(TIỂU LUẬN) đồ án CHUYÊN NGÀNH đề tài sản XUẤT ETYLBENZEN

Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen Benzen và các chất đồng đẳng của nó như toluen, xylen có thể được tìm thấy trong dầuthô nhưng với một lượng rất nhỏ, do đó, nếu chỉ sử dụng các quá trìn

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Trưng

Lê Thị Thùy Trang

Lê Phúc Vĩ Hoàng Thị Phương

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2022

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Trưng

Lê Thị Thùy Trang

Lê Phúc Vĩ Hoàng Thị Phương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA DẦU KHÍ Độ c l ậ p – T ự do - H ạ nh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên SV: Nguyễn Ngọc Trưng

Lê Thị Thùy Trang

MSSV: 07PPR110037MSSV: 07PPR110033MSSV: 07PPR110041MSSV: 07PPR110023Lớp: K7-LHD

Lê Phúc VĩHoàng Thị PhươngNgành: Kỹ thuật hóa học

1 Tên Đồ án môn học: Sản xuất etylbenzen

Nhiệm vụ2

 Nội dung:

- Giới thiệu tính chất sản phẩm và quy trình sản xuất

Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

Tính cân bằng vật chất và năng lượng

Tính cân bằng nhiệt lượng

Đánh giá kinh tế và tác động đến môi trường

Kết luận

Tài liệu tham khảo

34

Ngày giao Đồ án môn học: ngày 21 tháng 10 năm 2021 Ngày hoàn thành Đồ án môn học: ngày 28 tháng 02 năm 2022

5 Họ tên Người hướng dẫn: TS Lê Thanh Thanh

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày tháng năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA DẦU KHÍ Độ c l ậ p – T ự do - H ạ nh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: Sản xuất etylbenzen

Tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Trưng, Lê Thị Thùy Trang, Lê Phúc Vĩ, Hoàng ThịPhương

Họ và tên của GVHD: TS Lê Thanh Thanh

PHIẾU CHO ĐIỂM BẢO VỆ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu

Chữ ký, họ tên của UVHĐ

LỜI CẢM ƠN

Đồ án chuyên ngành là một trong những học phần quan trọng mang tính tổng hợp cáckiến thức trong quá trình học tập, giúp sinh viên luyện tập giải quyết các nhiệm vụ tínhtoán cụ thể về công nghệ, kết cấu, các thiết bị trong ngành Kỹ thuật Hóa học Nhờ vàoviệc làm đồ án chuyên ngành, chúng em có cơ hội vận dụng những kiến thức đã đượchọc thông qua nhiều môn học vào việc giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế mộtcách tổng hợp

Để hoàn thành đồ án chuyên ngành này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thànhđến thầy Quý thầy/cô trong bộ môn Lọc – Hóa dầu đã tận tình dạy dỗ, đặc biệt là cô LêThanh Thanh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quátrình chúng em thực hiện đồ án

Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, bổ sung kiến thức trong quá trình làm đồ án, tuy nhiên kiếnthức chuyên môn và thời gian thực hiện còn hạn chế nên báo cáo đồ án này không thểtránh khỏi những thiết sót Vì vậy em rất mong nhận được những đóng góp ý kiến củacác thầy cô và các bạn, từ đó chúng em có thể bổ sung và nâng cao chất lượng đồ áncũng như kiến thức của mình

MỤC LỤC

Ờ I C ẢM ƠN .i

M Ụ C L Ụ C .i

DANH M Ụ C HÌNH V Ẽ iii

DANH M Ụ C B NG Ả BI Ể U iii

M Ở ĐẦ U 1

CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 .1 Tính ch ấ t c ủ a nguyên li ệ u và s ả n ph ẩ m .2

.1.1 Benzen .2

.1.2 Etylen 5

.1.3 Etylbenzen .7

.1.4 Các phương pháp sả n xu ấ t etylbenzen .13

.2 Hóa h c quá trình s ả n xu ấ t 20

.2.1 chếCơ và điề u ki ệ n c ủ a quá trình 20

.2.2 phCác ả n ứ ng ph ụ x ả y ra 23

.2.3 Thi ế t b ị ph ả n ứ ng Alkyl hóa 23

.2.4 L ự a ch ọ n công ngh ệ 24

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGH Ệ 25

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 .1 Các thông s ố ban đầ u .25

