Xem mẫu
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài
Thiết kế phân xưởng sản
xuất axetylen từ khí tự nhiên
năng suất 25000tấn/ năm
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 0
- Nội dung:
Tính chất của axetylen
Ứng dung của axetylen
Công nghệ sản xuất axetylen
Tính toán công nghệ
Tính toán thiết bị
Thiết kế xây dựng
Tính toán kinh tế
Cán bộ hướng dẫn :
Ngày giao nhiêm vụ thiết kế: 20/02/2004
Ngày hoàn thành nhiêm vụ:
CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
( Ký và ghi rõ họ tên)(Ký và ghi rõ họ tên)
KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ SINH VIÊN THỰC HIỆN
Điển quá trình làm tốt nghiệp (Ký và ghi rõ họ tên)
Điểm duyệt :
Điểm bảo vệ: (ký tên)
CHủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)
MỞ ĐẦU
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 1
- Axetylen là chất có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp, đặc
biệt là trong công nghiệp, axetylen được dùng làm nguyên liệu ban đầu để
tổng hợp các chất hữu cơ quan trọng như :
Vinylclorua: là chất khí dễ cháy, nổ, có mùi ete, tan trong ete và cồn,
tan ít trong nước, sôi ở nhiệt độ 450C. Là monome quan trọng để sản xuất
vinylclorua polyme. Và các copolyme của nó dùng trong tổng hợp hữu cơ và
chất phụ gia.
Vinylaxetat : là chất lỏng không màu, không tan trong nước, dễ cháy,
sôi ở 370C, dùng như hoá chất không gian và trong sản xuất các polyme và
coplyme như polyvinyl…
Vinylete : là chất lỏng không màu dễ bốc cháy, dễ nổ, tan trong kiềm,
axeton, ete, ít tan trong nước, sôi ở 390C và dùng làm chất gây mê.
Acrylonytryl :là chất lỏng không màu dùng trong sản xuất cao su,
acrylic, sợi.
Axetandehyt : dùng để sản xuất axitaxetic.
Ngoài ra từ axetylen người ta còn sản xuất ra các hợp chất hoá học quan trọng
khac như : nhựa, chất bám dính, chất phủ bề mặt, chất dẫn điện hữu cơ và có
rất nhiều sản phẩm khác đi từ axetylen.
Chính vì có rất nhiều ứng dụng như vậy nên axetylen được sản xuất rất
nhiều trên thế giới và các nhà công nghệ luôn luôn nghiên cứu mong tìm ra
các quá trình công nghệ khác nhau để sản xuất ra axetylen nhằm đem lại hiệu
quả kinh tế cao nhất.
Axetylen được sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu chính là : canxicacbua
và hydrocacbon (dạng rắn, lỏng, khí). Hiện nay Mỹ và các nước châu Âu sản
xuất axetylen từ hydrocacbon còn ở Italia, Nhật, Nam Phi, Ấn Độ axetylen
được sản xuất từ canxicacbua.
Sản xuất axetylen từ hydrocacbon là quá trình mới được phát triển khoảng
30 năm gần đây. Trong công nghệ này hydrocacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ
cao ( từ 1100 15000C ) trong điều kiện đoạn nhiệt và thời gian phản ứng rất
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 2
- ngắn( 0,005 0,02 giây) sau đó sản phẩm được nhanh chóng làm lạnh để hạ
nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân hủy axetylen.
Công nghệ sản xuất axetylen từ dầu khí chủ yếu là khí đồng hành và khí
thiên nhiên đã được biết đến từ lâu, đây là nguồn nhiên liệu rất sẵn có đối với
các quốc gia có tiềm năng về dầu khí trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng, công nghệ này có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trường, rất
hợp với xu thế thời đại nơi mà con người đặt vấn đề môi trường lên hàng đầu.
