Đồ án Thiết kế phân xưởng thermal hydrodealkyl of toluen sản xuất Benzen

– HD1001 34 - . - - - - - - - - 1 . - . - - . - ) : biphenyl Hì Toluen - Hydro Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 35 Tùy thuộc vào ứng dụng, THDA có thể xử lý nhiều loại nguyên liệu. , dầu, và coproducts nhiệt phân. Benzene đƣợc sản xuất từ THDA thƣờng có một điểm đ Benzene-545. 2. Công nghệ hydrodealkyl hóa DETOL, LITOL và PYROTOL 2.1. Giới thiệu Các quá trình DETOL, LITOL và PYROTOL sử dụng phƣơng pháp hydrodealkyl hóa đƣợc sử dụng để chuyển hoá các hợp chất thơm thành benzen độ tinh khiết cao. Các công nghệ này đã phục vụ tại hơn ba mƣơi dự án, và đƣợc cấp giấy phép độc quyền trên toàn thế giới. Những công nghệ hydrodealkyl này có thể đƣợc thiết kế cho các nguyên liệu cụ thể khác nhau tùy theo yêu cầu. Ba công nghệ này đều có độ chuyển hoá thành Benzene độ tinh khiết cao, mỗi nguồn đòi hỏi một cân bằng khác nhau của quá trình hyđro đề alkyl hoá, quá trình đề sunfua hoá và phản ứng hydrocracking. H ST R Th. CT S F Hydro Hydro Benzen Toluen Toluen Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 36 5: (UOP) Thermal hydrodealkylation process [3] Bảng 5: Nguyên liệu và phản ứng trong quá trình DETOL, LITOL, PYROTOL[13] DETOL LITOL PYROTOL Chuyển hoá các alkyl aromic trong khoảng từ C7 đến C10. Cũng chuyển hoá các hợp chất thơm C9-C10 tập trung thành hợp chất thơm C8. Chủ yếu là yêu cầu quá trình hyđro đề alkyl hoá. Chuyển hoá các sản phẩm phụ từ C6 đến C9 từ than luyện cốc. Chủ yếu là yêu cầu quá trình đề sunfo hoá và 1 lƣợng nhỏ hơn là quá trình hyđro đề alkyl hoá và hyđro cracking của các hợp chất không thơm. Chuyển hoá phân đoạn từ C6 đến C9 của chất lỏng nhiệt phân thu đƣợc nhƣ một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethylene. So với quá trình LITOL, Thêm các phản ứng hydrocracking của phi hydrocacbon thơm, nhƣng phản ứng desulfur ít hơn, phản ứng hydrodealkyl tì tƣơng đƣơng. 2.2. Ưu điểm của các công nghệ Bảng 6: Đặc trưng & ưu điểm từng mỗi công nghệ [13] Đặc trưng của quy trình Lợi ích của quá trình Độ chọn lọc cao của hợp chât thơm -Tỷ lệ sản phẩm cao hơn với cùng một nguyên liệu Xử lý từng bƣớc đơn lẻ -Loại bỏ yêu cầu cần thiết cho các bƣớc xử lý bằng hyđro riêng biệt, để giảm hàm lƣợng olefin hoặc lƣu huỳnh trong nguyên liệu. -Giảm chi phí Nhiệt độ hoạt động thấp -Tiết kiệm chi phí vật liệu chịu nhiệt của thiết bị. Không luyện cốc trong hệ thống trao đổi nhiệt -Chi phí bảo trì Thấp - Loại bỏ các chất thơm bão hòa rắn, chất thải vật liệu Sản phẩm tinh khiết cao -Giá trị sản phẩm Cao Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 37 nhất vƣợt quá 99,93% wt Bảng 7: Hiệu suất quá trình [13] Nguyên liệu Sản phẩm DETOL MT DETOL MT Toluene (98% tinh khiết) 1,00 0 Benzene (99.95% tinh khiết) 835 Thành phần Hydrogen (70% tinh khiết) 36 Nhiên liệu khí 201 LITOL LITOL Dầu nhẹ Benzene (99.95% tinh khiết) 