tính toán và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác

Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khảnăng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng, do đó có làm tăng tốc độ phản ứnglên cao.. Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản

MỞ ĐẦU Trong công nghệ chế biến dầu mỏ Các quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của nhiệt và xúc tác được sử dụng rộng rãi để chế biến các phân đoạn dầu

mỏ khác nhau, thu các loại hợp chất hữu cơ làm nhiên liệu và nguyên liệu cho tổng hợp hoá học như : Sản xuất chất dẻo, cao su, sợi tơ tổng hợp, phân bón, cácchất hoạt động bề mặt tẩy rửa

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng quá trình chế biến bao gồmcác quá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác, reforming, irome hoá, polime hoá đặcbiệt là quá trình cracking xúc tác và reforming xúc tác đóng vai trò quan trọng để nângcao hiệu suất và chất lượng sản phẩm Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khảnăng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng, do đó có làm tăng tốc độ phản ứnglên cao Xúc tác cũng làm giảm nhiệt độ phản ứng

Ngoài ra xúc tác còn có tính chọn lọc nó có khả năng làm tăng nhanh tốc độ,phản ứng mong muốn trong cùng một điều kiện như nhau Tính chất này được ứng dụng

để hướng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi để thu được sản phẩm chính củaquá trình với hiệu suất và chất lượng cao nhất

Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo rasản phẩm có chất lượng tốt và hiệu suất cao đồng thời các phản ứng phụ có hại cũng xảy

ra như phản ứng tạo cốc bám trên bề mặt của xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác đểđảm bảo hoạt tính cho xúc tác làm việc thì phải tiến hành tái sinh xúc tác

Trước thực trạng như vậy, yêu cầu thiết kế các phân xưởng tái sinh xúc tácchung và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crackingxúc tác nói riêng là một đòi hỏi cần thiết

Cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác

Giới thiệu sơ đồ nguyên lý quá trình tái sinh xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi.Tính toán và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốngcracking xúc tác

2

PHẦN I

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Chương I cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác

1.1 Giới thiệu chung

Trong công nghệ chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dưới dạngtác dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò quan trọng Chất xúctác trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng

vì vậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều Mặt khác khi có mặt của xúc tác có khả năngtiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn Điều này có tầm quan trọng đối với nhữngphản ứng có hoạt ứng nhiệt dương ( như phản ứng hydro hoá, polime hoá,Ankyl hoá )

vì ở nhiệt độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này

Sự có mặt chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng nhanhquá trình chuyển hoá vừa có khả năng tạo ra nồng độ cân bằng nhất, có nghĩa là tăngđược hiệu suất sản phẩm của quá trình

Điều quan trọng nữa là chất xúc tác có khả năng tăng nhanh không đồng đều giữacác loại phản ứng mà về phương diện nhiệt động có thể xảy ra trong cùng một điều kiệnnhư nhau Tính chất này gọi là tính chất chọn lựa của xúc tác Người ta nghiên cứu kỹtừng loại xúc tác và lợi dụng tính chất lựa chọn của nó để hướng quá trình chế biến theophản ứng có lợi, nhằm mục đích thu được các sản phẩm chính của quá trình có chấtlượng cao, hiệu suất cao

Tóm lại, xúc tác có vai trò và ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công nghệ chếbiến dầu mỏ nói chung và trong quá trình cracking xúc tác nói riêng

Trong quá trình làm việc, cốc tạo ra bán trên bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạttính của nó Vì thế việc khôi lại hoạt tính của xúc tác bằng quá trình tái sinh xúc tác cũng

là vấn đề hết sức quan trọng cần được gải quyết đối với xúc tác cracking công nghiệp

Vì nó tiếp kiệm được nguyên vật liệu, lợi về kinh tế và đảm bảo được vệ sinh môitrường

1.2 Quá trình sử dụng các chất xúc tác cho quá trình cracking

Trong quá trình chế biến dầu mỏ, các quá trình có xúc tác chiếm một vị trí quantrọng trong đó cracking xúc tác là điển hình Xúc tác có tác dụng :

