Đồ án nghiên cứu và phát triển sản xuất B,T,X

LỜI MỞ ĐẦU2CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN41.1Mục đích, tình hình sản xuất BTX ( benzen, toluen,xylen) độ tinh khiết cao trên thế giới41.2.Các tính chất hóa lý, tính chất hóa học của BTX51.3. Các phương pháp sản xuất BTX81.4Các công nghệ phân tách BTX tinh khiết cao101.5Lựa chọn công nghệ23CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ242.1.Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ242.2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ25CHƯƠNG 3.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG273.1.Cân bằng vật chất283.2.Cân bằng nhiệt lượng42CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHÍNH694.1.Thuyết minh thuyết bị chính694.2.Tính toán một số chi tiết chính70KẾT LUẬN76TÀI LIỆU THAM KHẢO77

1.3 Các phương pháp sản xuất BTX 8

1.4 Các công nghệ phân tách BTX tinh khiết cao 10

1.5 Lựa chọn công nghệ 23

CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 24

2.1.Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ 24

2.2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ 25

CHƯƠNG 3.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 27

3.1.Cân bằng vật chất 28

3.2.Cân bằng nhiệt lượng 42

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ CHÍNH 69

4.1.Thuyết minh thuyết bị chính 69

4.2.Tính toán một số chi tiết chính 70

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

LỜI MỞ ĐẦU

Vào những năm 1859, ngành công nghệ chế biến khí ra đời và từ đó sản lượng dầu

mỏ khai thác ngày càng tăng về số lượng, chất lượng để phục vụ cho cuộc sống nhân loại.Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, dầu mỏ trở thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hóa học Trên nguyên liệu dầu mỏ, người ta sản xuất hàng loạt các hóa chất khác nhau, làm nguyên liệu cho các động cơ, làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác

Tại Việt Nam, ngành công nghệ chế biến dầu chưa hình thành được bao lâu nhưng được đánh giá là một ngành công nghệp mũi nhọn Để đáp ứng mục tiêu của sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước của nước ta đề ra thì cần đáp ứng nhu cầu rất lớn

về nguyên liệu, nhiên liệu cũng như yếu tố năng lượng cho việc phát triển đất nước

Ngày 26/6/1986, dầu khí Việt Nam được khai thác tại mỏ Bạch Hổ và từ đó sản lượng không ngừng tăng lên Bên cạnh đó còn tìm thế những mỏ dầu mới như: mỏ Rồng,

mỏ Đại Hùng, mỏ Ruby, mỏ Rạng Đông,…Cho đến nay, đã khai thác hơn 60 triệu tấn dầutho tại mỏ Bạch Hổ và mỏ khác

Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ hiện nay,chế biến khâu sau của sản phẩm reforming xúc tác có vai trò vô cùng quan trọng đó là thu sản phẩm B,T,X.Bởi vì, trong công nghiệp hóa dầu giá trị của benzen,p-xylen là rất lớn.Do vậy nghiên cứu và phát triển sản xuất B,T,X là rất cần thiết cho công nghệ chế biến dầu mỏ hiện nay

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Mục đích, tình hình sản xuất BTX ( benzen, toluen,xylen) độ tinh khiết cao trên thế giới

Trong công nghiệp lọc hóa dầu, BTX đóng vai trò rất quan trọng và là nguyên liệu

để tổng hợp rất nhiều vật liệu polymer có nhiều ứng dụng và giá trị cao

Những ứng dụng chính của BTX

thời kỳ 1990 – 2008 cũng tăng nhanh tại Hàn Quốc (tăng hơn 500%) và Trung Đông (tăng 360%, chủ yếu nhờ sự sẵn có của nguồn cung nguyên liệu).Những xu hướng tiêu thụ benzene như trên đã có những ảnh hưởng nhất định đối vơi môi trường và sức khỏe con người Phơi nhiễm benzene có thể gây ra nhiều bệnh khác nhau, đặc biệt là bệnh máu trắng và ung thư tủy Tổ chức quốc tế về nghiên cứu ung thư IARC hiện xếp benzene vào nhóm 1 (nhóm các chất gây ung thư đối với con người).[2]

Với các đồng phân xylen, chủ yếu thu p-xylen ( 80%), được sử dụng hầu hết để sản xuất các sản phẩm polyeste qua axit terephtalic tinh khiết,o-xylen là nguyên liệu để tạo phthalic anhydride and m-xyleneIsohthalic axit.Thị trường cho Xylen ở châu Á-Thái BìnhDương đã được trị giá 48.6 tỷ USD trong năm 2013, và dự kiến sẽ tăng trưởng 11,4% mỗinăm Nó được dự kiến đạt $ 83.2 tỷ USD vào cuối năm 2018 Xylen-Châu Á-Thái Bình Dương chiếm 81,5% của thị trường toàn cầu của Xylen, và đang sẵn sàng để phát triển thịphần của mình cho 83,3% vào cuối năm 2018.[3]

Toluen ước tính tăng trưởng khoảng ít hơn 3% , được sử dụng chủ yếu để tạo ra toluen diisocyanate polyurethane và thuốc nổ TNT , ngoài ra việc sản xuất toluen sẽ còn tiếp tục tăng lên khi được sử dụng để chuyển hóa thành benzen và các đồng phần xylen qua quá trình bất phân bố(disproportionation).Toluen còn là dung môi phổ biến , hòa tan sơn, chất bịt kín silicon, cao su, keo, chất khử trùng

1.2 Các tính chất hóa lý, tính chất hóa học của BTX

1.2.1 Benzen

Công thức cấu tạo của benzen

- Benzen có công thức hóa học C6H6 là một chất hữu cơ có vòng thơm.Ở điều kiện bình thường benzen có mùi thơm,là chất lỏng không màu,dễ cháy, dễ bay hơi,kém tan trong rượu và nước.