925 (96% BTX, 1.7% Styrene, 0.4% Sulfur) 1000 Nhiên liệu khí và dầu 128 Thành phần Hydrogen (90% tinh khiết) 53 PYROTOL PYROTOL Xăng nhiệt phân Benzene (99.95% tinh khiết) 695 (73% BTX, 3.1% Styrene, 0.1% Sulfur) 1000 Nhiên liệu khí và dầu 374 Thành phần Hydrogen (90% tinh khiết) 69 2.3. Sơ đồ công nghệ chung DETOL, LITOL và PYROTOL Công nghệ này, nhìn chung cũng không khác so với công nghệ chung. Trong các công đoạn phản ứng, hấp thụ thì có sử dụng 2 tháp nối liên tiếp nhau để quá trình diễn ra triệt để hơn. Sản phẩm ra khỏi lò phản ứng có độ chọn lọc cao hơn, do phản ứng xảy ra hoàn toàn. Còn sản phẩm tách đƣợc hấp thụ tốt hơn, benzene có độ tinh khiết cao. Sản phẩm đáy của tháp chƣng là các hydrocacbon thơm nặng thì đƣợc tuần hoàn trở lại nguyên liệu đầu để tăng khả năng chuyển hóa của nguyên liệu. các cải tiến trên đây là thế mạnh của các hãng DETOL, LITOL và PYROTOL đã giúp cho quá trình sản xuất đạt đƣợc ƣu điểm vƣợt trội so với các hãng khác. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 38 Hình 6: Sơ đồ công nghệ chung của DETOL, LITOL và PYROTOL [13] Xong nhƣợc điểm lại là quá nhiều thiết bị, dẫn dến chi phí đầu tƣ phân xƣởng, bảo trì cao. Ngoài ra, thời gian phản ứng quá lâu (2 lò phản ứng), nếu không tính toán kỹ, sẽ đồng thời gia tăng phản ứng phụ, cốc và có thể kéo hiệu xuất của cả quá trình xuống. 3. phân tử. 8 [3] - % - % H2 ) 2.3 Metan 17.7 Etan 0.6 Benzen 83.6 Toluen 100 0.4 102.3 102.3 Phân tách Khí – lỏng Làm giàu Hydro Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 39 Bảng 9: Chi phí trong quá trình Hydrodealkyl hóa toluene (theo thống kê Gary and Handwerk _ 1994) [1] Vật liệu Chi phí Tiện ích Chi phí Toluene 170 $/tấn Điện 0.5 $/kWh Hydro 350 $/tấn Nhiên liệu (metan) 2.5 $/Gj Benzen 570 $/tấn Nƣớc (làm lạnh 100C) 0.15 (0.3) $/m3 Biphenyl 100 $/tấn Hơi nƣớc (gia nhiệt) 15 $/tấn Khí đốt 50 $/tấn Làm lạnh 400 $/Gj Bảng 10: [3] ( kW) 620 _ 10 6 kcal/h (10 6 Btu/h) 63 (250) _ m 3 /h (gal/min) 112 (495) của benzen và toluen. khả thi khi giá của benzene (trên một đơn vị khối lƣợng) là hơn 1,25 lần giá toluene. trong giai đoạn cao điểm. THD benzen (ví dụ: benzen và hỗn hợp Xylen) trong giai đoạn nhu cầu benzen thấp. C. Một số phương pháp khác sản xuất Benzen . K . Dƣới đây là một số phƣơng pháp sản xuất benzen trong công nghiệp rất hiệu quả. Việc phân tích rõ các điều kiện công nghệ của từng phƣơng pháp là để tháy Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 40 rõ ƣu nhƣợc điểm của chúng. Từ đó có thể đƣa ra một phƣơng pháp tối ƣu nhất để ứng dụng và phát triển sản xuất benzen, tạo lợi nhuận cao nhất có thể. Các quá trình chủ yếu để sản xuất benzen bao gồm: * Reforming xúc tác. * Hydrodealkyl hoá toluen * Nhiệt phân xăng * Sản xuất từ than đá I. Reforming xúc tác: Reforming xúc tác sử dụng nguyên liệu là xăng chƣng cất trực tiếp 1. Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc : - ( alkyl xyclohexan) - : - - : - - Hydrocracking parafin, naphten 2. Điều kiện phản ứng: 11: Đặc trưng vận tốc và hiệu ứng nhiệt của những phản ứng reforming quan trọng: Loại phản ứng Vận tốc tương đối Ảnh hưởng của sự tăng áp xuất tổng cộng Hiệu ứng nhiệt Hydrocracking Thấp nhất Vận tốc tăng Tỏa nhiệt vừa phải Dehydro hóa tạo vòng Thấp Không ảnh hƣởng tới sự giảm nhỏ trong vận tốc Thu nhiệt isome hóa của Nhanh Giảm vận tốc Tỏa nhiệt ít Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 41 paraffin isome hóa naphten Nhanh Giảm vận tốc Tỏa nhiệt ít Dehydro hóa paraffin Khá nhanh Giảm độ chuyển hóa Thu nhiệt Dehydro hóa naphten Rất nhanh Giảm độ chuyển hóa Rất thu nhiệt 3. 3.1. Các loại xúc tác - Xúc tác có chứa oxyt hoặc sunfit Cr, Mo, Ni và W - Xúc tác có chứa kim loại quý, thƣờng là Pt hoặc Pt kết hợp với kim loại khác. Hàm lƣợng kim loại quý (Pt) dao động trong khoảng 0,2 ÷ 0,8% khối lƣợng. Chất mang thường là γ – Al2O3, có chứa hợp chất halogen (Cl, F hoặc kết hợp cả hai). - Các xúc tác lƣỡng và đa kim loại . Đó là việc đƣa Re ( hay Ir, Ru, Ag, Au, Ge…) vào thành phần xúc tác, giúp tăng cƣờng các tính chất của Pt. (Kéo dài độ bền hoạt động của xúc tác, khả năng chịu đựng tốt với hiện tƣợng lắng đọng cốc lên bề mặt xúc tác) 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác + Sự hình thành cốc lắng đọng: Cốc làm giảm diện tích bề mặt hoạt động của xúc tác, làm cho độ chuyển hóa giảm sút. + Ngộ độc xúc tác: ngộ độc xúc tác có thẻ xảy ra dƣới 2 dạng: ngộ độc vĩnh viễn bởi các kim loại nhƣ As, Pb, Cu, Hg và ngộ độc có thể hoàn nguyên gây ra bởi lƣu huỳnh, nito và các halogen.Các độc tố có thể đƣợc loại bỏ nhờ quá trình xử lí nguyên liệu, thƣờng là quá trình hydrodesunfua hóa. 4. Công nghệ reforming xúc tác Kết cấu chung của hệ thống reforming xúc tác gồm 3 hoặc 4 thiết bị phản ứng đƣợc đặt nối tiếp nhau, tùy theo yêu cầu, bộ phận đun nóng nguyên liệu và hệ thống gia nhiệt trung gian cho các dòng ra khỏi các thiết bị. 4.1. Công nghệ bán tái sinh - Công nghệ bán tái sinh, xử lí xúc tác tại chỗ trong quá trình dừng hệ thống theo định kì 6 tháng dến 1 năm một lần. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 42 - Công nghệ tái sinh theo chu kỳ, sử dụng 1 thiết bi phản ứng phụ trợ, để thay thế các thiết bị phản ứng khác lần lƣợt trong quá trình tái sinh xúc tác, đảm bảo quá trình sản xuất không bị ngắt quãng. Hình 7: Công nghệ reforming với lớp xúc tác cố định UOP Platforming 4.2. Tái sinh liên tục (dây chuyền reforming với lớp xúc tác chuyển động) Vào những năm 1970, đây là một cải tiến nổi bật về quá trình reforming xúc tác của UOP và IFP gọi là quá trình CCR. Các dây chuyền này vận hành theo quy trình liên tục tháo xúc tác ra, tái sinh và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. Công nghệ này đƣợc áp dụng với mục đích để sản xuất xăng và đặc biệt là sản xuất các hydrocacbon thơm, xuất