2 Qúa trình sản xuất anhydirt phthalic bằng phương pháp oxy hóa naphthalene.

Hình 2. Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ naphthalen

3.2.1 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.

Phản ứng hóa học chính xảy ra như sau:

C10H8



+







9/2O2



C6H4(CO)2O +



2CO2 +



2H2O

Các phản ứng phụ xảy ra như sau:

C10H8



+



6O2



C10H8



+



3/2O2







2C2H2(CO)2O + 2CO2 + 2H2O







C10H6O2



+ H2O



3.2.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu.

Nguyên liệu cho quá trình sản xuất anhydrit phthalic bằng phương pháp này

gồm có naphthalen và không khí. Hai nguồn cung cấp napthalen chủ yếu cho

quá trình sản xuất là từ mỏ dầu và desulfua nhựa than đá.

Chất xúc tác ngày nay có khả năng xử lý nguyên liệu naphthalene có hàm lượng

lưu huỳnh cao nhất là 1%. Tuy nhiên, lưu huỳnh trong naphthalene nhựa than đá

là chủ yếu ở dạng thionaphthene, được chuyển thành maleic anhydrit và oxit lưu

huỳnh thay vì anhydride. Các kết quả năng suất của alhydrit phthalic giảm (1%

lưu huỳnh là tương đương với 4,2% thionaphthene) rõ ràng là lý do chính cho

việc sử dụng naphthalene desulfurized.

Các sản phẩm phản ứng của tetralin (1,2,3, 4-tetrahydro-naphthalene) có mặt

trong naphthalene nhựa than đá không được biết đến. Tuy nhiên, Các sản phẩm

rất có thể là anhydride maleic, oxit cacbon và nước. Trong quá trình này, không

khí được lọc rồi nén và đun nóng đến 149 ° C. Không khí nóng sau đó đi vào

đáy lò phản ứng và đi qua một đĩa phân phối không khí trước khi vào chất xúc

tác lớp tầng sôi. Chất lỏng naphthalene , được lưu trữ ở 90 ° C đến 102 ° C,

được bơm từ bể chứa và phun trực tiếp vào ở tầng sôi trên đĩa phân phố không

17



khí . Các naphthalene này ngay lập tức bị bốc hơi và phân tán khắp các lớp khi

nhiệt độ cao dưới sự có mặt của lớp chất xúc tác nó phản ứng ngay với không

khí.

3.2.3 Lò phản ứng

Trong lò phản ứng, tỷ lệ giữa không khí và nguyên liệu naphthalen ( theo

khối lượng) là 10:1 đến 12:1. Tỷ lệ không khí với naphthalene thấp có thể được

thực hiện bởi tác động trơ của các hạt chất xúc tác tốt trong các lò phản ứng ở

tầng sôi. Trong lớp chất lỏng, nhiệt độ được duy trì đồng đều (mức ± 5 ° C)

trong khoảng từ 340 ° C đến 380 ° C. Áp lực lò phản ứng được thiết lập bởi áp

lực tác động ngược trở lại của thiết bị hạ lưu.

Lớp chất xúc tác được chứa trên các tấm, dưới các tấm có các lỗ nhỏ để có thể

thổi không khí vào tầng sôi của lò phản ứng qua các lỗ đó. Nguyên liệu

napthalen được đưa vào lớp chất lỏng nhờ các vòi phun. Trên lớp chất lỏng cần

có khoảng không gian phù hợp, vừa đủ để các chất xúc tác giải quyết các chất

khí trước khi nó đi ra khỏi lò phản ứng. tỷ lệ giữa chiều cao lớp chất lỏng trong

lò phản ứng với đường kính của nó là 3:1. Thời gian cho một quá trình phản ứng

là từ 10 giây đến 20 giây.

Các phản ứng trong lò phản ứng đều là những phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt độ

của thiết bị tăng rất cao. Chính vì vậy, để bảo vệ các thiết bị của lò phản ứng ta

cần có một chế độ làm mát. Thông thường người ta dùng chất tải nhiệt là nước

cho đi bên ngoài lò phản ứng( vỏ thiết bị).

Hiệu suất chuyển đổi trong lò phản ứng là 100%, với mỗi kilogram nguyên liệu

naphthalen sẽ cho ta 0,97 kilogram anhydrit phthalic

3.2.4 Bộ lọc chất xúc tác

Khí thải đi ra khỏi lò phản ứng rồi được làm lạnh tới -260oC trước khi nó vào

bộ lọc chất xúc tác để tránh các phản ứng phụ xảy ra trên các bộ lọc. Các hạt xúc

tác được cuốn, tách ra khỏi dòng khí nhờ thiết kế đặc biệt của lớp lọc có thành

18



phần chủ yếu là gốm. khí này định kì được thổi vào các bộ lọc, các hạt chất xúc

tác sau khi được tách ra sẽ được trả lại vào trong lò phản ứng. trong một số quy

trình thì bộ lọc bằng sợi thủy tinh cũng được sử dụng.

