Sản xuất metanol
Trên thế giới có hai công nghệ chủ yếu tổng hợp metanol là từ khí tự nhiên và khí tổng hợp. Công nghệ đi từ khí tự nhiên gồm các quá trình quan trọng là loại lưu huỳnh, tiếp theo là reforming sơ cấp và thứ cấp. Tổng hợp metanol từ khí tổng hợp được tiến hành qua hai tháp phản ứng. Tuy nhiên, metanol thu được chưa tinh khiết để thu được metanol tinh khiết cần có công đoạn tinh chế (Hình 21).
Hình 21: Tổng hợp metanol từ khí tự nhiên và khí tổng hợp
2. Tổng hợp DME
Tính chất của dimetylete (DME) tương tự như LPG và hợp chất này được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau (nhiên liệu vận tải, nhiên nhiệu gia dụng , v.v…).
DME có thể được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau như khí tự nhiên, than hoặc sinh khối (thông qua syngas). Hai con đường chủ yếu để tổng hợp DME là phản ứng loại nước metanol (Hình 22) và tổng hợp trực tiếp từ syngas (CO và H2) (Hình 23).
Hình 22: Sơ đồ quá trình tổng hợp DME từ metanol
Hình 23: Sơ đồ quá trình tổng hợp DME từ khí tổng hợp
3. Điều chế xăng, LPG, propylen từ metanol
Theo quy trình này, quá trình chuyển hóa metanol thành propylen, xăng, dầu hỏa/diesel thông qua giai đoạn tiền phản ứng tạo DME. Chất trung gian này được đưa qua các tháp ứng có chứa xúc tác để tạo ra các sản phẩm theo yêu cầu (Hình 24).
Hình 24: Quá trình tổng hợp xăng, LPG, Propylen từ metanol
4. Sản xuất xăng, diesel và nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) từ metanol
Theo công nghệ này metanol đầu tiên được chuyển hóa thành olefin. Các olefin tham gia các phản ứng trùng hợp hoặc đồng trùng hợp với đơn vị monome nhỏ để tạo các sản phẩm oligome (khối lượng thấp hơn các phân tử polyme). Oligome qua các tháp phản ứng sẽ tạo sản phẩm xăng hoặc LPG (hay dầu hỏa/diesel) (Hình 25).
Hình 25: Sơ đồ quá trình tổng hợp xăng, LPG và dầu DO, FO từ metanol
5. Sản xuất một số sản phẩm phân bón chứa đạm
Khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất amoniac (NH3), thành phần quan trong nhất để chế tạo các loại phân đạm. Từ khí tự nhiên và không khí người ta chuyển hóa thành khí tổng hợp cung cấp cho quá trình tổng hợp NH3 theo quá trình Haber. Trên 90% các loại phân đạm là hợp chất dẫn xuất của NH3 (như NH4NO3, NaNO3, Ca(NO3)2, (NH4)2SO4, (NH4)3PO4 và (NH2)2CO – urê). Sản xuất NH3 là quá trình cần lượng năng lượng rất lớn. Hiện nay khí tự nhiên là nguồn nguyên/nhiên liệu chính để sản xuất phân đạm, do đó giá của khí tự nhiên sẽ tác động mạnh mẽ tới giá của các loại phân đạm và phân bón nói chung. Ngoài khí tự nhiên, để sản xuất phân bón người ta còn dùng các nguyên liệu khác như naphta, than đá. Khi giá năng lượng tăng và nhu cầu phân bón tăng, thì đương nhiên giá của phân bón sẽ tăng mạnh. Việc kiểm soát hiệu quả nguồn năng lượng trong quá trình sản xuất và sử dụng phân bón sẽ giúp kìềm chế ảnh hưởng của việc tăng giá khí cũng như ảnh hưởng của giá năng lượng toàn cầu.
– Sản xuất NH3
NH3 là một sản phẩm của CNHD. Nó có thể được sử dụng trực tiếp làm phân bón (ở Mỹ, Nga…) hoặc làm tiền chất để sản xuất nhiều loại phân bón khác nhau. Trong nhà máy NH3, khí thiên nhiên (chứa CH4) hoặc hiđrocacbon dạng hơi được chuyển hóa trong tháp xúc tác. Quá trình phản ứng như sau:
CH4 + H2O → 3H2 + CO
Không khí sẽ là nguồn cung cấp N2. Sau khi tách riêng được H2 và N2 người ta điều chỉnh tỷ lệ H2:N2= 3:1 và tiến hành phản ứng tổng hợp NH3 trong tháp tổng hợp. Phản ứng xảy ra như sau:
3H2 + N2 → 2NH3
Phản ứng này không xảy ra hoàn toàn, hỗn hợp khí chưa phản ứng được quay trở lại để phản ứng tiếp. NH3 được tách ra nhờ tháp ngưng tụ.
Hiện nay quá trình sản xuất NH3 được triển khai theo các công nghệ khác nhau (áp suất cao, áp suất trung bình, và áp suất thấp).
