ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẢN CHUẨN NHẤT

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất polypropylene - Đại học BÁCH KHOA HÀ NỘI. Các thông tin và dữ liệu, sơ đồ thiết kế chuẩn nhất được tham khảo từ các tài liệu trong và ngoài nước. Mời bạn đọc cùng tham khảo

Mục lục

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU 2

I Giới thiệu về polypropylen 2

1.1 Lịch sử ra đời 2

1.2 Nhu cầu thị trường 2

1.3 Các đặc tính cơ bản của polypropylen 4

1.3.1 Cấu trúc của PP 4

1.3.2 Tính chất cơ lý 6

1.3.3 Độ bền hóa học 8

1.3.4 Phân loại 9

1.3.5 Ứng dụng của sản phẩm PP 10

1.4 Cơ chế chung của phản ứng trùng hợp tạo Polyme 10

II Nguyên liệu propylen 12

2.1 Tính chất vật lý 12

2.2 Tính chất hóa học 13

2.3 Các nguồn thu nhận propylen 15

2.4 Các phương pháp sản xuất propylen 17

2.5 Sản xuất propylen từ quá trình Cracking naptha 20

2.5.1 Quá trình cracking có sự tham gia của hơi nước 20

2.5.2 Công nghệ sản xuất 23

CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT POLYPROPYLEN 27

I Chất xúc tác và cơ chế phản ứng của quá trình 27

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của xúc tác 27

1.2 Thành phần xúc tác 28

1.3 Cơ chế phản ứng 30

II Công nghệ tổng hợp polypropylen 33

2.1 Các phương pháp tổng hợp PP 33

2.2 Giới thiệu các công nghệ sản xuất 33

2.3 Đánh giá lựa chọn công nghệ 51

CHƯƠNG III QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 53

I Bản vẽ quy trình công nghệ 53

1.1 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 54

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 57

I Cân bằng vật chất 57

1.1 Tính toán 57

II Cân bằng nhiệt lượng 70

2.1 Giai đoạn gia nhiệt nguyên liệu đầu 70

2.2 Giai đoạn duy trì nhiệt độ ở 70 o C 71

III Tính toán thiết bị chính 76

3.1 Thông số thiết kế 76

3.2 Xác định kích thước hình học thiết bị chính 77

3.3 Tính chiều dày thiết bị phản ứng 81

CHƯƠNG V THIẾT KẾ XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN KINH TẾ 85

I Xây dựng mặt bằng phân xưởng 85

1.1 Yêu cầu chung 85

1.2 Địa điểm xây dựng 86

II Tính toán kinh tế 90

2.1 Mục đích 90

2.2 Xác định vốn đầu tư cho phân xưởng 90

2.3 Tính hiệu quả kinh tế 96

CHƯƠNG VI AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG PHÂN XƯỞNG 97

I Khái quát chung 97

II Những yêu cầu về an toàn lao động trong phân xưởng 98

MỞ ĐẦU

Công nghiệp tổng hợp các hợp chất polymer là ngành khoa học nghiên cứu về việc tổng hợp các chất hữu cơ có ứng dụng rộng rãi trong đời sống bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ Nhu cầu sử dụng polymer trong công nghiệp cũng như các lĩnh vực khác của đời sống đang tăng nhanh Trong đó Polypropylene (PP) là một loại polymer nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì khả năng ứng dụng cao của nó Chất liệu Polypropylene có tính chất đặc trưng nên được sử dụng trong nhiều ngành như: Sản xuất thành sợi trong bao bì sản phẩm; làm lớp màng phủ trên bề mặt sản phẩm; sử dụng chế tạo các sản phẩm bằng nhựa cần độ an toàn cao như bình sữa cho trẻ em, đồ chơi, kim tiêm y tế,…Sản xuất những dụng cụ trong phòng thí nghiệm như lọ, chai đựng hóa chất,…

Ở nước ta hiện nay có nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất sản xuất PP đang hoạt động và các dự án sắp đi vào hoạt động trong những năm tiếp theo như dự án sản xuất hạt nhựa polypropylene Phú Mỹ, dự án sản xuất polyporopylene ở Bà Rịa – Vũng Tàu của công ty hóa chất Hàn Quốc Hyosung Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất Polypropylene là yêu cầu rất cần thiết và cấp bách mang tính xã hội, kinh tế phù hợp với nhịp độ tăng trưởng, phát triển chung của đất nước

Từ những phân tích trên em quyết định chọn đề tài “ Thiết kế phân xưởng sản xuất Polypropylen năng suất 320.000 tấn/năm từ sản phẩm của quá trình cracking naptha”

làm đề tài đồ án tốt nghiệp đại học của mình Đồ án của em được chia làm 7 chương:

Chương I Tổng quan về sản phẩm và nguyên liệu

Chương II Sản xuất polypropylen

Chương III Quy trình công nghệ

Chương IV Tính toán và thiết kế công nghệ

Chương V Thiết kế xây dựng và tính toán kinh kế

Chương VII An toàn lao động

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU

I Giới thiệu về polypropylen

1.1 Lịch sử ra đời

Việc phát minh ra Polypropylen diễn ra vào đầu những năm 1950 Có nhiều nhóm cùng tham gia phát minh này: Montecatini (có sự góp mặt của các giáo sư Giulio Natta đồng đạt giải nobel 1963 với Karl Ziegler), Nhóm Ziegler

Polypropylen hình thành từ quá trình trùng hợp (Polymer hóa) phối trí với sự có mặt của xúc tác Ziegler – Natta Polypropylen được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm

1957 bởi công ty Montecatini, Italia Ngay sau đó, nó được sản xuất hàng loạt tại châu

Âu, Mỹ và Nhật Theo dòng thời gian phát triển công suất và chất lượng Polypropylene thương mại ngày càng được cải thiện

Polypropylen được sản xuất bằng phương pháp hóa học được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành Hiện nay, polypropylene là loại nhựa dẻo thông dụng được sản xuất hàng chục triệu tấn một năm trên toàn thế giới không thua kém gì PVC

Polypropylen có những tính chất nhiệt, cơ, lý tuyệt vời khi sử dụng ở nhiệt độ phòng

PP tương đối cứng, có nhiệt độ nóng chảy cao, khối lượng riêng thấp và khả năng chống

sản xuất, các sự kiện chính trị – xã hội cũng đã có tác động đáng kể đến quy mô ngành nhựa những năm gần đây