3.2.5 Thiết bị ngưng tụ

Do tỷ lệ không khí với naphthalen trong tầng sôi của lò phản ứng thấp, sản phẩm

là anhydrit phthalic thô thu được tồn tại ở cả hai dạng là rắn và lỏng. Với 40%

anhydirt phthalic thu được ở dạng lỏng trong các bình ngưng tụ, 60% anhydrit

phthalic cfon lại ở dạng rắn được trong các bình ngưng chuyển đổi.Dòng khí

cuối rời khỏi thiết bị chuyển đổi ngưng tụ ở khoảng 66 oC sau đó nó được

chuyển đến thiết bị làm sạch bằng nước hoặc đưa đến lò đốt để loại bỏ. Người ta

sử dụng không khí làm mát thiết bị ngưng tụ bằng cách thổi dòng không khí với

tốc độ thấp trực tiếp vào thiết bị, nó khác cách làm mát lò phản ứng bằng nước.

Sản phẩm thô được lưu trữ dưới dạng chất lỏng ở 149 ° C và áp suất khí quyển.

3.2.6 Qúa trình làm sạch sản phẩm

Anhydrit phthalic thô được lưu trữ ở bể chứa sản phẩm thô sẽ được lấy ra và cho

đi qua tháp trao đổi nhiệt và sau đó sẽ cho đi qua tiếp bể tiền xử lý. Để bổ sung

và để thúc đẩy quá trình tiền xử lý người ta sử dụng thêm một số hóa chất khác.

Hóa chất xử lý bao gồm các anhydride maleic và natri hydroxit. Trong quá trình

Badger-Sherwin-Williams sản phẩm anhydrit phthalic cuối cùng thu được ở các

cột chưng cất hoạt động ở áp suất tuyệt đối là 2.66 kPa. Sản phẩm cuối được đưa

đến các lò đốt để loại bỏ.

Các anhydrit phthalic tinh chế (99,7% tối thiểu) có thể được bơm vào xe bồn để

vận chuyển ở dạng lỏng, hoặc nó có thể được đóng thành bao nếu nó ở dạng rắn

3.2.7. Thiết bị làm sạch

Các đặc tính của khí thải từ thiết bị chuyển đổi ngưng tụ đã gây ra một số khó

khăn trên thiết kế của một thiết bị làm sạch cho các nhà máy sản xuất alhydrit

phthalic như:

19



Việc loại bỏ hiệu quả của các aldehyd và maleic anhydride đòi hỏi nhiều giai

đoạn chứ không phải là một giai đoạn.

Chất lỏng chảy ra từ những thiết bị làm sạch phải được đốt để tránh một vấn đề

ô nhiễm nguồn nước, cần có một hệ thống xử lí chất thải để giảm thiểu khối

lượng của dòng nước thải.

Các hợp chất hữu cơ có trong thiết bị ngưng tụ khí có tính ăn mòn cao, do đó đòi

hỏi việc sử dụng các vật liệu chống ăn mòn.

Thiết bị làm sạch hoạt động ở nhiệt độ từ 35 oC đến 40oC với hiệu quả làm sạch

các chất hữu cơ từ 98% đến 99%. Hiệu quả làm sạch cao là trong điều kiện hoạt

động của thiết bị các hợp chất hữu cơ chỉ tồn tại ở trạng thái rắn. Vật liệu chế

tạo thiết bị là thép không gỉ.

Khí thải của thiết bị ngưng tụ đi vào thiết bị làm sạch với nhiệt độ khoảng 66 oC.

Dung dịch làm sạch được sử dụng trong việc làm sạch ở giai đoạn thứ nhất và

giai đoạn thứ hai, nó tồn tại ở dạng bùn và nó chứa từ 10% đến 12% (tính theo

khối lượng) các hợp chất hữu cơ rắn. Một phần được tái chế để tách các hợp

chất có ích và phần còn lại đem đi đốt ở lò đốt.

Trong giai đoạn thứ hai, khí thải được làm sạch ( khí chứa chủ yếu là axit maleic

chiếm tỷ lệ từ 0,5% đến 3% theo khối lượng) bằng cách pha loãng. Dòng nước

được thêm vào sao với tốc độ sao cho lượng nước thêm vào bằng lượng nước

thải ra từ những thiết bị làm sạch. Dòng khí sau đó đi qua lớp màn sương để khử

trước khi thải ra môi trường ở nhiệt độ 38 oC.

