Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân

Etylen là chất có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong công nghiệp hóa học, etylen được dùng làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Qua các thời kì phát triển đã có nhiều công nghệ sản xuất etylen được áp dụng với nhiều nguyên liệu khác nhau và với mục đích khác nhau tùy thuộc vào điều kiện của nhà máy. Tuy nhiên hiện nay, phương pháp nhiệt phân là hay dung hơn cả vì cho hiệu suất cao, ít tốn nguyên liệu, ít tạo cốc trên bề mặt của thiết bị… Công nghệ sản xuất etylen từ dầu khí chủ yếu là khí thiên nhiên đã được biết từ lâu, đây là nguồn nguyên liệu sẵn có. Công nghệ này có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường và rất hợp cho xu thế hiện nay. Etylen được sản xuất bằng cacking hơi nước từ các hợp chất hydrocacbon bao gồm: etan, propan, butan, Naphtan, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và dầu gasoil…. Trong đề tài này, em tìm hiểu rõ hơn về “Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân”.

M c L c ục Lục ục Lục

DANH MỤC HÌNH 2

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 6

LỜI CẢM ƠN 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ETYLEN 9

1.1Tính chất của etylen 9

1.2 Sử dụng Etylen 10

1.2.1.Nhu cầu etylen tiêu thụ 10

1.2.2 Ứng dụng của etylen 12

1.3 Nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất etylen 13

CHƯƠNG 2: QÚA TRÌNH CRACKING HYDROCACBON SẢN XUẤT ETYLEN 16

2.1 Giới thiệu về quá trình cracking 16

2.2 Lịch sử phát triển của quá trình cracking 17

2.3 Cơ chế phản ứng của quá trình steam cracking sản xuất etylen 18

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cracking sản xuất etylen 21

2.5 Công nghệ steam cracking 26

CHƯƠNG 3.GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ETYLEN

HIỆN NAY 38

3.1 Sơ đồ công nghệ của hãng ABB Lummus Global 38

3.2 Sơ đồ công nghệ của hãng Stone & Webster Engineering Corp 40

3.3 Sơ đồ công nghệ của hãng TECHNIP, TECHNIPETROL 43

3.4 Sơ đồ công nghệ của hãng M.W.Kellogg 46

3.5 Nhận xét về các sơ đồ công nghệ 49

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH M C HÌNH ỤC HÌNH

4 Hình 1.4 Lượng etylen thế giới hằng năm tiêu thụ từ

8 Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu tới hiệu

suất tạo thành etylen trong phản ứng crackingnaphta

olefin khác ngoài etylen

DANH MỤC BẢNG ST

5 Bảng 2.2 Tỉ lệ hơi nước phụ thuộc vào nguyên liệu khác nhau

(khối lượng phân tử của hydrocacbon)

26

7 Bảng 2.4 So sánh hiệu suất lò Millisecond với lò thông

11 Bảng 3.3 Công nghệ sản xuất etylen (năng suất 500.000 tấn/

năm) với các nguồn nguyên liệu khác nhau

48

DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T ỤC HÌNH ỆU VIẾT TẮT ẾT TẮT ẮT

BTX: benzene, toluene, xylen

PQE: thiết bị đôi đơn giản

STR: thời gian lưu ngắn

SHP: dòng hơi áp suất cao

USC: hệ thống cracking siêu chọn lọc

ARS: hệ thống thu hồi cao cấp

TLX: thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp loại ống

CFG: khí sản phẩm cracking

L I C M N ỜI CẢM ƠN ẢM ƠN ƠN

Đồ án tốt nghiệp là bài luận cuối cùng của một sinh viên trước khi rời khỏi trường đại học Để hoàn thành đồ án, sinh viên cần phải áp dụng tất cả các kiến thức và hiểu biết mà mình đã tích lũy được trong suốt những năm học ở trường Chính vì vậy những kiến thức

mà em đã nhận được từ các thầy cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa Chất là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Dầu Khí nói chung và các thầy cô trong bộ môn Lọc – Hóa dầu nói riêng đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm vừa qua và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Ts.Tống Thị Thanh Hương, cô là người đã giúp em đến với hướng nghiên cứu này, đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đồ án

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình, những người luôn là chỗ dựa vững chắc và luôn ủng hộ em trong mọi việc

