Thiết kế phân xửong sản suất MTBE từ iso Butan
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
Më §ÇU
Cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh khoa häc c«ng nghÖ nãi chung, ngµnh
c«ng nghÖ dÇu má vµ khÝ còng kh«ng n»m ngoµi sù ph¸t triÓn ®ã. §©y lµ mét
ngµnh c«ng nghiÖp cã mét vÞ trÝ quan träng trong nÒn kinh tÕ thÕ giíi, nã t¹o ra
mét nguån n¨ng l−îng lín cung cÊp cho chóng ta. Ngµnh c«ng nghiÖp ph¸t triÓn
nµy ngµy mét t¹o ra nhiÒu h¬n c¸c s¶n phÈm dÇu má, ®ång thêi chÊt l−îng cña
chóng còng ®−îc n©ng cÊp lªn nhiÒu ®¸p øng ®−îc hoµn toµn yªu cÇu kü thuËt
cña c¸c lo¹i ®éng c¬ còng nh− c¸c lo¹i m¸y mãc c«ng nghiÖp vµ d©n dông.
Víi s¶n phÈm x¨ng nãi riªng, x¨ng lÊy tõ ph©n ®o¹n x¨ng ch−ng cÊt trùc
tiÕp th× kh«ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu kü thuËt cÇn thiÕt, tri sè octan cña x¨ng nµy
chØ ®¹t kho¶ng 30 ®Õn 60, do trong thµnh phÇn chøa chñ yÕu lµ c¸c cÊu tö nparafin, rÊt it iso-parafin vµ th¬m. Mµ hiÖn nay c¸c nhµ chÕ t¹o ®éng c¬ kh«ng
ngõng n©ng cao c«ng suÊt, chÊt l−îng ®éng c¬. Nh− vËy chÊt l−îng nhiªn liÖu
dïng cho ®éng c¬ còng ph¶i ®−îc n©ng lªn cho phï hîp. §éng c¬ cµng cã c«ng
suÊt cao th× tøc lµ nã ph¶i cã tû sè nÐn cao, ®éng c¬ cã tû sè nÐn cao th× x¨ng
ph¶i cã trÞ sè octan cao míi ®¶m b¶o ®−îc c«ng suÊt cña ®éng c¬, ®Ó nhiªn liÖu
ch¸y tèt trong ®éng c¬, ch¸y kh«ng bÞ kÝch næ, ch¸y hoµn toµn, ®¶m b¶o ®−îc
®é bÒn tuæi thä cho ®éng c¬ . V× vËy yªu cÇu vÒ trÞ sè octan ph¶i ®¹t trªn 80. §Ó
n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng, ®¶m b¶o ®−îc ®óng yªu cÇu vÒ chÊt l−îng cña
nhiªn liÖu nµy ng−êi ta ®· sö dông nhiÒu biÖn ph¸p kh¸c nhau trong khi s¶n xuÊt
nh−:
+ Dïng ph−¬ng ph¸p hãa häc: tøc lµ ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p läc dÇu tiªn
tiÕn hiÖn ®¹i ®Ó biÕn ®æi thµnh phÇn cña x¨ng, chuyÓn c¸c hydrocacbon m¹ch
th¼ng thµnh c¸c hydrocacbon m¹ch nh¸nh, thµnh c¸c hydrocacbon vßng no hoÆc
vßng th¬m. §ã lµ c¸c c«ng nghÖ cracking xóc t¸c, reforming xóc t¸c, isome
hãa, alkyl hãa...Vµ ®Ó cã ®−îc x¨ng thµnh phÈm th× ng−êi ta ph¶i pha trén c¸c
lo¹i x¨ng trªn víi nhau vµ pha thªm phô gia.
+ Ph−¬ng ph¸p dïng phô gia: b¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ dïng mét
sè hãa chÊt cã t¸c dông h¹n chÕ qu¸ tr×nh oxy hãa c¸c hydrocacbon ë kh«ng
gian tr−íc mÆt löa khi ch¸y trong ®éng c¬ nh−: Tetra etyl ch× (C2H5)4Pb, Tetra
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
1
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
metyl ch× (CH3)4Pb. HoÆc pha thªm c¸c cÊu tö cao octan vµo x¨ng ®Ó n©ng cao
tri sè octan cña x¨ng nh−: etanol, MTBE (metyl tert butyl ete) mtba (metyl
tert butyl alcol), TAME (tert amyl metyl ete)...
Trong c¸c ph−¬ng ph¸p trªn nÕu dïng phô gia ch× th× cã lîi lµ sÏ t¨ng ®−îc
tri sè octan lªn kh¸ cao vµ cã gi¸ thµnh rÎ, tuy nhiªn phô gia ch× lµ mét chÊt rÊt
®éc h¹i vµ hiÖn nay phô gia nµy ®· bÞ cÊm kh«ng ®−îc sö dông ë ®a sè c¸c n−íc
trªn thÕ giíi. Dïng ph−¬ng ph¸p chÕ biÕn lµ ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n vµ l©u dµi, tuy
nhiªn ph¶i ®Çu t− vèn ban ®Çu lín, mÆc dï vËy ®©y vÉn lµ biÖn ph¸p b¾t buéc
®èi víi c¸c nhµ m¸y läc dÇu hiÖn ®¹i. Dïng phô gia kh«ng chøa ch× lµ mét biÖn
ph¸p tèt, kÌm theo, phô trî, cïng víi ph−¬ng ph¸p chÕ biÕn nh»m n©ng cao chÊt
l−îng cña x¨ng nhiªn liÖu, nã ®em l¹i gi¸ trÞ kinh tÕ cao, chÊt l−îng x¨ng tèt,
hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña ®éng c¬, ®ång thêi nã cßn lµm t¨ng
thªm mét l−îng x¨ng ®¸ng kÓ. Trong c¸c lo¹i phô gia ®−îc sö dông th× phô gia
MTBE ®−îc sö dông víi sè l−îng rÊt lín nhÊt vµ phæ biÕn nhÊt, bëi tÝnh −u viÖt
cña nã, ng−êi ta cã thÓ pha vµo x¨ng víi mét lín mtbe, tíi 15% khèi l−îng.
