Đồ án Thiết kế một phân xưởng sản xuất MTBE đi từ nguồn nguyên liệu là iso butan
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệnói chung, ngành công nghệ dầu mỏ và khí cũng không nằm ngoài sự phát triển đó. Đây là một ngành công nghiệp có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới, nó tạo ra một nguồn năng lượng lớn cung cấp cho chúng ta. Ngành công nghiệp phát triển này ngày một tạo ra nhiều hơn các sản phẩm dầu mỏ, đồng thời chất lượng của chúng cũng được nâng cấp lên nhiều đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu kỹ thuật của các loại động cơ cũng nhưcác loại máy móc công nghiệp và dân dụng. Với sản phẩm xăng nói riêng, xăng lấy từ phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp thì không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cần thiết,tri số octan của xăng này chỉ đạt khoảng 30 đến 60, do trong thành phần chứa chủ yếu là các cấu tử nưparafin, rất it isoưparafin và thơm. Màhiện nay các nhà chế tạo động cơ không ngừng nâng cao công suất, chất lượng động cơ. Nhưvậy chất lượng nhiên liệu dùng cho động cơ cũng phải được nâng lên cho phù hợp. Động cơ càng có công suất cao thì tức là nó phải có tỷ số nén cao, động cơ có tỷ số nén cao thì xăng phải có trị số octan cao mới đảm bảo được công suất của động cơ, để nhiên liệu cháy tốt trong động cơ, cháy không bị kích nổ, cháy hoàn toàn, đảm bảo được độ bền tuổi thọ cho động cơ . Vì vậy yêu cầuvề trị số octan phải đạt trên 80. Để nâng cao chất lượng của xăng, đảm bảo được đúng yêu cầu về chất lượng của nhiên liệu này người ta đã sử dụng nhiều biện pháp khác nhau trong khi sản xuất như: + Dùng phương pháp hóa học: tức là áp dụng các phương pháp lọc dầu tiên tiến hiện đại để biến đổi thành phầncủa xăng, chuyển các hydrocacbon mạch thẳng thành các hydrocacbon mạch nhánh, thành các hydrocacbon vòng no hoặc vòng thơm. Đó là các công nghệ cracking xúc tác, reforming xúc tác, isome hóa, alkyl hóa.Và để có được xăng thành phẩm thì người ta phải pha trộn các loại xăng trên với nhau và pha thêm phụ gia. + Phương pháp dùng phụ gia: bản chất của phương pháp này là dùng một số hóa chất có tác dụng hạn chế quá trình oxy hóa các hydrocacbon ở không gian trước mặt lửa khi cháy trong động cơ như: Tetra etyl chì (C 2H5)4Pb, Tetra Pb. Hoặc pha thêm các cấu tử cao octan vào xăng để nâng cao tri số octan của xăng như: etanol, MTBE (metyl tert butyl ete) mtba (metyl tert butyl alcol), TAME (tert amyl metyl ete). Trong các phương pháp trên nếu dùng phụ gia chì thì có lợi là sẽ tăng được tri số octan lên khá cao và có giá thành rẻ, tuy nhiên phụ gia chì là một chất rất độc hại và hiện nay phụ gia này đã bị cấm không được sử dụng ở đa số các nước trên thế giới. Dùng phương pháp chế biến là phương pháp cơ bản và lâu dài, tuy nhiên phải đầu tưvốn ban đầu lớn, mặc dù vậy đây vẫn là biện pháp bắt buộc đối với các nhà máy lọc dầu hiện đại. Dùng phụ gia không chứa chì là một biện pháp tốt, kèm theo, phụ trợ, cùng với phương pháp chế biến nhằm nâng cao chất lượng của xăng nhiên liệu, nó đem lại giá trị kinh tế cao, chất lượng xăng tốt, hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu của động cơ, đồng thời nó còn làm tăng thêm một lượng xăng đáng kể. Trong các loại phụ gia được sử dụng thì phụ gia MTBE được sử dụng với số lượng rất lớn nhất và phổ biến nhất, bởi tính ưu việt của nó, người ta có thể pha vào xăng với một lớn mtbe,tới 15% khối lượng. Dùng phụ gia MTBE nói chung là khá an toàn về mặt sử dụng cũng nhưbảo quản, vận chuyển. Hiện nay nhu cầuvề MTBE trên thế giới cũng nhưở Việt Nam là rất lớn, do vậy việc thiết kế một phân xưởng sản xuất MTBE là cần thiết và rất có ý nghĩa, nhất là khimà yêu cầu về xăng chất lượng cao ngày một tăng nhanh nhưhiện nay. Đồ án này thực hiện việc thiết kế một phân xưởng sản xuất MTBE đi từ nguồn nguyên liệu là iso butan. Nội dung bản đồ án dự kiến bao gồm các phần nhưsau: • Mở đầu • Phần 1 Giới thiệu tổng quan • Phần 2 Tính toán thiết kế • Kêt luận
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế một phân xưởng sản xuất MTBE đi từ nguồn nguyên liệu là iso butan, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 1
Më §ÇU
Cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh khoa häc c«ng nghÖ nãi chung, ngµnh
c«ng nghÖ dÇu má vµ khÝ còng kh«ng n»m ngoµi sù ph¸t triÓn ®ã. §©y lµ mét
ngµnh c«ng nghiÖp cã mét vÞ trÝ quan träng trong nÒn kinh tÕ thÕ giíi, nã t¹o ra
mét nguån n¨ng l−îng lín cung cÊp cho chóng ta. Ngµnh c«ng nghiÖp ph¸t triÓn
nµy ngµy mét t¹o ra nhiÒu h¬n c¸c s¶n phÈm dÇu má, ®ång thêi chÊt l−îng cña
chóng còng ®−îc n©ng cÊp lªn nhiÒu ®¸p øng ®−îc hoµn toµn yªu cÇu kü thuËt
cña c¸c lo¹i ®éng c¬ còng nh− c¸c lo¹i m¸y mãc c«ng nghiÖp vµ d©n dông.