Sinh viên thực hiện

Công nghệ sản xuất etylen từ dầu khí chủ yếu là khí thiên nhiên đã được biết từ lâu, đây

là nguồn nguyên liệu sẵn có Công nghệ này có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường và rất hợp cho xu thế hiện nay Etylen được sản xuất bằng cacking hơi nước từ các hợp chất hydrocacbon bao gồm: etan, propan, butan, Naphtan, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và dầu gasoil…

Trong đề tài này, em tìm hiểu rõ hơn về “Quá trình sản xuất etylen bằng phương pháp

nhiệt phân”

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ETYLEN

1.1Tính ch t c a etylen ất của etylen ủa etylen

Êtylen là chất khí không màu; ts = - 103,7°C; nhiệt độ tự bốc cháy 540°C (trong không khí) Ít tan trong nước, etanol; tan nhiều trong ete Có trong khí đốt (3 - 5%), trong khí chế biến dầu mỏ (đến 20%) Có khả năng phản ứng cao, là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ quan trọng như etyl clorua, etanol, etylen oxit, polyetylen, PVC Trong phân tử etylen có một liên kết đôi kém bền, dễ bị đứt ra trong các phản ứng hóa học, vì vậy các phân

tử etylen có thể tham gia nhiều phản ứng cộng và liên kết với nhau tạo ra phân tử có kích thước và khối lượng rất lớn gọi là polyetylen Giống như đa số các khí hữu cơ khác, etylen khi cháy tạo ra nước và cacbon điôxít Ở một số loài cây Etylen được sinh ra khi cây rụng

lá, ngập úng hay cây gặp một số điều kiện bất lợi khác Etylen có tác dụng thúc quả chín và rụng

Hình 1.1.Phân tử etylen

Giới hạn nổ trong không khí tại 0,1 Mpa, 200C (%TT)Giới hạn

dưới

Giới hạn trên

1.2 Sử dụng Etylen

1.2.1.Nhu cầu etylen tiêu thụ

Nhu cầu etylen của thế giới là rất lớn, nó tăng hằng năm, khu vực càng phát triển càng cónhu cầu etylen lớn hình 1.2, 1.3, 1.4

Hình 1.2 Lượng etylen tiêu thụ theo các vùng miền [6]

Hình 1.3 Lượng etylen thế giới tiêu thụ năm 2008 [6]

Từ biểu đồ cho ta thấy, nhu cầu etylen tăng lên đáng kể trong 10 năm (từ 1995 đến 2005),tập trung ở những khu vực phát triển và đang phát triển Điều này thúc đẩy công nghệ sản xuất etylen ngày càng phải phát triển để đáp ứng được nhu cầu etylen của thế giới

Hình 1.4 Lượng etylen thế giới hằng năm tiêu thụ từ 2007-2012 [6]

Trong những năm gần đây, nhu cầu etylen tăng khoảng 5-10% mỗi năm

1.2.2 Ứng dụng của etylen

Etylen là một hợp chất hữu cơ cơ bản, được ứng dụng để sản xuất các hợp chất trung giankhác phục vụ cho nhu cầu của con người với những đặc tính sau, etylen đã trở thành chất

sử dụng nhiều nhất trong ngành tổng hợp hữu cơ và hóa dầu:

- Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao

- Tương đối rẽ tiền

- Dễ sản xuất từ hydrocacbon khác bằng quá trình steam cracking với hiệu suất cao

- Các phản ứng đi từ nguyên liệu etylen tạo thành ít sản phẩm phụ hơn so với các phản ứng đi từ các olefin khác

Sơ đồ hình (1.5) mô tả các ứng dụng của etylen trong công nghiệp

1.3 Nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất etylen

Nguyên liệu chủ yếu sử dụng để sản xuất etylen là: etan, propan, butan (rất ít dung), naphta, gasoil Ngoài ra còn đi từ etanol, cracking các sản phẩm thu được từ quá trình khí hóa than và chuyển hóa metanol (hãng UOP/Mobil-Mỹ) Hiện nay Singapore còn đang phát triển công nghệ sản xuất etylen từ dầu thô

- Các parafin nhẹ (etan, propan, butan )

Parafin C2-C4 là các khí không màu, không mùi, là chất có nhiệt độ sôi thấp nhiệt tỏa ra khi đốt cháy các parafin này rất lớn từ 1009 đến 3253 BTU/ft3 [8]

Các parafin không tan trong nước, khó tan trong các chất lỏng, dung môi có cực, ví dụ rượu thấp, xeton, anđehit Chúng dễ bị hấp thụ bởi một số hydrocacbon và hấp phụ bởi các chất hấp phụ rắn Các parafin thấp tạo hỗn hợp nổ với không khí trong các khoảng nồng độ khác nhau tùy thuộc vào bản chất hydrocacbon

