Seminar hoá dầu powerponit

Vua của các hidrocarbonEthylene Phản ứng ít sản phẩm phụ hơn hidrocacbon khác Dễ sản xuất từ các hydrocarbon với hiệu suất cao Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao; rẻ tiền 1... Sản xuất ethy

SẢN XUẤT OLEFIN ETHYLENE VÀ PROPYLENE

Vua của các hidrocarbon

Ethylene

Phản ứng ít sản phẩm phụ hơn hidrocacbon khác

Dễ sản xuất từ các hydrocarbon với hiệu suất cao

Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao; rẻ tiền

1

Ethylene-hoá chất và polymer Các sản phẩm điều chế từ propylene

U.S 25 triệu tấn 2

1 Nexant and Chemvision, 2014

2 Guide to the Business of Chemistry, American Chemistry Council 2016

3 Petrochemicals Europe 2016

Sản lượng ethylene sản xuất trong 1 năm của các vùng trên thế giới

2

Sản xuất ethylene và propylene

Phản ứng chính: dehydro hoá, nhiệt phân, dehydro vòng hoá và alkyl hoá

Quá trình nhiệt phân hydrocarbon no từ khí tự nhiên và phân đoạn dầu mỏ có mặt hơi nước

Nhiệt động học và động học

Cắt liên kết C-C tạo một parafin và một olefin + dehydro hoá tạo thành olefin và hidro

 Thu nhiệt mạnh và làm tăng thể tích

 Ưu đãi ở nhiệt độ cao, áp suất thấp

Phản ứng phụ: isomer hoá, đóng vòng, polimer hoá hình thành than cốc

=> Cần thời gian phản ứng phải nhanh

3

Cơ chế phản ứng

Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do, rất phức tạp

+ Đối với ethylene + Đối với propylene 4

Thông số kĩ thuật

Nhiệt độ phản ứng: thay đổi từ 700-900 OC

Ethane: nhiệt độ phản ứng từ 800-850 OC

Nguyên liệu nặng (gas oil) nhiệt độ thấp hơn

Thời gian lưu: nhiệt độ cao, phản ứng rất nhanh

Thời gian lưu khoảng 0.1s đến 10s

Áp suất riêng phần hydrocarbon: dùng hơi

nước để pha loãng hơi hydrocarbon

 Tốc độ phản ứng giảm

 Độ chọn lọc phản ứng nhiệt phân tạo thành

olefin tăng

Sơ đồ lò cracking 5

Vai trò của hơi nước

- : + Làm giảm áp suất riêng phần hydrocarbon, làm tăng hiệu suất phản ứng

+ Giảm phản ứng phụ polymer hoá tạo hydro thơm đa nhân, giúp giảm lượng cốc

+ Cung cấp nhiệt cho phản ứng pha trộn

+ Giảm nhiệt cung cấp cho 1 đơn vị thành ống do hiệu ứng pha loãng

Khó khăn:

+ Cung cấp nhiều nhiệt hơn cho phản ứng gây tốn kém

+ Tăng thể tích phản ứng

+ Khó khăn trong tách nước khỏi sản phẩm

6

Sơ đồ quy trình steam cracking

Sơ đồ nhiệt phân hydrocarbon với hơi nước

Nguyên liệu hydrocarbon được gia nhiệt và pha loãng bằng

cách trôn vào hơi nước theo các thông số kĩ thuật, thời gian

lưu khoảng 1s

Khí sản phẩm làm lạnh xuống 300O C tránh phản ứng thứ

cấp

Tách các khí vô cơ bằng cách rửa kiềm và sấy

Sản phẩm thu được tháp chưng nhiệt độ thấp để tách

phân đoạn C1, C2, C3

7

Xúc tác triclorua nhôm AlCl 3

Cracking xúc tác

Các loại xúc tác

Aluminosilicat vô định hình

Ưu điểm: cho phản ứng ở nhiệt độ thấp 200 - 300°C,

dễ chế tạo

Nhược điểm: mất do tạo phức hydrocacbon thơm, điều kiện tiếp xúc không tốt, cho hiệu

suất và chất lượng xăng thấp

Ưu điểm: dễ dàng tái sinh xúc tác cho phép quá trình đốt cháy cốc xảy ra thuận tiện và

triệt để

8

Giá thành hạ.

Yêu cầu đối với xúc tác cracking

Xúc tác

Hoạt tính xúc tác cao Độ chọn lọc cao

Độ ôn định cao

Bền cơ, bền nhiệt

Độ thuần nhất cao (về cấu trúc, hình dạng, kích thước)

Bền với các tác nhân gây ngộ độc xúc tác

Tái sinh, dễ sản xuất

9

Cơ chế phản ứng cracking xúc tác

Cơ chế phản ứng với xúc tác là zeolit (Me2/nO.Al2O3.nSiO2.pH2O với n=1 khi Me là Na, K, Ag, H,

…, n = 2 khi Me là Mg, Ca, Ba,…) có tâm acid Bronsted mạnh 10

Nguyên liệu phân tán mịn bởi hơi nước được phun vào ống phản ứng đã chứa sẵn pha xúc

tác ổn định

Hơi nước trong phản ứng được phun vào ngay điểm phun nguyên liệu

Dầu nguyên liệu ngay lập tức được trộn lẫn với chất xúc tác và bắt đầu phản ứng

cracking

Khi cần thiết, dầu sệt được phun ngay đầu phun hơi nước, với mục đích tối ưu

hoá chế độ nhiệt của hệ thống

Các sản phẩm, khí trơ, hơi nước và một lượng nhỏ chất xúc tác được dẫn đến tháp phân đoạn

11

Điều kiện vận hành của DCC Sơ đồ tổng hợp propylene cực đại DCC

12

Tổng kết

Ethylene và propylene là hai hoá chất cơ bản của ngành công nghiệp hoá dầu gắn liền với

hai quy trình sản xuất cracking hơi nước và cracking xúc tác

Từ hai loại hoá chất có thể điều chế các polymer như HDPE, LLDPE, LDPE, đem lại

những ứng dụng đa dạng trong cuộc sống hiện nay

Quá trình cracking hơi nước tuy cho sản lượng ethylene với hiệu suất cao nhưng tiêu tốn

nhiều năng lượng đồng thời sinh ra nhiều CO2

Qui trình cracking xúc tác giải quyết được điều này, năng lượng cần thấp hơn, xúc tác đã

sử dụng có thể hoàn nguyên để tái sản xuất

13

Tài liệu tham khảo

[1] Ante Jukíc, Petroleum Refining and Petrochemical Processes-Production of

Olefins-Steam Cracking of Hydrocarbons, Faculty of Chemical Engineering and Technology,

University of Zagreb

[2] Robert S Bridges, Richard B.Halsey, Don H.Powers, Method of producing olefins from

petroleum residua; United States Patent; Patent No.: US 6,303,842 B1

[3] GS.TS Nguyễn Hữu Phú; Cracking xúc tác; Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật Hà

Nội, trang 131-174

[4] Dr Hanna Wilczuca-Wachnik; Catalytic cracking of hydrocarbons-Theory and manual

for experiment; University of Warsaw, Faculty of Chemistry

14

THANK YOU