Víi s¶n phÈm x¨ng nãi riªng, x¨ng lÊy tõ ph©n ®o¹n x¨ng ch−ng cÊt trùc
tiÕp th× kh«ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu kü thuËt cÇn thiÕt, tri sè octan cña x¨ng nµy
chØ ®¹t kho¶ng 30 ®Õn 60, do trong thµnh phÇn chøa chñ yÕu lµ c¸c cÊu tö n-
parafin, rÊt it iso-parafin vµ th¬m. Mµ hiÖn nay c¸c nhµ chÕ t¹o ®éng c¬ kh«ng
ngõng n©ng cao c«ng suÊt, chÊt l−îng ®éng c¬. Nh− vËy chÊt l−îng nhiªn liÖu
dïng cho ®éng c¬ còng ph¶i ®−îc n©ng lªn cho phï hîp. §éng c¬ cµng cã c«ng
suÊt cao th× tøc lµ nã ph¶i cã tû sè nÐn cao, ®éng c¬ cã tû sè nÐn cao th× x¨ng
ph¶i cã trÞ sè octan cao míi ®¶m b¶o ®−îc c«ng suÊt cña ®éng c¬, ®Ó nhiªn liÖu
ch¸y tèt trong ®éng c¬, ch¸y kh«ng bÞ kÝch næ, ch¸y hoµn toµn, ®¶m b¶o ®−îc
®é bÒn tuæi thä cho ®éng c¬ . V× vËy yªu cÇu vÒ trÞ sè octan ph¶i ®¹t trªn 80. §Ó
n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng, ®¶m b¶o ®−îc ®óng yªu cÇu vÒ chÊt l−îng cña
nhiªn liÖu nµy ng−êi ta ®· sö dông nhiÒu biÖn ph¸p kh¸c nhau trong khi s¶n xuÊt
nh−:
+ Dïng ph−¬ng ph¸p hãa häc: tøc lµ ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p läc dÇu tiªn
tiÕn hiÖn ®¹i ®Ó biÕn ®æi thµnh phÇn cña x¨ng, chuyÓn c¸c hydrocacbon m¹ch
th¼ng thµnh c¸c hydrocacbon m¹ch nh¸nh, thµnh c¸c hydrocacbon vßng no hoÆc
vßng th¬m. §ã lµ c¸c c«ng nghÖ cracking xóc t¸c, reforming xóc t¸c, isome
hãa, alkyl hãa...Vµ ®Ó cã ®−îc x¨ng thµnh phÈm th× ng−êi ta ph¶i pha trén c¸c
lo¹i x¨ng trªn víi nhau vµ pha thªm phô gia.
+ Ph−¬ng ph¸p dïng phô gia: b¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ dïng mét
sè hãa chÊt cã t¸c dông h¹n chÕ qu¸ tr×nh oxy hãa c¸c hydrocacbon ë kh«ng
gian tr−íc mÆt löa khi ch¸y trong ®éng c¬ nh−: Tetra etyl ch× (C2H5)4Pb, Tetra
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 2
metyl ch× (CH3)4Pb. HoÆc pha thªm c¸c cÊu tö cao octan vµo x¨ng ®Ó n©ng cao
tri sè octan cña x¨ng nh−: etanol, MTBE (metyl tert butyl ete) mtba (metyl
tert butyl alcol), TAME (tert amyl metyl ete)...