- Benzen có khối lượng phân tử 78,11 g/mol , tỷ trọng 876 kg/m³,sôi ở 80,1°C, đông đặc tại 5,5°C

- benzen thể hiện các tính chất hóa học :

 Dễ tham gia các phản ứng thếPhản ứng halogen hóa

Phản ứng sulfo hóa

Phản ứng nitro hóa

Phản ứng alkyl hóa

- Là dung môi hòa tan được các chất dẻo, dầu, nhựa thông,có thể hòa tan các dung môi hữu cơ như rượu, ete, este… nhưng ít tan trong nước

- Toluen có nhiệt độ nóng chảy-94.99oC , sôi ở 110,6oC , nhiệt độ đông đặc -95oC

- Toluen mang đầy đủ tính chất hóa học của hợp chất có vòng thơm, dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng

 Phản ứng thế với Br2

 Phản ứng nitro hóa

 Phản ứng của nhóm methyl

1.2.3 Xylen

- Xylen công thức phân tử C8H10 , có các đồng phần o-xylen,m-xylen và p-xylen

- Khối lương phân tử 106,16 g/mol

- Ở điều kiện thường là chất lỏng trong suốt,không màu, có mùi thơm

- O-xylen sôi 144 oC, m-xylen sôi ở 139 oC , o-xylen sôi 138 oC

- Điểm chớp cháy O-xylen tại 30 oC,m-xylen tại 17 oC, p-xylen 25oC

- Điểm đông đặc O-xylen tại -25,2 oC,m-xylen tại -47,9 oC, p-xylen 13,3oC

- Xylen mang đầy đủ tính chất của hợp chất có vòng thơm, có những tính chất hóa học của benzen và toluen

1.3 Các phương pháp sản xuất BTX

1.3.1 Reforming xúc tác

- Hydrocacbon thơm ( trong đó có BTX) thu được từ quá trình reforming xúc tác,ở đó có

2 quá trình chuyển hóa chính : dehyrohoas các naphten và dehydro vòng hóa các parafin,isoparafin

- Ngooài ra các phản ứng phụ : isome hóa parafin thành isoparafin và isome hóa các alkylxyclohexan

1.3.2 Cốc hóa than đá

- Qua quá trình cốc hóa than ở nhiệt độ cao thu được khoảng 20% toluen, 60%

- Thành phần xăng nhiệt phân : sản phẩm của cracking hơi nước các phân đoạn dầu thô

lỏng.Xăng nhiệt phân chứa hàm lượng lớn hydrocacbon thơm,đặc biệt là benzen

- Tùy vào nguyên liệu và điều kiện tiến hành mà thu được hàm lượng hydrocacbon thơmtrong sản phẩm của cracking hơi

 Xăng C5 hàm lượng hydrocacbon thơm thu được là 64,6%

 Phân đoạn C6 tại 200oC hàm lượng hydrocacbon thu được 81,1 %

 Phân đoạn C6-C8 hàm lượng hydrocacbon thu được là 81,4%

- Tuy nhiên công nghệ này trên thế giới chỉ còn một số ít nhà máy sử dụng

1.3.4 Các quá trình chuyển hóa hydrocacbon

1.3.4.1 Isome hóa

- Khi mục đích thu nhiều p-xylen để sản xuất tơ sợi tổng hợp, người sử dụng quá trình

isome hóa, o-xylen,m-xylen và cả etylbenzen

- Quá trình xảy ra liên tục và dẫn đến cân bằng

Etylbenzen ↔ o-xylen ↔ m-xylen ↔ p-xylen

1.3.4.2 Hydrodealkyl hóa

- Là phản ứng cracking hydrocacbon thơm có mạch nhánh trong vòng hydro, phản ứng

này thuận lợi ở điều kiện áp suất riêng phần hydro cao

- Phản ứng cơ bản của quá trình này là tách các nhóm alkyl gắn với vòng benzen dướidạng alkal.Nếu quá trình vận hành tốt và quá trình chuyển hóa hoàn toàn khi tuần hoànhydrocacbon thơm chưa được phản ứng thì các sản phẩm thu được chủ yếu làhydrocacbon nhẹ và metan

1.3.4.3 Quá trình cyclar

- Là quá trình chuyển hóa LPG có xúc tác tức là hỗn hợp propan và butan được chuyểnhóa thành sản phẩm giàu hydrocacbon thơm thông qua phản ứngdehydrocyclodimerization

- Giai đoạn đầu của quá trình được giả định propan và butan bị dehydro hóa thành cácolefin tương ứng.Sau đó các olefin này sẽ oligome hóa thành các olefin C6,C7,C8.Cuốicùng là phản ứng dehydro vòng hóa tạo thành các hydrocacbon thơm BTX

- Quá trình phản ứng là thu nhiệt do phản ứng dehydro hóa và cracking.Hydrocacbonthơm thu được từ 63-66% tùy vào thành phần nguyên liệu.Thành phần sản phẩm lỏngchứa 92% khối lượng BTX, 7-8% hydrocacbon thơm C9 và C10 và rất ít hydrocacbonkhông thơm

1.3.4.4 Phân bố lại toluen

- Là quá trình nhằm mục đích tăng lượng benzen và xylen trên cơ sở chuyển hóa toluen (