.2 Tính cân b ằ ng v ậ t ch ấ t 25

.2.1 Tháp s ấ y khô Benzen (hi ệ u su ấ t: 98.5%) 25

.2.2 Tháp alkyl hóa ( File excel đính kèm) 26

.2.3 Tháp chuy ể n nhóm Alkyl (hi ệ u su ấ t: 95%) 28

.2.4 Thi ế t b ị x ả nhanh (hi ệ u su ấ t: 97.5%) 29

.2.5 Thi ế t b ị r ử a khí thu h ồ i benzen (hi ệ u suấ t: 97%) 31

.2.6 Tháp chưng Benzen (hiệ u su ấ t: 92.5%) .32

.2.7 Tháp chưng Etylbenzen 33

.2.8 Tháp chưng Polyetylbenzen (hiệ u su ấ t 93.5%) 35

2

2

2

2

2

.2.9 b ằ Cân ng v ậ t ch ấ t c ủ a toàn b ộ quá trình 36

.2.10 Cân b ằ ng l ạ i v ậ t ch ấ t c ủ a quá trình 39

.3 Cân b ằ ng nhi ệt lượ ng 40

.3.1 b ằ Cân ng nhi ệ t ở tháp s ấ y Benzen 40

.3.2 b ằ Cân ng nhi ệt lượ ngtháp alkyl hóa 43

.3.4 b ằ Cân ng nhi ệt lượng tháp chưng tách Etylbenzen .46

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KIN H T Ế .48

3 3 3 3 .1 Chi phí mua thi ế t b ị (purchase cost) 48

.2 Chi phí l ắ p ráp thi ế t b ị C BM và t ổ ng v ốn đầu tư lắ p ráp thi ế t b ị C TBM 51

.3 T ổng chi phí đầu tư (total capital investment) C TCI 53

.3.1 T ổngchi đầuphí tư trự c ti ế p dài h ạ n (total ofdirect permanent investment) CDPI 54

3.3.2 T ổ ng v ố n kh ấ u hao (total depreciable capital) C TDC 55

.4 T ổ ng chi phí v ậ n hành (total production cost) C TPC 56

3 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ ẢNH HƯỞ NG C ỦA MÔI TRƯỜ NG ĐỐ I V I THI Ớ Ế T K Ế 60

4 4 4 4 4 4 .1 Phân tích an toàn 60

.1.1 T ổ ng quan 60

.1.2 Tính độ c h ạ i c ủ a hoá ch ấ t và cách phòng ch ố ng 60

.2 Phân tích ảnh hưở ng c ủa môi trườ ng 63

.2.1 thKhí ả i 63

.2.2 ố i nguyM hoá ch ấ t 64

K Ế T LU Ậ N .65

TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 67

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 C ấ u trúc phân t ử c ủ a benzen 2Hình 1 2 C ấ u trúc phân t ử c ủ a etylen 5Hình 1 3 C ấ u trúc phân t ử c ủ a etylbenzen .8Hình 1 4 Quá trình alkyl hóa s ả n xu ấ t etylenbenzen v ớ i xúc tác pha l ỏ ng c ủ a

monsanto 14Hình 1 5 Quá trình alkyl hóa s ả n xu ấ t etylbenzen v ớ i xúc tác pha l ỏ ng c ủ a Badger 16Hình 1 6 Quá trình alkyl hóa trên xúc tác Zeolite 17H

ình 1 7 Quá trình alkyl hóa pha hơi củ a Cdtech 19Hình 1 8 Các lo ạ i thi ế t b ị ph ả n ứng alkyl hóa hydrocacbon thơm vớ i xúc tác AlCl3 23

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B

ả 1.ng 1 M ộ t s ố tính ch ất đặc trưng củ a etylbenzen .9B

ả 1.ng 2 M ộ t s ố thông s ố k ỹ thu ật đánh giá chất lượ ng c ủa etylbenzen thương

ả 2.ng 3 Thành ph ần và lưu lượ ng dòng etylen .27B

ả 2.ng 4 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t cho thap alkyl hóa .28B

ả 2.ng 5 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t cho tháp chuy ể n nhóm aklyl .29B

ả 2.ng 6 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t c ủ a thi ế t b ị x ả nhanh .30B

ả 2.ng 7 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t c ủ a tháp r ử a khí thu h ồ i benzen 31B

ả 2.ng 8 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t c ủa tháp chưng benzen 32B

ả 2.ng 9 Cân b ằ ng v ậ t li ệ u c ủa tháp chưng etylbenzen 34B

ả 2.ng 10 Cân b ằ ng v ậ t ch ấ t c ủa tháp chưng polyetylbenz en 35B

ả 2.ng 11 B ả ng cân b ằ ng v ậ t ch ấ t toàn h ệ th ố ng 38B

ả 2.ng 12 B ả ngcân b ằ ng l ạ i v ậ t ch ấ t toàn h ệ th ố ng 40B

ả 2.ng 13 Nhi ệ t dung riêng c ủ a các c ấ u t ử .44B

ả 2.ng 14 Nhi ệt lượ ng c ủ a các c ấ u t ử .45B

ả 2.ng 15 B ả ng nhi ệ t dung riêng c ủ a các c ấ u t ử 46

ả 3.ng 4 Chi phí bare-module cbm c ủ a m ỗ i thi ế t b ị 52

MỞ ĐẦU

Nhân loại đang bước vào kỷ nguyên bùng nổ của khoa học và công nghệ Ngành côngnghiệp hóa dầu và các ngành công nghiệp khác đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giớicũng như tại Việt Nam, đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe của các mặt đời sống xãhội và trong công nghiệp

Trong đó, Etylbenzene là hydrocacbon thơm được ứng dụng rộng rãi trong công nghệtổng hợp hữu cơ hóa dầu Ngày nay, phần lớn etylbenzene (>99%) dùng để sản xuấtstyren monome, 50% của quá trình sản xuất benzen trên thế giới, một lượng nhỏ hơn1% được sử dụng làm dung môi cho sơn hoặc nguyên liệu sản xuất dietylbenzen Ngoài

ra để sản xuất acetophenone and etyl anthraquinone Hầu hết tất cả etylbenzene tinhkhiết được sử dụng làm polystyren để sản xuất nhựa và cao su nguyên liệu