Trong c¸c ph−¬ng ph¸p trªn nÕu dïng phô gia ch× th× cã lîi lµ sÏ t¨ng ®−îc
tri sè octan lªn kh¸ cao vµ cã gi¸ thµnh rÎ, tuy nhiªn phô gia ch× lµ mét chÊt rÊt
®éc h¹i vµ hiÖn nay phô gia nµy ®· bÞ cÊm kh«ng ®−îc sö dông ë ®a sè c¸c n−íc
trªn thÕ giíi. Dïng ph−¬ng ph¸p chÕ biÕn lµ ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n vµ l©u dµi, tuy
nhiªn ph¶i ®Çu t− vèn ban ®Çu lín, mÆc dï vËy ®©y vÉn lµ biÖn ph¸p b¾t buéc
®èi víi c¸c nhµ m¸y läc dÇu hiÖn ®¹i. Dïng phô gia kh«ng chøa ch× lµ mét biÖn
ph¸p tèt, kÌm theo, phô trî, cïng víi ph−¬ng ph¸p chÕ biÕn nh»m n©ng cao chÊt
l−îng cña x¨ng nhiªn liÖu, nã ®em l¹i gi¸ trÞ kinh tÕ cao, chÊt l−îng x¨ng tèt,
hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña ®éng c¬, ®ång thêi nã cßn lµm t¨ng
thªm mét l−îng x¨ng ®¸ng kÓ. Trong c¸c lo¹i phô gia ®−îc sö dông th× phô gia
MTBE ®−îc sö dông víi sè l−îng rÊt lín nhÊt vµ phæ biÕn nhÊt, bëi tÝnh −u viÖt
cña nã, ng−êi ta cã thÓ pha vµo x¨ng víi mét lín mtbe, tíi 15% khèi l−îng.
Dïng phô gia MTBE nãi chung lµ kh¸ an toµn vÒ mÆt sö dông còng nh− b¶o
qu¶n, vËn chuyÓn. HiÖn nay nhu cÇu vÒ MTBE trªn thÕ giíi còng nh− ë ViÖt
Nam lµ rÊt lín, do vËy viÖc thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE lµ cÇn thiÕt
vµ rÊt cã ý nghÜa, nhÊt lµ khi mµ yªu cÇu vÒ x¨ng chÊt l−îng cao ngµy mét t¨ng
nhanh nh− hiÖn nay.
§å ¸n nµy thùc hiÖn viÖc thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE ®i tõ
nguån nguyªn liÖu lµ iso butan.
Néi dung b¶n ®å ¸n dù kiÕn bao gåm c¸c phÇn nh− sau:
• Më ®Çu
• PhÇn 1 Giíi thiÖu tæng quan
• PhÇn 2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ
• Kªt luËn
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 3
PhÇn i
Tæng quan lý thuyÕt
Ch−¬ng i giíi thiÖu chung
i. Môc ®Ých ,ý nghÜa
MTBE lµ mét cÊu tö cã trÞ sè octan cao vµ cã kh¶ n¨ng tan lÉn hoµn toµn
vµo x¨ng, ph©n bè ®Òu trong toµn bé thÓ tÝch cña x¨ng, lµ mét chÊt kh¸ an toµn
víi ng−êi sö dông. HiÖn nay c¸c nhµ chÕ t¹o ®éng c¬ kh«ng ngõng c¶i tiÕn c«ng
nghÖ, cho ra ®êi c¸c lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt lín , cã tû sè nÐn cao. Nh÷ng
®éng c¬ nµy ®ßi hái nhiªn liÖu cho chóng ph¶i cã chÊt l−îng cao, trÞ sè octan
cao, ®Ó nhiªn liÖu ch¸y trong ®éng c¬ ®−îc b¶o ®¶m kh«ng bÞ ch¸y kich næ,
®ång thêi ®¶m b¶o ®¹t c«ng suÊt thiÕt kÕ, ®é bÒn cho ®éng c¬ vµ kh«ng hao tèn
nhiªn liÖu.
§Ó s¶n xuÊt ra s¶n phÈm x¨ng ®¹t chÊt l−îng theo yªu cÇu ®ã, ngoµi viÖc
lùa chän c¸c c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu hiÖn ®¹i th× mét h−íng ®i kh¸ quan träng
kh¸c, ®ã lµ t¹o ra c¸c cÊu tö cao octan ®Ó pha vµo x¨ng víi môc ®Ých n©ng cao
chÊt l−îng cña x¨ng.Mét trong nh÷ng cÊu tö cã tri sè octan cao ®−îc sö dông
nhiÒu nhÊt ®ã lµ MTBE. Khi sö dông MTBE th× ng−êi ta thÊy r»ng nã cã nh÷ng
−u ®iÓm sau:
+ Kh«ng cÇn bÊt cø thay ®æi nµo ®èi víi ®éng c¬ hiÖn hµnh.
+ ¸p suÊt h¬i cña nhiªn liÖu gi¶m, do vËy tæn thÊt bay h¬i khi b¬m rãt, b¶o
qu¶n nhiªn liÖu gi¶m.
+ Gi¶m khÝ th¶i ®éc h¹i, ®Æc biÖt lµ CO vµ c¸c hydrocacbon ch−a ch¸y.
+Thªm 15% thÓ tÝch MTBE vÉn kh«ng cã h¹i tíi c«ng suÊt ®éng c¬ còng
nh− t¨ng sù tiªu tèn nhiªn liÖu, trong ®iÒu kiÖn l¹nh kh¶ n¨ng khëi ®éng cña
®éng c¬ còng dÔ dµng, ng¨n c¶n sù ®ãng b¨ng trong bé chÕ hoµ khÝ.
+ MTBE tan tèt víi H2O nªn ®iÓm ®«ng ®Æc cña nhiªn liÖu gi¶m ®¸ng kÓ.
+ MTBE kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn hÖ bµi tiÕt, lµ thuèc mª yÕu.
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 4
+ Nhiªn liÖu trén MTBE t−¬ng thÝch víi tÊt c¶ c¸c vËt liÖu sö dông ®Ó s¶n
xuÊt «t« nh−: ®Öm cao su, c¸c kim lo¹i trong bé chÕ hoµ khÝ, b¬m phun...
Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm trªn cña MTBE trong sö dông lµm phô gia cho x¨ng
th× MTBE cßn cã nh÷ng øng dông kh¸c trong ®êi sèng vµ trong c«ng nghiÖp:
trong c«ng nghiÖp läc ho¸ dÇu, lµm nguyªn liÖu trong qu¸ tr×nh tæng hîp h÷u c¬
nh− thu izo-buten tõ qu¸ tr×nh ph©n huû MTBE. Tõ rÊt nhiÒu nguyªn liÖu cã
nång ®é izo-buten kh¸c nhau cã thÓ t¹o thµnh MTBE, sau ®ã MTBE ®−îc ph©n
huû thµnh izo-butylen vµ metanol víi sù cã mÆt cña xóc t¸c axÝt t¹i nhiÖt ®é lín
h¬n 1000C. Metanol thu ®−îc nh− mét s¶n phÈm phô ®−îc tuÇn hoµn l¹i cho
tæng hîp MTBE, trong tæng hîp ho¸ häc. VÝ dô nh−, tæng hîp Metacrolein,
Metacrylic vµ izopren. MTBE lµ dung m«i thÝch hîp cho mét s« ph¶n øng ho¸
häc nh−, lµm dung m«i cho c¸c ph¶n øng Grinha. MTBE còng lµ mét dung m«i
tèt sö dông cho viÖc ph©n tÝch. Nã ®−îc sö dông nh− mét chÊt chiÕt t¸ch, vÝ dô
nh− trong qu¸ tr×nh chiÕt t¸ch b¸p cña c¸c dÇu cã chøa Hydrocacbon m¹ch
th¼ng.
Nh− vËy s¶n phÈm MTBE lµ mét phô gia kh¸ quan träng ®−îc sö dông
trong x¨ng hiÖn nay nh»m n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng th−¬ng phÈm, cô thÓ
lµ nã ®−îc pha vµo x¨ng ®Ó n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng th−¬ng phÈm. Nh−
vËy thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE lµ viÖc lµm cÇn thiÕt vµ quan
träng trong t×nh h×nh hiÖn nay. Víi môc ®Ých lµ t¹o ra mét l−îng lín cÊu tö cã
trÞ sè octan cao ®Ó pha vµo x¨ng nh»m n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng th−¬ng
phÈm, ®¶m b¶o yªu cÇu kü thuËt cña x¨ng th−¬ng phÈm dïng cho ®éng c¬ x¨ng
hiÖn nay.
ViÖc thiÕt kÕ ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE cßn cã mét ý nghÜa rÊt quan
träng trong t×nh h×nh hiÖn nay, nã kh«ng chØ lµ t¹o ra mét cÊu tö cã trÞ sè octan
cao pha vµo x¨ng ®Ó n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng khi mµ yªu cÇu vÒ x¨ng s¹ch
ngµy mét cao,nã cßn lµm t¨ng thªm mét l−îng x¨ng ®¸ng kÓ khi mµ nguån
nhiªn liÖu hiÖn nay ngµy mét c¹n kiÖt, ®ång thêi nã còng gãp mét phÇn kh«ng
nhá vµo viÖc b¶o vÖ m«i tr−êng v× nã h¹n chÕ ®−îc mét phÇn rÊt lín l−îng khÝ
CO vµ c¸c hydrocacbon kh«ng ch¸y hÕt ra ngoµi m«i tr−êng.
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 5
ii. s¬ l−îc vÒ sù ph¸t triÓn cña mtbe.
Metyl Tert Butyl Ete (MTBE) lµ hîp chÊt chøa oxi thuéc hä ete, ®−îc tæng
hîp lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1904 bëi Williamson. Trong thÕ chiÕn thø hai nã ®·
®−îc nghiªn cøu rÊt nhiÒu vµ ®−îc biÕt ®Õn nh− lµ mét cÊu tö cao octan. Tuy
nhiªn khi ®ã nhu cÇu vÒ phô gia nµy ch−a thùc sù lín do vËy m·i cho ®Õn n¨m
1970 th× nhµ m¸y c«ng nghiÖp s¶n xuÊt mtbe míi ®ù¬c ra ®êi vµ ®i vµo ho¹t
®éng t¹i Italia. b¾t ®Çu tõ ®©y nã ®· ®−îc ph¸t triÓn rÊt m¹nh trªn toµn thÕ giíi
víi nhiÒu c«ng nghÖ míi ra ®êi, ®Æc biÖt khi ng−êi ta thÊy phô gia ch× lµ mét
chÊt rÊt ®éc h¹i cho con ng−êi.
HiÖn nay, c¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE ®−îc l¾p ®Æt nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi
víi tæng c«ng suÊt vµo kho¶ng 25275 ngh×n tÊn/ n¨m. C¸c x−ëng nµy ®−îc l¾p
®Æt, sö dông c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cña c¸c h·ng kh¸c nhau. C«ng nghÖ cña
h·ng Snamprogetti (Mü) sö dông nguyªn liÖu FCC – BB vµ thiÕt bÞ ®o¹n nhiÖt,
®· cã 21 x−ëng ®−îc x©y dùng ë nhiÒu n¬i (Mü, vïng VÞnh ...) cïng víi mét sè
dù ¸n ®ang ®−îc thi c«ng. C«ng nghÖ cña Hills AG còng ®· ®−îc ¸p dông nhiÒu
trong c¸c x−ëng cña CHLB §øc. Nh÷ng qu¸ tr×nh c«ng nghÖ gÇn ®©y nh− c«ng
nghÖ ARCO cña Texaco ®ang ®−îc ¸p dông s¶n xuÊt MTBE ë c¸c n−íc Mü vµ
T©y ©u. C«ng nghÖ cña CD Tech (ABB Lummus) còng ®−îc sö dông víi h¬n 60
x−ëng vµ gÇn 30 dù ¸n. C«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE cña UOP víi 11 x−ëng cã
c«ng suÊt 30000 thïng/ngµy, sö dông nguyªn liÖu lµ khÝ Butan tõ má khÝ. H¬n
26 x−ëng s¶n xuÊt dùa trªn c«ng nghÖ cña h·ng IFP, 7 ph©n x−ëng s¶n xuÊt dùa
trªn c«ng nghÖ cña h·ng Philip, c«ng nghÖ cña h·ng Shell vµ c¸c h·ng kh¸c
®ang ®−îc x©y dùng vµ ho¹t ®éng ë kh¾p n¬i. ë NhËt B¶n, c¸c x−ëng s¶n xuÊt
cña h·ng Sumimoto còng ®· ®−îc x©y dùng.
GÇn ®©y, ë ArËp xªut, Venezuela vµ c¸c vïng kh¸c ng−êi ta còng ®· x©y
dùng c¸c x−ëng s¶n xuÊt MTBE tõ nguyªn liÖu lµ khÝ Butan tõ má khÝ sö dông
c«ng nghÖ cña h·ng UOP.
III. nhu cÇu vμ s¶n l−îng mtbe trªn thÕ giíi
Ngµy nay x· héi ph¸t triÓn kh«ng ngõng, ®êi sèng ng−êi d©n ®−îc n©ng
cao, c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng t¨ng nhanh do ®ã ë c¸c ®« thÞ lín t×nh tr¹ng «
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 6
nhiÔm m«i tr−êng ngµy mét gia t¨ng. Trong ®ã cã mét nguyªn nh©n do khÝ th¶i
tõ c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng, nh− vËy cÇn ph¶i gi¶m nguån khÝ th¶i ®éc h¹i tõ
c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng, vµ ng−êi ta ®· ph¶i n©ng cÊp nhiªn liÖu x¨ng cho
®éng c¬. §Ó thùc hiÖn ®−îc viÖc ®ã cÇn ph¶i n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng,
MTBE lµ mét cÊu tö cã trÞ sè octan cao ®−îc sö dông phæ biÕn nhÊt hiÖn nay
lµm phô gia n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng. V× thÕ nhu cÇu vÒ s¶n phÈm nµy trªn
thÕ giíi lµ rÊt lín, ng−êi ta ®· tÝnh ®−îc hµng n¨m t¨ng kho¶ng 20% trong giai
®o¹n 1989 ®Õn 1994. Trong giai ®o¹n tõ n¨m 1994 ®Õn 2000 tèc ®é t¨ng kho¶ng
8% vµ 2000 ®Õn 2010 dù ®o¸n sÏ gi¶m xuèng cßn 1,7%/n¨m.