Dïng phô gia MTBE nãi chung lµ kh¸ an toµn vÒ mÆt sö dông còng nh− b¶o
qu¶n, vËn chuyÓn. HiÖn nay nhu cÇu vÒ MTBE trªn thÕ giíi còng nh− ë ViÖt
Nam lµ rÊt lín, do vËy viÖc thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE lµ cÇn thiÕt
vµ rÊt cã ý nghÜa, nhÊt lµ khi mµ yªu cÇu vÒ x¨ng chÊt l−îng cao ngµy mét t¨ng
nhanh nh− hiÖn nay.
§å ¸n nµy thùc hiÖn viÖc thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE ®i tõ
nguån nguyªn liÖu lµ iso butan.
Néi dung b¶n ®å ¸n dù kiÕn bao gåm c¸c phÇn nh− sau:
• Më ®Çu
• PhÇn 1 Giíi thiÖu tæng quan
• PhÇn 2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ
• Kªt luËn
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
2
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
PhÇn i
Tæng quan lý thuyÕt
Ch−¬ng i
giíi thiÖu chung
i. Môc ®Ých ,ý nghÜa
MTBE lµ mét cÊu tö cã trÞ sè octan cao vµ cã kh¶ n¨ng tan lÉn hoµn toµn
vµo x¨ng, ph©n bè ®Òu trong toµn bé thÓ tÝch cña x¨ng, lµ mét chÊt kh¸ an toµn
víi ng−êi sö dông. HiÖn nay c¸c nhµ chÕ t¹o ®éng c¬ kh«ng ngõng c¶i tiÕn c«ng
nghÖ, cho ra ®êi c¸c lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt lín , cã tû sè nÐn cao. Nh÷ng
®éng c¬ nµy ®ßi hái nhiªn liÖu cho chóng ph¶i cã chÊt l−îng cao, trÞ sè octan
cao, ®Ó nhiªn liÖu ch¸y trong ®éng c¬ ®−îc b¶o ®¶m kh«ng bÞ ch¸y kich næ,
®ång thêi ®¶m b¶o ®¹t c«ng suÊt thiÕt kÕ, ®é bÒn cho ®éng c¬ vµ kh«ng hao tèn
nhiªn liÖu.
§Ó s¶n xuÊt ra s¶n phÈm x¨ng ®¹t chÊt l−îng theo yªu cÇu ®ã, ngoµi viÖc
lùa chän c¸c c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu hiÖn ®¹i th× mét h−íng ®i kh¸ quan träng
kh¸c, ®ã lµ t¹o ra c¸c cÊu tö cao octan ®Ó pha vµo x¨ng víi môc ®Ých n©ng cao
chÊt l−îng cña x¨ng.Mét trong nh÷ng cÊu tö cã tri sè octan cao ®−îc sö dông
nhiÒu nhÊt ®ã lµ MTBE. Khi sö dông MTBE th× ng−êi ta thÊy r»ng nã cã nh÷ng
−u ®iÓm sau:
+ Kh«ng cÇn bÊt cø thay ®æi nµo ®èi víi ®éng c¬ hiÖn hµnh.
+ ¸p suÊt h¬i cña nhiªn liÖu gi¶m, do vËy tæn thÊt bay h¬i khi b¬m rãt, b¶o
qu¶n nhiªn liÖu gi¶m.
+ Gi¶m khÝ th¶i ®éc h¹i, ®Æc biÖt lµ CO vµ c¸c hydrocacbon ch−a ch¸y.
+Thªm 15% thÓ tÝch MTBE vÉn kh«ng cã h¹i tíi c«ng suÊt ®éng c¬ còng
nh− t¨ng sù tiªu tèn nhiªn liÖu, trong ®iÒu kiÖn l¹nh kh¶ n¨ng khëi ®éng cña
®éng c¬ còng dÔ dµng, ng¨n c¶n sù ®ãng b¨ng trong bé chÕ hoµ khÝ.
+ MTBE tan tèt víi H2O nªn ®iÓm ®«ng ®Æc cña nhiªn liÖu gi¶m ®¸ng kÓ.
+ MTBE kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn hÖ bµi tiÕt, lµ thuèc mª yÕu.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
3
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
+ Nhiªn liÖu trén MTBE t−¬ng thÝch víi tÊt c¶ c¸c vËt liÖu sö dông ®Ó s¶n
xuÊt «t« nh−: ®Öm cao su, c¸c kim lo¹i trong bé chÕ hoµ khÝ, b¬m phun...
Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm trªn cña MTBE trong sö dông lµm phô gia cho x¨ng
th× MTBE cßn cã nh÷ng øng dông kh¸c trong ®êi sèng vµ trong c«ng nghiÖp:
trong c«ng nghiÖp läc ho¸ dÇu, lµm nguyªn liÖu trong qu¸ tr×nh tæng hîp h÷u c¬
nh− thu izo-buten tõ qu¸ tr×nh ph©n huû MTBE. Tõ rÊt nhiÒu nguyªn liÖu cã
nång ®é izo-buten kh¸c nhau cã thÓ t¹o thµnh MTBE, sau ®ã MTBE ®−îc ph©n
huû thµnh izo-butylen vµ metanol víi sù cã mÆt cña xóc t¸c axÝt t¹i nhiÖt ®é lín
h¬n 1000C. Metanol thu ®−îc nh− mét s¶n phÈm phô ®−îc tuÇn hoµn l¹i cho
tæng hîp MTBE, trong tæng hîp ho¸ häc. VÝ dô nh−, tæng hîp Metacrolein,
Metacrylic vµ izopren. MTBE lµ dung m«i thÝch hîp cho mét s« ph¶n øng ho¸
häc nh−, lµm dung m«i cho c¸c ph¶n øng Grinha. MTBE còng lµ mét dung m«i
tèt sö dông cho viÖc ph©n tÝch. Nã ®−îc sö dông nh− mét chÊt chiÕt t¸ch, vÝ dô
nh− trong qu¸ tr×nh chiÕt t¸ch b¸p cña c¸c dÇu cã chøa Hydrocacbon m¹ch
th¼ng.
