Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm

Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 1 §HBK Hµ Néi –K45 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm. 2. Các số liệu ban đầu : Lấy theo tài liệu hướng dẫn và số liệu thực tế công nghiệp . 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán .  Phần lý thuyết : nêu tổng quan về quá trình Roforming xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu .  Phần tính toán : tính cân bằng vật chất, tính cân bằng nhiệt lượng của phân xưởng và kích thước mỗi lò phản ứng .  Phần kinh tế  Phần xây dựng : bố trí mặt bằng phân xưởng .  Phần an toàn lao động và bảo vệ môi trường 4. Các bản vẽ (ghi số các loại bản vẽ về kích thước) .  Bản vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất .  Bản vẽ thiết bị chính .  Bản vẽ tổng quan mặt bằng nhà máy . 5.họ tên cán bộ hướng dẫn: TS .Nguyễn Hữu Trịnh phần Tên cán bộ 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7.ngày hoàn thành đồ án: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 2 §HBK Hµ Néi –K45 Ngày tháng năm 2005 Chủ nhiệm khoa Cán bộ hướng dẫn (ký , ghi rõ họ tên) (ký , ghi rõ họ tên) TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp Ngày tháng năm 2005 Người duyệt ( ký , ghi rõ họ tên ) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 3 §HBK Hµ Néi –K45 Mục lục Trang PHẦN MỞ ĐẦU 5 PHẦN TỔNG QUAN 8 I. CƠ SỞ HOÁ HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 8 1.1 Các phản ứng xảy ra trong quá trình 8 1.2 Cơ chế phản ứng Reforming xúc tác 19 1.3 Nhiệt động học phản ứng và điều kiện phản ứng 22 II. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 26 2.1 Nguyên liệu 26 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu 30 2.3 Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác 33 III. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC 36 3.1 lịch sử phát triển 37 3.2 vai trò của xúc tác hai chức năng 38 3.3 Tính chất của chất xúc tác 41 3.4. những nguyên nhân làm giảm hoạt tính 43 3.5. tái sinh xúc tác 46 3. 5.1 Sự thay đổi các chất xúc tác trong quá trình làm việc 46 3.5.2 Các phương pháp tái sinh chất xúc tác 46 3.5.3 Tuổi thọ xúc tác và giới thiệu một số chất xúc tác 48 IV. CÔNG NGHỆ REFORMING XÚC TÁC 50 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình 50 4.2 Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ 53 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 4 §HBK Hµ Néi –K45 4.3 thiết kế phân xưởng 68 4.4.Các thiết bị chính của quá trình 69 PHẦN TÍNH TOÁN 72 PHẦN TÍNH TOÁN KINH TẾ 102 PHẦN XÂY DỰNG 107 I. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 107 II. CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ XÂY DỰNG 109 III.BỐ TRÍ MẶT BẰNG XÂY DỰNG 110 PHẦN AN TOÀN 113 I. KHÁI QUÁT 113 1.1 Nguyên nhân kỹ thuật 113 1.2 Nguyên nhân do tổ chức 113 1.3 nguyên nhân do vệ sinh 113 II. NHỮNG YÊU CẦU VỀ PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 114 2.1 Phòng chống cháy 114 2.2 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn gây cháy 114 2.3 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn cháy 115 III. NHỮNG BIỆN PHÁP TỔ CHỨC ĐỂ BẢO ĐẢM AN TOÀN CHÁY NỔ . 116 PHẦN KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 5 §HBK Hµ Néi –K45 PHẦN MỞ ĐẦU Vào những năm 1859 ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ ra đời và từ đó sản lượng dầu mỏ khai thác ngày càng được phát triển mạnh về số lượng cũng như về chất lượng . Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật , dầu mỏ đã trở thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hoá học . trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ , người ta đã sản xuất được hàng nghìn các hoá chất khác nhau , làm nguyên liệu cho động cơ , nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác . Ngành công nghiệp chế biến dầu ở nước ta ra đời tuy chưa lâu , nhưng nó được đánh giá là một ngành công nghiệp mũi nhọn , đặc biệt là trong giai đoạn đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Để đạt được những mục tiêu mà sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đã đề ra thì cần phải đáp ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho phát triển công nghiệp và kinh tế . Năm 1986 dầu thô được khai thác tại mỏ Bạch Hổ và hàng loạt các mỏ mới được phát hiện như:Rồng, Đại Hùng, Ruby. Cho đến nay chúng ta đã khai thác được tổng cộng hơn 60 triệu tấn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác. Nguồn dầu thô xuất khẩu đã đem lại cho đất nước ta một nguồn ngoại tệ khá lớn. Tuy nhiên hàng năm chúng ta cũng chi một nguồn ngoại tệ không nhỏ, để nhập khẩu các sản phẩm từ dầu mỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển đất nước. Nhà máy lọc dầu Cát Lái ra đời đánh dấu một bước phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp dầu . Ngay từ năm 1991 Chính phủ Việt Nam đã tổ chức gọi thầu xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 công suất 6,5 triệu tấn/năm và cho đến nay đang được xúc tiến xây dựng tại Dung Quất (Quảng Ngãi). Có Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 6 §HBK Hµ Néi –K45 thể nói rằng việc đất nước ta xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 là một quyết định phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh hiện nay. Nhà máy lọc dầu số 1 ra đời không những cung cấp những sản phẩm năng lượng quan trọng mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho công nghiệp hóa dầu. Do đó việc phát triển công nghệ và quy mô nhà máy reforming là rất cần thiết cho việc phát triển đất nước. Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò vô cùng quan trọng . Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng vị vậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều . Mặt khác khi có mặt của xúc tác thì có khả năng tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn . Điều này có tầm quan trọng đối với các phản ứng nhiệt dương (phản ứng hydro hoá ankyl hoá , polyme hoá ) vì ở nhiệt độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này Sự có mặt của chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hoá , vừa có khả năng tạo ra những nồng độ cân bằng cao nhất , có nghĩa là tăng hiệu suất sản phẩm của quá trình . Trong quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của xúc tác thì quá trình reforming xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ , lượng dầu mỏ được chế biến bằng quá trình reforming chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các quá trình khác . Qúa trình reforming xúc tác được xem là một quá trình chủ yếu sản xuất xăng cho động cơ , đó là một quá trình quan trọng không thể thiếu trong công nghiệp chế biến dầu Có thể nói quá trình reforming ra đời là một bước ngoặc lớn trong công nghệ chế biến dầu . Trước đây người ta dùng xăng chưng cất trực tiếp có pha trộn thêm phụ gia (chì ) để làm tăng trị số octan . Ngày nay người ta sử dụng xăng của quá trình reforming cho động cơ thì chất lượng đảm bảo hơn ,ít ảnh hưởng đến môi trường hơn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 7 §HBK Hµ Néi –K45 Hơn nữa , ngoài sản phẩm chính là xăng ,quá trình reforming xúc tác còn sản xuất ra các hydrocacbon thơm và là một nguồn thu khí hydro sạch , rẻ tiền hơn các nguồn thu khác 10-15 lần Reforming ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu hiện đại . ở Tây Âu hơn 50% xăng thu được là xăng của quá trình reforming . Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ reforming là điều hết sức cấp thiết cho công nghiệp hoá dầu nói riêng và nền công nghiệp nước ta nói chung . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 8 §HBK Hµ Néi –K45 PHẦN TỔNG QUAN I. CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC : Reforming xúc tác là một quá trình chuyển đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao .sử dụng nguyên liệu là xăng chưng cất trực tiếp và gần đây nhờ sự phát triển của các quá trình làm sạch bằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình lọc dầu khác (như xăng của quá trình cốc hóa, xăng cracking nhiệt ). Quá trình này được tiến hành trên xúc tác hai chức năng thường chứa platin (trong hỗn hợp với các kim loại quý khác và 1 halogen) được mang trên chất mang ôxit nhôm tinh khiết. Mục đích của quá trình là sản xuất xăng có trị số octan cao (RON trong khoảng từ 95 - 102) mà không phải pha thêm chì. Đồng thời, do sản phẩm chủ yếu của quá trình là hydrocacbon thơm nên quá trình còn được ứng dụng để BTX (khi nguyên liệu và phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 310 - 340 o F) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hóa dầu. Ngoài ra, quá trình còn là nguồn thu hydro nhiều nhất và rẻ nhất. 1.1.Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác : Bao gồm các phản ứng:dehydro hóa, dehydro vòng hóa, hydro hoá, isome hóa. Ngoài ra còn các phản ứng phụ , tuy không làm ảnh nhiều đến cân Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 9 §HBK Hµ Néi –K45 bằng của phản ứng chính , nhưng lại ảnh hưởng lớn đến độ hoạt động và độ bền của xúc tác . Đó là các phản ứng :  Phản ứng phân huỷ và khử các hợp chất có chứa oxy, nitơ , lưu huỳnh thành H 2 S ,NH 3 , H 2 O.  Phản ứng phân huỷ các hợp chất chứa kim loại và halogen phản ứng ngưng tụ các hợp chất trung gian không bền như olefin ,diolefin với các hydrocacbon thơm , dẫn đến tạo thành hợp chất nhựa và cốc bám trên bề mặt xúc tác . Vì thế để phát triển quá trình reforming xúc tác , người ta phải hạn chế tới mức tối đa quá trình tạo cốc . Trong thực tế sản xuất người ta thường dùng áp suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (RCC) I II III A = Axit , M = Metan , I = Hydrocracking và Demethylation(M) , II=paraffinisomerization, III=Dehydrocyclization. Hình 1. Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác 1.1.1. Phản ứng dehydrohóa: Phản ứng dehydrohóa là loại phản ứng chính để tạo ra hydrocacbon thơm. Phản ứng này xảy ra đối với naphten thường là xyclopentan và xyclohexan M/ A n-parafin sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclopentan M/ A A sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclohexan Aromatic Lighter Aromatic M or A M A Naphthene isomerization Dehydro- genation Dealkylation and Demethylation Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 10 §HBK Hµ Néi –K45 (xyclopentan thường nhiều hơn xyclohexan), xyclohexan bị dehydro hóa trực tiếp tạo ra hợp chất thơm.  CH 3 CH 3 Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh. Khi càng tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì hiệu suất hydrocacbon thơm sẽ tăng lên. Theo nghiên cứu cho thấy, việc tăng tỷ số H 2 /RH nguyên liệu có ảnh hưởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hóa naphten và sự ảnh hưởng này có thể bù lại bằng việc tăng nhiệt độ của quá trình. Khi hàm lượng hydrocacbon naphten trong nguyên liệu cao, quá trình reforming sẽ làm tăng rõ ràng hàm lượng của hydrocacbon. Do đó cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc tăng hydrocacbon thơm có trị số octan cao cho xăng, hoặc để nhận hydrocacbon thơm riêng biệt (B, T, X). Sự tăng trị số octan của xăng cũng còn phụ thuộc vào hàm lượng n-parafin chưa bị biến đổi chứa trong sản phẩm vì chúng có trị số octan khá thấp. Vì vậy, ngoài phản ứng dehydrohoá naphten, cũng cần phải tiến hành các phản ứng khác sao cho đảm bảo được hiệu quả của quá trình reforming. Phản ứng dehydro hóa naphten, trong đó đặc trưng nhất là phản ứng dehydro hóa xyclohexan và dẫn xuất của nó, có tốc độ khá lớn khi ta dùng xúc tác có chứa Pt. Năng lượng hoạt hóa nhỏ khoảng 20 Kcal/mol. Phản ứng đồng phân hóa naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh lại là phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp (5 Kcal/mol), nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch về phía tạo vòng naphten 5 cạnh. Ví dụ: + 3H 2 (+50 KCal/mol) CH 3 + 3H 2 [...]