Giáo trình Hóa đại cương - Chương 9: Kỹ thuật sản xuất và chế biến nhiên liệu

Nội dung text: Giáo trình Hóa đại cương - Chương 9: Kỹ thuật sản xuất và chế biến nhiên liệu

1. Chương 9: Kỹ thuật sản xuất và chế biến nhiên liệu
2. 9.1 Sản xuất khí than 9.1.1 Ứng dụng khí than  Khí hóa than là chuyển phần hữu cơ của than thành nhiên liệu khí  Sản phẩm là CO và H2 dùng để tổng hợp hữu cơ hoặc đốt  Khí hóa than có nhiều ưu điểm 9.1.2 Cơ sở hóa lý sản xuất khí than  Oxy hóa không hoàn toàn than thành khí  Các phản ứng C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO
3. C + H2O(hơi) = CO + H2 C + 2H2O(hơi) = CO2 + 2H2  Sản phẩm mới sinh ra lại tiếp tục C + CO2 = 2CO C + 2H2 = CH4  Phản ứng phụ O2 + 2CO = 2CO2 O2 + 2H2 = 2H2O H2O + CO = CO2 + H2  Phản ứng của sản phẩm 2CO + 2H2 → CH4 + CO2 CO + 3H2 → CH4 + H2O
4. 9.1.3 Các phương pháp khí hóa than  Hóa khí than khô  Thổi không khí vào lò khí hóa  Sản phẩm 37,4% CO; 64,5% Nitơ; argon 0,8%  Phương pháp này năng suất thấp  Hóa khí than ướt  Phương pháp gián đoạn  Giai đoạn 1: giống như khí hóa than khô, nhiệt độ 15000C  Giai đoạn 2: tiếp tục thổi hơi nước nhiệt độ xuống 10000C
5.  Phương pháp liên tục  Dùng hơi nước quá nhiệt, nhiệt độ 1100 – 12000C  Sản phẩm H2: 35 – 45%; CO: 20 – 21%; N2: 0,8%; CO2: 25 – 30%; CH4: 8 – 10%  Hóa khí than ẩm  Thổi vào lò hơi nước lẫn không khí  Sản phẩm CO: 27%; H2: 13,5%; N2: 52,6%; CH4: 0,5% dùng để tổng hợp amoniac 9.1.4 Thiết bị khí hóa than  Kiểu hình chuông  Đường kính 3,5m; cao 4,5m  Lò có 3 phần: nạp than, thân lò, thải xỉ
6. 9.2 Kỹ thuật luyện than cốc 9.2.1 Khái niệm về than cốc  Than cốc là nguyên liệu giàu cacbon 96,5 – 97,5%  Nguyên liệu để luyện kim, phân lân nung chảy, sản xuất khí than  Khí cốc hóa để sản xuất amoniac, metylic, etylic, benzen, toluen, dược phẩm, thuốc trừ sâu  Cốc hóa là chưng khô than đá không có không khí ở 900 – 10500C  Đốt nóng đến 2500C quá trình sấy, hơi ẩm các khí thoát ra
7. 0  300 C hơi nước và H2S tạo thành do nhiệt phân, các chất hữu cơ bay hơi → khối than rắn chắc lại thành bán cốc xốp  7000C trở lên các khí và nhựa bốc hơi bán cốc thành cốc rắn  Nung cốc kết thúc ở 900 – 10000C hợp chất hữu cơ bị phân hủy thêm gọi là than hóa hợp chất bay hơi 9.2.2 Kỹ thuật luyện cốc  Nguyên liệu  Than có độ ẩm 6 – 8%  Hàm lượng P còn trong than cốc 0,01%  Hàm lượng S trong cốc dùng cho lò cao 1,7 – 1,75%
8.  Hàm lượng chất khí (chất bốc) ~ 25%  Cỡ hạt 1 – 3mm hoặc 6 – 8mm  Cấu tạo và vận chuyển của lò cốc  Là lò đốt tổng hợp, buồng nằm ngang, rãnh thẳng  Buồng cốc có kích thước: rộng 0,4; dài 13 – 14m; cao 4 – 4,5m  Áp suất buồng cốc lớn hơn áp suất buồng khí quyển  Chu kỳ cốc hóa phụ thuộc vào nhiệt độ, chất lượng than  Thường thời gian cốc hóa là 14 – 36 giờ
