Đồ án chuyên ngành tìm hiểu phân xưởng rfcc dung quất thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm e 1501 ab

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ – HĨA DẦU ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÌM HIỂU PHÂN XƯỞNG RFCC DUNG QUẤT THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG CHÙM E-1501 A/B Sinh viên thực : Nguyễn Hồng Long MSSV : 20180829 Lớp : Hóa Dầu – K63 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ Hà Nội, 03/2023 Đồ án Chuyên ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CRAKING XÚC TÁC 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC .5 1.1.1 Sơ lược trình cracking .5 1.1.2 Mục đích, vai trị trình Cracking xúc tác 1.2 NGUYÊN LIỆU [2] 1.3 SẢN PHẨM 1.3.1 Khí khơ 1.3.2 LPG .9 1.3.3 Xăng Cracking 10 1.3.4 LCO 11 1.3.5 HCO slurry 11 1.3.6 Cốc (Coke) 12 1.4 HĨA HỌC Q TRÌNH 12 1.4.1 Các phản ứng trình Cracking 12 1.4.2 Cơ chế trình Cracking 14 1.4.3 Động học phản ứng Cracking 15 1.5 XÚC TÁC 16 1.5.1 Vai trò xúc tác trình cracking 16 1.5.2 Các loại xúc tác sử dụng 16 1.5.3 Những yêu cầu cần thiết xúc tác cracking 18 1.5.4 Thị trường xúc tác FCC 19 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 20 2.1 LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 20 2.2 CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ 21 2.3 CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC TẦNG SÔI 21 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ PFD VÀ P&ID 23 3.1 BẢN VẼ PFD 23 3.1.1 PFD 01 – Reactor/Regeneation Section 23 3.1.2 PFD 02 - Flue Gas Treatment Section 26 3.1.3 PFD 03 - Feed Section 28 SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 Đồ án Chun ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ 3.1.4 PFD 04 - Fractionation Section 29 3.1.5 PFD 05 - Gas Recovery Section 31 3.2 LƯU ĐỒ P&ID 34 3.2.1 Dòng nguyên liệu 34 3.2.2 Dòng bùn 35 CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT 36 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 36 4.2 CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 36 4.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc (hai vỏ) 37 4.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà 38 4.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới 39 4.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống 40 4.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt loại 41 4.2.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 44 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 49 5.1 Tính nhiệt lượng trao đổi trình 50 5.2 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 50 5.3 Giả sử hệ số truyền nhiệt K’ 51 5.4 Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 52 5.5 Bố cục, kích thước ống 52 5.6 Tính số ống 53 5.7 Tính đường kính vỏ 53 5.8 Tính nhiệt bên ngồi ống hệ số cấp 54 5.9 Tính hệ số cấp nhiệt bên ống 56 5.10 Tính toán hệ số truyền nhiệt K 56 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 58 6.1 Ống truyền nhiệt 58 6.2 Thân thiết bị 58 6.3 Phần đầu phần sau 59 6.4 Ống vào, thiết bị 59 6.5 Vỉ ống 60 6.6 Vách ngăn 60 6.7 Thanh giữ vách ngăn 60 SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 Đồ án Chuyên ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ 6.8 Tấm ngăn chia lối đầu 60 6.9 Đệm bịt kín 60 6.10 Bích 60 6.11 Chân đỡ 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 Đồ án Chun ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ người biết đến từ thời cổ xưa Ở kỷ XVIII, dầu mỏ sử dụng để làm nhiên liệu đốt cháy, thắp sáng trải đường Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn lượng nguyên liệu để sản xuất sản phẩm hóa dầu quan trọng quốc gia giới Trong sản phẩm từ q trình lọc hóa dầu khơng thể khơng kể đến xăng Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, dầu mỏ trở nên quan trọng hết Người ta sản xuất xăng nhiều hình thức khác cracking xúc tác, reforming xúc tác, isomer hố…Q trình cracking xúc tác công nghệ quan trọng công nghệ hữu - hoá dầu Các nhà máy lọc dầu giới sử dụng đến trình này, q trình để sản xuất cấu tử có trị số octan cao cho xăng ơtơ hay xăng máy bay từ nguyên liệu phần cất nặng hơn, chủ yếu phần cất từ trình chưng cất trực tiếp AD (Atmospheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu mỏ Quá trình cracking xúc tác q trình khơng thể thiếu nhà máy chế biến dầu giới, trình q trình để sản xuất xăng có số octan cao SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 Đồ án Chun ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CRAKING