Bảng 1.2 Một số tính chất kỹ thuật của các parafin từ C 2 -C 4 [8].

sôi

Nhiệt độ tới hạn ( 0 C)

Giới hạn nổ không khí

Nhiệt cháy (BTU/ft 3 )

Naphta có khối lượng phân tử là 100-215g/mol Khối lượng riêng từ 750 đến 785kg/m3

và điểm sôi là 160-2200C Naphta là chất không màu và không phản ứng với chất oxy hóa mạnh

Lựa chọn nguyên liệu cracking

Để thu được nồng độ etylen cao, người ta sử dụng nguyên liệu là etan Còn sử dụng nguyên liệu cracking khác như propan, butan Naphta, gasoil khi các olefin C3 cũng cần choquá trình khác Hơn nữa cracking etan để sản xuất etylen nó hạn chế được hiện tượng tạo cốc hơn là các nguyên liệu khác Nguyên liệu càng nặng thì khả năng tạo cốc càng cao Vì vậy tùy theo mục đích mà người ta lựa chọn nguyên liệu

Tuy nhiên ngoài yếu tố trên, nó còn phụ thuộc cả vào nguồn nguyên liệu sẵn có ở nhà máy mà người ta lựa chọn nguyên liệu Ví dụ: ở Nhật, do các mỏ khí không có nên người ta sản xuất etylen từ nguyên liệu naphta

CHƯƠNG 2: QÚA TRÌNH CRACKING HYDROCACBON SẢN XUẤT ETYLEN

2.1 Giới thiệu về quá trình cracking

"Cracking" là quá trình phân cắt liên kết cacbon-cacbon của các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn, có thể thực hiện bằng các phương pháp nhiệt hay sử dụng chất xúc tác.Trong công nghệ dầu mỏ, quá trình này được ứng dụng để biến đổi các phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ có giá trị kinh tế lớn hơn, có nhu cầu sử dụng lớn hơn Đây là quá trình chủ yếu để sản xuất xăng, một quá trình không thể thiếu trong bất cứ nhà máy lọc dầunào Đồng thời, ngoài mục đích nhận xăng, người ta còn nhận được cả nguyên liệu có chất lượng cao cho tổng hợp hóa dầu

Có ba kiểu cracking cơ bản: Cracking nhiệt, cracking xúc tác và hydrocracking

Cracking nhiệt thực hiện ở nhiệt độ cao, trên 5500C, xuất hiện ở quy mô công nghiệp lần đầu tiên vào năm 1912 đã góp phần rất quan trọng trong việc thỏa mãn nhu cầu xăng cho đến đầu thập kỉ ba mươi Vì hiệu suất tạo xăng thấp, cho xăng chất lượng thấp, ngày nay người ta không dùng cracking nhiệt để sản xuất xăng nữa mà chỉ sử dụng những biến tướng của cracking nhiệt như cracking hơi nước, cracking giảm độ nhớt

Cracking xúc tác xảy ra ở nhiệt độ có phần thấp hơn trong sự có mặt của chất xúc tác axitđược thực hiện lần đầu tiên vào năm 1936 Cracking xúc tác cho hiệu suất tạo xăng cao, xăng tạo ra có trị số ốc tan cao, nên cracking xúc tác là phương pháp cracking chủ yếu hiện nay

Hydrocracking xảy ra trên xúc tác ra trên chất xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn trong sự có mặt của một lượng khí H2 với áp suất riêng phần lớn hơn được dùng để sản xuất xăng và dầu diesel Hydrocracking có ưu điểm là tạo các sản phẩm bền hơn vì chứa ít hợp chất đói, nhưng có nhược điểm là phải thực hiện ở áp suất cao, cho nên phạm vi ứng dụng chưa lớn.Quá trình cracking hơi nước là quá trình nhiệt phân các hydrocacbon no từ khí tự nhiên

và các phân đoạn dầu mỏ với sự có mặt của hơi nước Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình cracking hơi bao gồm: đehydro hóa, nhiệt phân, đehydro vòng hóa và dealkyl hóa [8]

2.2 Lịch sử phát triển của quá trình cracking

Ngay từ năm 1919-1920 Viện sĩ H.D.Zelihekuu (Liên Xô cũ) [7] đã nghiên cứu xúc tác AlCl3 trên sơ đồ thí nghiệm để nhận xăng và chỉ cho phép tiến hành ở điều kiện cracking xúc tác ở nhiệt độ 200 -3000C Loại xúc tác này bị mất mát nhiều do tạo phức hydrocacbon khả năng tiếp xúc giữa nguyên liệu với xúc tác kém, phản ứng xảy ra ở tốc