9. 9.2.3 Kỹ thuật bán cốc hóa  Bán cốc hóa là nhiệt phân nhiên liệu rắn ở nhiệt độ trung bình 500 – 6000C  Sản phẩm là bán cốc và nhiên liệu lỏng hoặc khí  Bán cốc hóa than đá  Vừa sản xuất than bán cốc vừa sản xuất khí than có CO, H2, N2 làm nguyên liệu cho các sản phẩm hóa chất  Bán cốc hóa than nâu  Sản phẩm có hàm lượng cacbon 84 – 89%, H2 2 – 4%, chất bốc 13 – 16%  Làm nhiên liệu địa phương, nguyên liệu hóa khí, phối liệu cốc hóa
10.  Bán cốc hóa than bùn  Bán cốc hóa có tạp chất S và P dùng làm chất khử, than hoạt tính → khí hóa làm nguyên liệu cho các sản phẩm  Bán cốc hóa đá dầu  Bán cốc chứa nhiều tro hàm lượng cacbon chiếm 10%  Dùng để làm vật liệu xây dựng  Khí hóa sản xuất nhiên liệu khí, lỏng các dung môi 9.2.4 Quá trình chế biến khí cốc  Hỗn hợp từ phòng cốc hóa ra gọi là khí cốc cấp 1
11.  Bao gồm:  Nhựa 80 – 130 g/cm3  Amoniac 8 – 13 g/cm3  Hydrocacbon thơm 30 – 40 g/cm3  Hydrobenzen 6 – 25 g/cm3  Hợp chất xianua 0,5 – 1,5 g/cm3  Hơi nước 250 – 430 g/cm3  Bụi than 15 – 35%  Làm lạnh khí cốc  Đầu tiên được làm lạnh từ 700 – 8000C xuống 80 – 850C bằng tưới trực tiếp  Các chất nhựa và cơ học được ngưng tụ ở đây
12.  Nhựa làm lạnh tiếp đến 20 – 300C  Khí tiếp tục được tách ra ở lọc điện  Khí còn lại là hydro 54 – 59%, metan 23 – 28%  Khí dùng làm nguyên liệu cho các sản phẩm hóa học hoặc khí đốt  Thu hồi NH3  Nước trên nhựa có NH3 hòa tan và các tạp chất  Đun nóng và dùng vôi để giải phóng NH3  Hấp phụ bằng axit H2SO4 để làm phân bón  Thu hồi phenol  Phần lỏng còn lại sau khi thu hồi NH3 còn chứa 2g/l phenol  Cất lôi cuốn trong tháp đệm
13.  Thu hồi bằng xút 10%, tái sinh bằng CO2 C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O C6H5ONa + CO2 + H2O → NaHCO3 + C6H5OH  Thu hồi benzen và các sản phẩm hữu cơ khác  Khí cốc sau tách NH3 đưa vào hấp thụ bằng dầu hấp thụ  Dầu hấp thụ chứa benzen lấy ra ở đáy tháp  Gia nhiệt rồi vào tháp chưng lấy benzen dạng thô  Sản phẩm nhựa than đá có đến 300 chất khác nhau  Cốc hóa 1 tấn than thu được 700 – 800kg cốc; 20 – 40kg nhựa; 2 – 4kg amoniac; 8 – 12kg benzen; 280 – 340kg khí cốc thứ cấp
14. 9.3 Kỹ thuật chế biến gỗ 9.3.1 Khái niệm về gỗ  Gỗ có 3 loại chất tạo thành mô thực vật:  Xenlulozơ (C6H10O5)n 30 – 50%  Hemixenlulozơ 24 – 30%  Linhin 25 – 30%  Ngoài ra còn nhựa và nhiều chất khác 9.3.2 Kỹ thuật chưng khô gỗ  Đốt nóng gỗ trong lò không có không khí 0  150 – 250 C hơi nước, CO, CO2, axit axetic bay hơi  Khi gỗ bắt đầu phân hủy thì tỏa nhiệt
15.  300 – 4000C nhựa chưng, rượu metylic, axit axetic và các khí tiếp tục thoát ra  Sau khi bay hơi hết còn lại là than gỗ  Sản phẩm khí chủ yếu là axit axetic và rượu metylic  Phương pháp bột để tách sản phẩm  Dùng phương pháp chưng để tách sản phẩm  Hơi bay lên sục qua sữa vôi 2CH3COOH + Ca(OH)2 → Ca(CH3COO)2 + H2O  Canxi axetat được cô đặc, lọc rồi sấy khô thành bột  Muốn điều chế axetic cho tác dụng với H2SO4 hoặc nung nóng đến 4000C để điều chế axeton
