Tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất aromatic từ lpg

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………………. Đồ án Thiết Kế Phân Xưởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Mở Đầu Năm 1859 ngành công nghiệp Dầu mỏ ra đời, đánh dấu bƣớc nhảy vọt trong công nghệ nguyên liệu và nhiên liệu năng lƣợng. Công nghiệp dầu mỏ có sự tăng trƣởng rất nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế kỷ 20. Hoá dầu đã thay thế dần hoá than đá và vƣợt lên trên ngành công nghiệp chế biến than. Những sản phẩm của ngành công nghiệp Hóa dầu sản xuất chủ yếu là: Benzen, Toluen, Xylen (chúng đƣợc gọi tắt là BTX), nhiên liệu năng lƣợng, lĩnh vực polime, xà phòng, thuốc nhuộm, sơn,... Trƣớc đây việc sản xuất các Hydrocacbon Aromatic chủ yếu dựa vào việc thu hồi khí của công nghiệp sản xuất than cốc, nhƣng vì sản lƣợng quá thấp, không đủ nhu cầu phát triển của nhành công nghiệp chất dẻo và ngành công nghiệp sợi. Ngày nay chủ yếu là sản phẩm của công nghiệp Hoá dầu, vừa có giá trị cao, vừa có giá thành thấp nên phần lớn các Hydrocacbon Aromatic nhận đƣợc từ Dầu mỏ đã chiếm tỷ lệ trên 90%. Một quá trình mới khác cũng đƣợc xem nhƣ một nguồn cung cấp BTX quan trọng đó là quá trình Cyclar. Nguyên liệu của quá rình này là khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG). Xúc tác của quá trình là xúc tác dạng zeolit có khả năng xúc tiến phản ứng dehydro hoá nguyên liệu, polyme hoá sản phẩm mới hình thành để tạo nên các oligome không no, và tiếp tục dehydro vòng hoá các oligome này tạo thành các hydrocacbon thơm. Khí hoá lỏng LPG đầu tiên dƣợc sử dụng làm nguyên liệu dân dụng và nguyên liệu để sản xuất olefin nhẹ bằng cách hydro hoá hay crackinh hơi. Sau đó, khí hoá lỏng đã trở thành vấn đề lớn của ngành công nghiệp lọc hoá dầu vì sản lƣợng khí hoá lỏng vƣợt quá mức sử dụng và trở lên khó bán trên thị trƣờng và chúng đƣợc đốt bỏ trực tiếp trên các dàn khoan khai thác dầu thô (khí dầu mỏ). Từ năm 1996 tới nay, công nghiệp dấu khí Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ đã thay đổi công nghệ khí hoá lỏng LPG làm nguyên liệu cho sản xuất xăng có trị số octan cao và các hydrocacbon thơm. LPG bao gồm chủ yếu là Propan và Butan thu hồi từ quá trình khai thác và chế biến các sản phẩm Dầu mỏ. Giá trị tƣơng đối thấp của LPG làm cho nó là một nguyên liệu lý tƣởng cho các ứng dụng Hoá dầu. Quá trình Cyclar chuyển đổi khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) thành các sản phẩm Aromatic là một giải pháp đƣợc phát triển bởi BP và UOP. Các quá trình Cyclar góp phần mở rộng việc sử dụng LPG để sản xuất các sản phẩm thơm có giá trị cao và cung cấp một khả năng độc đáo để sản xuất BTX từ một nguyên liệu có giá trị thấp hơn. Do đó trong đồ án này là mục đích sử dụng quá trình Cyclar chuyển hoá LPG thành các hợp chất thơm. Với sản lƣợng đã chiếm tỷ lệ trên 90% của ngành công nghiệp dầu mỏ, công nghệ Cyclar là một quá trình quan trọng của sản xuất các hợp chất Aromatic (BTX) và vai trò của quá trình này không ngừng tăng lên do nhu cầu về xăng có chất lƣợng cao và các sản phẩm ứng dụng từ quá trình sản xuất để tổng hợp lên những chất hữu ích cho đời sống. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Phần I. Tổng Quan CHƢƠNG I. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm A. Nguyên liệu LPG Khí dầu mỏ hoá lỏng LPG thu đƣợc từ quá trình chế biến dầu đƣợc hoá lỏng, bao gồm các loại hydrocacbon khác nhau mạch parafin, Nguyên liệu: Lấy từ phân đoạn C3, C4 trong nhà máy lọc dầu. Lấy từ phần lỏng của khí thiên nhiên (NMCBK) Propan thƣơng phẩm (phân đoạn C3): thành phần chính propan, propylen còn có C4 ( 19%V), lẫn 1 ít C2 Butan thƣơng phẩm (phân đoạn C4): thành phần chính là n - butan, iso -butan, buten (90%V), còn có C3, lẫn C5+ . Hỗn hợp Bu - pro: tỷ lệ C3/C4 theo nhà máy, tùy theo chiến lƣợc của nhà máy mà tỷ lệ này có thể thay đổi. Có thể có (dạng vết) của etan (C2H4) và pentan (C5H12)...; Ngoài ra có thể có butadien 1,3 (C4H6) nhƣng rất nhỏ và khó có thể xác định đƣợc. Trong khí dầu mỏ có thể có hoặc không có hydrocacbon dạng olefin, điều đó tuỳ thuộc vào phƣơng pháp chế biến. Các ứng dụng chủ yếu của LPG: - LPG là nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tro và hầu nhƣ không có khói. LPG có độ sạch cao, không lẫn các tạp chất ăn mòn, là nhiên liệu ít gây ô nhiễm môi trƣờng. - LPG đƣợc xem là một loại nhiên liệu công nghiệp nhƣng đồng thời nó cũng là nhiên liệu dùng trong gia dình. Khả năng vận chuyển dễ dàng và có nhiệt lƣợng cao nên LPG có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong thƣơng mại. Ở nƣớc ta, LPG đƣợc sử dụng rất nhiều trong các ngành của nền kinh tế quốc dân, nó đã mang lại nhiều lợi ích to lớn: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________  Cung cấp cho ngƣời tiêu dùng loại năng lƣợng sạch, thân thiện với môi trƣờng, tiết kiệm điện năng. LPG có nhiệt cháy cao nằm trong khoảng 11.300 - 12.000Kcal/kg tƣơng đƣơng nhiệt trị của 1.3l dầu hoả hoặc 1.5l xăng.  Sử dụng LPG tạo cho các cơ sở công nghiệp không những sử dụng nhiên liệu sạch mà còn nâng cao chất lƣợng sản phẩm (rõ ràng nhất là sản xuất đồ gốm)  Trong nông nghiệp: sử dụng LPG làm nhiên liệu trong sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm.  Trong giao thông vận tải: LPG đã đƣợc sử dụng làm nhiên liệu thay cho xăng động cơ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.  Trong công nghiệp hoá dầu: sử dụng LPG trong quá trình sản xuất tinh chế dầu nhờn. Ngoài ra nó còn đƣợc ứng dụng là nguyên liệu hoá học để tạo ra những monome để tổng hợp polime trung gian nhƣ: Polyvinylclorua, Polypropylen, để sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số octan thay thế cho các hợp chất của chì pha vào xăng, để sản xuất các hydrocacbon thơm...  