D−íi ®©y lµ b¶ng sè liÖu vÒ nhu cÇu phô gia MTBE cña mét sè quèc gia
qua nhiÒu n¨m:
B¶ng 1: Nhu cÇu MTBE trªn thÕ giíi (®¬n vÞ 1000t)
N−íc/ n¨m 1994 1995 1996 1998 2000 2005 2010
Mü
Canada
Mü la tinh
NhËt
Trung ®«ng
Ch©u Phi
T©y ©u
§«ng ©u
Nh÷ng vïng kh¸c
Tæng
7990
183
538
388
0
70
2259
388
1312
13128
10174
283
1065
427
0
70
2064
505
1669
17003
12174
286
1115
434
0
70
2419
542
2472
19003
12246
292
1186
444
147
70
2449
594
3015
19898
12477
297
1262
471
200
70
2478
624
3805
20895
13111
313
1478
534
236
85
2553
812
4722
22929
13361
329
1735
581
276
104
2631
1024
149
24763
Qua b¶ng trªn ta thÊy nhu cÇu vÒ MTBE trªn thÕ giíi lµ rÊt lín vµ t¹i mçi
khu vùc th× møc ®é tiªu thô MTBE còng kh¸c nhau.
ë ViÖt Nam hiÖn nay nhu c©u vÒ lo¹i s¶n phÈm nµy còng rÊt lín ®Æc biÖt
khi chóng ta ®ang x©y dùng nhµ m¸y läc dÇu Dung QuÊt víi c«ng suÊt 6,5 triÖu
tÊn/n¨m. ViÖc thiÕt kÕ ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE nµy cho phÐp chóng ta hoµn
toµn cã thÓ s¶n xuÊt ®−îc x¨ng cã chÊt l−îng cao ®¸p øng ®−îc nhu cÇu thÞ
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 7
tr−êng, kh«ng ph¶i phô thuéc vµo nguån cung thÞ tr−êng ®em l¹i lîi Ých kinh tÕ
cao.
iv. yªu cÇu vÒ chÊt l−îng mtbe th−¬ng phÈm
Do tÝnh chÊt cña s¶n phÈm chñ yÕu ®−îc sö dông lµm phô gia trong cÇu vÒ
®é tinh khiÕt cña MTBE th−¬ng phÈm lµ 98 4 99% Wt, cßn l¹i 1÷2% bao gåm
c¸c s¶n phÈm phô nh− tert butanol vµ di-isobuten, metanol d− lµ cÊu tö ¶nh
h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn trÞ sè octan cña MTBE trong x¨ng khi nã ®−îc dïng
®Ó thay thÕ phô gia ch×, mµ chØ phô thuéc vµo hçn hîp c¸c hydro c¸c bon C4, vµ
c¸c hydrocacbon C5 vµ C6, nh÷ng cÊu tö nµy kh«ng cã nhiÒu l¾m trong s¶n
phÈm vµ lµ phÇn nhÑ khi ®−îc pha vµo x¨ng ®¶m b¶o ¸p suÊt h¬i cho x¨ng, do
vËy kh«ng cÇn lo¹i bá mét c¸ch kh¾t khe.
Mét s¶n phÈm MTBE th−¬ng phÈm th«ng th−êng cã thµnh phÇn nh− sau:
B¶ng 2: Thµnh phÇn MTBE th−¬ng phÈm
MTBE 98 → 99%Wt
Alcol (CH3OH, Tert butanol ) 0,5 →1,5%Wt
C¸c hydrocacbon (C5 vµ C6) 0,1 → 1%Wt
N−íc 50 4 1500 ppm
Tæng Sunfua Max 10ppm
ChÊt d− thõa trong hÖ bay h¬i Max 10ppm
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 8
Ch−¬ng ii
Giíi thiÖu vÒ nguyªn liÖu vμ s¶n phÈm
i. s¶n phÈm mtbe
I.1. TÝnh chÊt vËt lý
ë ®iÒu kiÖn th−êng, MTBE lµ mét chÊt láng kh«ng mµu vµ linh ®éng, cã
®é nhít thÊp, tan rÊt Ýt trong n−íc (1,4% thÓ tÝch) nªn l−îng n−íc lÉn vµo Ýt, kh¶
n¨ng ph©n chia pha hÇu nh− kh«ng x¶y ra. MTBE tan v« h¹n trong tÊt c¶ c¸c
dung m«i h÷u c¬ th«ng th−êng vµ trong tÊt c¶ c¸c hydrocacbon. Mét sè tÝnh
chÊt vËt lý ®Æc tr−ng cña MTBE nh− sau:
B¶ng 3: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña MTBE
Khèi l−îng ph©n tö, M
NhiÖt ®é s«i, ts
NhiÖt ®é nãng ch¶y
H»ng sè ®iÖn m«i (20oC)
§é nhít (20oC)
Søc c¨ng bÒ mÆt
NhiÖt dung riªng (20oC)
NhiÖt ho¸ h¬i
NhiÖt h×nh thµnh
NhiÖt ch¸y
NhiÖt ®é chíp ch¸y
NhiÖt ®é b¾t löa
Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ
¸p suÊt tíi h¹n, Pcr
NhiÖt ®é tíi h¹n, Tcr
88,15
55,3
-108,6
4,5
0,36
20
2,18
337
-314
-34,88
-28
460
1,65 – 8,4
3,43
224,0
Kg/Kmol
oC
oC
mPa.s
mN/m
Kj/Kg.K
Kj/Kg
Kj/mol
Mj/Kg
oC
oC
% thÓ tÝch
Mpa
oC
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 9
Tû träng, ¸p suÊt h¬i vµ ®é hoµ tan trong n−íc còng nh− thµnh phÇn vµ
®iÓm s«i cña hçn hîp ®¼ng phÝ gi÷a MTBE víi n−íc vµ metanol ®−îc ®−a ra
trong b¶ng
B¶ng 4 : Tû träng, ¸p suÊt h¬i b·o hoµ vµ ®é hoµ tan cña MTBE
§é hoµ tan NhiÖt ®é
oC
¸p suÊt h¬i
KPa N−íc trong
MTBE, %kl
MTBE trong
N−íc,%kl
Tû träng
G/cm2
0
10
12
15
20
30
40
10,8
17,4
-
-
26,8
40,6
60,5
1,19
1,22
-
-
1,28
1,36
1,47
7,3
5,0
-
-
3,3
2,2
1,5
0,7613
0,7510
0,7489
0,7458
0,7407
0,7304
-
MTBE cã thÓ t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi n−íc, hoÆc víi metanol (xem b¶ng 5).
B¶ng 5: Hçn hîp ®¼ng phÝ cña MTBE
I.2. TÝnh chÊt ho¸ häc
MTBE lµ chÊt kh¸ æn ®Þnh trong m«i tr−êng kiÒm, trung tÝnh vµ axit
yÕu.Khi cã mÆt axit m¹nh th× nã bÞ ph©n huû thµnh metanol vµ iso-buten ph¶n
øng nh− sau:
Hçn hîp ®¼ng phÝ §iÓm s«i,o C Hµml−îngMTBE,
%kl
MTBE - n−íc
MTBE - Metanol
MTBE - Metanol (1,0MPa)
MTBE - Metanol (2,5MPa)
52,6
51,6
130
175
96
86
68
54
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 10
CH3 CH3
H+
CH3 – O – C – CH3 CH3OH + CH2 C
CH3 CH3
Nguyªn tö oxy trong ph©n tö MTBE cßn cã mét cÆp ®iÖn tö kh«ng chia vµ
c¸c gèc alkyl cã hiÖu øng d−¬ng lµm cho MTBE mang tÝnh cña mét baz¬ yÕu.
Mét sè ph¶n øng cña MTBE :
Ph¶n øng víi c¸c axit v« c¬ m¹nh
MTBE ph¶n øng víi c¸c axit v« c¬ m¹nh nh− : HCl, H2SO4 t¹o muèi.
CH3OC(CH3)3 + HCl [CH3O
+HC(CH3)3]Cl
-
Ph¶n øng víi HI
CH3
CH3OC(CH3)3 + HI CH3I + CH3 C OH
CH3
Ph¶n øng víi oxy ë nhiÖt ®é cao :
CH3OC(CH3)3 + O2 CO2 + H2O + Q
I.3. VËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n
MTBE lµ mét hîp chÊt kh¸ an toµn khi sö dông vµ b¶o qu¶n, ®©y lµ hîp
chÊt kh«ng g©y ¨n mßn, ¸p suÊt h¬i b·o hßa thÊp, rÊt dÔ b¶o qu¶n trong c¸c bÓ
chøa th«ng th−êng, tuy nhiªn cÇn lo¹i bá c¸c nguån ph¸t sinh nhiÖt do ®©y lµ
mét chÊt dÔ ch¸y.
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 11
Cã thÓ vËn chuyÓn MTBE b»ng c¸c ®−êng èng nh− c¸c nhiªn liÖu kh¸c,
cÇn chó ý trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, b¬m rãt, b¶o qu¶n tr¸nh rß rØ bëi nã cã
thÓ g©y « nhiÔm nguån n−íc.
