Download đồ án môn học công nghệ cơ hóa dầu, cho các bạn có thể làm đề tài tham khảo

1. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 1
BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ
HỮU CƠ – HOÁ DẦU

2. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 2
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên trong đồ án này, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
TS. Đào Quốc Tùy người đã hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian qua để
em có thể hoàn thành một cách tốt nhất học phần Đồ Án Môn Học.
Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn
Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu cũng đã tạo điều kiện, hỗ trợ để em có thêm
những kiến thức liên quan đến đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng nhưng do thời gian còn hạn hẹp, nên Đồ Án Môn Học
của em chắc chắn còn tồn tại nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý
kiến đóng góp của thầy giáo hướng dẫn và các thầy, cô trong bộ môn để bài báo
cáo của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2012
Sinh viên
Dương Sơn Lâm

3. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 3
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ………………………………………...………………....….. 6
PHẦN 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………..……..………….. 7
1.1. Cơ sở lý thuyết chung về quá trình alkyl hóa ……..…………......... 7
1.1.1. Phân loại các phản ứng alkyl hóa ……………..………….…… 7
1.1.2. Các tác nhân alkyl hóa………………………….……………… 8
1.1.3. Xúc tác cho phản ứng alkyl hóa………………….……………. 10
1.1.4. Đặc tính năng lượng của các phản ứng alkyl hóa…………….. 12
1.2. Alkyl hóa iso-butan bằng buten…………………………………….. 13
1.2.1. Nguyên liệu của quá trình……………………………………… 13
1.2.1.1. Tính chất hóa lý, phương pháp điều chế của nguyên liệu… 15
1.2.1.2. Sản phẩm chính……………………………………….…… 22
1.2.2. Cơ sở hóa lý của quá trình……………………………………… 23
1.2.2.1. Đặc trưng nhiệt động học của phản ứng…………………. 23
1.2.2.2. Cơ sở của quá trình alkyl hóa izo-butan bằng buten…….. 24
PHẦN 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT………………………………….…… 33
2.1. Điều kiện công nghệ của quá trình alkyl hóa………………………. 33
2.1.1. Nhiệt độ phản ứng………………………………………….…… 33
2.1.2. Thời gian phản ứng…………………………………………..…. 35
2.1.3. Nồng độ axit……………………………………………….……. 36
2.1.4. Nồng độ izo-butan trong vùng phản ứng………………….…… 37
2.1.5. Tốc độ thể tích của olefin………………………………….…… 39
2.1.6. Khuấy trộn………………………………………………….…… 39
2.1.7. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình alkyl hoá…….……. 40
2.2. Các công nghệ alkyl hóa izo-butan bằng olefin…………………… 40
2.2.1. Đặc điểm chung…………………………………………………….... 40
2.2.2. Các quá trình công nghệ alkyl hóa izo-butan bằng olefin………….. 41
2.2.2.1. Công nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng Kellogg…….. 41
2.2.2.2. Công nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng Exxon……… 47

4. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 4
2.2.2.3. Công nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng Stratco……… 48
2.2.2.4. Công nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng
CDTECH……..……………………………….……………………………... 54
2.2.2.5. Công nghệ alkyl hóa sử dụng xúc tác HF của hãng UOP………… 56
2.2.2.6. Xu hướng phát triển của công nghệ alkyl hóa….………….……… 58
2.3. Lựa chọn công nghệ………………………………….……………… 58
PHẦN 3. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ……………………….…………….. 61
3.1. Các số liệu ban đầu……………………………………..…………… 61
3.2. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng………….…………… 61
3.2.1. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ nhất…………..…. 62
3.2.2. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ hai………….…… 66
3.2.3. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ ba…………..…… 68
3.2.4. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng thứ tư…………..……. 69
3.3. Tính kích thước thiết bị phản ứng……………………………………. 69
3.3.1. Tính thể tích thiết bị phản ứng……………………………….………. 69
3.3.2. Tính đường kính thiết bị phản ứng…………………………….…….. 71
3.4. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng……….………….. 71
3.4.1. Tính nhiệt phản ứng…………………………………………..………. 71
3.4.2. Tính lượng hydrocacbon bay hơi trong thiết bị phản ứng…………... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………….………………………….…………. 74

5. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Trị số octan (R+M)/2 cho bởi loại xúc tác và olefin nguyên
liệu…………………………………………………………………………. 11
Bảng 1.2. So sánh quá trình alkyl hóa khi sử dụng xúc tác HF và H2SO4… 12
Bảng 1.3. Đặc tính năng lượng của các phản ứng alkyl hóa…………….… 12
Bảng 1.4. Sự phụ thuộc của sản phẩmalkylatevào thành phần các đồng
phân olefin C4 trong quá trình sản xuấtvớichất xúc tácHF…………….... 14
Bảng 1.5. Một số tính chất hóa lý của olefin……………………………… 16
Bảng 1.6. Trị số octan của một số sản phẩm chính của quá trình alkyl hóa
izo-butan bằng buten………………………………………………………. 23
Bảng 1.7. Trị số octan của sản phẩm của quá trình alkyl hóa khi dùng
H2SO4…………………………………………………………………….... 23
Bảng 1.8. Nhiệt tạo thành của cacbocation ………………………..…….. 25
Bảng 2.1. Độ hòa tan của izo-butan trong axit……………………….…… 37
Bảng 2.2. Giá trị RON của alkylat phụ thuộc vào Fnguyên liệu…………. 39
Bảng 2.3. Sự thay đổinồng độ của các cấu tử vào nồng độ phản ứng trong
reactor…………………………………………………………………..….. 44
Bảng 2.4. Các điều kiện sử dụng của lò phản ứng Stratco………………. 49
Bảng 2.5. Ưu nhược điểm của hai công nghệ Exxon và Stratco…………. 59
Bảng 3.1 Thành phần nguyên liệu………………………………………… 61
Bảng 3.2. Khối lượng các cấu tử nguyên liệu đi vào hệ thống thiết bị phản
ứng trong 1 giờ…………………………………………………………….. 62
Bảng 3.3. Thành phần các cấu tử đi vào hệ thống thiết bịphản ứng trong 1
giờ………………………………………………………………………….. 63
Bảng 3.4. Thành phần nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng thứ nhất…… 65
Bảng 3.5. Cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ nhất………………. 66
Bảng 3.6. Thành phần nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng thứ hai……. 67
Bảng 3.7. Cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ hai………………….. 67
Bảng 3.8. Cân bằng vật chất ở thết bị phản ứng thứ ba………………..…. 68

6. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 6
Bảng 3.9. Cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ tư…………….……. 69
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1
a) Vùng có mật độ electron cao ở liên kết đơn C - C……………….
b) Vùng có mật độ eletoron cao ở liên kết đơn C = C……………….
17
17
Hình 1.2. Giai đoạn phát triển mạch………………………………………. 27
Hình 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa trực tiếp……….. 33
Hình 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến trị số Octan của alkyl hoá……. 34
Hình 2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/RH đến chất lượng của alkylat…..….. 35
Hình 2.4. Sự phụ thuộc thuộc giữa nồng độ axit và chất lượng alkylat….. 36
Hình 2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ I/O tới hiệu suất alkylat…………………… 38
Hình 2.6. Sơ đồ khối của quá trình alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4………. 41
Hình 2.7. Cấu tạo thiết bị phản ứng làm lạnh tự động của hãng Kellogg… 42
Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4 của hãng
Kellogg………………………………………………………………….…... 43
Hình 2.9. Cấu trúc của lò phản ứng……………………………………..…. 46
Hình 2.10. Hệ thống làm lạnh tự động của Exxon……………………..….. 47
Hình 2.11. Thiết bị phản ứng alkyl hóa xúc tác H2SO4 dạng nằm ngang của
hãng Stratco…………………………………………………………………
50
Hình 2.12. Sơ đồ công nghệ sản xuất xăng alkyl hóa dùng xúc tác H2SO4
với 4 thiết bị phản ứng nằm ngang……………………………………….…
53
Hình 2.13. Một số phần lược bỏ trong quá trình CDAlkyl…………….…. 54
Hình 2.14. Sơ đồ của quá trình CDAlkyl…………………………….……. 55
Hình 2.15. Mô hình kết hợp quá trình CDAlkyl……………………….…… 56
Hình 2.16.Quá trình alkyl hóaxúc tác HF của UOP…………………..…… 57

7. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 7
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi
quốc gia trên thế giới.Hiệu quả sử dụng của dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng
của các quá trình chế biến, trong đó các quá trình xúc tác giữ vai trò quan
trọng.Việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử
dụng và tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý hiếm này.
Xăng là hỗn hợp các hydrocacbontừ C5 đến C10 có nhiệt độ sôi từ 35oC đến
200oC, dễ bay hơi và có tính tự cháy kém. Được dùng làm nhiên liệu cho động
cơ đốt trong là chủ yếu, ngoài ra còn dùng làm dung môi cho công nghiệp trích
ly dầu và pha chế mỹ phẩm.
Trong công nghiệp sản xuất xăng, nhìn chung các quốc gia đều có xu
hướng cải thiện và nâng cao chất lượng xăng nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của
động cơ và bảo vệ môi tường trong sạch. Vì vậy việc nâng cao chất lượng xăng
trong đó quan trọng nhất là nâng cao trị số octan, giảm hàm lượng benzen, hàm
lượng các hợp chất chứa oxy, hàm lượng olefin đang là vấn đề đặt lên hàng đầu.
Trong các loại xăng công nghệ thì xăng alkyl hoá, đặc biệt là xăng alkyl
hoá xúc tác H2SO4 có thể đáp ứng được các yêu cầu trên: nó có trị số octan cao
(trên 95), không chứa bezen, có độ ổn định hoá học cao, áp suất hơi bão hoà
thấp, hàm lượng độc trong khí thải thấp nên đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật
của động cơ và góp phần bảo vệ môi trường trong sạch.
Nguyên liệu của quá trình là các hydrocacbon ở dạng khí lấy từ phân xưởng
cracking. Như vậy quá trình alkyl hoá là một công nghệ rất quan trọng trong
nhà máy chế biến dầu mỏ, vì ngoài những ưu điểm của sản phẩm, đây còn là
hướng sử dụng hợp lý nguyên liệu, tiết kiệm được nguồn năng lượng dầu mỏ
ngày càng cạn kiệt. Do vậy việc phát triển và nâng cao công nghệ alkyl hoá
trong các nhà máy chế biến dầu là rất cần thiết.

8. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 8
PHẦN 1.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Cơ sở lý thuyếtchung về quá trình alkyl hóa
Quá trình alkyl hoá là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các hợp
chấthữu cơ hoặc vô cơ. Các phản ứng alkyl hoá có giá trị thực tế cao trong việc
đưa các nhóm alkyl vào các hợp chất thơm, izoparafin, mercaptan, sulfid, amin,
các hợp chất chứa liên kết ete... ngoài ra quá trình alkyl hoá còn là những giai
đoạn trung gian trong sản xuất cac monome, chất tẩy rửa... [9]
1.1.1. Phân loại các phản ứng alkyl hóa[9]
Sự phân loại phổ biến nhất các quá trình alkyl hoá là dựa trên loại liên kết
được hình thành, ngoài ra còn có cách phân loại theo nhóm alkyl đưa vào phân
tử hợp chất.
a. Phân loại dựa trên dạng liên kếttạo thành giữa nguyên tử C với nguyên tử
của các nguyên tố khác
* Alkyl hóa theo nguyên tử C
Còn gọi là quá trình C - alkyl hoá, đây là quá trình thế nguyên tử H gắn
với C bằng các nhóm alkyl. Cả parafin và hydrocacbon thơm đều có thể tham
gia phản ứng này
CnH2n+2 + CmH2m → Cn+mH2(n+m)+ 2
ArH + RCl → ArR + HCl
* Alkyl hóa theo nguyên tử O và S
Còn gọi là quá trình O - alkyl hoá và S - alkyl hoá.Đây là các phản ứng
dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm alkyl và nguyên tử O hoặc S.
ArOH + RCl + NaOH → ArOR + NaCl + H2O
NaSH + RCl → RSH + NaCl
* Alkyl hóa theo nguyên tử N
Còn gọi là quá trình N - alkyl hoá, đây là quá trình thế các nguyên tử H
trong amoniac hoặc trong amin bằng các nhóm alkyl.
ROH + NH3 → RNH2 + H2O
* Alkyl hóa theo các nguyên tử khác
Các quá trình Si -, Pb -, Al - alkyl hoá ... đây là những con đường quan
trọng để tổng hợpcác hợp chất cơ nguyên tố hoặc cơ kim.

9. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 9
2RCl + Si → R2SiCl2 (xúc tác là Cu)
4C3H7Cl + 4NaPb → Pb(C3H7)4 + 4NaCl + 3Pb
3C2H4 + Al + 3/2 H2 → Al(C2H5)3
b. Phân loại dựa trên cấu tạo khác nhau của nhóm alkyl đưa vàophân tử hợp
chất
* Alkyl hóa mạch thẳng
Nhóm alkyl hóa là mạch thẳng
C6H6 + C2H5Cl → C6H5C2H5 + HCl
* Alkyl hóa mạch vòng
Nhóm alkyl mạch vòng, ví dụ xyclohexyl hóa
C6H6 + C6H11Cl → C6H5C6H11 + HCl
* Aryl hóa
Đưa nhóm phenyl hay nói chung là aryl vào phân tử hợp chất, hình thành
liên kết trực tiếp với nguyên tử C của vòng thơm
C6H5Cl+ NH3 → C6H5NH2+ HCl
* Vinyl hóa
ROH + C2H2→
HO-
ROCH=CH2
CH3-COOH + C2H2→
Zn2
+
CH3-COO-CH=CH2
* β-oxy alkyl hóa
Nhóm alkyl chứa nhóm oxyt, ví dụ phản ứng của etylen oxyt với rượu
CH2-CH2O →
+ROH
ROCH-CH2OH
CH2-CH2O →
NH3
HOCH2-CH2NH2
1.1.2. Các tác nhân alkyl hóa [9]
Các tác nhân alkyl hoá rất đa dạng, quan trọng là có khả năng dễ tạo thành
cacbocation. Theo liên kết bị đứt trong quá trình alkyl hóa có thể chia làm 3
nhóm:
- Các hợp chất không no (olefin và acetylen), trong đó sẽ phá vỡ các liên
kết π của các nguyên tử C
- Dẫn xuất halogen, trong đó sẽ cắt đứt các liên kết C-X
- Các hợp chất chưa oxy như rượu, ete, este, oxyt olefin là các tác nhân
mà trong quá trình alkyl hoá liên kết C-O sẽ bị phá vỡ
a. Tác nhân là olefin

10. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 10
Trong các loại tác nhân thì tác nhân olefin có giá thành khá rẻ, vì vậy
ngườita luôn cố gắng sử dụng chúng trong mọi trường hợp có thể. Các
olefin(etylen, propylen, buten và các olefin cao phân tử) chủ yếu được sử dụng
đểC - alkyl hoá các parafin và các hợp chất thơm.
Xúc tác sử dụng trong trường hợp này là axit proton (a.Bronsted) hoặc
axit phi proton (a.Lewis)
Cơ chế của quá trình chủ yếu xảy ra theo cơ chế ion qua giai đoạn trung
gian hình thànhcacbocation. Khả năng phản ứng của các olefin được đánh giá
bằng mức độtạo ra cacbocation:
RCH=CH2 + H+↔RC+H-CH3
Khả năng tạo cacbocation tăng theochiều dài mạch và độ phân nhánhcủa
olefin:
CH2=CH2< CH3-CH=CH2< CH3-CH2-CH=CH2< (CH3)2C=CH2
Ngoài ra trong rất nhiều trường hợp, quá trình alkyl hoá bằng olefin có thể
xảy ra dưới tác dụng của các chất khơi mào phản ứng chuỗi gốc, hoặc tácdụng
của ánh sáng hoặc tác dụng của nhiệt độ cao. Khi đó các phần tử trunggian là
các gốc tự do và trong trường hợp này khả năng phản ứng của cácolefin có cấu
tạo khác nhau cũng không khác nhau nhiều.
b. Tác nhân là các dẫn xuất clo
Các dẫn xuất clo được xem là các tác nhân alkyl hoá tương đối thông
dụngnhất trong các trường hợp O -, S -, N - alkyl hoá và để tổng hợp phần lớn
cáchợp chất cơ kim, cơ nguyên tố; ngoài ra nó còn được sử dụng trong trường
hợpC - alkyl hoa
C - alkyl hoá xảy ra theo cơ chế ái điện tử dưới tác dụng của chất xúc tác
là cácaxit phi proton (FeCl3, AlCl3) qua giai đoạn trung gian hình
thànhcacbocation:
RCl + AlCl3↔Rδ+→Cl →δ+AlCl3↔R+ + AlCl4
-
Khả năng phản ứng của các alkyl clorua phụ thuộc vào độ phân cực của
liênkết C-Cl hoặc vào độ bền cacbocation và sẽ tăng khi chiều dài và mức độ
Phân nhánh của nhóm alkyl tăng:
CH3CH2Cl < (CH3)2CHCl < (CH3)CCl3

11. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 11
O -, S-, N - alkyl hoa: xảy ra theo cơ chế ai nhan va khong cần xuc tac
RCl + :NH3→ RN+H3 + Cl-↔ RNH2 + HCl

12. SVTH: Dương Sơn Lâm Trang 12
DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 51278
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562