ít ứng dụng).Khi kết hợp quá trình tách p-xylen hoặc kết hợp isome hóa, công nghệ này

có thể sản xuất lượng lớn o,p-xylen mà không phải tăng lượng reformat xử lý

- Quá trình phân bố lại toluen có thể tiến hành trong pha lỏng và pha hơi với sự có mặtcủa xúc tác rắn

Các phản ứng phụ có thể xảy ra : tách nhóm alkyl của toluen tạo benzen và metan; phân

bố lại hỗn hợp xylen tạo thành toluen và các trimetyl benzen; phân bố lại trimetyl benzenthành các xylen và duren

1.4 Các công nghệ phân tách BTX tinh khiết cao

- Aromatic hằng năm trên thế giới phần lớn thu từ quá trình refoming , vì vậy trong

đồ án này các quá trình phân tách BTX sẽ lấy nguyên liệu BTX có trong sản phẩm của quá trình reforming

-Hình 1.4.1 Các nguồn thu aromatic[4]

1.4.1 Sản xuất BTX tinh khiết cao dựa trên tổ hợp aromatic của UOP ( UOP

aromatic complex)

-Hình 1.4.2 UOP aromatic complex [12]

Thuyết minh sơ đồ : Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác sẽ được đưa vào tháp tách Reformate splitter : sản phẩm nhẹ là benzen và toluen, sản phẩm nặng gồm các đồng

Hình 1.4.2 Phân xưởng THDA [6]

Nguyên liệu Toluen tinh khiết được trộn với dòng toluen tái sinh, dòng tái sinh và khí Hydro tinh khiết được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt vá sau đó chuyển đến thiết

bị phản ứng Hợp chất thơm ankyl được hydro deankyl hóa thành benzene và hợp chất không thơm, các paraffin và naphten được hydro cracking Dòng ra từ thiết bị phản ứng được làm mát và chuyển đến thiết bị phân tách sản phẩm thành pha lỏng và pha khí Pha khí giàu hydro được tái sinh đến thiết bị phản ứng Dòng chất lỏng ra khỏi thiết bị phân tách được chuyển đến cất để loại bỏ những chất nhẹ cuối cùng Dòng sản phẩm đáy cột cất được đưa qua một thiết bị xử lí bằng đất sét để cất phân đoạn Tại đây benzen có độ tinh khiết cao thu được từ phía trên của cột cất phân đoạn Phần toluene không phản ứng được tái sinh đến thiết bị phản ứng từ đoạn thấp hơn trên cột cất phân đoạn Những sản phẩm là các hợp chất thơm nặng được lấy ra từ cuối cột để lưu trữ Có 70-85% độ chuyển hóa của toluen thành benzen qua quá trình này

 Phản ứng chính

 Các phản ứng phụ:

Hình thành hydrocacbon thơm phân tử lượng lớn

Hydro hóa vòng benzen và phân hủy chúng thành metan

Nhiệt độ dòng vào thiết bị phản ứng 620 độ C, nhiệt độ tối đa 730-750 độ C

Áp suất 4,3 Mpa

Thời gian lưu trung bình 25-30 giây

Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon trong dòng vào thiết bị là 4

Độ chuyển hóa 75%

Độ tinh khiết tối thiểu của dòng hydro là 50-60%

 Phân xưởng Tatoray

Hình 1.4.3 Phân xưởng Tatoray[6]

Công nghệ Tatoray bao gồm 1 thiết bị phản ứng loại tầng có xúc tác cố định và 1 tháp tách sản phẩm Nguyên liệu đầu vào gồm Toluene và C9 được kết hợp với nguồn khítuần hoàn giàu hydro được gia nhiệt trước bởi thiết bị trao đổi nhiệt Về mặt lý thuyết, quátrình có thể tiến hành mà không cần sư có mặt của hydro, nhưng sự có mặt của nó hạn chế

sự tạo cốc

Sau đó, hỗn hợp sẽ được nâng lên đến nhiệt độ phản ứng ở thiết bị đốt nóng Sau

đó, hỗn hợp hơi được đưa vào thiết bị phản ứng chính loại tầng có lớp xúc tác cố định Dòng ra sau đó được làm lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguồn lạnh chính là hỗn hợp vào Dòng sản phẩm trước khi vào tháp tách còn được cho qua thiết bị ngưng tụ Khí giàu hydro được lấy ra ở phía trên đỉnh tháp, một phần nhỏ của nó được lọc tách để loại cấu tử nhẹ và quay trở lại để đi về trộn với nguyên liệu đầu Dòng lỏng ở phía dưới của tháp táchđược chuyển qua tháp tách khí lỏng Sản phẩm đỉnh của thiết bị được làm lạnh sau đó được tách ra một phần là khí, 1 phần là lỏng

Phần khí bao gồm các cấu tử nhẹ được chuyển qua hệ thống khí nhiên liệu Sản phẩm lỏng ở đỉnh thì được chuyển qua phân xưởng Platforming ở tháp debutan Dòng Benzen ở trong dòng này thì được tách ra và chuyển sang bộ phận tách benzene – toluene.Benzen và các đồng phân xylene, cùng với toluene chưa phản ứng và hydrocacbon thơm C9, được lấy từ đáy tháp tách Stripper sẽ tuần hoàn chuyển đến bộ phận tách benzene-toluen

Tương tự như THDA , tatoray cũng là phân xưởng chuyển hóa 1 lượng toluen thành các sản phẩm có giá trị cao hơn