Xuất phát từ yêu cầu thực tế ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo của nước ta đã hìnhthành nên đồ án Sản xuất Etylbenzen

Benzen hòa tan được nhiều chất như: dầu ăn, cao su, nến, iot… và nhiều dung môi hữu

chảy ở 5,5°C, sôi ở 80,1°C

1.1.1.2 Tính chất hoá học của benzen

bằng 78 g/mol Trong công thức cấu tạo của benzen, 6 nguyên tử C liên kết với nhau tạo

kết đôi

Hình 1 1 Cấu trúc phân tử của benzen

Benzen có những phản ứng hóa học đặc trưng như phản ứng cháy, phản ứng thế, phảnứng cộng Benzen vừa có phản ứng thế vừa có phản ứng cộng nhưng phản ứng cộng xảy

ra khó hơn so với C H và C H 2 4 2 2

Phản ứng cháy của benzen:

1.1.1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen

Benzen và các chất đồng đẳng của nó như toluen, xylen có thể được tìm thấy trong dầuthô nhưng với một lượng rất nhỏ, do đó, nếu chỉ sử dụng các quá trình phân tách vật lý

để thu hồi chúng từ nguồn này sẽ không đem lại hiệu quả kinh tế cao

Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzen cũng như các đồng đẳng của nó như toluen

và xylen chủ yếu là từ sản phẩm của quá trình reforming xúc tác naphtha Một nguồncung cấp BTX quan trọng khác là từ quá trình cracking xúc tác, trong đó, các phân đoạndầu thô ít có giá trị và phần cặn nặng được phân hủy trong điều kiện có xúc tác tạo thànhcác cấu tử hydrocacbon nhẹ Naphta sản phẩm có trị số octan cao nhờ các phản ứngthơm hóa xảy ra cùng với phản ứng chính cracking

Một quá trình mới khác cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng, đó

là quá trình Cyclar Nguyên liệu của quá trình này là khí dầu mỏ hóa lỏng có thành phầnchủ yếu là C3 , C4 Xúc tác cho quá trình là dạng zeolit có khả năng xúc tiến phản ứngdehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm mới hình thành để tạo nên các oligomekhông no, và tiếp tục dehydro vòng hóa các oligome này tạo thành các hydrocacbonthơm Hiệu suất benzen thu được từ quá trình này thường lớn hơn quá trình reformingxúc tác

Quá trình steam cracking naphtha chủ yếu nhằm sản xuất ra etylen, nhưng cũng là mộtnguồn cung cấp đáng kể các hydrocacbon thơm, đặc biệt là benzen có trong sản phẩmlỏng của công nghệ này Các hydrocacbon thơm này được sinh ra từ các phản ứng cộng

đóng vòng etylen mới hình thành và dehydro vòng hóa xảy ra trong quá trình steamcracking.

Hydrocacbon thơm cũng có thể thu được từ nguồn không phải dầu mỏ, thực tế, khoảng10% lượng hydrocacbon thơm tiêu thụ trên thế giới ngày nay được sản xuất từ than đá.Đây được xem là nguồn cung cấp benzen và các sản phẩm thế benzen khác chủ yếu từtrước năm 1940 Các hydrocacbon thơm hình thành thực chất là sản phẩm phụ của quátrình cốc hóa than đá ở nhiệt độ cao

1.1.1.4 Quá trình tồn chứa và vận chuyển benzen

Benzen là chất dễ bắt cháy, dễ bay hơi và có tính độc, do đó quá trình tồn trữ và vậnchuyển benzen cần phải tuần theo quy định nghiêm ngặt

Nhãn là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các con tàu chở benzen Các hãng ở Mỹnhư: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… có quy định rõ về điều này

Các quy định về cách vận chuyển và đóng tàu được cập nhật sửa đổi và ban bố hàngnăm tại CFR Các nước khác cũng có những điều luật quy định và quy trình kỹ thuậtđảm bảo an toàn khá giống so với Mỹ Mặc dù, các quy định đặc biệt phải được áp dụngcho các cơ sở sản xuất, phòng thí nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, quá trình tháo dỡhàng, vận chuyển benzen, quy định an toàn được áp dụng như với một chất lỏng hoặckhí dễ bắt cháy và độc khác

Benzen được bảo quản , tồn trữ và vận chuyển trong các thùng hoặc bể chứa bằng thép.Điều kiện thông gió thích hợp rất cần thiết trong quá trình bảo quản benzen

Do benzen có tính độc, nên những người công nhân khi phải làm việc tiếp xúc vớibenzen, thì cần phải sử dụng đồ bảo hộ để tránh benzen tiếp xúc trực tiếp lên da, hay hítphải khói có chứa benzen Trong quá trình tháo, nạp xăng cũng cần phải cẩn thận dobenzen là chất dễ bay hơi

cháy khác để dập lửa

1.1.2.2 Tính chất hoá học của etylen

nhau bằng một liên kết đôi

Trong liên kết đôi giữa C=C, có 1 liên kết kém bền Liên kết này dễ bị đứt ra trong cácphản ứng hóa học