– Sản xuất urê
Urê được tạo ra bằng phản ứng của NH3 với CO2. Quá trình này bao gồm các bước sau: NH3 và CO2 phản ứng với nhau tạo thành amoni cacbamat, sản phẩm này sau khi loại nước sẽ cho ta urê. Dung dịch urê được làm đặc bằng quá trình chân không đến kết tinh, hoặc được gia nhiệt, bay hơi để tạo sản phẩm nóng chảy bằng cách phun tạo hạt. Nguồn CO2 trong quá trình tổng hợp urê được lấy trực tiếp từ quá trình chuyển hóa CO.
– Sản xuất amoni sunphát (AS)
Quá trình tổng hợp được thực hiện nhờ phản ứng của NH3 với axit sunfuric (H2SO4). Sau đó dung dịch AS được tiếp tục tuần hoàn thông qua thiết bị bay hơi để cô đặc dung dịch và tạo tinh thể. Các tinh thể AS được tách ra từ dung dịch nhờ thiết bị li tâm và nước cái được quay trở lại tháp bay hơi. Tinh thể được làm khô bằng phương pháp quay li tâm và tạo hình trước khi đưa đi đóng bao.
– Sản xuất các loại amoni phốt phát (AP)
AP được tổng hợp từ phản ứng trung hòa axit phốt phoric với NH3. Sản phẩm sau phản ứng được kết tinh tạo hình với cỡ hạt nhất định trước khi đưa đóng bao.
Trong thực tế người ta thường sản xuất hai loại AP làm phân bón là monoamoni phốt phát (MAP) và điamoni phốt phát (DAP). Triamoni phốt phát (TAP) thường chỉ được sản xuất khi có yêu cầu
– Sản xuất amoni nitrat (AN), canxi amoni nitrat (CAN), amoni sunfat nitrat (ASN)
AN được tạo ra bằng phản ứng trung hòa axit nitric với NH3. Dung dịch AN được cô đặc, kết tinh. Tinh thể AN được tạo hình, phủ bề mặt trước khi đóng gói tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cuối cùng.
CAN sản xuất bằng cách đưa khoáng chất đolomit hoặc muối canxi vào dung dịch AN trước khi tạo hạt.
ASN được sản xuất trong giai đoạn tạo hạt hỗn hợp dung dịch AN và AS.
6. Sản xuất chất dẻo
– Công nghệ sản xuất PVC
PVC được tạo ra nhờ quá trình trùng hợp của monome vinyl clorua (VCM). Theo công nghệ này, phần VCM không phản ứng được bơm ra khỏi tháp phản ứng và ngưng tụ. Phần khí không bị ngưng tụ sẽ bị đuổi ra trong tháp ngưng. Phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của tháp ngưng, hơi xả từ tháp ngưng có chứa một lượng VCM (Hình 26). VCM sau khi thoát ra được kiểm soát chặt chẽ, hơi thoát ra phải được làm sạch trước khi loại bỏ hoặc đốt.
Hình 26: Sơ đồ tổng hợp PVC từ VCM
– Công nghệ sản xuất cao su tổng hợp
Các monome trong công nghiệp cao su tổng hợp đều có nguồn gốc từ khí tự nhiên hoặc dầu mỏ (Hình 27).
Hình 27: Sơ đồ tổng quy trình điều chế cao su tổng hợp
Người ta cracking dầu (phân đoạn naphta) hoặc khí tự nhiên để tạo các monomer. Từ các nguyên liệu này người ta thực hiện các phản ứng trùng hợp và đồng trùng hợp để tạo cao su tổng hợp.
– Công nghệ tổng hợp PE
Etylen sau khi tinh chế được đưa vào tháp phản ứng có xúc tác. Tháp phản ứng đầu tiên thực hiện quá trình tiền trùng hợp (quá trình oligome hóa). Hỗn hợp tiền trùng hợp và nguyên liệu etylen được dẫn sang tháp thứ hai. Tại đây phản ứng trùng hợp xảy ra triệt để. Nguyên liệu etylen dư được tách ra khỏi tháp phản ứng và quay trở lại đường nguyên liệu.
Hình 28: Sơ đồ công nghệ sản xuất PE
– Công nghệ tổng hợp PP
Quá trình trùng hợp pha khí được sử dụng rộng rãi để sản xuất các polyolefin (PO). Phản ứng trùng hợp có thể diễn ra ở bình phản ứng dòng liên tục hoặc mẻ. Trong quá trình trùng hợp propylen, không có chất lỏng tồn tại trong bình phản ứng và quá trình trùng hợp diễn ra ở pha hơi (chất phản ứng) và pha rắn (xúc tác). Đây là quá trình phản ứng pha khí đơn giản. Sản phẩm sau phản ứng là polyme dễ dàng được tách ra do chất phản ứng cũng ở pha khí. Chất khí dư sau phản ứng được tách, tinh chế và quay chở lại tháp phản ứng. Phản ứng trùng hợp PP được tiến hành trong pha hơi và nhiệt độ phản ứng khoảng 800C, áp suất phản ứng là 30 bar, áp suất này được điều chỉnh nhờ điều chỉnh tốc độ đưa nguyên liệu propylene và sử dụng thiết bị tăng áp.
Hình 29: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất PP từ propylen
Hình 30: Sơ đồ đơn giản sản xuất PP từ propylen
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