Hình 1.1 Biểu đồ doanh thu thị trường các loại nhựa của Mỹ giai đoạn 2014 – 2026 [16]

Polypropylen là sản phẩm tiêu thụ nhiều nhất sau PE Ô tô, bao bì, hàng tiêu dùng và máy móc công nghiệp là các lĩnh vực ứng dụng tăng trưởng chính Về mặt ô tô, các quy định liên quan đến giảm trọng lượng xe cộ và hiệu suất nhiên liệu đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng hợp chất nhựa Các nguyên liệu chính như polypropylen (PP) và polyethylen (PE) đang chứng kiến sự tăng trưởng to lớn về tiêu thụ trong ngành công nghiệp ô tô, bao bì và xây dựng Tuy nhiên nguyên nhân gây cản trở tăng trưởng của ngành nhựa là vật liệu khó phân hủy và sử dụng hóa chất độc hại

Bao bì dẫn đầu thị trường với thị phần hơn 50% trong năm 2014, tiếp theo là ô tô Thiết

bị và công nghiệp cơ sở cũng sẽ là một trong những thị trường phát triển nhanh được dự báo Nhu cầu PP tăng cao trong các ngành công nghiệp bao bì thực phẩm và đồ uống, cùng với nhu cầu tăng với các xe hạng nhẹ được dự đoán sẽ thúc đẩy thị trường PP trong những năm tới

Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương là thị trường lớn nhất với PP do nhu cầu cao từ các ngành công nghiệp đang phát triển Nhu cầu ở châu Âu dự kiến tăng do nhu cầu sử

(Triệu USD)

dụng PP nhiều hơn các vật liệu thông thường như thủy tinh, kim loại Trung Quốc nổi lên như một ông lớn về sản xuất và tiêu thụ PP Thị trường của Trung Quốc và Ấn Độ dự kiến nhu cầu tiêu thụ PP là 12 triệu tấn trong giai đoạn từ 2011 – 2020 [16]

Bảng 1.1 Mức tiêu thụ PP theo đầu người ở các nơi khác nhau trên thế giới [16]

Nước – Khu vực Tiêu thụ bình theo quân đầu người ( kg )

1.3 Các đặc tính cơ bản của polypropylen [10], [7]

Ba loại cấu trúc lập thể của polypropylene là atactic polypropylen, syndiotactic

polypropylen, isotactic polypropylen

• Isotactic polypropylen :

Có các nhóm – CH3 cùng nằm về một phía mặt phẳng trong cấu hình đồng phân quang học, dạng tinh thể Có tính chất là không tan được trong heptan sôi và có nhiệt độ điểm chảy khoảng 165oC

• Atactic polypropylen:

Có các nhóm - CH3 sắp xếp ngẫu nhiên không theo một quy luật nào, vô định hình và kết dính tốt

Hình 1.3 Cấu trúc atactic polypropylen

• Syndiotactic polypropylen:

Có các nhóm – CH3 sắp xếp luân phiên trật tự cả hai nữa mặt phẳng

Hình 1.4 Cấu trúc syndiotactic polypropylen

1.3.2 Tính chất cơ lý

Polypropylen (PP) có tình bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không

Polypropylen chịu được nhiệt độ cao hơn 1000C Tuy nhiên độ hàn dán mí (thân) bao bì

PP (1400C) cao so với PE nên có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường dùng PP làm lớp trong cùng

Polypropylene có tinh chất chống thấm oxi, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác

• Nhiệt độ nóng chảy cao: Tnc = 160-170°C

• Ổn định ở 150°C khi không có tác dụng ngoại lực

• Chịu được nước sôi lâu, không bị biến dạng

• Ở 155°C, PP vẫn còn ở thể rắn, nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy PP chuyển sang dạng mềm cao ( giống cao su)

• Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy xuống 120°C, PP bắt đầu kết tinh

• PP có độ dãn dài (ở nhiệt độ cao) thấp nhất trong các polymer thường gặp

PP cứng hơn nhiều so với PE Độ bền cơ học của PP phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ chất tải PP chịu lạnh kém hơn PE, dễ bị oxi hóa, tính bám dính kém Trọng lượng phân tử trong khoảng 80000 – 200000

1.3.3 Độ bền hóa học

Ở nhiệt độ thường PP không tan trong các dung môi hữu cơ, ngay cả khi tiếp xúc lâu mà chỉ trương trong các cacbuahydro thơm và clo hóa.Ở nhiệt độ trên 80°C PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên iPP tan được trong các hydrocacbon béo và thơm có điểm sôi cao ở nhiệt độ cao, sPP tan được trong các hydrocacbon béo và thơm có điểm sôi thấp hơn

và ở nhiệt độ thấp hơn aPP thể hiện độ tan cao nhất trong ba dạng trên Độ bền hóa học

1.3.4 Phân loại

Polypropylen là một loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất bởi quá trình polime hóa propylen

Có nhưng tính chất nhiệt, vật lý, hóa học như mong muốn khi sử dụng ở nhiệt độ phòng Trong công nghiệp người ta chia polypropylen thành các họ lớn với các tên gọi như sau:

- HomoPolypropylen (Polypropylen đồng thể), được polyme hóa chỉ duy nhất monome là Propylen Là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại sản phẩm của PP Nó được sản xuất từ những thiết bị phản ứng khác nhau có sử dụng xúc tác để liên kết các monome lại với nhau thành dạng có cấu trúc không gian cố định HomoPolypropylen là một hệ hai pha, vì nó chứa cả vùng kết tinh được và vùng không kết tinh được (vô định hình) Vùng không có khả năng kết tinh bao gồm cả isotactic PP và atactic PP, Isotactic PP có khả năng kết tinh chậm trong vùng vô định hình HPP có mạng tinh thể từ dày đến mỏng được thể hiện qua điểm chảy của nó

- Random copolypropylen (Polypropylen đồng trùng hợp) (RCP), được đồng polyme hóa monome propylen với các monome khác Thường dung dịch kết hợp comonome ethylen với tỷ lệ thấp (7%) Đa số copolyme có cấu tạo không điều hòa, trong mạch phân tử của chúng có các mắc xích cơ sở (monome A và B) khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể tách ra các đoạn mạch lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn Đồng trùng hợp có các ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho phép thay đổi tính chất của các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng Đồng trùng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cao su tổng hợp