Etylen có những phản ứng hóa học đặc trưng như phản ứng cháy, phản ứng cộng vàphản ứng trùng hợp

Phản ứng cháy của etylen:

Ở điều kiện thích hợp (nhiệt độ, áp xuất, xúc tác), các phân tử C H có thể kết hợp với2 4

nhau tạo thành phân tử có kích thước và phân tử khối lớn hơn, gọi là polyetylen

Phản ứng trên được gọi là phản ứng trùng hợp Polyetylen là chất rắn, không tan trongnước, không độc Polyetylen là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp chấtdẻo

1.1.2.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu etylen

Etylen chủ yếu được sản xuất từ quá trình cracking hơi nước (steam cracking) với nhiềunguồn nguyên liệu khác nhau: từ các hydrocacbon khác nhau như etan, propan, butan,naphta, khí hóa lỏng (LPG) và gasoil Tùy thuộc vào điều kiện của từng nước mà nguyênliệu sử dụng để sản xuất etylen là khác nhau, ví dụ, ở Mỹ do nhu cầu sử dụng naphtacho quá trình reforming xúc tác sản xuất xăng và do có nguồn khí tự nhiên dồi dào, nênetan là nguồn nguyên liệu chính được dùng cho quá trình cracking hơi sản xuất etylen(52% etylen được sản xuất từ etan, 22% từ gasoiil, 5% từ naphta, còn lại từ các nguồnnguyên liệu khác) Trong khi đó ở Nhật và Tây Âu lại sử dụng phân đoạn naphta thuđược từ quá trình chưng cất dầu thô cho mục đích này (71% etylen sản xuất từ naphta,11% từ gasoil, 11% từ LPG, còn lại từ sản phẩm cracking etan)

Các nguồn sản xuất etylen khác bao gồm: dehydrat hóa rượu etylic (Ấn Độ, Brazin,Thụy Điển, Trung Quốc), cracking các sản phẩm thu được từ quá trình khí hóa than(Nam Phi) và chuyển hóa rượu metylic (hãng UOP/Mobil – Mỹ)

1.1.2.4 Quá trình tồn chứa và vận chuyển etylen

Một lượng lớn etylen sản xuất ra được tiêu thụ tại các cơ sở có công suất nhỏ, do đó yêucầu thiết bị tồn chứa và vận chuyển nhỏ Do cấu trúc hạ tầng của các nhà máy hóa dầuphức tạp, mà tại Mỹ và Châu Âu, các hệ thống ống dẫn và các hang chứa dưới lòng đất

(pressurized underground caverns) được phát triển Các đường ống này có ưu điểm làđàn hồi và có thể cung cấp etylen liên tục Một số hệ thống đường ống sau thường được

-United States: Texas – Louisiana

Canada: Fort Saskatchewan – Sarnia

Great Britain: Grangemouth – Carrington

Sevenside – Fawley

Europe: Northwest Europe (Frankfurt – Gelsenkirchen and Brussels

Rotterdam areas) and Spain

Former Soviet: Nizhnekamsk – Salavat and Ấngk – Zima

Ở trong các đường ống, etylen thường có áp suất từ 4 – 100 MPa Nếu áp suất của etylenthấp hơn giá trị tới hạn thì nhiệt độ của nó phải duy trì ở nhiệt độ trên 4℃ để tránh etylen

bị hóa lỏng Nếu có mặt nước trong ống, hydrate có thể tạo thành ở điều kiện T<15℃, áp suất thường và có thể làm tắc đường ống, thiết bị Etylen cũng có thể vậnchuyển bằng tàu, thuyền, ôtô, và xe tải Etylen được tồn chứa ở dưới lòng đất ở điềukiện áp suất cao bằng đường ống hoặc bể chứa (10 MPa) và trong các bể chứa được làmlạnh bền ngoài Gần đây, người ta có sử dụng phương pháp nén và hóa lỏng hơi, chophép tồn chứa etylen ở dạng lỏng, giảm áp suất trong bể chứa xuống còn 7- 70 kPa

1.1.3 Etylbenzen

1.1.3.1 Tính chất vật lí của etylbenzen

Etylbenzen có công thức phân tử là: C H C H6 5 2 5.

Công thức cấu tạo:

Hình 1 3 Cấu trúc phân tử của etylbenzen.

Etylbenzen là chất lỏng dễ cháy nên phải được tồn trữ và vận chuyển trong các thùngchứa bằng thép và được kiểm soát bởi các quy định phù hợp của các cơ quan hữu quan

Là chất lỏng dễ cháy cao, nhiệt độ chớp cháy 15-20 vì vậy phải xử ký nhiệt độ môitrường xung quang, tránh xa ánh nắng mặt trời trực tiếp và các nguồn nhiệt

Etylbenzen có thể tích tụ tĩnh điện nên phải chú ý đến các biện pháp chống lại tĩnh xã(tia lữa gây nguy hiểm)

Ở điều kiện bình thường, etylbenzen là một chất lỏng trong suốt, không màu, có mùithơm đặc trưng, tương đối độc hại khi uống phải, hít thở và hấp phụ qua da, gây kíchứng nhẹ cho da và mắt

Bảng 1 1 Một số tính chất đặc trưng của etylbenzen.