độ chậm, sản phẩm không đạt yêu cầu Chính các hạn chế này dẫn đến không đảm bảo hiệu quả kinh tế nên không áp dụng vào quy mô công nghiệp

Năm 1928 Viện sĩ F Gudry[7] đã nghiên cứu sử dụng đất sét tự nhiên đã qua xử lý sơ

bộ bằng axit làm xúc tác cho quá trình cracking với nguyên liệu phân đoạn nặng để nhận phân đoạn xăng Đến năm 1930 xúc tác này được áp dụng vào quy mô công nghiệp nhưng kết qủa xúc tác này cho thấy hoạt tính của nó thấp

Vào những năm 1950 đã nghiên cứu sử dụng aluminosilicat tổng hợp trong công nghiệp

có thành phần hoá học: SiO2–Al2O3–H2O với tỷ lệ SiO2 75- 90%; Al2O3 10-24%, loại xúc tác này đã được sử dụng rộng rãi trong một thời gian dài, được công nhận là xúc tác có độ hoạt tính và độ chọn lọc cao

Đến những năm 1960 đã nghiên cứu và chế tạo loại xúc tác zeolit và

aluminosilicat chứa zeolit ở Mỹ năm 1972 đã sử dụng 80% xúc tác chứa zeolit trong quá trình cracking Việc đưa zeolit vào chất xúc tác cho quá trình FCC từ năm 1962 là một bước nhảy vọt trong tiến trình phát triển của lĩnh vực xúc tác cracking Các zeolit lần lượtthử nghiệm là zeolit A, zeolit X , zeolitY Trong số đó, zeolit Y được dùng cho đến bây giờ

và là thành phần chính chưa thể thay thế trong hầu hết các xúc tác cracking công nghiệp Xúc tác chứa zeolit có nhiều ưu điểm nổi bật so với các họ xúc tác đã có trước đó Chúng

có hoạt tính cao, thời gian sử dụng dài, độ bền nhiệt và thuỷ nhiệt tốt, hiệu suất tạo xăng cao, tạo khí và cốc thấp…

Hiện nay, xúc tác cracking chứa zeolit vẫn đang được nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm mục đích làm rõ bản chất xúc tác và lý giải từng hợp phần trong xúc tác.Các cải tiến đang được thực hiện mạnh mẽ xúc tác FCC theo các hướng làm tăng hoạt tính, độ chọn lọc sản phẩm mong muốn, tăng độ bền cơ, bền xúc tác, bền nhiệt và thuỷ

nhiệt, tăng khả năng chống ngộ độc xúc tác với những hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, các kim loại nặng (Ni, V), chọn tỷ lệ thích hợp giữa các hợp phần xúc tác và tối ứu hoá quy trình điều chế, giảm giá thành sản phẩm

2.3 Cơ chế phản ứng của quá trình steam cracking sản xuất etylen

Quá trình sản xuất etylen sử dụng cracking nhiệt

Sự chuyển hoá hoá học của nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt là quá trình rất phức tạp Quá trình xảy ra theo cơ chế gốc tự do Cracking nhiệt tạo ra một lượng lớn etylen, sản phẩm thu được ít nhánh, không nhiều phản ứng đồng phân hóa, khó thu được sản phẩm vòng, rất có lợi cho quá trình sản xuất etylen

 Hóa lý của quá trình nhiệt phân hydrocacbon no [8]

 Nhiệt động học của quá trình

 Đặc trưng động học

Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình nhiệt phân được trình bày trong hình (2.1) Phản ứng đầu tiên xảy ra trong quá trình là phản ứng cracking phân đoạn nặng có chứa chủ

phản ứng cracking sơ cấp Phản ứng cracking thứ cấp (phản ứng II và III) sẽ tạo thành các sản phẩm nhẹ giàu olefin, thành phần và hiệu suất của các olefin phụ thuộc vào điều kiện phản ứng.