XÚC TÁC 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 1.1.1 Sơ lược trình cracking Quá trình cracking nghiên cứu từ lâu giai đoạn đầu trình biến đổi tác dụng đơn nhiệt độ áp suất (quá trình cracking nhiệt) với hiệu suất chất lượng thấp, tiến hành điều kiện khắc nghiệt, nhiệt độ cao áp suất cao Để nâng cao hiệu suất, chất lượng, cho phép tiến hành trình điều kiện mềm mại (nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) người ta đưa vào trình chất mà có khả làm giảm lượng hoạt hố, tăng tốc độ phản ứng, tăng tính chất chọn lọc (hướng phản ứng theo hướng cần thiết) khơng bị biến đổi q trình phản ứng chất xúc tác q trình gọi trình cracking xúc tác Cho đến nay,quá trình ngày cải tiến, hoàn thiện mặt (công nghệ, xúc tác, thiết bị ) cho phù hợp Tại Việt Nam nhà máy lọc dầu Dung Quất cơng nghệ RFCC AXENS kết hợp hai tầng xúc tác, hệ thống phun nhiên liệu đồng nhất, dòng điều khiển nhiệt (mix temperature control), hệ thông tách cuối Riser thiết bị phân phối khơng khí, nước Cơng nghệ thực nghiệm RFCC AXENS chuyển hóa cặn chưng cất thành sản phẩm linh hoạt Phần tháp chưng cất phân tách sản phẩm từ thiết bị phản ứng Các sản phẩm gồm dầu cặn (clarified oil), LCO xăng nặng Để tối đa sản phẩm xăng, phần xăng nặng trộn với xăng nhẹ từ phân xưởng thu hồi khí Để tối đa sản phẩm Diesel, phần xăng nặng trộn với LCO Phần lỏng đỉnh tháp chưng cất xử lý phân xưởng thu hồi khí Sản phẩm phân xưởng gồm xăng nhẹ, khí đốt LPG xử lý amine Phân xưởng RFCC thiết kế chạy chế độ: Tối đa xăng Cracking (Max Gasoline) Tối đa LCO (Max Distillate) Dưới sơ đồ khái quát trình Cracking xúc tác cơng nghiệp: SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 Đồ án Chuyên ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ Hình 1.1 Sơ đồ q trình Cracking xúc tác cơng nghiệp Sơ đồ thiết bị phản ứng chứa lớp xúc tác động, với phận phân tách hạt xúc tác sản phẩm, thiết bị hoàn nguyên xúc tác, cốc sản phẩm cacbon phân tử lượng cao, đốt cháy để hồi phục hoạt tính xúc tác thiết bị chưng cất để tách sản phẩm trình phần dầu nặng hoàn lưu trở lại thiết bị cracking [3] Bảng 1.1 Thơng số cơng nghệ q trình Cracking xúc tác [3] Reactor ống đứng Nhiệt độ, oC Đáy Đỉnh Áp suất, atm Tỉ số chất xúc tác/ dầu Thời gian lưu, s 550 510 5-7 Thiết bị hoàn nguyên xúc tác o Nhiệt độ cyclon, C Tỉ số CO/CO2 (mol/mol) Áp suất đáy tầng xúc tác động, atm Tốc độ dịng pha khí, m/s Thời gian lưu chất xúc tác rắn, s Hàm lượng chất xúc tác rắn, %kl Lối vào Lối SVTH: Nguyễn Hồng Long – Hóa Dầu K63 650 - 760 0,7-1,3 : 3,5 60 30 0,8 < 0,1 Đồ án Chuyên ngành Hóa Dầu GVHD: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ 1.1.2 Mục đích, vai trị q trình Cracking xúc tác Cracking xúc tác chất lỏng (FCC) cơng nghệ chuyển đổi ngành công nghiệp lọc dầu sản xuất phần lớn xăng giới Mục đích q trình cracking xúc tác nhận cấu tử có trị số octan cao cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu phần cất nặng hơn, chủ yếu phần cất nặng từ trình chưng cất trực tiếp dầu thơ Đồng thời ngồi mục đích nhận xăng người ta nhận nguyên liệu có chất lượng cao cho cơng nghệ tổng hợp hố dầu hố học Ngồi cịn thu thêm số sản phẩm phụ khác gasoil nhẹ, gasoil nặng, khí chủ yếu phần tử có nhánh cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu [1] Q trình cracking xúc tác q trình khơng thể thiếu nhà máy chế biến dầu giới, trình q trình sản xuất xăng có trị số octan cao Xăng thu từ trình dùng để phối trộn với loại xăng khác để tạo mác xăng khác Khối lượng xăng thu từ trình chiếm tỷ lệ lớn khoảng 70-80% so với tổng lượng xăng thu từ trình chế biến khác Lượng dầu mỏ chế biến cracking xúc tác chiếm tương đối lớn Ví dụ vào năm 1965, lượng dầu mỏ giới chế biến 1500 tấn/ngày cracking xúc tác chiếm 800 (tương ứng 53%) [1] 1.2 NGUYÊN LIỆU [2] Nguyên liệu cho trình cracking xúc tác phần cất chân không cặn dầu thơ chưng cất khí từ Mỏ Bạch Hổ Chúng thường chứa - 10% phân đoạn sôi đến 350oC có nhiệt độ sơi cuối tới 520 - 540 oC Trong nhiều trường hợp, người ta dùng phân đoạn nhẹ chưng cất khí quyển, phân đoạn kerosen-gazoil cracking nhiệt hay cốc hố phần rafinat q trình khử asphan mazut gudron sản xuất dầu nhờn phân đoạn mazut dầu kim loại Các đặc trưng quan trọng nguyên liệu có ảnh hưởng định đến tiêu trình cracking thành phần phân đoạn, số đặc trưng K, thành phần nhóm hydrocacbon, hàm lượng nhựa - asphan, hàm lượng tạp chất nitơ, lưu huỳnh, kim loại cốc hoá Trong nguyên liệu cracking xúc tác khơng nên có mặt phân đoạn nhẹ có nhiệt độ sơi