Nh− vËy s¶n phÈm MTBE lµ mét phô gia kh¸ quan träng ®−îc sö dông
trong x¨ng hiÖn nay nh»m n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng th−¬ng phÈm, cô thÓ
lµ nã ®−îc pha vµo x¨ng ®Ó n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng th−¬ng phÈm. Nh−
vËy thiÕt kÕ mét ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE lµ viÖc lµm cÇn thiÕt vµ quan
träng trong t×nh h×nh hiÖn nay. Víi môc ®Ých lµ t¹o ra mét l−îng lín cÊu tö cã
trÞ sè octan cao ®Ó pha vµo x¨ng nh»m n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng th−¬ng
phÈm, ®¶m b¶o yªu cÇu kü thuËt cña x¨ng th−¬ng phÈm dïng cho ®éng c¬ x¨ng
hiÖn nay.
ViÖc thiÕt kÕ ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE cßn cã mét ý nghÜa rÊt quan
träng trong t×nh h×nh hiÖn nay, nã kh«ng chØ lµ t¹o ra mét cÊu tö cã trÞ sè octan
cao pha vµo x¨ng ®Ó n©ng cao chÊt l−îng cña x¨ng khi mµ yªu cÇu vÒ x¨ng s¹ch
ngµy mét cao,nã cßn lµm t¨ng thªm mét l−îng x¨ng ®¸ng kÓ khi mµ nguån
nhiªn liÖu hiÖn nay ngµy mét c¹n kiÖt, ®ång thêi nã còng gãp mét phÇn kh«ng
nhá vµo viÖc b¶o vÖ m«i tr−êng v× nã h¹n chÕ ®−îc mét phÇn rÊt lín l−îng khÝ
CO vµ c¸c hydrocacbon kh«ng ch¸y hÕt ra ngoµi m«i tr−êng.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
4
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
ii. s¬ l−îc vÒ sù ph¸t triÓn cña mtbe.
Metyl Tert Butyl Ete (MTBE) lµ hîp chÊt chøa oxi thuéc hä ete, ®−îc tæng
hîp lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1904 bëi Williamson. Trong thÕ chiÕn thø hai nã ®·
®−îc nghiªn cøu rÊt nhiÒu vµ ®−îc biÕt ®Õn nh− lµ mét cÊu tö cao octan. Tuy
nhiªn khi ®ã nhu cÇu vÒ phô gia nµy ch−a thùc sù lín do vËy m·i cho ®Õn n¨m
1970 th× nhµ m¸y c«ng nghiÖp s¶n xuÊt mtbe míi ®ù¬c ra ®êi vµ ®i vµo ho¹t
®éng t¹i Italia. b¾t ®Çu tõ ®©y nã ®· ®−îc ph¸t triÓn rÊt m¹nh trªn toµn thÕ giíi
víi nhiÒu c«ng nghÖ míi ra ®êi, ®Æc biÖt khi ng−êi ta thÊy phô gia ch× lµ mét
chÊt rÊt ®éc h¹i cho con ng−êi.
HiÖn nay, c¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE ®−îc l¾p ®Æt nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi
víi tæng c«ng suÊt vµo kho¶ng 25275 ngh×n tÊn/ n¨m. C¸c x−ëng nµy ®−îc l¾p
®Æt, sö dông c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cña c¸c h·ng kh¸c nhau. C«ng nghÖ cña
h·ng Snamprogetti (Mü) sö dông nguyªn liÖu FCC – BB vµ thiÕt bÞ ®o¹n nhiÖt,
®· cã 21 x−ëng ®−îc x©y dùng ë nhiÒu n¬i (Mü, vïng VÞnh ...) cïng víi mét sè
dù ¸n ®ang ®−îc thi c«ng. C«ng nghÖ cña Hills AG còng ®· ®−îc ¸p dông nhiÒu
trong c¸c x−ëng cña CHLB §øc. Nh÷ng qu¸ tr×nh c«ng nghÖ gÇn ®©y nh− c«ng
nghÖ ARCO cña Texaco ®ang ®−îc ¸p dông s¶n xuÊt MTBE ë c¸c n−íc Mü vµ
T©y ©u. C«ng nghÖ cña CD Tech (ABB Lummus) còng ®−îc sö dông víi h¬n 60
x−ëng vµ gÇn 30 dù ¸n. C«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE cña UOP víi 11 x−ëng cã
c«ng suÊt 30000 thïng/ngµy, sö dông nguyªn liÖu lµ khÝ Butan tõ má khÝ. H¬n
26 x−ëng s¶n xuÊt dùa trªn c«ng nghÖ cña h·ng IFP, 7 ph©n x−ëng s¶n xuÊt dùa
trªn c«ng nghÖ cña h·ng Philip, c«ng nghÖ cña h·ng Shell vµ c¸c h·ng kh¸c
®ang ®−îc x©y dùng vµ ho¹t ®éng ë kh¾p n¬i. ë NhËt B¶n, c¸c x−ëng s¶n xuÊt
cña h·ng Sumimoto còng ®· ®−îc x©y dùng.
GÇn ®©y, ë ArËp xªut, Venezuela vµ c¸c vïng kh¸c ng−êi ta còng ®· x©y
dùng c¸c x−ëng s¶n xuÊt MTBE tõ nguyªn liÖu lµ khÝ Butan tõ má khÝ sö dông
c«ng nghÖ cña h·ng UOP.
