Qua trinh reforming xuc tac xang nang 109812

Mục lục Xúc tác đà lv II III MôC LôC 16 10 13 14 Mở ĐầU 3 11 nghÖ chế biến dầu Chơng I: Vài nét công VII má 15 1.1 Giíixóc thiƯu dÇuh·ng má H Quá trình Refoocming tác chung liên tụcvềcủa UOP 1.2 Xăng phơng pháp nâng cao chất lợng xăng 1.3 Vai trò trình Reforming cracking c«ng nghƯ 4 chÕ biÕn dÇu má .12 VI IV V Chơng II: trình reforming xúc tác xăng nặng 14 5 2.1 Nguyªn liệu trình 15 Các phản ứng H Sơ 2.2 đồ Reforming xúcxảy tác liên tục trình 16 2.3 Xúc tác trình Reforming xúc tác 21 2.3.1 Đặc điểm chung xúc tác reforming 21 2.3.2 Vai trò xúc tác việc cải tiến trình 25 2.3.3 Sự thay đổi xúc tác trình làm việc 25 2.4 Các yếu tố ảnh hởng đến trình Reforming xúc tác 30 2.4.1 Chất lợng nguyên liệu 30 2.4.2 ¸p suÊt 33 2.4.3 ảnh hởng nhiệt độ 35 2.4.4 ¶nh hëng cđa tèc ®é thĨ tÝch 36 2.4.5 ảnh hởng tỷ lệ khí H2 tuần hoàn nguyên liệu (bội số tuần hoàn khí) 37 2.4.6 ¶nh hëng cđa hiƯu øng nhiƯt 38 2.5 Công nghệ Reforming xúc tác .39 Chơng III: Tính thiết bị phản ứng 45 3.1 Tính công nghệ 46 3.1.1 C©n b»ng chÊt vµ nhiƯt .46 3.1.2 Tính thông số cần thiết: 52 3.1.3 Phần viết chơng trình ngôn ngữ PASCAL 54 3.1.4 Phần chạy chơng trình 59 3.2 TÝnh c¬ khÝ 63 §å ¸n tèt nghiƯp Trang Mơc lơc 3.2.1 TÝnh th©n thiÕt bÞ 63 3.2.2 Tính đáy (nắp) thiết bị 66 3.2.3 TÝnh tai treo 67 3.2.4 Tính bích nắp đáy (loại bích phẳng hàn) 69 3.2.5 Tính bulông lắp nắp-thân .70 3.2.6 Tính hệ thống đỡ xúc tác 72 3.2.7 TÝnh hƯ thèng ph©n phèi khÝ .75 3.2.8 TÝnh bÝch cưa n¹p liÖu 76 3.2.9 TÝnh ống dẫn sản phẩm bích nối ống cửa sản phẩm 76 Ch¬ng IV: TÝnh lò đốt 78 4.1 Tính c«ng nghƯ 78 4.1.1 Tính lợng dầu FO cần đốt .78 4.1.2 Tính chiều dài ống xoắn, số lợng ống xoắn 81 4.2 Tính khí giàn ống lò 89 4.2.1 TÝnh vßi phun 90 4.2.2 TÝnh lß 96 Ch¬ng V: An toàn lao động 106 5.1 Các biện pháp an toàn thiết bị .106 5.2 Các yêu cầu an toàn đặt ®èi víi mét kü s thiÕt kÕ 106 KÕt luËn 108 Tài liệu tham khảo 109 Đồ án tốt nghiệp Trang Mở đầu Mở ĐầU Xăng sản phẩm chủ yếu có giá trị cao trình chế biến dầu mỏ, chiếm hàm lợng lớn nhà máy chế biến dầu mỏ Hiện với yêu cầu chất lợng số lợng ngày cao xăng việc phát triển ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ đặc biệt sản xuất xăng chất lợng cao chiến lợc phát triển kinh tế nớc ta Trong đồ án tốt nghiệp em đợcgiao nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống sản xuất xăng chất lợng cao(xăng có trị số octan cao) từ nguyên liệu xăng nặng(xăng trình chng cất trực tiếp từ dầu thô) với suất 400.000 xăng nặng/năm dây chuyền công nghƯ reforming xóc t¸c (Catalytic reforming) sư dơng xóc t¸c Platin kim loại chất mang xúc tác Al2O3 Nội dung mà đồ án đà đề cập đến: Chơng I: Vài nét công nghệ chế biến dầu khí Chơng II: Quá trình reforming xúc tác xăng nặng Chơng III: Tính toán, thiết kế thiết bị reforming xúc tác Chơng IV: Tính toán lò đốt dầu FO để cấp nhiệt cho hỗn hợp phản ứng Dới hớng dẫn tận tình, chu đáo PGS.TS Mai Xuân Kỳ với nỗ lực thân, em đà hoàn thành đồ án theo thời gian quy định Do thiếu kinh nghiệm thực tế