tìm hiểu về hai công nghệ methanol to olefins của 2 hãng UOP và lurgi

tìm hiểu về hai công nghệ methanol to olefins của 2 hãng UOP và lurgi

MỤC LỤC

I.Giới thiệu chung về olefin: 2 1.Methanol : 3

2 Xúc tác : Năm 1975 Hãng dầu Mobil tiết lộ sử dụng xúc tác Zeolites ZSM-5 có thể chuyển hóa thành xăng 4 III.Công nghệ Methanol to olefin 6 2.Công nghệ MTO của hãng UOP 7 III.Mô phỏng công nghệ MTO của hãng UOP Bài này dùng hệ nhiệt động : UNIQUAC- PR, PR Bốn tháp chưng và điều kiện công nghệ em dùng hysys tính 8

IV Kết Luận: -Qua tìm hiểu về hai công nghệ Methanol to Olefins của 2 hãng UOP và Lurgi ta thấy: 19

I.Giới thiệu chung về olefin:

Olefin(anken) là các hợp chất hydrocacbon có chứa liên kết đôi C=C và dãy đồng đẳng có công thức chung là CnH2n(n 2).Là thành phần chủ yếu trong sản phẩm của quá trình cracking nhiệt khí tự nhiên và khí đồng hành.Các olefin thấp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như tổng hợp polymer,nhựa và các sản phẩm hóa dầu khác…

Ở điều kiện thường,các olefin thấp từ etylen đến buten là các chất khí,tỷ trọng của chúng nằm trong khoảng từ 0.63 đến 0.79 g/cm3.Chúng gần như không hòa tan trong nước ,hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ,ví dụ như rượu,ete và các hydrocacbon thơm

II.Nguyên Liệu xúc tác:

1.Methanol :

+Methanol từ lấy từ khí tổng hợp (CO2 +H2)

Methanol

Khí tổng hợp

Khí gas thiên

nhiên

Khí đồng

2 Xúc tác :

Năm 1975 Hãng dầu Mobil tiết lộ sử dụng xúc tác Zeolites ZSM-5 có thể chuyển hóa thành xăng

-H2O

2 CH3OH CH3-O-CH3

-H2O

Isoparaffins

Aromatic C2 - C5 olefins

C6 + Olefins

Sau đó ,Nghiên cứu ra xúc tác SAPO-34 kích thước lỗ 3,8Ao,bề mặt riêng lớn700m2/g.Xúc tác SAPO-34 được 2 hãng UOP và Lurgi sử dụng trong công nghê MTO, với ưu điểm vượt trội

Small Pore Weak Acid Sites Strong Acid Sites Medium Pore

H

O )

Si/Al-O ( 3Si Al (O-Si)3

H O

(Al-O)3Si Al(O-P)3

Đây là bảng số xúc tác ảnh hưởng đến đầu ra của tỉ lệ sản phẩm

Material

T atom %

SAPO-34 10% Si (gel)

SSZ-13 (Chabazite) 18% Al

SSZ-13 (Chabazite) 10% Al

SSZ-13 ( Chabazite ) 3.3% Al Selectivities (2 hr)

C2-C4 olefins

CH4

C2H6

C3H8

96 1.4 0.3 0.9

69 3.9 5.4 18.9

Stability

hr at >50%

Coking

carbon on

used catalyst

HOS

19.3% after 18 HOS

15.0% after 18 HOS

Cơ chế xúc tác:

2CHOH3 →C2H4 + 2H2O

3CHOH3 →C3H 6 + 3H2O

III.Công nghệ Methanol to olefin

1.Công nghệ của Hãng Lugri

+ Nguyên liệu Metanol được đưa vào thiết bị phản ứng chuyển hóa một phần chuyển hóa thành dimetylete.Sau đó hỗn hợp qua hai thiết bị phản ứng với phản ứng kiểu tầng sôiở 420 - 490oC, áp suất 1,3 - 1,6 bar thiết bị phản ứng kiểu tầng sôi chuyển hóa tạo thành các olefins:

CH3OH CH3OCH3 + H20 + CH3OH C2 đến C4 (olefin ) + H20

Và 1 thiết bị tái sinh xúc tác để bổ sung xúc tác cho 2 thiết bị

+ Hỗn hợp sản phẩm từ đáy thiết bị đi ra qua tháp tách 2 pha Olefins được đi lên và nén áp suất nhất định được đưa vào 3 tháp tách để tách sản phẩm.Một phần olefin được tuần hoàn trở lại

+Phần chất lỏng được đem đi chưng sau đó tách được methanol và được gia nhiệt hồi lưu về thiết bị phản ứng

+Khí olefin được đưa qua 3 tháp tách thu được ,etylen,Propylen,LPG,Gasoline

2.Công nghệ MTO của hãng UOP

Metanol thô được đưa vào dưới cùng của một lò phản ứng tầng sôi ở 350 - 550oC,

áp suất 1 - 3 bar, metanol khử nước để tạo thành DME ,sau đó khử nước hơn nữa để tạo thành olefin

CH3OH CH3OCH3 + H20 C2 đến C4 (olefins ) + H20

Thiết bị tái sinh xúc tác dùng để tái sinh xúc tác bổ sung cho thiết bị phản ứng 1