16.  Khí ngưng tụ được dung dịch metylic thô (10%)  Phương pháp trích ly  Người ta dùng dung môi thích hợp để chiết axetic và metylic  Người ta dùng ete để trích ly axetic chứa 3% axit  Sau đó chưng được axit 60 – 70% ete cho hồi lưu  Dung dịch metylic lấy ra ở đáy tháp 9.3.3 Thủy phân gỗ  Thủy phân chuyển hóa thành monosaccarit (đường)  Lên men để điều chế etylic
17.  Thủy phân bằng H2SO4 0,5 – 1%, nhiệt độ 160 – 1800C, áp suất 12 at (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6  Trong quá trình thủy phân linhin không thay đổi dùng làm nhiên liệu hay chất đệm nC6H12O6 → 2CO2 + C2H5OH  1 tấn gỗ thu được 150 – 180 lít rượu 95% 9.4 Kỹ thuật chế biến dầu mỏ 9.4.1 Khái niệm về dầu mỏ  Thành phần chủ yếu là C: 83 – 87%; H: 11 – 14%  Hydrocacbon chiếm hầu hết 50 – 98%, có tới 425 hợp chất
18.  Trong dầu mỏ có khoảng 1,5 – 2% oxy và nitơ  Ngoài ra còn một ít tạp chất vô cơ và tro 9.4.2 Kỹ thuật chế biến dầu mỏ  Xử lý dầu thô  Dầu khai thác lên cần tách khí và xăng nhẹ bằng hấp thụ  Tách nước bằng cách lắng thô  Khử nước bằng điện áp xoay chiều 30 – 40 kV  Tách muối trộn dầu với nước nóng  Phân loại xử lý kiềm, axit và đưa vào chế biến
19.  Chưng cất phân đoạn  Chưng cất áp suất thường  Đun nóng lên 320 – 3250C và đưa và tháp chưng  Dầu lỏng từ trên xuống, hơi nước từ dưới lên  Xăng lấy ra ở đỉnh (1200C) dùng cho động cơ  Xăng nặng (120 – 1800C) dùng cho dung môi sơn  Dầu hỏa (180 – 2500C) dùng cho máy kéo, nhiên liệu cho công nghiệp hóa chất  Mazut (2750C)
20.  Chưng cất chân không  Áp suất 60 mmHg  Được dầu bôi trơn ở (250 – 3500C)  Phần cuối cùng là nhựa đường (3500C)  Chế biến hóa học dầu mỏ  Quá trình chuyển hóa hóa học dầu mỏ từ chất có phân tử khối cao, cấu tạo phức tạp thành các sản phẩm có phân tử khối thấp, cấu tạo đơn giản gọi là quá trình cracking  Cracking nhiệt là quá trình phân hủy nhờ nhiệt độ  Cracking xúc tác là nhờ xúc tác để thực hiện phản ứng phân hủy  Để tạo xăng chất lượng cao người ta còn dùng phương pháp reforming hoặc hydrocracking
21. 9.4.3 Chế biến khí và cặn dầu mỏ  Chế biến khí  Tách hơi nước bằng các chất hút nước thể rắn hoặc lỏng  Loại khí hydrosunfua và hợp chất lưu huỳnh khác bằng chất hấp phụ rắn và lỏng  Tách etxăng khí (hydrocacbon dễ bay hơi) bằng ngưng tụ, hấp thụ, hấp phụ  Tách chất khí thành các hợp chất riêng biệt hay nhóm các hợp chất bằng hấp thụ chọn lọc  Chế biến cặn dầu mỏ  Cặn dầu được hóa khí với hỗn hợp oxy sạch và hơi nước ở 1200 – 15000C, áp suất 3 – 5 MPa để thu CO và H2