nên trình tính toán chắn em mắc phải thiếu sót, em mong nhận đợc đóng góp phê bình quý thầy cô hội đồng bảo vệ tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Mai Xuân Kỳ đà nhiệt tình hớng dẫn em thực đồ án Cảm ơn thầy cô giáo thuộc môn Máy & Thiết bị Công Nghiệp Hoá Chất-Dầu khí đà tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài tốt nghiêp Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp Trang Mở đầu Hà nội, ngày 20 tháng năm 2004 Sinh viên thiết kế Võ Anh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ Chơng I: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ 1.1 Giới thiệu chung dầu mỏ Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm cấu tử khác Mỗi loại dầu mỏ đặc trng thành phần riêng, song chúng chứa Hydrocabon thành phần chính, chiếm 60 90% trọng lợng dầu lại chất chứa ôxi, lu huỳnh, nitơ, phức kim loại Trong dầu mỏ chứa khí trơ nh He, Ar Nhìn chung dầu mỏ chứa nhiều Hydrocabon thành phần dị nguyên tố chất lợng tốt loại dầu có giá trị cao Hydrocabon thành phần dầu mỏ, chúng đợc chia thành nhóm: parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphen-arcomat Hydrocabon thơm thờng gặp loại vòng đồng đẳng chúng (benzen, toluen, xyren) chất thờng nằm phần nhẹ cấu tử làm tăng khả chống kích nổ xăng Dầu mỏ muốn ứng dụng đợc phải tiến hành phân chia thành phân đoạn Dầu mỏ khai thác lên từ mỏ dầu lòng đất chất lỏng đặc sánh sử dụng đợc Trong hỗn hợp dầu thô lấy từ mỏ dầu lên có chứa nớc, muối khoáng tạp chất khác Trớc lúc đem dầu thô vào chng luyện ngời ta phải tiến hành tách nớc, muối khoáng tạp chất khác Quá trình chng luyện trực tiếp phân chia dầu thô thành phân đoạn nhỏ có khoảng nhiệt độ sôi hẹp Đầu tiên khai thác dầu có giảm áp nên phân đoạn khí đợc tách thờng từ C1 đến C4 Ngoài lợng C5, C6 bay theo Sau tuỳ thuộc vào giới hạn nhiệt độ sôi mà ta thu đợc phân đoạn sau: - Phân đoạn xăng: nhiệt độ nhỏ 1800C bao gồm thành phần từ C5 đến C10, C11 - Phân đoạn Kerosen: nhiệt độ sôi từ 180 350 0C chứa thành phần từ C16 đến C20, C21 - Phân đoạn Gudron với nhiệt độ sôi 500 0C gồm thành phần có số nguyên tố Carbon từ C41 trở lên Các phân đoạn đợc ứng dụng nhiều mục đích khác nhng chủ yếu đợc dùng làm nhiên liệu sản phẩm hoá học 1.2 Xăng phơng pháp nâng cao chất lợng xăng Với khoảng nhiệt độ sôi 180 0C, phân đoạn xăng bao gồm Hydrocabon từ C5 đến C10, C11 Cả ba loại Hydrocabon Parafin, naphtenic, aromatic có mặt phân đoạn xăng Tuy nhiên thành phần, số lợng Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ Hydrocabon khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu Chẳng hạn từ họ dầu parafinic ta thu đợc xăng có chứa parafin Còn từ dầu naphtenic ta thu đợc xăng có nhiều cấu tử vòng no Ngoài Hydrocabon, phân đoạn xăng chứa hợp chất S, N2 O2 Một tính chất quan trọng xăng phải có khả chống lại kích nổ Đặc trng gọi trị số octan Trị số octan đợc đo phần trăm thể tích izooctan (2,2,4 trimetyl pentan) hỗn hợp chuẩn với n - heptan (n C 7H16) tơng đơng với khả chống kích nổ nhiên liệu điều kiện tiêu chuẩn Sử dụng thang chia tõ  