Và đề tài này là: "Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí tự
nhiên”
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 3
- PHẦN 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU
Khí tự nhiên là khí nằm trong tầng chứa khí (mỏ khí) và thành phần
chủ yếu là metan (có thể chiếm đến 97% theo thể tích). Khí tự nhiên là nguồn
tài nguyên khổng lồ với trữ lượng rất lớn (hàng trăm nghìn tỉ m3) phân bố trên
đất liền và ngoài biển. Hiện nay người ta đã tìm ra mỏ khí tự nhiên với trữ
lượng lớn ở nhiều nơi trên thế giới như: Liên Xô cũ, Mỹ, Trung Đông, Bắc
Phi, Nam Mỹ, Canada, Đông Nam A, Mehyco, Uc, Tây Phi, Nhật Bản…
Ở Việt Nam đã phát hiện sự có mặt của khí tự nhiên ở một số nơi như :
Tiền Hải (Thái Bình), vùng trũng Nam Côn Sơn (Lan Tây, Lan Đỏ, Hồng
Ngọc) mới được phát hiện có trữ lượng lớn khoảng 70 tỷ m3 khí tự nhiên.
Thành phần khí tự nhiên ở đây chứa tới 96% CH 4, 2%C2H6,2% các khí khác.
Quá trình khai thác và sử dụng khí tự nhiên còn gặp nhiều khó khăn và
hạn chế do vấn đề khai thác và vận chuyển phức tạp, đòi hỏi vốn đầu tư lớn
nhưng lợi ích của nó đem lại đối với nền kinh tế nói chung và nghành công
nghệ hoá học nói riêng là rất lớn.
Hàm lượng CH4 trong khí tự nhiên là rất lớn, vì vậy việc nghiên cứu tìm ra
phương pháp sử dụng nguồn CH4 dồi dào này để chế biến ra các nguyên liệu
đa dạng hơn cho tổng hợp hữu cơ đang là đề tài thu hút sự quang tâm của các
nhà khoa học đầu nghành, có uy tín trong nước cũng như trên thế giới.
Để nhận được sản phẩm riêng trong khí tự nhiên người ta nghiên cứu và
xây dựng các nhà máy chế biến khí với nhiều phương pháp khác nhau và tùy
thuộc vào mỏ khí (nguyên liệu ban đầu) mà có những công nghệ phù hợp
mong đem lại hiệu quả trong qua trình chế biến các hoá chất thương phẩm.
Đặc biệt ở nước ta tiềm năng về khí khá phong phú. Như vậy nước ta có
điều kiện phát triển công nghiệp dầu khí trên toàn lãnh thổ. Khai thác và sử
dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này. Trong tương lai nghành công
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 4
- nghiệp dầu khí sẽ là một nghành công nghiệp phát triển mạnh đóng góp đáng
kể vào sự phát trỉên nền kinh tế của đất nước ta.
Bảng 1 Thành phần hoá học trung bình của khí thiên nhiên và khí đồng hành
ở Việt Nam (%thể tích) :
Các cấu tử Khí đồng hành Khí tự nhiên
Bạch Hổ Đại Hùng Rồng Tiền Hải Rồng Tự Do
CH 4 73,0 77,0 78,0 87,6 84,0
C 2H 6 12,0 10,0 3,0 3,1 6,0
C 3H 8 7,0 5,0 2,0 1,2 4,0
C4H10 2,9 3,3 1,0 1,0 2,0
C5H12 2,5 1,2 1,0 0,8 2,0
CO 2 0,7 3,0 2,0 3,0 4,0
N2 0,5 3,0 2,0 3,0 4,0
Như vậy qua bảng 1 ta thấy trong thành phần khí thì metan chiếm
lượng rất lớn trong thành phần khí. Và metan là một trong những nguyên liệu
quan trọng cho ngành tổng hợp hữu cơ. Điều này được thể hiện qua sơ đồ:
CH3Cl
Clo hoá CH2Cl2
CHCl3
CCl4
Nitro hoá
CH3NO2
+NH3 +CO2
HCN
CH4
Chuyển hoá
CO+2H2
Nhiệt phân
CH CH
CH3OH
Oxy hoá
HCHO
HCOOH
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 5
- CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ AXETYLEN
2.1 – TÍNH CHẤT VẬT LÝ :
Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi ete yếu (ở nhiệt độ
và áp suất thường). Khi cháy axetylen toả nhiệt lớn nên được dùng để hàn, cắt
kim loại. Axetylen tan nhiều trong các dung môi khác nhau, tan nhiều trong
nước khi ở nhiệt độ thấp.