phát từ khả năng có thể trụ vững của xúc tác với các điều kiện phản ứng khắc nghiệt, cho phép vòng hóa sâu các parafin, tách loại những hợp chất không bị ảnh hƣởng bởi quá trình hydrocracking, và hydrodealkyl hóa các hợp chất phân tử lƣợng lớn. Đặc biệt của dây chuyền này là các lò phản ứng chồng lên nhau thành một khối. Xúc tác chuyển động tự chảy từ reator trên cùng xuống reator cuối cùng, sau đó xúc tác đã làm việc đƣợc chuyển sang thiết bị tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi nạp trở lại reator thứ nhất rồi tạo thành chu kỳ lớn. II. : 1. . zeolit. Máy b ơ m H 2 Nguyên liệu Lò gia nhiệt Thiết bị phản ứng Thiết bị phân tách Thiết bị đốt nóng S.p. reformat Ngƣng tụ hồi lƣu Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 43 Hình 8: Sơ đồ công nghệ reforming xúc tác chuyển động tái sinh liên tục CCR Platforming của hãng UOP Bảng 12: Điều kiện vận hành reforming xúc tác [2] Loại công nghệ Thông số Khoảng thay đổi chung Công nghệ bán tái sinh Công nghệ tái sinh theo chu kỳ Công nghệ tái sinh liên tục Công nghệ sản xuất hydrocacbon thơm Áp suất (Mpa) 0,7 ÷ 4 1,5 ÷ 2,5 0,7 ÷ 1,5 1 0,7 ÷ 1,5 Nhiệt độ dòng và ra của quá trình ( o C) 480 ÷ 550 510 ÷ 540 510 ÷ 540 510 ÷ 540 520 ÷ 550 Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon trong nguyên liệu 3 ÷ 10 5 ÷ 6 4 ÷ 5 3 ÷ 4 ≈5 Tốc độ thể tích LHSV (h -1 ) 1 ÷ 4 2 ÷ 3,5 3,5 ÷ 4 1,5 ÷ 4 ≈2 . Thiết bị đốt nóng K h í Khí nhiên liệu H2 tuần hoàn Nguyên liệu Xúc tác dã tái sinh Các thiết bị phản ứng Tái sinh xúc tác Bơm Sản phẩm reformat Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 44 2. a. CH3 + CH4 b. 9 hydrocacbon thơm C8. CH3 CH3 CH3 CH3CH3 CH3 +2 c. (1,2,4,5 – tetrametyl benzen) CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH3 CH3 +2 3. - : 13 toluene [2] Xylen plus Tatoray Mobil LTD ARCO Toyo Rayon Mobil Chemical Pha pư Hơi Hơi ( 0 C) 480 - 520 410 - 470 260 - 315 (MPa) 0.2 3 - 4 4.5 Hydro Không tham gia Không tham gia SiO2-Al2O3 Zeolit T81 Zeolit ZSM-5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 45 t 1,5 năm = 315 0 C 4. - 4.1. 2 - . Nếu nguồn cấp nguyên liệu là các hợp chất thơm C9 và C10 , một hỗn hợp của benzene, toluene và Xylen đƣợc sản xuất và năng suất cho benzen là thấp hơn. H 9 benzene [3] : Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 46 III. Xăng nhiệt phân: 1. 5 9 . 14 naphtha [2] (%) Xăng C5+ 6 – 200 0 C 6 – C8 11.8 7.8 9.7 Olefin 5.5 2.4 3.0 Diolefin 18.1 8.7 5.9 Hydrocacbon thơm Benzen 28.0 35.2 43.7 Toluen 13.9 17.4 21.7 C8 7.2 9.0 11.3 Alkenylbenzen (Styren) 3.0 3.8 4.7 C9+ 12.5 15.7 - hydrocacbon thơm 64.6 81.1 81.4 - % - % wt - % 10 700K [3] 11 9 u [3] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 47 100.0 100.0 100.0 (ppm) 220 180 150 2. 6 8 . 3. . , olefin . , : Hydrodes . Hydrodedien 5 – 200 0 6 – C8). 