100 ®ã n - heptan có trị số octan 0, izootan đợc quy ớc 100 Có hai phơng pháp xác định trị số octan: - Phơng pháp nghiên cứu (RON): số vòng quay môtơ thử nghiệm 600 vòng/phút - Phơng pháp môtơ (MON): số vòng quay môtơ thử 900 vòng/ phút Thờng trị số octan tính theo RON thờng cao tính theo MON Mức chênh lệch phản ảnh: mức tính chất nhiên liệu thay đổi chế độ làm việc động thay đổi Cho nên mức chênh lệch gọi độ nhạy nhiên liệu ®èi víi chÕ ®é lµm viƯc thay ®ỉi cđa ®éng Mức chênh lệch MON RON thấp tốt Mỗi loại xăng khác có khả chống kích nổ khác Các hydrocarbon phân tử nhỏ nh parafin mạch nhánh, aromat cháy đợc điểm hoả nghĩa loại có khả chống kích nổ tốt Các n parafin dễ dàng cháy mặt lửa cha truyền tới gây cháy kích nổ Khả chống kích nổ Hydrocarbon đợc xếp theo thứ tự giảm dần: Hydrocarbon thơm > Olefin mạch nhánh > parafin nhánh > naphten có nhánh > olefin mạch thẳng > naphten > parafin mạch thẳng > parafin mạch thẳng lớn Các phơng pháp nghiên cứu chất lợng xăng Phân đoạn xăng lÊy trùc tiÕp dÇu má cã rÊt Ýt izoparafin trị số octan thấp (khoảng 30 60) Trong yêu cầu trị số octan xăng động phải lớn 10 Điều có nghĩa xăng lấy trực tiếp từ chng cất dầu thô không dùng đợc cho động mà ta phải sử dụng phơng pháp Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ chế biến hoá học, lý học để biến đổi thành phần xăng nhằm thu đợc xăng có trị số octan cao thoả mÃn yêu cầu kỹ thuật động chạy xăng Một số phơng pháp phổ biến a Phơng pháp phụ gia Mục đích phơng pháp dùng hoá chất cho vào xăng nhằm hạn chế trình oxi hoá hydrocarbon không gian trớc buồng lửa cháy động Có hai nhóm phụ gia: + Phụ gia chì: bao gồm chất nh tetrametyl chì (TML), tetraetyl chì (TEL) có tác dụng phá huỷ tạp chất trung gian hoạt động giảm khả chống kích nổ dẫn đến trị số octan xăng tăng lên + Phụ gia không chì: chì phụ gia cho vào xăng làm tăng trị số octan lớn (từ đến 12 đơn vị octan) nhng dùng xăng có pha chì lợng chì khói thải động chạy xăng (xe máy, ôtô) ảnh hởng xấu tới môi trờng chì chất gây ngộ độc ngời Chính độc hại xăng pha chì mà nhiều quốc gia giới cã ViƯt Nam ®· khun khÝch mäi ngêi sư dơng xăng không chì (unlead petrol) Có số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octan cao không sử dụng chì: - Pha trộn xăng có trị số octan cao (nh xăng alkyl hoá, izome hoá) với nhiên liệu có trị số octan thấp - Nâng cấp đa thêm thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng có trị số octan cao - Sử dụng chất phụ gia không chữa chì nh hợp chất chứa oxi: etanol, MTBE, TAME b Phơng pháp hoá học Biện pháp tăng trị số octan xăng việc sử dụng phụ gia chì biện pháp tạm thời Giải pháp lâu dài phải tìm cách chế biến hoá học kinh tế để tăng hiệu suất xăng Nguyên tắc chung phơng pháp hoá học chuyển hoá hydrocarbon mạch thẳng thành mạch nhánh thành hydrocarbon vòng no, vòng thơm có trị số octan cao Các phơng pháp hoá học - Cracking nhiệt: trình phân huỷ dới tác dụng nhiệt thực điều kiện nhiệt độ 470 540 0C ¸p st tõ 20  70 at Nguyªn liƯu cho trình cracking nhiệt phân đoạn xăng nặng đến cặn, chủ yếu