Chimica industriale - Compendio appunti

Chimica industriale

Riassunto complessivo

Rachele Monnetti

Giugno 2021

Chimica Industriale

Sommario

Parte prima – industria chimica di base

• Parte Prima – Industria chimica di base ............................................................................................................ 5
• Principi teorici e pratici di distillazione e rettifica ......................................................................................... 5
• Produzioni dell’industria chimica .............................................................................................................. 5
• Parametri di reazione ................................................................................................................................ 5
• Parametri termodinamici .......................................................................................................................... 6
• Separazione di prodotti liquidi: distillazione e rettifica ............................................................................. 6
• Principi teorici di distillazione e rettifica ................................................................................................... 7
• Colonna di distillazione .............................................................................................................................. 9
• Calcolo del numero di piatti teorici di una colonna di rettifica ............................................................... 10
• Liquefazione e frazionamento dell’aria ....................................................................................................... 11
• Liquefazione dell’aria ............................................................................................................................... 11
• Frazionamento dell’aria ........................................................................................................................... 15
• Usi dell’azoto e dell’ossigeno .................................................................................................................. 17
• PSA (Pressure Swing Adsorption) ............................................................................................................ 17
• Produzione industriale di Syngas ................................................................................................................. 17
• Gassificazione .......................................................................................................................................... 18
• Reforming ................................................................................................................................................ 19
• Depurazione del Syngas ........................................................................................................................... 22
• Usi dell’idrogeno e del monossido di carbonio ....................................................................................... 22
• Produzione industriale di idrogeno ............................................................................................................. 23
• Produzione di idrogeno da WGSR ........................................................................................................... 23
• Produzione industriale di ammoniaca ......................................................................................................... 23
• Catalizzatori per la sintesi di ammoniaca ................................................................................................ 24
• Stadi del processo di sintesi di ammoniaca ............................................................................................. 24
• Reattore a stadi catalitici ......................................................................................................................... 25
• Processo di separazione .......................................................................................................................... 25
• Usi dell’ammoniaca ................................................................................................................................. 26
• Produzione industriale di acido nitrico ........................................................................................................ 27
• Sintesi dell’acido nitrico per ossidazione dell’ammoniaca ...................................................................... 27
• Impianto di produzione di acido nitrico .................................................................................................. 29
• Ottenimento di HNO concentrato .......................................................................................................... 303
• Usi dell’acido nitrico ................................................................................................................................ 31
• Produzione industriale di acido solforico .................................................................................................... 32
• Ottenimento dello zolfo .......................................................................................................................... 32
• Sintesi dell’acido solforico ....................................................................................................................... 32
• Usi dell’acido solforico ............................................................................................................................. 34
• Produzione industriale di carbonato di sodio ............................................................................................. 34
• Processo Solvay ....................................................................................................................................... 34
• Usi del carbonato di sodio ....................................................................................................................... 36
• Produzione industriale di bicarbonato di sodio ...................................................................................... 36
• Processo Fischer-Tropsch ............................................................................................................................ 37
• Distribuzione dei prodotti idrocarburici .................................................................................................. 37
• Catalizzatori per processi FT .................................................................................................................... 38
• Processi FT ad alta e bassa temperatura ................................................................................................. 38
• Meccanismo di reazione .......................................................................................................................... 38
• Bioraffineria ............................................................................................................................................. 39

