Đồ án chuyên ngành thiết kế phân xưởng reforming xúc tác chuyển động, năng suất 470 000 tấn năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC - o0o Đồ án chuyên ngành Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác chuyển động, suất 470.000 / năm GVHD: PGS.TS Đào Quốc Tùy Sinh viên: Đỗ Thị Thương – 20175220 Lê Thị Thúy – 20175235 Hà Nội - 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com MỤC LỤC Mở đầu Tổng Quan 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Nguyên liệu sản phẩm 1.2.1 Nguyên liệu 1.2.2 Hydro hóa 1.2.3 Sản phẩm 1.3 Cơ sở hóa học q trình 1.3.1 Các phản ứn 1.3.2 Phản ứng de 1.3.3 Phản ứng de 1.3.4 Phản ứng Hy 1.3.5 Phản ứng hy 1.3.6 Phản ứng hy 1.4 Cơ chế phản ứng Reforming 1.5 Xúc tác 1.5.2 Vai trò x 1.5.3 Các yếu tố ả 1.5.4 Tái sinh xúc 1.6 Công nghệ reforming xúc tá 1.6.1 Lịch sử phát 1.6.2 Các yếu tố ả 1.6.3 Công nghệ r 1.6.4 CCR) Cơng nghệ 42 1.6.5 Q trình Ne 1.7 Thiết kế phân xưởng 1.8 Lựa chọn thiết bị cho Tính tốn cho q trình reforming xúc tác 2.1 Các số liệu ban đầu TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 2.2 Tính tốn 52 2.2.1 Các phản ứng xảy trình 52 2.2.2 Tính tốn lưu lượng ngun liệu vào thiết bị phản ứng 55 2.2.3 Tính tốn lượng khí tuần hồn cần thiết 56 2.2.4 Tính tốn lượng xúc tác 57 2.2.5 Tính tốn phân bố áp suất 58 2.3 Tính tốn cân vật chất lị phản ứng 58 2.3.1 Lò phản ứng thứ 58 2.3.2 Lò phản ứng thứ hai 65 2.3.3 Lò phản ứng thứ ba 71 2.3.4 Lò phản ứng thứ tư 79 2.4 Tính tốn cân nhiệt lượng lò phản ứng 88 2.4.1 Tính tốn cân nhiệt lượng lò thứ 88 2.4.2 Tính tốn cân nhiệt lượng lò thứ hai 93 2.4.3 Tính tốn cân nhiệt lượng lò thứ ba 98 2.4.4 Tính tốn cân nhiệt lượng lò thứ tư 102 2.5 Tính tốn kích thước thiết bị 109 2.5.1 Thiết bị phản ứng thứ 110 2.5.2 Thiết bị phản ứng thứ hai 111 2.5.3 Thiết bị phản ứng thứ ba 112 2.5.4 Thiết bị phản ứng thứ tư 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 Kết Luận 116 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Mở đầu Hiện nay, q trình chuyển hóa tác dụng xúc tác trình reforming xúc tác chiếm vị trí quan trọng cơng nghiệp chế biến dầu mỏ Quá trình chủ yếu chuyển hóa phân đoạn naptha có giá trị thấp thành xăng reformate có trị số octane cao Xăng q trình reforming xúc tác sử dụng cho động chất lượng đảm bảo, ảnh hưởng đến mơi trường Ngồi sản phẩm xăng, cịn thu hydrocacbon thơm nguồn khí hydro rẻ tiền Nguồn khí hydro sử dụng cho q trình xử lý hydro HDS… nhà máy lọc hóa dầu Trong đồ án chuyên ngành “Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác với suất 470.000 tấn/năm” gồm hai nội dung sau: - Tổng quan - Tính tốn cho trình reforming xúc tác TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Tổng Quan 1.1 Lịch sử phát triển Reforming xúc tác trình chế biến hóa học phổ biến nhà máy lọc dầu đại giới Quá trình trình biến đổi hợp chất hydrocacon nguyên liệu thành hợp chất khác có trị số octan cao nhằm nâng cao trị số octan nhiên liệu Nhu cầu nâng cấp phân đoạn naphta sớm nhận kỉ XX Các quy trình nhiệt sử dụng quy trình xúc tác giới thiệu vào năm 1940 cung cấp sản lượng tốt trị số octan cao Các chất xúc tác dựa oxit Molypden, sớm bị thay thể xúc tác Platin Quá trình reforming dựa xúc tác Pt trình UOP’s Platforming nhà máy Old Dutch Refining Muskegon, Michigan, Hoa Kỳ, năm 1949 Kể từ trình Platform thương mại hóa, đổi tiến cập nhập liên tục, bao gồm tối ưu hóa thơng số vận hành, cơng thức chất xúc tác, thiết kế trang bị tối đa hóa sản phẩm reforming hiệu suất hydro [1] Sự cần thiết phải tăng sản lượng trị số octan dẫn đến áp suất thấp hơn, vận hành điều kiện nghiêm ngặt Điều liên quan đến điều kiện nhiệt độ cao dẫn đến khả chuyển hóa naptha cao hơn, dẫn đến tăng hình thành cốc tỷ lệ hoạt tính xúc tác nhanh hơn, khiến cho tuổi thọ xúc tác ngắn Những phân xưởng thiết kế dạng công nghệ bán tái sinh lớp xúc tác cố định với – lò phản ứng nối tiếp nhau, sử dụng xúc tác Pt chất mang oxit nhơm Các phân xưởng dừng định kì để tái sinh chất xúc tác, chu kì kéo dài đến 36 tháng (thường khoảng năm) Quá trình tái sinh bao gồm trình đốt cốc, tái tạo lại kim loại hoạt động xúc tác Để giảm thiểu trình này, phân xưởng vận hành áp suất cao khoảng 2760 – 3450 kPa Quá trình reforming xúc tác cải thiện cách sử dụng chất xúc tác lưỡng chức, cho phép hoạt động áp suất thấp hơn, đạt trị số octan nghiên cứu 95- 98 với chu kì lần tái sinh xúc tác năm TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Một số công nghệ reforming xúc tác phát triển năm 1960 số cơng ty dầu khí lớn Esso (PowerformingTM), Standard Oil (UltraformingTM) Shell Các trình cho phép nâng cao chất lượng hiệu suất sản phẩm (RON gần 100) cách giảm thời gian lần tái tạo Thông thường, công nghệ thường sử dụng lò phản ứng lớp xúc tác cố định, lị hoạt động ln phiên nhau, tái tạo đưa vào hoạt động trở lại mà không cần tắt thiết bị, đảm bảo trình vận hành liên tục Mỗi lò phản ứng tái sinh – 30 ngày, phụ thuộc vào nguyên liệu vị trí đặt lị phản ứng Áp suất trung bình lò khoảng 1380 kPa (200 psi) [1] Vào năm 1970, hãng UOP Viện dầu khí Pháp đưa vào thương mại trình CCR Platforming Aromatic hóa Các cơng nghệ có cải tiến vượt bậc với đời công nghệ tái sinh xúc tác liên tục Với trình tái sinh chất xúc tác liên tục, phần xúc tác lấy khỏi lò phản ứng cuối lượng cốc đạt cực đại, sau tái sinh tháp riêng biệt đưa trở lại lò phản ứng Chất xúc tác di chuyển liên tục xung quanh vịng kín lị phản ứng thiết bị tái sinh Quá trình CCR Platforming UOP cho phép sử dụng áp suất thấp đáng kể 345 kPa (50 psi) sản phẩm xăng thu có RON lên tới 108 Hiện nay, 95% phân xưởng reforming xúc tác thiết kế theo công nghệ tái sinh liên tục Sau thời gian dài phát triển, từ năm 1997, công nghệ New Reforming phát hành với khả reforming chọn lọc khí hóa lỏng naptha nhẹ tạo thành cấu tử có trị số octan cao, cho phép pha trộn sản xuất xăng có chất lượng cao hydrocacbon thơm Qua tận dụng nguồn ngun liệu khí hóa lỏng naptha nhẹ, tăng hiệu kinh tế [2] TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Hình 