…–A – A – A – A – B – A – B – B – A –…

- Copolypropylen block (Polypropylen đồng trùng hợp khối): Khác với các copolyme thông thường, trong đại phân tử của chúng các đơn vị monome riêng biệt luân phiên nhau và sắp xếp không theo một trật tự trong mạch

…– A – A – A – A – B – B – B – B – B – A – A – …

1.3.5 Ứng dụng của sản phẩm PP

- Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hóa

một cách nghiêm ngặt

- Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn

- PP cũng được sản xuất dạng màng phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước, tạo khả năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì

- Dùng làm chai đựng nước, bình sữa cho bé, hộp bảo quản thực phẩm

- Một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được trong lò vi sóng

1.4 Cơ chế chung của phản ứng trùng hợp tạo Polyme

Trùng hợp là phản ứng kết hợp một số lớn các phân tử monome với nhau tạo thành hợp chất cao phân tử, không giải phóng sản phẩm phụ có phân tử lượng thấp vì thế mắt xích cơ

sở của polyme có cùng thành phần với monome Phương trình tổng quát của phản ứng trùng hợp gốc có thể viết: nM→ (- M- )n

Dựa vào bản chất của trung tâm hoạt động, người ta chia quá trình trùng hợp thành các loại:

- Trùng hợp gốc

- Trùng hợp ion

Trong đó phản ứng trùng hợp gốc (trung tâm của phản ứng là gốc tự do) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp các hợp chấtcao phân tử Hầu hết các polyme mạch cacbon được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cao su, sợi, chất dẻo

Mục đích của giai đoạn khơi mào là tạo thành các gốc tự do ban đầu cần thiết, làm trung tâm cho các phản ứng để phát triển mạch phân tử Tuỳ theo bản chất của từng phương pháp dùng để tạo gốc tự do ban đầu mà chúng ta có 4 trường hợp khơi mào:

- Khơi mào nhiệt

- Khơi mào quang hóa

- Khơi mào bức xạ

- Khơi mào hóa chất

Trong đó khơi mào hóa chất là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu và sản xuất Ngườita sử dụng các hợp chất có chứa các liên kết kém bền như peoxyt (−O−O−), các hợp chất azô (−N=N−) dễ bị phân huỷ tạo thành các gốc tự do ở nhiệt

độ không cao lắm và được gọi là chất khơi mào

Giai đoạn khơi mào gồm 2 phản ứng:

- Phản ứng tạo thành các gốc tự do đầu tiên do sự phân cắt đồng li của chất khơi mào I :

- Phản ứng của gốc tự do với monome:

Giai đoạn phát triển mạch :

Ở giai đoạn này xảy ra một loạt những bước cộng hợp liên tục các monome vào gốc đang phát triển Mỗi bước cộng hợp như vậy tạo thành một gốc mới có kích thước lớn hơn gốc

Kết quả là giai đoạn phát triển mạch sẽ tạo thành các gốc có kích thước rất lớn, hay được gọi là các đại gốc Tốc độ của phản ứng phát triển mạch rất lớn, quá trình sẽ dừng lại bằng những phản ứng ngắt mạch làm mất đi các đại gốc đang phát triển

Giai đoạn ngắt mạch :

Sự ngắt mạch là quá trình bão hoà các điện tử tự do của gốc đang phát triển (đại gốc) làm mất đi các gốc tự do trong hệ Tuỳ thuộc vào bản chất và điều kiện của phản ứng mà

cơ chế của sự ngắt mạch có thể là kết quả của một hay nhiều quá trình sau:

(a) Các đại gốc tương tác với nhau theo hai hướng:

- tái kết hợp

- tái phân bố (b) Gốc tự do từ chất khơi mào kết hợp với đại gốc

(c) Các chất ức chế kết hợp với đại gốc

Nếu cùng một lúc sự ngắt mạch xảy ra theo nhiều cơ chế thì cơ chế nào xảy ra với tốc

độ lớn hơn sẽ quyết định sự ngắt mạch của quá trình Thông thường giai đoạn ngắt mạch xảyra chủ yếu theo cơ chế (a)

II Nguyên liệu propylen [6], [8], [9]

2.1 Tính chất vật lý

Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất polypropylen là propylen Polypropylen được tạo

ra bằng cách trùng hợp các phân tử propylen ( đơn vị monome ) thành mạch polyme dài

Hình 1.6 Công thức cấu tạo propylen

Các đại lượng vật lý cơ bản của Propylen:

Tỉ trọng ở trạng thái lỏng (15°C,1atm): 0,51

Tỉ trọng ở trạng thái hơi (15°C,1atm): 1,49

Độ tan trong nước (-50°C): 0,61g/m³

2.2 Tính chất hóa học

Liên kết π ở nối đôi của anken kém bền vững nên trong phản ứng dễ bị đứt ra để tạo

thành liên kết σ với các nguyên tử khác Vì thế liên kết đôi C = C là trung tâm phản ứng gây ra những phản ứng đặc trưng cho alken như phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp và phản ứng oxi hóa

▪ Phản ứng cộng H 2

Khi có mặt chất xúc tác Ni, Pt, Pd với nhiệt độ thích hợp thì Propylene cộng Hydro vào

nối đôi tạo thành Propan, phản ứng tỏa nhiệt

CH2 = CH − CH3 + H2 CH3-CH2-CH3

▪ Phản ứng cộng halogen (Halogen hóa)

Clo và Brom dễ cộng hợp vào propylene để tạo thành dẫn xuất dihalogen không màu,

do tính chất làm mất màu dung dịch Clo (Brom) nên người ta thường dùng dung dịch

nước Clo (Brom) để nhận biết dung anken

Phản ứng xảy ra qua 2 gia đoạn liên tiếp:

− Phân tử H+ − Cl-bị phân cắt, H+ liên kết với liên kết π tạo thành cacbocation còn Cltách ra

-− Cacbocation là tiểu phân trung gian không bền kết hợp ngay với anion Cl tạo thành sản phẩm

Cộng nước (hydrat hóa)

Ở nhiệt độ thích hợp và có xúc tác acid, Propylene có thể cộng hợp nước

to, xt

n CH3–CH = CH2 (– CH – CH2 –)n (Polypropylen)

▪ Phản ứng oxi hóa

Propylene cũng giống Hydrocacbon khác khi cháy tạo thành CO2, H2O và tỏa nhiều nhiệt

