III.1.4 Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen

III.1.4 Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen

Hàm lượng aromatic, naphtenic, và parafinic chứa trong dầu thô và phân đoạn naphtha của dầu thô Saudi Arabian và dầu thô United Kingdom được chỉ ra trong bảng 3.

Bảng5. Kết quả phân tích các phân đoạn của dầu thô

(T.b.p: true boiling point distillation.

C₅ – refers to C₅ plus content of light naphtha)

Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzen cũng như các đồng đẳng của nó như toluen và xylen chủ yếu là từ sản phẩm của quá trình reforming xúc tác naphtha. Một nguồn cung cấp BTX quan trọng khác là từ quá trình cracking xúc tác, trong đó, các phân đoạn dầu thô ít có giá trị và phần cặn nặng được phân hủy trong điều kiện có xúc tác tạo thành các cấu tử hydrocacbon nhẹ. Naphta sản phẩm có trị số octan cao nhờ các phản ứng thơm hóa xảy ra cùng với phản ứng chính cracking.

Một quá trình mới khác cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng, đó là quá trình Cyclar. Nguyên liệu của quá trình này là khí dầu mỏ hóa lỏng có thành phần chủ yếu là C₃, C₄. Xúc tác cho quá trình là dạng zeolit có khả năng xúc tiến phản ứng dehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm mới hình thành để tạo nên các oligome không no, và tiếp tục dehydro vòng hóa các oligome này tạo thành các hydrocacbon thơm. Hiệu suất benzen thu được từ quá trình này thường lớn hơn quá trình reforming xúc tác.

Quá trình steam cracking naphtha chủ yếu nhằm sản xuất ra etylen, nhưng cũng là một nguồn cung cấp đáng kể các hydrocacbon thơm, đặc biệt là benzen có trong sản phẩm lỏng của công nghệ này. Các hydrocacbon thơm này được sinh ra từ các phản ứng cộng đóng vòng etylen mới hình thành và dehydro vòng hóa xảy ra trong quá trình steam cracking.

Hydrocacbon thơm cũng có thể thu được từ nguồn không phải dầu mỏ, thực tế, khoảng 10% [1] lượng hydrocacbon thơm tiêu thụ trên thế giới ngày nay được sản xuất từ than đá. Đây được xem là nguồn cung cấp benzen và các sản phẩm thế benzen khác chủ yếu từ trước năm 1940 [1]. Các hydrocacbon thơm hình thành thực chất là sản phẩm phụ của quá trình cốc hóa than đá ở nhiệt độ cao.

III.1.5 Quá trình tồn chứa và vận chuyển benzen

Benzen là chất dễ bắt cháy, dễ bay hơi và có tính độc, do đó quá trình tồn trữ và vận chuyển benzen cần phải tuần theo qui định nghiêm ngặt.

Nhãn là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các con tàu chở benzen. Các hãng ở Mỹ như: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… có qui định rõ về điều này [2].

Các qui định về cách vận chuyển và đóng tàu được cập nhật sửa đổi và ban bố hàng năm tại CFR. Các nước khác cũng có những điều luật qui định và qui trình kỹ thuật đảm bảo an toàn khá giống so với Mỹ. Mặc dù, các qui định đặc biệt phải được áp dụng cho các cơ sở sản xuất, phòng thí nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, quá trình tháo dỡ hàng, vận chuyển benzen, qui đinh an toàn được áp dụng như với một chất lỏng hoặc khí dễ bắt cháy và độc khác.

Benzen được bảo quản, tồn trữ và vận chuyển trong các thùng hoặc bể chứa bằng thép. Điều kiện thông gió thích hợp rất cần thiết trong quá trình bảo quản benzen.

Do benzen có tính độc, nên những người công nhân khi phải làm việc tiếp xúc với benzen, thì cần phải sử dụng đồ bảo hộ để tránh benzen tiếp xúc trực tiếp lên da,hay hít phải khói có chứa benzen. Trong quá trình tháo, nạp xăng cũng cần phải cẩn thận do benzen là chất dễ bay hơi.

Khi xảy ra sự cố cháy do benzen có thể dùng CO₂ hoặc các hóa chất có khả năng chữa chữacháy khác để dập lửa.

III.2 Xúc tác axit H₂SO₄ .

• 
  Tính chất hóa lý của xúc tác H₂SO₄ [8]
  

Dung dịch H₂SO₄ có nồng độ 98,2% là hỗn hợp đẳng phí, dưới áp suất thường nó sôi ở 336,6⁰C.

• 
  Tính chất hóa học của H₂SO₄ [8]
  

H₂SO₄ là axit hai lần, trong dung dịch nó phân ly thành hai nấc: nấc thứ nhất phân ly hoàn toàn nhưng nấc thứ hai thì kém hơn nhiều.

H₂S H⁺ + S K₂ = 2.

H₂SO₄ đặc thụ động hóa Fe, Al, Cr nên người ta dùng bình bằng thép để đựng và chuyên chở H₂SO₄ đặc, nguội.