Parte seconda – industria del petrolio

• Parte seconda – Industria del petrolio ............................................................................................................ 40
• Introduzione al petrolio ............................................................................................................................... 40
• Fonti energetiche e vettori energetici ..................................................................................................... 40
• Composizione del petrolio ....................................................................................................................... 40
• Diagramma di Francis .............................................................................................................................. 41
• Classificazione del petrolio ...................................................................................................................... 41
• Raffinazione del petrolio ......................................................................................................................... 44
• Processo di distillazione topping ................................................................................................................. 46
• Dissalazione ............................................................................................................................................. 46
• Vaporizzazione flash ................................................................................................................................ 46
• Frazionamento ......................................................................................................................................... 47
• Processo di distillazione vacuum ................................................................................................................. 48
• Scopi della distillazione vacuum .............................................................................................................. 48
• Sezioni di una colonna vacuum ............................................................................................................... 49
• Condizioni operative ................................................................................................................................ 49
• Produzione di oli lubrificanti ....................................................................................................................... 50
• Deasfaltazione ......................................................................................................................................... 53
• Eliminazione degli aromatici .................................................................................................................... 56
• Eliminazione delle paraffine .................................................................................................................... 59
• Altri trattamenti ....................................................................................................................................... 61
• Produzione di benzina ................................................................................................................................. 62
• Numero di ottano .................................................................................................................................... 62
• Numero di cetano .................................................................................................................................... 63
• Processi di conversione per il miglioramento delle benzine ................................................................... 63
• Processo di isomerizzazione ........................................................................................................................ 64
• Schemi base di reazione .......................................................................................................................... 65
• Isomerizzazione dei C5/C6 ....................................................................................................................... 66
• Isomerizzazione del C4 ............................................................................................................................ 68
• Processo di alchilazione ............................................................................................................................... 69
• Chimica e termodinamica del processo .................................................................................................. 70
• Catalizzatori ............................................................................................................................................. 71
• Condizioni operative ................................................................................................................................ 72
• Processi di alchilazione con H SO ........................................................................................................... 732 4
• Processi di alchilazione con HF ................................................................................................................ 74
• Problematiche di sicurezza e corrosione ................................................................................................. 74
• Processo di polimerizzazione ....................................................................................................................... 76
• Meccanismo di reazione .......................................................................................................................... 76
• Schema del processo industriale ............................................................................................................. 77
• Processo di reforming catalitico .................................................................................................................. 77
• Numero di ottano in funzione del tipo di idrocarburo ............................................................................ 78
• Reforming termico ................................................................................................................................... 78
• Schema del processo industriale ............................................................................................................. 79
• Chimica del processo ............................................................................................................................... 79
• Condizioni operative ................................................................................................................................ 82
• Catalizzatori ............................................................................................................................................. 83
• Tecnologie industriali .............................................................................................................................. 83
• Processi di idrodesolforazione (HDS) .......................................................................................................... 84
• Processi di cracking ...................................................................................................................................... 85
• Processo di cracking termico ....................................................................................................................... 86
• Reazioni coinvolte .................................................................................................................................... 86
• Prodotti del processo .............................................................................................................................. 87
• Condizioni operative ................................................................................................................................ 88
• Schema del processo industriale ............................................................................................................. 88
• Pregi del processo .................................................................................................................................... 89
• Cracking termico in fase mista ................................................................................................................ 89
• Processo di visbreaking ............................................................................................................................... 90
• Prodotti del processo .............................................................................................................................. 90
• Combinazione cracking termico-visbreaking ........................................................................................... 90
• Caratteristiche del processo .................................................................................................................... 91
• Coil visbreaker e soaker visbreaker ......................................................................................................... 91
• Processo di coking ....................................................................................................................................... 92
• Prodotti del processo .............................................................................................................................. 92
• Struttura del coke di petrolio .................................................................................................................. 92
• Tipologie di coke ...................................................................................................................................... 92
• Condizioni operative ................................................................................................................................ 93
• Chimica del processo ............................................................................................................................... 93
• Tipologie di processi di coking ................................................................................................................. 94
• Processo di cracking catalitico ..................................................................................................................... 96
• Confronto fra cracking termico e catalitico ............................................................................................. 96
• Evoluzione dei processi ........................................................................................................................... 96
• Meccanismo di reazione .......................................................................................................................... 97
• Considerazioni termodinamiche ........................................................................................................... 100
• Catalizzatori ........................................................................................................................................... 100
• Cracking catalitico a letto fluido (FCC) ................................................................................................... 102
• Processi a valle del cracking catalitico ................................................................................................... 102

Parte prima – industria chimica di base

Principi teorici e pratici di distillazione e rettifica

Produzioni dell’industria chimica

Classificazione commerciale dei prodotti chimici:

• Commodities: sostanze chimiche prodotte in grandi volumi con basso prezzo, acquistate sulla base del prezzo; es. azoto, cloro, ammoniaca, acido solforico, etilene.
• Small volume commodities: sostanze chimiche prodotte in volumi più piccoli, acquistate sulla base della purezza; es. ossido di cloropropilene (per resine epossidiche e resine a scambio ionico), gamma-butirrolattone (per solventi polari aprotici e materie plastiche speciali), acido n-butirrico (per bevande, aromi, fragranze), polvere di titanato di bario (per condensatori elettronici).
• Fine chemicals: sostanze chimiche prodotte in volumi più piccoli con prezzo più elevato, acquistate sulla base dell