Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………………4 PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC CHƯƠNG I MỤC ĐÍCH , Ý NGHĨA VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH I MỤC ĐÍCH , Ý NGHĨA CỦA Q TRÌNH CRACKING XÚC TÁC .7 II CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Phản ứng phân huỷ mạch CC, phản ứng cracking Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá) Phản ứng chuyển dời hydro tác dụng xúc tác Phản ứng trùng hợp Phản ứng alkyl hoá khử alkyl hoá Phản ứng ngưng tụ tạo cốc III ĐỘNG HỌC CHO QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 14 IV CRACKING XÚC TÁC CÁC HỢP CHẤT HYDROCACBON RIÊNG LẺ 15 Sự biến đổi hydrocacbon parafin 15 Sự biến đổi hydrocacbon olefin 19 Sự biến đổi hydrocacbon naphtenic: 21 Sự biến đổi hydrocacbon thơm .22 V CRACKING PHÂN ĐOẠN DẦU MỎ .25 CHƯƠNG II .28 XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING 29 I VAI TRÒ CỦA XÚC TÁC TRONG QUÁ TRÌNH CRACKING 29 II NHỮNG YÊU CẦU CẦN THIẾT ĐỐI VỚI XÚC TÁC 29 Hoạt tính xúc tác phải cao 29 Độ chọn lọc xúc tác phải cao 30 Độ ổn định phải lớn .31 Đảm bảo độ bền bền nhiệt 31 Xúc tác phải đảm bảo độ cao 32 Xúc tác phải bền với chất làm ngộ độc xúc tác 32 Xúc tác phải có khả tái sinh .32 Xúc tác phải dễ sản xuất rẻ tiền: 32 III ZEOLIT VÀ XÚC TÁC CHỨA ZEOLIT 32 Xúc tác Zeolit 32 Zeolit xúc tác chứa Zeolit dùng cho trình cracking 35 III NHỮNG THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA XÚC TÁC KHI LÀM VIỆC 38 V TÁI SINH XÚC TÁC 40 VI CÁC DẠNG HÌNH HỌC CỦA XÚC TÁC 42 CHƯƠNG III NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 44 Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác I NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC .44 II CÁC SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 47 Sản phẩm khí 47 Xăng cracking xúc tác 47 Phân đoạn sôi cao 1950C .48 PHẦN II CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 51 CHƯƠNG I CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 51 I NHIỆT ĐỘ .51 II ÁP SUẤT 52 III MỨC ĐỘ CHUYỂN HOÁ C 54 IV TỐC ĐỘ NẠP LIỆU RIÊNG 54 V TỶ LỆ LƯỢNG XÚC TÁC/NGUYÊN LIỆU (X/RH) HAY BỘI SỐ TUẦN HOÀN XÚC TÁC 56 VI HIỆU ỨNG NHIỆT 57 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC .58 I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 58 II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC .60 III DÂY CHUYỀN FCC VỚI THỜI GIAN TIẾP XÚC NGẮN 61 Sơ đồ dây chuyền FCC thời gian tiếp xúc ngắn: 61 Nguyên lý hoạt động: 62 IV HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ CẢI TIẾN CỦA FFC TRONG LỌC DẦU 65 CHƯƠNG III Tính toán cân vật chất nhiệt lợng 67 I.Tính c©n b»ng vËt chÊt 67 II Cân nhiệt lợng lò phản ứng 70 III Tính toán thiết bị phản ứng 78 III.1 Tính đờng kính lò ph¶n øng 78 III.2 Chiều cao lò phản ứng: 79 V.Cyclon lò phản ứng .81 PHẦN IV XÂY DỰNG 84 I CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 84 Những sở để xác định địa điểm xây dựng .84 Đặc điểm địa điểm xây dựng .85 II CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ XÂY DỰNG 86 III BỐ TRÍ MẶT BẰNG 86 Đặc điểm dây chuyền sản xuất .87 Mặt phân xưởng 87 Tính tốn tiêu kỹ thuật 90 PHẦN IV: TÍNH TỐN KINH TẾ 93 I MỤC ĐÍCH 93 II TÍNH TỐN KINH TẾ 93 1.TÝnh toán chi phí vật liệu đầu vào 93 Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác Chi phÝ ®Ĩ vận hành phân xởng 96 Chi phÝ khÊu hao cho ph©n xëng 97 C¸c chi phí khác cho thùng sản phẩm 98 TÝnh hiƯu qu¶ kinh tÕ 99 PHẦN VII: AN TOÀN .101 YÊU CẦU VỆ SINH ĐỐI VỚI MẶT BẰNG NHÀ MÁY 101 YÊU CẦU VỀ PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ TRONG NHÀ MÁY 101 CÁC YÊU CẦU VỀ AN TỒN GIAO THƠNG TRONG NHÀ MÁY 103 NHỮNG YÊU CẦU KHÁC 103 KẾTLUẬN………………………………………………………………………… 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .106 Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc MỞ ĐẦU Hiện nay, xăng dầu mặt hàng quan trọng, máu huyết kinh tế quốc dân quốc phòng cho quốc gia giới Tại Việt Nam , nhu cầu tiêu thụ sản phẩm dầu khí tăng lên với tăng trưởng kinh tế quốc dân quốc phòng Tuy nhiên sản phẩm xăng Việt Nam nhập từ nước ngoài, phần lớn từ Singapore với ba đầu mối tiếp nhận Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Quảng Ninh Từ ba đầu mối tiếp nhận này, sản phẩm phân phối tới kho trung chuyển toàn quốc Trong tương lai việc nhập sản phẩm xăng dầu điều khơng có lợi cho kinh tế nước Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu xăng dầu cho người tiêu dùng thiết phải có nhà máy lọc chế biến ,trong quan trọng phải có phân xưởng sản xuất xăng dầu Người ta sản xuất xăng nhiều trình chế biến khác cracking xúc tác, Reforming xúc tác, izome hóa v v cracking xúc tác trình chủ yếu để sản xuất xăng Tiêu chuẩn quan trọng nhiên liệu dùng cho động xăng trị số octan Trị số cao khả chống kích nổ cao Thoạt tiên, người ta thực cracking phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sơi khoảng 490 – 800 K nhiệt độ , với phương pháp hiệu thấp sản phẩm chứa nhiều hydrocacbon phân tử thấp Đến khoảng năm 1930 , trình cracking nhiệt thay Cracking xúc tác, với chất xúc tác Aluminosilicat tự nhiên Đầu tiên người ta sử dụng lớp xúc tác tĩnh chưa mang lại hiệu suất chất lượng xăng cao mong muốn , lại có qúa nhiều nhược điểm, nên người ta thay q trình Cracking có lớp xúc tác chuyển động Có nhiều cơng nghệ khác cho q trình Cracking có lớp xúc tác chuyển động Nhưng ngày người ta dùng phổ biến công nghệ FCC Với công nghệ , người ta thu nhiều xăng chất lưọng tốt nhiều , phần đáp ứng nhu cầu xăng dầu Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC Trong cơng nghệ chế biến dầu mỏ q trình chuyển hóa hóa học tác dụng chất xúc tác chiếm tỷ lệ lớn đóng vai trị vơ quan trọng Chất xúc tác q trình chuyển có khả làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng mà tăng tốc độ phản ứng lên nhiều Mặc khác , có mặt chất xúc tác phản ứng có khả tiến hành nhiệt độ thấp điều quan trọng phản ứng có hiệu ứng duơng phản ứng hydro hóa , alkyl hóa , polime hóa v.v Sự có mặt chất xúc tác vừa thúc đẩy nhanh q trình chuyển hóa hóa học , vừa có khả tạo nồng độ cân cao , có nghĩa tăng hiệu suất q trình Điều quan trọng chất xúc tác