• 
  Sản xuất H₂SO₄ [8]
  

Nguyên tắc chung của các phương pháp điều chế H₂SO₄ trong công nghiệp là oxy hóa SO₂ thành SO₃ rồi cho hợp với nước.

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Hiện nay người ta thường điều chế H₂SO₄ bằng hai phương pháp: Phương pháp tiếp xúc và phương pháp tháp.

Phương pháp tiếp xúc là phương pháp hiện đại, được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới.Tuy nhiên thực hiện phương pháp này khó khăn hơn những phương pháp cổ điển vì nó đòi hỏi kỹ thuật cao.

Quá trình điều chế gồm 4 giai đoạn:

+ Điều chế anhydrit sunfurơ SO₂ : Lọc sạch hỗn hợp khí SO₂ + O₂, khử thật sạch bụi và các tạp chất làm hại xúc tác (như SeO₂, As₂O₃, PH₃, H₂O...).

+ Oxy hóa SO₂: hỗn hợp khí đã được lọc sạch, được đốt nóng lên 450^oC rồi cho qua chất xúc tác(Pt hoặc V₂O₅). Suốt giai đoạn oxy hóa nhiệt độ đó không được thay đổi.

2SO₂ + O₂ 2SO₃ ( hiệu suất thường đạt 98%)

+ Giai đoạn hấp thụ SO₃: hỗn hợp khí SO₂ + SO₃ + O₂ được làm nguội xuống khoảng 50^oC, rồi cho tan trong dung dịch H₂SO₄ 98,2% (giữ nhiệt độ không đổi ở 50^oC). Sản phẩm thu được là oleum H₂SO₄.xSO₃. Muốn có axit loãng hơn người ta pha oleum bằng nước.

Axit H₂SO₄ đã làm việc trong các nhà máy hiện đại thường được tái sinh bằng phương pháp phân hủy nhiệt độ cao. Hiệu quả của quá trình alkyl hóa tăng lên khi thêm vào xúc tác các chất kích hoạt đặc biệt, nó làm thay đổi sức căn bề mặt của giới hạn phân chia pha hoặc tạo thành nhũ tương trong axit H₂SO₄.

III.3 Axit HNO₃

• 
  Tính chất vật lý [8]
  

Axit nitric khan là chất lỏng không màu có tỷ trọng d = 1.52g/cm³ ở nhiệt độ 15⁰C. Bốc khói ngoài không khí.

Axit HNO₃ đóng băng ở -41⁰C và sôi ở 86⁰C.

Axit HNO₃ có thể trộn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Khi sôi kèm theo hiện tượng phân hủy từng phần theo phương trình:

4 HNO₃ = 4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O

Ôxít nitơ (NO_x) tan được trong axít nitric và đặc điểm này ảnh hưởng ít nhiều đến tất cả các đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ của các ôxít này, chủ yếu bao gồm áp suất hơi trên chất lỏng và nhiệt độ sôi cũng như màu sắc được đề cập ở trên. Axít nitric bị phân hủy khi có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều này có thể làm tăng lên sự biến đổi tương đối áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng do các ôxít nitơ tạo ra một phần hoặc toàn bộ trong axít.

• 
  Tính chất hóa học [8]
  

Là một axít điển hình, axít nitric phản ứng với chất kiềm, ôxít bazơ và cacbonat để tạo thành các muối, trong số đó quan trọng nhất là muốis amoni nitrat. Do tính chất ôxi hóa của nó, axít nitric không (ngoại trừ một số ngoại lệ) giải phóng hiđrô khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái ôxi hóa cao hơn. Vì lý do này, tình trạng ăn mòn nặng có thể xảy ra và cần phải bảo vệ thích hợp bằng cách sử dụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axít này.

Axít nitric là một axít mạnh với một hắng số cân bằng axít (pK_a) = −2: trong dung dịch nước, nó hoàn toàn điện ly thành các ionnitrat NO₃⁻ và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđrôni, H₃O⁺.

HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃^-

Phản ứng với kim loại [8]

Là một chất ôxi hóa mạnh, axít nitric phản ứng mãnh liệt với nhiều chất hữu cơ và phản ứng có thể gây nổ. Tùy thuộc vào nồng độ axít, nhiệt độ và tác nhân gây giảm liên quan, sản phẩm tạo ra cuối cùng có thể gồm nhiều loại. Phản ứng xảy ra với tất cả kim loại, ngoại trừ dãy kim loại quý và một số hợp kim. Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng ôxi hóa chủ yếu với axít đặc thường tạo ra điôxít nitơ (NO₂).

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Tính chất axít thể hiện rõ đối với axít loãng, đi đôi với việc tạo ra ôxít nitơ (NO).