3.2.8 Lò đốt

Lò đốt – là nơi đốt các chất thải ra trong quá trình sản xuất của nhà máy. Có hai

loại lò đốt đó là lò đốt sử dụng ngọn lửa trực tiếp( nhiệt điện) và lò đốt có chất

xúc tác là nhiệt tự động, nó hoạt động ở nhiệt độ từ 427 oC đến 482 oC. Chất xúc

tác được sử dụng là platin, họ platin hoặc hỗn hợp Al-Pt. Lò đốt nhiệt hoạt động

20



ở nhiệt độ 700° C đến 982 ° C và tiêu thụ nhiên liệu tương đương với 279 kJ

mỗi kg alhydrit phthalic sản xuất được. Nhiệm vụ của lò đốt nhiệt chủ yếu là

đốt các chất thải từ các thiết bị làm sạch. Dòng chất lỏng từ thiết bị làm sạch đưa

đến lò đốt và được đưa vào lò đốt bằng cách phun dưới dạng hơi hoặc dạng khí,

cùng với đó là khí đốt cũng được đưa vào( khí đốt có thể là metan) với 25% thể

tích để dùy trì nhiệt độ trong lò đốt khoảng từ 760° C đến 870° C. Nhiệt của

quá trình cháy được thu hồi bằng cách đưa các cuộn dây vào trong lò rồi truyền

cho thiết bị cung cấp hơi nước. Hiệu suất của quá trình chuyển hóa trong lò đốt

rẩ cao và đạt 99,9%

3.2.9 Bể chứa

Bể chứa napthalen được duy trì nhiệt độ từ 85° C đến 100° C, áp suất được duy

trì 1,33 kpa đến 2,67 kpa. Bể chứa được thiết kế có các lỗ thông hơi để kiểm

soát khí thải từ napthalen. Bể chứa sản phẩm anhydrit phthalic thô và anhydrit

phthalic tinh có điều kiện giống với quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ oxylen.

3.2.10 quá trình truyền nhiệt

Quá trình sử dụng hai hệ thống truyền nhiệt bằng chất lỏng hữu cơ. Một là hệ

thống làm nóng và hệ thống làm lạnh thiết bị ngưng tụ. Hai là hệ thống làm sạch

sản phẩm( quá trình tinh chế). Đối với các lò phản ứng thì do nhiệt tỏa ra từ các

phản ứng là rất lớn nên nhiệt độ lò phản ứng rất cao vì vậy để tránh hỏng hóc lò

ta phải có quá trình làm mát. ở đây người ta sử dụng nước để làm mát, tức là

người ta cho dòng nước đi bên ngoài vỏ lò phản ứng một cách liên tục, từ đó

nhiệt độ lò phản ứng được kiểm soát.

3.2.11 Chất xúc tác

Chất xúc tác chính và được sử dụng chủ yếu là vadini oxit bên cạnh đó quá trình

cũng sử dụng chất.



21



Xúc tác sicagen trong quá trình oxy hóa trực tiếp naphthalen trong điều kiện có

không khí để thu được anhydirt phthalic trong các lò phản ứng. Cơ chế của chất

xúc tác tương tự trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ o-xy len. Người ta

sử dụng 0,6g chất xúc tác đối với 1 kg sản phẩm anhydrit phthalic, để làm chậm

tốc độ phản ứng và ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa naphthalen thành những

sản phẩm không mong muốn thì người ta sử dụng K2SO4.

• Công nghệ sản xuất anhydrit phtalic từ Naphtalen của hãng Figure :



22



Mô tả hoạt động:

Napthalene để tạo thành Pthalic anhydride ( lò phản ứng )

• Napthalene và không khí được phép vào các tầng sôi . Napthalene ở dạng

nóng chảy được phun vào các tầng sôi của chất xúc tác trong không khí.

• Nhiệt độ hoạt động là khoảng 600 ° C trong trường hợp này .

• Cuối cùng, hơi + bụi chất xúc tác nhập một đơn vị lốc xoáy để tách các hạt

chất xúc tác và hơi từ các thiết bị phân tách.

•Lò phản ứng tầng sôi được bổ sung với các ống làm mát trong đó dung dịch

muối được lưu thông để cuối cùng có được hơi nước từ lò hơi thu hồi nhiệt

thải.

• Các lò phản ứng không tạo ra lượng lớn axit maleic.

Phương pháp phổ biến nhất cho sản xuất của alhydrit phthalic là bởi quá trình

oxy hóa của o- xylene do tiết kiệm được giá thành cũng như chi phí sản suất.

Alhydrit phthalic được sử dụng trong sản xuất chất dẻo ( phụ gia cho

polymer để cung cấp cho họ linh hoạt hơn ) và các polyeste , trong số những

ứng dụng khác.