III. nhu cÇu vμ s¶n l−îng mtbe trªn thÕ giíi
Ngµy nay x· héi ph¸t triÓn kh«ng ngõng, ®êi sèng ng−êi d©n ®−îc n©ng
cao, c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng t¨ng nhanh do ®ã ë c¸c ®« thÞ lín t×nh tr¹ng «
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
5
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
nhiÔm m«i tr−êng ngµy mét gia t¨ng. Trong ®ã cã mét nguyªn nh©n do khÝ th¶i
tõ c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng, nh− vËy cÇn ph¶i gi¶m nguån khÝ th¶i ®éc h¹i tõ
c¸c ph−¬ng tiÖn giao th«ng, vµ ng−êi ta ®· ph¶i n©ng cÊp nhiªn liÖu x¨ng cho
®éng c¬. §Ó thùc hiÖn ®−îc viÖc ®ã cÇn ph¶i n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng,
MTBE lµ mét cÊu tö cã trÞ sè octan cao ®−îc sö dông phæ biÕn nhÊt hiÖn nay
lµm phô gia n©ng cao trÞ sè octan cña x¨ng. V× thÕ nhu cÇu vÒ s¶n phÈm nµy trªn
thÕ giíi lµ rÊt lín, ng−êi ta ®· tÝnh ®−îc hµng n¨m t¨ng kho¶ng 20% trong giai
®o¹n 1989 ®Õn 1994. Trong giai ®o¹n tõ n¨m 1994 ®Õn 2000 tèc ®é t¨ng kho¶ng
8% vµ 2000 ®Õn 2010 dù ®o¸n sÏ gi¶m xuèng cßn 1,7%/n¨m.
D−íi ®©y lµ b¶ng sè liÖu vÒ nhu cÇu phô gia MTBE cña mét sè quèc gia
qua nhiÒu n¨m:
B¶ng 1: Nhu cÇu MTBE trªn thÕ giíi (®¬n vÞ 1000t)
N−íc/ n¨m
Mü
Canada
Mü la tinh
NhËt
Trung ®«ng
Ch©u Phi
T©y ©u
§«ng ©u
Nh÷ng vïng kh¸c
Tæng
1994
7990
183
538
388
0
70
2259
388
1312
13128
1995
10174
283
1065
427
0
70
2064
505
1669
17003
1996
12174
286
1115
434
0
70
2419
542
2472
19003
1998
12246
292
1186
444
147
70
2449
594
3015
19898
2000
12477
297
1262
471
200
70
2478
624
3805
20895
2005
13111
313
1478
534
236
85
2553
812
4722
22929
2010
13361
329
1735
581
276
104
2631
1024
149
24763
Qua b¶ng trªn ta thÊy nhu cÇu vÒ MTBE trªn thÕ giíi lµ rÊt lín vµ t¹i mçi
khu vùc th× møc ®é tiªu thô MTBE còng kh¸c nhau.
ë ViÖt Nam hiÖn nay nhu c©u vÒ lo¹i s¶n phÈm nµy còng rÊt lín ®Æc biÖt
khi chóng ta ®ang x©y dùng nhµ m¸y läc dÇu Dung QuÊt víi c«ng suÊt 6,5 triÖu
tÊn/n¨m. ViÖc thiÕt kÕ ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE nµy cho phÐp chóng ta hoµn
toµn cã thÓ s¶n xuÊt ®−îc x¨ng cã chÊt l−îng cao ®¸p øng ®−îc nhu cÇu thÞ
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
6
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
tr−êng, kh«ng ph¶i phô thuéc vµo nguån cung thÞ tr−êng ®em l¹i lîi Ých kinh tÕ
cao.
iv. yªu cÇu vÒ chÊt l−îng mtbe th−¬ng phÈm
Do tÝnh chÊt cña s¶n phÈm chñ yÕu ®−îc sö dông lµm phô gia trong cÇu vÒ
®é tinh khiÕt cña MTBE th−¬ng phÈm lµ 98 4 99% Wt, cßn l¹i 1÷2% bao gåm
c¸c s¶n phÈm phô nh− tert butanol vµ di-isobuten, metanol d− lµ cÊu tö ¶nh
h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn trÞ sè octan cña MTBE trong x¨ng khi nã ®−îc dïng
®Ó thay thÕ phô gia ch×, mµ chØ phô thuéc vµo hçn hîp c¸c hydro c¸c bon C4, vµ
c¸c hydrocacbon C5 vµ C6, nh÷ng cÊu tö nµy kh«ng cã nhiÒu l¾m trong s¶n
phÈm vµ lµ phÇn nhÑ khi ®−îc pha vµo x¨ng ®¶m b¶o ¸p suÊt h¬i cho x¨ng, do
vËy kh«ng cÇn lo¹i bá mét c¸ch kh¾t khe.
Mét s¶n phÈm MTBE th−¬ng phÈm th«ng th−êng cã thµnh phÇn nh− sau:
B¶ng 2: Thµnh phÇn MTBE th−¬ng phÈm
MTBE
98 → 99%Wt
Alcol (CH3OH, Tert butanol )
0,5 →1,5%Wt
C¸c hydrocacbon (C5 vµ C6)
0,1 → 1%Wt
N−íc
50 4 1500 ppm
Tæng Sunfua
ChÊt d− thõa trong hÖ bay h¬i
Max 10ppm
Max 10ppm
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
7
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng ii
Giíi thiÖu vÒ nguyªn liÖu vμ s¶n phÈm
i. s¶n phÈm mtbe
I.1. TÝnh chÊt vËt lý
ë ®iÒu kiÖn th−êng, MTBE lµ mét chÊt láng kh«ng mµu vµ linh ®éng, cã
®é nhít thÊp, tan rÊt Ýt trong n−íc (1,4% thÓ tÝch) nªn l−îng n−íc lÉn vµo Ýt, kh¶
n¨ng ph©n chia pha hÇu nh− kh«ng x¶y ra. MTBE tan v« h¹n trong tÊt c¶ c¸c
dung m«i h÷u c¬ th«ng th−êng vµ trong tÊt c¶ c¸c hydrocacbon. Mét sè tÝnh
chÊt vËt lý ®Æc tr−ng cña MTBE nh− sau:
B¶ng 3: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña MTBE
Khèi l−îng ph©n tö, M
NhiÖt ®é s«i, ts
NhiÖt ®é nãng ch¶y
H»ng sè ®iÖn m«i (20oC)
§é nhít (20oC)
Søc c¨ng bÒ mÆt
NhiÖt dung riªng (20oC)
NhiÖt ho¸ h¬i
NhiÖt h×nh thµnh
NhiÖt ch¸y
NhiÖt ®é chíp ch¸y
NhiÖt ®é b¾t löa
Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ
¸p suÊt tíi h¹n, Pcr
NhiÖt ®é tíi h¹n, Tcr
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
88,15
55,3
-108,6
4,5
0,36
20
2,18
337
-314
-34,88
-28
460
1,65 – 8,4
3,43
224,0
Kg/Kmol
o
C
o
C
mPa.s
mN/m
Kj/Kg.K
Kj/Kg
Kj/mol
Mj/Kg
o
C
o
C
% thÓ tÝch
Mpa
o
C
Tr−êng §HBK Hµ Néi
8
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
Tû träng, ¸p suÊt h¬i vµ ®é hoµ tan trong n−íc còng nh− thµnh phÇn vµ
®iÓm s«i cña hçn hîp ®¼ng phÝ gi÷a MTBE víi n−íc vµ metanol ®−îc ®−a ra
trong b¶ng
B¶ng 4 : Tû träng, ¸p suÊt h¬i b·o hoµ vµ ®é hoµ tan cña MTBE
NhiÖt ®é ¸p suÊt h¬i
o
C
KPa
0
10
12
15
20
30
40
10,8
17,4
26,8
40,6
60,5
§é hoµ tan
N−íc trong
MTBE, %kl
1,19
1,22
1,28
1,36
1,47
MTBE trong
N−íc,%kl
7,3
5,0
3,3
2,2
1,5
Tû träng
G/cm2
0,7613
0,7510
0,7489
0,7458
0,7407
0,7304
-
MTBE cã thÓ t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi n−íc, hoÆc víi metanol (xem b¶ng 5).