Axetylen có giới hạn nổ lớn 2 đến 81% có khi đến 100% (do quá trình
polime hoá axetylen toả nhiệt lớn có thể gây nổ). Ngoài ra axetylen dễ dàng
tạo hỗn hợp nổ với clo nhất là khi có ánh sáng. Các nguyên tử cacbon trong
axetylen liên kết với nhau ở dạng lai hoá sản phẩm của obitan nguyên tử
cacbon. Độ dài liên kết giảm theo thứ tự từ etan, etylen, axetylen.
Trong điều kiện thường axetylen là chất khí không màu, không độc nhưng
có khả năng gây mê, axetylen tinh khiết có mùi hơi ngọt, axetylen ít tan trong
nước nhẹ hơn không khí và được đặc trưng bỏi các hằng số vật lý sau:
Ngưng tụ ở - 830C áp suất khí quyển.
Nhiệt độ tới hạn 35,50C.
Áp suất tới hạn 6,04 Mpa.
Tỷ nhiệt Cp20 là 0,402.
Khi cháy axetylen toả ra một lượng nhiệt lớn, khả năng sinh nhiệt C2H2 bằng
13,307 kcal/ m2. Dễ tạo hỗn hợp nổ với không khí trong một giới hạn rộng(
2 81% thể tích axetylen). Tạo hỗn hợp nổ với oxy (2,8 7,8% thể tích
axetylen). Ngoài ra axetylen dễ dàng tạo thành hỗn hợp nổ với Clo, Flo nhất
là khi có tác dụng của ánh sáng. Khi vận chuyển người ta thường pha thêm
khí trơ, hydro, amoniac vào để giảm khả năng cháy nổ. Khi phân huỷ axetylen
có thể xảy ra phản ứng nổ nhiệt độ lên tới 28000C.
C2H2→ 2C + H 2 ∆H298 = - 54,164 cal/mol.
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 6
- Phản ứng phân rã này xảy ra không có oxy nhưng có chất kích hoạt tương
ứng như: tia lửa, ma sát… Khi ở áp suất 2atm thì sự phân rã có đặc điểm cục
bộ và không nguy hiểm. Khi ở áp suất cao hơn 2atm sự phân rã có đặc tính nổ
với sóng kích nổ lan truyền với vận tốc lớn hơn 1000m/s. Ngoài ra sự dễ nổ
của axetylen càng tăng nếu có mặt những kim loại có khả năng tạo thành
axetylua: MCH2, M2C2 … Vì vậy để tránh xảy ra quá trình nổ trong sản xuất
hay trong tổng hợp hoá dầu khác người ta cố gắng làm việc ở áp suất
- Sự có mặt của các hydrocacbon khác ít ảnh hưởng đến độ hoà tan của
axetylen trong oxy lỏng. Hệ số tự phân tán của axetylen ở 250C và 0,1Mpa là
0,133cm2.s-1. Ở 00C và 0,1Mpa hệ số phân tán tương hỗ của axetylen trong
hỗn hợp khí với He, Ar, O 2 và không khí lần lượt là 0,538 ; 0,188 ; 0,191
cm2.s-1 .
Axetylen bị hấp phụ trên than hoạt tính silicoxit và zeolit. Các chất hấp phụ
này dùng để tách axetylen từ hỗn hợp khí. Axetylen cũng bị hấp phụ trên bề
mặt kim loại và thuỷ tinh. Dung dịch keo của paradi có thể hấp phụ tới 460mg
C2H2/1gPd.
Sự thay đổi độ tan của axetylen trong oxy và nitơ lỏng theo nhiệt độ được
mô tả bỡi phương trình:
logx= 0,051.T- 9,49 (N2lỏng)
logx =0,039.T – 8,73 (O2lỏng)
60k < T < 100T
Trong đó x là phần mol của axetylen bị hoà tan .
Trong quá trình vận chuyển người ta pha thêm khí trơ vào để giảm bớt khả
năng gây nổ của axetylen.
2.2- TÍNH CHẤT HOÁ HỌC:
Axetylen là hydrocacbon không no có liên kết ba trong phân tử do đó có khả
năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba trong phân tử axetylen tạo thành do
liên kết ó và hai liên kết Ï. Liên kết ó nối hai nguyên tử C bằng kgoảng cách
ngắn nhất và được biểu diễn bằng đường thẳng. Để phá vỡ liên kết ó cần
năng lượng 62,77 kcal/mol.
Hai liên kết Ï nằm ở hai mặt phẳng vuông góc nhau, năng lượng phá vỡ
chúng bằng 38,39 và 26,99 kcal/mol. Khi tham gia phản ứng hoá học liên kết
ba bị phá vỡ để tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp chất bão hoà .
Do tính không no và năng lượng tạo thành lớn nên axetylen có khả năng
phản ứng dễ dàng với rất nhiều nguyên tố và hợp chất. Vì vậy axetylen được
dùng làm nguyên liệu thô cho nhiều quá trình tổng hợp khác nhau. Trong đó
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 8
- quan trọng nhất là phản ứng cộng, thế nguyên tử H, polime hoá và phản ứng
đóng vòng.
Axetylen rất dễ tham gia phản ứng tấn công nucleofin hơn so với nhiều
chất. Liên kết phân cực C-H làm axetylen có tính axit (pka=25) nên axetylen
dễ hoà tan trong các dung môi bazơ. Vì thế áp suất hơi của các dung dịch này
không tuân theo định luật Raoult vì tính axit này mà axetylen dễ hoà tan với
các dung môi thông thường do tạo liên kết hydro với chúng. Vì vậy ngoài các
khả năng tham gia phản ứng cộng hợp, trùng hợp, oxyhoá, axetylen còn tham
gia phản ứng thế nguyên tử H bằng kim loại và các phản ứng polyme đóng
vòng mạch thẳng…
2.2.1- Phản ứng cộng hợp
Cộng hợp với H 2: tiến hành trên xúc tác Pd ở p =1atm và
t0=250300oC
CH CH + H 2CH2 = CH2∆H = - 41,7 kcal/mol
Cộng hợp với H2 với xúc tác Ni, t0:
CH CH CH3- CH3
Phản ứng cộng hợp với H 2O khi có xúc tác Hg và H2SO4 ở
70100oC.
CH CH + H 2O CH3CHO ∆H= - 38,8kcal/mol.
Phản ứng cộng hợp với H2O khi xúc tác kẽm và oxit sắt ở
360450oC.
2CH CH + 3H2OCH3- CO- CH3 + CO 2 + 2H 2
Phản ứng cộng với rượu khi xúc tác KOH và to=150 160oC,
P= 24atm.
CH CH + ROH CH 2 = CHOR
Cơ chế: ROH + KOH ROK+ H2O
ROK+ C2H2 RO- CH= CHK
RO- CH= CHK + ROH RO - CH = CH2+ ROK
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 9
- ROK + H2O ROH + KOH
Với R là một nhóm ankyl.
Axetylen tác dụng với H2S ở 120oC tạo thành một số hợp chất
có lưu huỳnh.
CH Î CH+ H2S CH 2S – SH C2H 5SH
Vinylmecaptan etylmecaptan
+C2H2
H2C CH2 C2H 5- S – CH = CH 2
S Etylvinylsunfit.
Thioetylen +C2H5SH
Polymetriokol C2H5 – S (CH2)2 – S – C2H5
Etylendietylsunfit
Axetylen tác dụng với mecaptan xúc tác là KOH tạo ra được
vinylthioeten.