Xúc tác cho quá trình này là T-20 chứa 1,25% Cr và 0,5 % Mo

Sản phẩm của cả 2 quá trình này được dẫn tiếp vào tháp tách benzen để thu benzen, các sản phẩm khác chủ yếu là xylen được đưa vào tháp tách xylen ( xylen splitter) Sản phẩm nhẹ từ đỉnh tháp đưa vào phân xưởng Parex

 Phân xưởng Parex

UOP Parex là quá trình sử dụng phương pháp tách với hệ hấp phụ zeolit sàng phân

tử để thu hồi p-X từ hỗn các đồng phân xylen Hầu hết các quá trình Parex ngày nay được thiết kế để sản xuất p-X có độ tinh khiết là 99,9 % khối lượng và thu hồi được trên 97 % lượng đưa vào

Không giống như các phương pháp sắc ký thông thường, quá trình Parex mô phỏng

sự chuyển động ngược chiều nhau của lòng lỏng nguyên liệu so với lớp chất hấp phụ tác

cố định Nguyên liệu và sản phẩm vào và ra khỏi lớp chất hấp phụ một cách liên tục với

thành phần gần như không thay đổi Kỹ thuật này còn đôi khi gọi là simulated bed (MBA) lớp hấp phụ giả chuyển động.

moving-Trong một tổ hợp sản xuất hợp chất thơm hiện đại (Hình 2), Phân xưởng Parexthường nằm dưới tháp tách xylen và thường đi cùng với phân xưởng Isomar Nguyên liệucủa tháp tách xylen chứa sản phẩm hydrocacbon thơm C8+ từ quá trình CCR Platformingcùng với sản phẩm từ phân xưởng Tatoray Phần C8 từ đỉnh của tháp tách xylen được đưa

Hình 1.4.4 Phân xưởng Parex[6]

Các quá trình chia tách diễn ra trông các tháp hấp phụ Mỗi tháp hấp phụ được chiathành các lớp chứa chất hấp phụ Mỗi lớp hấp phụ được gắn bởi một bộ phân phối đặcbiệt, mỗi bộ phân phối này được nối chung với một van quay nhờ các ống nối Bộ phânphối giữa các lớp hấp phụ dùng để đưa chất lỏng vào và rút chất lỏng ra khỏi tháp, cũngnhư thu hồi chất lỏng ở đĩa trên và phân phối đề chất lỏng cho đĩa dưới

Thông thường một Phân xưởng Parex có 24 lớp hấp phụ và 24 ống nối mỗi lớp đếnvan quay chung Nhưng theo thực tế khảo sát và đáng giá mỗi Phân xưởng Parex đề có 2thấp hấp phụ mỗi tháp có chứ 12 lớp chất hấp phụ Quá trình Parex thường có bốn dòngchính được phân phối vào trong tháp hấp phụ bởi van quay là:

 Dòng nguyên liệu: Hỗn hợp xylen vào

 Dòng trích ra: Gồm có sản phẩm p-xylen cùng với chất nhả hấp phụ

 Dòng raffinat ra: Gồm có etylbenzen, m-xylen, o-xylen, và chất nhả hấp phụ

 Dòng chất nhả hấp phụ vào: Chất nhả hấp phụ được tuần hoàn từ khu vực phântách.

Tại bất cứ thời điểm nào cũng chỉ có 4 ỗng dẫn hoạt động đưa 4 dòng ra và vào tháphấp phụ Van quay được sử dụng để chuyển theo chu kỳ vị trí của lỏng vào và ra khỏitháp tương ứng với mỗi vị trí có thành phần xác định dọc theo thân tháp Một bơm được

sử dụng để bơm chất lỏng từ đáy tháp 1 lên đỉnh của tháp 2 và một bơm được sử dụng đểbơm chất lỏng từ đáy tháp 2 nên đỉnh tháp 1 Như vậy 2 tháp hấp phụ hoạt động như mộttháp cứ lần lượt tuần hoàn từng lớp chất hấp phụ

Dòng trích từ tháp hấp thụ được van quay đưa đến tháp chưng để tách sản phẩm rakhỏi chất nhả hấp phụ Sản phẩm đỉnh của tháp được đưa sang tháp cuối cùng để tách loạibất cứ lượng toluen nào còn lẫn phải p-xylen tinh khiết

Dòng raffinat tương tự cũng được van quay đưa sang tháp chưng để tách chất nhảhấp thụ Sản phẩm đỉnh của tháp là hỗn hợp đồng phân C8: etylbenzen; m-xylen; o-xylencùng với bất cứ hợp chất thơm nào còn lẫn phải trong nguyên liệu vào

Sản phẩm raffinat lại tiếp tục đưa sang quá trình Isomar để chuyển hóa thành p-xylen rồilại tuần hoàn về quá trình Parex

 Phân xưởng isomar

Phân xưởng UOP Isomar được sử dụng để thu tối đa một đồng phân xylen nào đó tronghỗn hợp đồng phân hydrocacbon thơm C8 Thông thường Isomar chủ yếu được sử dụng

để tận thu tối đa p-xylen nhưng nó cũng có thể sử dụng để thu hồi cả o-, m-xylen Trongtrường hợp thu hồi p-xylen thì nguyên liệu của quá trình này là phần raffinat của phânxưởng Parex, nơi mà p-xylen đã được thu hồi tới 97% và có độ tinh khiết lên tới 99%khôi lượng Phần Raffinat còn lại chủ yếu gồm m-xylen và etylbenzen một lượng nhỏ cònlại là p- và o-xylen Ở đây hiệu suất của p-xylen được tăng cường nhờ quá trình isomehóa các đồng phân m-,o-xylen và cả etylbenzen