B¶ng 5: Hçn hîp ®¼ng phÝ cña MTBE
Hçn hîp ®¼ng phÝ
§iÓm s«i,o C
MTBE - n−íc
MTBE - Metanol
MTBE - Metanol (1,0MPa)
MTBE - Metanol (2,5MPa)
52,6
51,6
130
175
Hµml−îngMTBE,
%kl
96
86
68
54
I.2. TÝnh chÊt ho¸ häc
MTBE lµ chÊt kh¸ æn ®Þnh trong m«i tr−êng kiÒm, trung tÝnh vµ axit
yÕu.Khi cã mÆt axit m¹nh th× nã bÞ ph©n huû thµnh metanol vµ iso-buten ph¶n
øng nh− sau:
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
9
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
CH3
CH3
H
CH3 – O – C – CH3
+
CH3OH + CH2
C
CH3
CH3
Nguyªn tö oxy trong ph©n tö MTBE cßn cã mét cÆp ®iÖn tö kh«ng chia vµ
c¸c gèc alkyl cã hiÖu øng d−¬ng lµm cho MTBE mang tÝnh cña mét baz¬ yÕu.
Mét sè ph¶n øng cña MTBE :
Ph¶n øng víi c¸c axit v« c¬ m¹nh
MTBE ph¶n øng víi c¸c axit v« c¬ m¹nh nh− : HCl, H2SO4 t¹o muèi.
CH3OC(CH3)3 + HCl
[CH3O+HC(CH3)3]Cl-
Ph¶n øng víi HI
CH3
CH3OC(CH3)3 + HI
CH3I +
CH3
C
OH
CH3
Ph¶n øng víi oxy ë nhiÖt ®é cao :
CH3OC(CH3)3 + O2
CO2 + H2O + Q
I.3. VËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n
MTBE lµ mét hîp chÊt kh¸ an toµn khi sö dông vµ b¶o qu¶n, ®©y lµ hîp
chÊt kh«ng g©y ¨n mßn, ¸p suÊt h¬i b·o hßa thÊp, rÊt dÔ b¶o qu¶n trong c¸c bÓ
chøa th«ng th−êng, tuy nhiªn cÇn lo¹i bá c¸c nguån ph¸t sinh nhiÖt do ®©y lµ
mét chÊt dÔ ch¸y.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
10
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
Cã thÓ vËn chuyÓn MTBE b»ng c¸c ®−êng èng nh− c¸c nhiªn liÖu kh¸c,
cÇn chó ý trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, b¬m rãt, b¶o qu¶n tr¸nh rß rØ bëi nã cã
thÓ g©y « nhiÔm nguån n−íc.
I.4. øng dông cña MTBE
MTBE ®−îc sö dông chñ yÕu lµm phô gia trong x¨ng, cã tíi h¬n 95%
l−îng MTBE s¶n xuÊt ra ®−îc dïng cho môc ®Ých nµy. Víi trÞ sè ron cña
MTBE vµo kho¶ng 115 ÷ 123, do ®ã hçn hîp 15% MTBE trong x¨ng cã trÞ sè
octan gèc lµ 87 sÏ t¹o lªn mét hçn hîp cã trÞ sè RON n»m trong kho¶ng
91 ÷ 92 , lµm t¨ng tõ 4 ®Õn 5 ®¬n vÞ octan, t−¬ng ®−¬ng víi hµm l−îng ch× tõ 0,1
®Õn 0,15 g/l.
Ngoµi ra MTBE cßn cã mét sè øng dông kh¸c trong c«ng nghiÖp vµ ®êi
sèng nh− trong tæng hîp hãa häc ®Ó tæng hîp metacrolein, metacrylic axit vµ
isopren, HiÖn nay MTBE còng ®−îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt iso buten, tuy nhiªn
®©y lµ mét ph−¬ng ph¸p kh«ng kinh tÕ, chñ yÕu d−îc dïng trong phßng thÝ
nghiÖm, dông cuèi cïng cña MTBE lµ lµm dung m«i nhê xu h−íng t¹o peroxyt,
cã nhiÖt ®é b¾t löa cao vµ giíi h¹n næ hÑp.
II. Metanol
Metanol cßn gäi lµ metyl ancol hay carbinol, lµ r−îu ®¬n gi¶n nhÊt trong
d·y ®ång ®¼ng ancol. Nã cã c«ng thøc hãa häc lµ CH3OH vµ khèi l−îng ph©n tö
lµ 32,042. Metanol ®−îc coi lµ nhiªn liÖu lý t−ëng trong lÜnh vùc n¨ng l−îng v×
ch¸y hoµn toµn vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. Metanol ®−îc sö dông lµm
nguyªn liÖu ®Çu cho c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit, clorometan, amin,
metyl metacrylat, mtbe..vµ lµm dung m«i.