CH Î CH + RSH CH 2=CH- SR.
Vinyl hoá C2H2 với xúc tác là hợp chất của Zn hoặc Cd→vinylamin.
CH Î CH + HN R1 CH2= CH- N R
R2 R’
Axetylen tác dụng với CO va H2O(cacbonyl hoá) xúc tác Ni(CO4) ta
thu được axitacrylic.
CH CH + CO + H2O CH2= CH- COOH
Trong điều kiện tương tự axetylen tác dụng với rượu va CO tạo thành
eteacrylic (xúc tác la Ni(CO)4 , 30350C có HCl).
CH Î CH + CO + ROH CH2= CH – COOR.
Tác dụng với R- CO – R’ ở 90 950C, t = 46atm xúc tác là
CuC2.2H2O.2C2H2 ta thu được butyldion1,4 và có sản phẩm trung gian là
rượu propangylic.
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 10
- Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 11
- R R R
R-CO-R’
CH Î CH CH C- C- R’ R’- C- C – R’
OH OH OH
Cộng hợp với muối halogen tạo hợp chất đồng thời có đồng phân cis và
trans.
H HgCl Cl HgCl
C=C CH CH + HgCl2 C=C
Cl H H H
Trans Cis
Cộng hợp halogen:
H H
+ Br2
CH Î CH + Br2 Br -C = C - Br CHBr2- CHBr2
Khi cộng hợp với Cl2 trong pha khí phản ứng xảy ra mãnh liệt,
dễ dàng nổ do đó phải tiến hành trong pha lỏng có xúc tác
antrimonitriclorua.
SbCl3 + Cl2 SbCl5
CH Î CH + 2SbCl5 CHCl2 – CHCl2 + 2SbCl3
Axetylen phản ứng cộng với nhiều axit vô cơ, hữu cơ tạo thành các vinyl
có nhièu giá trị.
Cộng với HCl, phản ứng có thể tiến hành trong pha hơi ở 150180oC có xúc
tác HgCl2 / C hoặc tiến hành trong pha lỏng dùng xúc tác CuCl2 ta thu được
vinylclorua.
CH Î CH + HCl → CH2= CHCl
Cộng hợp với H2 SO4 tạo thành vinylsunfo:
CH Î CH + H2SO 4→ CH2= CH- OSO3H
Ơ nhiệt độ 80oC có CuCl2 và NH4Cl làm xúc tác, axetylen tác dụng với
HCN tạo thành acrylonitryl.
CH Î CH+ CH3COOH → CH2 =CHCOOCH3
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 12
- CH Î CH+ HCN → H 2C = CH- CN
Axetylen tác dụng với axit hữu cơ khi có xúc tác tạo ra các ete ở 180
200oC, phản ứng pha hơi và xúc tác muối axetat của Cl hoặc Zn trên than
hoạt tính cho ta vinylaxetat.
CH Î CH+ CH3COOH → CH2=CHCOOCH3
Hay tạo ra các vinyl của axit cacboxilic lớn hơn, khi phản ứng tiến hành trong
pha lỏng và xúc tác là Zn hoặc Cd.
CH Î CH+ RCOOH → CH2 = CH- COOR
Vinyl hoá axetylen với xúc tác KOH tạo thành vinylphenyl.
OH O – CH = CH2
CH Î CH +
Với xúc tác là muối kaliamit, axetylen tác dụng với axitamid.
CH Î CH + RCO – NH 2→ RCO – NH – CH = CH 2
Hydroqinol được tạo thành dung môi phù hợp (dioxan) ở 170 và
700atm. OH
2CH Î CH + 3CO +H2 O → + CO2
OH
Hydroquinon được tạo thành từ C2H 2 và khí tổng hợp ở 01000C và
50350atm với xúc tác là rutenicacbonyl. OH
2CH Î CH + 2CO + H2→
phản ứng của C2H 2 và CO với sự có OH của octacacbonyldicoban,
mặt
(CO)3Co(CO)2Co(CO)3 . Ở áp suất 200 1000atm và 1000C tạo ra sản
phẩm là hỗn hợp cis, trans của bifurandion.