3.1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 48 - : 15 [2] ( 0 C) 120 - 160 80 - 160 (Mpa) 2 - 6 2 - 3 - - , hay sunfit niken mang trên oxyt nhôm - . - . (h -1 ) 1- 3 3 - 8 3.2. - 60 – 1500 hyđro cao). 280 – 3500 1,5Mpa. 3.3. . . IV. Sản xuất benzen từ than đá [2]: 1. – Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 49 1000 0 (70 – - – , toluen, xylen, naphtalen, antraxen, phenantren… , CO, NH3, phenol, thiophen, pyridin… 2. 300 – 4000 . bon thơm. . Phƣơng pháp này đƣợc thay thế bằng các phƣơng pháp sản xuất benzen từ dầu khí trong năm 1930 và 1940, do tỷ lệ phần trăm sản lƣợng thấp của benzen. Quá trình này chiếm ít hơn 5% Niudilân. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 50 12 D. Lựa chọn các quá trình sản xuất benzen: xuât, ,vv.vv.vv.. , nên ít . t . c . Trong khi yêu cầu đặt ra là mở rộng phạm vi nguyên liệu, tăng nguồn nguyên liệu mà vẫn giữ chất lƣợng sản phẩm. 2 phƣơng p n . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 51 , đ . , do xăng thu đƣợc từ quá trình này có trị số octan cao (RON > 95, chiếm thị phần từ 30- 40% trong xăng thƣơng phẩm thế giới). Hay một số công nghệ reforming mới ,ví dụ công nghệ CCR ( công nghệ tái sinh liên tục ) mới nhất đã làm tăng chỉ số octan lên đáng kể (có thể đạt RON>100) và hạ áp xuất vận hành xuống còn 3 – 3,5 atm. Trong khi đó, công nghệ hydrodealkyl hóa lại sử dụng nguồn nguyên liệu toluen, sản phẩm dƣ thừa, ít giá trị để chuyển hóa thành hợp chất thơm cần thiết nhƣ benzen. toluen. Hydrodealkylation Toluen có thể đƣợc thực hiện bằng xúc tác hoặc quá trình nhiệt. Cả hai khá tƣơng tự. toluen đƣợc gia nhiệt đến 590-650oC và 25-40 atm cho xúc tác hydrodealkylation hoặc cao nhƣ 760oC trong các quá trình nhiệt. Độ chuyển hoá cho cả hai loại quy trình là 70-85%.. Các quá trình xúc tác có lợi thế của tải nhiệt thấp hơn, nhƣng họ đã chi phí chất xúc tác & đòi hỏi hơi nhiều về giảm thời gian so với các quá trình nhiệt. Do đó, quá trình hyđro đề alkyl hoá không . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 52 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ _ /năm) A. Sơ đồ công nghệ thiết kế Gia nhiệt cho nguyên liệu Nguồn nguyên liệu của cả quá trình là nguồn toluen có độ tinh khiết cao, nguồn khí hydro có độ tinh khiết 99% ( lẫn 1% khí metan). Cả 2 dòng nguyên liệu đều có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trƣờng 250C, và áp suất đã đạt 4.3 Mpa. Nguồn khí hydro đƣợc dẫn vào từ dòng . Nguồn toluen đƣợc trộn cùng với dòng toluen tuần hoàn thành dòng . Hai dòng nguyên liệu và đƣợc đi qua bơm P – 101 để tạo áp lực cho cả quá trình. Dòng nguyên liệu sau khi ra khỏi bơm đƣợc đƣa vào thiết bị trao đổi nhiệt E – 101. Tại đây nguyên liệu đƣợc sấy sơ bộ nhờ trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm của thiết bị phản ứng chính. Ra khỏi thiết bị E – 101, dòng nguyên liệu đạt nhiệt độ 298,3 0C. Dòng tiếp tục đƣợc gia nhiệt bằng lò nung H – 101 để đạt đƣợc nhiệt độ 6200C_nhiệt độ yêu cầu