- Làm giảm năng lượng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng

- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng

- Tăng tính chất chọn lọc ( Hướng phản ứng theo hướng cần thiết )

Sự phát triển và cải tiến quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp chế biếndầu mỏ, ngoài việc cải thiện về nguyên vật liệu hệ thống thiết bị, chế độ công nghệ thì

ta thấy cái chính là do sự phát triển cải tiến trong việc sử dụng chất xúc tác

Xúc tác được dùng trong cracking thường là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiênnhiên hay tổng hợp, với bề mặt bên trong lớn

Vào những năm 1919 –1920 người ta đã dùng xúc tác AlCl3 trong hệ thốngcracking để sản xuất xăng Xúc tác AlCl3 cho phép tiến hành cracking ở nhiệt độ thấp

200 –300 OC Nhưng trong quá trình sử dụng người ta thấy có những nhược điểm như:Xúc tác bị mất mát nhiều do tạo phức với Hyđrô Cacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếpxúc giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lượng xăng thấp

Về sau này người ta nghiên cứu sử dụng Alumo silicát vô định hình mà đầu tiên

là đất sét bentonite Năm 1936 ở Liên Xô cũ đã sử dụng xúc tác Alumôsicats ở quy mô

4

công nghiệp Sử dụng đất sét thiên nhiên làm xúc tác cracking người ta thấy hoạt tínhcủa nó thấp Vì vậy người ta tiến hành tổng hợp Alumô silicát trong các nhà máy chế tạoxúc tác Sau đó trong công nghệ chế biến dầu mỏ người ta dùng phổ biến xúc tácAlumô silicát tổng hợp Vì nó có hoạt tính và độ lựa chọn tương đối cao Tuy vậy , hiệnnay việc cải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển Các chất xúc tác Alumô silicátchứa zeolit đã và đang được nghiên cứu và sử dụng vào quá trình cracking xúc tác.

Ở Mỹ vào năm 1972 đã sử dụng khoảng 80% chất xúc tác chứa Zeolit cho quátrình Cracking xúc tác Hàng năm ở Mỹ tiêu thụ 130 nghìn tấn xúc tác trong đó chỉ có 14nghìn tấn là không chứa Zeolit

Hện nay đã công bố hơn một vạn công trình nghiên cứu về Zeolit Đã có 3 cuộchội thảo về chuyên đề Zeolit Năm 1967 họp ở Luân Đôn, 1970 họp ở Worecster và năm

1973 họp ở Zu-rích Ngoài ra còn có nhiều hội nghị khác cũng có nhiều báo cáo về đềtài Zeolit

1.3 Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking

Quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu được trong bất kỳ nhàmáy chế biến dâù nào trên thế giới Vì quá trình này là một trong các quá trình chính đểsản xuất xăng có trị số octan cao

Xúc tác dùng trong quá trình cracking đòi hỏi những yêu cầu sau

1 Hoạt tính xúc tác phải cao

Hoạt tính xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn Khi sử dụng xúc tác

có hoạt tính cao thì thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắm vẫn có thể đảmbảo năng suất yêu cầu Hoạt tính xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùngtrong quá trình Cracking

2 Độ chọn lựa của xúc tác phải cao

Xúc tác cần có độ chọn lựa cao để cho ta chất lượng xăng cao và hiệu suất lớn vàtrong khí Cracking có nồng độ lớn hơn các Hydrocacbon có cấu trúc nhánh

3 Độ ổn định phải lớn

Xúc tác phải giữa được những đặc tính chủ yếu( hoạt tính , độ chọ lựa) của nó sauthời gian làm việc lâu dài

4 Xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ, bền nhiệt.

Trong quá trình làm việc xúc tác cọ sát với nhau và xúc tác cọ sát với thành thiết

bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác tăng lên, làm mất mátxúc tác lớn Vì vậy xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ

Trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi Khi nhiệt độ cao nếu xúc táckhông có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm các tính chất củaxúc tác

5 Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao

Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, về cấu trúc ,về hình dạng về kích thước.Khi kích thước không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khácnhau, do có sự phân lớp theo kích thước nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường củathiết bị Mặt khác khi kích thước không đồng đều làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến mấtmát xúc tác Cấu trúc lỗ xốp không đồng đều sẽ làm giảm bề mắt tiếp xúc dẫn đến làmgiảm hoạt tính xúc tác

6 Xúc tác phải bền với những chất làm ngộ độc xúc tác.

6

Xúc tác phải chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của những hợp chất nhưNitơ, Lưu huỳnh, các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm việc của xúc tác.

