Thiết kế phân xưởng sản xuất metanol từ khí tổng hợp với năng suất 100000 tấn /năm

Lêi më ®Çu Trong c«ng cuéc c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ hiÖn nay cña thÕ giíi nãi chung vµ ViÖt Nam nãi riªng, ngµnh c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬ chiÕm mét vÞ trÝ hÕt søc quan träng, ®Æc biÖt ngµnh c«ng nghiÖp tæng hîp H÷u C¬- Ho¸ DÇu ®· gãp phÇn phôc vô cho ®êi sèng con ng­êi, phôc vô cho sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña nh©n lo¹i. Metanol lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu rÊt quan träng ®Ó s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong c«ng nghiÖp ho¸ chÊt, kho¶ng 85% l­îng metanol s¶n xuÊt ®­îc sö dông nh­ lµ nguyªn liÖu ®Çu hay lµ dung m«i trong c«ng nghiÖp tæng hîp ho¸ häc. PhÇn lín l­îng metanol ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt formandehyt, dïng lµm chÊt trung gian trong tæng hîp metylmetacrylat, dimetylterephtalat, dimetylsunfat, metanol cßn ®­îc dïng lµm chÊt metyl ho¸ ®Ó ®iÒu chÕ metylamin, dimetylanilin. Ngoµi ra, metanol cßn ®­îc sö dông trong hçn hîp víi c¸c s¶n phÈm dÇu má ®Ó lµm nhiªn liÖu, ®iÒu chÕ phÈm nhuém vµ d­îc phÈm, øng dông réng r·i trong lÜnh vùc y häc. Ngµy nay, nhu cÇu sö dông metanol lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬, thay thÕ cho x¨ng ®ang ngµy mét t¨ng lªn v× tr÷ l­îng dÇu má trªn thÕ giíi ®ang c¹n dÇn. Metanol ®­îc s¶n xuÊt tõ nh÷ng ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau, ®i tõ nhiÒu nguyªn liÖu kh¸c nhau. Tuy nhiªn, hiÖn nay do c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ ngµy cµng ph¸t triÓn, l­îng khÝ tæng hîp ®­îc s¶n xuÊt tõ khÝ tù nhiªn vµ c¸c qu¸ tr×mh chÕ biÕn dÇu ngµy cµng nhiÒu h¬n, nhiÒu c«ng nghÖ míi ra ®êi. Do ®ã c«ng nghiÖp s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp còng ®ang trªn ®µ ph¸t triÓn, víi c¸c lo¹i xóc t¸c míi cã ®é chän läc, ®é chuyÓn ho¸ cao. Nhµ m¸y läc dÇu sè mét Dung QuÊt víi c«ng suÊt 6 triÖu tÊn/n¨m s¾p hoµn thµnh ®Ó ho¹t ®éng vµ ®ang phª chuÈn nhµ m¸y läc dÇu sè 2 Nghi S¬n – Thanh Ho¸ víi c«ng suÊt 7 triÖu tÊn/n¨m. Nh­ vËy ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu khÝ ë n­íc ta ®ang b­íc vµo thêi k× míi. Do vËy, viÖc hiÓu biÕt lý thuyÕt ®Ó ¸p dông vµo khoa häc thùc tiÔn víi c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn ®ang lµ vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt ®èi víi mçi sinh viªn. Yªu cÇu thiÕt kÕ nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol hiÖn nay ë n­íc ta còng cÇn ph¶i sím thùc hiÖn. “ThiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp víi n¨ng suÊt 100000 tÊn /n¨m” lµ ®Ò tµi tèt nghiÖp em nghiªn cøu vµ tr×nh bµy. Trong ®å ¸n nµy sÏ tiÕn hµnh ®Ò cËp tíi c¸c vÊn ®Ò lý thuyÕt cã liªn quan. Trªn c¬ së ®ã sÏ xem xÐt thiÕt kÕ mÆt b»ng ph©n x­ëng vµ vÊn ®Ò an toµn lao ®éng. PhÇn I Tæng Quan Lý ThuyÕt Ch­¬ng 1 TÝnh chÊt cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm I. Metanol [1, 2, 5, 6, 7, 10, 11, 15] I.1. Giíi thiÖu chung vÒ Metanol. Metanol cßn cã nh÷ng tªn gäi kh¸c nh­ metylalcol, carbinol hoÆc r­îu gç cã c«ng thøc ho¸ häc lµ CH3OH, khèi l­îng ph©n tö M =32,042 lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu th« rÊt quan träng. N¨m 1988, toµn thÕ giíi s¶n xuÊt ®­îc 19 triÖu tÊn, ®Õn n¨m 1989, s¶n l­îng metanol s¶n xuÊt ®­îc trªn thÕ giíi lµ 21 triÖu tÊn. Trong ®ã kho¶ng 85% l­îng metanol ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp hãa häc nh­ lµ nguyªn liÖu ®Çu hay dung m«i cho qu¸ tr×nh tæng hîp. PhÇn cßn l¹i ®­îc sö dông lµm nhiªn liÖu vµ lÜnh vùc n¨ng l­îng viÖc sö dông nµy ngµy cµng t¨ng. LÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1661 Robert-Boyle ®· thu ®­îc Metanol tõ qu¸ tr×nh cÊt giÊm gç b»ng s÷a v«i, suèt trong kho¶ng 1830 ®Õn 1923 ®ã lµ ph­¬ng ph¸p chñ yÕu nhÊt dïng ®Ó tæng hîp Metanol. N¨m 1985 Berthelot tæng hîp ®­îc Metanol b»ng ph­¬ng ph¸p xµ phßng ho¸ Metylclorua nh­ng ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng cã ý nghÜa thùc tÕ v× ngµy nay ®Ó s¶n xuÊt Metylclorua ng­êi ta ®i tõ nguyªn liÖu lµ Metanol. Vµo kho¶ng n¨m 1923 Metanol ®­îc s¶n xuÊt b»ng ph­¬ng ph¸p tæng hîp tõ CO vµ H2 vµ cho ®Õn ngµy nay nã vÉn lµ ph­¬ng ph¸p ­u viÖt h¬n c¶ ®­îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt Metanol trong c«ng nghiÖp. D­íi gãc ®é kü thuËt, Metanol cã thÓ thay thÕ x¨ng ®Ó ch¹y ®éng c¬, lµm dung m«i cho s¬n, vecni, lµm chÊt kÕt dÝnh, ®iÒu chÕ phÈm nhuém vµ d­îc phÈm... ë nh÷ng quèc gia nh­ Nam Mü, Ch©u ¸, Metanol ®­îc sö dông lµm nhiªn liÖu ®éng c¬ thay thÕ cho x¨ng. Kh¶ n¨ng s¶n xuÊt Metanol tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ tæng hîp ®· ®­îc øng dông réng r·i trªn toµn thÕ giíi. NhiÒu nhµ s¶n xuÊt m¸y Metanol tõ khÝ tù nhiªn ®· ra ®êi. N¨m 1988 d©y chuyÒn nhµ m¸y lín nhÊt ®Æt t¹i Bantarinat (Nam Chile) b¾t ®Çu ho¹t ®éng víi c«ng suÊt 750000 TÊn/n¨m. I.1.1. TÝnh chÊt vËt lý cña Metanol. Metanol (CH3OH) lµ chÊt láng kh«ng mµu, cã mïi ®Æc tr­ng t­¬ng tù Etanol (C2H5OH), trung tÝnh, tan tèt trong n­íc, r­îu, este vµ hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬ kh¸c, nã Ýt hoµ tan trong chÊt bÐo vµ dÇu bëi tÝnh ph©n cùc cña nã. Ngoµi ra, Metanol cßn hoµ tan ®­îc rÊt nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ vµ c¸c lo¹i muèi kh¸c. Metanol lµ chÊt dÔ ch¸y vµ rÊt ®éc víi mét l­îng nhá (kho¶ng 10ml) còng cã thÓ lµm mï m¾t, víi l­îng lín cã thÓ g©y tö vong. B¶ng1. C¸c th«ng sè vËt lý cña Metanol §¹i l­îng Gi¸ trÞ §¬n vÞ ¸p suÊt tíi h¹n 8,098 MPa NhiÖt ®é tíi h¹n 239,49 0C ThÓ tÝch tíi h¹n 117,9 cm3/mol Khèi l­îng riªng tíi h¹n 0,2715 g/cm3 Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ 5,5¸44 %V NhiÖt ®é ®ãng r¾n 97,68 0C NhiÖt ®é ®iÓm ba -97,56 0C ¸p suÊt ®iÓm ba 0,10768 Pa NhiÖt ho¸ h¬i ë 101,3 Kpa 1128,8 kJ/kg §iÓm b¾t ch¸y cèc hë 15,6 0C §iÓm b¾t ch¸y cèc kÝn 12,5 0C §é dÉn ®iÖn (ë 250C) (2¸7).10-9 W-1.cm-1 NhiÖt ®é b¾t ch¸y 470 0C ¸p suÊt h¬i cña Metanol ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh: lnp = 8,999 +(-8,65371.q3/2 – 2,479q5/2 – 1,024q5) Trong ®ã: q=1- T: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi, K. P: ¸p suÊt, KPa. I.1.2.TÝnh chÊt hãa häc cña Metanol. Metanol (CH3OH) lµ mét r­îu no ®¬n chøc. §Æc tr­ng cho lo¹i hîp chÊt nµy lµ kh¶ n¨ng ph¶n øng ®­îc quyÕt ®Þnh bëi nhãm chøc (-OH) c¸c ph¶n øng cña Metanol x¶y ra th«ng qua viÖc ph©n chia mèi liªn kÕt C-O vµ O-H, mµ ®Æc tr­ng lµ sù thay thÕ bëi (-H) hoÆc (-OH), v× oxi cã ®é ©m ®iÖn (3,5) lín h¬n cacbon (2,5) vµ hydro (2,2) nªn c¸c liªn kÕt (C-O) vµ (O-H) ph©n cùc m¹nh vÒ phÝa oxi Cd+®Od-¬Hd+. Sù ph©n cùc ®ã thÓ hiÖn ë momen l­ìng cùc (m, D). CH3 H O 1,5 1,2 1050 a. TÝnh axit, ph¶n øng t¹o muèi. Metanol lu«n thÓ hiÖn tÝnh chÊt cña mét axit yÕu, nã ph©n ly yÕu h¬n c¶ n­íc do gèc alkyl cã hiÖu øng +I. HiÖu øng nµy ®· lµm gi¶m sù ph©n cùc cña liªn kÕt O-H. Khi thay thÕ nguyªn tö H trong nhãm -CH3 cña metanol còng thay ®æi. Metanol cã tÝnh axit yÕu, nã t¸c dông ®­îc víi kim lo¹i kiÒm. VÝ dô: CH3OH + Na ® CH3ONa + 1/2H2 b. Ph¶n øng t¹o thµnh ete vµ este. - Ph¶n øng t¹o thµnh ete: Metanol cã thÓ ph©n hñy khi cã mÆt H2SO4 ®Æc sÏ t¹o thµnh ete: 2 CH3OH CH3-O-CH3 + H2O - Ph¶n øng t¹o thµnh este: Metanol cã thÓ t¸c dông víi axit cacboxylic, víi xóc t¸c axit H2SO4 t¹o thµnh este CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O c. Ph¶n øng t¹o thµnh dÉn xuÊt halogen. Metanol cã thÓ t¸c dông víi Hidrohalogen t¹o thµnh Metylhalogenua. CH3OH + HBr ® CH3OBr + H2O d. Ph¶n øng dehydrat ho¸ t¹o thµnh alken. T­¬ng tù nh­ alkyl halogen bÞ dehydrohalogen hãa t¹o thµnh alkyl. Metanol cã thÓ bÞ dehydrat ho¸ theo ph¶n øng 2 CH3OH ® C2H2 + 2 H2O §Ó thùc hiÖn ph¶n øng trªn ng­êi ta cho h¬i Metanol ®i qua Al2O3 nung nãng hoÆc ®un Metanol víi axitsunfuric ®Æc. e. Ph¶n øng dehydro ho¸. H¬i Metanol ®i qua cét chøa xóc t¸c ®ång (Cu) ë nhiÖt ®é 3000C, sÏ bÞ t¸ch hydro t¹o thµnh aldehyt: CH3OH ® HCHO + H2 f. Ph¶n øng oxi ho¸. Ph¶n øng oxi ho¸ chØ dïng trong c«ng nghiÖp, trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm ng­êi ta dïng c¸c chÊt oxi ho¸ nh­ KMnO4 + H2SO4 hoÆc K2Cr2O7 + H2SO4 , khi ®ã: CH3OH +1/2O2 ® HCHO + H2O CH3OH CH3OH HCOOCH3 CH3(CH2)n-OH (CH3)3COCH3 CH3Cl (CH3))3NH, CH3))3NH CH3NH2, +CO (catalyst) +CO (catalyst) +nCO/H2 (catalyst) +H2C=C(CH3)2 (catalyst) +HCl +NH3 +H2SO4 -H2 (Ag) or +O2(Mo) -H2O (catalyst) CH3-O-CH3 CH2=C-COOCH3 CH3 C6H4(COOCH3)2 SO2(CH3O)2 C2H4 C3H6 HCHO Terephtalic axit Acrylic axit C¸c ph¶n øng quan träng cña metanol trong c«ng nghiÖp ®­îc m« t¶ ë h×nh 1: H×nh 1: C¸c ph¶n øng quan träng cña metanol I.1.3. B¶o qu¶n, tån chøa, vËn chuyÓn. I.1.3.1.TÝnh chÊt ch¸y næ, ®Ò phßng ch¸y næ. Kh¶ n¨ng b¾t löa cña Metanol vµ h¬i cña nã lµ mét vÊn ®Ò quan träng trong an toµn ch¸y næ. §iÓm chíp löa cèc kÝn cña Metanol vµo kho¶ng 12,20C vµ nhiÖt ®é bèc ch¸y lµ 4700C. H¬i Metanol dÔ dµng bèc ch¸y ë nång ®é kho¶ng 5,5 ®Õn 44% thÓ tÝch. ¸p suÊt h¬i riªng phÇn ë 200C lµ 128KPa, v× vËy hçn hîp Metanol - Kh«ng khÝ dÔ dµng b¾t löa ë mét kho¶ng nhiÖt ®é rÊt réng. Metanol tinh khiÕt cã tÝnh dÉn ®iÖn rÊt kÐm. Do vËy, viÖc x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch còng trë nªn quan träng khi vËn chuyÓn vµ tån chøa methanol. ¨Phßng ch¸y: Trong mét kh«ng gian kÝn chøa ®ùng mét l­îng lín Metanol th× viÖc kiÓm tra giíi h¹n ch¸y næ lµ rÊt cÇn thiÕt. CÇn ®Æt c¸c thiÕt bÞ cøu ho¶ trong kho chøa. Phun n­íc lªn c¸c bÓ chøa ®Ó lµm m¸t bÓ, tr¸nh tiÕp xóc víi c¸c ngän löa. ¨Chèng ch¸y: N­íc kh«ng thÝch hîp lµm t¸c nh©n cøu ho¶ ®èi víi mét l­îng lín Metanol. Nªn dïng c¸c t¸c nh©n cøu ho¶ nh­: c¸t, CO2... cã thÓ dËp t¾t ®¸m ch¸y nhá. I.1.3.2.Tån chøa vµ vËn chuyÓn ¨Tån chøa víi l­îng nhá: Víi l­îng nhá Metanol dïng trong phßng thÝ nghiÖm nªn ®ùng b»ng can kim lo¹i. Mét l­îng lín h¬n ®­îc chøa trong c¸c bom b»ng thÐp. Kh«ng nªn dïng c¸c thïng chøa b»ng nhùa ®Ó ®ùng Metanol v× chóng cã tÝnh thÊm. ¨Tån chøa víi l­îng lín: L­îng lín Metanol ®­îc chøa trong c¸c bÓ thÐp h×nh trô t­¬ng øng nh­ bÓ chøa c¸c s¶n phÈm dÇu má. C¸c bÓ chøa h×nh trô cã thÓ tÝch kho¶ng vµi tr¨m ®Õn h¬n 10000m3. Víi nh÷ng bÓ cã m¸i cè ®Þnh, c¸c phÐp ®o ®Æc biÖt ph¶i ®­îc th­êng xuyªn tiÕn hµnh ®Ó ng¨n chÆn sù h×nh thµnh khÝ dÔ b¾t löa trªn bÒ mÆt chÊt láng. §Ó tr¸nh c¸c vÊn ®Ò trªn, ë c¸c bÓ lín ng­êi ta th­êng l¾p c¸c m¸i næi nh­ng ph¶i chó ý b¶o vÖ s¶n phÈm tr¸nh n­íc m­a, hÖ thèng èng vµ b¬m ®­îc chÕ t¹o tõ c¸c lo¹i thÐp th«ng th­êng. C¸c van kho¸ cã thÓ lµm tõ kho¸ng grafit vµ kim lo¹i. Cao su buna-styren, cao su butadien-clo cã thÓ sö dông lµm trôc kho¸. ¨ VËn chuyÓn sè l­îng lín: Trªn thÕ giíi hiÖn nay kho¶ng 30% Metanol ®­îc vËn chuyÓn b»ng ®­êng biÓn tíi nhiÒu quèc gia trªn thÕ giíi. C¸c bÓ chøa cã dung tÝch kho¶ng h¬n 40000 tÊn ®­îc sö dông nh»m phôc vô môc ®Ých nµy. C¸c tµu dïng ®Ó vËn chuyÓn s¶n phÈm dÇu má còng ®­îc sö dông. Ngoµi ra, metanol còng cã thÓ ®­îc vËn chuyÓn b»ng ®­êng kh«ng hay ®­êng bé. Nh­ng còng cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn an toµn ch¸y næ cho ng­êi vµ thiÕt bÞ vËn chuyÓn. I.1.4. øng dông cña Metanol. Ngµy nay, metanol ®­îc dïng rÊt nhiÒu trong c«ng nghiÖp hãa chÊt vµ trong ®êi sèng. HiÖn nay, metanol cã xu h­íng thay thÕ dÇn dÇu má. Nã lµm dung m«i cho s¬n, vecni, lµm chÊt kÕt dÝnh, ®iÒu chÕ phÈm nhuém vµ d­îc phÈm, ngoµi ra cßn dïng cho nhiÒu s¶n phÈm kh¸c. I.1.4.1.Metanol dïng lµm nguyªn liÖu cho c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp ho¸ häc. Metanol ®­îc sö dông nh­ mét nguyªn liÖu cho c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp ho¸ häc, kho¶ng 70% Metanol ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt formandehyt, metyl tert butylete (MTBE), axit axetic, metylmetacrylat, dimetylterephthalate. - Formandehyt (HCHO): Lµ s¶n phÈm quan träng nhÊt ®­îc tæng hîp tõ Metanol. N¨m 1988, 40% Metanol ®­îc dïng ®Ó tæng hîp formandehyt; viÖc s¶n xuÊt formandehyt hµng n¨m t¨ng kho¶ng 3%, nh­ng v× sù t¨ng tr­ëng cña c¸c s¶n phÈm kh¸c cao h¬n nªn l­îng Metanol dïng tæng hîp formandehyt gi¶m ®i. C¸c qu¸ tr×nh ph©n huû ®Òu dùa trªn sù oxihãa metanol víi oxi khÝ quyÓn. Chóng kh¸c nhau nhiÒu so víi nhiÖt ®é vµ tÝnh tù nhiªn cña c¸c lo¹i xóc t¸c ®· ®­îc sö dông. - Metyl tert butyl ete (MTBE ): Ete nµy ®­îc t¹o ra do ph¶n øng gi÷a Metanol víi iso-buten dùa trªn sù trao ®æi ion axit. Ete nµy cã trÞ sè octan cao, lµ cÊu tö cùc k× quan träng ®èi víi viÖc s¶n xuÊt x¨ng kh«ng dïng phô gia ch×. V× vËy mµ l­îng Metamol sö dông cho môc ®Ých nµy ngµy cµng t¨ng, n¨m 1988 cã 20% Metanol ®­îc dïng cho viÖc tæng hîp MTBE. Ng­êi ta dù tÝnh tèc ®é gia t¨ng lªn ®Õn 12% hµng n¨m. Sù cã mÆt cña iso penten ®ang g©y khã kh¨n cho viÖc tæng hîp MTBE. MÆc dï hiÖn nay ng­êi ta ®· c¶i tiÕn b»ng c¸ch x©y dùng c¸c nhµ m¸y ®ång ph©n Butan vµ Hydro hãa iso butan. - Axit axetic (CH3COOH): Kho¶ng 9% Metanol ®­îc dïng ®Ó tæng hîp axit axetic ­íc tÝnh tèc ®é gia t¨ng hµng n¨m 6%. Axit axetic s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cacbonyl hãa Metanol bëi CO ë pha láng víi c¸c xóc t¸c ®ång nhÊt niken-iodua, coban- iodua. C«ng nghÖ BASF lµm viÖc ë 6,5MPa, mét sè c«ng nghÖ hiÖn ®¹i h¬n nh­ Monsanto lµm viÖc ë 5Mpa. B»ng c¸ch thay ®æi ®iÒu kiÖn th× viÖc tæng hîp còng cã thÓ ®­îc trî gióp ®Ó t¹o ra alhydric axit hä¨c metyl axetat - C¸c s¶n phÈm tæng hîp kh¸c: Sau cuéc khñng ho¶ng dÇu má, ®Ó t×m nh÷ng h­íng míi cho viÖc thay thÕ nhiªn liÖu, ng­êi ta ®· ph¸t triÓn nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp nhiªn liÖu tõ khÝ víi Metanol nh­ mét chÊt trung gian. H·ng Mobil cña Hoa Kú ®· ®ãng gãp ®¸ng kÓ cho sù ph¸t triÓn cña qu¸ tr×nh nµy. Hä ®· nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cho ph¶n øng Metanol trªn xóc t¸c zeolit ®Ó tæng hîp x¨ng. Cho tíi nay, vÊn ®Ò quan träng nhÊt trong c«ng nghiÖp lµ qu¸ tr×nh tæng hîp methanol thµnh x¨ng (MTG). Mét nhµ m¸y liªn doanh gi÷a chÝnh phñ T©n T©y Lan vµ h·ng Mobil ®· chuyÓn hãa 4500 TÊn Metanol tõ khÝ thiªn nhiªn thµnh 1700 (tÊn x¨ng/ngµy). Tõ khi gi¸ cña s¶n phÈm dÇu kh«ng t¨ng nh­ mong ®îi, th× ngµy nay ng­êi ta ®ang nghiªn cøu c¸c ph­¬ng thøc chÕ biÕn metanol nguyªn chÊt vµ cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao h¬n. C¸c h­íng tæng hîp kh¸c sÏ trë nªn quan träng khi dÇu má ngµy cµng khan hiÕm. Qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol thµnh c¸c hîp chÊt th¬m (MTA) vµ c¸c hîp chÊt olefin (MTO). C¸c s¶n phÈm nµy ®­îc øng dông réng r·i do nã Ýt g©y ¶nh h­ëng ®Õn m«i tr­êng. Cïng gièng nh­ hçn hîp butan - propan, metanol ®­îc sö dông nh­ mét nhiªn liÖu ph¶n lùc, nh­ng nã ®­îc øng dông phæ biÕn h¬n. V× nã cã ®Æc tÝnh quan träng lµ tÝnh ph©n cùc cña nã cao h¬n nªn nã cã thÓ hßa tan m¹nh h¬n c¸c s¶n phÈm cã mÆt trong c¸c b×nh phun, dimetylete còng ®­îc sö dông lµm dung m«i. Metanol ®­îc sö dông ®Ó tæng hîp mét sè c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nh­: + HCHO: Lµ t¸c nh©n b¶o qu¶n ®Æc biÖt, v× nã cã kh¶ n¨ng lµm ®«ng tô protit nªn nã ®­îc dïng ®Ó ­íp x¸c trong y häc. + C¸c metyleste cña c¸c axit v« c¬: lµm thuèc thö cho qu¸ tr×nh metyl hãa, thuèc næ vµ thuèc trõ s©u. + C¸c metylamin: C¸c d­îc phÈm vµ c¸c chÊt phô trî , hÊp thô c¸c chÊt láng trong qu¸ tr×nh röa vµ lµm s¹ch khÝ. + Tri metyl photphua: ®­îc dïng ®Ó ®iÒu chÕ c¸c lo¹i d­îc phÈm, c¸c lo¹i vitamin,c¸c lo¹i h­¬ng phÈm vµ hãa chÊt tinh khiÕt. +Natri metoxit (CH3ONa). C¸c hîp chÊt trung gian h÷u c¬, c¸c hîp chÊt trung gian, xóc t¸c, c¸c dung m«i, nhiªn liÖu ph¶n lùc. +Metyl halogenua (CH3X): dïng ®Ó ®iÒu chÕ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trung gian, c¸c dung m«i hoÆc nhiªn liÖu ph¶n lùc. +Etylen: C¸c hîp chÊt trung gian h÷u c¬, polime,... I.1.4.2.Metanol ®­îc sö dông nh­ mét nguån n¨ng l­îng Metanol lµ mét chÊt thay thÕ lý t­ëng cho c¸c s¶n phÈm dÇu má. Khi dÇu má trë nªn khan hiÕm hay ®¾t ®á th× Metanol ®­îc sö dông nh­ mét nguån nguyªn liÖu thay thÕ. Sau cuéc khñng ho¶ng dÇu löa vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1970. Mét sè c¸c dù ¸n vÒ øng dông ®· ®­îc triÓn khai dùa trªn gi¶ thiÕt r»ng øng dông cña Metanol s¶n xuÊt tõ than ®¸ cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao h¬n vµ ­íc tÝnh vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1980 th× sÏ trë nªn tèi ­u. Tuy nhiªn vÊn ®Ò gi¸ c¶ vµ sù v­ît tréi vÒ mÆt kü thuËt hoÆc c¸c vÊn ®Ò vÒ m«i tr­êng lµm c¶n trë qu¸ tr×nh s¶n xuÊt khÝ tæng hîp tõ than ®¸; cßn gi¸ c¶ vµ Ých lîi cña dÇu th« còng kh«ng ®¸ng kÓ. GÇn ®©y, tÊt c¶ dù ¸n cã quy m« lín vÒ t×nh h×nh sö dông than ®¸ còng bÞ ngõng l¹i. C¸c nhµ m¸y cã quy m« vËn hµnh lín ®ang bÞ ®ãng cöa hä¨c ®· ®­îc c¶i biÕn ®Ó sö dông c¸c nguyªn liÖu kh¸c. Metanol sö dông lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ x¨ng: ViÖc sö dông metanol lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ «t« ®· ®­îc dÒ cËp tõ nh÷ng n¨m 1920. Tuy nhiªn viÖc sö dông nµy ®· bÞ h¹n chÕ ë nh÷ng ®éng c¬ cao cÊp nh­ nh÷ng lo¹i: Xe ®ua, m¸y bay. Qu¸ tr×nh ch¸y cña Metanol trong ®éng c¬ ®· ®­îc nghiªn cøu trong mét thêi gian dµi. ChÝnh v× vËy mµ Metanol ®­îc xem nh­ mét nhiªn liÖu lÝ t­ëng cho nhiÒu ®éng c¬ do nhiÖt hãa h¬i cao vµ n¨ng suÊt to¶ nhiÖt thÊp nªn rÊt thuËn lîi cho ho¹t ®éng cña c¸c lo¹i m«t«. B¶ng 2. So s¸nh tÝnh chÊt cña metanol vµ x¨ng sö dông trong ®éng c¬ ¤t« TÝnh chÊt X¨ng Metanol Tû träng (kg/l) 0,739 0,793 Gi¸ trÞ n¨ng l­îng (kj/kg) 44300 21528 Tiªu thô kh«ng khÝ (kg/kg) 14,59 6,5 RON 97,7 108,7 MON 89 88,6 RON hçn hîp 120¸130 MON hçn hîp 91¸94 ¸p suÊt h¬i b·o hßa Reid(Kpa) 64 32 Giíi h¹n ®iÓm s«i, 0C 30-¸190 65 NhiÖt hãa h¬i (kj/kg) 335 1174 Lµm l¹nh d­íi d¹ng h¬i víi 1 tû l­îng kh«ng khÝ, 0C 20 122 Metanol cã thÓ ®­îc øng dông trong nhiÒu hçn hîp víi s¶n phÈm dÇu má th«ng th­êng. + M13: Hçn hîp cña 13% metanol víi 2¸3% chÊt hßa tan (vÝ dô nh­ iso propyl alcol) trong nhiªn liÖu «t«. Hçn hîp nµy ®­îc sö dông thuËn lîi bëi v× c¸c hÖ ph©n bè nhiªn liÖu Ýt bÞ thay ®æi. + M15: Lµ hçn hîp 15% metanol vµ phÇn cßn l¹i lµ chÊt hoµ tan víi nhiªn liÖu ¤t«. Sù biÕn ®æi nhiªn liÖu m«t« th× rÊt cÇn thiÕt trong tr­êng hîp nµy. Sù sö dông M15 ®Ó t¨ng trÞ sè octan trong x¨ng kh«ng ch× ®· ®­îc thay thÕ b»ng c¸ch t¨ng c­êng sö dông MTBE + M85: Metanol chøa kho¶ng 15% c¸c hydro cacbon C4¸C5 nã ®­îc dïng ®Ó c¶i tiÕn c¸c tÝnh chÊt, c¶i thiÖn ®iÓm ®«ng ®Æc. Ngoµi ra M85 cßn thÝch hîp cho viÖc sö dông lµm nhiªn liÖu cho c¸c ph­¬ng tiÖn c¶i tiÕn vµ thay ®æi c¸c hÖ sè ph©n bè nhiªn liÖu.. +M100: Metanol nguyªn chÊt lµ nhiªn liÖu ®· ®­îc c¶i biÕn vµ ®iÒu chØnh hoµn thiÖn ®Ó sö dông 100% Metanol lµm nhiªn liÖu. Mét sè sù thay ®æi cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh xö lý metanol còng ®· lµm gi¶m ®­îc l­îng chÊt dÎo sö dông trong hÖ thèng nhiªn liÖu. HÖ thèng ph¸t tia löa ®iÖn ®èt h¬i x¨ng vµ bé chÕ hßa khÝ hoÆc vßi phun nhiªn liÖu còng ®­îc ®iÒu chØnh. Víi M85 vµ M100 th× hçn hîp nhiªn liÖu ph¶i ®­îc ®un nãng s¬ bé bëi v× sù hãa h¬i cña mét l­îng Metanol trong bé chÕ hßa khÝ cã t¸c dông lµm m¸t ë 120K + Metanol lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ Diezen Metanol tinh khiÕt kh«ng thÓ sö dông trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezen do nã cã trÞ sè xetan rÊt thÊp (xÊp xØ 3) vµ rÊt khã tù bèc ch¸y. §Ó tù bèc ch¸y ph¶i phun thªm vµo c¸c phô gia ®Ó lµm t¨ng trÞ sè xetan. +C¸c øng dông kh¸c cña metanol trong nhiªn liÖu c¸c ngµnh ®Æc biÖt: Tr¸i ng­îc víi metanol nguyªn chÊt, viÖc sö dông metanol trong nhiªn liÖu ®éng c¬ « t« kh«ng bÞ giíi h¹n bëi v× xÐt ®Õn tÝnh hßa lÉn vµ ¸p suÊt h¬i. ViÖc sö dông metanol ®Ó tæng hîp MTBE cã thÓ v­ît qu¸ sè l­îng ë møc b×nh th­êng cña nã. Arco - nhµ s¶n xuÊt MTBE lín nhÊt thÕ giíi ®ang thóc ®Èy viÖc sö dông oxinol mét hçn hîp cña metanol vµ tert butanol. Mét ph¸t triÓn n÷a trong viÖc sö dông metanol lµ qu¸ tr×nh Lurgi Octamix. Qu¸ tr×nh nµy sö dông xóc t¸c b«i tr¬n vµ c¸c ®iÒu kiÖn bæ trî (nhiÖt ®é cao, nång ®é CO2 thÊp, nång ®é CO cao) trong qu¸ tr×nh tæng hîp metanol, etanol vµ c¸c alcol cao h¬n. Hçn hîp nay cã thÓ sö dông trùc tiÕp trong nhiªn liÖu ®éng c¬. Sù cã mÆt cña c¸c alcol cao h¬n lµ ®¸ng gi¸ kh«ng chØ lµm t¨ng trÞ sè octan mµchóng cßn cã t¸c dông nh­ c¸c chÊt hßa tan Metanol. Tuy nhiªn, qu¸ tr×nh nµy vÉn kh«ng ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp quy m« lín. Ngoµi ra, metanol ®­îc sö dông lµm t¸c nh©n lµm l¹nh trong nh÷ng hÖ thèng lµm l¹nh. Nã còng ®­îc sö dông nh­ mét chÊt chèng ®«ng, trong c¸c chu tr×nh gia nhiÖt vµ lµm m¸t, bëi v× metanol cã ®é nhít thÊp khi ë nhiÖt ®é thÊp. Tuy nhiªn kh«ng ®­îc sö dông réng r·i lµm chÊt chèng ®«ng ë c¸c ®éng c¬. Metanol còng cã thÓ ®­îc dïng lµm t¸c nh©n hÊp phô trong thiÕt bÞ röa khÝ. T¸ch ®­îc CO2 vµ H2S ë nhiÖt ®é thÊp lµ ­u ®iÓm cña metanol trong qu¸ tr×nh tinh chÕ khÝ mµ kh«ng cÇn c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn hãa kh¸c s©u h¬n. Mét l­îng lín metanol ®­îc sö dông lµm chÊt b¶o vÖ ®­êng èng dÉn khÝ tù nhiªn chèng l¹i sù h×nh thµnh hydrat ë nhiÖt ®é thÊp. Metanol ®­îc thªm vµo khÝ tù nhiªn ë c¸c tr¹m b¬m, ®Ó t¹o thµnh láng trong c¸c èng dÉn vµ thu l¹i cuèi ®­êng èng. Metanol ®­îc øng dông lµm dung m«i còng cã giíi h¹n dï c¸c hçn hîp cña nã cã thÓ ®­îc sö dông réng r·i. I.5.Tèc ®é t¨ng s¶n l­îng Metanol trªn thÕ giíi [12] Gi¸ c¶ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Metanol phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè. Quan träng nhÊt lµ gi¸ cña nguyªn liÖu sö dông trùc tiÕp cho qu¸ tr×nh,gi¸ vèn ®Çu t­ ban ®Çu, gi¸ c¶ cña c¸c bé phËn liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nh­ vËn chuyÓn nguyªn liÖu,vµ c¬ së h¹ tÇng. TÊt c¶ khÝ tù nhiªn, naphta, dÇu nÆng ®un nãng, than cèc, vµ litnhin ®­îc sö dông nh­ c¸c nguyªn liÖu trong c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol. Trong c¸c nhµ m¸y dÇu nÒn vµ ®Ó t¨ng sè l­îng nhµ m¸y th× gi¸ c¶ chñ yÕu ®­îc tÝnh cho gi¸ vèn ®Çu t­ ban ®Çu. §iÒu nµy cã nghÜa lµ, hiÖn nay gi¸ n¨ng l­îng thÊp ®i, c¸c nhµ m¸y gi¸ c¶ ®· æn ®Þnh ë møc cao, do ®ã l·ng phÝ hoÆc tiÕt kiÖm chØ cho phÐp d­íi c¸c ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt. Sù cã mÆt c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng gi÷a gi¸ vèn ®Çu t­ vµ gi¸ vËn hµnh d©y chuyÒn trong c«ng ®o¹n lµm s¹ch khÝ. TÊt c¶ c¸c nhµ m¸y hiÖn hµnh ®ang ®­îc thiÕt kÕ d©y chuyÒn cho viÖc sö dông khÝ tù nhiªn cho vµ mét vµi nhµ m¸y ®· x©y dùng hÖ thèng xö lý naphta (x¨ng nhÑ) còng ®· tõng ®­îc thay ®æi. HiÖn nay trªn thÕ giíi s¶n l­îng metanol thu ®­îc tõ nguån nguyªn liÖu th« chiÕm Ýt h¬n 2 triÖu tÊn trong tæng sè 21 triÖu tÊn s¶n phÈm metanol thu ®­îc tõ khÝ tù nhiªn. ThÞ tr­êng metanol trªn thÕ giíi Sau Amoniac th× l­îng metanol thu ®­îc tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp lµ lín nhÊt. S¶n l­îng toµn thÕ giíi vµo ®Çu n¨m 1989 lµ 21x106 tÊn. Trong n¨m 1988, trªn thÕ giíi s¶n xuÊt ®­îc 19x106 tÊn metanol. §iÒu nµy cã nghÜa lµ hµng n¨m s¶n l­îng metanol trªn thÕ giíi t¨ng 10% (t­¬ng ®­¬ng 1 triÖu tÊn). §­êng cong m« t¶ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt metanol tõ n¨m 1965 ®­îc m« t¶ trªn h×nh vÏ sau: Theo tËp ®oµn c«ng nghiÖp hãa chÊt Mü (CMAI) dù b¸o trong c¸c n¨m tíi qu¸ tr×nh cung cÊp metanol sÏ v­ît nhu cÇu tiªu dïng, sau ®ã ®i vµo xu thÕ c©n b»ng. Theo dù b¸o cña CMAI gi¸ cña metanol n¨m 2001 gi¶m nh­ng nh÷ng n¨m sau ®ã sÏ t¨ng trë l¹i. Dù kiÕn ë thÕ kû 21, nÒn kinh tÕ thÕ giíi sÏ t¨ng tr­ëng tõ 2 ®Õn 4%/n¨m, th× nhu cÇu metanol dù b¸o t¨ng 1,8 ®Õn 3,2%/n¨m. Nh­ vËy cung sÏ v­ît cÇu lµ ®iÒu khã tr¸nh khái. Kh¸c víi dù b¸o Petrochemical CI, tËp ®oµn CMAI dù tÝnh l­îng metanol ®­îc tiªu thô trªn thÕ giíi sÏ t¨ng lªn 27,7 triÖu tÊn trong n¨m 2005. Dù b¸o lÜnh vùc sö dông metanol chñ yÕu trong n¨m tíi vÉn lµ s¶n xuÊt c¸c hãa chÊt nh­ formaldehyt, metylmetacrylat, dimetyletephtalat, dimetylsunfat... Nhu cÇu metanol Ch©u ¸ ®ang t¨ng: Theo nghiªn cøu mang tùa ®Ò Outlook For Assian Metanol market cña c«ng ty Mishubishi Gas Chemical Singapore PTE ®­îc «ng T.O Kubo tr×nh bµy t¹i héi nghÞ metanol thÕ giíi, tæ chøc t¹i Taurpa bang Florida cña Mü ngµy 8-10/12/1997, th× nhu cÇu metanol ë Ch©u ¸ t¨ng do d©n sè. Mét nh©n tè quan träng kh¸c lµ chÝnh phñ c¸c n­íc ë khu vùc nµy ®ang khuyÕn khÝch n©ng cao chÊt l­îng cuéc sèng cho toµn d©n. Dù b¸o vµo n¨m 2003, nhu cÇu metanol sÏ t¨ng thªm 3 triÖu tÊn, do ®ã thÞ tr­êng metanol Ch©u ¸ sÏ t¸c ®éng m¹nh ®Õn thÞ tr­êng metanol trªn thÕ giíi 10 n¨m tíi. Nhu cÇu metanol ë Ch©u ¸ t¨ng nhanh chñ yÕu nhê nhu cÇu cña ngµnh c«ng nghiÖp gç d¸n. §©y lµ mét ngµnh tiªu thô l­îng lín metanol. C¸c dÉn xuÊt cña metanol nh­ Formandehyt (thµnh phÇn chÝnh cña keo d¸n), axit axetic dù kiÕn còng sÏ t¨ng bëi v× nhu cÇu mono vinylaxetat (VAM) vµ axit terephtalic tinh khiÕt còng t¨ng nhanh. Ngµnh s¶n xuÊt MTBE còng t¨ng, nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt míi sÏ ®­îc x©y dùng t¹i Singapo, Indonesia, Trung Quèc vµ c¸c quèc gia kh¸c, c¸c dÉn xuÊt kh¸c cña metanol nh­ Metylmetacrylat (MMA) vµ poly axetat sÏ duy tr× ®­îc møc ph¸t triÓn ë Ch©u ¸. B¶ng 3 : Nhu cÇu metanol cho s¶n xuÊt c¸c dÉn xuÊt cña nã N¨m Tªn dÉn xuÊt 1992 1998 1999 2000 2001 2002 Formandehyt 2613 2674 2753 2797 2831 2849 Axit axetic 483 574 609 849 1199 1199 MTBE 667 686 678 729 839 839 MMA 254 278 364 406 406 471 C¸c dÉn xuÊt kh¸c 2318 2460 2555 2655 2754 2836 Tæng 6335 6681 6959 7436 8029 1740 Trong ®ã ë §«ng Nam ¸, NhËt B¶n, Hµn Quèc vµ §µi Loan phô thuéc l­îng metanol nhËp khÈu. Hµn Quèc tiªu thô metanol t¨ng 1 triÖu tÊn trong mçi n¨m, c¸c dÉn xuÊt nh­ formandehyt, axit axetic vµ MTBE lµ c¸c øng dông chñ yÕu cña metanol ë Hµn Quèc. Trung Quèc: lµ n­íc tiªu thô metanol ®øng thø hai Ch©u ¸, dù kiÕn n¨m 2002 nhu cÇu sö dông sÏ ®¹t 2 triÖu tÊn/n¨m. Formandehyt lµ dÉn xuÊt ®­îc øng dông nhiÒu nhÊt. Nhu cÇu MTBE còng sÏ t¨ng do nhu cÇu sö dông nhiªn liÖu s¹ch. C«ng suÊt cña nhµ m¸y metanol Trung Quèc chØ trong kho¶ng 50000 tÊn/n¨m ®Õn 200000 tÊn/n¨m. NhËt B¶n lµ n­íc tiªu thô metanol lín nhÊt khu vùc, tuy nhiªn t­¬ng lai nhu cÇu sö dông metanol cña NhËt sÏ t¨ng ®¸ng kÓ do chi phÝ x©y dùng trong n­íc qu¸ cao. NhËt B¶n ®ang ph¸t triÓn øng dông c«ng nghÖ míi trong metanol nh­ lµ nhiªn liÖu cho «t« vµ s¶n xuÊt ®iÖn. §µi Loan còng ®ang sö dông metanol. Mét sè d©y chuyÒn MMA vµ POM míi sÏ ®i vµo ho¹t ®éng n¨m 2001. Tuy nhiªn vÉn cã mét sè nhµ m¸y metanol trong khu vùc nµy bÞ ®ãng cöa do kh¶ n¨ng c¹nh tranh kÐm. Ên ®é: møc tiªu thô metanol ë Ên ®é t¨ng nhanh, c«ng suÊt metanol hiÖn cã ë n­íc nµy ®¸p øng ®ñ nhu cÇu trong n­íc. Tuy nhiªn giao th«ng vËn t¶i vËn chuyÓn khã kh¨n g©y ra mÊt c©n ®èi gi÷a c¸c khu vùc Newzeland: lµ n­íc xuÊt khÈu metanol lín nhÊt Ch©u ¸ Th¸i B×nh D­¬ng. N­íc nµy cã 4 nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol víi tæng c«ng suÊt 2,4 triÖu tÊn/n¨m. §«ng Nam ¸: Ngµnh c«ng nghiÖp gç ph¸t triÓn m¹nh cña §«ng Nam ¸ ®ang tiªu thô nhiÒu keo d¸n víi thµnh phÇn chÝnh lµ formandehyt. MTBE t¨ng m¹nh ®­îc s¶n xuÊt tõ Th¸i Lan vµ Singapore. Nhu cÇu ®èi víi axit axetic còng ®ang t¨ng m¹nh. Hai dù ¸n metanol víi c«ng suÊt 500000 tÊn/n¨m ®· ®­îc th«ng b¸o x©y dùng t¹i Malaysia vµ Singapore. Mét sè d©y chuyÒn s¶n xuÊt MMA ®· ®i vµo ho¹t ®éng n¨m 1998 ë Singapore vµ 1999 ë Th¸i Lan. Hai ®Ò ¸n POM dù kiÕn sÏ x©y dùng ë Malaysia vµ Singapore. §«ng Nam ¸ hiÖn ch­a ®¸p øng ®­îc nhu cÇu metanol nh­ng d©y chuyÒn metanol c«ng suÊt 600000 tÊn/n¨m ë Indonesia sÏ sím ®¸p øng nhu cÇu metanol ë khu vùc nµy. ë n­íc ta hÇu hÕt l­îng metanol s¶n xuÊt ra ®Òu ®­îc dïng trong y häc nh­ thuèc g©y mª, ­íp x¸c vµ vËn dông trong ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c (dung m«i cho s¬n, vecni, lµm chÊt kÕt dÝnh, ®iÒu chÕ phÈm nhuém vµ d­îc phÈm ...). Cïng víi sù ph¸t triÓn cña ®Êt n­íc nhu cÇu metanol cña n­íc nhµ ngµy cµng t¨ng, ®Ó ®¸p øng vÊn ®Ò cÊp thiÕt nµy ta ph¶i x©y dùng c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt víi sè l­îng lín. Nãi tãm l¹i, nhu cÇu metanol cña Ch©u ¸ sÏ tiÕp tôc t¨ng, tuy nhiªn møc t¨ng kh«ng ®ång ®Òu gi÷a c¸c n­íc trong khu vùc. NhËt B¶n vµ Hµn Quèc cã nhu cÇu t¨ng chËm, tr¸i l¹i nhu cÇu cña §µi Loan t¨ng m¹nh. Trung Quèc sÏ x©y dùng nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt míi. Khu vùc nµy vÉn ph¶i nhËp khÈu nhiÒu metanol. Do ®ã cÇn x©y thªm c¸c hÖ thèng hËu cÇn ë tõng vïng vµ gi÷a c¸c vïng trong khu vùc. II. KHÝ TæNG HîP [3, 10] II.1.TÝnh chÊt cña H2 II.1.1.TÝnh chÊt vËt lý ë ®iÒu kiÖn th­êng hydro lµ chÊt khÝ gåm c¸c ph©n tö 2 nguyªn tö H. §ã lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, kh«ng vÞ, nhÑ h¬n kh«ng khÝ gÇn 14,5 lÇn (dH2/kk=MH2/Mkk»2/29). Hydro lµ khÝ nhÑ nhÊt so víi c¸c chÊt khÝ kh¸c, nªn khuÕch t¸n nhanh nhÊt. Nã lµ chÊt khÝ dÉn nhiÖt tèt, ë nhiÖt ®é cao H2 cã thÓ khuÕch t¸n qua kim lo¹i. Ph©n tö Hydro cã m«men l­ìng cùc b»ng kh«ng, kÝch th­íc nhá, nªn Hydro cã nhiÖt ®é nãng ch¶y (-259,10C) vµ nhiÖt ®é s«i (-252,60C) rÊt thÊp. Hydro rÊt Ýt tan trong n­íc vµ c¸c dung m«i h÷u c¬. Mét lÝt n­íc cã thÓ hßa tan ®­îc 19 ml khÝ hydro ë 150C vµ 1at. Hydro tan tèt trong mét sè kim lo¹i. VÝ dô mét thÓ tÝch Paladi cã thÓ hßa tan 1000 thÓ tÝch Hydro ë ®iÒu kiÖn th­êng. II.1.2. TÝnh chÊt ho¸ häc. a. TÝnh bÒn nhiÖt cñaHydro Ph©n tö hydro rÊt bÒn, nã chØ b¾t ®Çu ph©n huû thµnh nguyªn tö ë nhiÖt ®é kho¶ng 2000K theo ph¶n øng: H2 2H DH298= 432Kj ë ¸p suÊt 1atm vµ 2000 K sù ph©n hñy thµnh nguyªn tö ë nhiÖt ®é nµy kho¶ng 0,1% cßn ë 5000 K lµ 95%. Do tÝnh bÒn nhiÖt, hydro Ýt ho¹t ®éng ë nhiÖt ®é th­êng, trõ mét sè tr­êng hîp khi cã mÆt chÊt xóc t¸c. b. TÝnh khö cña hydro ë nhiÖt ®é th­êng v¾ng mÆt chÊt xóc t¸c, hydro hÇu nh­ chØ ph¶n øng víi flo t¹o thµnh HF. Hçn hîp cïng thÓ tÝch cña hydro vµ flo næ ngay ë nhiÖt ®é thÊp. ë nhiÖt ®é cao hydro cã thÓ chiÕm oxi cña nhiÒu hîp chÊt, ®a sè lµ cña oxit kim lo¹i. H2 (K) + CuO (r) Cu(r) +H2O (K) Ph¶n øng khö oxit kim lo¹i b»ng hydro th­êng ®­îc dïng ®Ó ®iÒu chÕ mét sè kim lo¹i nh­ Mo, W ... Hydro còng ch¸y trong khÝ quyÓn Clo t¹o thµnh HCl, ®©y lµ mét ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ axit Clohidrit trong c«ng nghiÖp. Hydro chØ ph¶n øngvíi Brom, Iot vµ l­u huúnh ë nhiÖt ®é cao. Ph¶n øng gi÷a hydro vµ nit¬ ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp ®Ó tæng hîp Amoniac. Ph¶n øng nµy ®­îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao, ¸p suÊt cao vµ cã mÆt chÊt xóc t¸c. c. TÝnh oxi ho¸ cña hydro Khi cho mét dßng khÝ hydro ®i qua kim lo¹i kiÒm hoÆc kiÒm thæ ë nhiÖt ®é cao sÏ thu ®­îc hydrua ion chøa anion H- . 2Na + H2 2NaH II.2. TÝnh chÊt cña cacbon oxyt CO II.2.1. TÝnh chÊt vËt lý. Cacbon oxyt (CO) lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, khã ho¸ láng, cã khèi l­îng ph©n tö MCO = 28,009, nãng ch¶y ë nhiÖt ®é tnc= - 205,10C, nhiÖt ®é s«i ts= - 191,50C, tan Ýt trong n­íc rÊt bÒn víi nhiÖt ®é chØ tham gia ph¶n øng ë nhiÖt ®é cao, cacbonoxyt lµ chÊt khÝ rÊt ®éc. ë nhiÖt ®é th­êng CO Ýt häat ®éng, c¸c ph¶n øng cña nã th­êng x¶y ra ë nhiÖt ®é cao. II.2.2. TÝnh chÊt ho¸ häc. a. Ph¶n øng víi oxy ë nhiÖt ®é th­êng, CO kh«ng ph¶n øng víi oxi, nh­ng nã ch¸y trong kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é 7000C. CO(k) + 1/2O2 CO2(k) DH0298=-283KJ. Ph¶n øng táa nhiÖt m¹nh nªn CO ®­îc dïng lµm nhiªn liÖu. b. Ph¶n øng víi clo Khi cã mÆt ¸nh s¸ng mÆt trêi hoÆc cã than ho¹t tÝnh xóc t¸c, CO t¸c dông víi clo t¹o thµnh photgen COCl2. CO + Cl2 COCl2 Photgen cùc k× ®éc, Photgen lµ s¶n phÈm c«ng nghiÖp quan träng, ®­îc dïng víi s¶n xuÊt nhiÒu chÊt h÷u c¬ vµ v« c¬. c. Ph¶n øng víi hydro Ph¶n øng d­íi sù cã mÆt cña ZnO ®­îc ho¹t ho¸ b»ng Cu ë kho¶ng 2500C vµ ¸p suÊt 50 atm sÏ t¹o ra Metanol. CO + 2H2 CH3OH Ph¶n øng nµy ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp tæng hîp Metanol. d. T¸c dông víi kim lo¹i Cacbon oxit t¸c dông víi nhiÒu kim lo¹i t¹o thµnh cacbonyl kim lo¹i. 4CO + Ni Ni(CO)4 Nikentetracacbonyl Ni(CO)4 lµ chÊt láng, kh«ng mµu, dÔ bay h¬i, ph©n huû ë 1800C cho niken tinh khiÕt. Liªn kÕt hãa häc trong c¸c cacbonyl lµ liªn kÕt cho nhËn mµ CO lµ chÊt cho. e. Ph¶n øng chuyÓn hãa CO thµnh CO2 b»ng h¬i n­íc: CO+H2O CO2 +H2 f. Ph¶n øng metan hãa. CO +3H2 CH4 +H2O II.3. TÝnh chÊt cña cacbon dioxyt CO2 II.3.1. TÝnh chÊt vËt lý Cacbon dioxyt cßn gäi lµ khÝ cacbonic hoÆc anhydric cacbonic c«ng thøc lµ CO2, khèi l­îng ph©n tö MCO2 = 44,008. Cacbon dioxyt lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, cã mïi vµ vÞ chua, nÆng h¬n kh«ng khÝ, dÔ ho¸ láng vµ ho¸ r¾n, Ýt tan trong n­íc, kh«ng ®éc nh­ng lµm ng¹t thë nÕu nång ®é lín. KhÝ CO2 cïng víi CH4, CFC (carbon cloroflorua), h¬i n­íc lµ nh÷ng chÊt hÊp thô kho¶ng 20% n¨ng l­îng mÆt trêi chiÕu xuèng tr¸i ®Êt. Tuy nhiªn, CO2 cho nhiÖt ®é trªn mÆt ®Êt t¨ng lªn (hiÖu øng nhµ kÝnh). II.3.2. TÝnh ch._.Êt ho¸ häc. Ph©n tö CO rÊt bÒn ë ®iÒu kiÖn th­êng, ë nhiÖt ®é cao nã bÞ ph©n huû mét phÇn: 2CO2 CO + O2 Nªn nã cã tÝnh chÊt oxyho¸ yÕu h¬n vµ ph¶n øng khö nã x¶y ra khã kh¨n, trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp carbondioxit oxihãa ®­îc hydro, mét sè kim lo¹i m¹nh nh­ Mg, Al: CO2 + 2Mg C + 2MgO Ph¶n øng metan hãa: CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Do ®é bÒn lín nªn CO2 ®­îc dïng ®Ó ch÷a ch¸y, trõ tr­êng hîp c¸c kim lo¹i m¹nh ch¸y. CO2 t¸c dông ®­îc víi H2 ë nhiÖt ®é cao vµ cã mÆt xóc t¸c, t¹o Metanol, ®©y lµ mét ph¶n øng quan träng trong tæng hîp Metanol. CO2 + 3H2 CH3OH + H2O II.4.TÝnh chÊt cña Metan II.4.1. TÝnh chÊt vËt lý ë nhiÖt ®é th­êng, metan lu«n lu«n ë d¹ng khÝ, nã cã nhiÖt ®é s«i rÊt thÊp qs=-1600C. Tû khèi cña metan d = 0,416. II.4.2. TÝnh chÊt hãa häc Metan lµ chÊt Ýt häat ®éng hãa häc, chóng tr¬ víi c¸c t¸c nh©n ion nh­ axit, baz¬, chÊt oxiho¸ trong m«i tr­êng n­íc, nh­ng chóng dÔ dµng tham gia ph¶n øng thÕ víi nguyªn tö vµ gèc tù do, nã chØ cã ph¶n øng thÕ vµ ph©n huû, kh«ng tham gia ph¶n øng céng. T¸c dông víi halogen T¸c dông víi halogen cho ph¶n øng ph©n huû CH4 + 2Cl2 C + 4HCl - T¸c dông víi Halogen cho ph¶n øng thÕ: Clo vµ Br cã thÓ t¸c dông víi metan ë nhiÖt ®é th­êng d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng: T¸c dông víi HNO3 Metan kh«ng t¸c dông víi axit nitric ®Æc ë nhiÖt ®é th­êng, khi n©ng cao nhiÖt ®é lªn, HNO3 ®Æc sÏ oxiho¸ chËm h¬n HNO3 lo·ng. CH4 +HNO3 CH3NO2 + H2O Ph¶n øng víi axit sulfuric Metan kh«ng ph¶n øng víi axit sulfuric ®Æc ë nhiÖt ®é th­êng. NÊu nãng nhÑ axit bèc khãi víi metan x¶y ra ph¶n øng thÕ CH4 + HO SO3H CH3SO3H + H2O Ph¶n øng oxiho¸ ë nhiÖt ®é th­êng oxi kh«ng t¸c dông víi metan, nhiÖt ®é cao bèc ch¸y vµ t¹o thµnh khÝ cacbonic vµ n­íc CH4 + 2O2 CO2 +H2O CH4 + 1/2O2 CO2 +H2O NhiÖt ®é cao t­¬ng ®èi cao ph¶n øng oxiho¸ tiÕn hµnh m·nh liÖt, kh«ng ch¸y. Qu¸ tr×nh nµy th­êng dïng xóc t¸c lµ muèi Mn t¹o thµnh c¸c axit h÷u c¬. CH4 + 2O2 CO2 +H2O e) Reforming h¬i n­íc s¬ bé CH4 + H2O CO +3H2 CH4 +H2O CO2 +4H2 Ch­¬ng 2 S¬ l­îc vÒ khÝ tù nhiªn vµ c«ng nghÖ chuyÓn hãa khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp [1, 6, 7, 10] I. Giíi thiÖu vÒ khÝ tù nhiªn. [1, 6] KhÝ tù nhiªn ®­îc khai th¸c tõ c¸c má khÝ trong lßng ®Êt lµ hçn hîp c¸c hydrocacbon cña d·y Metan gåm cã: Metan, Etan, Propan, Butan... Ngoµi ra trong thµnh phÇn cña khÝ cßn cã: He, N2, CO2, H2S, ... Metan lµ thµnh phÇn chÝnh trong khÝ tù nhiªn nã chiÕm ®Õn 98% theo thÓ tÝch. KhÝ tù nhiªn ®­îc sö dông chñ yÕu lµm nhiªn liÖu cho c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng, lµm nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬, nguyªn liÖu s¶n xuÊt ph©n ®¹m, s¶n xuÊt Etylen, Metanol... N­íc ta cã nguån tµi nguyªn khÝ t­¬ng ®èi dåi dµo, c¸c má nh­ TiÒn H¶i tr÷ l­îng kho¶ng 250 tû m3, má Lan T©y, Lan §á cã tr÷ l­îng 58 tû m3 lµ c¬ së cho chóng ta ph¸t triÓn c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ còng nh­ cung cÊp nguån nhiªn liÖu ®èt cho c«ng nghiÖp. Ngµy nay, tõ khÝ tù nhiªn ng­êi ta ®· cã thÓ tæng hîp ®­îc hµng tr¨m s¶n phÈm kh¸c nhau, phôc vô cho ®êi sèng con ng­êi vµ c¸c ngµnh kinh tÕ kh¸c. Ngoµi Metan c¸c s¶n phÈm kh¸c cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ còng ®­îc sö dông cho c«ng nghÖ tæng hîp ho¸ dÇu nh­: Etan dïng s¶n xuÊt Etylen, PV..., Propan dïng s¶n xuÊt Propylen, PVC, PP, izo-butan dïng ®iÒu chÕ izo-buten vµ cao su butyl kh«ng thÊm khÝ, s¶n xuÊt LNG, CNG. Ngoµi ra, sö dông khÝ tù nhiªn tù nhiªn ®Ó tæng hîp metanol víi quy m« c«ng nghiÖp lµ ph­¬ng ph¸p ­u viÖt. §Ó tæng hîp metanol tõ khÝ tù nhiªn ph¶i qua c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp. KhÝ tæng hîp lµ mét trong c¸c nguån nguyªn liÖu hãa häc quan träng nhÊt hiÖn nay. Ban ®Çu khÝ tæng hîp chñ yÕu ®­îc dïng ®Ó tæng hîp Amoni, ®©y lµ mét hîp chÊt hãa häc cã øng dông rÊt lín. Trong qu¸ tr×nh tæng hîp amoni, c¸c nhµ khoa häc ®· ph¸t hiÖn vµ nghiªn cøu thµnh c«ng qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c hîp chÊt h÷u c¬ chøa Oxy trong ®ã cã metanol. KhÝ tæng hîp lµ hçn hîp cña cacbon monoxit (CO) vµ hydro (H2) víi thµnh phÇn rÊt ®a d¹ng tuú theo khÝ tæng hîp. Tõ ®ã khÝ tæng hîp trë thµnh nguån nguyªn liÖu kh«ng thÓ thiÕu ®­îc trong c«ng nghiÖp hãa häc. II. C¸c ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt khÝ tæng hîp [1, 10, 11] KhÝ tæng hîp cã thÓ s¶n xuÊt tõ nhiÒu nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau, theo nhiÒu ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt kh¸c nhau. Nguån nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt khÝ tæng hîp cã thÓ lµ r¾n hay khÝ, th«ng th­êng ng­êi ta s¶n xuÊt khÝ tæng hîp theo c¸c con ®­êng sau ®©y: §i tõ than cèc: C + H2O CO + H2 - 28,6 Kcal C + 2H2O CO2 + 2H2 - 19 Kcal §i tõ hydrocacbon III. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp [1, 10] III.1.C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh. Qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp ®ßi hái nh÷ng yªu cÇu kü thuËt nghiªm ngÆt, tuú theo môc ®Ých sö dông khÝ tæng hîp mµ ng­êi ta ®iÒu chØnh tû lÖ c¸c cÊu tö chÝnh cña hçn hîp cho phï hîp. Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp cã 4 ph¶n øng chÝnh quan träng sau: Ph¶n øng chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n­íc CH4 + H2O CO + 3H2 - 206,8 , KJ/mol Ph¶n øng chuyÓn ho¸ mét phÇn Metan thµnh CO2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 - 166,3 , Kj/mol Ph¶n øng oxyhãa kh«ng hoµn toµn Metan b»ng Oxy CH4 + 1/2O2 CO + 2H2 + 35,7 , Kj/mol Ph¶n øng chuyÓn ho¸ kh« CH4 + CO2 2CO + 2H2 - 246 , Kj/mol Ph¶n øng chuyÓn ho¸ CH4 bëi h¬i n­íc t¹o CO vµ H2 lµ ph¶n øng quan träng nhÊt, cho tû lÖ CO/H2 thÝch hîp víi qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol. III.2. C¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt III.2.1. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n­íc §©y lµ c«ng nghÖ sö dông phæ biÕn cho qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol vµ Amoniac. C«ng nghÖ nµy ®­îc h·ng Haldor Topsoe (§an m¹ch) sö dông s¶n xuÊt khÝ tæng hîp cho qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol vµ Amoniac. H×nh 3. S¬ ®å c«ng nghÖ chuyÓn hãa b»ng h¬i n­íc cña h·ng Haldor Topsoe Th¸p t¸ch l­u huúnh Th¸p lµm Èm khÝ Th¸p chuyÓn ho¸ ThuyÕt minh: KhÝ tù nhiªn ®­îc chuyÓn hãa b»ng h¬i n­íc trªn xóc t¸c niken ®Æt trong c¸c èng ph¶n øng. ThiÕt bÞ chuyÓn hãa bao gåm c¸c èng chøa ®Çy xóc t¸c xÕp thµnh hµng, ®­îc ®èt nãng do bøc x¹ nhiÖt tõ thµnh lß. HÖ thèng ®Çu vµo vµ ra ®­îc thiÕt kÕ ®Æc biÖt ®Ó lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, nhiÖt ®é ®Çu vµo cña thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ lªn tíi 6500C nhiÖt ®é ®Çu ra lµ 8950C. Tû lÖ mol h¬i n­íc trªn Hydrocacbon kho¶ng 1...3,5 tïy thuéc vµo môc ®Ých sö dông khÝ tæng hîp ë c«ng ®o¹n sau. III.2.2. Qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ cã xóc t¸c Autothermic refoming (ATR) Qu¸ tr×nh nµy dùa trªn c¬ së ph¶n øng gi÷a metan víi oxi vµ h¬i n­íc. Tiªu biÓu cho c«ng nghÖ nµy lµ c«ng nghÖ cña h·ng Howe Baker Engineers. H× nh 4 : S¬ ®å c«ng nghÖ ATR cña h·ng Howe Baker Engineers ThuyÕt minh: Nguyªn liÖu ®­îc gia nhiÖt s¬ bé t¹i thiÕt bÞ gia nhiÖt, t¸ch t¹p chÊt chøa l­u huúnh sau ®ã hçn hîp víi h¬i n­íc vµ CO2 tuÇn hoµn (nÕu cÇn). Hçn hîp ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ chuyÓn hãa chøa xóc t¸c, nã ®­îc ®èt ch¸y t¹i buång ®èt ë phÝa trªn cña thiÕt bÞ, ph¶n øng oxi ho¸ mét phÇn x¶y ra t¹i vïng ch¸y, sau ®ã qua líp xóc t¸c tiÕp tôc chuyÓn hãa b»ng h¬i n­íc. Hçn hîp khÝ ra khái thiÕt bÞ ATR cã nhiÖt ®é 1000...11000C. III.2.3.C«ng nghÖ tæ hîp Khi yªu cÇu ph¶i khèng chÕ chÆt chÏ tû lÖ H2/CO trong khÝ tæng hîp, hoÆc t¨ng ¸p suÊt ®ång thêi tiÕt kiÖm Oxy ng­êi ta sö dông qu¸ tr×nh tæ hîp gåm cã thiÕt bÞ chuyÓn hãa s¬ cÊp vµ thø cÊp. Trong thiÕt bÞ ph¶n øng s¬ cÊp, khÝ tù nhiªn ®­îc chuyÓn hãa b»ng mét dßng h¬i n­íc nhá sau ®ã nã ®­îc dÉn vµo thiÕt bÞ chuyÓn hãa thø cÊp cã xóc t¸c thùc hiÖn tiÕp qu¸ tr×nh chuyÓn hãa tù nhiÖt nhê bæ sung oxy. H×nh 5- S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh tæ hîp ­u ®iÓm cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ tæ hîp lµ ¸p suÊt cã thÓ t¨ng tíi 3,5- 4,5 MPa do sù gi¶m nhiÖt ®é ®Çu ra cña giai ®o¹n chuyÓn hãa s¬ cÊp, dÉn ®Õn gi¶m ®­îc 50% c«ng suÊt m¸y nÐn so víi qu¸ tr×nh chuyÓn hãa b»ng h¬i n­íc. IV. Qu¸ tr×nh lµm s¹ch khÝ tæng hîp. KhÝ tæng hîp tr­íc khi ®em ®i sö dông cÇn ph¶i lµm s¹ch cÈn thËn v× c¸c hîp chÊt cña l­u huúnh, c¸c axit lµm háng xóc t¸c. KhÝ CH4, CO2, N2... Tuy kh«ng ¶nh h­ëng tíi xóc t¸c nh­ng lµm gi¶m ¸p suÊt riªng phÇn cña CO vµ H2, lµm gi¶m hiÖu suÊt vµ ph¶i t¨ng thÓ tÝch xóc t¸c. Do ®ã khÝ tæng hîp ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu: -L­îng hîp chÊt chøa l­u huúnh vµ axit kh«ng qu¸ 0,0028 g/m3. -Bôi kh«ng qu¸ 0,04 g/m3. -L­îng khÝ tr¬ kh«ng qu¸ 15% nÕu l­îng khÝ tr¬ tõ 20 ®Õn 25% th× s¶n phÈm ra sÏ xÊu. -Ph­¬ng ph¸p lµm s¹ch: Dïng n­íc röa bôi vµ nhùa ë tr¹ng th¸i tæng hîp, muèn lµm s¹ch nh÷ng h¹t bôi nhá ph¶i dïng thiÕt bÞ läc ®iÖn, sau ®ã tiÕn hµnh t¸ch l­u huúnh. Thæi khÝ tæng hîp (cã chøa 100 ¸ 150g H2S vµ 12 ¸ 15g hîp chÊt h÷u c¬ cã S trong 100m3 khÝ) qua líp Fe(OH)3 ë nhiÖt ®é th­êng. 2Fe(OH)3 + 3H2S Fe2S3 + 6H2O Dïng kh«ng khÝ t¸i sinh quÆng s¾t. Fe2S3 +3/2O2 Fe2O3 + 3S Sau khi lµm s¹ch s¬ bé l­îng H2S cßn 0,002 ¸ 0,005 g/m3 vµ l­îng hîp chÊt l­u huúnh h÷u c¬ cßn 0,1 - 0,2 g/m3. KhÝ thu ®­îc ®em lµm s¹ch lÇn hai chñ yÕu ®Ó t¸ch l­u huúnh h÷u c¬. Hîp chÊt l­u huúnh h÷u c¬ cã trong khÝ tæng hîp th­êng lµ CS2, khi cho ®i qua líp quÆng s¾t, CS2 bÞ Hydro hãa bëi H2 cã trong khÝ tæng hîp. CS2 + 4 H2 2H2S + CH4 CS2 + 2H2 2H2S + C Ngoµi ra cã thÓ dïng than ho¹t tÝnh ®Ó hÊp phô H2S hay etanolamin 10 ®Õn 15% ë nhiÖt ®é 30 ¸ 350C etanolamin t¹o thµnh víi H2S mét hîp chÊt kh«ng bÒn. Ch­¬ng 3 C«ng nghÖ tæng hîp Metanol tõ khÝ tæng hîp [1, 2, 5, 7, 10, 13, 14, 15] I. C¬ së ho¸ - lý cña qu¸ tr×nh Sù t¹o thµnh Metanol tõ khÝ tæng hîp ®­îc tiÕn hµnh theo ph¶n øng sau: CO + 2H2 CH3OH , DH300K = - 90,77 KJ/mol. (1) CO2 + 3H2 CH3OH + H2O, DH300K = - 49,16 KJ/mol. (2) C¶ hai ph¶n øng trªn ®Òu táa nhiÖt. V× vËy ®Ó thuËn lîi cho ph¶n øng tæng hîp metanol ta cÇn t¨ng ¸p suÊt vµ gi¶m nhiÖt ®é. Ngoµi hai ph¶n øng t¹o thµnh metanol trªn cßn cã ph¶n øng phô thu nhiÖt. CO2 + H2 CO + H2O , DH300K= 41,21KJ/mol. (3 ) §Ó ®¬n gi¶n c¸c ph¶n øng (1) vµ (3) cã thÓ coi lµ ph¶n øng ®éc lËp, sù chuyÓn hãa cña cacbondioxit thµnh metanol ë ph­¬ng tr×nh (2) lµ kÕt qu¶ cña ph­¬ng tr×nh (1) vµ (3). Nh­ vËy h»ng sè c©n b»ng K2 cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau: K2 = K1.K3 Khi cÇn tÝnh to¸n cô thÓ, c¸c h»ng sè c©n b»ng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c ph­¬ng tr×nh d­íi ®©y: K1 = (4) K3 = (5) Trong ®ã: ji - hÖ sè ho¹t ®é ¦i - ho¹t ®é i - cÊu tö thø i HiÖn nay metanol ®­îc s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp chñ yÕu b»ng ph­¬ng ph¸p chuyÓn hãa tõ khÝ tæng hîp. Ng­êi ta ph©n lo¹i theo ¸p suÊt tiÕn hµnh qu¸ tr×nh tæng hîp nh­ sau: + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt cao 25 ... 30 MPa + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt trung b×nh 10 ... 25 MPa + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt thÊp 5 ... 10 MPa. B¶ng 4. §é chuyÓn hãa cña CO2 vµ CO phô thuéc vµo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é NhiÖt ®é 0C §é chuyÓn hãa CO §é chuyÓn hãa CO2 5MPa 10Mpa 30MPa 5MPa 10MPa 30MPa 200 96,3 99,0 99,9 28,6 83,0 99,5 250 73,0 90,6 99,0 14,4 45,1 92,4 300 25,4 60,7 92,8 14,2 22,3 71,0 350 -2,3 16,7 71,9 9,8 23,1 50,0 400 -12,8 7,3 34,1 27,7 29,3 40,0 Nguyªn liÖu ®­îc sö dông lµ khÝ tæng hîp nhËn ®­îc tõ qu¸ tr×nh reforming h¬i n­íc gåm 15% CO, 8%CO2, 74%H2, 3%CH4. Qu¸ tr×nh ¸p suÊt thÊp cã ­u ®iÓm c¬ b¶n lµ vèn ®Çu t­ vµ gi¸ thµnh s¶n phÈm thÊp, cã thÓ linh ho¹t lùa chän quy m« cña nhµ m¸y. HiÖn nay trªn thÕ giíi sö dông c«ng nghÖ tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp lµ chñ yÕu. Ph¶n øng t¹o thµnh Metanol lµ ph¶n øng xóc t¸c dÞ thÓ ®iÓn h×nh cã thÓ ®­îc m« t¶ b»ng c¬ chÕ hÊp phô- nh¶ hÊp phô. B¶n chÊt cña c¸c trung t©m ho¹t ®éng trong xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 ë ®iÒu kiÖn c«ng nghiÖp vÉn ®ang ®­îc nghiªn cøu. C¸c lo¹i t©m ho¹t ®éng trong qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp cã thÓ lµ sù ph©n t¸n cña ion Cu+1 trong pha ZnO. MÆt kh¸c cã dÊu hiÖu cho thÊy Cu còng xóc tiÕn cho viÖc t¹o thµnh Metanol. Thµnh phÇn khÝ nguyªn liÖu ®Æc biÖt lµ tû lÖ CO/H2 ®ãng vai trß quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña xóc t¸c trong s¶n xuÊt Metanol. C¸c nghiªn cøu cßn cho thÊy cã nhiÒu h­íng t¹o thµnh metanol tõ CO vµ CO2 trªn c¸c t©m ho¹t ®éng kh¸c nhau trong xóc t¸c. Al2O3 tån t¹i trong xóc t¸c d­íi d¹ng tinh thÓ. Chøc n¨ng cña Al2O3 trong xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 bao gåm: + Chèng l¹i sù kÕt dÝnh c¸c h¹t Cu mÞn + æn ®Þnh sù ph©n t¸n cao cña hÖ xóc t¸c Cu-ZnO + T¹o thµnh c¸c lç trèng trªn bÒ mÆt b»ng c¸ch kÕt hîp Al2O3 vµo m¹ng l­íi cña Cu. Tuy nhiªn Al2O3 ®ãng vai trß quan träng lµ ho¹t hãa cÊu tróc cho xóc t¸c Cu-ZnO, b»ng c¸ch c¶i thiÖn ®é bÒn c¬ vµ ho¹t tÝnh l©u dµi cña xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c«ng nghiªp cã thÓ x¶y ra c¸c ph¶n øng phô lµm ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm chÝnh metanol: + R­îu cao h¬n ®­îc t¹o thµnh bëi xóc t¸c lµ c¸c vÕt kiÒm nCO + 2nH2 CnH2n+1OH + (n-1)H2O + Hydrocacbon vµ s¸p t¹o thµnh do xóc t¸c lµ c¸c vÕt s¾t, coban vµ niken theo qu¸ tr×nh Fischer-Tropsch: CO + 3H2 CH4 + H2O CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O nCO + (2n-1)H2 CnH2n-2 + nH2O + Este ®­îc t¹o thµnh theo ph¶n øng: (CH2O)hÊp phô + (RCHO) hÊp phô CH3COOR Sù t¹o thµnh hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm phô tõ khÝ tæng hîp nhÊt lµ nhãm C2+ thuËn lîi vÒ mÆt nhiÖt ®éng h¬n c¶ qu¸ tr×nh tæng hîp metanol, nh­ng hiÖu suÊt t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm phô l¹i ®­îc ®iÒu chØnh do c¸c yÕu tè ®éng häc h¬n lµ do nhiÖt ®éng häc. V× vËy s¶n phÈm chÝnh nhËn ®­îc vÉn lµ metanol. Bªn c¹nh ®ã do cÊu t¹o cña xóc t¸c, thµnh phÇn khÝ nguyªn liÖu thêi gian l­u vµ nhiÖt ®é còng ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh. Qua mçi giai ®o¹n ph¶n øng khi ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®éng chØ kho¶ng 50% khÝ tæng hîp ®­îc chuyÓn ho¸ nªn sau khi metanol vµ n­íc ng­ng tô ®­îc t¸ch ra, khÝ cßn l¹i ch­a ph¶n øng ®­îc tuÇn hoµn trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. II. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol [1, 7] II.1 Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp ë ¸p suÊt cao. S¶n phÈm Metanol c«ng nghiÖp ®Çu tiªn ®­îc tæng hîp b»ng qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt cao, ®­îc xóc t¸c bëi hÖ xóc t¸c: ZnO vµ Cr2O3 xóc t¸c nµy ®­îc sö dông cho qu¸ tr×nh tæng hîp ë ¸p suÊt 25 ¸ 30 MPa nhiÖt ®é 300 ¸ 4500C. HÖ xóc t¸c nµy cã kh¶ n¨ng chèng l¹i sù t¸c ®éng cña hîp chÊt l­u huúnh vµ clo cã mÆt trong khÝ tæng hîp nh­ng qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt cao kh«ng cã gi¸ trÞ kinh tÕ. V× vËy ngµy nay ng­êi ta nghiªn cøu vµ sö dông hÖ xóc t¸c chøa ®ång, ph¶n øng thùc hiÖn ë ¸p suÊt thÊp. II.2. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp Xóc t¸c ®Ó tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp ®­îc h·ng ICI sö dông ®Çu tiªn trong c«ng nghiÖp vµo n¨m 1966. Xóc t¸c cã chøa Cu, cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao h¬n so víi xóc t¸c ZnO-Cr2O3. Xóc t¸c Cu-ZnO ®­îc t¨ng ®é bÒn nhiÖt do sù cã mÆt cña Al2O3, ®­îc dïng cho qu¸ tr×nh chuyÓn hãa khÝ tæng hîp v« cïng tinh khiÕt thµnh metanol. V× xóc t¸c rÊt ho¹t ®éng nªn qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ®­îc thùc hiÖn ë 2200C ¸ 2300C vµ ¸p suÊt 5 MPa. Do ®ã ®· h¹n chÕ sù l·o hãa sím dÉn tíi Cu bÞ kÕt dÝnh. Xóc t¸c cã ®é chän läc cao cho phÐp nhËn ®­îc metanol cã ®é tinh khiÕt cao 99,5%. TÊt c¶ c¸c xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt thÊp cã chøa CuO vµ ZnO hiÖn nay ®ang dïng ®Òu ®­îc thªm phô gia lµm t¨ng ®é bÒn, trong ®ã Al2O3, Cr2O3 hoÆc hçn hîp lµ thÝch hîp h¬n c¶. B¶ng 5: Mét sè lo¹i xóc t¸c chøa Cu ®iÓn h×nh cho tæng hîpMetanol ë ¸p suÊt thÊp H·ng s¶n xuÊt C¸c cÊu tö Hµm l­îng % sè nguyªn tö IFP Cu 25 ¸ 80 Zn 10 ¸50 Al 4 ¸ 25 Sudchemie Cu 65 ¸ 75 Zn 18 ¸ 23 Al 8 ¸ 12 Shell Cu 71 Zn 24 Oxyt-®Êt hiÕm 5 ICI Cu 61 Zn 30 Al 9 Basf Cu 65 ¸ 75 Zn 20 ¸30 Al 5 ¸10 Du Pont Cu 50 Zn 19 Al 31 United Catalyst Cu 62 Zn 21 Al 17 Haldor Topsoe Cu 37 Zn 15 Cr 48 Xóc t¸c hiÖn nay ®­îc sö dông trong c¸c nhµ m¸y tæng hîp metanol ë ¸p suÊt thÊp trªn c¬ së Cu-ZnO-Al (hoÆc Cr) nhËn ®­îc d­íi d¹ng cacbonat hoÆc nitrat kim lo¹i, b»ng c¸ch cho ®ång kÕt tña trong dung dÞch n­íc cña c¸c muèi kim lo¹i (vÝ dô muèi nitrat) víi dung dÞch Na2CO3. Qu¸ tr×nh kÕt tña cã thÓ x¶y ra theo nhiÒu giai ®o¹n, chÊt l­îng cña xóc t¸c ®­îc x¸c ®Þnh bëi thµnh phÇn tèi ­u cña c¸c cÊu tö kim lo¹i, nhiÖt ®é kÕt tña, ®é PH, thø tù cho c¸c muèi kim lo¹i vµo, thêi gian kÕt tña. Tû lÖ cÊu tö, tèc ®é khuÊy trén vµ h×nh d¹ng c¸nh khuÊy còng ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng xóc t¸c. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp còng cã thÓ thu ®­îc tõ c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nh­: tÈm c¸c cÊu tö ho¹t tÝnh lªn chÊt mang, trén lÉn c¸c hîp chÊt kim lo¹i... Xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 th­¬ng phÈm hiÖn nay dïng trong tæng hîp Metanol ¸p suÊt thÊp cho phÐp s¶n xuÊt ra s¶n phÈm yªu cÇu víi ®é chän läc cao, cã thÓ cã tíi 99% l­îng COx cho vµo. C¸c t¹p chÊt lµm ¶nh h­ëng tíi ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña xóc t¸c. Hîp chÊt kiÒm lµm gi¶m thêi gian sö dông vµ lµm gi¶m ®é chän läc cña xóc t¸c. C¸c t¹p chÊt chøa s¾t hoÆc niken trong kho¶ng vµi phÇn triÖu sÏ lµm t¨ng c¸c ph¶n øng phô t¹o thµnh c¸c hydrocacbon vµ s¸p. Hîp chÊt cña silicon dioxit lµm t¨ng tØ lÖ dimetylete trong metanol th«. C¸c chÊt ho¹t hãa cÊu tróc t¹o ®iÒu kiÖn ph©n t¸n vµ æn ®Þnh c¸c t©m ho¹t ®éng cña xóc t¸c, n©ng cao ho¹t tÝnh vµ ®é æn ®Þnh cña xóc t¸c. Thêi gian sö dông kho¶ng 2...5 n¨m. Nh÷ng s¬ suÊt trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o xóc t¸c cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn sù ph©n t¸n c¸c t©m ho¹t ®éng vµ lµm xóc t¸c bÞ gi¶m ho¹t tÝnh. §iÒu kiÖn nhiÖt ®é, thµnh phÇn hçn hîp khÝ nguyªn liÖu ®­a vµo ph¶i ®­îc kiÓm so¸t chÆt chÏ. Xóc t¸c chøa Cu rÊt nh¹y víi c¸c t¹p chÊt trong khÝ tæng hîp. C¸c hîp chÊt cña l­u huúnh vµ clo g©y ngé ®éc xóc t¸c rÊt nhanh trong tæng hîp Metanol. C¸c hîp chÊt nµy ph¶i ®­îc lo¹i bá khái thµnh phÇn cña khÝ tæng hîp tr­íc khi ®­a vµo qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol. Dïng xóc t¸c chøa ZnO sÏ h¹n chÕ t¸c h¹i cña hîp chÊt chøa l­u huúnh v× S sÏ bÞ chuyÓn thµnh ZnS. Sau khi bÞ gi¶m ho¹t tÝnh, xóc t¸c vÉn cã thÓ hÊp phô ®­îc mét l­îng lín S ®Ó b¶o vÖ líp xóc t¸c sau khái bÞ ngé ®éc. C¸c t¹p chÊt kh¸c trong khÝ tæng hîp nh­ hîp chÊt silicon, nikel cacbonyl hoÆc s¾t cacbonyl còng lµm cho xóc t¸c mÊt ho¹t tÝnh. Xóc t¸c còng cã thÓ mÊt ho¹t tÝnh do bÞ ph©n huû nhiÖt nÕu sö dông thµnh phÇn khÝ tuÇn hoµn kh«ng thÝch hîp, ®iÒu chØnh nhiÖt ®é kh«ng ®óng hoÆc n¹p qu¸ nhiÒu xóc t¸c lóc ban ®Çu g©y hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé. NhiÒu hÖ xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol ¸p suÊt thÊp ®­îc nghiªn cøu. Trong ®ã hÖ xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 ®­îc sö dông phæ biÕn trong c¸c nhµ m¸y tæng hîp Metanol v× cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao, ®é bÒn tèt, gi¸ thµnh chÊp nhËn ®­îc. III. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol [2] III.1 NhiÖt ®é H»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng tæng hîp metanol ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh: Kp= Tõ ph­¬ng tr×nh nµy ta thÊy, nÕu t¨ng nhiÖt ®é c©n b»ng chuyÓn dÞch vÒ phÝa ph©n ly metanol dÉn ®Õn hiÖu suÊt thu metanol gi¶m. B¶ng 6. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ®Õn h»ng sè c©n b»ng NhiÖt ®é (t0C) kp 200 0,34 300 1,1.10-3 Nh­ng nÕu nhiÖt ®é thÊp qu¸ th× xóc t¸c kh«ng cßn ho¹t tÝnh, do ®ã trong thùc tÕ nhiÖt ®é kho¶ng 200 ... 3000C. III.2. ¸p suÊt H»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng t¹o thµnh metanol ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh: Kp = Trong ®ã: Y - Ph©n tö Metanol t¹o thµnh tõ mét ph©n tö CO vµ hai ph©n tö H2 P - ¸p suÊt chung cña hÖ (at) T - NhiÖt ®é (K)  B¶ng 7. Mét sè gi¸ trÞ cña Kp ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh¸c nhau Kp NhiÖt ®é Mol CH3OH 1 at 100 at 300 at 0,34 200 12.10-2 0.95 0.98 0,0011 300 5.10-4 0.66 0.85 0,000013 400 8.10-6 0.07 0.33 Ta thÊy, møc ®é chuyÓn ho¸ t¨ng khi gi¶m nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, khi kh«ng cã xóc t¸c tèc ®é ph¶n øng rÊt nhá, v× vËy ph¶n øng cã xóc t¸c tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é 2000 C ¸ 3000C lµ tèt nhÊt. III.3. Xóc t¸c §èi víi c¸c ph¶n øng cã mÆt xóc t¸c, viÖc lùa chän chÊt xóc t¸c ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn toµn bé qu¸ tr×nh. ChÊt xóc t¸c cã thÓ lµm t¨ng hoÆc gi¶m tèc ®é cña ph¶n øng. HiÖu suÊt cña ph¶n øng chÝnh ®­îc quyÕt ®Þnh bëi viÖc lùa chän xóc t¸c. V× vËy yªu cÇu chung ®èi víi xóc t¸c lµ: - Xóc t¸c ph¶i cã ho¹t tÝnh cao - §é chän läc cña xóc t¸c cao - §é æn ®Þnh lín - Xóc t¸c ph¶i ®¶m ®é bÒn c¬, bÒn nhiÖt. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, xóc t¸c cä x¸t víi thµnh thiÕt bÞ nªn dÔ bÞ vì lµm tæn thÊt ¸p suÊt qua líp xóc t¸c t¨ng lªn, lµm mÊt m¸t xóc t¸c, v× vËy xóc t¸c cÇn ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. Khi nhiÖt ®é lµm viÖc cao nÕu xóc t¸c kh«ng bÒn sÏ bÞ biÕn ®æi cÊu tróc hoÆc bÞ ph©n hñy, lµm gi¶m c¸c tÝnh chÊt cña xóc t¸c. - Xóc t¸c ph¶i ®¶m b¶o ®é thuÇn khiÕt cao nhÊt: cÇn ®ång nhÊt thµnh phÇn, cÊu tróc, h×nh d¸ng, kÝch th­íc, khi kÝch th­íc kh«ng ®ång ®Òu dÉn ®Õn t¹o nh÷ng vïng ph©n líp vµ cã trë lùc kh¸c nhau nªn dÔ ph¸ vì chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cña thiÕt bÞ. MÆt kh¸c khi kÝch th­íc kh«ng ®ång ®Òu th× t¨ng kh¶ n¨ng vì vôn lµm mÊt m¸t xóc t¸c. CÊu tróc lç xèp kh«ng ®ång ®Òu lµm gi¶m bÒ mÆt tiÕp xóc nªn gi¶m ho¹t tÝnh. - Xóc t¸c ph¶i bÒn víi c¸c chÊt g©y ngé ®éc xóc t¸c: xóc t¸c ph¶i cã kh¶ n¨ng chèng l¹i sù t¸c dông g©y ngé ®éc cña nh÷ng hîp chÊt cña N, S, c¸c kim lo¹i nÆng ®Ó kÐo dµi thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c. - Xóc t¸c ph¶i cã kh¶ n¨ng t¸i sinh: ®©y lµ yªu cÇu quan träng trong qu¸ tr×nh sö dông chÊt xóc t¸c. Xóc t¸c cã kh¶ n¨ng t¸i sinh tèt th× n©ng cao ®­îc hiÖu qu¶ sö dông, l­îng xóc t¸c tiªu hao còng gi¶m xuèng. - Xóc t¸c ph¶i dÔ s¶n xuÊt vµ rÎ tiÒn ®Ó ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ, c«ng nghÖ s¶n xuÊt. III. 4. VËn tèc thÓ tÝch khÝ VËn tèc thÓ tÝch khÝ lµ sè m3 khÝ ®i qua mét ®¬n vÞ xóc t¸c trong mét giê. Khi t¨ng vËn tèc thÓ tÝch th× hiÖu suÊt xóc t¸c t¨ng, n¨ng suÊt thiÕt bÞ t¨ng, nÕu vËn tèc thÓ tÝch nhá, thêi gian tiÕp xóc t¨ng th× sÏ t¹o thµnh nhiÒu s¶n phÈm phô. Lóc ®Çu vËn tèc thuËn, do ®ã ta cÇn t¨ng vËn tèc thÓ tÝch ®Ó t¨ng vËn tèc thuËn. VËn tèc thÓ tÝch th­êng 10.000 ¸ 35.000 m3/m3 xóc t¸c giê. CO + 2H2 CH3OH III.5. Tû lÖ CO/H2 Tû lÖ CO/H2 tuú thuéc vµo viÖc dïng xóc t¸c lo¹i nµo: + NÕu dïng xóc t¸c Oxyt Zn-Cr tû lÖ CO/H2 = 1/2 + NÕu dïng xóc t¸c Cu tû lÖ CO/H2 = 1/5. Ph¶i dïng d­ H2 v× xóc t¸c Cu dÔ bÞ c¶m øng nhiÖt g©y nãng côc bé. Sau mçi qu¸ tr×nh ph¶n øng kho¶ng 50%V khÝ chuyÓn hãa, v× vËy khÝ ch­a ph¶n øng cho tuÇn hoµn l¹i. Qua nhiÒu qu¸ tr×nh tuÇn hoµn dÉn ®Õn tÝch tô khÝ tr¬ nh­ nit¬, metan, CO2. V× vËy trong mçi lÇn ph¶n øng chØ cho 10% khÝ tuÇn hoµn, ®Ó tr¸nh lµm gi¶m ¸p suÊt riªng phÇn cña CO vµ H2, lµm gi¶m hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh. IV. C«ng nghÖ tæng hîp Metanol tõ khÝ tæng hîp [1, 5, 7, 10, 11, 13, 14, 15] HiÖn nay, metanol ®­îc s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp ë quy m« lín chñ yÕu b»ng ph­¬ng ph¸p tæng hîp tõ khÝ tæng hîp. Ng­êi ta ph©n lo¹i theo ¸p suÊt tiÕn hµnh qu¸ tr×nh tæng hîp nh­ sau: + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt cao 25 ¸30 MPa. + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt trung b×nh 10¸ 25 MPa. + Qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt thÊp 5 ¸10 MPa. ­u ®iÓm chÝnh cña qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt thÊp lµ gi¸ ®Çu t­ vµ gi¸ thµnh s¶n phÈm thÊp, qu¸ tr×nh ho¹t ®éng æn ®Þnh, thÝch hîp víi mäi kÕ ho¹ch. C«ng nghÖ tæng hîp Metanol cã thÓ chia thµnh 3 giai ®o¹n chÝnh: + S¶n xuÊt khÝ tæng hîp + Tæng hîp Metanol th« + Ch­ng cÊt Metanol th« IV.1. C«ng nghÖ tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp Trong phÇn tr­íc ta ®· tr×nh bµy c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh tæng hîp metanol tõ khÝ tæng hîp. PhÇn nµy chØ ®Ò cËp ®Õn c¸c c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ë ¸p suÊt thÊp. S¬ ®å nguyªn lý cña qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ë ¸p suÊt thÊp H×nh 6. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ tæng hîp metanol ë ¸p suÊt thÊp. ThiÕt bÞ ph¶n øng ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ThiÕt bÞ lµm l¹nh Th¸p ph©n ly M¸y nÐn tuÇn hoµn M¸y nÐn ThuyÕt minh KhÝ tæng hîp ®­a vµo ®­îc nÐn tíi ¸p suÊt yªu cÇu (5 ¸ 10 MPa) trong m¸y nÐn nhiÒu cÊp (6). KhÝ tr­íc khi ®i vµo thiÕt bÞ ph¶n øng ®­îc gia nhiÖt t¹i thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt b»ng hçn hîp khÝ nãng sau ph¶n øng. Ph¶n øng t¹o thµnh metanol lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt x¶y ra trong thiÕt bÞ ph¶n øng (1) ë nhiÖt ®é 200 - 3000C. NhiÖt ph¶n øng cã thÓ ®­îc ph©n t¸n qua mét hay nhiÒu cÊp. Hçn hîp sau ph¶n øng ®­îc tiÕp tôc lµm l¹nh t¹i thiÕt bÞ lµm l¹nh (3) sau khi ®i qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (2), nhiÖt to¶ ra khi ng­ng tô Metanol vµ n­íc cã thÓ ®­îc tËn dông vµo viÖc kh¸c trong qu¸ tr×nh. Metanol th« ®­îc t¸ch ra khái pha khÝ trong thiÕt bÞ ph©n ly (4) vµ hãa láng tr­íc khi ®­a sang ch­ng cÊt. KhÝ tõ thiÕt bÞ ph©n ly tuÇn hoµn l¹i ®Çu hót cña m¸y nÐn tuÇn hoµn (5). L­îng khÝ s¹ch tuÇn hoµn l¹i ®­îc khèng chÕ bëi nång ®é vµ mét l­îng tuyÖt ®èi c¸c hîp chÊt tr¬ vµ hÖ sè tû lÖ c¸c cÊu tö cÇn thiÕt trong hçn hîp ph¶n øng. C¸c c«ng nghÖ tæng hîp metanol hiÖn nay trong c«ng nghiÖp kh¸c nhau chñ yÕu ë d¹ng thiÕt bÞ ph¶n øng. HiÖn cã rÊt nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ ph¶n øng kh¸c nhau. ThiÕt bÞ ®o¹n nhiÖt (cña h·ng ICI) hoÆc gÇn ®¼ng nhiÖt (h·ng Lurgi). C«ng nghÖ cña h·ng ICI chiÕm kho¶ng 60% vµ c«ng nghÖ cña h·ng Lurgi chiÕm kho¶ng 30% tæng l­îng metanol s¶n xuÊt trªn thÕ giíi. C«ng nghÖ cña h·ng ICI sö dông thiÕt bÞ ph¶n øng ®o¹n nhiÖt víi mét líp xóc t¸c, ph¶n øng bÞ dËp t¾t khi ®­a khÝ l¹nh vµo tõ mét vµi ®iÓm. Do ®ã profin nhiÖt ®é däc theo trôc thiÕt bÞ ph¶n øng cã h×nh r¨ng c­a. Trong c«ng nghÖ cña h·ng Kellogg, khÝ tæng hîp ®­îc thæi qua vµi tÇng thiÕt bÞ ph¶n øng ®· ®­îc s¾p xÕp thµnh d·y theo trôc. NhiÖt ph¶n øng ®­îc lÊy ®i b»ng c¸c thiÕt bÞ lµm l¹nh trung gian. ThiÕt bÞ ph¶n øng cña h·ng Haldor Topsoe ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c t­¬ng tù nh­ng khÝ tæng hîp ®­îc phun xuyªn qua t©m c¸c tÇng xóc t¸c. H·ng Ammonia-Casale S.A ®· ph¸t triÓn mét lo¹i thiÕt bÞ ph¶n øng ho¹t ®éng kÕt hîp c¶ dßng trôc vµ dßng xuyªn t©m. ThiÕt bÞ nµy ®­îc sö dông ®Çu tiªn trong c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt amoniac cña h·ng ICI. C«ng nghÖ cña h·ng Lurgi tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ ph¶n øng h×nh èng ®­îc lµm m¸t b»ng n­íc s«i. Xóc t¸c ®­îc ®Æt trong èng, n­íc s«i ch¶y ngoµi èng. H·ng Mitsubishi Gas chemical (MGC) sö dông mét lo¹i thiÕt bÞ ph¶n øng h×nh èng cã thµnh kÐp ®­îc ®æ ®Çy xóc t¸c trong kh«ng gian h×nh khuyªn. KhÝ tæng hîp tr­íc tiªn ®­îc thæi qua èng bªn trong ®Ó ®un nãng vµ sau ®ã ®i qua líp xóc t¸c gi÷a 2 èng ng­îc dßng, èng ngoµi ®­îc lµm l¹nh b»ng n­íc. H·ng Mitsubishi cho r»ng ­u ®iÓm chÝnh cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ ®¹t ®­îc ®é chuyÓn ho¸ cao (kho¶ng 14% metanol t¹i ®Çu ra cña thiÕt bÞ). Qu¸ tr×nh lµm s¹ch metanol th«: Metanol th« ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng chøa n­íc vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. Sè l­îng vµ thµnh phÇn c¸c t¹p chÊt phô thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng, khÝ nguyªn liÖu, lo¹i vµ thêi gian sö dông xóc t¸c. Metanol ®­îc kiÒm hãa b»ng c¸ch cho thªm vµo mét l­îng nhá dung dÞch Soda ®Ó trung hoµ c¸c axit cacboxylic thÊp vµ thuû ph©n c¸c este. Metanol chøa c¶ c¸c cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i cao vµ thÊp (cÆn nÆng vµ nhÑ) cÆn nhÑ bao gåm khÝ hoµ tan, dimetylete, metylformat vµ axeton; cÆn nÆng bao gåm c¸c r­îu cao h¬n, hydrocacbon m¹ch dµi, xeton vµ este cña r­îu thÊp víi c¸c axit formic, axetic vµ propionic. Hydrocacbon parafin gåm hçn hîp cña c¸c hydro cacbon m¹ch th¼ng C8 ¸ C40 còng ®­îc t¹o thµnh víi mét l­îng nhá. Chóng cã ®é bay h¬i thÊp do ®ã ë t¹i ®¸y cét ch­ng cÊt chóng dÔ dµng bÞ lo¹i bá do Ýt tan trong n­íc vµ tû träng nhá. C¸c t¹p chÊt Metanol ®­îc t¸ch theo hai bËc. Tr­íc tiªn, tÊt c¶ c¸c cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n nhiÖt ®é s«i cña Metanol ®­îc t¸ch ra ë cét t¸ch c¸c cÊu tö nhÑ. Metanol tinh khiÕt sau ®ã ®­îc ch­ng cÊt qua mét hay nhiÒu cét ch­ng. NÕu c¸c cét lµm viÖc t¹i ¸p suÊt kh¸c nhau th× nhiÖt táa ra khi ng­ng tô h¬i cña cét lµm viÖc ë ¸p suÊt cao sÏ ®­îc dïng ®Ó cÊp cho cét lµm viÖc ë ¸p suÊt thÊp h¬n. IV. 2. C¸c c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp hiÖn ®¹i IV.2.1. C«ng nghÖ cña h·ng Lurgi oil Gas chemic GmbH (§øc) C«ng nghÖ s¶n xuÊt metanol víi quy m« lín tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh sö dông qu¸ tr×nh reforming tæ hîp ®Ó chuyÓn hãa thµnh khÝ tæng hîp vµ qu¸ tr×nh tæng hîp Metanol ë ¸p suÊt thÊp. H×nh 7- S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng Lurgi HÖ thèng d©y chuyÒn bao gåm: ThiÕt bÞ chuyÓn hãa thø cÊp ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ThiÕt bÞ t¸ch khÝ ThiÕt bÞ ph©n t¸ch láng h¬i M¸y nÐn khÝ B¬m mµng ThiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh Thïng cao vÞ chøa n­íc ThiÕt bÞ t¸ch l­u huúnh ThiÕt bÞ chuyÓn hãa s¬ cÊp èng khãi ThiÕt bÞ ®un nãng ThuyÕt minh: KhÝ nguyªn liÖu ®­îc gia nhiÖt s¬ bé, t¸ch S, sau ®ã ®­îc chia thµnh hai dßng. Mét dßng ®­îc b·o hßa h¬i n­íc, tiÕp tôc gia nhiÖt vµ dÉn tíi thiÕt bÞ chuyÓn hãa s¬ cÊp (10) b»ng qu¸ tr×nh reforming h¬i n­íc, hçn hîp khÝ sau khi ®· chuyÓn hãa mét phÇn trong thiÕt bÞ s¬ cÊp (10) cã ¸p suÊt cao ®­îc trén víi dßng nguyªn liÖu cßn l¹i vµ ®­a vµo thiÕt bÞ chuyÓn hãa thø cÊp (1). T¹i ®©y hçn hîp khÝ ®­îc chuyÓn hãa ë ¸p suÊt 3,5 MPa vµ nhiÖt ®é 9600C nhê qu¸ tr×nh reforming tù nhiÖt cã bæ sung thªm dßng oxy. NhiÖt l­îng cña khÝ tæng hîp vµ khÝ th¶i cña qu¸ tr×nh ®­îc sö dông cho thiÕt bÞ ph¸t sinh h¬i n­íc, gia nhiÖt s¬ bé cho hçn hîp nguyªn liÖu ®Çu, ®un nãng cho c¸c th¸p ch­ng. Sau khi lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ hoÆc n­íc khÝ tæng hîp ®­îc nÐn tíi ¸p suÊt 8 MPa tr­íc khi ®­a sang thiÕt bÞ tæng hîp metanol. Xóc t¸c cã chøa ®ång ®­îc ®Æt trong c¸c èng th¼ng ®øng, n­íc s«i qu¸ nhiÖt ®­îc dÉn ë bªn ngoµi. Ph¶n øng x¶y ra trong ®iÒu kiÖn gÇn nh­ ®¼ng nhiÖt. NhiÖt ®é ph¶n øng ®­îc ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c b»ng ¸p suÊt cña h¬i n­íc. §iÒu kiÖn ph¶n øng lµ ®¼ng nhiÖt vµ xóc t¸c cã ®é chän läc cao cho phÐp h¹n chÕ c¸c s¶n phÈm phô t¹o thµnh ë c¸c møc thÊp nhÊt. Hçn hîp sau ph¶n øng ®­îc lµm l¹nh råi ®­a qua th¸p t¸ch. KhÝ ch­a chuyÓn hãa ®­îc m¸y nÐn ®­a quay trë l¹i thiÕt bÞ tæng hîp trén víi dßng nguyªn liÖu míi. Metanol t¸ch ra khái hçn hîp khÝ ®­îc ®­a sang ch­ng cÊt ®Ó nhËn s¶n phÈm metanol tinh khiÕt. Qu¸ tr×nh nµy phï hîp víi yªu cÇu cÇn thiÕt cã thÓ chuyÓn c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt amoniac thµnh nhµ m¸y s¶n xuÊt Metanol khi cã nhu cÇu t¹i chç. IV.2.2. C«ng nghÖ cña h·ng ICI Katalco (Mü) S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng ICI Katalco ®­îc m« t¶ trªn h×nh trang sau. Nguyªn liÖu ®­îc sö dông chñ yÕu lµ khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh. Naphta, ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng cña qu¸ tr×nh ch­ng cÊt dÇu th«, than ®¸ còng cã thÓ dïng ®­îc. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ bao gåm 3 giai ®o¹n: + Giai ®o¹n I: ChuyÓn ho¸ hydro cacbon thµnh khÝ tæng hîp + Giai ®o¹n II: ChuyÓn ho¸ khÝ tæng hîp thµnh Metanol + Giai ®o¹n III: Tinh chÕ Metanol HÖ thèng d©y chuyÒn bao gåm: Th¸p t¸ch l­u huúnh Th¸p b·o hoµ h¬i n­íc M¸y nÐn tuÇn hoµn ThiÕt bÞ chuyÓn ho¸ ThiÕt bÞ ph©n ly 6, 7. Th¸p ch­ng t¸ch s¶n phÈm metanol Khí töï nhieân Reforming Khoâng khí OÁng khoùi Maùy neùn bôm Condensat Metanol Chöng caát Nöôùc Nöôùc soâi 1 2 3 4 5 6 7 H×nh 8 - Sô ñoà coâng ngheä toång hôïp metanol aùp suaát thaáp cuûa haõng ICI Katalco Hôi nöôùc  ThuyÕt minh: Nguyªn liÖu sau khi ®· ®­îc lo¹i bá S ë th¸p (1) vµ b·o hßa h¬i n­íc ë th¸p (2) ®­îc ®­a vµo th¸p chuyÓn ho¸ cã chøa xóc t¸c niken. KhÝ tæng hîp ®­îc s¶n xuÊt b»ng c«ng._.¬ng lai. Tæ chøc hÖ thèng giao th«ng hîp lý, phï hîp víi d©y chuyÒn c«ng nghÖ, ®Æc tÝnh hµng hãa ®Ó ®¸p øng yªu cÇu s¶n xuÊt, c¸c luång vËn chuyÓn hµng, luång ®i l¹i cña con ng­êi ph¶i ng¾n nhÊt, kh«ng chång chÐo hoÆc trïng lÆp, bªn c¹nh ®ã cÇn ph¶i khai th¸c m¹ng l­íi giao th«ng quèc gia. Ph¶i tháa m·n c¸c yªu cÇu vÒ vÖ sinh c«ng nghiÖp, h¹n chÕ tèi ®a sù cè s¶n xuÊt, ®¶m b¶o yªu cÇu vÖ sinh m«i tr­êng b»ng c¸ch ph©n chia khu chøc n¨ng, bè trÝ h­íng nhµ hîp lý theo h­íng giã chñ ®¹o cña khu ®Êt, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c c«ng tr×nh cÇn ph¶i tu©n theo quy ph¹m quèc tÕ ®¶m b¶o th«ng tho¸ng tù nhiªn vµ chiÕu s¸ng tù nhiªn. Khai th¸c triÖt ®Ó ®Þa h×nh tù nhiªn vµ ®Æc ®iÓm khÝ hËu ®Þa ph­¬ng nh»m gi¶m ®Õn møc thÊp nhÊt chi phÝ san nÒn, xö lý nÒn ®Êt, xö lý c¸c c«ng tr×nh ngÇm khi bè trÝ c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh. Ph¶i ®¶m b¶o mèi quan hÖ mËt thiÕt víi c¸c nhµ m¸y l©n cËn trong khu c«ng nghiÖp ®Ó sö dông chung c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh ®¶m b¶o kü thuËt nh­ xö lý chÊt th¶i, r¸c th¶i, c¸c c«ng tr×nh hµnh chÝnh, c«ng céng,... Ph©n chia thêi kú x©y dùng hîp lý, t¹o ®iÒu kiÖn thi c«ng nhanh, sím ®­a nhµ m¸y vµo s¶n xuÊt ®Ó nhanh chãng hoµn vèn ®Çu t­ x©y dùng. §¶m b¶o c¸c yªu cÇu thÈm mü cña tõng c«ng tr×nh, tæng thÓ nhµ m¸y, lµm ®Ñp thªm kh«ng gian ®« thÞ, thµnh phè còng nh­ khu vùc. I.2. Yªu cÇu vÒ khu ®Êt x©y dùng VÒ ®Þa h×nh, khu ®Êt x©y dùng ph¶i cã h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc ®ñ diÖn tÝch x©y dùng nhµ m¸y tr­íc m¾t còng nh­ viÖc ph¸t triÓn më réng trong t­¬ng lai. Quy m« diÖn tÝch hîp lý cho viÖc bè trÝ thiÕt bÞ m¸y mãc, tæ chøc giao th«ng, ®¶m b¶o an toµn lao ®éng - b¶o vÖ m«i tr­êng, t¨ng hiÖu qu¶ ®Çu t­, tiÕt kiÖm tiÒn san lÊp hoµn thiÖn c«ng tr×nh. Khu ®Êt hîp lý ®­îc chän ë ®©y lµ h×nh ch÷ nhËt vµ cÇn ph¶i cao r¸o ®Ó tr¸nh ngËp lôt trong mïa m­a, cã mùc n­íc ngÇm thÊp t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho viÖc tho¸t n­íc th¶i, n­íc mÆt. VÒ ®Þa chÊt, khu ®Êt x©y dùng kh«ng ®­îc n»m trªn vïng cã má kho¸ng s¶n hoÆc ®Þa chÊt kh«ng æn ®Þnh mµ ph¶i n»m trªn vïng ®Êt ruéng (®Êt sÐt hoÆc sÐt pha c¸t), ®Êt ®¸ ong hoÆc ®Êt ®åi ®­îc san lÊp ®Ó gi¶m tèi ®a chi phÝ gia cè nÒn mãng c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh. I.3. Yªu cÇu vÒ vÖ sinh c«ng nghiÖp §Ó ®¶m b¶o khi s¶n xuÊt cho ph©n x­ëng vµ cho khu xung quanh ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: Ph©n x­ëng x©y dùng ë ngo¹i vi thµnh phè hoÆc khu c«ng nghiÖp liªn hîp. Cã kho¶ng c¸ch b¶o vÖ vÖ sinh thÝch hîp, ph©n x­ëng bè trÝ c¸ch khu d©n c­ xung quanh tèi thiÓu 300m vµ c¸ch bÕn n­íc dïng cña khu d©n c­ tèi thiÓu lµ 500m, ®ång thêi n­íc th¶i cña nhµ m¸y ph¶i ®­îc xö lý tr­íc khi th¶i ra s«ng. §Þa ®iÓm x©y dùng ph¶i n»m cuèi h­íng giã chñ ®¹o so víi khu d©n c­ vµ ph¶i cã vïng c©y xanh b¶o vÖ. I.4. Chän ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y C¨n cø vµo c¸c yªu cÇu trªn ta chän ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y t¹i khu c«ng nghiÖp Dung QuÊt. II. §Æc ®iÓm s¶n xuÊt cña nhµ m¸y II.1. Møc tiªu thô nguyªn liÖu vµ nhiªn liÖu cña nhµ m¸y Trong nhµ m¸y s¶n xuÊt Metanol sö dông nguån nguyªn liÖu lµ khÝ tù nhiªn qua giai ®o¹n s¶n xuÊt khÝ tæng hîp b»ng ph­¬ng ph¸p Reforming h¬i n­íc. Do yªu cÇu cña nhµ m¸y lµ 100.000 tÊn s¶n phÈm Metanol trong 1 n¨m nªn l­îng nguyªn liÖu khÝ tù nhiªn cÇn dïng lµ 8420,0729 kg/h. Trong qu¸ tr×nh Reforming h¬i n­íc ®Ó s¶n xuÊt khÝ tæng hîp cÇn ph¶i ®èt nãng khÝ tù nhiªn b»ng dÇu mazut. II.2. ThiÕt bÞ chÝnh trong ph©n x­ëng Trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ dïng thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh lµ thiÕt bÞ èng chïm cã kÝch th­íc nh­ sau: + §­êng kÝnh: D = 1m + ChiÒu cao: H = 2,4m Ngoµi ra, trong d©y chuyÒn cßn cã c¸c thiÕt bÞ kh¸c nh­: thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, thiÕt bÞ t¸ch láng-h¬i, th¸p ch­ng, m¸y b¬m, m¸y nÐn khÝ. III. C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh B¶ng 22 : Danh s¸ch c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh STT Tªn c«ng tr×nh Sè l­îng KÝch th­íc DiÖn tÝch, m2 1 Nhµ hµnh chÝnh 1 12x24 288 2 Héi tr­êng, c©u l¹c bé 1 12x24 288 3 Nhµ vÖ sinh 1 9x30 200 4 Phßng thÝ nghiÖm, KCS 1 12x18 216 5 Phßng th­êng trùc 1 9x12 108 6 Nhµ ®Ó xe ®¹p, xe m¸y 1 12x30 360 7 Gara «t« 1 9x30 270 8 Ph©n x­ëng Reforming 1 30x60 1800 9 Nhµ s¶n xuÊt chÝnh 1 30x70 2100 10 Nhµ s¶n xuÊt phô trî 1 12x18 216 11 èng khãi 1 D=2000x4 6 12 Ph©n x­ëng c¬ khÝ 1 12x36 432 13 BÓ chøa Metanol 4 12x36 432x4 14 Ph©n x­ëng ®iÖn 1 10x20 200 15 Ph©n x­ëng n­íc 1 12x18 216 16 BÓ chøa nhiªn liÖu 1 9x24 216 17 Ph©n x­ëng xö lý n­íc th¶i 1 12x18 216 18 Bé phËn cøu háa 1 6x12 72 19 V­ên hoa 1 12x60 720 20 Phßng b¶o vÖ 3 6x6 36x3 21 Tr¹m y tÕ 1 6x9 54 22 Khu ®Êt dù tr÷ 1 40x100 4000 23 Nhµ ®iÒu khiÓn trung t©m 1 9x12 108 Tæng diÖn tÝch x©y dùng 9560 IV. Gi¶i ph¸p thiÕt kÕ x©y dùng IV.1 Gi¶i ph¸p bè trÝ mÆt b»ng nhµ m¸y Bè trÝ c¸c thiÕt bÞ trong mÆt b»ng nhµ m¸y, do yªu cÇu cña d©y chuyÒn c«ng nghÖ, thiÕt bÞ ®­îc bè trÝ trong nhµ s¶n xuÊt ë hai bªn, ®Ó ®¶m b¶o vÖ sinh c«ng nghiÖp ta bè trÝ bé phËn chøa metanol ë cuèi h­íng giã chñ ®¹o víi c¸c bé phËn kh¸c v× chóng cã mïi khã chÞu vµ dÔ x¶y ra ch¸y næ. ThiÕt thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh cã ®­êng kÝnh: D = 1 m Kho¶ng c¸ch an toµn ®Ó l¾p ®Æt: 2 m Kho¶ng c¸ch giao th«ng bè trÝ mçi bªn, v× vËy nhÞp nhµ cÇn thiÕt sÏ lµ L= 18 m. Chän chiÒu dµi nhµ c«ng nghiÖp x¸c ®Þnh theo kÝch th­íc thiÕt bÞ bè trÝ däc nhµ. Ta chän chiÒu dµi nhµ lµ 30m. Chän l­íi cét lµ 6 x 6m. IV. 2. Gi¶i ph¸p mÆt c¾t nhµ Sè tÇng: Do yªu cÇu bè trÝ thiÕt bÞ trong nhµ nªn chän nhµ c«ng nghiÖp hai tÇng. §é cao nhµ: C¨n cø vµo ®é th«ng giã chiÕu s¸ng ph©n x­ëng khi s¶n xuÊt cã ph¸t sinh nhiÖt vµ khÝ ®éc nªn ®ßi hái cã th«ng giã vµ chiÕu s¸ng tù nhiªn. C¨n cø vµo chiÒu cao thiÕt bÞ yªu cÇu vËn chuyÓn vµ l¾p ®Æt thiÕt bÞ. thiÕt bÞ cao nhÊt lµ th¸p ch­ng 10,2m. ChiÒu cao l¾p ®Æt lµ 0,6m. VËy chiÒu cao cÇn thiÕt kÕ lµ 10,8m. Theo quy ®Þnh thèng nhÊt hãa ta chän chiÒu cao cña c¸c tÇng nhµ nh­ sau: TÇng 1: H = 5,4m TÇng 2: H = 5,4m C¨n cø vµo chiÒu cao th«ng giã va chiÕu s¸ng tù nhiªn cho ph©n x­ëng, ta chän kÝch th­íc cöa sæ nh­ sau: TÇng 1: 3 x 3m TÇng 2: 3 x 3m V. C¸c chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt: §Ó ®¸nh gi¸, lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y, ng­êi ta dùa vµo mét sè chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt, trong ®ã cã 2 chØ tiªu quan träng nhÊt lµ hÖ sè x©y dùng vµ hÖ sè sö dông, ®­îc tÝnh to¸n trªn c¬ së sau: + DiÖn tÝch toµn nhµ m¸y: F + DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña nhµ vµ c«ng tr×nh: A + DiÖn tÝch kho b·i lé thiªn: B + DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña ®­êng s¾t, ®­êng bé, hÌ, r·nh tho¸t n­íc: C HÖ sè x©y dùng: HÖ sè sö dông: Khu ®Êt x©y dùng tæng mÆt b»ng nhµ m¸y cã d¹ng ch÷ nhËt víi chiÒu dµi 200m vµ chiÒu réng 150m, vËy tæng diÖn tÝch sÏ lµ: F = 200 x 150 = 30.000 m2. Theo b¶ng 22 th× A = 9560 m2. DiÖn tÝch toµn nhµ m¸y th­êng ®­îc chän tõ 3 ®Õn 4 lÇn diÖn tÝch chiÕm ®Êt cña nhµ vµ c«ng tr×nh. Do ®ã: F = 3. A = 3 x 9452 = 28680 m2 DiÖn tÝch kho b·i lé thiªn: B = 1000 m2. DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña ®­êng s¾t, ®­êng bé, hÌ, r·nh tho¸t n­íc: C = 8550 m2. VËy ta cã: 1. HÖ sè x©y dùng lµ: 2. HÖ sè sö dông lµ: VI. Ph©n tÝch thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y VI.1. Nguyªn t¾c ph©n vïng Do cã nhiÒu h¹ng môc c«ng tr×nh vµ ®Æc ®iÓm thiÕt kÕ, nhµ m¸y ®­îc ph©n chia theo chøc n¨ng cña c¸c bé phËn c«ng tr×nh. Nguyªn t¾c nµy cã ­u ®iÓm sau: + DÔ dµng qu¶n lý theo ngµnh, theo x­ëng, theo c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt cña d©y chuyÒn. + §¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ vÖ sinh c«ng nghiÖp, dÔ dµng xö lý c¸c bé phËn ph¸t sinh c¸c ®iÒu kiÖn bÊt lîi trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt c¸c chÊt dÔ ch¸y næ nh­ metanol. + DÔ dµng bè trÝ hÖ thèng giao th«ng trong nhµ m¸y. + ThuËn lîi cho qu¸ tr×nh ph¸t triÓn nhµ m¸y. + Phï hîp víi ®Æc ®iÓm khÝ hËu ViÖt Nam. *Nh­îc ®iÓm: + HÖ thèng ®­êng èng kü thuËt vµ m¹ng l­íi giao th«ng t¨ng lªn. + HÖ sè x©y dùng, sö dông ®Êt thÊp. * Tæng mÆt b»ng nhµ m¸y ®­îc ph©n ra lµm 4 vïng: + Vïng tr­íc nhµ m¸y: Lµ n¬i bè trÝ c¸c bé phËn hµnh chÝnh, bé phËn phôc vô sinh ho¹t, cæng ra vµo, gara «t«, xe ®¹p, khu thÓ thao,... ®­îc x©y dùng ë ®Çu h­íng giã chñ ®¹o, gÇn trôc giao th«ng chÝnh cña khu c«ng nghiÖp. DiÖn tÝch vïng nµy th­êng chiÕm tõ 4 - 20% tæng diÖn tÝch toµn nhµ m¸y tuú theo ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt vµ quy m« cña nhµ m¸y. + Vïng s¶n xuÊt: Lµ n¬i bè trÝ c¸c c«ng tr×nh n»m trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt cña nhµ m¸y nh­ c¸c x­ëng s¶n xuÊt chÝnh, phô, s¶n xuÊt phô trî,... Vïng nµy chiÕm tõ 22-52% diÖn tÝch toµn nhµ m¸y, ®©y lµ vïng quan träng nhÊt cña nhµ m¸y nªn cÇn cã mét sè yªu cÇu sau: - Khu ®Êt ®­îc ­u tiªn vÒ h­íng nhµ, ®Þa h×nh vµ ®Þa chÊt. - C¸c nhµ s¶n xuÊt chÝnh phô, s¶n xuÊt phô trî, ... mµ cã nhiÒu c«ng nh©n cÇn ph¶i bè trÝ gÇn phÝa cæng hoÆc gÇn víi trôc giao th«ng chÝnh cña nhµ m¸y vµ ­u tiªn vÒ h­íng nhµ. - C¸c nhµ x­ëng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt g©y ra c¸c t¸c ®éng xÊu ®Õn m«i tr­êng nh­ tiÕng ån, bôi, ch¸y næ, háa ho¹n hoÆc rß rØ hãa chÊt th× nªn ®Æt ë cuèi h­íng giã hoÆc tu©n theo quy ph¹m vÒ an toµn s¶n xuÊt. + Vïng c«ng tr×nh phô: Lµ n¬i ®Æt nhµ vµ c¸c c«ng tr×nh cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn, h¬i, n­íc, xö lý n­íc th¶i vµ c¸c c«ng tr×nh qu¶n lý kü thuËt kh¸c. Vïng nµy th­êng chiÕm tõ 14 - 28% tæng diÖn tÝch nhµ m¸y. + Vïng kho tµng vµ phôc vô giao th«ng: Lµ n¬i bè trÝ c¸c hÖ thèng kho tµng, bÕn b·i, c¸c cÇu bèc dì hµng hãa cña nhµ m¸y, th­êng chiÕm tõ 23-37% tæng diÖn tÝch nhµ m¸y. VI.2. ThiÕt kÕ nhµ s¶n xuÊt Ph©n x­ëng s¶n xuÊt ®­îc x©y dùng trªn khu ®Êt ®­îc ­u tiªn ®Æc biÖt vÒ ®Þa h×nh, ®Þa thÕ, ®¶m b¶o cã ®é chÞu lùc cho phÐp khi x©y dùng vµ vËn hµnh, nÒn t­¬ng ®èi cao, thuËn tiÖn cho cÊp tho¸t n­íc vµ tr¸nh ngËp lôt trong mïa m­a lò. Do quy m« d©y chuyÒn kh¸ lín gåm 2 giai ®o¹n Reforming s¬ cÊp vµ thø cÊp nèi tiÕp nhau kÕt hîp víi qu¸ tr×nh Metanol ho¸ nªn tiÒm lùc lao ®éng cña ph©n x­ëng bao gåm: + Mét qu¶n ®èc + Hai phã qu¶n ®èc + 6 kü s­ vÒ c«ng nghÖ ho¸ häc + 4 kü s­ vÒ ®iÖn, ®iÖn tö + 5 thî ®iÖn + 5 thî c¬ khÝ + 60 c«ng nh©n lµnh nghÒ Tæng sè 83 ng­êi lµm viÖc chia lµm 3 ca. Víi d©y chuyÒn s¶n xuÊt phøc t¹p, thiÕt bÞ ph¶n øng ®a d¹ng. Song do ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt rÊt dÔ ch¸y næ nªn ta chän h×nh thøc x©y dùng nhµ cã m¸i ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Bªn c¹nh ®ã, h×nh thøc nhµ nµy cßn cã ­u ®iÓm lµ che n¾ng, che m­a, tr¸nh bôi, ®¶m b¶o søc khoÎ cho c«ng nh©n, nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. VI.2.1. Gi¶i ph¸p kÕt cÊu khung ph©n x­ëng Do yªu cÇu l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ cã kÝch cì kh¸c nhau, ®ång thêi cho x©y dùng vµ vËn hµnh, ta chän ph©n x­ëng gåm 5 nhÞp nhµ: (6 + 6 + 6 + 6 + 6) x 6 cã ®é cao kh¸c nhau. Toµn bé ph©n x­ëng sö dông cét chÝnh, dÇm chÝnh lµ thÐp ch÷ I ghÐp vµ c¸c thanh dÇm phô thÐp ch÷ I c¸n ®­îc l¾p ®Æt vu«ng sao cho thuËn lîi khi l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ xuyªn sµn. C¸c mèi ghÐp gi÷a ch©n cét víi mãng, dÇm víi cét, cét víi dÇm, dÇm víi dÇm ®Òu ®­îc cè ®Þnh b»ng bul«ng, vÝt neo chÞu lùc kÕt hîp víi c¸c kÕt cÊu chÞu lùc. Do sù ¨n mßn lµ kh«ng ®¸ng kÓ nªn sµn c¸c th¸p gåm c¸c bªt«ng cèt thÐp cã t¸c dông lµm chç dùa cho thiÕt bÞ, dµn thao t¸c vµ tÊm che ch¾n. Toµn bé ph©n x­ëng ®­îc bè trÝ 3 dµn cÇu thang thÐp ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ thÝch hîp. VI.2.2. Gi¶i ph¸p bè trÝ thiÕt bÞ trªn mÆt b»ng ph©n x­ëng Trong nhµ 2 tÇng c¸c thiÕt bÞ ®­îc l¾p ®Æt thµnh hai tÇng ë hai bªn d·y cét B t¹o hai hµnh lang 4m vµ 2m. +TÇng 1: Mét sè thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt èng chïm vµ c¸c thiÐt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p ®­îc ®Æt trªn mét dµn Ðp cao 1,5m, c¸c lß ®èt ®­îc l¾p ®Æt trªn c¸c hÖ thèng bª t«ng cao 0,3m. + TÇng 2: L¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ xuyªn sµn, mét sè thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, thïng cao vÞ vµ mét phßng ®iÒu khiÓn trung t©m 12 x 9 x 5,4m. Toµn bé b¬m vµ m¸y nÐn ®­îc tËp trung trong nhµ khung thÐp cã m¸i che 12 x 12 ®Æt riªng ë phÝa ngoµi. Trong nhµ nhÞp 6m, l¾p ®Æt mét 3 th¸p tæng hîp metanol cao 2,4m, 2 th¸p ch­ng cÊt cao 10,2m, mét sè thïng l¾ng vµ thiÕt bÞ ng­ng tô ®Ønh th¸p. PhÇn V TÝnh to¸n kinh tÕ I. Môc ®Ých vµ nhiÖm vô cña tÝnh to¸n kinh tÕ TÝnh to¸n kinh tÕ lµ phÇn rÊt quan träng, xem thö dù ¸n cã kh¶ thi hay kh«ng. Mét ph­¬ng ¸n tèt ®¶m b¶o vÒ tr×nh ®é s¶n xuÊt,chÊt l­îng, s¶n phÈm, ®ång thêi ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao cho nhµ s¶n xuÊt. Víi 3 nhiÖm vô chÝnh: - X¸c ®Þnh chi phÝ cho ph­¬ng ¸n s¶n xuÊt. - X¸c ®Þnh gi¸ b¸n s¶n phÈm. - X¸c ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ ph­¬ng ¸n kü thuËt ®­a l¹i ®Ó ®¸nh gi¸ ®­îc tÝnh kh¶ thi vÒ mÆt kinh tÕ cña ph­¬ng ¸n kü thuËt. II. C¸c lo¹i chi phÝ II.1. Chi phÝ ®Çu t­ x©y dùng c¬ b¶n B¶ng 23: B¶ng chi phÝ ®Çu t­ x©y dùng c¬ b¶n: H¹ng môc c«ng tr×nh §¬n gi¸ ®ång/m2 DiÖn tÝch m2 Thµnh tiÒn ®ång Khu nhµ s¶n xuÊt 1.200.000 4008 4.809,6. 106 C«ng tr×nh phô trî 700.000 5.552 3.886,4.106 * Chi phÝ cho kh¶o s¸t vµ thiÕt kÕ x©y dùng ®­îc tÝnh b»ng 1% chi phÝ x©y dùng: 0,01(4680 + 3886,4).106 = 86,96.106 (®ång) * Chi phÝ cho tæng mÆt b»ng nhµ m¸y: + Gi¸ ®Êt: 800.000 (®ång/m2) + KÝch th­íc khu ®Êt: 150 x 200 = 30.000 m2 Þ Chi phÝ tæng mÆt b»ng: 30.000 x 800.000 = 24.000.106 (®ång) VËy tæng chi phÝ x©y dùng sÏ lµ: (4680 + 3886,4 + 86,96+ 24000).106 = 32653,36. 106 (®ång) II.2. Chi phÝ cho mua m¸y mãc thiÕt bÞ Chi phÝ m¸y mãc thiÕt bÞ ®­îc tÝnh cho c¶ chi phÝ vËn chuyÓn l¾p ®Æt trän gãi lµ: 4,7. 106 USD. Tû gi¸: 1USD = 15500 (®ång). Þ Chi phÝ m¸y mãc thiÕt bÞ lµ: 4,7. 106 x 15500 = 72850. 106 (®ång) Chi phÝ cho vËn chuyÓn vµ chuyÓn giao c«ng nghÖ lµ: 5% x 72850. 106 = 3642,5.106 (®ång) VËy tæng chi phÝ cho mua m¸y mãc thiÕt bÞ lµ: 72850. 106 + 3642,5.106 = 76492,5.106 (®ång) II.3. Chi phÝ cho vËn hµnh d©y chuyÒn * Chi phÝ cho nguyªn liÖu: L­îng khÝ tù nhiªn tiªu hao trong 1 giê lµ 8420,0729 (kg/h) hay 1307,735 (m3/h). Do ®ã, l­îng khÝ tù nhiªn dïng lµm nguyªn liÖu trong 1 n¨m sÏ lµ: GKTN = 1307,735 x 8000 = 10461880 (m3/n¨m) Gi¸ thµnh 1m3 khÝ tù nhiªn lµ 40000 ®ång. VËy chi phÝ cho nguyªn liÖu lµ: 10461880 x 40000 = 418475,2.106 (®ång) * Chi phÝ cho xóc t¸c: Gi¸ thµnh 1m3 xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 lµ 50 triÖu ®ång. VËy chi phÝ cho xóc t¸c lµ: 2 x 50.106 = 100.106 (®ång) * Chi phÝ cho c¸c nguån nguyªn liÖu vµ nhiªn liÖu kh¸c nhau nh­ ®iÖn, n­íc lµ 1500.106 (®ång). II.4. Chi phÝ cho c«ng nh©n s¶n xuÊt trùc tiÕp B¶ng 24: Chi phÝ cho c«ng nh©n s¶n xuÊt trùc tiÕp STT Nh©n viªn Sè l­îng Møc l­¬ng ®ång/th¸ng Thµnh tiÒn ®ång/th¸ng 1 Qu¶n ®èc 1 3.500.000 3.500.000 2 Phã qu¶n ®èc 2 3.000.000 6.000.000 3 Kü s­ ho¸ häc 6 2.500.000 15.000.000 4 Kü s­ ®iÖn, ®iÖn tö 4 2.500.000 10.000.000 4 Thî ®iÖn 5 1.800.000 9.000.000 5 Thî c¬ khÝ 5 1.800.000 9.000.000 6 C«ng nh©n 60 1.500.000 90.000.000 Tæng 83 142.500.000 Tæng l­¬ng chi tr¶ cho nh©n c«ng cña ph©n x­ëng trong 1 n¨m lµ: VËy tæng l­¬ng chi tr¶ cho nh©n c«ng cña ph©n x­ëng trong mét n¨m lµ: 142500000 x 12 = 1710.106 ®ång/n¨m. TrÝch l­¬ng lÊy 10% chi tr¶ cho b¶o hiÓm x· héi: 10% x 1710.106 = 171. 106 ®ång/n¨m. Tæng l­¬ng ph¶i tr¶ cho nh©n c«ng lµ: (1710 + 171) 106 = 1881. 106 ®ång/n¨m. II.5. Chi phÝ khÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh: KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh lµ sù vËn chuyÓn dÇn gi¸ trÞ cña nã vµo gi¸ trÞ thµnh phÈm do nã lµm ra, môc ®Ých tÝch luü ®Ó kh«i phôc hoµn toµn gi¸ trÞ sö dông cña chóng khi thêi gian khÊu hao ®Ó kÕt thóc lµ 10 n¨m. Gi¶ sö thêi gian khÊu hao lµ 10 n¨m: Møc khÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh: Trong ®ã: P: Gi¸ trÞ ban ®Çu cña tµi s¶n cè ®Þnh SV: Gi¸ trÞ cßn l¹i cña tµi s¶n cè ®Þnh n: Thêi h¹n tÝnh khÊu hao P = 32653,36 .106 + 76492,500.106 = 109145,86. 106 ®ång. SV = 10%.P = 10914,586. 106 ®ång. n = 10 n¨m. VËy møc khÊu hao lµ: = 98231,274. 106 ®ång Khèi l­îng s¶n phÈm b¸n ra trong mét n¨m: +Metanol: 100000 tÊn/n¨m +Dimetylete: 339,296 tÊn/n¨m Tæng ll­îng s¶n phÈm b¸n ra trong n¨m: 100000 + 339,296 = 100339,296 tÊn/n¨m. II.6. Møc khÊu hao cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: Z1 Møc khÊu hao cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm ®ång/tÊn s¶n phÈm. II.7. Møc khÊu hao cho nguyªn liÖu: Z2 ®ång/tÊn s¶n phÈm. II.8. Chi phÝ tiÒn l­¬ng cho mét tÊn s¶n phÈm: Z3 ®ång/ tÊn s¶n phÈm. II.9. Chi phÝ cho nhiªn liÖu vµ n¨ng l­îng: Z4 Bao gåm chi phÝ ®iÖn, khÝ ®èt, n­íc... Chi phÝ cho mét tÊn s¶n phÈm lµ: ®ång/ tÊn s¶n phÈm. II.10. Chi phÝ cho ph©n x­ëng : Z5 Th­êng chän chi phÝ cho ph©n x­ëng lµ 5% gi¸ thµnh ph©n x­ëng Tæng gi¸ thµnh ph©n x­ëng: Zpx = Z1 + Z2 + Z3 + Z4 + Z5 + ZC Trong ®ã: Z5 = 0,05ZPX tÊn s¶n phÈm. ZC: Chi phÝ chung thuéc ph©n x­ëng nh­ chiÕu s¸ng, lµm m¸t. Chän ZC = 12% chi phÝ l­¬ng. Suy ra: ZC = 0,12 x1881.106 = 225,72.106 (®ång/n¨m ) VËy chi phÝ chung cho mét tÊn s¶n phÈm lµ: (®ång/tÊn s¶n phÈm) VËy: ZPX = (0,98 + 4,1406 + 0,0187 + 0,01495 + 0,05.ZPX + 0,00225). 106 Þ ZPX = 5,4279. 106 (®ång/tÊn s¶n phÈm) Nh­ vËy: Z5 = 0,2714. 106 (®ång/tÊn s¶n phÈm) II.11. Chi phÝ cho qu¶n lý doanh nghiÖp: Z6 Chän chi phÝ cho qu¶n lý doanh nghiÖp lµ 10% gi¸ thµnh toµn bé c«ng x­ëng (ZCX) ZCX = ZPX + Z6 = 5,4279.106 + 0,1.ZPX Suy ra: ZCX = 6,6341.106 ®ång/ tÊn s¶n phÈm. II.12. Chi phÝ b¸n hµng: Z7 Chän chi phÝ b¸n hµng b»ng 1% gi¸ thµnh toµn bé ph©n x­ëng. Z7 = 0,01. ZTB Gi¸ thµnh toµn bé ph©n x­ëng: ZTB = ZCX + Z7 ZTB = 6,6341.106 + 0,01. Ztb Suy ra: ZTB = 6,7011.106 ®ång/ tÊn s¶n phÈm. VËy Z7 = 0,0670 ®ång/ tÊn s¶n phÈm. III. x¸c ®Þnh kÕt qu¶ cña ph­¬ng ¸n kü thuËt III.1. Doanh thu do ph­¬ng ¸n kü thuËt ®em l¹i DT = GB x SP. Trong ®ã: DT: doanh thu, ®ång SP: sè l­îng s¶n phÈm, tÊn. GB: gi¸ b¸n s¶n phÈm, ®ång/ tÊn s¶n phÈm. GB = Z TB + T + L§M Víi: T: thuÕ VAT, lÊy T = 10%.GB L§M: l·i ®Þnh møc, lÊy L§M = 5% GB VËy GB = 6,7011 .106 + 0,1GB + 0,05 GB Suy ra: GB = 7,8837. 106 ®ång/ tÊn s¶n phÈm. LÊy gi¸ nh­ sau: Gi¸ metanol: 12,50.106 ®ång/tÊn Doanh thu tõ metanol: 12,500.106x 100000 = 1250000. 106®ång/n¨m Gi¸ b¸n dimetylete: 7,00. 106 ®ång/ tÊn Doanh thu tõ dimetlete: 7,00.106 x 336,296 = 2375,072®ång/n¨m. Tæng doanh thu trong mét n¨m lµ: DT = (1250000 + 2375,072) = 1252375,072.106 ®ång/n¨m. III.2. Lîi nhuËn Lîi nhuËn = SDT - SChi phÝ = SDT - (SP x gi¸ thµnh + thuÕ) = 1252375,072.106 - (100339,296 x 7,8837.106 + 0,1x 7,8837.106) = 461329,3758 . 106 ®ång/n¨m III.3. HiÖu qu¶ kinh tÕ Doanh lîi cña vèn ®Çu t­ = Lîi nhuËn / vèn ®Çu t­ = III.4. Thêi gian hoµn vèn Thêi gian hoµn vèn = SChi phÝ / (lîi nhuËn + MKH) = (n¨m) LÊy thêi gian hoµn vèn lµ 2 n¨m. III.5 KÕt luËn: Víi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n nh­ trªn cho thÊy r»ng thêi gian hoµn vèn lµ 2 n¨m. Do ®ã ph­¬ng ¸n nµy kh¶ thi nªn cã thÓ ®­a ra quyÕt ®Þnh thùc hiÖn. PhÇn VI An toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i tr­êng I. An toµn lao ®éng I.1. Môc ®Ých Ngµnh c«ng nghiÖp hãa dÇu nãi chung rÊt ®éc h¹i, v× vËy trong qu¸ tr×nh lao ®éng s¶n xuÊt cã nhiÒu yÕu tè g©y ¶nh h­ëng ®Õn søc kháe con ng­êi vµ m«i tr­êng xung quanh. §Ó ®¶m b¶o quy tr×nh ho¹t ®éng cña nhµ m¸y th× vÊn ®Ò an toµn lao ®éng-vÖ sinh m«i tr­êng cÇn ph¶i ®­îc quan t©m, thùc hiÖn tèt c¸c néi quy, quy ®Þnh ®· ®Ò ra. §èi víi ph©n x­ëng s¶n xuÊt metanol, c«ng nh©n ph¶i lµm viÖc trong m«i tr­êng ®éc h¹i, dÓ ch¸y næ, nguy c¬ m¾c bÖnh nghÒ nghiÖp cao. V× vËy, c«ng t¸c ®¶m b¶o an toµn lao déng v« cïng thiÕt thùc vµ quan träng. Hµng n¨m, l·nh ®¹o nhµ m¸y kÕt hîp víi tæ chøc c«ng ®oµn nhµ m¸y ®Ó tæ chøc häc tËp, båi d­ìng, kiÓm tra vÒ an toµn lao ®éng cho tÊt c¶ c¸c c¸n bé, c«ng nh©n trong ph©n x­ëng. I.2. C«ng t¸c ®¶m b¶o an toµn lao ®éng 1.2.1. C«ng t¸c gi¸o dôc t­ t­ëng C«ng t¸c b¶o hé lao ®éng mang tÝnh chÊt quÇn chóng, v× vËy c«ng t¸c nµy phÇn lín lµ do c¸n bé, c«ng nh©n viªn chøc trong toµn nhµ m¸y tù gi¸c thùc hiÖn. Ph©n x­ëng ph¶i th­êng xuyªn tæ chøc tuyªn truyÒn, gi¸o dôc ®Ó mäi ng­êi thÊm nhuÇn c¸c néi quy cña nhµ m¸y vÒ c«ng t¸c b¶o hé lao ®éng, ®ång thêi ph¶i th­êng xuyªn kiÓm tra viÖc thùc hiÖn c¸c quy ®Þnh an toµn trong thao t¸c, kÞp thêi gi¶i quyÕt c¸c sù cè x¶y ra. 1.2.2. Trang bÞ b¶o hé lao ®éng Trong nhµ m¸y, nhÊt lµ trong ph©n x­ëng s¶n xuÊt Metanol viÖc cÊp ph¸t ®Çy ®ñ c¸c trang thiÕt bÞ b¶o hé lao ®éng nh­ quÇn ¸o, giÇy, mò, g¨ng tay lµ rÊt cÇn thiÕt. §©y lµ c¸c yÕu tè gióp ng¨n ngõa tai n¹n lao ®éng vµ c¸c bÖnh nghÒ nghiÖp. §ång thêi cÇn ph¶i th­êng xuyªn nh¾c nhë, kiÓm tra viÖc thùc hiÖn cña c«ng nh©n trong vÊn ®Ò nµy. 1.2.3. C¸c biÖn ph¸p kü thuËt Ngoµi viÖc th­êng xuyªn kiÓm tra, nh¾c nhë viÖc thùc hiÖn nh­ trªn th× c¸c biÖn ph¸p kü thuËt vÉn lµ quan träng nhÊt, cô thÓ lµ: + Thùc hiÖn nghiªm chØnh chÕ ®é b¶o d­ìng m¸y mãc ®óng ®Þnh kú. + Trang bÞ ®Çy ®ñ c¸c c«ng cô s¶n xuÊt ®óng tiªu chuÈn kü thuËt. + C¸c dông cô, thiÕt bÞ ®iÖn ph¶i ®­îc che ch¾n ®óng kü thuËt, ®¶m b¶o an toµn + C¸c hÖ thèng chuyÓn ®éng nh­ m«t¬, xÝch ph¶i ®­îc bao che ch¾c ch¾n. + Trang bÞ vµ b¶o d­ìng th­êng xuyªn c¸c van tù ®éng. + KiÓm tra nguyªn liÖu tr­íc khi ®­a vµo s¶n xuÊt. + Th­êng xuyªn kiÓm tra èng dÉn nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm. + TuyÖt ®èi ph¶i tu©n theo c¸c yªu cÇu vÒ c«ng nghÖ, kü thuËt. + Sö dông c¸c hãa chÊt dÔ ch¸y næ, g©y báng ph¶i tuyÖt ®èi an toµn. Ph©n x­ëng ®­îc ®Æt n¬i c¸ch xa khu d©n c­, trong x­ëng ph¶i cã ®ñ ¸nh s¸ng, th«ng tho¸ng kh«ng khÝ, cã ®ñ diÖn tÝch vµ kh«ng gian cÇn thiÕt ®Ó c«ng nh©n thao t¸c vµ vËn hµnh, bè trÝ thiÕt bÞ vµ dông cô nghiªn cøu, cøu háa, hÖ thèng cöa ph¶i thuËn tiÖn, dÔ tho¸t ra ngoµi khi cã háa ho¹n x¶y ra. Khi x¶y ra ch¸y næ, c¸c c¸n bé c«ng nh©n trong x­ëng ph¶i nhanh chãng tho¸t ra khái n¬i lµm viÖc, ®ång thêi sö dông nh÷ng ph­¬ng tiÖn ch÷a ch¸y s½n cã vµ kÞp thêi b¸o cho bé phËn cøu háa cña nhµ m¸y hay ®¬n vÞ phßng ch¸y ch÷a ch¸y gÇn nhÊt gióp ®ì. I.2.4. C«ng t¸c vÖ sinh trong lao ®éng CÇn lµm tèt c«ng t¸c vÖ sinh lao ®éng ®Ó tr¸nh c¸c bÖnh nghÒ nghiÖp. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i cã hÖ thèng th«ng giã vµ chiÕu s¸ng cho ph©n x­ëng. + HÖ thèng th«ng giã: Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh m¸y mãc, cã c¸c qu¸ tr×nh gia nhiÖt, ph¸t nhiÖt, cã c¸c h¬i khÝ ®éc h¹i, do ®ã cÇn ph¶i cã c¸c biÖn ph¸p th«ng giã cho tõng c«ng ®o¹n. Ngoµi th«ng giã tù nhiªn, cÇn bè trÝ hÖ thèng hót giã. Gi¶i ph¸p thiÕt kÕ kiÕn tróc ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ th«ng giã tù nhiªn cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt: - Chän h×nh thøc m¸i nhµ thÝch hîp - Chän h­íng nhµ hîp lý ®ãn ®­îc giã m¸t vÒ mïa hÌ - §èi víi ph©n x­ëng s¶n xuÊt Metanol mang tÝnh nãng, ®éc th× cÇn ph¶i lµm cöa m¸i vµ cã tÊm ch¾n giã bªn cöa m¸i ®Ó t¨ng hiÖu øng ®èi l­u vµ hót kh«ng khÝ tõ trong nhµ ra ngoµi. - ThiÕt kÕ 2 tÇng cöa sæ trë lªn - §Æt ®­êng èng dÉn nhiÖt chÝnh ®i ë ngoµi nhµ, dÉn c¸c ®­êng èng nh¸nh vµo nhµ ®Ó ®ì lµm nãng bÇu kh«ng khÝ trong nhµ do hiÖn t­îng tæn thÊt nhiÖt g©y ra. + HÖ thèng chiÕu s¸ng: CÇn ®¶m b¶o c¸c yÕu tè chiÕu s¸ng tù nhiªn vµ nh©n t¹o ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng nh©n lµm viÖc tho¶i m¸i vµ ®¹t n¨ng suÊt cao, tr¸nh ®­îc bÖnh nghÒ nghiÖp. §Æc biÖt, cÇn ®¶m b¶o ¸nh s¸ng cho c«ng nh©n lµm viÖc ca ®ªm. *C¸c yªu cÇu vÒ chiÕu s¸ng tù nhiªn: - §é chiÕu s¸ng ®¶m b¶o theo tiªu chuÈn. - §é chiÕu s¸ng ph©n bè ph¶i t­¬ng ®èi ®Òu, tr¸nh chæ s¸ng chæ tèi. - Tr¸nh ¸nh n¾ng chiÕu trùc tiÕp vµo nhµ. - CÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c yªu cÇu vÒ th«ng giã, che m­a, che n¾ng vµ thÈm mü kiÕn tróc chung cña nhµ. *C¸c biÖn ph¸p chiÕu s¸ng tù nhiªn: - KÕt hîp chiÕu s¸ng tù nhiªn qua c¸c cöa sæ bªn vµ qua cöa sæ m¸i ®Ó ¸nh s¸ng ®Òu vµ tèt h¬n. - Dïng kÝnh chèng nãng ®Ó lÊy ¸nh s¸ng. - Ph¶i tæ chøc lau cöa sæ, cöa kÝnh, cöa m¸i th­êng xuyªn, s¬n trÇn vµ t­êng nhµ ®Ó tËn dông sù chiÕu s¸ng tù nhiªn. Khi s¬n ph¶i chó ý ®Õn sù ®iÒu hßa mµu s¾c, sù ph¶n chiÕu vµ bèi c¶nh t­¬ng ph¶n trong nhµ s¶n xuÊt. Nªn chän mµu nh¹t, dÞu m¸t, tr¸nh nh÷ng mµu chãi, cã ®é t­¬ng ph¶n cao ®Ó b¶o vÖ m¾t vµ kh«ng g©y mÖt mái cho c«ng nh©n. + HÖ thèng che m­a, che n¾ng cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt: KÝch th­íc cöa hîp lý, chän c¸c h×nh thøc che m­a, che n¾ng thÝch hîp sao cho võa che m­a, che n¾ng võa lÊy ®­îc ¸nh s¸ng, th«ng giã tèt, gãp phÇn t¨ng vÎ ®Ñp kiÕn tróc cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt. + HÖ thèng vÖ sinh c¸ nh©n: Ph©n x­ëng ph¶i cã khu vÖ sinh riªng ë mçi nhµ, ph¶i cã phßng thay quÇn ¸o, t¾m röa, vÖ sinh ®Ó ®¶m b¶o søc khoÎ cho c«ng nh©n. II. B¶o vÖ m«i tr­êng Trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp, nhÊt lµ c«ng nghiÖp hãa chÊt, c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má lu«n lu«n cã c¸c hÖ thèng b×nh chøa, thiÕt bÞ cã dung tÝch, ®­êng èng vµ ¸p lùc cao, ... Tõ c¸c thiÕt bÞ ®ã lu«n lu«n cã mét l­îng h¬i khÝ cña chÊt chøa bªn trong thiÕt bÞ tho¸t ra ngoµi qua khe hë cña mèi hµn, lµm « nhiÔm bÇu kh«ng khÝ xung quanh. Bªn c¹nh ®ã lµ c¸c chÊt th¶i vµ khÝ th¶i cña nhµ m¸y còng gãp phÇn lµm « nhiÔm m«i tr­êng. Nhµ m¸y s¶n xuÊt Metanol còng lµ mét nhµ m¸y hãa chÊt vµ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, nhµ m¸y ®· sö dông mét l­îng n­íc lµm l¹nh lín vµ t¹o ra mét l­îng khÝ th¶i t­¬ng ®èi lín. Cïng víi l­îng h¬i khÝ tho¸t ra tõ c¸c bån, bÓ chøa nÕu kh«ng cã biÖn ph¸p xö lý sÏ g©y « nhiÔm m«i tr­êng nghiªm träng. Sau ®©y, t«i xin ®Ò xuÊt ph­¬ng ¸n xö lý chÊt th¶i cña nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol. ChÊt th¶i cña nhµ m¸y- BiÖn ph¸p xö lý, b¶o vÖ m«i tr­êng: +Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt khÝ tæng hîp ®· t¹o ra mét l­îng khÝ chñ yÕu lµ H2, CO2, CO, CH4 vµ mét l­îng khÝ chøa l­u huúnh cã lÉn trong nguyªn liÖu ®Çu cÇn lµm s¹ch. PhÇn lín c¸c khÝ nµy lµ khÝ ®éc, ®Æc biÖt lµ CO2 vµ hîp chÊt chøa l­u huúnh. Víi thµnh phÇn khÝ th¶i nh­ vËy, nÕu ta cho th¶i vµo khÝ quyÓn th× sÏ g©y « nhiÔm m«i tr­êng ®ång thêi l·ng phÝ mét nguån nhiªn liÖu ®¸ng kÓ. V× vËy, ta thu håi l­îng khÝ th¶i nµy, cho tuÇn hoµn mét phÇn trë l¹i ®Ó æn ®Þnh ho¹t tÝnh xóc t¸c, mét phÇn lín cßn l¹i ®­îc ®­a ®i xö lý ®Ó sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c nh­ s¶n xuÊt ®iÖn cho ph©n x­ëng, dïng cho c¸c qu¸ tr×nh lµm l¹nh, sö dông lµm nhiªn liÖu khÝ hoÆc dïng ®Ó s¶n xuÊt H2 tinh khiÕt. +Trong qu¸ tr×nh metanol ho¸ vÉn cßn mét phÇn hçn hîp CO2, CH4, ch­a tham gia ph¶n øng vµ H2O. Hçn hîp sau khi thu håi ®­îc ®em xö lý råi cho tuÇn hoµn trén víi dßng nguyªn liÖu míi. +Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt còng sö dông mét l­îng n­íc lµm l¹nh lín, do ®ã còng cÇn ph¶i xö lý l­îng n­íc nµy sau khi thùc hiÖn qu¸ tr×nh lµm l¹nh ®Ó thu håi n­íc s¹ch ®em ®i sö dông l¹i. VÒ mÆt an toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i tr­êng, c¸c thiÕt bÞ ¸p lùc ph¶i ®­îc thö nghiÖm ®é kÝn vµ cho phÐp cã mét ®é kÝn khÝt nhÊt ®Þnh (hay ®é hë) ®­îc tiªu chuÈn hãa tïy thuéc theo møc ®é ®éc h¹i hoÆc nguy hiÓm ch¸y næ cña m«i tr­êng chøa ®ùng bªn trong thiÕt bÞ. Ngoµi ra, hµng th¸ng hoÆc ®Þnh kú nhµ m¸y cÇn kiÓm tra chÊt l­îng n­íc th¶i còng nh­ khÝ th¶i ®Ó ®¶m b¶o m«i tr­êng kh«ng bÞ « nhiÔm bëi chÊt th¶i tõ nhµ m¸y. Bªn c¹nh ®ã, mçi mét c¸n bé, c«ng nh©n viªn chøc trong nhµ m¸y ®Òu ph¶i cã ý thøc b¶o vÖ m«i tr­êng, c¶nh quan chung cña nhµ m¸y, cña céng ®ång vµ cña toµn x· héi. KÕt luËn Sau mét qu¸ tr×nh lµm viÖc nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n, ®å ¸n nµy ®· ®­îc hoµn thµnh. MÆc dï “Tæng hîp metanol tõ khÝ tù nhiªn” kh«ng ph¶i lµ mét ®Ò tµi nghiªn cøu míi, song ®å ¸n nµy còng gi¶i quyÕt ®­îc mét sè vÊn ®Ò. Qua nghiªn cøu cho ta thÊy ®­îc tÇm quan träng cña viÖc s¶n xuÊt Metanol trong c«ng nghÖ ho¸ chÊt còng nh­ nhu cÇu cña nã trªn thÕ giíi vµ ViÖt Nam. §èi víi n­íc ta, viÖc s¶n xuÊt Metanol lµ mét vÊn ®Ò cßn kh¸ míi mÎ. HiÖn nay, ë n­íc ta ch­a cã mét nhµ m¸y nµo s¶n xuÊt ra Metanol. Nh­ng hy väng trong t­¬ng lai s¾p tíi, khi mµ nÒn c«ng nghiÖp ë n­íc ta ph¸t triÓn h¬n th× viÖc s¶n xuÊt Metanol sÏ dÔ dµng h¬n nh­ nguån nguyªn liÖu khÝ tù nhiªn ë n­íc ta kh¸ nhiÒu. Metanol lµ s¶n phÈm trung gian v« cïng quan träng trong c«ng nghiÖp ho¸ chÊt ®Ó tæng hîp nªn c¸c hîp chÊt h÷u c¬. Tõ metanol cã thÓ tæng hîp ®­îc rÊt nhiÒu hîp chÊt quan träng kh¸c. Qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n tèt nghiÖp nµy ®· gãp phÇn gióp cho em «n l¹i nh÷ng kiÕn thøc cña mét sè m«n häc nh­ Ho¸ häc H÷u c¬, qu¸ tr×nh thiÕt bÞ trong c«ng nghÖ ho¸ chÊt, tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y ho¸ chÊt,... Qua ®©y còng gióp cho em biÕt c¸ch tra tµi liÖu, tra c¸c ®¹i l­îng ho¸ lý. PhÇn tæng quan gióp em n¾m kü ®­îc c¸ch tr×nh bµy nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña mét d©y chuyÒn c«ng nghÖ. BiÕt c¸ch ph©n tÝch nh÷ng ­u nh­îc ®iÓm cña tõng c«ng nghÖ ®Ó tõ ®ã lùa chän ®­îc mét c«ng nghÖ phï hîp nhÊt ®Ó l¾p ®Æt ë n­íc ta. BiÕt c¸ch tÝnh to¸n c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng nhiÖt l­îng cho mét sè thiÕt bÞ. Tõ ®ã thiÕt kÕ mét d©y chuyÒn s¶n xuÊt vµ lùa chän mét sè thiÕt bÞ phï hîp l¾p ®Æt cho tæng d©y chuyÒn. MÆt kh¸c biÕt ®­îc c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn tõng c«ng ®o¹n trong d©y chuyÒn, tõ ®ã ®­a ra c¸ch gi¶i quyÕt phï hîp. Qua c¸ch tÝnh to¸n kinh tÕ vµ x©y dùng còng gióp em lùa chän ®­îc d©y chuyÒn s¶n xuÊt sao cho thêi gian hoµn vèn lµ ng¾n nhÊt, hiÖu qu¶ nhÊt vµ nhµ m¸y dùng lªn kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn m«i tr­êng ®« thÞ, khu d©n c­ còng nh­ c¸c di s¶n v¨n ho¸ cña ®Þa ph­¬ng. §iÒu em lu«n t©m ®¾c lµ qua ®å ¸n nµy tèt nghiÖp nµy gióp em c¸ch lµm viÖc lu«n mong muèn häc hái t×m tßi ë thÇy c« vµ b¹n bÌ. §iÒu nµy gióp em tù tin h¬n khi ra tr­êng vµ lµm viÖc ®éc lËp. MÆc dï ®· cã sù næ lùc cña b¶n th©n nh­ng do thêi gian vµ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ nªn em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. KÝnh mong c« bá qua vµ xin ®­îc tiÕp thu nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña c¸c thÇy c« vµ b¹n bÌ ®Ó ®å ¸n nµy ngµy cµng ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Tµi liÖu tham kh¶o 1. NguyÔn ThÞ Minh HiÒn. C«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt - 2004. 2. NguyÔn Mai Liªn. Tæng hîp H÷u c¬ c¬ b¶n. Tr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi - 1964. 3. Lª MËu QuyÒn. Ho¸ häc v« c¬. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kü thuËt - 1999. 4.Bé m«n nhiªn liÖu – Khoa Ho¸. H­íng dÉn tÝnh to¸n c«ng nghÖ c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ thiªn nhiªn. Tr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi - 1974. 5. Ho¸ häc vµ kü thuËt tæng hîp H÷u c¬. Tr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi -1974. 6. §oµn Thiªn TÝch. DÇu khÝ ViÖt Nam. Nhµ xuÊt b¶n §¹i Häc Quèc Gia Thµnh Phè Hå ChÝ Minh- 2001 7. Tæng hîp c¸c hîp chÊt trung gian. Tr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi - 1996. 8. PTS. TrÇn Xoa, PTS - NguyÔn Träng Khu«ng, KS - Hå Lª Viªn. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, tËp I. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi- 1992. 9. PTS - TrÇn Xoa, PTS - NguyÔn Träng Khu«ng, PTS - Ph¹m Xu©n To¶n. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, tËp II. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi- 1999. 10. Wolfgang Garhartz. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry - Vol. A5, A13, A16. 11. Edited by J. K. Paul. Methanol Technology and Application in Motor Fuels. Park Ridge, New Jersey, U.S.A - 1978. 12. Hydrocarbon processing. January- 1998. 13. Hydrocarbon processing. March- 2001. 14. Hydrocarbon processing. March- 2003. ._.