có khả tăng nhanh không đồng loại phản ứng mà phương diện nhiệt động chúng xãy lúc trình , điều kiện , người ta gọi tính chất chọn lựa xúc tác Người ta nghiên cứu nhiều loại chất xúc tác người ta lợi dụng tính chất chọn lựa mà hướng phản ứng q trình chế biến theo chiều có lợi nhằm thu sản phảm đạt hiệu suất chất lượng tốt mong muốn Chính lí để đáp ứng ngày nhiều nhu cầu dùng xăng dầu người ta nghiên cứu cải tiến dần trình cracking xúc tác Quá trình cracking xúc tác với dây chuyền công nghệ FCC ưu điểm Tô Kim Ngọc Hoá Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc CHƯƠNG I MỤC ĐÍCH , Ý NGHĨA VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH I MỤC ĐÍCH , Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC [ 1,2] Cracking xúc tác chiếm vị trí đặc biệt quan trọng công nghiệp chế biến dầu mỏ Lượng dầu mỏ dùng để chế biến cracking xúc tác tương đối lớn.Ví dụ : vào tháng năm 1965 tổng lượng dầu mỏ nước mỹ chế biến 1500 tấn/ngày có 800 tấn/ngày (tức khoảng 53%) chế biến cracking xúc tác Quá trình cracking xúc tác trình chủ yếu để sản xuất xăng cho tơ cho xăng máy bay.Chính mà khơng có nhà máy lọc dầu lại thiếu phân xưởng cracking xúc tác Mục đích trình cracking xúc tác biến đổi phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sơi cao thành cấu tử xăng có chất lượng cao, ngồi cịn thu thêm số sản phẩm phụ khác gasoil nặng , gasoil nhẹ, khí, Q trình cracking xúc tác thực chất trình cho tiếp xúc nguyên liệu với chất xúc tác điều kiện qui định chế độ cơng nghệ , phản ứng có lợi xảy nhằm thu dược sản phẩm có chất lượng tốt hiệu suất lớn, đồng thời phản ứng phụ có hại xảy phản ứng tạo cốc bám bề mặt chất xúc tác làm cho xúc tác giảm hoạt tính Do mà cần phải tiến hành tái sinh xúc tác II CƠ CHẾ PHẢN ỨNG [1,2] Trong điều kiện mà tiến hành trình cracking xúc tác, số lượng lớn phản ứng hóa học xảy chúng định chất lượng hiệu suất q trình Đó phản ứng sau: Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc Phản ứng phân huỷ mạch CC, phản ứng cracking Là phản ứng phân huỷ bẻ gẫy mạch phần tử có kích thước lớn (trọng lượng phân tử lớn) thành phần tử có kích thước nhỏ (trọng lượng phân tử nhỏ hơn) Đây phản ứng q trình + Phân huỷ parafin tạo olefin parafin có trọng lượng phân tử nhỏ CnH2n+2 CmH2m + CpH2p+2 (n = m + p) + Bẻ gãy mạch olefin tạo olefin nhỏ CnH2n CmH2m + CpH2p (n = m + p) + Hydrocacbon thơm có nhánh bên bị bẻ gẫy tạo thành parafin hydrocacbon thơm có nhánh nhỏ ArCnH2n+1 ArCmH2m+1 + CpH2p (n = m + p) + Naphten bị bẻ gẫy mở vòng tạo olefin (trừ vòng hexan) CnH2n CmH2m + CpH2p naphten olefin CnH2n C6H12 + CmH2m + CpH2p (n = m + p+ 6) naphten (n = m + p) olefin xyclohexan olefin olefin Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá) Là phản ứng tạo hydrocacbon có cấu trúc mạch nhánh (cấu tử làm trị số octan tăng lên) n-olefin izo-olefin n-parafin izo-parafin Phản ứng chuyển dời hydro tác dụng xúc tác Nhờ có xúc tác mà có phân bố lại hydro làm no số hydrocacbon đói (sản phẩm phân huỷ), làm tăng tính ổn định hố học sản phẩm thu Naphten + olefin Tô Kim Ngọc hydrocacbon