để phản ứng xảy ra. Quá trình phản ứng Dòng nguyên liệu sau khi ra khỏi lò nung H – 101 đạt nhiệt độ 6200C và với áp suất 4.3 Mpa là đủ điều kiện cho phản ứng xảy ra. Dòng nguyên liệu trƣớc khi vào thiết bị phản ứng chính R – 101 đƣợc trộn với dòng khí tuần hoàn . Dòng tuần hoàn có thành phần chủ yếu là khí hydro và metan, trƣớc đó đã đƣợc nén và gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng. Hỗn hợp nguyên liệu là dòng đi vào thiết bị phản ứng. Đây là thiết bị phản ứng xuyên tâm, dạng ống, phù hợp cho phản ứng pha khí. Phản ứng chính xảy ra đạt độ chuyển hóa 75% : Toluen + Hydro  Benzen + Metan Để cho qua trình tính toán thuận tiện hơn, ta giả sử trong thiết bị R – 101 chỉ có một phản ứng phụ với độ chuyển hóa 2%: 2 Benzen  Biphenyl + Hyđro Mặt khác yêu cầu đặt ra là trong dòng nguyên liệu trƣớc khi phản ứng, số mol khí hydro phải gấp 4 lần số mol các hydrocacbon. Do vậy trong dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng không chỉ có sản phẩm chính (Benzen), sản Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 53 phẩm phụ (Biphenyl) mà còn lƣợng dƣ của nguyên liệu toluen, hydro và metan. Do các phản ứng xảy ra đều có hiệu ứng tỏa nhiệt, nên dòng sản phẩm có nhiệt độ lên đến 690,50C. Dòng đƣợc cho qua thiết bị trao đổi nhiệt E – 101 để sấy sơ bộ nguyên liệu. Sau quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ dòng sản phẩm hạ xuống 533,70C. Quá trình tách khí Hỗn hợp trƣớc khi tách khí đƣợc làm mát đến 250C nhờ qua thiết bị trao đổi nhiệt E – 102. Tháp tách V – 101 thực hiện tách khí trong điều kiện áp suất cao 4.3Mpa, tức là giữ nguyên áp suất của nguyên liệu vào. Dòng sản phẩm khí chủ yếu gồm hydro và metan. Dòng khí này đƣợc chia ra 2 dòng và với tỉ lệ 50-50. 50% lƣu lƣợng dòng là dong đƣợc nén nhờ thiết bị C – 101 để đẩy dòng khí tuần hoàn về thiết bị phản ứng. Sau đó đƣợc gia nhiệt nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E – 103 để đạt nhiệt độ 6200C_nhiệt độ phản ứng. 50% lƣu lƣợng dòng còn lại là dòng đƣợc dẫn ra ngoài_sản phẩm khí của cả quá trình. Dòng sản phẩm lỏng chủ yếu là benzen, toluen và biphenyl đƣợc tiếp tục cho vào tháp tách ở áp suất thấp V – 102. Trong tháp tách V – 102, hỗn hợp nguyên liệu vào đƣợc hạ áp suất xuống 280 kPa. Tại tháp tách này lƣợng khí đƣợc tách triệt để hơn mà không làm thất thoát nhiều sản phẩm chính nhƣ benzen và toluen. Dòng sản phẩm khí gồm chủ yếu lƣợng khí hydro và metan còn lại đƣợc nhập vào dòng sản phẩm khí của cả quá trình. Dòng sản phẩm lỏng đƣợc đƣa sang quá trình chƣng cất để tách lấy sản phẩm chính. Quá trình chƣng cất Quá trình chƣng cất gồm 3 tháp chƣng cất, và để tăng hiệu quả chƣng tách thì tại mỗi tháp tách đều có dòng hồi lƣu sản phẩm đỉnh và đáy. Trƣớc khi hồi lƣu thì dong sản phẩm đỉnh đƣợc làm mát, còn dòng sản phẩm đáy thì đƣợc gia nhiệt. Đầu tiên là tháp chƣng tách khí T – 101. Nhiệm vụ của tháp này là loại