đvC

⁰C

Giá trị106,168-94,949136,2

Khối lượng phân tử

Sức căng bề mặt

⁰C

m2/SmN/mg/cm3

1.1.3.2 Tính chất hóa học của etylbenzen

Phản ứng mang tính thương mại quan trọng nhất của etylbenzen là phản ứng khử để tạo

hơi nước trong phản ứng này được sử dụng như một dung môi Độ chọn lọc của phảnứng lên tới 90 – 97% mol, độ chuyển hóa là 60 70 %

Ngoài ra, còn xảy ra phản ứng phụ dealkyl hóa etylbenzen thành benzen và toluen.Một phản ứng quan trọng khác là phản ứng oxy hóa etylbezen bằng không khí tạo thành

xúc tác Tuy nhiên, hydroperoxit là một chất không bền, dễ phân hủy ở nhiệt độ cao do

đó phải tối thiểu hóa nhiệt độ để giảm tỷ lệ phân hủy Sự hình thành sản phẩm phụ sẽgiảm nếu nhiệt độ được duy trì thấp trong thời gian phản ứng Hydroperoxit sẽ phản ứng

Năm 1999, khoảng 15% lượng etylbenzen trên toàn thế giới được dùng để sản xuất đồngthời mono styren và propylen oxit

Cũng giống như toluen, etylbenen có thể tham gia phản ứng dealkyl hóa có mặt của xúctác hoặc phản ứng trong điều kiện nhiệt độ cao để tạo benzen

Ngoài ra, etylbenzen còn trải qua một số phản ứng đặc trưng khác của các hợp chấtthơm

1.1.3.3 Ứng dụng của etylbenzen

Khoảng 99% etylbenzen sử dụng trong hóa dầu để sản xuất stiren ( sản xuất loại nhựaphổ biến là polystiren), khoảng 95% etylbenzen thu được từ quá trình alkyl hóa benzen

Thêm vào xăng như một chất chống kích nổ để giảm tiếng nổ của động cơ và tăng chỉ

số octan

Được sử dụng để bơm vào lòng đất để thu hồi khí tự nhiên

Sản xuất thuốc trừ sâu, cellulose acetat, cao su tổng hợp, sơn và mực.

.1.3.4 Bảo quản và vận chuyển

Trong quá trình tồn trữ, cần tránh không để etylbenzen gần với nguồn nhiệt, nguồn cháy

và các tác nhân oxi hóa cần tránh

1.1.3.5 Chỉ tiêu kỹ thuật của etylbenzen thương phẩm

Do etylbenzen sản xuất ra được sử dụng chủ yếu để tổng hợp styren, do đó, các yêu cầu

về thông kỹ thuật được áp dụng cho etylbenzen nhằm đảm bảo etylbenzen thu được cóthể đưa vào sản xuất styren Nếu độ tinh khiết của etylbenzen không đạt yêu cầu có thểgây cản trở đến quá trình thực hiện phản ứng sản xuất styren, đó sẽ ảnh hưởng đến độtinh khiết của sản phẩm styren:

- Hợp chất chứa nguyên tử halogen làm mất hoạt tính xúc tác của phản ứng dehydro hóa

và còn có khả năng gây ăn mòn thiết bị phản ứng Thường thì các phân tử clo hữu cơ có

- Dietylbenzen nếu có mặt trong nguyên liệu etylbenzen sẽ bị dehydro hóa để tạo ra sảnphẩm là divinylbenzen Divinylbenzen sinh ra có khả năng tạo liên kết ngang giữa cácphân tử polyme làm cho chúng không thể bị hòa tan?? và làm giảm chất lượng sản phẩm,

do đó trong nguyên liệu etylbenzen người ta có quy định hàm lượng dietylbenzen phảinhỏ hơn 10 ppm thì mới được đưa vào sản xuất styren

- Các tạp chất chứa trong etylbenzen có thể gây ảnh hưởng đến độ tinh khiết của styren

là các cấu tử có khoảng nhiệt độ sôi nằm giữa nhiệt độ sôi của etylbenzen và styren:xylen, propylbenzen, và etyltoluen Hàm lượng các chất này trong etylbenzen được điềuchỉnh để đáp ứng yêu cầu về độ tinh khiết cho styren

- Một số các chỉ tiêu kỹ thuật được dùng để đánh giá chất lượng của etylbenzen thươngphẩm (cho các nhà máy sản xuất etylbenzen ở Mỹ)

Bảng 1 2 Một số thông số kỹ thuật đánh giá chất lượng của etylbenzen thương phẩm

1.1.4 Các phương pháp sản xuất etylbenzen

Hiện nay hầu hết etylbenzen sản xuất trong thương mại đều từ quá trình alkyl hóa benzen

bằng etylen Sự sản xuất etylbenzen tiêu thụ 50% lượng benzen trên thế giới Quá trìnhalkyl hóa này được tiến hành chủ yếu theo 2 phương pháp:

- Tiến hành trong pha hơi với xúc tác rắn tầng cố định

.1.4.1 Ankyl hóa pha lỏng

1

Quá trình alkyl hóa lỏng benzen với etylbenzen là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, phản ứngdiễn ra với tốc độ nhanh và sản phẩm thu được phần lớn là etylbenzen khi có khi có mặtxúc tác axit AlCl , hoặc axit khác như AlBr , FeCl , ZnCl BF Quá trình này sử dụng3 3 3 4 3

AlCl3

C H + HCl + AlCl = C H + AlCl2 5 3 2 5 4 −

C H + C H6 6 2 5+ + AlCl = C H – C H4 6 6 2 5+ – AlCl4−

C H – C H6 6 2 5 + – AlCl 4 → C H – C H + AlCl + HCl6 5 2 5 3

axit bởi quá trình pha loãng axit Quá trình này sử dụng công nghệ Monsanto





-Công nghệ Monsanto:

Điều kiện vận hành phân xưởng

Nhiệt độ t = 160 - 180℃ tương ứng với áp suất tuyệt đối p = 1.106 Pa

Điều chỉnh tỷ số ԑ = benzene/nhóm etyl =2/2,5 để hiểu suất thu sản phẩm tối đa.VVH = 2

Thu hồi nhiệt tỏa ra để sản xuất hơi nước áp suất thấp nhằm giảm nhiệt độ phản ứng,giúp cần bằng dịch chuyển theo chiều thuận.

d – Thiết bị chuyển vị alkyl;

e - Thiết bị bay hơi;

f - Thiết bị rửa khí thải;

g - Thiết bị tách lắng;

h - Hệ thống trung hòa

Công nghệ Monsanto cải tiến ưu việt hơn so với sử dụng công nghệ AlCl3 thông thường.Nhiều nhà máy đã cải tiến với công nghệ này Ưu điểm lớn nhất là giảm lượng xúc tác

yêu cầu có thể giảm đến giới hạn hòa tan Do đó loại được việc phân tách xúc tác dạngphức, đạt được hiệu suất phản ứng cao nhất Công nghệ Monsanto cũng gần tương tựcông nghệ truyền thống Công nghệ hoạt động với nồng độ etylen vào thấp Nhiệt độ

hoạt tính xúc tác, ngoài ra nhiệt của phản ứng được dùng để sản xuất hơi áp suất thấp.Khác với công nghệ truyền thống, công nghệ này thực hiện quá trình alkyl hóa và

chuyển

mạch alkyl trong thiết bị phản ứng đơn, hệ xúc tác đồng thể trong thiết bị phản ứngchuyển mạch alkyl riêng Ở nồng độ xúc tác thấp hơn, quá trình tuần hoànpolyalkybenzene kết thúc phản ứng alkyl hóa Vì vậy chỉ có benzen khô, etylen và xúctác làm nguyên liệu cho thiết bị phản ứng alkyl hóa Polyalkylbenzene tuần hoàn sẽ đượctrộn với sản phẩm của thiết bị phản ứng alkyl hóa để vào thiết bị phản ứng chuyển mạchalkyl Thiết bị này vận hành ở nhiệt độ thấp hơn so với thiết bị phản ứng alkyl hóa sơcấp Sau quá trình chuyển mạch alkyl, sản phẩm phản ứng được rửa và trung hòa để loại

 Sơ đồ công nghệ của Badger:

Hình 1 5 Quá trình alkyl hóa sản xuất etylbenzen với xúc tác pha lỏng của Badger.Trong đó:

Tháp tách và thu hồi etybenzen (EB);

Tháp tách cặn và thu hồi Polyethylbenzene (PEB)

đưa sang cột EB (5) để thu hồi sản phẩm EB Các đáy từ cột EB được đưa đến cột PEB(6), nơi các alkylbenzen có thể tái chế được thu hồi như một sản phẩm chưng cất được

sử dụng làm nhiên liệu và các hợp chất diphenyl bị loại bỏ trong dòng đáy có thể

1.1.4.2 Quá trình alkyl hóa trên xúc tác zeolite trong pha lỏng

Công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite bắt đầu được thương mại hóa từ năm 1990,nhà máy đầu tiên vận hành bởi Nippon SM của Nhật, dựa trên công nghệ của hãng ABBLummus Global and Unocal Công nghệ này sử dụng xúc tác Zeolite Y và gần đây hơn

là β Zeolite siêu ổn định Công nghệ EB trên pha lỏng, EBMax của Mobil-Badger, dựatrên xúc tác Mobil MCM-22, được đưa vào hoạt động lần đầu ở Chijba styrebe MonomerCorp, Nhật Có tất cả 12 nhà máy sử dụng công nghệ xúc tác Zeolite trong pha lỏngđược đưa vào vận hành cuối năm 1999 Mặc dù có nhiều điểm khác biệt giữa hai côngnghệ nhưng cả hai đều có ưu điểm là vốn đầu tư thấp, chất lượng sản phẩm tốt hơn sovới những công nghệ ra đời trước đó (công nghệ pha hơi của Monil-Badger)

 Sơ đồ công nghệ:

Trong đó:

Tháp tách và thu hồi etybenzen (EB);

Tháp tách cặn và thu hồi Polyethylbenzene (PEB)

Mô tả:

Benzen và etylen được kết hợp trên chất xúc tác zeolite độc quyền trong lò phản ứng cốđịnh pha lỏng Benzen nguyên chất được kết hợp với benzen tái chế và đưa đến lò phảnứng alkyl hóa (1) Nguyên liệu benzen kết hợp chảy theo chuỗi qua các luống, trong khinguyên liệu etylen nguyên chất phân bổ đều giữa các luống Phản ứng tỏa nhiệt cao vànhiệt được loại bỏ giữa các giai đoạn phản ứng bằng cách tạo ra hơi nước Benzen chưaphản ứng được thu hồi từ cột benzen (3) phía trên, và sản phẩm EB được lấy từ cột EB(4) Một lượng nhỏ polyetylbenzene (PEB) được thu hồi ở phần trên của cột PEB (5) vàđược tái chế trở lại quá trình transalkyl hóa Lò phản ứng (2) nơi nó được kết hợp vớibenzen trên chất xúc tác zeolite độc quyền thứ hai để tạo ra sản phẩm EB bổ sung Mộtlượng nhỏ dầu trợ lực được thu hồi từ đáy của cột PEB (5) và thường được đốt làm nhiênliệu Các chất xúc tác không ăn mòn và hoạt động ở điều kiện bình thường, phù hợp vớitất cả các vật liệu thép cacbon Các lò phản ứng có thể được thiết kế cho độ dài chu kỳchất xúc tác từ 2-6 năm và chất xúc tác có thể tái sinh hoàn toàn Quá trình này khôngtạo ra bất kỳ chất thải nguy hại nào

1.1.4.3 Alkyl hóa pha hơi

Alkyl hóa pha hơi được thử nghiệm từ đầu những năm 1940 nhưng không thể cạnh tranh

cho độ chọn lọc cao, độ chọn lọc cao, độ chuyển hóa cao hơn, không gây ăn mòn thiết

bị, sản sản phẩm alkyl hóa không cần tiếp tục xử lý lắng rượu kiềm và nước để loại bỏvết AlCl hoặc BF 3 3

 Sơ đồ công nghệ tiên tiến:

Hình 1 7 Quá trình alkyl hóa pha hơi của CDTECH.

Thiết bị hóa Polyethylbenzene (PEB);

Tháp tách và thu hồi etybenzen (EB);

Tháp tách cặn và thu hồi Polyethylbenzene (PEB)

Mô tả:

Bộ tách CD alkylator (1) hoạt động như một tháp chưng cất Quá trình alkyl hóa vàchưng cất xảy ra trong bộ alkyl hóa với sự có mặt của chất xúc tác zeolite được đónggói trong bao bì có cấu trúc đã được cấp bằng sáng chế Hơi etylen và benzen chưa phảnứng từ đỉnh ankyl hóa được ngưng tụ và đưa đến lò phản ứng hoàn thiện (2), nơi etylencòn lại phản ứng trên các viên catlayst zeolite Các sản phẩm đấy alkylator được vàotháp (4,5) để tách sản phẩm EB, polyethylbenzen và cặn Polyetylbenzene đượctransalkyl hóa với benzen qua các viên xúc tác zeolit trong transalkylator (3) để tạo ra

EB bổ sung Etylen có thể là loại polyme hoặc, chỉ có sự khác biệt nhỏ trong sơ đồ quy

trình, pha loãng etylen chứa ít nhất 10 mol% etylen như trong FCC offgas Lò phản ứngđược thiết kế cho thời gian hoạt động liên tục từ 3 đến 6 năm Quá trình này không tạo

ra bất kỳ chất thải nguy hại nào Nhiệt độ hoạt động thấp cho phép sử dụng thép cacboncho tất cả các thiết bị

1.1.4.4 Công nghệ sử dụng zeolite pha hỗn hợp

Công nghệ sản xuất etylbenzen trong pha hỗn hợp được đưa ra bởi CDTech, là công tyliên hợp của ABB Lummus Global và Chemical Research and Licensing Nhà máy đầutiên ra đời vào năm 1994 và tới năm 1999 ba phân xưởng đã đi vào vận hành Đặc trưngcủa công nghệ này là thiết bị phản ứng alkyl hóa chức xúc tác zeolite Khí etylen vàbenzen lỏng vào tháp chưng Do nguyên liệu vào là etylen trong pha hơi, công nghệ này

sử dụng etylen loãng sản xuất từ quá trình chưng cất của cracking hơi nước

1.1.4.5 Quá trình chưng tách từ hỗn hợp C 8

Ít hơn 1% etylbenzen được sản xuất từ quá trình này, thường kết hợp với sản xuất xylen

từ sản phẩm của quá trình reforming Dù công nghệ hấp phụ đã phát triển, chủ yếu vẫn

là công nghệ EBEX của UOP Sản xuất etylbenzen từ nguồn này tiến hành phần lớnbằng chưng cất Do quá trình chưng tách rất khó khăn, công nghệ tiến hành chưng trongkhoảng hẹp (siêu chưng phân đoạn) Công nghệ đầu tiên của hãng Cosden Oil andChemical Company ra đời năm 1957, liên kết với Badger Company Quá trình tách yêucầu 3 tháp chưng, mỗi tháp hơn 100 đĩa Nhiều nhà máy được xây dựng ở Mỹ, châu Âu

và Nhật trong năm 1960 Tuy nhiên do vốn đầu tư và giá năng lượng tăng khiến phươngpháp này không có tính cạnh tranh