Sử dụng cho nhà máy điện: dùng LPG làm chất đốt để chạy các tuôcbin để sản xuất ra điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao... 1. Các đặc tính của LPG: LPG có đặc tính là có độ sạch cao, không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất chứa lƣu huỳnh, không gây ăn mòn các phƣơng tiện vận chuyển và tồn chứa. Khi cháy, LPG ít gây ô nhiễm môi trƣờng, không gây độc hại kể cả khi LPG tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. a. Áp suất: LPG là loại khí đốt thuận tiện cho việc vận chuyển và tồn chứa do khả năng hoá lỏng ở áp suất không quá cao ở nhiệt độ thƣờng (0.3 0.4MPa) vì thế 1 đơn vị thể tích lỏng bằng 250 đơn vị thể tích khí. Nhƣ vậy dặc trƣng của LPG là đƣợc tồn chứa ở trạng thái bão hoà, tức là tồn tại ở cả dạng lỏng và hơi nên với thành phần không đổi áp suất Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lƣợng LPG chứa trong bồn mà phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. b. Nhiệt độ sôi Nhƣ đã nói LPG thành phần chủ yếu là propan (C3) và butan (C4). Ở áp suất khí quyển propan sôi ở ts = -420C và butan sôi ở ts = -0.50C. Vì vậy tại nhiệt độ và áp suất thƣờng LPG hoá hơi rất mạnh. LPG gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG rò rỉ trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động. Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900oC ÷1950oC, có khả năng đốt cháy và nung nóng chảy hầu hết các chất. c. Khối lƣợng riêng Khối lƣợng riêng ở thể lỏng (lƣu ý không phải tỷ trọng, bởi tỷ trọng thì không có thứ nguyên): Tại điều kiện nhiệt độ môi trƣờng t 0 = 150C và áp suất p = 760mmHg khối lƣợng riêng của propan lỏng bằng 507.3 kg/m3, của n-butan lỏng bằng 584.06 kg/m3. Nhƣ vậy khối lƣợng riêng của LPG ở thể lỏng khoảng bằng nửa khối lƣợng riêng của nƣớc. Khối lƣợng riêng ở thể hơi: Tại điều kiện nhiệt độ môi trƣờng t 0 = 150C và áp suất p = 760mmHg khối lƣợng riêng của propan ở thể hơi bằng 1.523, của n-butan ở thể hơi bằng 2.007. Nhƣ vậy khối lƣợng riêng của LPG ở thể hơi xấp xỉ bằng 2 lần khối lƣợng riêng của không khí. Vì vậy, khi khí gas bị dò rỉ thì sẽ lan toả trên mặt đất. d. Tính giãn nở do nhiệt LPG có tỷ lệ giãn nở lớn, từ dạng lỏng sang dạng hơi. Nhờ hệ số giãn nở này mà LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dƣới dạng lỏng. Tỷ lệ giãn nở: - Propan: ở 1atm 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi. - Butan: ở 1atm 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Do vậy trong các bồn chứa LPG không bao giờ đƣợc nạp đầy, chúng đƣợc quy định chỉ chứa từ 80 - 85% dung tích toàn bình để có không gian cho LPG lỏng giãn nở khi nhiệt độ tăng. f. Giới hạn cháy nổ Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp không khí - hơi gas là phần trăm thể tích hơi gas để tự bát cháy nổ. Giới hạn cháy nổ của LPG trong không khí kha hẹp, chỉ từ 1.5 - 10%, chính vì vậy, LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khác. LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ. Đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dƣới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình. Chất đốt Tỷ lệ % thể tích trong hỗn hợp Giới hạn dƣới Giới hạn trên Propan 2.2 10 Butan 1.5 9 Hydro 4.0 75 Acetylen 2.5 80 Bảng 1. Giới hạn cháy nổ một số loại nhiên liệu [01] g. Mùi và Màu sắc LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi, nhƣng dễ bị phát hiện bằng khứu giác khi có rò rỉ do LPG đƣợc pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trƣng. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ STT ĐẶC TÍNH LPG MIN Đặc trƣng MAX PHƢƠNG PHÁP THỬ 1 Tỉ trọng tại 150C 0.55 0.55 0.575 ASTM D1657 2 Áp suất hơi ở 37.80C (Kpa) 420 460 1000 ASTM D2598 Thành phần ASTM D2163 (% khối lƣợng ): + Ethane 3 2 + Propane 40 50 60 + Butane 40 50 60 + Pentane và thành phần khác 2 4 Ăn mòn lá đồng ở (37.80C /giờ) 1A 1A 1A ASTM D1838 5 Nƣớc tự do( % khối lƣợng ) 0 0 0 ISO 4260 6 Sulphur sau khi tạo mùi (PPM) 30 ASTM D2158 7 Cặn còn lại sau khi hoá hơi ( % khối lƣợng ): ASTM D2420 8 H2S ( % khối lƣợng ): Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 25 25 0 0 0.05 0 0 0 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nhiệt lƣợng : 9 + KJ/Kg + Kcal/m3 (150C , 760 mm Hg) 50000 26000 Nhiệt lƣợng 1 kg LPG tƣơng đƣơng : 10 14 + Điện (KW.h) 1.5-2 + Dầu hỏa (Lít) 3-4 + Than (kg) 7-9 + Củi gỗ (kg) Nhiệt độ cháy (0C) : 11 12 13 + Trong không khí 1900 + Trong oxy 2900 Tỉ lệ hoá hơi: Lỏng → Hơi Giới hạn cháy trong không khí (% thể tích) 250 lần 2-10 Bảng 2. Một số đặc tính kỹ thuật của LPG [02] Chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng thử 1.Trọng lƣợng riêng 60/600 ASTMD1657 0.5410 2.Áp suất bay hơi ASTMD1267 116.60 Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 pháp Kết quả 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ 3. Etan % vol ASTMD2163 0.31 4. Propan % vol ASTMD2163 53.43 5. Butan % vol ASTMD2163 45.33 6. Pentan%vol + (hydrocacbon nặng) ASTMD2163 0.93 7.Hàm lƣợng lƣu huỳnh 15.60C(g/cm3) ASTMD2784 < 0.01 8. Ăn mòn đồng ASTMD1838 N01 9. Phần còn lại sau khi cháy% v ASTMD2138 < 0.05 10. Nƣớc Không 11. Trọng lƣợng phân tử trung bình Tính toán 50.0 Bảng 3. Tiêu chuẩn về LPG dùng trong công nghiệp của Hà Nội petro [03] Hydro cacbon Công thức hoá học Trọng lƣợng phân tử % theo trọng lƣợng Cacbon Hydrogen Etan C2H6 30.7 79.88 20.72 3.97 Etylen C2H4 28.5 85.63 14.37 5.59 Propan C3H8 44.09 81.72 18.28 4.47 Propylen C3H6 42.08 85.63 14.37 5.97 C4H10 58.12 82.66 17.34 4.77 C4H8 56.10 85.63 14.37 5.97 n-Butan izo-Butan n-Butylen Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 Tỷ lệ C/H theo trọng lƣợng 9 Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _______________________________ izo-Butylen - - - - - Butadien 1,3 C4H6 54.09 88.82 11.18 7.94 Pentan C5H12 72.15 83.25 16.85 4.97 Bảng 4. Đặc tính hoá lý của các loại LPG thƣơng phẩm [01] h. Nhiệt trị Năng lƣợng sinh ra khi đốt cháy 1kg sản phẩm hoặc có đo gián tiếp bằng cách chạy sắc ký khí thành phần các cấu tử tính đƣợc nhiệt trị từng cấu tử nhiệt trị của hỗn hợp. Propan Butan Net Gross Net Gross 11.000 12.000 10.900 11.800 Bảng 5. Nhiệt trị của LPG, kcal/kg [01] 2. Phân loại LPG LPG thành phần chủ yếu là propan và butan, vì vậy mà việc phân loại LPG cũng khá dễ dàng. LPG đƣa ra thị trƣờng gọi là LPG thƣơng mại, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu của từng khách hàng mà nhà sản xuất sẽ pha trộn các thành phần một cách thích hợp. Có thể phân ra thành 3 loại LPG thƣơng mại nhƣ sau: Propan thƣơng mại: có thành phần chủ yếu là hydrocacbon C3. Ở một số nƣớc, propan thƣơng mại có tỉ lệ butan hoặc buten thấp, có thể xuất hiện lƣợng vết của etan hoặc eten. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Butan thƣơng mại: có thành phần chủ yếu là hyrocacbon C4. Thông thƣờng, thành phần lớn nhất là n-butan hoặc buten-1. Cũng có thể xuất hiện một lƣợng không đáng kể propan hoặc propen cùng lƣợng vết pentan Hỗn hợp butan – propan: thành phần của sản phẩm này phụ thuộc vào nhà sản xuất cũng nhƣ các nhà kinh doanh địa phƣơng, thông thƣờng thành phần của chúng là 50% butan, 50% propan hoặc 70% butan, 30% propan. Đây là sản phẩm phổ biến trên thị trƣờngViệt Nam. 3. Các phƣơng pháp tồn chứa và bảo quản Ngƣời ta có thể bảo quản và tồn chứa LPG trên mặt đất hoặc trong lòng đất tuỳ theo mức độ tồn chứa, khả năng tiêu thụ và điều kiện ở mỗi vùng khác nhau. Tồn chứa trên mặt đất: Các thiết bị chứa LPG là các thiết bị chịu áp lực đƣợc thiết kế và chế tạo theo hình trụ nằm ngang, hai đầu là các hình bán cầu, hoặc có thể tồn chứa LPG ở những bồn hình cầu vì nó có khả năng chịu áp lực cao. Trên các bồn chứa đều đƣợc lắp đặt các thiết bị bảo vệ an toàn trong quá trìh tồn chứa dù cho thời gian ngắn hay dài. Tuỳ theo nhu cầu của thị trƣờng hoặc mục đích yêu cầu chứa LPG mà ngƣời ta sử dụng các bồn chứa to nhỏ tuỳ theo các mức dung tích khác nhau. Tồn chứa trong lòng đất: Ngƣời ta có thể tồn chứa LPG trong lòng đất, trong các hang động muối hoặc mỏ. Cách tồn chứa này an toàn và hiệu quả, song chỉ thực hiện ở một số nƣớc có nền công nghiệp phát triển nhƣ Mỹ, Anh, Canada. LPG là một chất rất đễ cháy nổ trong quá trình tồn trữ và bảo quản, vận chuyển, vấn đề an toàn đƣợc đặc biệt quan tâm. LPG đẽ bắt lửa, nếu thoát ra ngoài thì nó sẽ giải phóng ra ngoài một lƣợng khí dễ cháy nổ rất lớn. Do LPG nặng hơn không khí và nhẹ hơn nƣớc nên khi bị dò rỉ ra ngoài môi trƣờng dễ bị tụ lại ở ngững chỗ thấp, nếu để lâu trong phòng kín nó sẽ choáng hết chỗ của không khí và gây ngạt thở, nếu có 1 mồi lửa sẽ gây cháy nổ. Nói chung, việc tồn chứa LPG hiện nay đa số đƣợc tồn chứa và bảo quản trong các bồn chứa khác nhau. Các loại bồn chứa này có thể chịu áp Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ suất từ vài MPa đến vài trăm MPa và chứa từ vài chục m3 đến vài trăm nghìn m3 LPG 4. Nhận xét LPG là một nguồn nhiên liệu:  Sạch, tiện lợi và nhanh chóng.  Nhiệt trị cao, giá tƣơng đối Ảnh hƣởng của tỷ lệ C3/C4:  Nhiệt trị: C3/C4 càng cao nhiệt trị càng cao tuy nhiên sự khác biệt này là không đáng kể.  Cháy sạch: C3/C4 càng cao khả năng cháy càng cao nhƣng chênh lệch không lớn.  Áp suất: C3/C4 cao P cao, sự khác biệt này là đáng kể liên quan đến vấn đề an toàn.  Chất đốt dân dụng nên dùng butan  Chất đốt công nghiệp nên dùng propan. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ B. Hydrocacbon thơm Hydrocacbon thơm là loại hợp chất hữu cơ vòng. Các hợp chất này là loại đặc biệt của hợp chất không no, các hợp chất thơm một vòng gọi là đơn nhân (đơn vòng ), các hợp chất thơm nhiều vòng gọi là đa nhân (đa vòng ). Loại đa vòng này thƣờng chia thành nhiều hợp chất khác nhau về vòng. Các loại vòng có nguyên tử cacbon chung gọi là ( naphten ) các hợp chất vòng độc lập, trong đó các vòng đƣợc tách riêng. Benzen, Toluen, các Xylen (gọi chung là BTX), etylbenzen và cumen là các hydrocacbon thơm đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghệ tổng hợp hữu cơ hoá dầu. Chúng là các chất đầu quan trọng cho nhiều quá trình sản xuất hoá chất và polyme thƣơng mại nhƣ phenol, trinitrotoluen (TNT), nylon và chất dẻo. Các hợp chất hydrocacbon thơm đƣợc đặc trƣng bởi cấu trúc vòng bền vững nhờ sự xen phủ (cộng hƣởng) của các orbitan . Do đó, chúng không dễ dàng tham gia phản ứng cộng các tác nhân dạng halogen và axit nhƣ là các anken. Tuy nhiên các hydrocacbon thơm rất nhạy với phản ứng thế electrophil với sự có mặt của xúc tác. 1. Các tính chất vật lý của Aromatic Các hydrocacbon thơm thƣờng là không phân cực. Chúng không hoà tảntong nƣớc nhƣng hoà tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ hexan, dietyl -ete, và tetraclorua cacbon. Hydrocacbon thơm to sôi o C to nóng chảy o C to bắt lửa oC Tỷ trọng d20/d4 Benzen 80.1 5.5 -14 0.879 Toluen 110.6 -9.5 5 0.867 o-xylen(1.2 đimetylxylen ) 114.4 -25.2 29 0.880 m-xylen (1.3 đimetylxylen 139.1 -47.9 29 0.864 Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ ) 138.1 13.3 29 0.861 p-xylen (1.4 đimetylxylen ) Bảng 6. Một số thông số vật lý của hydrocacbon thơm [04] Từ bảng số liệu các thông số vật lý của các hydrocacbon thơm. Ta thấy Benzen -toluen và xylen là những chất có nhiệt độ bắt lửa thấp, nên độ nguy hiểm của chúng là rất lớn. Do đó cần có biện pháp an toàn, đề phòng cháy nổ trong sản xuất, tồn chứa, cũng nhƣ sử dụng . 2. Tính chất hoá học của Benzen -Toluen - Xylen Phân tử alkyl Benzen gồm hai phần: vòng Benzen và gốc ankyl. Vì vậy tính chất của ankyl Benzen bao gồm: tính thơm của vòng benzen và tính no của gốc ankyl. Tuy nhiên tính chất của vòng Benzen và gốc ankyl bị biến đổi, do ảnh hƣởng tƣơng hổ giữa hai phần tử đó. Các phản ứng cơ bản của ankyl Benzen là phản ứng SE cộng vòng Benzen, phản ứng SR oxi hóa gốc ankyl. Phản ứng SE là phản ứng quan trọng nhất trong hai loại hợp chất này. a) Phản ứng thế SE của Benzen: Tất cả các phản ứng thế electrophin vào nhân benzen (hây nhân thơm) dễ xảy ra bằng cách tấn công của tác nhân electrophin E+ (cation hay đầu dƣơng của liên kết phân cực) vào hệ electron thơm để tạo thành sản phẩm cuối cùng qua nhiều giai đoạn: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Tổng quát các phản ứng thế quan trọng của Benzen: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ HNO3, H2SO4 Br2, FeBr3 Br + HBr Cl2, FeCl3 Cl + HCl H2SO4 ® SO3H + H2O R X, AlX3 R + HX CH3CHCH2, H3PO4 R-COCl, AlCl3 D2SO4 + NO2 + H2O CH(CH3)2 COR + HCl D + HClO, H , Cl Cl + H2O b) Phản ứng halogen hoá Benzen phản ứng với Clo và Brom khi có xúc tác lewis nhƣ AlCl3, FeBr3... + X2 axit lewis X + HX Chẳng hạn, Brom phản ứng với benzen khi có FeBr3: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 16 Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _______________________________ Br FeBr3 + Br2 O H Br2 + HBr = -10.8 kcal/mol FeBr3  Br Br FeBr3 H + + Br Br- Fe-Br3 Br + - + FeBr4 Hợp chất trung gian ion Bromoni ổn định bằng sự giải toả điện tích dƣơng cho ba vị trí trong vòng benzen mà biểu diễn bằng 3 công thức Lewis và ion giải toả: c) Phản ứng Nitro hoá: Axit nitric đặc phản ứng rất chậm với benzen để tạo thành hợp chất nitro. Tốc độ tăng lên khi thên axit sunfuric đặc, vì thế phản ứng nitro hoá xảy ra với hỗn hợp nitro hoá: H2SO4 + HNO3 H2SO4 + HONO2 ↔ H2O+NO2 + HSO4H2O+NO2 + H2SO4 ↔ H3O+ + NO2+ + HSO4 2H2SO4 + HONO2 ↔ H3O+ + NO2+ + 2HSO4 - - Tác nhân electrophin là ion nitroni: d) Phản ứng oxi hóa : Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 17 Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _______________________________ COOH CH3 o [O], t C COOH CH3 CH3 o [O], t C COOH e) Sản xuất Amin X NH2 CuCl2 + NH3 + HX f) Sản xuất andehyt thơm CH3 + O2 CHO + H2O g) Sản xuất phenol Cl + NaOH OH + NaCl h) Phản ứng sunfua hoá Benzen phản ứng với H2SO4 khói (dƣ SO3): C6H6 + H2SO4đặc  C6H5-SO3H + H2O Tác nhân electrophin là SO3 có trong axit đặc hay hình thành do phản ứng: 2H2SO4  - H3O+ + HSO4 + SO3 i) Phản ứng alkyl hoá (phản ứng Friedel-Crafts) Benzen phản ứng với ankylhalogennua tạo thành alkylbenzen khi có xúc tác Lewis: Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ C6H6 + (CH3)3CCl FeCl3 C6H5 C(CH3)3 + HCl 3. Ứng dụng của hợp chất thơm: Nhƣ đã nói ở trên các hợp chất thơm thì BTX là quan trọng nhất vì nó có nhiều ứng dụng: nó là thành phần nhiên liệu của xăng cao cấp, vì các cấu tử này có trị số octan rất cao (trên 100). Mặt khác BTX là nguyên liệu rất quan trọng trong ngành công nghiệp hoá dầu và hoá học , đồng thời nó còn sử dụng trong lĩnh vực dung môi cụ thể nhƣ sau : * Benzen: đƣợc dùng làm nguyên liệu gốc để chế biến các loại capron và nylon cao su tổng hợp và chất dẻo, trên cơ sở phenol. Ngoài ra Benzen còn làm nguyên liệu để chế biến thuốc nhuộm, dƣợc phẩm và các chế phẩm ảnh, dùng làm dung môi và chất tách ly. Trong công nghiệp hoá dầu Benzen đƣợc dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất các loại sản phẩm ankyl. * Toluen: là loại dung môi dầu mỏ tốt cho nhựa, dầu mỡ nhờn và các sản phẩm tự nhiên. Nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hoá chất, sơn, tráng men và trong y dƣợc, làm dung môi chiếc, tách vá khử dầu mỡ làm nguyên liệu cho sản xuất chất keo dính, mực in và các hoá chất quan trọng nhƣ thuốc nổ TNT, dùng trong chiến tranh thế giới II. Bằng phƣơng pháp oxy hoá toluen kết hợp với xúc tác, có thể chế biến đƣợc cồn, benzen, axit benzoic, anhydricmaleic và nhiều sản phẩm hoá học khác . * Xylen: là dung môi tốt cho các chất béo, hắc ín, sáp và nhiều loại nhựa, xylen đƣợc làm dung môi và chất pha loãng trong sơn, tráng men, làm nguyên liệu mực in, keo dính, thuốc trừ sâu, chất màu và tẩy rửa tổng hợp. Trong công nghiệp chế biến xylen còn chủ yếu là: chuyển hoá xylen thành dẫn xuất nitro. Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 19