Isome hóa tạo ra sự chuyển hóa liên tục và dẫn đến cân bằng giữa 4 loạihydrocacbon thơm C8 theo sơ đồ sau:

Các phản ứng chính

Phản ứng Isome hóa xylen

Phản ứng Isome hóa Etylbenzen

Xúc tác của quá trình

Xúc tác dùng cho quá trình này là xúc tác lưỡng chức, chức axit (zeolit) và chứckim loại Chức năng của chức axit đó là isome hóa các đồng phân xylen tạo thành mộthỗn hợp cân bằng động Chức kim loại chủ yếu để thúc đẩy các phẩn ứng hydro hóa và

đề hydro hóa, góp phần chuyển hóa etylbenzen thành các đồng phân xylen

Theo dây chuyền của UOP để tối đa hóa lượng p-xylen thu được họ đã đưa ra mộtloạt các mẫu xúc tác như I-9, I-210, I-400

Dây chuyền công nghệ

Hình 1.4.5 Phân xưởng isomar [6]

Một phân xưởng Isomar thông thường sẽ luôn đi cùng với một phân xưởng để thuhồi một hay nhiều đồng xylen Và hầu hết các phân xưởng Isomar thường đi cùng với

phân xưởng Parex để thu hồi p-xylen Hỗn hợp xylen nguyên liệu vào phân xưởng Parexđược đưa tới tháp chưng cất xylen, đây là bộ phận thiết kể không những thu được o-xylen

ở đáy tháp mà còn đơn giản loại bỏ được các hydrocacbon thơm C9+ đáp ứng được cácchỉ tiêu nguyên liệu của phân xưởng Parex Còn sản phẩm đỉnh của tháp chưng xylen sẵđược đưa thẳng vào quá trình Parex nơi mà có thể thu hồi 97% lượng p-xylen và sản xuấtđược p-xylen với độ tinh khiết 99,9% Còn sau đó sản phẩm Raffinat của quá trình Parex,chứa hàm lượng p-xylen dưới 1% được đưa sang quá trình Isomar

Dòng nguyên liệu của quá trình Isomar đầu tiên phải trộn với dòng khí giàu Hydrotuần hoàn và luôn được bù vào lượng Hydro đã mất đi do phản ứng của quá trình Isomar.Sau đó dòng nguyên liệu được gia nhiệt bởi dòng sản phẩm ra từ thiết bị phản ứng, tiếptheo chúng được bốc hơi trong thiết bị nung nóng, nhiệt độ được nâng tới nhiệt độ phảnứng Dòng khí nóng được đưa vào thiết bị phản ứng rồi đi qua các lớp xúc tác cố định,thiết bị thường dạng hướng trục Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng được làm lạnhkhi trao đổi nhiệt với hỗn hợp nguyên liệu đầu sau đó được đưa vào thiết bị tách sảnphẩm Dòng khí giàu hydro sẽ được lấy ra ở đỉnh của tháp tách và tuân hoàn lại thiết bịphản ứng Một phần của dòng khí được làm sạch để loại bỏ phần nhẹ lẫn vào trong dòngkhí tuần hoàn Phần lỏng ở đáy tháp tách được đưa đến tháp chưng để loại bỏ các hợpchất C7 Phần C7 ở đỉnh tháp này được cũng được làm lạnh và đưa vào một bộ phận táchkhí lỏng, phần khí được sử dụng làm nhiên liệu còn phần lỏng thì được tuần hoàn lại quátrình UOP Platforming Phần hydrocacbon C8 dưới đáy của tháp deheptan hóa được xử lýbằng vật liệu đất sét để loại bỏ vết tạp chất, các loại nhựa và polime tạo thành, sau đó tiếptục tuần hoàn về tháp tách xylen

1.4.2 Sử dụng công nghệ dùng dung môi DMSO tách của IFP process và CrystPX của GTC.

Để thu được BTX tinh khiết cao, có thể sử dụng 2 công nghệ này nối tiếp nhau, tức

là nguyên liệu giàu BTX như sản phẩm của reformate

Giai đoạn 1 : Sử dụng IFP process để tách C7+ Aromatic và benzen

Hình 1.4.6 Công nghệ tách Aromatic của IFP [8-252]

Mô tả công nghệ : Dòng nguyên liệu ban đầu được đưa vào giữa tháp trích ly (1) nhiệt độ làm việc trung bình khoảng 30 độ C, áp suất tuyệt đối từ 4-6 bar, dung môi trích là DMSOvới 4-6 % H2O được đưa lên đỉnh tháp,cùng với butan đưa vào đáy tháp tỷ lệ

DMSO/nguyên liệu được khống chế 3/1 – 6/1 để đảm bảo hiệu suất thu hồi aromatic, và