Các dẫn xuất của axetylen và các điolefin được tạo thành do phản ứng đehydro hóa trực tiếp các olefin tạo ra từ phản ứng cracking (phản ứng IV) Đây là các sản phẩm phụ không mong muốn, các điolefin có thể tham gia các phản ứng vòng hóa (phản ứng V) để tạo thành các sản phẩm nặng

Các hợp chất mới được tạo thành từ quá trình vòng hóa này có thể tiếp tục tham gia vào phản ứng dehydro hóa (phản ứng VI) tạo thành hydrocacbon thơm, đặc biệt là benzene Đây

là các tiền chất tạo thành các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng và cốc (phản ứng hình 2.1)

VII-Tốc độ phản ứng cracking lớn ở nhiệt độ trên 7000C Phản ứng dehydro hóa chỉ xảy ra mạnh ở nhiệt độ 800-8500C Quá trình tạo thành các hydrocacbon thơm đa vòng và cốc là các phản ứng nối tiếp chuyển hóa các olefin và benzene tạo thành, xảy ra mạnh ở nhiệt độ 900-10000C Do vậy thời gian lưu dài và nhiệt độ cao sẽ làm tăng cường các phản ứng tạo thành các hợp chất hydrocacbon nặng trong quá trình sản xuất olefin bằng phản ứng

cracking

Hình 2.1 Các phản ứng chính trong quá trình nhiệt phân [8]

Hình 2.2 Sự hình thành hydrocacbon thơm và cốc – sản phẩm phụ của quá trình nhiệt

phân [8]

Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc rất phức tạp Quá trình khơi mào xảy ra do quá trình cắt liên kết C-C tạo thành gốc tự do Ví dụ phản ứng nhiệt phân etylen xảy ra như sau:Khơi mào: H3C CH3 CH3 + CH3

CH2 CH2 CH2

Do vậy khi quá trình cắt mạch xảy ra có thể tạo thành gốc ngắn hơn và propylene:

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cracking sản xuất etylen

Có 4 yếu tố ảnh hưởng quan trọng tới quá trình steam cracking sản xuất etylen: nhiệt độ phản ứng, thời gian lưu, tỉ lệ steam/hydrocacbon và nguyên liệu ban đầu

Phản ứng cracking hơi nước thu nhiệt mạnh Tăng nhiệt độ thuận lợi cho sự tạo thành olefin, olefin cao phân tử, aromatic Nhiệt độ tối ưu thường được chọn để tạo ra lượng lớn nhất sản phẩm olefin và nhỏ nhất cặn cacbon

Nhiệt đô phản ứng là một hàm của nguyên liệu sử dụng Hydrocacbon cao phân tử

thường phân cắt ở nhiệt độ thấp hơn hợp chất có phân tử lượng nhỏ hơn Ví dụ: nhiệt độ đầu

ra của cracking etan là xấp xỉ 8000C trong khi đó nhiệt độ để cracking naphtha hoặc gas oil

là khoảng 675-700oC

Bảng 2.1 Tỉ lệ phân bố sản phẩm [8]

 Thời gian lưu

Trong quá trình cracking hơi nước, olefin được tạo thành là các sản phẩm chính

Aromatic và hợp chất hydrocacbon cao phân tử là phản ứng thứ cấp của phản ứng tạo thànholefin Do đó thời gian lưu ngắn cho sản lượng olefin cao hơn Khi etan và khí hydrocacbon nhẹ được sử dụng làm nguyên liệu, thời gian lưu ngắn sẽ cho lượng sản phẩm olefin nhiều nhất và ít nhất lượng BTX và sản phẩm lỏng; thời gian lưu của phản ứng ở khoảng 0,5-1,2s Tuy nhiên thời gian lưu phụ thuộc vào cả nhiệt độ và các biến quá trình khác

Một sự phát triển mới trong cracking nguyên liệu lỏng để cải thiện sản lượng etylen là lò Millisecond, mà quá trình hoạt động trong khoảng 0,03-0,1s với nhiệt độ đầu ra khoảng 870-925oC [1]

Thời gian lưu tăng thì hiệu suất tạo etylen tăng, tuy nhiên khi thời gian lưu tăng quá 0,7s, khi thời gian lưu tăng, độ chuyển hóa giảm do tạo ra nhiều sản phẩm phụ hơn, hình 2.3

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu tới hiệu suất tạo thành etylen trong

phản ứng cracking naphta [8]

Từ hình (2.3) ta thấy thời gian lưu cho phản ứng cracking sản xuất etylen khoảng 0,7s sẽ

là tối ưu

Về mặt nhiệt động học, phản ứng thích hợp ở áp suất thấp, do vậy người ta thường pha loãng hỗn hợp phản ứng với hơi nước, về mặt động học, khi pha loãng hỗn hợp phản ứng bằng hơi nước, áp suất riêng phần của hydrocacbon giảm, và do vậy tốc độ phản ứng tổng cộng giảm, tuy nhiên độ chọn lọc của phản ứng nhiệt phân tạo thành sản phẩm olefin tăng.Nhưvậy,hơi nước có vai trò sau:

- Làm giảm áp suất riêng phần của hydrocacbon (có lợi cho phản ứng tăng thể tích) vàlàm tăng hiệu suất tạo thành olefin

- Giảm phản ứng phụ polyme hoá tạo hyđrocacbon thơm đa nhân, do vậy làm giảm lượng cốc tạo thành trong ống phản ứng

- Giảm nhiệt cung cấp cho 1 đơn vị chiều dài ống do hiệu ứng pha loãng

Cung cấp nhiệt cho phản ứng khi pha trộn Tuy nhiên việc sử dụng hơi nước để pha loãng nguyên liệu cũng có một số khó khăn sau:

- Hơi nước phải được gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng, do vậy tốn nhiệt năng

- Sự có mặt của hơi nước làm tăng thể tích phản ứng và do vậy làm tăng giá thành đầu

tư xây dưng lò nhiệt phân

- Việc tách hơi trước khỏi sản phẩm tương đối tốn kém

Tỉ lệ hơi nước/Hydrocacbon cao thuận lợi cho tạo thành olefin Hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hỗn hợp hydrocacbon và tăng sản lượng olefin Nguyên liệu

hydrocacbon nạp liệu mà nặng đòi hỏi nhiều hơi nước hơn nguyên liệu khí để giảm cả sự cốc hóa trong lò phản ứng Tỉ lệ steam/hydrocacbon nằm ở khoảng 0,2-1 đối với etan và xấp

xỉ 1-1,2 đối với nguyên liệu lỏng Bảng 2.2 chỉ ra tỷ lệ hơi nước/hydrocacbon cần dùng cho quá trình

Bảng 2.2 Tỉ lệ hơi nước phụ thuộc vào nguyên liệu khác nhau (khối lượng phân tử của

Thành phần nguyên liệu cũng xác định thông số hoạt động Tỉ lệ hydrocacbon cracking phụ thuộc vào cả cấu trúc Parafin dễ cracking hơn các cycloparafin, và các hợp chất thơm

có xu hướng không bị ảnh hưởng Isoparafin như isobutan và isopentan cho sản lượng lớn propylene Bởi vì cracking tại cacbon thứ 3 dễ:

Bảng 2.3 Sản lượng tối đa khi sử dụng nguyên liệu cracking [1]

Sản lương

%khối

lượng

Nguyên liệu vào

2.5 Công nghệ steam cracking

Quá trình steam cracking bao gổm hai bộ phân chính: bộ phận phản ứng ("vùng nóng"), tại đó nguyên liệu được nhiệt phân tạo thành sản phẩm và bộ phận tách ("vùng lạnh"), tại đósản phẩm tạo thành được tách loại và tinh chế

Sơ đồ khối cùa quá trình steam cracking được trình bày trong hình (2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ khối của quá trình steam cracking [8]

Hydrocacbon được gia nhiệt trong vùng đối lưu (1) của lò nhiệt phân và được pha loãng bàng cách trộn với hơi nước trước khí đưa vào vùng bức xạ (2) của lò Nhiệt độ của hổn hợpphản ứng được tăng lên nhanh chóng và quá trình nhiệt phân xảy ra Tuỳ thuộc vào nguồn hydrocacbon sử dụng, quá trình cracking có thể được tiến hành ở 750-8700C , thời gian lưu ngắn (< 1 giây)

Sau khi ra khỏi vùng phản ứng, khí sản phẩm được tàm lạnh nhanh xuống 550-6000C để tránh các phản ứng thứ cấp Quá trình làm lạnh nhanh được tiến hành trong bộ phận làm lạnh gián tiếp bằng nước (3) và làm lạnh trực tiếp bằng phân đoạn nặng của quá trình nhiệt phân (4), (5) Nhiệt được sử dụng để sản xuất hơi nước áp suất cao

Sản phẩm sau khi được làm lạnh trong bộ phân làm lạnh trực tiếp (6) được đưa sang tháp chưng sơ cấp (7) Tại đây, xăng nhiệt phân và nước thu được ở các phân đoạn trung gian, phân đoạn nặng thu được ở đáy tháp được dưa quay lại bộ phận làm lạnh trực tiếp

Sản phẩm khí nhẹ thu được ở đỉnh tháp được đưa sang bộ phận nén (S), sau đó được rửa