1: Sự phát triển công nghệ refoming xúc tác thông qua sản lượng RON [1] Bảng 1: Một số công nghệ reforming xúc tác nhà quyền giới Công nghệ Platformer Powerformer IFP reforming Maonaformier Reniformier CCRPlatformer Aromizer 1.2 Nguyên liệu sản phẩm 1.2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu thường dùng cho trình reforming xúc tác phân đoạn naptha chứa nhiều cấu tử parafin, napthen, aromatic lượng nhỏ olefin Trong sản xuất nhiên liệu TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com động cơ, nguyên liệu đầu sử dụng naptha có số nguyên tử C từ – 11( tương ứng với nhiệt độ sôi từ 62 đến 180℃) Tùy thuộc vào vùng miền, lãnh thổ quy định hàm lượng benzen xăng, nhiệt độ sơi đầu ngun liệu tăng lên cách chưng phân đoạn để giảm hàm lượng tiền chất benzen cyclohenxane metylcyclopentan Nguyên liệu cho trình reforming xúc tác phân đoạn xăng chất lượng thấp có giới hạn sơi từ 60 - 180℃ Phân đoạn xăng có điểm sơi đầu nhỏ 60℃ khơng thích hợp khơng chứa cycloankan, chúng hồn tồn khơng có khả chuyển hóa thành aren Mà chứa hydrocacbon có số cacbon nhỏ 6, chúng có khả chuyển hóa thành hydrocacbon nhẹ(khí) Điểm sơi cuối cao 180℃ tạo nhiều cốc làm giảm thời gian sống xúc tác Như vậy, naphten thành phần mong muốn nguyên liệu, aromatic olefin thành phần không mong muốn Và nguyên liệu giàu parafin khó reforming [3] Nguyên liệu naphta được lấy từ phân xưởng chưng cất dầu thô trực tiếp, thu từ phân xưởng cracking xúc tác, hydrocracking, cốc hóa, cracking nhiệt,… T N Tùy thuộc mục đích q trình mà người ta chọn ngun liệu naphta có khoảng nhiệt độ sơi khác Với mục đích sản xuất xăng reforming có trị số octan cao, nên chọn phân đoạn naphta có nhiệt độ sôi từ 85 - 180℃ hay 105 - 180℃ Với mục đích sản xuất hydrocacbon thơm phục vụ cho q trình tổng hợp hữu hóa dầu, ngun liệu sử dụng thường chứa cấu tử parafin, aromatic, naphten từ – nguyên tử C, có khoảng sôi sau: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com - Để sản xuất benzen dùng xăng có nhiệt độ sôi từ 62 - 85℃ - Để sản xuất toluen dùng xăng có nhiệt độ sơi từ 85 - 120℃ - Để sản xuất xylen dùng xăng có nhiệt độ sơi từ 120 - 140℃ Hình 2: Quan hệ thành phần cất nguyên liệu với hiệu suất chất lượng sản phẩm reforming Phân đoạn nguyên liệu 1-Phân đoạn 60 - 180℃; 2- Phân đoạn 85 - 180℃; 3-Phân đoạn 105 - 180℃ Thành phần cất nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất chất lượng sản phẩm Nếu thành phần cất nhiệt độ sơi q rộng, có chứa nhiều phần nhẹ làm cho hiệu suất chất lượng xăng giảm xuống Nguyên liệu thuận lợi cho trình sản xuất cấu tử có trị số octan cao phân đoạn có nhiệt độ sơi từ 105 - 104℃ hay phân đoạn 105 - 180℃ Tuy nhiên, trị số octan xăng cao hiệu suất thu xăng giảm [2] Thành phần hóa học phân đoạn nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến trình Nếu hàm lượng naphten nguyên liệu cao, xyclohexan dẫn xuất nhiều, phản ứng dehydro hóa xảy triệt để hàm lượng hydrocacbon thơm nhiều, trình reforming