II.1. TÝnh chÊt vËt lý
Metanol lµ mét chÊt láng kh«ng mµu, linh ®éng, dÔ ch¸y vµ tan nhiÒu trong
n−íc, r−îu, este vµ trong hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬ nh−ng tan Ýt trong chÊt
bÐo vµ dÇu. V× lµ chÊt ph©n cùc nªn metanol tan nhiÒu trong c¸c chÊt v« c¬ ph©n
cùc, ®Æc biÖt lµ c¸c muèi. Metanol t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi nhiÒu chÊt nh−
MTBE, Acrylonitrile, hy®rocacbon (n-pentan, benzen, toluen...), Metyl acetat,
Metyl metacrylat...
Mét sè tÝnh chÊt vËt lý quan träng cña metanol nh− sau:
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
11
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
B¶ng 6: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña Metanol
§¹i l−îng vËt lý
Tû träng, 101,3kPa
§iÒu kiÖn
00C
250C
500C
NhiÖt ®é s«i
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é tíi h¹n
¸p suÊt tíi h¹n
NhiÖtdungriªng,250Cvµ
101,3kPa
NhiÖt hãa h¬i, 101,3kPa
§é nhít, 250C
khÝ
láng
láng
h¬i
Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ
Gi¸ trÞ
0,8100
0,78664
0,7637
64,70
-97,68
239,49
8,097
44,06
81,08
1128,8
0,5513
9,68.103
5,5- 44
§¬n vÞ
g/cm3
g/cm3
g/cm3
0
C
0
C
0
C
Mpa
J/mol.K
J/mol.K
Kj/kg
mPa.s
mPa.s
%TT
II.2. TÝnh chÊt hãa häc
Kh¶ n¨ng ph¶n øng hãa häc cña metanol ®−îc quyÕt ®Þnh bëi nhãm chøc
hydroxit (-OH). C¸c ph¶n øng x¶y ra ë c¸c liªn kÕt C-O hoÆc O-H vµ ®−îc ®Æc
tr−ng bëi sù thay thÕ c¸c gèc -H vµ gèc -OH.
a. Ph¶n øng ë liªn kÕt O-H
T¸c dông víi kim lo¹i kiÒm t¹o muèi ancolat:
CH3OH + Na
CH3ONa + 1/2 H2
Ph¶n øng este hãa:
Metanol t¸c dông víi c¸c axit h÷u c¬ vµ v« c¬ ®Ó t¹o thµnh este, ph¶n øng
thuËn nghÞch vµ x¶y ra trong m«i tr−êng axit H2SO4 ®Æc:
HO
CH O
3
CH3OH +
SO2
HO
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
SO2 + H2O
CH3O
Tr−êng §HBK Hµ Néi
12
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
H+
CH3OH + CH3COOH
CH3COOCH3 + H2O
b. Ph¶n øng ë liªn kÕt C-O
T¸c dông víi HX:
CH3OH + HCl
T¸c dông víi NH3
CH3OH
CH3Cl + H2O
+
NH3
CH3NH2 + H2O
Ph¶n øng ®Ò hydro hãa:
Metanol kh«ng bÞ t¸ch n−íc ë 1700C vµ cã mÆt H2SO4 ®Æc ®Ó t¹o olefin
nh− c¸c ®ång ®¼ng cña nã.
ë 1400C vµ H2SO4 ®Æc lµm xóc t¸c th× x¶y ra sù t¸ch n−íc gi÷a 2 ph©n tö
metanol t¹o ete
H2SO4
2CH3OH
1400C
CH3OCH3 + H2O
c. Ph¶n øng oxy hãa
Metanol cã thÓ bÞ oxy hãa bëi CuO hoÆc dung dÞch KMnO4 t¹o thµnh
formaldehyt:
CH3OH + CuO
t0C
HCHO + Cu + H2O
Trong kh«ng khÝ, metanol ch¸y t¹o thµnh CO2 vµ H2O ®ång thêi to¶ nhiÖt:
CH3OH + 5/2O2
CO2 + 2H2O + Q
d. Ph¶n øng ®ehydro hãa
Khi cho h¬i metanol ®i qua èng nung ë 200 - 3000C cã mÆt xóc t¸c Cu th×
x¶y ra ph¶n øng dehydro hãa t¹o thµnh formaldehyt:
CH3OH
Cu
200-3000C
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
HCHO + H2
Tr−êng §HBK Hµ Néi
13
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
II.3. Ph−¬ng ph¸p tæng hîp metanol
Trong c«ng nghiÖp, metanol ®−îc ®iÒu chÕ b»ng nhiÒu ph−¬ng ph¸p. Tr−íc
®©y, nã ®−îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch ch−ng than gç. S¶n phÈm thu ®−îc ngoµi
metanol cßn cã CO, CO2, CH4, C2H4, CH3COOH, CH3OCH3 vµ c¸c xeton cao.
B»ng ph−¬ng ph¸p xö lý thÝch hîp, ng−êi ta t¸ch riªng ®−îc tõng hîp chÊt.
Ngµy nay, metanol ®−îc tæng hîp b»ng mét trong hai ph−¬ng ph¸p sau:
Oxy hãa trùc tiÕp metan
CH4 + 1/2O2
100at
2000C
CH3OH
Tû lÖ CH4 : O2 = 9 : 1 (tÝnh theo thÓ tÝch), xóc t¸c lµ Cu, Fe hoÆc Ni,..