2 C3H6 + 9 O2 6 CO2 + 6 H2O

Ngoài ra Propylene cũng có khả năng làm mất màu quỳ tím như những anken khác

3 C3H6 + 2 KMnO4 + 4 H2O 3 CH3-CH(OH)-CH2OH + MnO2 + 2 KOH

2.3 Các nguồn thu nhận propylen

Những nguồn thu nhận chính của propylen từ quá trình cracking (cracking xúc tác hoặc cracking hơi) các hydrocacbon Lúc đầu quá trình này được thiết kế để sản xuất những sản phẩm khác, propylen chỉ là sản phụ không mong muốn Quá trình này sinh ra nhiều sản phẩm phụ, hàm lượng propylen sinh ra tùy thuộc nguồn nguyên liệu và điều kiện phản ứng

Hình 1.7 Các nguồn thu nhận propylen

to,p, xt

CH3

Nguồn nguyên liệu chính là dầu mỏ và etan Khi dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu chính thì hàm lượng propylen sản xuất được tăng lên Sự tiêu thụ tăng lên dẫn đến tăng độ nghiêm ngặt quá trình cracking xúc tác của nhà máy lọc dầu, kết quả là tăng lượng sản phẩm propylen Propylen thu được từ quá trình cracking xúc tác của nhà máy lọc dầu được làm sạch bằng quá trình chưng cất để loại bỏ propan và phần không tinh khiết khác Propylen loại thương mại hóa (xấp xỉ 95% propylen) và loại trùng hợp ( >99,5% propylen)

có tạp chất chủ yếu là propan Propylen cũng được sản xuất bằng sự chuyển vị giữa buten

và etylen Quá trình này được đưa vào nhà máy lọc dầu hoặc phân xưởng cracking hơi để tăng sản phẩm propylen Lúc đầu quá trình này được phát triển bởi Phillip nhưng bây giờ bản quyền là của ABB Lummus Ngoài ra, propylen còn được sản xuất bằng cách khử hydro của propan dưới tác dụng của xúc tác, quá trình này được dự đoán là quá trình cung cấp propylen chính ở Trung Đông Hai quá trình chính đang áp dụng là quá trình Catofin trước đây được phát triển bởi Houdry và giờ cấp phép bởi ABB Lummus và quá trình Oleflex được cấp phép bởi UOP Khí thiên nhiên có thể được dùng như nguyên liệu cho quá trình sản xuất PP bằng cách thêm quá trình Lugri MTP vào nhà máy sản xuất methanol thông thường

Về cơ bản các công nghệ tạo ra sản phẩm propylene trong quá trình chế biến dầu mỏ có các phương pháp sau:

- Quá trình cracking bằng hơi nước

- Quá trình cracking dầu thô có xúc tác – quá trình FCC (fluid cracking catalyst)

- Dehydro hóa khí propan

2.4 Các phương pháp sản xuất propylen [15]

▪ Cracking naphta bằng hơi nước ưu tiên tạo ra propylen

Naphta là một sản phẩm của quá trình chưng tách dầu thô (chiếm khoảng 4%) nằm giữa đoạn tách xăng nhẹ và benzin nặng hơn Đây là một nguyên liệu rất quan trọng cho ngành hóa dầu Nó là nguyên liệu để sản xuất ra olefin trong quá trình cracking naphta bằng hơi nước không có mặt oxy không khí Trong quá trình này các hydrocacbon bị chuyển hóa, tạo ra các sản phẩm olefin (etylen, propylen, butadien) và các chất thơm (benzen, toluen, xylen) Các sản phẩm này lại là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp tiếp theo các chất khác: nhựa tổng hợp polyetylen, polypropylen, nhựa PS, sợi tổng hợp, hóa chất công nghiệp, dung môi công nghiệp, v.v

Methathesis là một phương pháp tuy cổ điển nhưng nay được cải tiến để ưu tiên tách propylen từ dòng hỗn hợp olefin trong quá trình cracking naphta Theo tài liệu của Hãng ABB Lummus, một khi quá trình methathesis được tích hợp vào quá trình cracking naphta bằng hơi nước, có thể tăng hiệu suất tách propylen/ etylen từ 0,65/1 lên 1,1/1, đồng thời làm giảm giá thành của cả 2 sản phẩm, tăng lãi suất của nhà máy

Công nghệ mới nhằm tăng tỉ lệ tách propylen/ etylen từ 0,65/1 lên 0,85/1 cũng được hãng Lurgi - Oil - Gas - Chemie ở Franfurt (Đức) nghiên cứu Công nghệ này có tên là Propylur, trong đó olefin C4 lấy từ các quá trình cracking naphta bằng hơi nước, từ quá trình cracking FCC hay raffinat từ nhà máy sản xuất butadien Phản ứng chuyển hóa xảy ra ở 4200C, áp suất 1,3 - 2 bar, xúc tác là zeolit dạng viên

Hãng UOP cũng phát triển công nghệ OCP (Olefin - Cracking - Process) chuyển hóa

olefin C4 - C8 thành propylen và etylen nhằm tích hợp với quá trình cracking naphta bằng hơi nước để tăng hiệu suất tách propylen/ etylen đến 30%, đạt tỉ lệ 0,8/1,0 và cao hơn Trong quá trình này olefin phản ứng trên xúc tác zeolit ở điều kiện nhiệt độ 5000C - 8000C,

áp suất 1 - 5 bar Công nghệ này cũng đã được triển khai ở tổ hợp lọc dầu của liên doanh UOP - ATOFINA ở Antwerp (Bỉ)

Công nghệ cracking có xúc tác (PCC) sản phẩm olefin thành propylen, etylen và butylen trên cơ sở xúc tác ZSM - 5 được các hãng Exxon Mobil, Lurgi, Kellogg Brown & Root phát triển Công nghệ mới này cho kết quả tách từ nguyên liệu naphta 30 - 40% propylen,

10 - 20% etylen

▪ Cracking FCC ưu tiên tạo ra propylen

Propylen sản xuất từ quá trình này chiếm vị trí thứ hai Quá trình ưu tiên tách propylen

có thể thực hiện hoặc bằng cách sử dụng xúc tác chọn lọc hoặc thay đổi thông số công nghệ Hãng UOP đã triển khai công nghệ Petro FCC nhằm tăng tỉ lệ tách propylen/ propan từ 6 - 8% lên 25% từ quá trình FCC Công nghệ này cho phép quá trình FCC làm việc ở cường

