Tìm hiểu dây chuyền sản xuất methanol

Chủ đề 35: Tìm hiểu dây chuyền sản xuất methanol Giáo viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn DuySinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hoa Đoàn Thị Như Quỳnh Bùi Văn Vàng Học viện kỹ thuật quân sựKhoa Hóa – Lý kỹ thuậtMetanol, còn gọi là metyl alcol hoặc cacbinol hoặc rượu gỗ, có công thức hóa học là CH3OH, khối lượng phân tử 32,042. Metanol là rượu đơn giản nhất trong dãy đồng đẳng các rượu no đơn chức.Lần đầu tiên vào năm 1661, Robert Boyle đã thu được methanol sau khi cất giấm gỗ bằng sữa vôi. Nam 1857 Berthelot cũng đã tổng hợp được methanol bằng cách xà phòng hóa metyl clorua. Tới năm 1923 methanol đã được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp từ CO và H2 Mở đầu I. Tổng quan. Chỉ tiêu kĩ thuật methanol thương phẩmTên chấtGiới hạn cho phép  (% khối lượng)MetanolMin 99,88%EtanolMax 0,002%AxetonMax 0,001%Axit AxeticMax 0,003%AmoniacMax 0,003%NướcMax 0,1%Ứng dụngTổng hợp methanolĐi từ than Đi từ khí thiên nhiên, dầu mỏII. Tổng hợp methanol1.1 Cơ sở của quá trình chuyển hóa a) Quá trình chuyển hóa metan bằng hơi nước (steam metan reforming). Nhiệt được lấy từ quá trình oxy hóa một phần khí CH4 trong lò phản ứng:1. Tổng hợp methanol từ khí thiên nhiên, dầu mỏ.b) Tổng hợp methanol từ khí tổng hợp:1.2. Công nghệ quá trình tổng hợpHình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất methanol1. Lò phản ứng; 2. Thiết bị trao đổi nhiệt; 3. Thiết bị làm lạnh ngưng tụ; 4. Tháp tách; 5. Bơm tuần hoànTHIẾT BỊPHẢN ỨNGDạngTầng KhoanDạngỐng ChùmÁp suấtthấpÁp suấtthấpÁp suấtcaoÁp suấtcao Các dạng lò phản ứng.Lò phản ứng áp suất cao kiểu tầng khoangXúc tác được dàn trải toàn bộ thiết diện ngang của từng ngăn kéo dạng lưới. Phía dưới ngăn là các hộp trộn phân phối khí tổng hợp đi vào các lỗ ngăn. Khí lạnh, để điều chỉnh nhiệt độ trong ngăn, được dẫn qua nắp lò phản ứng.Lò phản ứng áp suất cao kiểu ống chùmCó 2 dạng: một dạng xúc tác ở trong ống, bên ngoài được làm nguội bằng tác nhân làm lạnh và một dạng xúc tác ở bên ngoài còn chất làm nguội đi bên trong ống.Hình 2. Lò phản ứng ống chum, xúc tác nằm ngoài ống làm lạnhKhoang chứa và thoát hơi nước tạo ra từ nước làm lạnhXúc tác trong lò Các loại lò phản ứng áp suất thấp.Có kết cấu tương tự loại lò phản ứng ở áp suất cao. Do phản ứng êm dịu hơn nên đơn giản hơn và vật liệu làm cũng rẻ hơn.Lò phản ứng tầng khoang thường dùng tác nhân làm lạnh là khí. Một phần nhiệt tỏa ra dùng để tạo áp suất thấp hoặc để đun nóng nước cấp cho nồi hơi Lò phản ứng kiểu ống chùm, xúc tác nằm trong các ống còn nước làm nguội chảy phía ngoài ống . Hầu như toàn bộ nhiệt tỏa ra được tận dụng sản xuất hơi nước. Thiết bị này ưu việt hơn các kiểu lò phản ứng khác ở chỗ không cần dùng nhiều lượng khí tuần hoàn. Chính vì thế có thể giảm kích thước các thiết bị và đường ống.Thiết bị phản ứng chính trong tổng hợp hợp metanolThiết bị phản ứng dạng ống: Thiết bị thông dụng, còn gọi là thiết bị đẳng nhiệt, trong ống chứa chất xúc tác và hỗn hợp khí chuyển động tại đây được làm lạnh bằng lượng nước giữ các ống. Lượng nhiệt do nước hấp thụ sẽ được sử dụng để đốt nóng hỗn hợp khí ban đầu. Điển hình cho loại này có công nghệ hãng Lurgi.Thiết bị phản ứng đẳng áp: hiện nay được sử dụng nhiều hơn thiết bị đẳng nhiệt, trong đó xúc tác được sắp thành 4 lớp liên tục và khí nguyên liệu được đưa vào từng bậc. Điển hình công nghệ của hang ICI chỉ gồm một tầng xúc tác hay hãng Amonia – Casale với thiết bị phản ứng nhiều tầng xúc tác, hãng Topsoe, hãng Kellog với thiết bị phản ứng riêng nối tiếp nhauThiết bị phản ứng hệ 3 pha: quá trình thực hiện trong pha lỏng của hydrocacbon( chỉ có nhiệm vụ là làm môi trường để thực hiện phản ứng). Xúc