Tæng hîp metanol tõ khÝ tæng hîp
CO + 2H2
CO2 + 3H2
3500C
250at
CH3OH
CH3OH + H2O
Tû lÖ CO : H2 = 1 : 2 (theo thÓ tÝch), xóc t¸c lµ ZnO-CrO3. HiÖu suÊt s¶n
phÈm ®¹t trªn 90%, ®é tinh khiÕt cña metanol lµ 99%. Khi thay ®æi tû lÖ CO/H2
vµ xóc t¸c, ta thu ®−îc hçn hîp c¸c r−îu tõ C1 ®Õn C4. HiÖn nay ®©y lµ ph−¬ng
ph¸p s¶n xuÊt chÝnh ®Ó t¹o ra metanol trong c«ng nghiÖp
III. Iso-Buten
III.1. TÝnh chÊt vËt lý
Iso-buten lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, cã thÓ ch¸y ë nhiÖt ®é phßng vµ ¸p suÊt
khÝ quyÓn. Nã cã thÓ hoµ tan v« h¹n trong r−îu, ete vµ hy®ro cacbon nh−ng Ýt
tan trong n−íc. Mét sè tÝnh chÊt vËt lý ®Æc tr−ng cña iso-buten ®−îc thÓ hiÖn
qua b¶ng.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
14
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
B¶ng 7: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña isobuten
§¹i l−îng vËt lý
NhiÖt ®é s«i
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é tíi h¹n
§iÒu kiÖn
101,3kPa
101,3kPa
Gi¸ trÞ
§¬n vÞ
0
C
0
C
0
C
Mpa
g/cm3
g/cm3
kg/m3
J/g
J/g
J/kg.K
J/kg.K
KJ/mol
%TT
-6,90
¸p suÊt tíi h¹n
Tû träng tíi h¹n
Tû träng cña láng
00C; 101,3kPa
Tû träng cña khÝ
0
NhiÖt ho¸ h¬i ë ¸p suÊt b·o 25 C
t0s
khÝ lý t−ëng
NhiÖt dung riªng
láng; 101,3kPa
250C, P=const
NhiÖt ch¸y
200C;101,3kPa
Giíi h¹n næ víi kh«ng khÝ
-140,34
144,75
4,00
0,239
0,5879
2,582
366,9
394,2
1589
2336
-2702,3
1,8÷8,8
III.2. TÝnh chÊt hãa häc
Iso-buten cã ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt cña mét olefin ®iÓn h×nh, ®ã lµ tham gia
c¸c ph¶n øng céng, oxy hãa, ph¶n øng trïng hîp t¹o polyme. Sau ®©y lµ mét sè
ph¶n øng th−êng gÆp:
Ph¶n øng céng:
+Céng r−îu t¹o ete:
CH3
CH3
H+
CH2
C
+ CH3OH
CH3
C
CH3
+Céng n−íc t¹o TBA:
CH3
O
CH3
CH3
CH3
H+
CH2
C
CH3
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
+
H2O
CH3
C
O
H
CH3
Tr−êng §HBK Hµ Néi
15
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
+ Céng hydro halogenua (HX):
CH3
C
CH2
CH3
+ HX
CH3
C
X
CH3
CH3
Ph¶n øng oxy hãa:
CH3
CH2
C
+ 3/2O2 + N H3
CH2
CH3
C
CN +H2O
CH3
Ph¶n øng polyme hãa:
CH3
0
nCH2 = C(CH3)2
-10 ÷ - 100 C
[ - CH2
C - ]n
CH3
III. 3. C¸c nguån iso-buten hiÖn nay
HiÖn nay, iso-buten nguyªn liÖu dïng ®Ó s¶n xuÊt MTBE cã thÓ nhËn ®−îc
tõ c¸c nguån sau:
Iso-buten lÊy tõ hçn hîp Raffinat-1, lµ hçn hîp khÝ thu ®−îc tõ x−ëng s¶n
xuÊt etylen b»ng qu¸ tr×nh cracking h¬i n−íc. Nguån nguyªn liÖu nµy cã −u
®iÓm lµ nång ®é iso-buten t−¬ng ®èi cao (kho¶ng 44%) vµ cã thÓ dïng trùc tiÕp
®Ó s¶n xuÊt MTBE.
Iso-buten tõ ph©n ®o¹n C4 cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c tÇng s«i (FCCBB). So víi ph©n ®o¹n C4 cña cracking h¬i n−íc th× nång ®é iso-buten trong
nguån nµy thÊp h¬n nhiÒu, trong khi ®ã l−îng butan vµ iso-butan l¹i chiÕm tû lÖ
lín h¬n nhiÒu. Do ®ã, nÕu sö dông nguån nguyªn liÖu nµy ®Ó s¶n xuÊt MTBE
th× vèn ®Çu t− vµ gi¸ thµnh s¶n xuÊt sÏ cao h¬n khi dïng nguån cracking h¬i.
Iso-buten tõ qu¸ tr×nh ®Ò hy®rat ho¸ Tert butyl Alcohol (TBA), trong ®ã
TBA thu ®−îc nh− lµ ®ång s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh tæng hîp propylen oxit.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
16
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
(CH3)3C
-H2O
OH
(CH3)2C
CH2
Iso-buten tõ qu¸ tr×nh dehydro hãa iso-butan, trong ®ã iso-butan cã thÓ
nhËn ®−îc tõ c¸c qu¸ tr×nh läc dÇu hoÆc tõ qu¸ tr×nh isome ho¸ khÝ má n-butan.
§©y lµ nguån nguyªn liÖu høa hÑn sÏ ®¸p øng ®−îc nhu cÇu MTBE vµ lµ h−íng
ph¸t triÓn cã triÓn väng. MÆc dï ®Çu t− cho s¶n xuÊt ®ßi hái cao h¬n.
-H2
(CH3)3CH
(CH3)C
CH2
B¶ng 8: Hµm l−îng c¸c cÊu tö trong ph©n ®o¹n C4 (%thÓ tÝch)
CÊu tö
Propan/propen
n-butan
iso-butan
iso-buten
buten-1
buten-2
1,3-butadien
Tæng
Cracking h¬i n−íc
1
6
2
44
26
20
1
100
FFC-BB
1
11
33
15
13
26
1
100
Trong 4 nguån trªn th× cracking h¬i n−íc cung cÊp 24% iso-buten cho qu¸
tr×nh s¶n xuÊt MTBE; FCC-BB cung cÊp 28%; iso-buten lÊy tõ TBA chiÕm 36%
vµ tõ iso-butan lµ 12%. B¶ng 9 ®−a ra gi¸ c¶ cña c¸c nguån cung cÊp iso-buten.