độ cao hơn bằng cách tăng cường hồi lưu xúc tác nhưng không làm tăng tiêu tốn nhiệt cho quá trình và một số giải pháp khác Tổng hợp tất cả các giải pháp trên có thể nâng hiệu suất tách propylen lên tới 25% trong các nhà máy lọc dầu sử dụng công nghệ mới FCC của UOP

▪ Phương pháp dehydro hóa propan (PDH)

Đây là phương pháp đơn giản nhất để sản xuất propylen Có thể dehydro hóa lượng propan thành 88% propylen Phương pháp sản xuất này có nhược điểm là giá của sản phẩm propylen phụ thuộc rất nhiều vào giá của nguyên liệu propan nên hiệu quả kinh tế của quá trình gia công thấp Sự thực là một số nhà máy PDH kiểu này thời gian trước (1980 - 1990)

đã phải đóng cửa vì giá nguyên liệu tăng quá mức chịu đựng Một số hãng lọc dầu cố gắng khắc phục bằng các giải pháp cải tiến công nghệ và thiết kế để tiết kiệm chi phí năng lượng

▪ Phương pháp chuyển hóa metanol thành olefin (MTO: methanol - olefin)

Phương pháp này có ưu điểm lớn tại những vùng có nguồn khí thiên nhiên dồi dào, giá

rẻ, không cần vận chuyển xa Khí thiên nhiên đầu tiên được chuyển hóa thành metanol, sau

đó chuyển hóa tiếp thành olefin Nhà máy này sản xuất metanol theo công nghệ của Haldor

- Topsoe A.S lớn nhất thế giới với công suất 7.500 tấn metanol/ ngày, đảm bảo sản xuất ra 400.000 tấn/năm mỗi loại propylen (và etylen) và tiếp tục sản xuất ra nhựa PE, PP ngay tại nhà máy Công nghệ của UOP - Norsk Hydro A.S chuyển hóa metanol thành propylen và etylen với tỉ lệ 50/50 Phản ứng chuyển hóa diễn ra trong tháp phản ứng dạng tầng sôi ở điều kiện: 350 - 550oC, áp suất 1 - 3 bar, sử dụng xúc tác silicoaluminophotphat

Theo phân tích của UOP, nhà máy sử dụng công nghệ MTO xây dựng ở Nigeria hoàn toàn có thể cạnh tranh với các tổ hợp hóa dầu cracking sản xuất propylen có cùng công suất Theo tính toán của UOP thì thời gian thu hồi vốn của nhà máy MTO này là 4 năm, ít hơn 1 năm so với nhà máy cracking naphta

Hãng Lurgi cũng có công nghệ của riêng mình cho quá trình chuyển hóa metanol thành propylen Đầu tiên metanol chuyển hóa qua xúc tác thành dimetyl ete, metanol dư và hơi nước Hỗn hợp này sau đó phản ứng ở tháp phản ứng kiểu tầng sôi ở 420 – 4900C, áp suất 1,3 - 1,6 bar nhờ xúc tác zeolit để tạo ra propylen Công nghệ này được triển khai sản xuất tại nhà máy sản xuất metanol của hãng Statoil, Tjeldbergodden (Na Uy)

Lựa phương pháp sản xuất propylen tại Việt Nam:

Có một vài yếu tố cần phải xem xét khi lựa chọn, đánh giá về một phương án sản xuất propylen Yếu tố hàng đầu, quan trọng nhất tất nhiên là chỉ tiêu kinh tế Các yếu tố chủ yếu

để xem xét khi đánh giá và so sánh để chọn một phương pháp là: khả năng cung cấp nguyên liệu, giá nguyên liệu chính, khả năng thay thế nguồn nguyên liệu; hiệu suất propylen và sản lượng và các đồng sản phẩm; chi phí đầu tư xây dựng nhà máy, v.v

Khi xác định rõ nguồn nguyên liệu với giá hợp lý và độ linh động thay thế nguồn nguyên liệu thì dễ dàng định hướng phương pháp nào có lợi hơn

Hiệu suất chuyển hóa propylen là yếu tố chủ yếu để xác định lượng nguyên liệu cần thiết, lượng sản phẩm phụ tạo ra để xác định các yếu tố tác động của nó lên dòng sản phẩm chính (propylen)

Sản lượng sản phẩm, chi phí đầu tư, xây dựng nhà máy, tính phù hợp của cơ sở có sẵn cũng là những yếu tố cần tính đến để dự án trở nên hấp dẫn, khả thi

Vấn đề cuối cùng liên quan tới chính sách cụ thể của nhà đầu tư nhằm tăng và đa dạng hóa sản phẩm cũng như tận dụng các nguồn tài nguyên, kêu gọi, lôi kéo đầu tư, tạo công ăn việc làm cho người lao động tại địa phương đặt nhà máy

Trên cơ sở phân tích các công nghệ ưu tiên sản xuất propylen, dựa trên hoàn cảnh cụ thể của nước ta, lựa chọn phương án 1 là: cracking naphta bằng hơi nước có xúc tác hoặc phương án 2: quá trình cracking FCC có xúc tác là hợp lý Các quá trình này được tích hợp với các dây chuyền lọc tách dầu thô trong các tổ hợp lọc - hóa dầu của nước ta

Trên đây phân tích các giải pháp nhằm ưu tiên tạo ra sản phẩm propylen trong quá trình chế biến dầu khí tại Việt Nam, với nguồn naphtha dồi dào, giá thành rẻ từ quá trình chế biến dầu mỏ, công nghệ tân tiến thu được propylen có hiệu suất cao, vì vậy em lựa chọn thiết kế phân xưởng sản xuất polypropylen với nguyên liệu propylen thu được từ cracking naphtha bằng hơi nước cho đồ án tốt nghiệp này

2.5 Sản xuất propylen từ quá trình Cracking naptha

2.5.1 Quá trình cracking có sự tham gia của hơi nước

của sản phẩm của quá trình cracking hơi nước đã làm cho quá trình này trở thành một quá trình then chốt trong công nghiệp hóa dầu.[14]

Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình này gồm:

Năng lượng liên kết C-C (345kJ/mol) thấp hơn năng lượng liên kết của C-H (413kJ/mol), nên phản ứng nhiệt phân các hydrocacbo no sẽ ưu tiên cắt liên kết C-C trước [14]

Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc, gồm 3 giai đoạn [3]:

