Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội cộng hoà xã hội chủ nghiã việt nam độc lập - tự - hạnh phúc đồ án tốt nghiệp Họ tên: võ chí hải Lớp: Hoá Dầu- K44 Ngành học: Tổng Hợp Hữu Cơ Hoá Dầu Đề tài: Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí tự nhiên suất 25000tấn/ năm Nội dung: Tính chất axetylen ứng dung axetylen Công nghệ sản xuất axetylen Tính toán công nghệ Tính toán thiết bị Thiết kế xây dựng Tính toán kinh tế Cán hớng dẫn : PGS TS Nguyễn Thị Minh Hiền Ngày giao nhiêm vụ thiết kế: 20/02/2004 Ngày hoàn thành nhiêm vụ: Ngày 30 Tháng 05 Năm 2004 Chủ nhiệm khoa ( Ký ghi rõ họ tên) kết đánh giá Điển trình làm tốt nghiệp Điểm duyệt : Điểm bảo vệ: Cán hớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Ngày 30 tháng 05 năm 2004 (ký tên) CHủ tịch hội đồng (Ký ghi rõ họ tên) Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Mở đầu Axetylen chất có nhiều ứng dụng đời sống công nghiệp, đặc biệt công nghiệp, axetylen đợc dùng làm nguyên liệu ban đầu để tổng hợp chất hữu quan trọng nh : Vinylclorua: chất khí dễ cháy, nổ, có mùi ete, tan ete cồn, tan nớc, sôi nhiệt độ 450C Là monome quan trọng để sản xuất vinylclorua polyme Và copolyme dùng tổng hợp hữu chất phụ gia Vinylaxetat : chất lỏng không màu, không tan nớc, dễ cháy, sôi 370C, dùng nh hoá chất không gian sản xuất polyme coplyme nh polyvinyl Vinylete : chất lỏng không màu dễ bốc cháy, dễ nổ, tan kiềm, axeton, ete, tan nớc, sôi 390C dùng làm chất gây mê Acrylonytryl :là chất lỏng không màu dùng sản xuất cao su, acrylic, sợi Axetandehyt : dùng để sản xuất axitaxetic Ngoài từ axetylen ngời ta sản xuất hợp chất hoá học quan trọng khac nh : nhựa, chất bám dính, chất phủ bề mặt, chất dẫn điện hữu có nhiều sản phẩm khác từ axetylen Chính có nhiều ứng dụng nh nên axetylen đợc sản xuất nhiều giới nhà công nghệ luôn nghiên cứu mong tìm trình công nghệ khác để sản xuất axetylen nhằm đem lại hiệu kinh tế cao Axetylen đợc sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu : canxicacbua hydrocacbon (dạng rắn, lỏng, khí) Hiện Mỹ nớc châu Âu sản xuất axetylen từ hydrocacbon Italia, Nhật, Nam Phi, ấn Độ axetylen đợc sản xuất từ canxicacbua Sản xuất axetylen từ hydrocacbon trình đợc phát triển khoảng 30 năm gần Trong công nghệ hydrocacbon bị nhiệt phân nhiệt độ Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 cao ( từ 1100 ữ 15000C ) điều kiện đoạn nhiệt thời gian phản ứng ngắn( 0,005 ữ 0,02 giây) sau sản phẩm đợc nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế phản ứng phân hủy axetylen Công nghệ sản xuất axetylen từ dầu khí chủ yếu khí đồng hành khí thiên nhiên đợc biết đến từ lâu, nguồn nguyên liệu sẵn có quốc gia có tiềm dầu khí giới nói chung Việt Nam nói riêng, công nghệ có tính kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trờng, hợp với xu thời đại nơi mà ngời đặt vấn đề môi trờng lên hàng đầu Và đề tài là: "Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí tự nhiên Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Phần : tổng quan lý thuyết Chơng 1: Giới thiệu nguyên liệu Khí tự nhiên khí nằm tầng chứa khí (mỏ khí) thành phần chủ yếu metan (có thể chiếm đến 97% theo thể tích) Khí tự nhiên nguồn tài nguyên khổng lồ với trữ lợng lớn (hàng trăm nghìn tỉ m3) phân bố đất liền biển Hiện ngời ta tìm mỏ khí tự nhiên với trữ lợng lớn nhiều nơi giới nh: Liên Xô cũ, Mỹ, Trung Đông, Bắc Phi, Nam Mỹ, Canada, Đông Nam á, Mehyco, Uc, Tây Phi, Nhật Bản Việt Nam phát có mặt khí tự nhiên số nơi nh : Tiền Hải (Thái Bình), vùng trũng Nam Côn Sơn (Lan Tây, Lan Đỏ, Hồng Ngọc) đợc phát có trữ lợng lớn khoảng 70 tỷ m khí tự nhiên Thành phần khí tự nhiên chứa tới 96% CH4, 2%C2H6, 2% khí khác Quá trình khai thác sử dụng khí tự nhiên gặp nhiều khó khăn hạn chế vấn đề khai thác vận chuyển phức tạp, đòi hỏi vốn đầu t