O O
O O
CH CH + 4CO
Cis -
O
O O
O
Trans - 13
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên
- 2.2.2- Phản ứng thế của axetylen
Nguyên tử hydro của C2H 2 thể hiện tính axit có khả năng tham gia phản
ứng thế với kim loại kiềm , Cu, Ag, Ni, Hg, Co, Zn ... Tạo thành axetylenit
kim loại rất dễ nổ.
2M + C2H2→ M2C2 + H 2
Na Na
HC CH HC Î CNa NaC CNa
H
H
HC CH + 2Cu Cu- C C - Cu + H2
Axetylen cả kim loại kiềm và kiềm thổ có thể tạo ra nhờ tác dụng với
amit kim loại trong andehyt amoniac lỏng.
C2H 2 + MNH2 MC2H + NH3
Axetylen tác dụng với thành phần của xi lan như HSiCl3 hực hiện
trong pha lỏng với xúc tác là Pt, trong họp chất của Pt tạo thành Silicon
hữu cơ. HC Î CH + HSiCl3 CH2= CH- SiCl3
2.2.3- Phản ứng trùng hợp của Axetylen.
ở nhiệt độ 200 3000C có bột đồng xúc tác axetylen trùng hợp tạo
thành Kypren.
nHC Î CH → (CH)2n.
Kypren được dùng làm chất cach điện
ở nhiệt độ 6000C dưới tác dụng của than hoạt tính, axetylen trùng hợp
tạo thành C6H 6
3C2H2 → C6H 6
Khi thổi axetylen qua dung dịch bão hoà Cu2Cl2 xảy ra phản ứng Dime
hoá tạo ra vinyl axetylen.
2HC Î CH → CH2= CH- C Î CH
Phản ứng này tiến hành ở 800C, mức độ chuyển hoá sau một quá trình
khoảng 15% . Hiệu suất 80% tính theo axetylen. Vynyl axetylen là
nguyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp clopren.
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 14
- Từ C2H 2 Reppe đã tổng hợp ra 1,3,5,7 xyclooctatetran với hiệu suất
71%. Nhiệt độ phản ứng 65 100oC, áp suất 15 25atm được nâng lên từ
từ,xúc tác là Ni(CN)2.
4CH Î CH + (các sản phẩm phụ)
2.3. ỨNG DỤNG CỦA AXETYLEN
Axetylen có nhiều ứng dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp, nó
đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ.
Polyacrylic axit Các sản phẩm
Axit acrylic Nhựa
Este acrylic Polyacrylic Keo dán
Vật liệu tán xạ
Vinylclorua Polyvinylclorua Chất dẻo
Vinyl ete Polyvinyl ete Nhựa
Các vinyl Keo dán
Vinyl ete Polyvinyl ete Vật liệu tán xạ
Vinyl đặc biệt Polyme vinyl Sản phẩm phụ
Vinyl axetat Thuốc trừ sâu
Poly axetylen Sơn
Dung môi hữu cơ
Axetylen hydroxy Metyl butynol, izophytol Vitamin
Rượu propangylic Chất ổn định
Butindiol Thuốc diệt côn trùng
Thức ăn gia súc
Dược phẩm
Các sản phẩm khác
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 15
- Ngoài ra axetylen còn dùng để thắp sáng, hàn cắt kim loại trong đó
mục đích thắp sáng và hàn cắt kim laọi chiếm 30% lượng axetylen sản xuất
ra.
Axetylen còn phục vụ trong một số ứng dụng quan trọng khác như:
sản xuất làm nguyên liệu cho nghành công nghiệp hoá sinh,hoá polyme và
sản xuất dược phẩm.