Phản ứng thích hợp ở áp suất thấp, tuy nhiên do dòng khí được pha loãng bởi hơi nước nên áp suất riêng phần của hydrocacbon giảm làm cho tốc độ phản úng giảm Tuy nhiên, độ chọn lọc của phản ứng lại tăng thành phần sản phẩm olefin [14]

2.5.2 Công nghệ sản xuất

- Phương pháp sản xuất:

Hình 1.9 Phương pháp sản xuất Propylen và ethylen theo đề xuất của UOP [19]

Phần nguyên liệu Naphta được đưa vào xử lý bằng công nghệ MaxEne của UOP (công nghệ cải tiến của công nghệ Sobex) để xử lý triệt để nguyên liệu rồi đưa vào Steam cracking thu được sản phẩm chủ yếu là ethylen và propylen

Công nghệ UOP MaxEne Cracking bằng hơi nước Nguyên liệu

Naphtha

Sản phẩm

Etylen, propylen

- Sơ đồ công nghệ tổng quát:

Hình 1.10 Công nghệ sản xuất cracking naphtha điển hình [1]

Thuyết minh sơ đồ:

Dòng nguyên liệu Naphta được gia nhiệt bằng lò đốt, đi qua vùng đối lưu rồi đi vào vùng bức xạ của lò đốt Nhiệt độ của phản ứng được tăng lên nhanh chóng và quá trình nhiệt phân xảy ra Sau khi ra khỏi vùng phản ứng, khí của sản phẩm được làm lạnh nhanh bằng nước xuống khoảng 5500-6000C nhằm tránh các phản ứng thứ cấp Sau đó, sản phẩm sẽ tiếp tục được làm lạnh trực tiếp bằng phân đoạn nặng của quá trình nhiệt phân Sản phẩm sau khi làm lạnh sẽ được đưa vào thiết bị chưng chất, phân đoạn sản phẩm

Hơi nước 12MPa

Tháp tách

Nén khí

- Sơ đồ công nghệ bổ sung cho công nghệ trên:

Hình 1.11 Sơ đồ chưng cất tách sản phẩm khí của quá trình steam cracking nguyên liệu Naphta [1]

- Thuyết minh sơ đồ chưng tách sản phẩm khí:

Dòng nguyên liệu được đưa vào tháp chưng cất để tách hydro và metan ở đỉnh tháp (-1000C), sản phẩm ở đáy (nhiệt độ khoảng 190C) được đưa vào thiết bị chưng cất tách ethylene ở đỉnh Tại tháp deethanizer, phần đỉnh tháp, ethylene tách ra được đưa qua thiết bị phản ứng hydro hóa chọn lọc (hydrogenation), sau đó đưa vào tháp chưng cất nhằm tách etylen chưa phản ứng ở đỉnh và etan ở đáy được hồi lưu về dòng nguyên liệu đầu Sản phẩm ở đáy tháp deethanizer được đưa vào tháp depropanizer, sản phẩm ở đỉnh tháp gồm được đưa vào tháp hydro hóa chọn lọc, sau đó đưa vào tháp chưng cất tách propylen ở đỉnh và propan ở đáy được tuần hoàn lại dòng nguyên liệu Sản phẩm ở đáy tháp depropanizer được đưa qua tháp chưng debutanizer nhằm tách butan trên đỉnh tháp

và C5+ ở đáy

Tháp tách metan (30-49 đĩa)

Tháp tách propan (55-60 đĩa)

Tháp tách etan (40-50 đĩa) Tháp tách etan - etylen (110-120 đĩa)

Tháp tách butan

Tháp tách propan-prolylen (200 đĩa trong 2 cột)

- Sơ đồ hoàn thiện phân xưởng steam cracking gồm các khu: phản ứng, làm khô và tách khí được trình bày như ở trên

Hình 1.12 Sơ đồ hoàn thiện của phân xưởng steam cracking [10]

Tách sơ cấp Phản ứng Sấy Tách khí

CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT POLYPROPYLEN

I Chất xúc tác và cơ chế phản ứng của quá trình

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của xúc tác

Xúc tác sử dụng cho quá trình này là một hợp chất rắn được cấu thành từ muối clorua

kim loại nhóm IV – VII có hóa trị chuyển tiếp (thường là Ti) và các hợp chất cơ kim của nhóm I – III (thường là alkylaluminium), được phát minh vào đầu những năm 1950 bởi hai giáo sư Karl Ziegler (Đức), Giulio Nattta (Italya) và lấy tên là xúc tác Ziegler–Natta Thực ra chỉ duy nhất xúc tác Ziegler – Natta được sử dụng trong công nghiệp Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây (đầu những năm 1990) liên quan đến xúc tác metallocenes (cation kim loại nằm giữa hai anion cyclopentadienyl) đang được đẩy nhanh tiến độ Sản phẩm polypropylene chủ yếu là dưới dạng polypropylen isotactic

Trong lịch sử phát triển, cùng với quá trình cải tiến công nghệ polyme hóa, hiệu năng của các chất xúc tác và hệ thống xúc tác cũng tiến triển mạnh mẽ kể từ khi phát minh ra chúng Bây giờ không sử dụng xúc tác thế hệ thứ nhất nữa Vì thế các quá trình công nghệ sản xuất ngày càng đơn giản và sản phẩm polyme tốt hơn

- Thế hệ thứ nhất, khoảng giữa những năm 1960: Hiệu suất xúc tác còn thấp, cần phải có một giai đoạn rửa polyme để trích ly cặn xúc tác và polypropylene atactic

- Thế hệ thứ hai, từ năm 1965 – 1982, hiệu suất tăng gấp 4 lần và tính lập thể chọn lọc của xúc tác được cải thiện, loại bỏ được giai đoạn trích ly Polypropylene atactic nhưng vẫn giữ được giai đoạn trích ly xúc tác Thành phần gồm TiCl3 kết hợp với clorua diethylaluminium (Al(C2H5)2Cl) Chiều hướng cho ra sản phẩm polypropylen cao (95– 98%) nhưng hiệu suất xúc tác vẫn còn thấp (4000 – 10000) g popyproylen/g xúc tác

- Thế hệ thứ ba, đưa ra năm 1975 bởi công ty Mitsui – Montedison: hiệu suất được cải thiện hơn, cho phép loại bỏ trích ly cặn xúc tác, nhưng tính lập thể chọn lọc hơi thấp nên có thể cần đến giai đoạn trích ly Polypropylene atatic Thành phần gồm TiCl4 trên chất mang