23



CHƯƠNG IV

CÔNG NGHÊ SẢN XUẤT ANHYDRIT PHTHALIC TỪ O-XYLEN

4. Nguyên liệu.

4.1 o-xylen

Ortho-xylen được sử dụng chủ yếu trong sản xuất alhydrit phthalic. Trong hỗn

hợp của xylen thì o-xylen có hàm lượng rất lớn( Khoảng 95%), 5% còn lại là mxylen và p-xylen. Trong hỗn hợp xylen thì o-xylen được tách ra bằng phương

pháp chưng cất. Trong giai đoạn đầu tiên của chưng cất là người ta thu hồi mxylen, p-xylen và ethylbenzene để lại một hỗn hợp của o-xylene, C9, và các chất

thơm cao hơn. Giai đoạn tiếp theo cũng bằng phương pháp chưng cất người ta

tách hỗn hợp còn lại thành từng chất riêng biệt, o-xylen được đem đi làm

nguyên liệu sản xuất anhydrit phthalic còn các hợp chất thơm, C9 được dùng

làm dung môi pha trộn trong xăng hoặc làm nguyên liệu cho quá trình khác…

bằng phương pháp chưng cất ta có thể thu được o-xylen có độ sạch đạt 97,5%,

1% là của C9 và các sản phẩm nặng, 1,5% còn lại là của hỗn hợp m-xylen và pxylen.

4.2 oxi

Oxi là chất khí không màu, không mùi ,không vị, năng hơn không khí một ít (1

lít oxi nặng 1,43g)và tan trong nước (ở 200C,một lít nước chỉ hòa tan 31ml oxi)

nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Độ tan của oxi trong nước giảm xuống

khi tăng nhiệt độ. Vì ít tan trong nước nên có thể thu khí oxi băng cát cho lội

qua nước. Khí oxi có thể tan trong một số kim loại nóng chảy và dộ tan của oxi

trong kim loại nóng chảy cũng giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên.



24



Bảng tóm tắt tính chất vật lý của oxi

Tên



Hằng số



Khối lượng nguyên tử



15,9994



Khối lượng phân tử



31,9988



Thể tích rêng (1,1OC,101,3Kpa)



0,754m3/kg



Về hóa tính thì oxy là một chất oxy hóa mạnh, nó Oxi hóa được với hầu hết các

nguyên tố trừ halogen, khí hiếm,vàng và phi kim họ platin.

Tác dụng với kim loại tạo ra oxit kim loại (trừ vàng và bạch kim):

2Ca



+ O2



4Al + 3O2



 2CaO

 2 Al2O3



Tác dụng với phi kim: Oxi tác dụng với photpho ở 60OC,với lưu huỳnh ở

250OC,với hidro ở 300 OC với cacbon (than) ở 700÷800 OC

O2  SO2



S +

4P +



5O2  P2O5



2H2 +



O2



 2H2O



O2



 CO2



O2



 2 NO



C



+



N2 +

Tác dụng với hợp chất :



25



Nhiều hợp chất cháy trong khí oxi dư tạo nên oxit của các nguyên tố có trong

hợp chất đó. Như khí H2S, khí CH4, rượu etylic C2H5OH và pirit FeS2 cháy

theo các phản ứng sau :

2H2S + 3O2



 2SO2 + 2H2O





CH4 + 2O2

C2H5OH + 3O2

4FeS2 + 9O2



CO2 + 2H2O

 2CO2 + 3H2O



 2Fe2SO3 + 6H2O



Trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic thì nguồn cung cấp oxy là không khí.

Không khí là nguồn cung cấp oxy vô tận và trong không khi hàm lượng oxy

tương đối cao (21%).

4.3 Phản ứng tổng hợp anhydrit phthalic từ o-xylen.

C6H4(CH3)2



+



3O2







C6H4(CO)2O



+



3H2O



Xúc tác của phản ứng là V2O5

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ từ 330 OC đến 480 OC, Áp suất khoảng

200kpa

4.4 Các công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen

4.4.1 Công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng MG

Techonologies



26



Hình 3. Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng MG

Techonologies

1. Dòng không khí

được gia nhiệt.



2. Bơm.



3,4 thiết bị gia nhiệt



7. Thiết bị pha trộn



5. Dòng không khí đã



8. Dòng sản phẩm



9 . thiết bị



phản ứng

10. dòng nguyên liệu đã được gia nhiệt



11. Thiết bị gia nhiệt



12. Dòng nguyên liệu o-xylen

13,14 thiết bị gia nhiệt



.15 bơm.



16. Dòng nguyên liệu o-xylen

27