1

1

1

.2 Hóa học quá trình sản xuất

.2.1 Cơ chế và điều kiện của quá trình

.2.1.1 Xúc tác

Tùy thuộc vào tác nhân alkyl hóa mà có thể sử dụng các xúc tác khác nhau Các tác nhânalkyl hóa hydrocacbon thơm sử dụng chủ yếu trong công nghiệp là các dẫn xuất clo vàolefin Rượu ít được sử dụng cho quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm vì có khả năngalkyl hóa kém hơn

Khi tác nhân là các dẫn xuất clo: xúc tác hữu hiệu nhất là các acid phi proton, phổ biến

gồm hai pha: phức xúc tác và lớp hydrocacbon

H PO trên chất mang, aluminosilicat, zeolit 3 4

độ thấp, nó xúc tác cho quá tình polyme hóa, tạo thành các alkyl sunfat, dễ phân hủy bởi

 Khi xúc tác là aluminosilicat, zeolit: quá trình ở pha lỏng hoặc pha khí

T = 200 ÷ 400℃

P = 2 ÷ 6 Mpa

có màu sậm Chất lỏng này mặc dù không tan trong hydrocacbon nhưng có hoạt tính rất

tử này nằm ở trạng thái cấu trúc đặc biệt mang điện tích dương (phức σ) còn các phân

tử còn lại hình thành lớp solvat Nhằm đạt được vận tốc alkyl hóa cao ngay từ thời điểmbắt đầu phản ứng, phức này thường được chuẩn bị trước rồi sau đó đưa vào hệ phản ứng

1.2.1.2 Cơ chế phản ứng

- Khi tác nhân là dẫn xuất clo RCl:

Xúc tác AlCl3 sẽ hoạt hóa Cl tạo ra phức phân cực mạnh (phức σ) và hình thànhcacbocation

- Khi tác nhân là olefin:

CH = CH + HCl + AlCl 2 2 3↔ CH -CH + + AlCl3 2 4

Trong trường hợp này cấu tạo của nhóm alkyl trong sản phẩm được xác định theo

nguyên tắc về sự tạo thành cacbocation bền vững nhất ở giai đoạn trung gian (bận III >bậc II > bậc I)

- Khi tác nhân là olefin: xúc tác dị thể

Zeol- O-H+ + CH = CH → CH – CH + + Zeol-O

Phân hủy các nhóm alkyl.

Polyme hóa olefin

Cracking

Phản ứng oligome hóa

1.2.3 Thiết bị phản ứng Alkyl hóa

a Thiết bị ống chùm

b Hệ thiết bị nối tiếp

c Thiết bị dạng ống

1.2.4 Lựa chọn công nghệ

Qua việc so sánh đánh giá các công nghệ, chúng em nhận thấy công nghệ Monsanto sản

nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó phải kể đến:

-Xúc tác có hoạt tính cao Độ ổn định của xúc tác cao

Do độ chọn lọc của xúc tác cao Lượng sản phẩm phụ sinh ra ít, sản phẩm etylbenzenthu được có độ tinh khiết cao 99.9%

-Năng suất cao, giảm giá thành sản xuất

Vốn đầu tư và giá thành chế tạo thiết bị thấp do các thiết bị trong khối phản ứng làm

từ vật liệu thép cacbon, không cần dùng hợp kim đặc biệt và phủ trên bề mặt

Từ đó chúng em lựa chọn công nghệ Monsanto để thiết kế dây chuyền sản xuấtetylbenzen

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

2.1 Các thông số ban đầu

Năng suất: 9500 tấn/năm

Nhà máy vận hành 350ngày/ năm

- Hiệu suất các quá trình:

2.2.1 Tháp sấy khô Benzen (hiệu suất: 98.5%)

Giả sử dòng nguyên liệu Benzen vào tháp sấy khô với lưu lượng 1000 kg/h, có độ tinhkhiết 93% và còn lại 7% tạp chất gồm thiophen và nước

Bảng 2 1 Thành phần và lưu lượng dòng vào tháp sấy khô Benzen

Nguyên liệu

Benzen

Toluen

Thành phần93%

Lưu lượng(kg/h)930

404%

Dòng nguyên liệu được cho vào tháp sấy khô để loại bỏ nước với hiệu suất tháp sấy khô

ĐáyCấu tử

39.40.6

29.5544.1

1000

2.2.2 Tháp alkyl hóa ( File excel đính kèm)

Giả sử dòng nguyên liệu Etylen có lưu lượng 400 (kg/h) và thành phần: 60% là Etylen,0% là Etan

4

Bảng 2 3 Thành phần và lưu lượng dòng Etylen.

C2H4

C2H6

240160

8.575.33

Từ bảng tính toán số liệu nhóm em chọn độ chuyển hóa là 94% vì qua bảng số liệu chothấy từ độ chuyển hóa 94% lên gần bằng 99% trong khoảng thời gian hơn 1 giấy nhưnglượng sản phẩm phụ khoảng 15% khối lượng sản phẩm chính của chúng ta Nên nhóm

Lưu lượng Benzen đã phản ứng: mC6H6 pư = 8.313×78 = 648.414 (kg/h)

(kg/h)

Bảng 2 4 Cân bằng vật chất cho tháp Alkyl hóa

VàoLưu lượng (Kg/h)

RaCấu tử

916.0539.40.452401601