xúc tác dễ xảy hơn, tiến hành điều kiện mềm, độ khắc nghiệt nhỏ mà thu hiệu suất xăng đạt chất lượng cao TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bảng 52: Bảng tổ Lò phản ứng thứ Lò phản ứng 123 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com thứ hai Lò phản ứng thứ ba 124 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Lò phản ứng thứ tư 125 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 2.5 Tính tốn kích thước thiết bị Hình 29: Sơ đồ cấu tạo lị phản ứng xuyên tâm 126 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Hình 30: Mặt cắt lị phản ứng loại xuyên tâm 2.5.1 Thiết bị phản ứng thứ Chiều cao ống tâm: H1 = Hxt + 0,4 Với Hxt chiều cao lớp xúc tác lò phản ứng, m; 0,4 chiều cao ống trung tâm không đục lỗ  Hxt = , m Trong đó: Vxt: thể tích xúc tác lị phản ứng, m3; F: tiết diện vịng xúc tác, xúc tác thiết kế lị theo hình vành khăn, nên F= [( 2 −2 ) − ] Trong đó: Dxt1: đường kính khối xúc tác, m Chọn Dxt1 = (m) D1: đường kính ống tâm, D1 = 0,5m 127 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com : chiều dày vỏ ống tâm Chọn [(2−2.0,02)2−0,52] => F = => Hxt = 5,239 = 0,02m = 2,82 (m ) = 2,419 (m) 2,82 Quy chuẩn Hxt = 2,5 Vậy H1 = Hxt + 0,4 = 2,9 (m) Đường kính ngồi thiết bị thứ là: Dt1 = Dxt1 + ′ = + 0,04 = 2,08 (m) ( Với ′ = 0,04 bề dày vỏ thiết bị) Chọn đáy với nắp là: h’1 = 0,4 (m) Chiều cao thiết bị thứ Ht1 = H1 + h’1 = 3,3 (m)  2.5.2 Thiết bị phản ứng thứ hai Chiều cao ống tâm: H2 = Hxt + 0,4 Với Hxt chiều cao lớp xúc tác lò phản ứng, m; 0,4 chiều cao ống trung tâm không đục lỗ Hxt = , m  Trong đó: Vxt: thể tích xúc tác lị phản ứng, m3; F: tiết diện vòng xúc tác, xúc tác thiết kế lị theo hình vành khăn, nên F = [( 2 2−2 ) − ] Trong đó: Dxt2: đường kính khối xúc tác, m Chọn Dxt2 = 2,5 (m) D2: đường kính ống tâm, D2 = 0,5m : chiều dày vỏ ống tâm Chọn [(2,5−2.0,02)2−0,52] => F = => Hxt = 7,8585 = 0,02m = 4,56 (m ) = 1,723 (m) 4,56 128 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Quy chuẩn Hxt = 1,8 (m) Vậy H2 = Hxt + 0,4 = 2,2 (m) Đường kính ngồi thiết bị thứ hai là: Dt2 = Dxt2 + ′ = 2,5 + 0,04 = 2,58 (m) ( Với ′ = 0,04 bề dày vỏ thiết bị) Chọn đáy với nắp là: h’2 = 0,4 (m)  Chiều cao thiết bị thứ hai Ht2 = H2 + h’2 = 2,6 (m) 2.5.3 Thiết bị phản ứng thứ ba Chiều cao ống tâm: H3 = Hxt + 0,4 Với Hxt chiều cao lớp xúc tác lò phản ứng, m; 0,4 chiều cao ống trung tâm không đục lỗ  Hxt = , m Trong đó: Vxt: thể tích xúc tác lò phản ứng, m3 F: tiết diện vịng xúc tác, xúc tác thiết kế lị theo hình vành khăn, nên: F = [( 2 3−2 ) − ] Trong đó: Dxt3: Đường kính khối xúc tác, m Chọn Dxt3 = 3,0 (m) D3: đường kính ống tâm, D3 = 0,5 m : chiều dày vỏ ống tâm Chọn = 0,02 m 2 [(3,0−2.0,02) −0,5 ] => F = => Hxt = 13,0975 = 6,68 (m2) = 1,961 (m) 6,68 Quy chuẩn Hxt = (m) Vậy H3 = Hxt + 0,4 = 2,4 (m) Đường kính ngồi thiết bị thứ ba là: Dt3 = Dxt3 + ′ = 3,0 + 2.0,04 = 3,08 (m) ( Với ′ = 0,04 m bề dày vỏ thiết bị) Chọn đáy với nắp là: h’3 = 0,4 (m)  Chiều cao thiết bị thứ ba