Không khí được đưa vào đốt xúc tác loại bỏ cốc trên xúc tác để tái sinh xúc tác, Khí

Offgas

Air

Product

MeOH

thải gồm N2 + CO2 được bay ra thải môi trường

Sau đó được làm lạnh qua thiết bị tách để loại bỏ nước Rồi qua thiết bị tách CO2 Hỗn hợp olefin qua thiết bị 5 tách vết nước Sau đó được nén và làm lạnh sâu qua thiết

bị 6 tách,đỉnh tháp hỗn hợp C2H4 và CH4 được trao đổi nhiệt ngược chiều với dòng sản phẩm thiết bị 7 rồi đi vào thiết bị 7 để hyrohóa axetylen.Sau đó đi vào tháp 8 để tách CH4 ở đỉnh và C2H4 ở đáy tháp Hỗn hợp C3+ ở đáy tháp 6 được qua tháp 9 để tách C3H6 ở đỉnh và C4+ ở đáy tháp 9

III.Mô phỏng công nghệ MTO của hãng UOP

Bài này dùng hệ nhiệt động : UNIQUAC- PR, PR

Bốn tháp chưng và điều kiện công nghệ em dùng hysys tính

Dòng nguyên liệu vào có thành phần

Methanol: 0,9

Nước: 0,1

Lưu lương dòng : 5200 kgmole/h

Ở áp suất 1 bar, nhiệt độ 25o C

Được trao đổi nhiệt với sản phẩm đi ra ở trên tháp theo nguyên lý ngược chiều

Dòng nguyên liệu vào ở nhiệt độ 500oC với áp suất 100 KPa vào thiết bị phản ứng đoạn nhiệt ở 500oC

Dòng sản phẩm Shell có thành phần :

Dòng Shell qua thiết bị tách 2 pha

Sau đó dòng Olefin có thành phần như sau :

Dòng olefin qua Tháp hấp thụ, ở đây có thể dùng dung dịch kiềm thế tách CO2

Loại bỏ được CO2 ,dòng olefin Vap đi ra phía trên tháp hấp thụ, có thành phần :

Tiếp tục đi vào Tháp hấp thụ để loại bỏ triệt để H2O, mục đích để làm lạnh sâu để tách khí sau này

Bài này dùng thêm 1 tháp hấp thụ tách dimetyl ete Để tháp chưng tính bằng hệ nhiệt động PR

Sau đó khí được máy nén lên với áp suất 2,6 MPa

Sau đó được trao đổi với dòng sản phẩm đỉnh đi trên tháp đi Dòng E-102 out đi vào tháp ở nhiệt độ -10oC.Tháp gồm 48 đĩa

Sau đó dòng C2- được trao đổi nhiệt ngược chiềuvới dòng sản phẩm vào rồi đi vào tháp hydrohóa axetylen

Sau đó dòng được đi nén lên áp suất 3,2 Mpa.Và được làm lạnh sâu xuống -100o C

đi vào 2 tháp chưng với số đĩa 24.Dùng công cụ Logic Balane và Adjust để tính điểm sương để làm lạnh sâu:

Dùng 2 tháp chưng để tách metan với etylen

Sản phẩm Etylen ra khỏi đáy 2 tháp được trộn lại với nồng độ 0.9758,ở nhiệt độ -13,29oC, áp suất 3,2 MPa, lưu lượng 886,7 kgmole/h

Còn dòng C3+ được qua van tiết lưu giảm áp xuống 1,5 MPa đi vào tháp chưng để tách Propylene,có 35 đĩa

Dòng C3H6 nồng độ sản phẩm đỉnh là 0.9758, ở nhiệt độ 32,97oC áp suất 1,45MPa, lưu lượng 528,3kgmole/h

Sơ đồ toàn bộ quá trình công nghệ :

IV Kết Luận:

-Qua tìm hiểu về hai công nghệ Methanol to Olefins của 2 hãng UOP và Lurgi ta thấy:

Công nghệ UOP ít phải sử thêm phản ứng, độ chuyển hóa cao x=0,99 hơn công nghệ của hãng Lurgi

Công nghệ của hãng Lurgi cho sản phẩm tỉ lệ propylene/etylene cao hơn hãng UOP

Tài liệu tham khảo:

PGS-TS Phạm Thanh Huyền –Nguyễn Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006

Nguyễn Thi Minh Hiền, Hysys trong mô phỏng công nghệ hóa học, NXB Khoa học

và kỹ thuật, Hà Nội, 2010

Tài liệu: http://congnghedaukhi.com/cndk-News-36.html

Tài liệu công ty UOP:

http://www.fhi-berlin.mpg.de/acnew/department/pages/teaching/pages/teaching wintersemester 20 07_2008/bare_mto_301107.pdf

Tài liệu công ty Lurgi:

http://www.chem-biol-eng.northwestern.edu/docs/Methanol-to-Olefins-Class-Presentation_v2.pdf

http://www.fnr-server.de/cms35/fileadmin/allgemein/images/veranstaltungen/Neue_Biokraftstoffe201 0/Wurzel.pdf