiết bị tách

axit (acis wash coalescer), axit tách ra ở phía đáy tháp, phần ankyl sunfat được loại bỏ,

phần axit tự do tách ra cùng với axit mới được bơm trở lại thiết bị phản ứng, sản phẩm

của q trình thốt ra ở phía trên thiết bị acid wash tiếp tục được đưa tới thiết bị rửa

kiềm, rửa nước để loại bỏ triệt để lượng axit còn lại trước khi đi vào khu vực phân tách

iso butan, butan. Kiềm và nước tới từ tháp rửa kiềm của khu vực xử lí propan (caustic

wash drum). Dòng nước, kiềm thải được đưa tới khu vực xử lí axit.



38



Hình 15: khu vực xử lí sản phẩm. ([4],1.17)

Khu vực phân tách iso- butan, butan

Dòng sản phẩm từ khu vực xử lí được đưa tới khu vực tách lại iso -buan, butan, tại đây

các chất khí nhẹ butan, pentan được tách ra để đảm bảo áp xuất hơi yêu cầu, chất lượng

của xăng alkylat.



Hình 16: Khu vực tách iso butan, butan, pentan.([4],1.19)

39



Dòng sản phẩm (net efluent) đi vào tháp chưng tách iso butan để tách lại iso-butan

trước, iso-butan thốt ra phía trên được tuần hồn lại thiết bị phản ứng. Dòng lỏng thu

được phía dưới tháp DIB tiếp tục được đi tới tháp tách butan, sản phẩm butan thu được

trên đỉnh, pentan thu được ở giữa tháp, phía dưới đáy tháp là sản phẩm chính của cả q

trình xăng alkylat.



Khu vực xử lí axit

Dòng spent acid từ khu vực phản ứng được đưa tới để phân tách nốt lượng

hydrocacbon còn lại. Dòng spent acid đi vào thiết bị phân tách (blowdown drum), cùng

với dòng hơi axit (acidic blowdown streams) được thêm vào để tăng khả năng phân tách

của hệ acid- hydrocacbon. Hai dòng ra, dòng axit được thu lại tới nới tồn trữ, dòng

hydrocacbon thì quay lại khu vựa phản ứng.



Hình 17: Khu vực xử lí axit ([4],1.19)

Dòng hơi axit thốt ra ở phía trên blowdown drum có lẫn một lượng hydrocacbon

được đưa tới tháp rửa kiềm. Thiết bị rửa kiềm (Scrubber) là một tháp có 6 đĩa, sử dụng

vòi phun tưới kiềm mới từ trên xuống trong khi hơi axit được thổi từ dưới lên, qua các

đĩa axit được trung hòa bởi kiềm, dòng kiềm thốt ra ở đáy tháp một phần được tuần hoàn

lại scubber, phần còn lại được sử dụng cho khu vựa tách propan. Một lượng nhỏ

hydrocacbon thốt ra phía trên đỉnh scrubber được mang đi đốt. ([4],1.18)



40



Cải tiến công nghệ

Trong công nghiệp, để tăng năng suất xăng thu được người ta có xu hướng lắp nhiều thiết

bị phản ứng với nhau. Số thiết bị phản ứng tăng lên, số thiết bị lắng tách (settler) cũng

tăng lên, cần thêm một đường ống để phân phối nguyên liệu hydrocacbon vào trong các

thiết bị phản ứng và một đường ống để phân phối dòng refrigerant recycle vào trong các

thiết bị phản ứng.



Hình 18: Khu vực phản ứng với nhiều thiết bị phản ứng. ([10])

Dòng fresh acid chỉ cần thêm vào tại một vị trí, sau đó được di chuyển sang các thiết bị

phản ứng sau, từ thiết bị đầu tiên đến cuối cùng độ mạnh của axit giảm dần, tuy nhiên vẫn

đảm bảo chất lượng yêu cầu của alkylat, sử dụng axit như thế này sẽ làm giảm tổng lượng

tiêu thụ của axit.

Thiết bị phản ứng cũng có một số cải tiến sau:

-



Đường kính ống trao đổi nhiệt giảm từ 1inch xuống 0,75 inch, điều này cho phép

tăng 35 % bề mặt trao đổi nhiệt.

ở đầu vào của mỗi ống trao đổi nhiệt có lắp thêm một tube insert cho phép ngăn

chặn pha hơi có mặt trong ống trao đổi nhiệt, hạn chế sự ăn mòn trong ống trao đổi

nhiệt. ([11])



41



PHẦN V

TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ

5.1.



Tính lượng nguyên liệu sử dụng



Các số liệu ban đầu

- Năng suất sản phẩm xăng alkylat: 270 000 tấn/năm.

- Số ngày làm việc trong năm: 335 ngày.

- Tỷ lệ iso-butan/olefin bằng: 7,5/1 khối lượng.

- Tỷ lệ thể tích H2SO4/hydrocacbon =1,1/1.

Khí nguyên liệu có thành phần như sau:

Bảng 7: Thành phần nguyên liệu. ([14], 6)

Khối lượng

phân tử (M)



Thành phần khối

lượng (%)



Hàm lượng

(%mol)



Propan (C3H8)



44



10,07



12



izo-Butan (izo-C4H10)



58



34,06



30,8



n-Butan (n-C4H10)



58



7,74



7



Propylen (C3H6)



42



17,13



21,4



izo-Buten (izo-C4H8)



56



8,32



7,79



Buten-1 (1-C4H8)



56



7,05



6,6



Buten-2 (2-C4H8)



56



14,51



13,59



n- pentan (C5H12)



72



1,12



0,82



100



100



Hydroacbon



Tổng cộng

Giả thiết



42



- Toàn bộ lượng olefin đều phản ứng tạo thành ankylat;

-



Lượng propan, n-butan, n-pentan khơng tham gia phản ứng.



Phương trình phản ứng tạo sản phẩm chính của q trình như sau:

iso-CnH2n+2 + CmH2m→



H+



Cm+nH2(m+n)+2 + Q



Khối lượng phân tử trung bình của olefin:

% propen �Mpropen  % buten �Mbuten

% propen  % buten



(Với % buten= % isobuten + % buten1 + % buten2 = 7,79 +6,6 + 13,59 = 27,98)

Khối lượng phân tử trung bình của alkylat:

Malkyl TB



= Molefin TB + Miso-butan

= 49,93 + 58

= 107,93



Số kg sản phẩm alkylat tạo thành trong 1 giờ:

270000 �103

 33582, 09

Gal = 335 �24

(kg/h)



Số mol sản phẩm alkylat tạo thành trong một giờ:

nal = Gal: Mal = 33582,09: 107,93 = 311,147 (kmol/ h)

5.1.1. Tính lượng olefin nguyên liệu

Từ phương trình phản ứng, ta thấy cứ 1 mol olefin tham gia phản ứng với 1 mol

iso-butan thì tạo thành 1 mol sản phẩm alkylat.

Vậy ta có:

nolefin = nalkylat = 311,147 (kmol/h)

Do đó lượng olefin tham gia phản ứng trong 1 giờ là:

43



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

So sánh giữa các công nghệ sử dụng xúc tác H2SO4

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×