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Do axít nitric là một chất ôxi hóa, hiđrô (H) thường hiếm khi được tạo ra. Cho nên khi kim loại phản ứng với axít nitric loãng và lạnh (gần 0 °C) thì mới giải phóng hiđrô:

Mg_(rắn) + 2HNO_{3 (lỏng)} → Mg(NO₃)_{2 (lỏng)} + H_{2 (khí)}

Phản ứng với phi kim [8]

Khi phản ứng với các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen, các nguyên tố này thường bị ôxi hóa đến trạng thái ôxi hóa cao nhất và tạo ra điôxít nitơ đối với axít đặc và ôxít nitơ đối với axít loãng.

C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

3C + 4HNO₃ → 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

Chương IV. Lựa chọn công nghệ xây dựng nhà máy tại Việt Nam

Nitrobenzen và anilin đều là những hợp chất rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp nên việc sản xuất chúng đang là vấn đề đặt ra với công nghiệp Việt Nam. Mặt khác tại Việt Nam đang ngày càng có nhiều nhà máy lọc dầu nên nguồn benzene và các sản phẩm thơm trong nhà máy lọc dầu sẽ càng nhiều lên và nếu không tìm ra được phương án sử dụng nguồn sản phẩm này chúng ta sẽ phải bán đi với một cái giá rất rẻ trong khi chúng ta lại phải nhập những sản phẩm đã được chế biến từ nó như thuốc nhuộm, sơn, thuốc chữa bệnh…. với một cái giá đắt hơn nhiều, điều này sẽ khiến cho nước ta mất rất nhiều tiền của.

Vì tới hơn 90% nitrobenzene được dùng để sản xuất anilin và việc sản xuất nitrobenzene cũng không quá phức tạp, xúc tác tương đối rẻ tiền và dễ kiếm, dễ dàng nâng cao được công suất nhà máy, điều kiện vận hành tương đối mềm và đơn giản nên chúng ta hoàn toàn có thể đi từ nguồn nguyên liệu đầu là benzene. Điều này cũng giúp giảm thiểu chi phí đầu tư, chi phí vận chuyển so với khi chúng ta xây dựng 2 nhà máy sản xuất nitrobenzene và anilin riêng lẻ.

Ngoài ra nguồn nguyên liệu axit sunfuric hiện đang được sản xuất ở một số nhà máy ở Việt Nam và có thể nâng cao sản xuất vì các nhà máy lọc dầu có nguồn sản phẩm tương đối lớn lưu huỳnh ở dạng nguyên tố. Nguồn nguyên liệu axit nitric dễ dàng được sản xuất từ nguồn nguyên liệu đầu là nitơ không khí. Nguồn nguyên liệu Hydro có thể thu được từ nhiều quá trình như reforming hơi nước.

Vì những lợi ích từ việc xây dựng một nhà máy sản xuất anilin đi từ nguồn nguyên liệu đầu là benzene như trên nên chúng ta có thể chọn áp dụng xây dựng một nhà máy theo công nghệ của hãng Kellogg Brown & Root.

Kết Luận

Trong thời gian vừa qua nhóm chúng em đã cố gắng cùng tìm hiểu về các tính chất của các sản phẩm nitrobenzene và anilin cùng với đó cũng đã tìm hiểu được một số công nghệ sản xuất chúng. Với điều kiện công nghệ và điều kiện cung cấp nguyên liệu benzene, axit sunfuric, axit nitric và hydro của các nhà máy lọc-hóa dầu ở Việt Nam hoàn toàn có thể đủ cung cấp cho một nhà máy sản xuất anilin để có thể làm hợp chất trung gian cho các ngành công nghiệp sản xuất cao su, phẩm nhuộm, sơn hay thuốc chữa bệnh từ đó có thể tiết kiệm được một nguồn lớn kinh phí nhập khẩu nguyên liệu cho các ngành công nghiệp này.

Do thời gian cũng như kiến thức có hạn nên chúng em còn chưa tìm hiểu được nhiều dây chuyên công nghệ trên thế giới mong cô giáo góp ý thêm để chúng em có cơ hội tìm hiểu kỹ hơn các công nghệ sản xuất trên thế giới.

Tài liệu tham khảo

[1] Đinh Thị Ngọ,Nguyễn Khánh Diệu Hồng. Hóa học dầu mỏ và khí. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2010.

[2] Đoàn Thiên Tích . Dầu khí Việt Nam. Nhà xuất bản đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh, TPHCM 2001.

[3] Phạm Thanh Huyền,Nguyễn Hồng Liên. Công nghệ tổng hợp hữu cơ – hóa dầu . Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006.

[4] Đỗ Đình Răng và tập thể tác giả. Hóa học hữu cơ tập 3. Nhà xuất bản giáo dục, Hà nội 2006.

[5] Petrochemical Processes, 2005.

[6] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A2, 1992.

[7]Feure H, The chemistry of the nitro and nitroso group, Wiley, N.Y,

[8] Hoàng Nhâm. Hóa học vô cơ tập 2. Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2006.

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí