YOMEDIA
Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 8: Kỹ thuật nhiên liệu
Chia sẻ: Phuc Nguyen
| Ngày:
| Loại File: PPTX
| Số trang:21
109
lượt xem
5
download
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Kỹ thuật nhiên liệu, kỹ thuật sản xuất khí than, kỹ thuật luyện than cốc,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 8: Kỹ thuật nhiên liệu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
HÓA CÔNG NGHỆ
TH.S NGÔ XUÂN LƯƠNG
- CHƯƠNG VIII.
KỸ THUẬT NHIÊN LIỆU
- Nhiên liệu là tên gọi của các chất cháy ở dạng rắng, lỏng khí có trong thiên nhiên
hay nhân tạo được dùng làm nguồn cung cấp nhiệt hoặc làm nguyên liệu trong
công nghiệp hoá chất. Bao gồm.
Nhiên liệu thiên nhiên: than, gổ, dầu mỏ, khí TN
Nhân tạo: than cốc, than gổ, xăng, dầu hoá, khí than, khí cốc … chủ yếu được
điều chế từ nhiên liệu thiên nhiên.
A. KỶ THUẬT SẢN XUẤT KHÍ THAN
I. Ý NGHĨA KINH TẾ CỦA KHÍ THAN
Sản xuất than là quá trình chuyển hoá than ở dạng rắn thành dạng khí
Thành phần chính CO, H2 dùng làm chất đốt hoặc tổng hợp hữu cơ
CO + 2H2 CH3OH
- Dùng khí than có nhiều ưu điểm hơn than (nhiệt độ cháy cao dễ điều
chỉnh ngọn lửa, khi cháy không tro bụi dễ vận chuyển)
Khí than dùng trong lò luyện thép mác tanh, lò đúc nấu thuỷ tinh, dùng làm nhiên
liệu cho động cơ đốt trong
H2+ O2 H2O
T/H hữu cơ : sản xuất rượu metylic, etylic, hiđrôcacbon, HCHO…
CO + O2 CO2
Quá trình hoá khí than ra đời đầu thế kỷ XIX (nga)
Việt Nam: Thuỷ tinh Hải Phòng, sứ Hải Dương, phân đạm Bắc Giang, bóng đèn
phích nước Rạng Đông.
- II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Nguyên tắc chung
oxi hoá không hoàn toàn của C của than nhờ chất oxi hoá chứa oxi: KK, H2O,
CO2, O2… và sản phẩm chủ yếu gồm H2, CO2, CH4, N2, H2S… ở nhiệt độ phản
ứng 12000C . Qúa trình biến đổi hoá học từ C của than khí gọi là quá trình hoá
khí than.
2. Các phản ứng trong quá trình hoá khí than
Các phản ứng chính
- III. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT
Cơ sở phân loại:
Dựa vào chiều chuyển động của gió (KK và hơi nước) đưa vào lò (than luôn đổ
từ trên xuống) 4 phương pháp.
- a. Phương pháp hoá khí thuận: gió đưa vào từ đáy lò, xuyên qua lớp than, tạo
thành khí rồi thoát lên trên, sản phẩn lấy ra ở phía trên lò.
b. Phương pháp hoá khí nghịch: giá đưa vào từ đỉnh lò cùng chiều với than, sản
phẩm lấy ra ở đáy lò
c. Phương pháp hoá khí ngang: giá đưa vào ngang lò giữa lò thẳng gốc với
chuyển động của than
d. Phương pháp hoá khí liên hợp: gió đưa vào theo 2 chiều ngược nhau (trên –
dưới) sản phẩm lấy ra giữa thân lò
Dựa vào thành phần khí thổi vào lò có 3 phương pháp
a. Phương pháp khi than khô:
Khí thổi vào lò là KK sản phẩm chủ yếu là CO (34,7%),
N2 (64,5%), Ar (0,8%), Ni
N2 còn lại tồn năng suất toả nhiệt lớn 4300KJ/m3
- Sản phẩm dùng cho lò cao cung cấp C, CO cho quá trình luyện gang nhiệt
độ lên tới 18000C.
b. Phương pháp khí than ướt (ẩm)
Khí thổi vào lò là HH (H2O, KK) sản phẩm CO (27%), H2 (13,5%), N2 (52,6%),
CH4 (0,5%)
NH2/N2 > 3 đạt tỷ lệ cho tổng hợp NH3.
H = 80% thay KK = O2 và tăng nhiệt độ > 12000C tăng sản phẩm CO, H2 và
CH4 tăng năng suất tỏ nhiệt của khí đốt và tăng hiệu suất của quá trình hoá khí
than.
c. Phương pháp khí hơi nước
Phương pháp gián đoạn (t/c chu kỳ): 2 giai đoạn chính
Giai đoạn 1: thổi KK
C + O2 CO2 2C + O2 CO2
Phản ứng có H < O nhiệt độ tăng.
- Giai đoạn 1 quyết định tới chất lượng sản phẩm vì phản ứng tạo khí hơi nước đòi
hỏi Q lớn, bề mặt phản ứng lớn, tốc độ thổi khí lớn để CO2 không bị khử thành
CO hạ thấp nhiệt độ lò. Song chọn tốc độ thích hợp để đỡ tổn thất nhiệt.
Giai đoạn 2: Thổ hơi H2O
C + H2O = CO + H2
C + H2O CO2 + 2H2
Nhiệt độ phản ứng giảm V giảm chất lượng khí giảm PP liên tục
+ PP liên tục: phương pháp này dùng hơi nước quá nhiệt, hơi nước trước khi cho
vào lò qua buồng thu hồi nhiệt để nâng nhiệt độ tới 1100-12000C
- sản phẩm H2: 35-45%, CO : 20-21%, CO2 : 25-30%
N2: 0,8%, CH4 : 8-10%, VH2 : VCO2 = 2:1 phù hợp với sản xuất CH3OH, năng
suất toả nhiệt 10.3500KJ/m3.
IV. THIẾT BỊ HOÁ KHÍ (SGK)
B. KỸ THUẬT LUYỆN THAN CỐC
I. Ý NGHĨA KINH TẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐC HOÁ
Sản phẩm gồm: rắn than cốc, nguyên liệu giàu C nhất (96,5-97,5%)
Khí cốc: chủ yếu H2, CH4 còn lại CO, CO2, NH3, N2, C2H4… C6H6 chưa ngưng
tụ.
Lỏng < nhựa than đá: Nhiều hiđro cac bon thơm và fenol.
Than cốc là nguyên liệu cần thiết cho luyện kim (gang cần 0,7-0,8 tấn cốc vì %
Cmax Q nhiệt ớn) trong giá thành gang, than cốc chiếm 40%. Cốc – sản xuất
phân lân nung chảy, khí than.
- Khí cốc, nhựa than đá là bán sản phẩm dùng sản xuất NH3, CH3OH, C2H5OH,
benzen, toluen, thuốc trừ sâu, chất dẻo.
VD: Khí cốc + H2SO4 (NH4)2SO4 NH3
Phát triển kỷ nghệ luyện cốc là một yêu cầu cần thiết với nền kinh tế quốc dân. ở
Việt Nam kỷ nghệ này phát ở ở Hòn Hai, Làng Gốm (Thái Nguyên) và ở Công ty
gang thép Thái Nguyên.
- II. CƠ SỞ LÝ HOÁ
1. Khái niệm chung
Cơ sở: là sự khử cấu tạo nhiệt của than
Qúa trình cốc hoá là quá trình chưng khô than đá không có không khí ở nhiệt độ >
10000C.
Than đá than cốc
Quá trình phức tạp + phản ứng hoá học kèm theo hiện tượng lý hoá khác nhau
như biến đổi trạng thái liên hợp khối chắc của bán cốc cục cốc riêng biệt.
Đồng thời mỗi giai đoạn kèm theo NN quá trình lý hoá như hấp thụ và khử hấp
thụ hơn và khí …
2. Những quá trình lý hoá xảy ra trong quá trình tạo cốc
Giai đoạn 1: T < = 1000C quá trình sấy than hơi ẩm và khí hấp phụ thoát Ra (N2,
O2, CO2, CH4…)
- Giai đoạn 2: quá trình bán cốc hoá (100-6000C)
Than bắt đầu phân huỷ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (sản phẩm nhiệt phân
sơ cấp), phần rắn còn lại là bán cốc, vẫn còn chứa nhiều chất bay hơi.
Giai đoạn 3: 1000>= t > 600, quá trình tạo cốc
t > 6000C các chất bay hơi tiếp tục thoát ra đến 8000C bay hơi hết, bán cốc
cốc. Qúa trình kết thúc ở 1000-9000C (quá trình nhiệt phân thứ cấp là quá trình
thơm hoá hợp chất bay hơi).
3. Các phản ứng hoá học xảy ra khi tạo cốc
Qúa trình phân sơ cấp:
Cấu tạo HH của than gồm hệ ngưng tự nhận thơm và nhóm dị vòng, hiđrocacbon
thơm, hợp chất chứa nhóm định chức oxi.
- Bước 1: đứt mạch các hợp chất di dòng, đứt mạch nhóm COOH, OH…-> N2, O2,
CO, CO2, H2S, CH4, C2H4…
Phản ứng phân huỷ nhân thơm, phân huỷ hợp chất có nhóm chứa andehit –
xetôn…
C2H5COOH CO +H2O + C2H4
C2H5NH CH3CH = NH +H2
III. KỸ THUẬT LUYỆN CỐC (SGK)
C. KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU MỎ
I. NGUỒN GỐC – THÀNH PHẦN VÀ Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN
DẦU MỎ
Nguồn gốc : động – thực vật
Xác sinh vật biển, xác động thực vật trên mặt đất biển biến đổi hàng triệu
năm dầu mỏ
- Thành phần HH: chủ yếu H – C: 50-98%, C1 C60, C1 – C4 Khí C5 – C60 Dầu
n=prrapis – Isoparafin, xiclo parafin hay naphtalen H-C
2-50% h/c dị nguyên tố chứa O, N, S …
Đầu mỏ khác nhua về thành phần hoá học song thành phần chủ yếu là các
nguyên tố C, H gần nhau: 83-87%, H : 11-14%.
ý nghĩa:
Cung cấp nhiên liệu và nguyên liệu cho công nghiệp ngày nay (đóng vai trò chính)
Cung cấp xăng cho các loại động cơ, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp tạo
ra các sản phẩm phục vụ công nghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng như các loại sợi
tổng hợp, chất dẻo, cao su nhân tạo, chất tẩy rửa tổng hợp, thuốc trừ sâu…
- II. CHẾ BIẾN DẦU MỎ
1. Chuẩn bị dầu thô trước khi đưa vào chế biến
Tách khí và ổn định dầu: Dầu dưới mặt đất chịu một áp suất lớn một phần khí
và xăng nhẹ hoà tan vào dầu. Để tránh mất mát một lượng khí và xăng nhẹ trong
quá trình bảo quản và vận chuyển, cần tách bằng đun nóng nhẹ hoặc giảm P.
Tách nước lẫn trong dầu bằng cách đun nóng dầu thô
Tách các muối khoáng, đất, cát … bằng cách lắng lọc nhiều lần và chiết tách…
2. Chế biến giữ nguyên cấu tạo
Đó là quá trình chứng cất dưới P thường hoặc trong chân không dựa vào nhiệt
độ sôi khác nhau cảu các phân đoạn
- 3. Chế biến khử cấu tạo
Là quá trình chuyển hoá hoá học dầu mỏ từ các chất có phân tử lượng cao, cấu
tạo phức tạp thành các sản phẩmn có phân tử lượng thấp, cấu tạo đơn giản hơn
nhờ vào nhiệt độ (Crắc kinh nhiệt) và xúc tác (Crắc kinh xúc tác). Gọi là quá trình
Crắc kinh. Gần đây còn tiến hành Refoocming xúc tác và hiđro crắc kinh dầu mỏ
để sản xuất ra nhiều xăng hơn và chất lượng xăng cao hơn.
a. Crắc kinh nhiệt
Phản ứng cơ bản là phản ứng phân huỷ
Phản ứng phụ: phản ứng đóng vòng, phản ứng đồng phân hoá, phản ứng ngưng
tụ thứ cấp.
- Sản phẩm Khí hiđrocacbon (C1-C4)
Sản phẩm lỏng là xăng
Sản phẩm cặn crắc kinh
Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nguyên liệu, điều kiện nhiệt độ, P crắc kinh .
Các phương pháp crắc kinh:
áp suất cao (12-70atm) nhiệt độ = 5400C (nhiệt độ thấp)
áp suất thấp (2-5atm) nhiệt độ < 6000C
áp suất thường, nhiệt độ cao 670-7200C
Với nguyên liệu là hiđrocacbon nặng thì điều kiện nhiệt độ P< hơn.
- b. crắc kinh xúc tác
phản ứng chính: phân huỷ mạnh các bon
phản ứng điện phân hoá hiđrocacbon nhánh tăng chỉ số octan của xăng
CH3(CH2)3CH3 (CH3)2CH – CH2 – CH3
Phản ứng hiđrô hoá
C2H2 + H2 C2H4 , C2H4 + H2 C2H6
Phản ứng ankyl hoá phản ứng giảm hiệu suất khí (nhiệt độ thấp)
Phản ứng ankyl xảy ra ở nhiệt độ cao tạo nhiều khí
CH3(CH2)4CH3 C6H6 + 4H2
C6H12 C6H6 + 3H2
Phản ứng trùng hợp ở nhiệt độ thấp, áp suất cao đối với H – C không no
- Phản ứng ngưng tụ xảy ra với H – C đa vòng phản ứng này tạo cốc bám trên bề
mặt xúc tác giảm hoạt tính.
Phản ứng phụ:
Tốc độ ankyl xúc tác > crắc kinh nhiệt (hàng trăm ngàn lần) và nhờ độ chọn lọc
xúc rác cho phép quá trình xảy ra theo xu hướng tạo sản phẩm mong muốn.
Xúc tác crắc kinh.
Aluminosilicat tổng hợp: 89,5% SiO2 + 10%Al2O3
Aluminosilicat tự nhiên: 73,8% SiO2 + 17%Al2O3 + 2/3Fe2O3
Cao lanh : 53% SiO2 + 45%Al2O3 + 0,3Fe2O3
Zeolit :
Thêm tài liệu vào bộ sưu tập có sẵn:
Báo xấu
LAVA
ERROR:connection to 10.20.1.98:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
ERROR:connection to 10.20.1.98:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
Đang xử lý...
Thêm vào BST
Báo xấu