MgCl2 được bổ sung thêm một este thơm Chúng được sử dụng với triethylaluminium (Al(C2H5)3) như là một xúc tác kết hợp và một silane đã được cải thiện dạng thể đặc trưng Hiệu suất xúc tác (5000 – 15000)g polypropylen/g xúc tác và khoảng 92% polypropylen isotactic ở thể đặc trưng Hình dạng của polyme không đều và sự phân loại theo thành phần (phép đo hạt) còn rất lộn xộn (tồn tại đồng thời các hạt mảnh, mịn và to lớn)

- Thế hệ thứ tư, đưa ra những năm 1980 bởi Mitsui – Montedison và Shell (những công

ty kế tiếp khác, như Mitsubishi Petrochemical và Sumitomo): không còn giai đoạn trích

ly Polypropylen atactic nữa Thành phần bao gồm các cấu tử như thế hệ 3, nhưng hình dạng (chủ yếu ở dạng cầu) và kích thước được điều chỉnh tạo điều kiện dễ dàng cho sự

di chuyển của nó trong thiết bị phản ứng tầng sôi Hiệu suất xúc tác rất cao (97 – 98%) Các xúc tác này vận hành tương ứng với Al(C2H5)3 và chất biến hình silane [11]

Hình 2.1 Hạt xúc tác tác Ziegler – Natta (a) và hạt polyme tương ứng (b)

Hiện nay thế hệ thứ 4 của xúc tác Ziegler – Natta có thành phần chính là TiCl4 đóng vai trò xúc tác trên chất mang MgCl2, Al(C2H5)3 (TEAL) là chất trợ xúc tác chúng được phân tán trong dầu khoáng và mỡ nhờn Xúc tác này cho hiệu suất và độ chọn lọc cao Bằng việc thay đổi tỉ lệ các hợp phần xúc tác, lựa chọn chế độ công nghệ mà người ta có thể sản xuất các polyme có cấu trúc không gian khác nhau Người ta sử dụng hydro để tắt mạch phản ứng tạo ra sản phẩm có độ phân bố hẹp Trong phản ứng polyme tạo polypropylen Phụ thuộc khả năng định hướng của nhóm metyl, có 3 dạng mạch PP khác nhau Bằng việc thay đổi tỉ lệ các hợp phần xúc tác, lựa chọn chế độ công nghệ mà người ta có thể sản xuất các polyme có cấu trúc không gian isotactic có giá trị kinh tế cao [11]

Bảng 2.1 Thành phần chính của các loại xúc tác Ziegler – Natta

Kim loại nhóm I – III Kim loại chuyển tiếp Chất thêm vào

(C2H5)2Mg

(C2H5)2Zn

Titanocene dichloride Ti(OiBu)4

R3N, N2O, R3P Aryl este (C2H5)4Pb (Mo, Cr, Zr, W, Mn, Ni) HMPA, DMF

Sau đó, các nguyên tử propylen tiếp theo tấn công vào obital trống của nguyên tử Ti Và quá trình được lặp lại liên tục tạo ra mạch cacbon dài hơn

Quá trình kéo dài mạch cacbon này sẽ dừng lại khi xảy ra một trong ba trường hợp sau:

Sự chuyển vị nguyên tử hidro làm no obital trống

Sự tấn công của propylen làm no obital trống

Sự tấn công của hydro làm no obital trống

Hydro được sử dụng trong quá trình này với mục đích để kiểm soát khối lượng phân tử của polypropylen [2]

II Công nghệ tổng hợp polypropylen

2.1 Các phương pháp tổng hợp PP [17]

Dựa trên sự khác nhau về trạng thái pha của hỗn hợp nguyên liệu trong thiết bị phản ứng chính mà tạo ra sự khác nhau về công nghệ sản xuất PP

Hiện nay trên thế giới sử dụng phổ biến 2 loại công nghệ là:

▪ Polymer hóa ở thể huyền phù với thiết bị phản ứng dạng vòng, sử dụng hydrocacbon làm dung môi (propylen lỏng hoặc propan siêu tới hạn)

▪ Quá trình polymer hóa ở trong pha khí trong các thiết bị có cánh khuấy, hoặc tầng sôi

Cả hai loại công nghệ này đều sử dụng hệ xúc tác Ziegler ˗ Natta

Cả 2 loại công nghệ trên đều trải qua các quá trình như :

− Làm sạch nguyên liệu và phụ gia, chuẩn bị xúc tác

− Quá trình tổng hợp PP xảy ra trong thiết bị phản ứng ở pha khí (tầng sôi hoặc TB khuấy) hoặc trong thiết bị phản ứng ở pha lỏng (dạng huyền phù hoặc dung dịch)

− Polyme được phân tách khỏi các monome tạo hạt, sấy

− Thu hồi monome đem tuần hoàn tăng hiệu suất

2.2 Giới thiệu các công nghệ sản xuất

A Công nghệ SPHERIPOL [12]

Công nghệ Spheripol có thể sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhờ lò phản ứng đa năng Propylen lỏng được polyme hóa trong thiết bị phản ứng dạng ống vòng Trong quá trình vận hành không cần loại bã xúc tác và polyme vô định hình Monome chưa phản ứng được nén và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng, nhờ đó làm tăng hiệu suất và giảm tiêu hao năng lượng Hiệu suất thu polyme đạt 40.000 - 60.000 kg/kg xúc tác Công nghệ này hiện chiếm khoảng 50% tổng công suất PP toàn cầu

Định mức tiêu hao nguyên vật liệu và năng lượng cho một tấn Polypropylen:

bị gia nhiệt và được dẫn tới tháp khử khí cấp 1 Propylen không tham gia phản ứng được thu hồi từ tháp khử khí, ngưng tụ và bơm trở lại lò phản ứng Để sản xuất copolyme nén (impact copolyme) loại thường và loại đặc biệt, polyme từ lò phản ứng đầu tiên được nạp vào lò phản ứng pha khí tầng sôi lắp đặt ngay sau đó (hỗn hợp phản ứng sẽ không được dẫn vào lò phản ứng này nếu chỉ sản xuất homopolyme và random copolyme) Trong lò phản ứng pha khí khi cho Etylen tiếp tục được polyme hoá với homopolyme sinh ra từ lò phản

hiệu quả Muốn sản xuất một số copolyme đặc biệt, tạo thành bởi 2 hàm lượng etylen khác nhau cần phải sử dụng lò phản ứng pha khí thứ 2