bỏ hoàn toàn lƣợng khí hydro và metan còn lại trong hỗn hợp. Hỗn hợp sau quá trình tách ở dòng , đƣợc đƣa qua thiết bị trao đổi nhiệt E – 104 để nâng nhiệt độ lên 700C. Nhiệt độ này đã đƣợc ƣớc tính giựa trên cơ sở nhiệt độ sôi của cấu tử cần tách và tính lặp để chọn. Dòng sản phẩm khí đƣợc nhập vào dong sản phẩm khí của cả quá trình. Dòng sản phẩm lỏng chỉ còn các cấu tử benzen, toluen và biphenyl. Sau quá trình chƣng, dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ lên đến 124.30C. Trong khi đó, tháp chƣng T – 102 có nhiêm vụ tách benzen thì cần nguồn nguyên liệu có nhiệt độ là 1000C, vì vậy trƣớc khi vào tách benzen, dong sản phẩm của tháp Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 54 tách T – 101 đƣợc làm mát nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E – 107 để hạ nhiệt độ xuống còn 1000C là dòng nguyên liệu của tháp chƣng T – 102. Dòng sản phẩm khí của tháp chƣng T – 102 là benzen với lƣu lƣợng đạt năng suất đề ra 152.625kmol/h. Sản phẩm benzen sau đó đƣợc làm mát về nhiệt độ 250C nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E – 109. Dòng sản phẩm đáy của tháp chƣng T -102 chứa toluen, biphenyl và lẫn hàm lƣợng nhỏ benzen. Dòng có nhiệt độ là 150.30C, theo tính toán, nguyên liệu trƣớc khi vào tháp T – 103 để tách toluen phải có nhiệt độ là 1200C, vì vậy dòng phải qua trao đổi nhiệt tại thiết bị E – 1011 để hạ nhiệt độ xuống . Dòng sản phẩm đỉnh của tháp T – 103 đƣợc tuần hoàn lại nguyên liệu toluen ban đầu nhờ áp lực của bơm P – 106. Dòng sản phẩm đáy tháp chƣng T – 103 là sản phẩm phụ của quá trình Biphenyl. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 55 B. Tính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng I. Phần mềm tính toán Hysys 2006). . II. Trình tự tính toán trong phần mềm Hysys - Tính toán thông số ban đầu Từ số liệu ban đầu và năng suất sản phẩm benzen cần đạt đƣợc, ta tính lƣợng nguyên liệu cần cho toàn quá trình. - Xây dựng sơ đồ mô phỏng trong phần mềm Hysys Xây dựng sơ đồ hoàn thiện. Hysys có đủ các hình ảnh mô phỏng thiết bị, cho phép ta lập đƣợc sơ đồ tƣơng đƣơng với sơ đồ trong bản vẽ PFD đã thiết kế. - Nhập số liệu đã tính toán Giựa vào số liệu đã tính toán ban đầu, nhập số liệu dòng nguyên liệu vào sơ đồ Hysys, sau đó điều chỉnh các thông số tại các thiết bị để nhận đƣợc lƣợng sản phẩm benzen. - Điều chỉnh các thông số trong sơ đồ Sau khi nhận đƣợc số liệu sản phẩm. Nếu lƣợng sản phẩm này chƣa đạt năng suất đề ra, tiếp tục điều chỉnh số liệu tại từng thiết bị đến khi đạt năng suất sản phẩm benzen. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 56 Bản thân phần mềm hysys cúng có công cụ để kiểm tra cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lƣợng cho từng thiết bị và toàn quá trình. Đó là công cụ Balance. - Đƣa ra các số liệu đã tính toán : - /năm. - ) , 10% metan) - Thời gian lƣu trung bình là từ 25 – 30 (s) - : 75% - : 98% - : 99% III. Tính toán số liệu ban đầu 1. 