tỷ lệ butane /nguyên liệu là 0,15/1 để đảm bảo chỉ tiêu tinh khiết của aromatic

Sau khi trích ly pha trích lấy ra ở đáy tháp và đưa tới đỉnh tháp trích (2) , butan là dung môi trích thứ 2 được đưa vào đáy tháp (2) để tái sinh dung môi DMSO , DMSO tái sinh được lấy ra ở đáy tháp và tuần hoàn lại tháp trích (1) Pha rafinat từ tháp (1) gồm non-aromatic và 1 phần ít DMSO được đưa qua thiết bị rửa (3), nước được dùng để hòa tan DMSO , phần non-aromatic được tách ra tại đỉnh.Hỗn hợp DMSO và nước từ thiết bị rửa (3) cùng với (C4 + aromatic) từ tháp trích ly (2) tiếp tục đi vào tháp thu hồi DMSO (4), DMSO và nước thu được dưới đáy tháp được đưa qua tháp chưng (5) DMSO được thu hồi dưới đáy tháp và quay trở lại tháp trích (1).Sản phẩm đỉnh của tháp thu hồi DMSO được đưa vào tháp tách loại butan (8) ,tuần hoàn 1 phần butan về tháp trích ly (1).sản phẩm ở sườn tháp được quay trở lại tháp trích (1) với vai trò rửa ngược.Sản phẩm nặng tiếp tục đem đi chưng cất tại tháp chưng (7 ) nhằm tách C7+ Sản phẩm nhẹ của tháp (7 ) lại được chưng tiếp ở tháp chưng (6) để thu benzen tinh khiết cao Các cấu tử nhẹ lấy được từ tháp (6) được tuần hoàn lại trong dòng nguyên liệu ban đầu

Hình 1.4.7 Công nghệ thu hồi paraxylen của GTC[9]

Hỗn hợp C7+ được dẫn vào tháp tách C7-C8 (3)lấy ra ở đỉnh tháp, C9+ lấy ra dưới đáy tháp,sản phẩm đỉnh được dẫn qua thiết bị hấp phụ(2),p-xylen,toluen có lẫn rất ít dung môihấp phụ được đem đi tách ,pha rafinat được đưa vào tháp tách chất hấp phụ , dung môi được hoàn lưu lại tháp hấp phụ (2), p-xylen và toluen cuối cùng được đưa vào tháp

chưng(6) thu toluen, và sản phẩm giàu p-xylen.Sau khi tách chất hấp phụ (5) , hỗn hợp có lẫn lượng nhỏ p-xylen được đưa vào thiết bị isome hóa (7), sản phẩm sau phản ứng tiếp tục đi qua tháp tách C7 (1) để bổ sung vào dòng nguyên liệu.Sản phẩm giàu p-xylen được đem đi tinh chế bằng phương pháp kết tinh

Hình 1.4.8 Tinh chế p-xylen bằng kết tinh[10-200]

Công nghệ sử dụng kết tinh 2 bậc, nguyên liệu được đưa vào thiết bị kết tinh sơ xylen tiếp tục được tinh chế qua thiết bị ly tâm, p-xylen được tách ra được đưa đi làm nóng hồi lưu 1 phần tới thiết bị ly tâm , 1 phần thu dưới dạng tinh khiết, phần nhiều tạp chất được dẫn qua hệ thống kết tinh sơ cấp , làm việc ở nhiệt độ thấp hơn thu tối đa lượngp-xylen còn xót lại để hòa cùng dòng nguyên liệu ban đầu , nâng cao hiệu suất thu p-xylen

cấp,p-1.5 Lựa chọn công nghệ

 Công nghệ của UOP : thích hợp với quy mô sản xuất lớn hơn, chi phí đầu tư lớn , độ tinh khiết sản phẩm p-xylen thu được lên tới 99,9% hiệu suất thu hồi 97%[12],benzen thông qua quá trình tách bằng sunfolane cóthể đạt hiệu suất thu hồi 99,99% với độ tinh khiết 99,95% [11]

 Công nghệ của IFP và GTC : phù hợp với quy mô vừa và nhỏ, chi phí thiết bị đầu tư thấp, chi phí tiêu thu năng lượng thấp , độ tinh khiết cao thu benzen hiệu suất 100% , độ tinh khiết 99,5%[8], p-xylen độ tinh khiết 99,8% và khả năng thu hồi là 75-95% [10]

Như vậy, với công nghệ của UOP kinh phí đầu tư, chi phí vận hành lớn ( do nhiều phân xưởng và thiết bị),mặt khác công nghệ của IFP và GTC thì rất phù hợp với năng suất sản phẩm thấp 10000 tấn/năm , vậy nên trong đồ án này sẽ đi vào nghiên cứu công nghệ sản xuất B,T,X của IFP kết hợp với GTC

CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2.1.Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ

cùng với C4 trong backwash nằm trong phần rafinat được tháo ra ở đỉnh tháp (1).Sản phẩm extract (đáy tháp (1)) tiếp tục đưa vào tháp trích ly 2 , cùng với đó là dòng C4H10được đưa vào tháp trích ly (2) , điều kiện vận hành tháp tương tự như tháp trích (1), tại đây xảy ra quá trình chuyển khối, phần C4H10 hoà tan phần aromatic và kéo ra khỏi

DMSO, phần DMSO tách ra và được tháo ra ở dưới đáy tháp để đem đi tuần hoàn cho tháp trích (1).Phần aromatic trong C4H10 được đem đi rửa với nước trong tháp rửa (4), DMSO còn lẫn trong dòng aromatic sẽ được nước kéo đi, phần aromatic và C4H10 đi về đỉnh tháp rửa(4).Dòng rafinate của tháp trích (1) được rửa với nước để kéo DMSO còn sótlại do DMSO tan tốt trong nước.Phần rafinate chứa rất ít DMSO được đem vào tháp chưng( để tách C4H10 , C4H10 được dùng làm dòng dung môi tái siinh DMSO ở tháp trích (2).Dòng aromatic và C4 được đem đi chưng cất (6) để thu C4H10 tuần hoàn làm dung môi cho tháp trích (2), tại sườn tháp dòng C4 và benzen được đem đi để làm dòng backwash cho tháp trích (1), như vậy benzen trong dòng này có thể coi như được hồi lưu 1 phần,tại đáy tháp thu được aromatic C6+.Dòng C6+ tiếp tục đem đi chưng cất ở tháp (7) để thu benzen và C4 còn lẫn ở đỉnh tháp, C7+ aromatic thu được ở đáy tháp được đem đi chế biến