hay dùng gasoil cặn Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ Sản phẩm trình xăng cracking nhiệt chiếm hàm lợng lớn hydrocarbon thơm olefin so với xăng chng cất trực tiếp Trị số octan nằm khoảng 66 68 pha thêm phụ gia chì tăng lên 70 78 Tuy có trị số octan cao xăng thu đợc từ chng cất trực tiếp nhng với trị số octan nh cha đáp ứng đợc yêu cầu chất lợng xăng động Ôtô đòi hỏi xăng có trị số octan từ 85 90 theo phơng pháp MON 90 95 theo phơng pháp RON Vì có mặt hydrocarbon olefin nên xăng cracking nhiệt có độ ổn định hoá học nên dới tác dụng ánh sáng, nhiệt oxi bị ngng tụ, oxi hoá trùng hợp tạo thành nhựa có mặt olefin chứa nối đôi Sự có mặt nhựa polyme tạo thành xăng làm cho xăng cracking nhiệt dễ tạo muối động làm việc Điều ảnh hởng không tốt tới máy Hàm lợng lu huỳnh xăng cracking nhiệt chữa tới 0,5 1,2% trọng lợng, cao gấp lần so với hàm lợng lu huỳnh cho phép theo quy chuẩn xăng động Lu huỳnh tồn xăng dạng H25 Mecaptan Làm xăng cracking nhiệt khái H25 thêng sư dơng kiỊm ®Ĩ rưa Nãi chung xăng cracking nhiệt không đảm bảo chất lợng cho yêu cầu xăng ôtô hiệu suất đạt không cao nên trình cracking xúc tác, hydro cracking, reforming xúc tác đà phát triển thay trình Các trình vừa đảm bảo chất lợng vừa đảm bảo tăng hiệu suất xăng đáp ứng yêu cầu ngày khắt khe xăng Ngoài sản phẩm xăng trình cracking nhiệt thu đợc khí nh CH4, C2H6, C3H8 sản phẩm lỏng gasoil - Cracking xúc tác Trong công nghệ chế biến dầu mỏ; trình có mặt xúc tác đóng vai trò quan trọng Lợng dầu mỏ chế biến cracking xúc tác chiếm tơng đối lớn Năm 1965 lợng dầu mỏ giới chế biến đợc 1500 tấn/ngày cracking xúc tác chiếm 800 (tức 53%) Quá trình cracking xúc tác đợc xem trình chủ yếu để sản xuất xăng ôtô Nguyên liệu phân đoạn xăng Kerosen - xola trình chng cất trực tiếp, phân đoạn gascoil trình chế biến thứ cấp, phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi từ 300 550 0C Sản phẩm trình cracking xúc tác xăng cracking xúc tác, hiệu suất xăng cracking xúc tác thờng dao động khoảng từ 30 Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ 35% lợng nguyên liệu đem cracking Hiệu suất chất lợng xăng phụ thuộc vào chất lợng nguyên liệu, xúc tác chế độ công nghệ Đặc trng xăng cracking xúc tác + Tỷ trọng 0,72 0,77 + trÞ sè octan: 87  91 (theo RON) + Thành phần hoá học: 11% olefin, 20 30% aren lại naphten izoparafin Để tăng trị số octan xăng cracking xúc tác ngời ta pha thêm phụ gia chì (TEL) Xăng dùng cho máy bay pha thêm 2,5 3,3 gam nớc chì cho kg xăng trị số octan tăng lên 10 16 đơn vị Tuy nhiên pha thêm chì có lợi mặt kỹ thuật nhng lại có hại mặt môi trờng Nói chung xăng cracking xúc tác có trị số octan cao nhng cha đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật xăng động - Quá trình alkyl hoá alkan Quá trình nhằm tạo xăng có trị số octan cao Bản chất trình đa thêm gốc R vào phần tử chất hữu Xăng thu đợc từ trình alkyl hoá (hay gọi trình alkylat) có chứa olefin hydrocarbon thơm, thành phần chủ yếu izo - alkan (izooctan) Thờng sử dụng xăng alkylat để pha vào xăng khác nhằm nâng cao