lớn nhng lợi ích đem lại kinh tế nói chung ngành công nghệ hoá học nói riêng lớn Hàm lợng CH4 khí tự nhiên lớn, việc nghiên cứu tìm phơng pháp sử dụng nguồn CH dồi để chế biến nguyên liệu đa dạng cho tổng hợp hữu đề tài thu hút quang tâm nhà khoa học đầu ngành, có uy tín nớc nh giới Để nhận đợc sản phẩm riêng khí tự nhiên ngời ta nghiên cứu xây dựng nhà máy chế biến khí với nhiều phơng pháp khác tùy thuộc vào mỏ khí (nguyên liệu ban đầu) mà có công nghệ phù hợp mong đem lại hiệu qủa qúa trình chế biến hoá chất thơng phẩm Đặc biệt nớc ta tiềm khí phong phú Nh nớc ta có điều kiện phát triển công nghiệp dầu khí toàn lãnh thổ Khai thác sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá Trong tơng lai ngành công nghiệp dầu Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 khí ngành công nghiệp phát triển mạnh đóng góp đáng kể vào phát triển kinh tế đất nớc ta Bảng Thành phần hoá học trung bình khí thiên nhiên khí đồng hành Việt Nam (%thể tích) : Các cấu tử CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 Khí đồng hành Bạch Hổ Đại Hùng 73,0 77,0 12,0 10,0 7,0 5,0 2,9 3,3 2,5 1,2 0,7 3,0 0,5 3,0 Rồng 78,0 3,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 Khí tự nhiên Tiền Hải Rồng Tự Do 87,6 84,0 3,1 6,0 1,2 4,0 1,0 2,0 0,8 2,0 3,0 4,0 3,0 4,0 Nh qua bảng ta thấy thành phần khí metan chiếm lợng lớn thành phần khí Và metan nguyên liệu quan trọng cho ngành tổng hợp hữu Điều đợc thể qua sơ đồ: CH3Cl Clo hóa CH2Cl2 CHCl3 CCl4 Nitro hóa +NH3 +CO2 CH3NO2 HCN CH4 Chuyển hóa Nhiệt phân Oxy hóa CO+2H2 CH CH CH3OH HCHO HCOOH Chơng 2: giới thiệu axetylen Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 2.1 Tính chất vật lý : [5, 7, 9, 13] Axetylen chất khí không màu, dạng tinh khiết có mùi ete yếu (ở nhiệt độ áp suất thờng) Khi cháy axetylen tỏa nhiệt lớn nên đợc dùng để hàn, cắt kim loại Axetylen tan nhiều dung môi khác nhau, tan nhiều nớc nhiệt độ thấp Axetylen có giới hạn nổ lớn đến 81% có đến 100% (do trình polime hoá axetylen toả nhiệt lớn gây nổ) Ngoài axetylen dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với clo có ánh sáng Các nguyên tử cacbon axetylen liên kết với dạng lai hóa sản phẩm obitan nguyên tử cacbon Độ dài liên kết giảm theo thứ tự từ etan, etylen, axetylen Trong điều kiện thờng axetylen chất khí không màu, không độc nhng có khả gây mê, axetylen tinh khiết có mùi ngọt, axetylen tan nớc nhẹ không khí đợc đặc trng số vật lý sau: Ngng tụ - 830C áp suất khí Nhiệt độ tới hạn 35,50C áp suất tới hạn 6,04 Mpa Tỷ nhiệt Cp20 0,402 Khi cháy axetylen toả lợng nhiệt lớn, khả sinh nhiệt C2H2 13,307 kcal/ m2 Dễ tạo hỗn hợp nổ với không khí giới hạn rộng( 2ữ 81% thể tích axetylen) Tạo hỗn hợp nổ với oxy (2,8 ữ7,8% thể tích axetylen) Ngoài axetylen dễ dàng tạo thành hỗn hợp nổ với Clo, Flo có tác dụng ánh sáng Khi vận chuyển ngời ta thờng pha thêm khí trơ, hydro, amoniac vào để giảm khả cháy nổ Khi phân hủy axetylen xảy phản ứng nổ nhiệt độ lên tới 28000C C2H2 2C + H2 H298 = - 54,164 cal/mol Phản ứng phân rã xảy oxy nhng có chất kích hoạt tơng ứng nh: tia lửa, ma sát Khi áp suất 2atm phân rã có đặc điểm cục không nguy hiểm Khi áp suất cao 2atm phân rã có đặc tính nổ với sóng kích nổ lan truyền với vận tốc lớn 1000m/s Ngoài dễ nổ Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 axetylen tăng có mặt kim loại có khả tạo thành axetylua: MCH2, M2C2 Vì để tránh xảy trình nổ sản xuất hay tổng hợp hoá dầu khác ngời ta cố gắng làm việc áp suất [...]