ở giai đoạn sau

Dòng benzen có lẫn C4 được mang đi chưng cất ở tháp chưng thu riêng benzen (8), benzen tinh khiết tới trên 99% thu được ở dưới đáy, còn dòng C4 thu được được nạp vào dòng nguyên liệu ban đầu để vào tháp trích (1)

Dòng aromatic C7 được đem đi sang giai đoạn 2, giai đoạn tách

p-xylen,toluen.DÒng aromatic C7+ được dẫn vào tháp chưng (15) để loại bỏ aromatic

C9.Dòng aromatic C7,C8 thu được ở đỉnh tháp được đưa vào tháp hấp phụ (17).Tại đây Ethylbenzen o(m) xylen bị chất hấp phụ giữ lại, p-xylen và toluen được tách ra và đưa xuống dưới đáy tháp, độ chọn lọc của chất hấp phụ cao(công nghệ Zeosorb PX-200, sử dụng zeolit làm chất hấp phụ).Sau đó các chất bị hấp phụ được dung môi giải hấp phụ p-DEB cuốn ra khỏi chất hấp phụ.Dòng chất này được đưa vào tháp chưng (18) để trả lại chất nhả hấp phụ quay về tháp hấp phụ.Dòng sản phẩm chứa EB,o(m) xylen sau khi được tách được dẫn vào thiết bị phản ứng isomer hóa.Tại đây xảy ra các phản ứng chuyển hóa EB,o(m) xylen thành p-xylen – 1 sản phẩm có giá trị cao trong hóa dầu.Xúc tác được sử

dụng là (ISOXYL) Pt/gamma Al2O3 , điều kiện phản ứng tại áp suất 1 at, nhiệt độ phản ứng từ 400-420 độ C, dòng H2/feed với tỷ lệ 4/1.Sau phản ứng các aromatic như benzen,

C2 , hay toluen trong dòng sản phẩm được đem đi tách loại bằng tháp chưng (24).Dòng các aromatic C8 ( giàu para-xylen) tiếp tục trộn vào dòng aromatic C7+ để đi vào tháp hấpphụ.Như vậy quá trình này đã chuyển hóa 1 lượng lớn cấu tử giá trị thấp thành p-xylen có giá trị cao.Dòng p-xylen và toluen sau khi được đem đi tách khỏi chất giải hấp phụ p-DEB(lẫn 1 lượng nhỏ) ở tháp chưng (19) , tiếp tục được dẫn vào tháp chưng (20) , để thu riêng toluen,p-xylen.P-xylen còn lẫn tạp toluen được đem đi tinh chế ở giai đoạn sau

Rửa nước tách DMSO 2: 98%

Chưng thu hồi DMSO : 94%

3.1.1.Cân bằng vật chất cho thiết bị trích ly 1 (dùng DMSO kéo aromatic)

Hiệu suất của giai đoạn này là 96% tức là các cấu tử quan tâm (aromatic) sẽ nằm trong phần extract với lượng bằng 96% trong nguyên liệu

Bảng 2:Cân bằng vật chất cho thiết bị trích ly 1

3.1.3.Cân bằng vật chất thiết bị rửa ( thu DMSO)

Các dòng đi vào thiết bị này gồm

 Rafinate 1 từ tháp trích ly 1: 1486 kg/h

 Dòng nước : 4000 kg/h

Hiệu suất giai đoạn này là 98% tức là DMSO trong dòng thu hồi bằng 98% so với DMSO trong dòng nguyên liệu đi vào thiết bị này

Bảng 4 Cân bằng vật chất thiết bị rửa 1

3.1.4.Cân bằng vật chất tháp chưng thu hồi C4H10.

Dòng nguyên liệu cho thiết bị này là dòng Rafinate đi xử lý đi ra từ thiết bị rửa 1

Hiệu suất của giai đoạn này là 95% tức lượng C4H10 đi ra từ đỉnh tháp chưng bằng 95% lượng C4H10 trong dòng Rafinate đi xử lý

Chọn chỉ số hồi lưu R =0.5

Bảng 5 Cân bằng vật chất tháp chưng thu C4H10

Bảng 6.Cân bằng vật chất tháp rửa 2

C4H10

Aromatic +

C4H10(2)

DMSO thuhồi 2

3.1.6.Cân bằng tháp chưng tách H2O thu DMSO

Dòng nguyên liệu là dòng thu hồi DMSO đi ra từ tháp rửa 2

Hiệu suất giai đoạn này là 94% tức là DMSO đi ra khỏi tháp có lượng bằng 94% so với DMSO trong dòng đi váo tháp

Chọn chỉ số hồi lưu R =0.5

Bảng 7.Cân bằng vật chất tháp chưng thu hồi DMSO

CHẤT Thành phần Đỉnh tháp Đáy tháp Hồi lưu

3.1.7.Cân bằng vật chất tháp chưng thu C6 + C7

Dòng nguyên liệu là dòng Aromatic + C4 (2) đi ra từ tháp rửa 2

Hiệu suất giai đoạn này là 98% , tức là lượng aromatic thu được ở đáy tháp bằng

98% so với lượng có trong dòng đi vào tháp

Bảng 8.Cân bằng vật chất tháp chưng thu C6 + C7

CHẤT Thành phần Đỉnh tháp(C4)