chất lợng xăng - Quá trình Reforming xúc tác Đây trình quan trọng nhà máy chế biến dầu mỏ đại Mục đích trình thu đợc xăng có trị số octan cao (90 102) sản xuất loại hydrocarbon thơm (benzen, tuluen, xyren) làm nguyên liệu cho công nghệ hoá dầu Ngoài ta thu đợc khí H2 nguồn thu nhiều rẻ tiền 10 15 lần so với phơng pháp khác Trong mục đích mục đích tăng trị số octan xăng quan trọng Chẳng hạn nh tăng trị số octan xăng từ 66 lên 88 chi phí xăng cho năm giảm 22%, số ôtô yêu cầu để thực công việc giảm 12% Quá trình Reforming xúc tác cho ta sản phẩm xăng có trị số octan cao Xăng Reforming xúc tác thờng đợc dùng để pha với xăng khác để nâng cao chất lợng xăng 1.3 Vai trò trình Reforming cracking công nghệ chế biến dầu mỏ Nh ta đà biết dầu mỏ khai thác đợc từ mỏ dầu không trực tiếp sử dụng đợc Muốn sử dụng đợc sản phẩm dầu mỏ ta phải chế biến chúng nhiều công đoạn khác dầu mỏ sau khai thác lên Đồ án tốt nghiệp Trang Chơng 1: Vài nét công nghệ chế biến dầu mỏ đợc tách nớc muối chng cất trực tiếp để thu đợc phân đoạn có nhiệt độ sôi khác Các phân đoạn đợc biến đổi tiếp nhờ trình chế biến dầu mỏ để tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Trong trình chế biến dầu mỏ Reforming cracking trình quan trọng Reforming xúc tác trình quan trọng công nghiệp chế biến dầu mỏ Vai trò trình không ngừng đợc tăng lên nhu cầu xăng có chất lợng xăng nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu ngày nhiều Quá trình cho phép sản xuất cấu tử có trị số octan cao cho xăng, hợp chất hydrocarbon thơm (B, T, X) cho tập hợp hoá dầu hoá học Ngoài trình cho phép nhận đợc khí hydro kỹ thuật (hàm lợng H2 tới 85%) với giá rẻ so với trình điều chế H khác Sản phẩm hydro nhận đợc từ trình Reforming xúc tác đủ cung cấp cho trình làm nguyên liệu, xử lý hydro phân đoạn sản phẩm khu liên hợp lọc hoá dầu Quá trình Reforming thờng dùng nguyên liệu phân đoạn xăng có trị số octan thấp, không đủ tiêu chuẩn nhiên liệu xăng cho động Đó xăng trình chng cất trực tiếp dầu thô, hay từ phân đoạn xăng cracking nhiệt, cốc hoá Về ý nghĩa tăng trị số octan xăng trình Reforming xúc tác theo dõi tăng tỷ lệ công suất hệ thống Reforming xúc tác với công suất hệ thống chng cất trực tiếp Mỹ Bảng Năm Tỷ lệ công suất hệ thống Reforming xúc tác với chng cất trực tiếp (%) Trị số octan xăng (theo phơng pháp nghiên cứu) Loại thờng Loại đặc biệt Trị số octan trung bình xăng thành phẩm 1955 16 90 98 92,4 1960 18 92 99 94,0 1965 19 93 99,5 95,0 1970 22 94 100 96,5 Song song với trình Reforming xúc tác trình cracking mà đặc biệt cracking xúc tác Nó chiếm vị trí tơng đối quan trọng ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ Lợng dầu mỏ đợc chế biến trình cracking xúc tác chiếm tơng đối lớn so với tổng lợng dầu đợc chế biến Ví dụ nh Mỹ tổng số lợng dầu mỏ chế biến vào tháng 1/1965 1500tấn/ngày hệ thống cracking xúc tác chiếm tới 800tấn/ngày tức 53% Mục đích trình cracking xúc tác biến đổi phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao (có trọng lợng phân tử lớn) tạo thành cấu tử Đồ án tèt nghiÖp Trang