thơm + parafin Hoá Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc Phản ứng trùng hợp Chủ yếu xảy với hydrocacbon đói CnH2n + CmH2m CpH2p (n + m = p) Phản ứng alkyl hoá khử alkyl hoá Phản ứng alkyl hoá xảy nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu suất khí ArH + CnH2n Hydrocacbon thơm Aromat CnH2n+1 olefin alkyl thơm Phản ứng khử alkyl hoá ngược với phản ứng alkyl hoá, xảy nhiệt độ cao tạo nhiều khí Phản ứng ngưng tụ tạo cốc Phản ứng chủ yếu xảy hydrocacbon thơm đa vòng, xảy nhiệt độ cao H2 H2 Sự tạo cốc q trình cracking xúc tác khơng mong muốn, cốc tạo thành thường bám bề mặt xúc tác, giảm hoạt tính bề mặt xúc tác, giảm thời gian làm việc xúc tác Hiệu ứng nhiệt phản ứng khác dấu giá trị Đa số phản ứng phân huỷ phản ứng thu nhiệt mạnh, phản ứng phản ứng đồng phân hoá, chuyển vị hydro, polyme hoá phản ứng ngưng tụ phản ứng toả nhiệt yếu Hiệu ứng nhiệt tổng cộng trình cracking xúc tác thu nhiệt, với giá trị thay đổi từ 100 đến 400 kJ/kg nguyên liệu, tuỳ theo chất nguyên liệu sử dụng trình Tơ Kim Ngọc Hố Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác Hiện nay, chưa có trí hồn tồn việc giải thích chế xúc tác trình cracking.Nhưng nhìn chung phổ biến giải htích theo chế ioncacbonic.Các ioncacbonic tạo mà phân tử hydrocacbon nguyên liệu tác dụng với tâm axit xúc tác.Theo thuyết trình cracking xúc tác xảy theo giai đoạn sau đây: a Tạo ioncacboni - Paraffin : Các hydrocacbon paraffin, trình tiến hành cracking xúc tác, bị hấp thụ trung tâm axit Lewis chất xúc tác để tạo ion cacboni : Ví dụ : Cracking n-hexan [2 - 109] CH3-CH+-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 +H2 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 Điện tích dương khơng nhận cacbon bậc Tổng quát viết : A (H + ) CnH2n+2 CnH2n+1 + H2 Ngồi , Parafin bị hấp thụ tâm axit Bronsted : CnH2n+1 +H2 CnH2n+2 + H+ CnH2n+3 CmH2m+1 + CpH2p - Olefin: Đây thành phần khơng có ngun liệu ban đầu q trình mà tạo phân hủy hydrocácbon thơm ,Parafin , naphten , Olefin hợp chất hoạt động ,nhờ mà tham gia vào phản ứng tạo Ion cacboni tác dụng olefin với tâm axit Bronsted xúc tác: Tô Kim Ngọc Hoá Dầu K48- ĐHBK HN Đồ án tốt nghiệp tác Thiết kế phân xưởng Cracking xúc + R1 CH C R2 + H + (xt) H + (xt) R1 CH C R2 H H Ion cacboni tạo thành tác dụng olefin với tâm axit Lewis xúc tác: O RH + olefin O + Al O Si R H Al O Si O O CnH2n + H+ Cn+H2n+1 CnH2n + L C+nH2n+1 + LH Ion cacboni tạo thành phản ứng tuân theo quy tắc định Như olefin tác dụng với H+(xt) xác suất tạo alkyl bậc lớn alkyl + bậc CH3 CH2 CH CH2 + H + (xt) CH3 CH2 CH CH2 dÔ tạo thành + CH3 CH2 CH2 CH2 Khi olefin có liên kết đơi cacbon bậc ion cacboni bậc dễ tạo thành cacbon bậc + CH3 CH3 CH C CH3 CH3 CH2 C CH3 CH3 dễ tạo thành + H + (xt) + CH3 CH CH CH3 CH3 Từ hydrocacbon naphten: Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit xúc tác hay ion cacboni khác tạo ion cacboni tương tự trình xảy với parafin Từ hydrocacbon thơm :người ta quan sát thấy tạo thành ion cacbonilà kết hợp trực tiếp H+ vào nhân thơm Tô Kim Ngọc Hoá Dầu K48- ĐHBK HN