Bài tập lớn: Thiết kế quá trình sản xuất Acid Acetic 100.000 tấn/năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐẠI CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID ACETIC 100.000 tân/năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHÓM 8 PGS.TS : Nguyễn Anh Dũng 1 Phần A: Tổng quan Chương I: Giới thiệu chung về acid acetic. I.1. Acid Acetic Axit axetic hay cßn gäi lµ axit etanoic, lµ mét hîp chÊt h÷u c¬ ®iÓn h×nh cña d∙y ®ång ®¼ng axit mono cacboxylic, nã cã nhiÒu øng dông trong s¶n xuÊt vµ ®êi sèng, lµ mét trong nh÷ng s¶n phÈm h÷u c¬ c¬ b¶n vµ quan träng ®îc sö dông réng r∙i trong c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬ hãa dÇu. Axit axetic là hóa chất quan trọng với những ứng dụng phong phú trong nhiều ngành sản xuất cuối dòng như dệt vải, chế biến thực phẩm và một số quá trình sản xuất hóa chất công nghiệp. Động lực chủ yếu tạo thành xu hướng giá axit axetic là giá nguyên liệu và metanol cũng như nhu cầu cuối dòng đối với các dẫn xuất của axit axetic, như monome vinyl axetat (VAM), axit terephtalic tinh khiết (PTA), etyl axetat và anhydric axetic. Xu hướng ngày càng tăng của việc sử dụng axetat este làm dung môi cho mực in, sơn và chất kết dính cũng đã hình thành trong vài năm qua, tạo ra nhu cầu lớn và ổn định đối với axit axetic. [1] VAM là lĩnh vực sử dụng cuối dòng lớn nhất đối với axit axetic,dẫn xuất này chủ yếu được sử dụng trong sơn và chất kết dính. Trong khi đó, PTA được sử dụng chủ yếu trong sản xuất polyeste và sợi. PTA là lĩnh vực ứng dụng cuối dòng đang phát triển nhanh nhất, đạt tốc độ tăng trưởng trên 4%/năm.VAM, PTA và etyl axetat là ba lĩnh vực sử dụng hàng đầu đốivới axit axetic trong năm 2011, lượng tiêu thụ axit axetic trong các lĩnh vựcnày đạt 3,46 triệu tấn, 2,16 triệu tấn và 1,31 triệu tấn tương ứng. Ba lĩnh vựcnày chiếm tổng cộng 75% nhu cầu axit axetic toàn cầu. Anhydric axetic và cáclĩnh vực sử dụng cuối dòng khác chiếm phần còn lại của nhu cầu axit axetic toàncầu, với lượng tiêu thụ 1,05 triệu tấn và 2,19 triệu tấn tương ứng. [1].Trong thời gian 2011­2020, dự kiến tốc độ tăng trưởng của lĩnh vực PTA và etyl axetat sẽ vượt quá tốc độ tăng trưởng của lĩnh vực VAM. I.2. Nhu cầu axit axetic trên thế giới. Nhu cầu toàn cầu đối với axit axetic đã tăng liên tục trong 10 năm qua. Theo Công ty nghiên cứu thị trường GBI Research, nhu cầu axitaxetic toàn cầu năm 2000 đạt 6,11 triệu tấn, sau đó tăng lên đến 10,24 triệutấn vào năm 2011. Một phần đáng kể của mức tăng này là do nhu cầu từ khu vực ChâuÁ ­ Thái Bình Dương và Mỹ. GBI dự báo xu hướng tương tự sẽ tiếp diễn trong thời gian tới. Năm 2011, Mỹ là nước tiêu thụ axit axetic lớn thứ hai trên thế giới, sau Trung Quốc. Sự hồi phục của nền kinh tế Mỹ hiện nay sẽ giúp tăngmạnh nhu cầu axit axetic trong tương lai. Trong khi đó, khu vực Châu Á – Thái Bình Dương sẽ tiếp tục chiếm hơn 72% nhu cầu axit axetic trong năm 2020. Nhu cầu toàn cầu đối với axit axetic dự kiến sẽ gia tăng với tốc độ 4,7%/năm trongthời gian từ 2011 đến 2020, đạt 15,53 triệu tấn vào năm 2020. Nhu cầu axit axetic ở những nước phát triển như Nhật Bản và Đứcphần lớn đã ổn định. Do dân số khổng lồ, các nước mới nổi như Trung Quốc, Ấn Độ,...có tiềm năng tiêu thụ rất lớn và tạo ra những cơ hội tăng trưởng lớn. Điều này đượcphản ánh ở tốc độ tăng trưởng của những lĩnh vực tiêu thụ cuối dòng như VAM,PTA, etyl axetat và anhydric axetic tại những nước đó. Năm 2011, nhu cầu axit axetic tại châu Á đã đạt đến mức đỉnhcao nhờ ảnh hưởng của thị trường Trung Quốc ­ động lực đối với phần lớn nhu cầuaxit axetic toàn cầu. Châu Á chiếm hơn 60% tiêu thụ axit axetic trên thế giớitrong năm 2011, Trung Quốc chiếm 30% lượng tiêu thụ này. Với những nhà máy mớisẽ đi vào vận hành trong thời gian 2011­2020, Trung Quốc sẽ tiếp tục là động cơcho sự tăng trưởng toàn cầu của sản xuất axit axetic trong những năm tới. [1] Nhìn chung, châu Á ­ Thái Bình Dương sẽ tiếp tục là động lực tăng trưởng cho sản xuất axit axetic trong những năm tới và cũng sẽ duy trì là động cơ cho sự tăng trưởng của thị trường axit axetic toàn cầu. 3 Hình 1. Nhu cầu sử dụng acid acetic trên thế giới I.3. Tình hình ở nước ta. Còng nh c¸c níc trªn ThÕ giíi, nhu cÇu sö dông axit axetic ë ViÖt nam ngµy cµng cao. H»ng n¨m chóng ta ph¶i nhËp khÈu mét lîng axit axetic kh¸ lín. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit axetic trong níc chñ yÕu b»ng ph¬ng ph¸p vi sinh cho nång ®é axit thÊp, n¨ng suÊt kh«ng cao nªn cha ®¸p øng ®îc nhu cÇu. Tõ nh÷ng n¨m 1990, mét sè c¬ quan nghiªn cøu khoa häc ë níc ta ®∙ nghiªn cøu s¶n xuÊt axit axetic c«ng nghiÖp. ë ViÖn Hãa häc C«ng nghiÖp còng ®∙ nghiªn cøu ®Ò tµi sö dông rîu etylic ®Ó s¶n xuÊt axit axetic. Mét sè c¬ quan nghiªn cøu khoa häc kh¸c nh ViÖn Hãa häc thuéc Trung t©m Khoa häc Tù nhiªn vµ C«ng nghÖ Quèc gia, khoa Hãa thuéc tr­ êng §¹i häc Tæng hîp Hµ néi còng ®∙ quan t©m ®Õn ®Ò tµi nµy [2]. Nhng do nhiÒu nguyªn nh©n mµ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÉn cha ®îc ¸p dông trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. Cho ®Õn nay, gÇn nh toµn bé nhu cÇu axit axetic ë níc ta ®Òu ph¶i ®¸p øng b»ng con ®êng nhËp khÈu. Tríc t×nh h×nh míi, c¬ héi ph¸t triÓn cho ngµnh c«ng nghiÖp hãa chÊt ®∙ ®îc më ra, th× qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit axetic cã nång ®é cao ®∙ trë thµnh mét vÊn ®Ò quan träng vµ viÖc t×m ra ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic ®¸p øng ®îc nhu cÇu sö dông vµ cã hiÖu qu¶ kinh tÕ lµ mét viÖc lµm hÕt søc cÇn thiÕt. I.4. Các phương pháp sản xuất Axit axetic §Ó s¶n xuÊt axit axetic, ngêi ta cã thÓ ®i tõ c¸c nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau, víi c¸c ph­ ¬ng ph¸p kh¸c nhau nh : ph¬ng ph¸p tæng hîp, ph¬ng ph¸p ho¸ häc gç, ph¬ng ph¸p vi sinh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu sö dông axit axetic ngµy cµng cao th× hiÖn nay híng chñ yÕu s¶n xuÊt axit axetic lµ c¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp: Tæng hîp tõ oxyt cacbon vµ metanol. Công nghệ sản xuất axit axetic từ metanol và cacbon monoxyt ở nhiệt độ và áp suất cao được hãng BASF đưa ra từ rất sớm(1913) dựa trên phản ứng: CH3OH + CO ­­> CH3COOH , DH298 = ­ 138,6 KJ/mol Điều kiện tiến hành khắc nghiệt về nhiệt độ và áp suất cộng với sự có mặt của các chất ăn mòn mạnh (các hợp chất iodua) đã ngăn cản việc thương mại hoá công nghệ này. Năm 1914, các nghiên cứu của REPPE(BASF) cho thấy rằng các kim loại nhóm VIII xúc tác có hiệu quả cho quá trình cacbonyl hoá. Điều này dẫn đến việc ra đời và phát triển công nghệ nhiệt độ và áp suất cao (250oC và 70MPa ) với xúc tác coban iodua. Quá trình này được BASF đưa vào áp dụng năm 1960 tại Luwig Shafen (CHLB Đức). Công suất ban đầu là 3.600 tấn/năm. Sau đó tăng lên 10.000 tấn/năm vào năm 1964 và 35.000 tấn/năm vào năm 1970. Năm 1981 công suất đạt 45.000 tấn/năm. Năm 1966, Borden chemical có khởi động xây dựng một nhà máy sản xuất axit axetic trên cơ sơ công nghệ BASF tại Geimak ( Bang Louisiana, Mỹ) với năng suất ban đầu là 45.000 tấn/năm sau đó tăng lên 64.000 tấn/năm vào năm 1981.Năm 1968, Monsanto công bố một khám phá mới. Xúc tác rhodi với hoạt tính và độ chọn lọc rất cao cho phản ứng cacbonyl hoá metanol(MeOH) thành axit axetic. Metanol có thể cacbonyl hoá ngay cả ở áp suất thường với hiệu suất chuyển hoá là 99% đối với metanol và 90% đối với cacbon monoxyd.Quá trình có sử dụng xúc tác này được áp dụng năm 1970 tại bang Texas_Mỹ. Công suất ban đầu là 135.000 tấn/năm, sau đó tăng lên 180.000 tấn/năm vào năm 1975. Điều kiện tiến hành quá trình Monsanto mềm hơn so với quá trình BASF (3 MPa và 180oC ) .[3] Oxy hoá axetaldehyt. 5 ... - tailieumienphi.vn