Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên GIỚI THIỆU Khí tự nhiên và khí đồng hành trên thế giới hiện nay có tiềm năng rất lớn với trữ lƣợng ƣớc tính khoảng 130.103 tỷ m3, trong đó sản xuất và sử dụng khoảng 2.103 tỷ m3. Việc sử dụng khí tự nhiên hiện nay chủ yếu làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi, nhà máy nhiệt điện và một phần nhỏ làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu. Để nâng cao giá trị sử dụng và hiệu quả kinh tế ngƣời ta cố gắng tìm ra phƣơng pháp tối ƣu để chuyển hoá khí tự nhiên thành các hydrocacbon có số nguyên tử C  2. Các sản phẩm này có ứng dụng rộng rĩa làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hoá dầu. Trƣớc đây, Axetylen là nguồn nguyên liệu chủ yếu trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Khi công nghiệp hoá dầu phát triển, Axetylen đƣợc sản xuất từ napheta rẻ hơn, bền hơn. Tuy nhiên, Axetylen vẫn đƣợc tiếp tục sản xuất do một số sản phẩm đặc bệit đƣợc tổng hợp từ Axetylen hiệu quả hơn, hiệu suất cao, công nghệ tiên tiến. Các quá trình công nghệ sản xuất Axetylen trên thế giới hiện nay gồmcó:  Công nghệ sản xuất Axetylen từ than đá hay cacbuacanxi.  Công nghệ sản xuất Axetylen từ khí tự nhiên và hydrocacbon. Công nghệ sản xuất Axetylen từ than đá hay canxicacbua là công nghệ truyền thống. Nó có ƣu điểm là Axetylen thu đƣợc nồng độ khá cao (90%), nhƣng gây ô nhiễm môi trƣờng, tiêu thụ năng lƣợng lớn (điện năng…), khó tự động hoá. Hiện nay, các nƣớc Italy, Nhật, Nam Phi, Ấn Độ vẫn sản xuất Axetylen theo phƣơng pháp này. Công nghệ sản xuất Axetylen từ khí tự nhiên và hydrocacbon là quá trình mới phát triển từ những năm 1940. Hydrocacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao từ 1100 - 15000C trong điều kiện thời gian lƣu rất ngắn chỉ vài ms (0,005 - 0,02s). Sau đó sản phẩm đƣợc nhanh chóng làm lạnh xuống nhiệt độ thấp nhằm tránh phân huỷ sản phẩm. Công nghệ này có ƣu điểm là không ô Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên nhiễm môi trƣờng, kinh tế, tự động hoá cao. Do vậy, đề tài của em là "Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên" PHẦN I :TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. 1.1. GIỚI THIỆU VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khí thiên nhiên đƣợc khai thác từ các mỏ khí nằm sâu dƣới mặt đất. Trong khí thiên nhiên thành phần chủ yếu là me tan (CH4) chiếm khoảng 93 – 99% mol còn lại là các hợp chất khác nhƣ etan (C2H6), Propan (C3H8) và một lƣợng nhỏ butan (C4H8) ngoài ra còn có các thành phần phi hydrocacbon khác nhƣ N2, CO2, H2S, He, H2. Ở nhiều mỏ khí thì khí thiên thu đƣợc là khí chua tức là trong thành phần có chứa nhiều khí H2S Và CO2. Khí CO2 Và H2S có mặt trong khí thiên nhiên là điều có hại bởi vì nó làm tăng chi phí vạn chuyển, làm giảm nhiệt cháy và gây ăn mòn đƣờng ống cho nên nồng độ của chúng phải đƣợc khống chế ở một tỷ lệ cho phép và chúng phải đƣợc làm ngọt trƣớc khi chế biến hoá học. Dƣới đây là 2 bảng số liệu về thành phần khí thiên nhiên của CHLB Nga và của Việt Nam. Bảng 1: Thành phần của khí thiên nhiên. Thành phần Các hydrocacbon Metan Etan Propan n-Butan n-Pentan Iso-Pentan Hexan Phần mol 0,75 – 0,99 0,01 – 0,15 0,01 – 0,1 0,01 0,01 0,01 0,01 0,001 Heptan và các hydrocacbon cao 0,001 hơn Các phi hydrocacbon N2 0,15 Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 1 Đồ án tốt nghiệp CO2 H2S He Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên 0,1 0,3 0,05 Bảng 2: Thành phàn hoá học của khí thiên nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam Khí đồng hành Cấu tử Bạch Hổ Đại Hùng Rồng Khí tự nhiên Tiền Hải Rồng tự do CH4 73,0 C2H6 12 C3H8 7,0 C4H10 2,9 C5H12 2,5 CO2 0,7 N2 0,5 77,0 78,0 10 3,0 5,0 2,0 3,3 1,0 1,2 1,0 3,0 2,0 3,0 2,0 87,6 84,0 3,1 6,0 1,2 4,0 1,0 2,0 0,8 23,0 3,0 4,0 3,0 4,0 1.2. TỔNG QUAN VỀ AXETYLEN. Axetylen có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp hoá học và có nhiều ứng dụng trong trong các quá trình gia công kim loại. Nhiệt độ ngọn lửa của khíaxetylenrấtcao nên ngƣờita dùngkhí axetylen để hàn,cắt,tẩy gỉ,khửC… Từ năm 1940 trở về trƣớc thì axetylen đƣợc sản xuất từ canxi cacbua. Quá trình sản xuất axetylen từ hydrocacbon bắt đầu đƣợc nghiên cứu từ sau đại chiến thế giới lần thứ hai. Quá trình này ban đầu đƣợc tiến hành trong phòng thí nghiệm với mục đích là xác định các điều kiện biến đổi hydrocacbon parafin thành axetylen. Nhờ tích luỹ đƣợc các kinh nghiêm cả về lý thuyết lẫn thực tế của công nghiệp nhiệt phân đã cho phép phát triển và thiết kế các thiết bị đầu tiên để sản xuất axetylen bằng cách nhiệt phân hydrocacbon ở nhiệt độ cao. Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên Quá trình nhiệt phân trực tiếp hydrocacbon để sản xuất axetylen là một quá trình phức tạp, mới xuất hiện trong công nghiệp trong vòng năm mƣơi năm trở lại đây. Trong công nghệ này hydrocacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (1100 – 15000C) trong điều kiện đoạn nhiệt và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005- 0 02 giây). Sau đó sản phẩm đƣợc nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân huỷ axetylen. Nhiệt phân hydrocacbon để nhận axetylen lần đầu tiên đƣợc thực hiện bởi hãng Wulf - process (Mỹ) để cắt mạch Propan. Sau đó là quá trình nhiệt phân đồng thể mà chất tải nhiệt là khí cháy (khói lò) có nhiệt đã cao. Theo phƣơng pháp này ngƣời ta đã xây dựng các thiết bị ở Mỹ, Pháp, Italia. Sau đó ngƣời ta đã phát minh đƣợc phƣơng pháp cấp nhiệt mới bằng cách đƣa oxy vào vùng phản ứng để đốt cháy một phần nguyên liệu cấp nhiệt cho lò và ngƣời ta gọi đó là phƣơng pháp oxy hoá. Ngƣời ta cũng dùng năng lƣợng điện để cracking hydrocacbon với mục đích sản xuất axetylen. Ngoài ra ngƣời ta còn dùng các phƣơng pháp truyền nhiệt mới hiện đại hơn để sản xuất axelylen nhƣ nhiệt phân trong dòng plasma nhiệt độ thấp. Các phƣơng pháp mới ngày càng cho phép tổ chức sản xuất axetylen theo sơ đồ công nghệ đơn giản hơn, lò phản ứng nhỏ nhƣng năng suất vẫn lớn vốn đầu tƣ không cao. Kết hợp với việc sử dụng hiệu quả (tận dụng hợp lý) các sản phẩm thu đƣợc trong quá trình nhiệt phân cho phép hạ giá thành sản phẩm axetylen. Tuy quá trình đi từ nguyên liệu hydrocacbon có năng suất lớn, thích hợp trong công nghiệp nhƣng sản xuất axetylen từ canxi cacbua vẫn giữ vai trò nhất định của nó trong công nghiệp ở những nƣớc không có tiềm năng về khí tự nhiên và khí đồng hành hay dùng axetylen trong các việc hàn cắt kim loại. 1.2.1.. TÍNH CHẤT VẬT LÝ Hai nguyên tử cacbon của phân tử axetylen ở trạng thái lai hoá sp, chúng liên kết với nhau bằng một liên kết() và hai liên kết π. Mỗi .nguyên tử Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên cacbon còn một liên kết () với nguyên tử H. Độ dài của liên kết này giảm dần theo thứ tự sau: etan, etylen, axetylen. Trần Thanh Hữu - Lớp Hoá Dầu II 4 ... - tailieumienphi.vn