Hình 2.2 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ spheripol

Phân xưởng xây dựng theo công nghệ spheripol bao gồm những công đoạn sau:

Công đoạn đo lường, chuẩn bị xúc tác rắn và Trợ xúc tác :

Trợ xúc tác 1, là chất cho điện tử (electron Donor) dưới dạng lỏng đựng trong các bình chứa được chuyển tới bể Ở đây được pha với dầu Hydrocarbon để cân đong được chính xác Dung dịch Donor được bơm định lượng bơm vào xúc tác để tạo tiền tiếp xúc

Trợ xúc tác 2 (TEAL) độ đậm đặc 100%, chứa trong các cylinder được đổ vào bể Từ đây, TEAL được nạp vào thiết bị hoạt hoá xúc tác (tiền tiếp xúc) bằng bơm định lượng

Dầu Hydrocarbon và mỡ đước xả vào bể đã được hâm nóng, pha trộn và sau đó được chuyển đến thiết bị tạo bùn xúc tác mà ở đây thành phần xúc tác rắn được nạp vào bình bởi tời nâng Xúc tác rắn phân tán trong dầu Hydrocarbon, bổ sung thêm mỡ ở nhiệt độ định sẵn, khuấy liên tục, để nguội để ổn định bùn Duy trì nhiệt độ thấp trong khi cân đong bùn để chuyển sang thiết bị hoạt hoá xúc tác

Công đoạn hoạt hoá xúc tác :

Quá trình hoạt hoá xúc tác của thiết bị bao gồm 2 giai đoạn Trước tiên, bùn xúc tác được trộn với Trợ xúc tác trong thùng tiền tiếp xúc Sau đó, hỗn hợp xúc tác hoạt hoá sẽ được trộn lẫn với nguyên liệu propylen lạnh và được lưu giữ trong một thời gian ngắn trong

lò phản ứng mà ở đó Propylen sẽ được nạp thêm để tiến hành phản ứng tiền trùng hợp (prepolymerization) trong môi trường nhiệt độ thấp Tiền trùng hợp có tác dụng kiểm soát hình thái cấu trúc của polyme bởi các điều kiện phản ứng ôn hoà của giai đoạn trùng hợp đầu tiên

Công đoạn polyme hoá :

Quá trình polyme hoá được thực hiện trong pha lỏng và trong lò phản ứng dạng vòng Bùn xúc tác được dẫn tới lò phản ứng với sự bổ sung thêm Propylen và H2 (để khống chế cân bằng phân tử lượng)

Điều kiện hoạt động của lò phản ứng:

luôn được đồng nhất.trong lò phản ứng Tỷ trọng của hỗn hợp các chất tham gia phản ứng luôn được duy trì ở mức 50 - 55% tỉ trọng của polyme Trong trường hợp sản xuất random copolyme hoặc terpolyme sẽ nạp thêm etylen hoặc Butan-1 vào lò phản ứng với tỉ lệ phù hợp Nhiệt phản ứng được giải phóng trong thiết bị trao đổi nhiệt bởi nước hồi lưu trong áo bọc của thiết bị phản ứng

Spheripol chấp nhận khả năng cung cấp H2, kiểm soát cấu trúc polyme, linh hoạt trong quá trình làm mát và kiểm soát chính xác chất lượng các chủng loại sản phẩm Polyme được xả liên tục từ lò phản ứng qua đường ống bọc hơi để bay hơi monome trong khi được dẫn tới thùng chứa (áp suất thùng 15-18 barg)

Công đoạn khử khí và xử lý bằng hơi nước :

Trong trường hợp sản xuất homopolyme, random copolyme hoặc terpolyme thì sản phẩm polyme được thu gom ở đáy bình chứa và được lọc ở áp suất tương đương áp suất khí quyển để tách monome không tham gia phản ứng Dòng monome được nén và được đưa về thiết bị thu hồi propylen Mức độ khử khí cao và nhiệt độ của dòng sản phẩm cao tạo hiệu quả cao cho thiết bị xử lý bằng hơi nước và thiết bị đùn ép polyme Bột polyme được thoát ra bởi trọng lực tới thiết bị xử lý bằng hơi nước Tại đó, hơi nước được bơm vào

để đuổi monome không tham gia phản ứng, propan và khử hoạt hoá xúc tác còn sót lại sau phản ứng cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm Hơi nước được ngưng tụ và xả ra cống sau khi dẫn qua thiết bị làm sạch

Công đoạn đồng trùng hợp dị pha (heterophasic copolymerization), khử khí và sục Etylen (lựa chọn)

Khi sản xuất copolyme nén, dị pha (impact copolymer), quá trình polyme hoá phải được tiến hành qua 2 giai đoạn Trong trường hợp này, homopolyme tạo thành được dẫn tới lò phản ứng pha khí thứ nhất Trong lò phản ứng pha khí, pha cao su etylenpropylen đựoc bổ sung vào homopolyme Sản phẩm được tăng cường độ rắn cao

- Lò phản ứng pha khí thứ nhất:

Pha cao su được tạo thành trong lò phản ứng thẳng đứng sau khi nạp homopolymer Polyme được hoá lỏng nhờ khí phản ứng được hồi lưu.Tốc độ khí bề mặt vào khoảng 0,7 m/s Lò phản ứng pha khí hoạt động trong điều kiện:

Áp suất: 14 barg Nhiệt độ: 80 – 90 ⁰C Thời gian phản ứng: 0.3 giờ

Tỉ trọng trung bình của tầng phản ứng: 300 - 350 kg/m3 Copolyme tạo thành được xả ra

từ đáy lò (có kiểm soát)

- Thiết bị sục Etylen

Polyme được dẫn tới thiết bị xử lý bằng hơi nước và làm khô Dòng vật chất từ thiết

bị lọc được nén, làm lạnh và sau đó nạp vào thiết bị sục Etylen Dòng khí giàu Etylen thoát ra từ đỉnh được hồi lưu về Dòng sản phẩm từ đáy được chuyển tới tháp tách

Công đoạn làm khô sản phẩm polyme :

Sản phẩm polyme ướt từ khu vực tháp xử lý bằng hơi nước được đưa đến bộ phận làm khô để đuổi nước bề mặt bằng dòng Nitơ nóng Nitơ ướt được dẫn tới tháp tách bột và nước ngưng tụ trước khi được hồi lưu trở lại tháp làm khô Polyme khô được chuyển tới silô được lưu giữ trong môi trường Nitơ

Công đoạn thu hồi propylen