24 : (365 – 15) 24 = 8400 (h) : Số mol benzen tƣơng ứng là: : 2. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 57  :  : GToluen + Ghyđro + G ) = G ) + G ) + GBenzen + GByphenyl oán làm sao lƣợng benzen cuối cùng sau khi ra khỏi quá trình đạt năng suất đề ra là quá trình tính lặp đi lặp lại rất phức tạp. Quá trình tính lặp phải giựa vào kết quả tính trƣớc đó để thu hẹp giới hạn tính toán và khoảng kết quả để thu đƣợc con số chính xác. Phƣơng pháp cụ thể nhƣ sau: : (G15 6H6 .  : THDA Toluen Hyđro (10% metan) (H2, CH4) Benzen Byphenyl (C12H10) R - 101 9 8 15 7 B Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 58 - 75%) - 2%) 2 H2 ( Byphenyl) 2% ben . - :  (2): 2 CH3 H2 2 CH4 2.1. - Toluen = nBenzen - : nToluen (3) = nBenzen (3) = 3.11479 [kmol/h] - : 2.2. 4 sau q 4 : CH3 H2 CH4 [Type a quote from the document or the summary of an interesting point. You can position the text box anywhere in the document. Use the Text Box Tools tab to change the formatting of the pull quote text box.] ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 59 = 152.625 + 3.11479 = 155.74 [kmol/h] 2.3. - : = 152.625 + 3.11479 = 155.74 [kmol/h] - Do : - Lƣợng toluen không tham gia phản ứng là: = 207.653 – 155.74 = 51.9 [kmol/h] 2.4. - : nHyđro = nHydro (1) + nHyđro (3) - )  : nhyđro = nToluen × 4 = 207.653 × 4 = 830.612 [kmol/h] GHyđro = nHyđro×M = 830.612 × 2 = 1661.224 [kg/h] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 60 - : - : nHyđro dƣ = n - nHyđro P.ƣ = 830.612 – 154.18 = 676.432 [kmol/h] 2.5. Cân bằng vật chất lò phản ứng R - 101 Bảng 16: – 101 ) = Hyđro ) 830.612 Hyđro (dƣ) 676.432 ) 1.04875 ) 1.04875 ) 155.74 Benzen 0 Benzen 152.625 ) 207.653 Toluen (dƣ) 51.9 Biphenyl 0 Biphenyl 1.5574 ∑ [kmol/h] 1039.3 1039.3 IV. Xây dựng sơ đồ mô phỏng trên HYSYS 1. Các ký hiệu trong HYSYS HYSYS có đầy đủ các thiết bị mô phỏng phục vụ cho quá trình tính toán. Sau đây là một số thiết bị phục vụ cho quá trình xây dựng sơ đồ “ Hydrodealkyl hóa “. Bảng 17: Các ký hiệu trong HYSYS Ký hiệu Tên thiết bị Ký hiệu Tên thiết bị Material Stream Dòng vật liệu Tee Chia dòng Separator Tháp tách pha Pump Bơm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 61 Cooler Làm mát Compressor Máy nén Heater Gia nhiệt Balance Cân bằng Heat Exchanger Trao đổi nhiệt Mixer Nhập dòng Recycle Dòng tái sinh Distillation Column Tháp chƣng cất Short cut Distillation Chƣng cất mô phỏng Conversion reactor Lò P.ƣ theo độ chuyển hóa 2. Một số nguyên tắc khi làm việc trong HYSYS - Các số liệu màu đen là của phần mềm tính toán - Các số liệu màu xanh là số liệu có thể điều chỉnh - Tại mỗi thiết bị, khi nhập dòng vật liệu cho thiết bị, dòng nào đã đƣợc xây dựng thì ta chọn. Dòng nào chƣa đƣợc xây dựng thì đánh tên dòng trực tiếp để nhập. - Luôn giữ chế độ Solver Active_ trên thanh công cụ để phần mềm tính toán kết