2.4. MỘT SỐ THÔNG TIN THAM KHẢO VỀ AXETYLEN.
An toàn trong vận chuyển và tồn chứa: axetylen là một chất hoạt động
ngay trong điều kiện thường. Axetylen cháy toả ra nhiệt lượng 226,9KJ/mol
tại 298oK. Tại âm vùng cháy nhiệt độ có thể là 3100 oC nhưng thường cháy
sinh ra cacboxit và các sản phẩm phụ như: metan, butylen nên nhiệt trung
bình 28002900 oC.
Trong điều kiện thường axetylen có thể cháy tạo nhiệt độ 335 oC trong
không khí và trong oxy là 300 oC. Ngoài ra axetylen có giới hạn nổ rộng do
đó trong quá trình vận chuyển và tồn chứa rất nguy hiểm. Khi vận chuyển
đường ống càng ngắn càng tốt. Nếu dài quá thì axetylen sẽ tự nổ. Nếu vận
chuyển bằng các thiết bị chứa thì phải tránh va chạm và mồi lửa.
Khi tồn chứa axetylen được hoá lỏng ở 3050atm, ở nhiệt độ thường
thì cách này cũng rất nguy hiểm. Hiện nay thường nén ở - 80oC và áp suất
1,3atm. Còn nếu tồn chứa thời gian dài người ta thêm vào khoảng 2%
axeton hay xylen để làm giảm giới hạn nổ trên của axetylen.
Tóm lại axetylen là chất dễ cháy nổ tồn chứa và vận chuyển rất khó khăn
nên hết sức cẩn thận và đề phòng đối với hoá chất này các thiết bị phục vụ
cho hoá chất này cũng phải có cấu tạo và khả năng phòng chống cháy nổ
cao.
Ngoài ra axetylen là một hoá chất rất nguy hiểm ảnh hưởng đến sức
khoẻ con người và môi trường sống. Axetylen nguyên chất là một chất ngạc
thông dụng. Đối với con người hít vào khoảng 10% C 2H2có thể làm say nhẹ,
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 16
- khoảng 20% thể tích thì gây ngộ độc, ở 30% thì gây ra sự không nhận biết
được.
CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT
ACETYLENES
Mặc dù có thể đi từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng chỉ có ba phương pháp
chính để sản xuất axetylen đó là: thuỷ phân cacbua canxi, hồ quang điện và
oxy hoá không hoàn toàn khí tự nhiên. Các quá trình cổ điển liên quan đến
cracking nhiệt đã trở nên không còn phù hợp nữa. Những tiến bộ trong công
nghệ gần đây đã giúp tạo ra các quá trình hồ quang plasma, cracking dẩu thô
và thiết bị phàn ứng cracking tiên tiến. Tuy nhiên các tiến bộ này đa phần mới
chỉ dừng lại ở quy mô thử nghiệm do nhu cầu về axetylen không cao.
Ở Tây Âu, trừ Đức sử dụng naphtha, nguyên liệu chính để sản xuất axetylen
đó là khí tự nhiên. Trong khi đó ở Nhật, phương pháp phổ biến là đi từ cacbua
canxi.
Để sản xuất axetylen công nghiệp từ nguồn nguyên liệu hydrocacbon, có rất
nhiều phương pháp cấp nhiệt khác nhau. Đây cũng chính là điểm khác biệt
giữa các công nghệ.
■Các quá trình cấp nhiệt trực tiếp bằng hồ quang điện (công nghệ Huls,
DuPont), hoặc bằng Plasma (công nghê DuPont, Huls, UCC, Cyanamid).
■Các quá trình cấp nhiệt gián tiếp sử dụng khối tiếp xúc (công nghệ Wulff),
hoặc hơi ở 2000°c (công nghệ Kureha).
■ Các quá trình tự nhiệt, trong đó năng lượng cần cho quá trình cracking
được cung cấp nhờ đốt cháy một phần nguyên liệu. Các công nghệ điển hình
gồm có BASF (nguyên liệu đầu là naphtha), kỹ thuật ngọn lửa chìm (BASF đi
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 17
- từ nguyên liệu đầu thô và SBA từ metan), Hoechst HTP (đốt cháy khí
cracking để cấp nhiệt cho phản ứng).