... trình công nghệ sản xuất axetylen 3.1- Công nghệ sản xuất axetylen từ than đá hay cacbuacanxi [1, 7] Với sự phát triển của ngành khai thác dầu mỏ hiện nay ngời ta quan tâm nhiều hơn đến hớng 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 Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 15 Đồ... khô mới có khả năng sử dụng trong quá trình tái sản xuất cacbua từ vôi Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 18 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Hai tiêu chuẩn quan trọng nhất trong việc thiết kế thiết bị loại khô là tỉ lệ khí hoá cao và loại bỏ những nguy hiểm do sự quá nhiệt gây ra Trong các thế hệ đầu của thiết bị loại khô này, ngời ta sử dụng các loại thiết bị nh trống... van ngăn khí giữa thiết bị khí hoá và hệ thống dây chuyền Cacbua đợc nạp vào thiết bị khí hoá (e) qua bánh xe hình sao (C) và băng tải nạp liệu (d) Hiện nay thiết bị khí hoá lớn Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 19 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 nhất có đờng kính là 3,5m và chiều cao tổng cở là 8,0 m Trong thiết bị có tối đa 13 đĩa tròn Các đĩa đợc thiết kế hình vành... không xảy ra Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 31 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Trong điều kiện của quá trình không những chỉ phân hủy C và H 2 mà còn tạo thành các hợp chất không no khác nhau Vì thế trong hỗn hợp khí nhiệt phân còn có cả H2, metan, etylen, vinyl axetylen, benzen 3.2.2- Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất axetylen Nguyên liệu để sản xuất axetylen có... lợi để sản xuất axetylen Nếu nhiệt phân ở nhiệt độ cao vừa phải, nó là nguyên liệu tốt nhất để nhận etylen, ở nhiệt độ cao, hiệu suất axetylen từ nguyên liệu là etan cũng rất lớn Với điều kiện quá trình thực Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 32 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 hiện ở nhiệt độ 14000C và áp suất 0,065 atm, thời gian tiếp xúc 0,05 giây, hiệu suất axetylen. .. hơn áp suất khí quyển, thành phần sản phẩm bắt đầu phụ thuộc vào áp suất riêng phần ban đầu của parafin Vì thế khi nhiệt phân metan, etan, propan, điều kiện để nhận đợc axetylen với hiệu suất cao là áp suất riêng phần của hydrocacbon nhỏ nhiệt độ cao và thời gian phản ứng rất ngắn Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 27 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Quá trình nhiệt phân. .. lấy ra Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 17 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 khỏi hệ một cách định kỳ và thay dung dịch mới Axetylen đã làm sạch đợc thu lại trong thùng chứa ớt (11) từ đây nó chuyển đi tiêu dùng bằng thiết bị nén khí (13) (hoặc máy thổi ga) Sau khi qua van thủy lực bảo hiểm hoặc thiết bị chắn lửa (12) Tạp chất và làm sạch axetylen Axetylen đỉa từ thiết. .. H2 khí 0- các hydrocacbon nhiệt động của -20-40 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 Nhiệt độ K Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên Hình 4: Năng lượng tự do Gibbs của các hydrocacbon phụ thuộc vào nhiệt độ 22 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 Từ đồ thị hình 4 thấy rằng: ở nhiệt độ thờng axetylen không thể tạo thành từ các hydrocacbon khác Năng lợng tự do Gibbs của axetylen. .. năng lợng tự do Gibbs của các hydrocacbon khác tăng lên ở nhiệt độ cao hơn 12300C axetylen ổn định hơn các hydrocacbon khác Điều đó có nghĩa là quá trình sản xuất axetylen từ metan đòi hỏi thực hiện ở Axetylen % thể tích nhiệt độ cao hơn quá trình sản xuất từ hydrocacbon nặng hơn 282420161284- 1200 1400 1600 1800 2000 Nhiệt độ, K Hình 5: Đường cong bằngtừcủa phảnnhiên ứng nhiệt Thiết kế phân xởng sản. .. tơng tự áp suất của hệ có thể biến đổi trong khoảng từ 0,2 đến 1,0 bar Ngoài axetylen, trong khí thoát ra còn có một lợng CO tuỳ thuộc vào lợng oxy ở trong than Do sự có mặt của N và S trong than nên các sản phẩm phụ khác cũng đợc tạo thành nh HCN, CS2, COS và mercaptan Do đó ngời ta Thiết kế phân xởng sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên 21 Đồ án tốt nghiệp Võ Chí Hải - Hoá Dầu -K44 phải thiết kế thêm