tác được phân bố trong hydrocacbon tạo một hệ huyền phù. Phản ứng xảy ra trong hệ huyền phù nàySơ đồ công nghệ tổng hợp methanol áp suất thấp với thiết bị phản ứng nhiều bậcTổng hợp methanol từ than Công nghệ sản xuất metanol từ than bao gồm quá trình khí hóa than tạo ra khí tổng hợp ( hỗn hợp khí hidro và oxit cacbon như đã trình bày ở phần tổng hợp metanol từ khí thiên nhiên và dầu mỏ) tiếp theo là quá trình tổng hợp và tinh chế.Các phản ứng chính của quá trình than hóa là: C + O2 CO2 + Q (toả nhiệt) C + H2O CO + H2 - Q (thu nhiệt) C + CO2 2COKhí tổng hợp từ than giàu CO hơn khí tổng hợp từ khí thiên nhiên, dầu mỏ.Hình 2: Các quá trình công nghệ sản xuất metanol từ than. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÍ HOÁ THANKhí hoá thanDòng ĐộngLò Tĩnh- Nguyên liệu than cục được khí hóa ở trạng thái tĩnh( lò tĩnh). Khi đó than được rót từ từ vào lò, còn các tác nhân khí hóa đưa vào từ phía dưới. - Ưu điểm: tạo hệ số truyền nhiệt cao, giảm chi phí nguyên liệu và nâng cao hiệu quả các quá trình. Tro tạo ra chứa cacbon không cháy hết sẽ lại truyền nhiệt cho tác nhân khí hóa. - Nhược điểm: Than nguyên liệu đát hơn than vụn, than cám. Than bị bán cốc hóa trong quá trình khí hóa tạo sản phẩm không mong muốn làm bẩn khí tạo ra . Than bị đóng kết với nhau nên phải có thiết bị phụ trợ chống đóng kết dẫn đến mài mòn thiết bị - Hiện nay ưu tiên sử dụng than vụn, khi đó than và tác nhân khí hóa được đưa vào lò cùng chiều ở dạng dòng động. Khí hóa than cám trạng thái động có ưu thế hơn khí hóa bằng lò tĩnh đối với than cục: giá than cám rẻ hơn, có thể khí hóa nhiều loại than, không tạo ra sản phẩm phụ, có thể khí hóa cả nguyên liệu chứa hydrocacbon. Nhược điểm: vật liệu làm lò khí hóa chịu nhiệt cao nếu trong sản phẩm có loại nhiệt độ nóng chảy cao. Hàm lượng tro lớn và khí hóa ở nhiệt độ cao nên hiệu suất lò giảm.Công nghệ LPMEOHTM sản cuất methanol từ than ( công nghệ pha lỏng)- Nguyên lí: Khí tổng hợp đưa vào tháp phản ứng chứa huyền phù trong dầu. Nó được sục, tiếp xúc với hạt xúc tác và xảy ra phản ứng tổng hợp methanol. Hơi methanol chứa khí chưa phản ứng hết được đưa ra đỉnh tháp và được làm lạnh để ngưng tụ methanol.Hỗn hợp lỏng từ tháp làm lạnh được đưa tới tháp chưng cất để tách metanol khỏi các rượu phân tử cao hơn, khỏi nước và tạp chất.- Sản xuất metanol trong pha lỏng khác với sản xuất truyền thống metanol từ khí thiên nhiên ở chỗ sử dụng thiết bị phản ứng chứa huyền phù có sục khí thay vì sử dụng thiết bị phản ứng dạng lớp cố định.Thiết bị phản ứng sử dụng xúc tác bột ở dạng huyền phù trong dầu trơ, không sử dụng xúc tác ép viên nạp thành lớp hoặc nhồi trong ống như trong thiết bị phản ứng dạng lớp cố định. Ngoài ra, dầu trơ là chất tải nhiệt phản ứng khỏi xúc tác. Như vậy làm tăng độ chuyển hóa khí tổng hợp và quá trình chuyển hóa một lần nhìn chung đạt được( các công nghệ trong pha khí đòi hỏi thiết bị dạng vòng khép kín để hồi lưu khí chưa phản ứng). Kết luận Hiện nay nhu cầu sử dụng methanol là rất lớn mà chưa có nhà máy sản xuất nào mặc dù có sẵn nguyên liệu dồi dào để sản xuất. Do đó, nghiên cứu và triển khai công nghệ sản xuất methanol ở Việt Nam là cấp thiết và phù hợp với nhiệm vụ phát triển công nghiệp hóa chất. Chúng tồi cho rằng lựa chọn giải pháp xây dựng phân xưởng sản xuất methanol trong khu khí - điện – đạm từ nguồn dầu mỏ và khí đốt ở khu vực phía nam và lựa chọn giải pháp xây dựng phân xưởng nhà máy sản xuất methanol từ nguồn than ở phía bắc sẽ khả thi về mặt kinh tế.Tài liệu tham khảoQuy trình sản xuất methanol – khotailieu.comCông nghệ sản xuất metanol – doc.edu.vnCông nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành - PGS. Nguyễn Thị Minh HiềnSản xuất metanol – Ts. Lê Kim Diên