B¶ng 9: Gi¸ cña c¸c nguån nguyªn liÖu s¶n xuÊt MTBE
(§V: cents/pound)
Iso-buten tõ qu¸ tr×nh cracking h¬i n−íc
9,5
Iso-buten tõ qu¸ tr×nh FCC
9,5
Iso-buten tõ TBA
11,1
Iso-buten tõ iso-butan
7,5
Metanol
5,0
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
17
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
IV. Iso-Butan
Iso-butan hay trimetyl metan lµ lo¹i hydrocacbon no m¹ch hë cã nh¸nh,
trong ph©n tö chØ cã c¸c liªn kÕt ®¬n C-C vµ C-H. Nã lµ ®ång ph©n vÒ m¹ch
cacbon cña n-butan, C4H10 víi c«ng thøc ph©n tö nh− sau:
CH3 – CH(CH3)2
IV.1. TÝnh chÊt vËt lý
ë nhiÖt ®é th−êng, iso-butan lµ mét chÊt khÝ, cã ®iÓm s«i thÊp h¬n n-butan
(-10,20C), cã nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ -145,00C, tû khèi lµ 0,6030. Iso-butan kh«ng
tan trong n−íc, trong ancol th× nã dÔ tan h¬n. Ngoµi ra, nã cßn dÔ tan trong ete,
c¸c dÉn xuÊt halogen vµ c¸c hydrocacbon kh¸c.
IV. 2. TÝnh chÊt hãa häc
Iso-butan cã ®Çy ®Çy ®ñ nh÷ng tÝnh chÊt cña mét ankan, tøc lµ kh¶ n¨ng
ho¹t ®éng cña nã kÐm. Tuy nhiªn, iso-butan còng nh− c¸c ankan chØ tr¬ ®èi víi
c¸c t¸c nh©n ion nh− axit, baz¬, chÊt oxy hãa trong dung dÞch n−íc, chóng l¹i dÔ
dµng tham gia ph¶n øng thÕ víi nguyªn tö vµ gèc tù do... Ph¶n øng ®Æc tr−ng lµ
ph¶n øng thÕ.
a. Ph¶n øng cña nhãm C-H (Ph¶n øng thÕ)
T¸c dông víi halogen
Ph¶n øng halogen hãa iso-butan t¹o thµnh mét hçn hîp s¶n phÈm kh¸ phøc
t¹p. Ph¶n øng x¶y ra theo c¬ chÕ chuçi gèc. Trong ®iÒu kiÖn cã ¸nh s¸ng, xóc
t¸c hoÆc ë nhiÖt ®é cao, cho Cl2 hoÆc Br2 tiÕp xóc víi iso-butan th× sÏ x¶y ra
ph¶n øng thÕ nguyªn tö H trong iso-butan b»ng nguyªn tö halogen. Ph¶n øng
x¶y ra víi tèc ®é lín nhÊt ®èi víi nguyªn tö H ë C bËc 3 råi ®Õn H ë C bËc 2 vµ
yÕu nhÊt lµ H ë C bËc 1.
Cl
CH3 – CH – CH3 + Cl2
CH3
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
¸nh s¸ng
CH3 – C – CH3 + HCl
CH3
Tr−êng §HBK Hµ Néi
18
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
T¸c dông víi HNO3
Iso-butan kh«ng ph¶n øng víi HNO3 ®Æc ë nhiÖt ®é th−êng. Khi n©ng nhiÖt
®é lªn, HNO3 ®Æc sÏ oxy hãa chËm iso-butan, bÎ g·y liªn kÕt C-C t¹o s¶n phÈm
chÝnh lµ axit cacboxylic. NÕu dïng HNO3 lo·ng, tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao vµ ¸p
suÊt th× cã thÓ nitro hãa ®−îc iso-butan:
NO2
CH3
CH – CH3 + HNO3
110÷1400C
CH3 – C – CH3 + H2O
CH3
CH3
Nitro hãa th−êng x¶y ra ë C bËc cao.
T¸c dông víi H2SO4
Iso-butan kh«ng ph¶n øng víi H2SO4 ®Ëm ®Æc ë nhiÖt ®é th−êng. Trong
thùc tÕ, ng−êi ta kh«ng sunfo hãa trùc tiÕp b»ng H2SO4 ®Æc mµ hay dïng ph¶n
øng sunfoclo hãa hoÆc sunfo oxy hãa.
b. Ph¶n øng cña nhãm C-C (Ph¶n øng oxy hãa)
ë nhiÖt ®é th−êng, O2 vµ nh÷ng chÊt oxy hãa kh¸c kÓ c¶ nh÷ng chÊt oxy
hãa m¹nh nh− axit cromic vµ kali pemanganat ®Òu kh«ng t¸c dông víi isobutan.
ë nhiÖt ®é cao, iso-butan bèc ch¸y trong kh«ng khÝ t¹o CO2 vµ H2O, to¶
nhiÒu nhiÖt vµ ph¸t s¸ng:
2CH(CH3)3 + 13O2
8CO2 + 10H2O + Q
Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp, cã thÓ thùc hiÖn ph¶n øng oxy hãa isobutan b»ng O2 kh«ng khÝ hoÆc O2 nguyªn chÊt thu ®−îc nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬
chøa O2 nh− ancol, aldehyt, axit cacboxylic,..
Mét sè ph¶n øng kh¸c nh−:
+Ph¶n øng cracking d−íi t¸c dông nhiÖt:
C4H10
t0C
CH4 + C3H6
t0C
C2H6 + C2H4
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
19
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan
http://www.ebook.edu.vn
+Ph¶n øng ®Ò hydro hãa t¹o iso-buten:
C4H10
t0C
CH2
CH
CH3 + H2
CH3
Iso-butan ®−îc t¸ch ra tõ khÝ thiªn nhiªn, dÇu má vµ c¸c khÝ cracking.
L−îng iso-butan thu ®−îc tõ c¸c khÝ cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cao h¬n so
víi cracking nhiÖt. Iso-butan còng ®−îc t¹o thµnh tõ qu¸ tr×nh isome hãa nbutan.
Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48
Tr−êng §HBK Hµ Néi
20
- Xem thêm -