Sườntháp(C4+

3.1.8.Cân bằng tháp chưng thu C7 aromatic , và C6 + C4

Dòng đi vào tháp này là dòng đi ra từ đáy tháp chưng thu C6+ aromatic

Hiệu suất giai đoạn này là 96% tức là lượng C6 + C4 đi ra đỉnh tháp thu bằng 96% sovới trong sòng nguyên liệu đi vào tháp

Bảng 9.Cân bằng tháp chưng thu C7 aromatic

3.1.9.Tháp chưng thu benzen

Nguyên liệu dòng vào tháp là dòng đi từ đỉnh tháp chưng thu C6 + C4

Hiệu suất giai đoạn này là 95% tức là benzen thu được tại đáy tháp là 95% so với lượng benzen có trong dòng nguyên liệu

Chỉ số hồi lưu R =0.5

Bảng 10.Cân bằng vật chất tháp chưng thu benzen

(C4+C6)

Đáytháp(C6)

Hồilưu

3.1.10.Cân bằng tháp chưng loại bỏ C9 thu C7 + C8

Dòng nguyên liệu đi vào tháp là dòng C7+ đi ra từ đáy tháp chưng (thu C4+C6)

Hiệu suất giai đoạn này là 97% tức là lượng C7 + C8 thu được bằng 97% so với lượng có trong dòng nguyên liệu

Dòng nguyên liệu là dòng ra từ đỉnh của tháp chưng thu C7 + C8

Hiệu suất của tháp này là 98% ,tức là dòng vật chất bị hấp phụ là xylen,ethylbenzne,và có lẫn p-xylen và toluen.Lượng lẫn này chính là 2% toluen và p-xylen của dòng nguyên liệu ( thu toluen,xylen 98%).Sau đó dòng vật chất này được đem

benzen,o-xylen,m-đi chưng để thu hồi lại chất giải hấp phụ

Dòng vật chất không bị hấp phụ đi xuống phía dưới đáy tháp gồm toluen,p-xylen và còn lẫn 1 phần ít chất nhả hấp phụ

Chất nhà hả hấp phụ được sử dụng là p-DEB ( para- diethylbenzen)

Tỷ lệ p-DEB/nguyên liệu là 2/1  lượng p-DEB dùng là : 3172.72256x2

=6345.44512 (kg/h)

Sau quá trình hấp phụ xảy ra:

- Dòng p-xylen, và toluen mang theo 2% p-DEB đi xuống phía dưới đáy

- Dòng Ethylbenzen,benzen,m-xylen,o-xylen mang theo 98% p-DEB ra khỏi đỉnh tháp

Bảng 12.Cân bằng tháp hấp phụ

Dòng nguyên liệu là dòng đi từ đỉnh của tháp hấp phụ.

Hiệu suất của quá trình là 98% tức là các aromatic được tách ra(đỉnh tháp) với 98%

so với lượng có trong nguyên liệu, còn lại theo chất giải hấp phụ (đáy tháp)quay trở về tháp hấp phụ

Chỉ số hồi lưu R=0.5

Bảng 13.Cân bằng vật chất tháp chưng nhả hấp phụ

CHẤT Thành phần Sản phẩmđỉnh Sản phẩmđáy Hồilưu

TỔNG 4111.48

4104.83

3.1.13 Cân bằng vật chất tháp chưng thu p-xylen,toluen

Dòng nguyên liệu là dòng p-xylen,toluen lẫn ít p-DEB thu được từ đáy tháp hấp phụ

Hiệu suất quá trình đạt 92% tức là p-xylen,toluen thu được sau khi chưng bằng 92% lượng p-xylen,toluen có trong dòng nguyên liệu đầu, còn lại 2% theo p-DEB quay trở về tháp hấp phụ

Bảng 14.Cân bằng vật chất tháp chưng thu p-xylen,toluen

Sảnphẩm

P-DEB 63.44 0 63.43 0

645.67

3.1.14 Cân bằng vật chất tháp chưng thu riêng p-xylen,toluen

Dòng nguyên liệu là sản phẩm đỉnh của tháp chưng tách p-xylen,toluen khỏi p-DEBHiệu suất quá trình này đạt 93%, tức là quá trình này thu hồi p-xylen với lượng 93% so với lượng có trong nguyên liệu

Chỉ số hồi lưu R=0.5

Bảng 15.Cân bằng vật chất tháp chưng riêng p-xylen, toluen

CHẤT Thành phần Sản phẩmđỉnh phẩm đáySản Hồilưu

benzen chuyển hóa p-xylen đạt hiệu suất với độ chuyển hóa là 96%.

Ngoài ra còn phản ứng phụ EB bị cracking chuyển hóa thành benzen (độ chuyển hóalấy 96%)

Các phản ứng xảy ra (lượng chất sản phẩm chưa tính tới lượng có sẵn trong nguyên liệu)

Ortho-xylen (C8H10)  para-xylen (C8H10)Ban đầu 151.38 0 (kg/h)Phản ứng 0.96 x 151.38 145.32 (kg/h)

metha-xylen (C8H10)  para-xylen (C8H10)Ban đầu 174.67 0 (kg/h)Phản ứng 0.96 x 174.67 167.68 (kg/h)Sau phản ứng 6.99 167.68 (kg/h)

Ethylbenzen (C8H10)  para-xylen (C8H10)Ban đầu 151.38 0 (kg/h)Phản ứng 0.96 x 151.38 145.32 (kg/h)Sau phản ứng 6.06 145.32 (kg/h)

Ethylbenzen (C8H10)  benzen + C2H4 Phương trình 106 78 28 (kg/h)