Ht3 = H3 + h’3 = 2,8 (m) 129 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 2.5.4 Thiết bị phản ứng thứ tư Chiều cao ống tâm: H4 = Hxt + 0,4 Với Hxt chiều cao lớp xúc tác lò phản ứng, m; 0,4 chiều cao ống trung tâm không đục lỗ  Hxt = , m Trong đó: Vxt: thể tích xúc tác lị phản ứng, m3 F: tiết diện vòng xúc tác, xúc tác thiết kế lị theo hình vành khăn, nên: F = [( 2 4−2 ) − ] Trong đó: Dxt4: Đường kính khối xúc tác, m Chọn Dxt4 = 3,5 (m) D4: đường kính ống tâm, D4 = 0,5 m : chiều dày vỏ ống tâm Chọn = 0,02 m 2 [(3,5−2.0,02) −0,5 ] => F = => Hxt = 26,195 = 9,21 (m2) = 2,844 (m) 9,21 Quy chuẩn Hxt = 2,9 (m) Vậy H4 = Hxt + 0,4 = 3,3 (m) Đường kính ngồi thiết bị thứ tư là: Dt4 = Dxt4 + ′ = 3,5 + 2.0,04 = 3,58 (m) ( Với ′ = 0,04 m bề dày vỏ thiết bị) Chọn chiều cao đáy với nắp h’4 = 0,4 (m)  Chiều cao thiết bị thứ tư Ht4 = H4 + h’4 = 3,7 (m) 130 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bảng 53: Bảng tổng kết tính tốn thiết bị STT Lò phản ứng thứ Lò phản ứng thứ hai Lò phản ứng thứ ba Lò phản ứng thứ tư 131 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Steven A.Treese; Peter R.Pujado; David S.J.Jones, Handbook of Petroleum Processing, London: Springer Interational Publishing Switzerland, 2015 [2] L V Hiếu, Công nghệ chế biến dầu mỏ, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2008 [3] P Đ T Ngọ, Hóa học dầu mỏ khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [4] Catalytic reforming [5] P Leprince, Petroleum Refining - three conversion process, Paris: Editions Technip, 2001 [6] Mohamed A Fahim, Taher A Al-Sahhaf, Amal Elkilani, Fundamental of Petroleum Refining, Elsevier Science, 2009 [7] G J.Antos, Catalytic Naphtha Reforming, Illinois: Des Plaines, 2004 [8] V O a G Group, Dung Quat operating manual - continous catalytic reformer unit, Technip, 2007 [9] H F.Rase, Chemical reactor design for process plants, Volume Two: Case Study and Design Data, A Wiley-Interscience publication [10] G Zahedi, M.Tarin and M.Biglari, "Dynamic modeling and Simulation of Industrial Naphta Reforming Reactor," World Acedemy of Science, Engineering and Technology, 2012 [11] David S J "Stan" Jones; Peter R Pujado, Handbook of Petroleum Processing, The Netherlands: Springer, 2006 132 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 133 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... lọc hóa dầu Trong đồ án chuyên ngành ? ?Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác với suất 470. 000 tấn/ năm? ?? gồm hai nội dung sau: - Tổng quan - Tính tốn cho q trình reforming xúc tác TIEU LUAN MOI... khả chuyển hóa naptha cao hơn, dẫn đến tăng hình thành cốc tỷ lệ hoạt tính xúc tác nhanh hơn, khiến cho tuổi thọ xúc tác ngắn Những phân xưởng thiết kế dạng công nghệ bán tái sinh lớp xúc tác. .. halogen hóa xúc tác chế hóa nhiệt Tuy nhiên, nên khống chế hàm lượng halogen khoảng 1% so với xúc tác để tránh phân hủy mạnh Halogen đưa vào xúc tác chế tạo tái sinh xúc tác( xúc tác loại PlatForming