3.1- CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXETYLEN TỪ THAN ĐÁ HAY CACBUACANXI.
Với sự phát triển của ngành khai thác dầu mỏ hiện nay người ta quan
tâm nhiều hơn đến hướng sản xuất axetylen từ hydrocacbon. Mặc dù vậy quá
trình sản xuất axeylen từ than đá vẫn phát triển và đóng một vai trò quan
trọng trong công nghiệp hoá học.
Xuất phát từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền và phong phú là đá vôi và than đá,
axetylen được tổng hợp qua các phản ứg sau:
CaO + 3C → CaC2 + CO ∆H =108kcal/mol
Sau đó CaC2 phản ứng với H2O tạo thành C2H 2 và Ca(OH)2 phản ứng toả
nhiệt mạnh.
CaC2 + H2O → C2H2 + CaO
CaO + H2O → Ca(OH)2 ∆H= - 129kcal/mol
Do đó trong sản xuất thương mại, thiết bị sản xuất axetylen phải được thiết kế
sao cho có thể tiêu tán nhiệt của phản ứng.
Nguyên liệu canxicacbua dùng để sản xuất axetylen được sử dụng ỏ dạng hạt
có kích cỡ (tính bằng mm) 24, 47, 715, 1525, 2550,
5080. Sự phân loại này được qui định thành tiêu chuẩn ở hầu hết các nước
Có hai dạng thiết bị sản xuất axetylen từ CaC2(với lưu lượng sản phẩm lớn
hơn 10m3 axetylen/h) đó là thiết bị loại khô và thiết bị loại ướt.
Trong thiết bị loại ướt axetylen chuyển hoá với lượng nước dư vào.
Trong hầu hết các trường hợp đều thu được vôi ở dạng huyền phù.
Trong thiết bị loại khô nước được trộn với canxicacbua theo đúng tỷ
lượng trong phản ứng hoá học và đủ để lấy nhiệt của phản ứng.
Canxihydroxit thu được ở dạng bột có độ ẩm 16%. Nhiệt của phản ứng
được phân tán bằng cách bay hơi một phần nước trong thiết bị.
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 18
- 3.1.1- Phương pháp ướt.
CaO + 3C → CaC 2 + CO
Canxicacbua phản ứng với nước tạo thành axetylen và Ca(OH)2 phản
ứng toả nhiều nhiệt .
CaC2 +2H 2O → C2H2 + Ca(OH)2∆H= - 1339kcal/mol.
Để phân huỷ 1kg CaC2cần khoảng 10kg H2O. Phương pháp này cho phép sản
xuất an toàn vì lượng nước dư đó dễ thu nhiệt của phản ứng .
Ta có các trường hợp sau:
Trùng hợp “cacbua trong nước”cacbua được trộn lẫn với một lượng
lớn nước dư với một tốc độ khí tương ứng với tốc độ khí thoát ra.
Trùng hợp “nước trên cacbua” nước được đưa vào với một tốc độ
khống chế vào trong thùng chứa cacbua.
Trùng hợp hệ tiếp xúc mà trong đó nước và CaC2 nằm trong một mặt
tiếp xúc cố định.
Trong cả ba trường hợp tren thì trường hợp “cacbua trong nước” được sử
dụng nhiều hơn cả do có ít nguy hiểm và dễ sử dụng nhất . Trường hợp này
CaC2 lập tức được nhúng vào nước dư để loại trừ sự quá nhiệt và phải thiết
lập điều kiện để tháo nhiệt.
1
2
H2O 12
C2H2
3 7
8 9 10 14 13
4
6
5
Vôi bùn H2SO4 NaOCl NaOH
Hình.1- Sơ đồ dây chuyền sản xuất axetylen đi từ cacbuacanxi bằng
phương pháp ươt.
Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 19
nguon tai.lieu . vn