... parafin + Q = 2 Kcal/mol với thiết bị phản ứng reforming xúc tác ở điều kiện 5000C và xúc tác Pt/AL2O3 , thì cân bằng đạt được trong vùng phản ứng của thiết bị như sau : Hµ Ngäc Thµnh 15 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Với n - C6 là 30%; n - C5 là 40%; n - C4 là 60% Các phản ứng này có vai trò quan trọng trong qúa trình reforming xúc tác vì Với các n - parafin nhẹ,... –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hình 9 Quan hệ giữa thành phần cất của nguyên liệu với hiệu suất và chất lượng của sản phẩm reforming Phân đoạn của các nguyên liệu 1- Phân đoạn 60 - 180oC; 2- Phân đoạn 85 180 oC; 3- Phân đoạn 105 - 180oC Thành phần hydro cacbon của nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất xăng, để đánh giá chất lượng nguyên liệu reforming xúc tác thông qua thành... phản ứng tách các nguyên tố dị thể đó ra khỏi phân đoạn Tách nitơ (Hydrodenitơ): N Hµ Ngäc Thµnh 18 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác + 5H2  C5H12 + NH3 pyridin C-C-C-C + 4H 2 → + NH3 N Quinolin Hµ Ngäc Thµnh 19 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp C C Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác C C + 4H2 → C-C-C-C + NH3 N Pyrol Tách lưu huỳnh (Hydrodesunfua): + 4H2  C5H... nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác 0H Phenol + H2  + H 20 2.2.4 Phản ứng với olefin: olefin  H2  parafin olefin thẳng  C - C = C - C - C - C + H2  C - C - C - C - C - C olefin vòng + H2  (naphten) 2.2.5 Tách kim loại: Các kim loại ở trong hợp chất cơ kim được tách ra trước hết bởi sự phân huỷ các kim loại, bị giữ lại trong xúc tác hoặc do hấp thụ hoặc phản ứng hóa học với xúc tác 2.2.6 Tách... Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Hµ Ngäc Thµnh Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác 24 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Trong đó: + Chiều thẳng đứng: phản ứng trên tâm kim loại + Chiều nằm ngang: phản ứng trên tâm axit  Phản ứng trên tâm axit: Trong các điều kiện reforming thì trên chất mang có thể xảy ra các phản ứng đồng phân hóa, phá vỡ hoặc đóng vòng, mở vòng... Thµnh 29 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác rất thấp vì chúng tạo hợp kim với chì làm khử hoạt tính của xúc tác Hàm lượng asen trong nguyên liệu phải thấp hơn 30 phần tử II NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1 Nguyên liệu: Phân đoạn xăng chất lượng thấp có giới hạn sôi từ 60  180oC làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác Phân đoạn xăng có điểm sôi đầu nhỏ hơn 60oC... chứa trong nguyên liệu sẽ được phản ứng với hydro trên xúc tác Co hoặc xúc tác Ni/Mo trên chất mang Hµ Ngäc Thµnh 34 §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác để các tạp chất này được tách ra một cách chọn lọc và nhờ đó các đặc tính của nguyên liệu được cải thiện Các tạp chất khác như hợp chất chứa Nitơ, Oxy và kim loại, khi phản ứng với hydro sẽ tạo ra các hợp chất amoniac,... nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Vậy quá trình reforming xúc tác phải được thực hiện dưới áp suất cao và hydro sản phẩm được hoàn lại vùng phản ứng Phản ứng hydrocracking thích hợp ở nhiệt độ và áp suất riêng phần của hydro cao, phản ứng này thường không mong muốn trong quá trình reforming vì chúng tiêu thụ hydro và tạo ra hydrocacbon pha lỏng (Hình 8) minh họa sự phụ thuộc của hiệu suất. .. hydrocacbon có mặt trong nguyên liệu reforming xúc tác 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu: Cơ sở lý thuyết của quá trình hydro hóa làm sạch: Tất cả quá trình reforming xúc tác thường áp dụng một trong hai loại sơ đồ công nghệ, đó là tái sinh xúc tác gián đoạn và tái sinh xúc tác liên tục Nhưng dù áp dụng sơ đồ nào, nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình reforming xúc tác cũng cần phải được qua công đoạn... §HBK Hµ Néi –K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác có thể chuyển hóa gần như hoàn toàn naphten thành aromatic tại cân bằng với những quá trình làm việc ở áp suất cao từ 34  50 atm thì vận tốc phản ứng hydrocracking cao, mức độ chuyển hóa thành hợp chất thơm giảm (bảng 5), vận tốc phản ứng khử hoạt tính xúc tác và hiệu suất hydro thấp Ngược lại, ở áp suất thấp (8,5  20,5 atm) độ chuyển . Tự do - Hạnh phúc  NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1. 490. 000 tấn/năm. 2. Các số liệu ban đầu :. THIẾT KẾ XÂY DỰNG 10 9 III.BỐ TRÍ MẶT BẰNG XÂY DỰNG 11 0 PHẦN AN TOÀN 11 3 I. KHÁI QUÁT 11 3 1. 1 Nguyên nhân kỹ thuật 11 3 1. 2 Nguyên nhân do tổ chức 11 3 1. 3 nguyên nhân do vệ sinh 11 3 II 10 - 12 0,67 3, 68 . 10 5 R Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hµ Ngäc Thµnh 12 §HBK Hµ Néi –K45 n-C 7 H 16  C 7 H 8 +4H 2 6,54 .10 - 10 31, 77 9,03 . 10 6