I.4. øng dông cña MTBE
MTBE ®−îc sö dông chñ yÕu lµm phô gia trong x¨ng, cã tíi h¬n 95%
l−îng MTBE s¶n xuÊt ra ®−îc dïng cho môc ®Ých nµy. Víi trÞ sè ron cña
MTBE vµo kho¶ng 115 ÷ 123, do ®ã hçn hîp 15% MTBE trong x¨ng cã trÞ sè
octan gèc lµ 87 sÏ t¹o lªn mét hçn hîp cã trÞ sè RON n»m trong kho¶ng
91 ÷ 92 , lµm t¨ng tõ 4 ®Õn 5 ®¬n vÞ octan, t−¬ng ®−¬ng víi hµm l−îng ch× tõ 0,1
®Õn 0,15 g/l.
Ngoµi ra MTBE cßn cã mét sè øng dông kh¸c trong c«ng nghiÖp vµ ®êi
sèng nh− trong tæng hîp hãa häc ®Ó tæng hîp metacrolein, metacrylic axit vµ
isopren, HiÖn nay MTBE còng ®−îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt iso buten, tuy nhiªn
®©y lµ mét ph−¬ng ph¸p kh«ng kinh tÕ, chñ yÕu d−îc dïng trong phßng thÝ
nghiÖm, dông cuèi cïng cña MTBE lµ lµm dung m«i nhê xu h−íng t¹o peroxyt,
cã nhiÖt ®é b¾t löa cao vµ giíi h¹n næ hÑp.
II. Metanol
Metanol cßn gäi lµ metyl ancol hay carbinol, lµ r−îu ®¬n gi¶n nhÊt trong
d·y ®ång ®¼ng ancol. Nã cã c«ng thøc hãa häc lµ CH3OH vµ khèi l−îng ph©n tö
lµ 32,042. Metanol ®−îc coi lµ nhiªn liÖu lý t−ëng trong lÜnh vùc n¨ng l−îng v×
ch¸y hoµn toµn vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. Metanol ®−îc sö dông lµm
nguyªn liÖu ®Çu cho c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit, clorometan, amin,
metyl metacrylat, mtbe..vµ lµm dung m«i.
II.1. TÝnh chÊt vËt lý
Metanol lµ mét chÊt láng kh«ng mµu, linh ®éng, dÔ ch¸y vµ tan nhiÒu trong
n−íc, r−îu, este vµ trong hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬ nh−ng tan Ýt trong chÊt
bÐo vµ dÇu. V× lµ chÊt ph©n cùc nªn metanol tan nhiÒu trong c¸c chÊt v« c¬ ph©n
cùc, ®Æc biÖt lµ c¸c muèi. Metanol t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi nhiÒu chÊt nh−
MTBE, Acrylonitrile, hy®rocacbon (n-pentan, benzen, toluen...), Metyl acetat,
Metyl metacrylat...
Mét sè tÝnh chÊt vËt lý quan träng cña metanol nh− sau:
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 12
B¶ng 6: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña Metanol
§¹i l−îng vËt lý §iÒu kiÖn Gi¸ trÞ §¬n vÞ
Tû träng, 101,3kPa
NhiÖt ®é s«i
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é tíi h¹n
¸p suÊt tíi h¹n
NhiÖtdungriªng,250Cvµ
101,3kPa
NhiÖt hãa h¬i, 101,3kPa
§é nhít, 250C
Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ
00C
250C
500C
khÝ
láng
láng
h¬i
0,8100
0,78664
0,7637
64,70
-97,68
239,49
8,097
44,06
81,08
1128,8
0,5513
9,68.103
5,5- 44
g/cm3
g/cm3
g/cm3
0C
0C
0C
Mpa
J/mol.K
J/mol.K
Kj/kg
mPa.s
mPa.s
%TT
II.2. TÝnh chÊt hãa häc
Kh¶ n¨ng ph¶n øng hãa häc cña metanol ®−îc quyÕt ®Þnh bëi nhãm chøc
hydroxit (-OH). C¸c ph¶n øng x¶y ra ë c¸c liªn kÕt C-O hoÆc O-H vµ ®−îc ®Æc
tr−ng bëi sù thay thÕ c¸c gèc -H vµ gèc -OH.
a. Ph¶n øng ë liªn kÕt O-H
T¸c dông víi kim lo¹i kiÒm t¹o muèi ancolat:
Ph¶n øng este hãa:
Metanol t¸c dông víi c¸c axit h÷u c¬ vµ v« c¬ ®Ó t¹o thµnh este, ph¶n øng
thuËn nghÞch vµ x¶y ra trong m«i tr−êng axit H2SO4 ®Æc:
CH3OH + Na CH3ONa + 1/2 H2
CH3OH + SO2 SO2 + H2O
HO
HO CH3O
CH3O
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 13
b. Ph¶n øng ë liªn kÕt C-O
T¸c dông víi HX:
T¸c dông víi NH3
CH3OH + NH3 CH3NH2 + H2O
Ph¶