7 Xúc tác phải có khả năng tái sinh.

Đây là yêu cầu quan trọng trong quá trình sử dụng xúc tác Xúc tác có khảnăng tái sinh thì sẽ nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình lượng tiêu hao xác tácgiảm xuống

8 Xúc tác phải rễ sản suất và rẻ tiền.

Theo những yêu cầu trên nếu không yêu cầu đòi hỏi quá khắt khe thì ta thấyAlumosilicát vô định hình có thể đáp ứng dụng làm chất xúc tác cho quá trìnhCrackimg

1.4 Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc

Xúc tác Cracking trong quá trình làm việc bị giảm hoạt tính và độ chọn lọc Hiện

tượng này người ta gọi là quá trình trơ hoá xúc tác Quá trình trơ hoá càng nhanh , nếu tatiến hành quá trình công nghệ ở điều kiện khó khăn , độ khắt khe tăng ( ví dụ ở nhiệt độquá cao thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu , ngoài ra còn xảy ra các quá trìnhkhác làm tăng tốc độ trơ hoá Chúng ta có thể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai quátrình chính đó là :

Sự trơ hoá do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý hoá của xúc tác Nguyênnhân của sự trơ hoá xúc tác có thể do :

- Sự tác dụng của các độc tố như NH3, CO2 của các hợp chất Lưu huỳnh mà đặcbiệt là H S ở nhiệt độ cao

- Sự tích tụ kim loại nặng dưới dạng các Oxit làm thay đổi chức năng của xúctác

- Sự tác động của nhiệt độ cao và hơi nước

Các hợp chất khi tác dụng với xúc tác có thể chia thành ba nhóm Nhóm khôngtác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620 oC như CO, CO2, NH3 Nhóm làm giảmhoạt tính của xúc tác nhưng không làm giảm độ chọn lọc như hơi nước Và nhóm làmgiảm độ chọn lọc của xúc tác ( H2S ở nhiệt độ 425 oC ; NH3 SO2, SO3, ở nhiệt độ lớnhơn 620 oC ) Từ kinh nghiệm thao tác các công nghệ Cracking cho thấy rằng độ hoạttính của xúc tác có thể duy trì nếu ta cho thêm hơi nước vào nguyên liệu hay việc sử lýtrước và sau khi tái sinh xúc tác Thêm hơi nước khi chế biến nguyên vật liệu có Lưuhuỳnh sẽ có tác dụng âm vì khi đó lại làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩmcủa quá trình ăn mòn lại làm nhiễm bẩn xúc tác , dẫn tới luôn làm giảm độ hoạt tính và

độ chọn lọc của chất xúc tác

Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và hơi nước làm giảm độ hoạt tính tổngcộng của xúc tác Khi áp dụng quá trình ở lớp sôi ( FCC) do cần duy trì ở điều kiện đểcốc Ýt lắng đọng trên xúc tác và xúc tác không bị quá nhiệt , khi tái sinh người ta phảiđưa vào một lượng nhỏ hơi nước Hơi nước cho vào còn có nhiệm vụ đẩy khí tái sinh

và khí sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác và cũng để chánh phần nào sự tạo cốc Nhưngnếu cho hơi nước vào nhiều thì sẽ dẫn tới phá vỡ cân bằng nhiệt của hệ lò phản ứng vàtái sinh do nhiệt tạo ra trong quá trình tái sinh không đủ để bù nhiệt thu vào của các phảnứng Cracking trong lò phản ứng Hàm lượng cốc trên xúc tác khi ra khỏi có phản ứngphụ thuộc vào lượng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống Đối với đa số các quá trình(FCC) khi dùng xúc tác chứa Zeolit lượng cốc tạo ra thường chiếm vào khỏang 1,3 1,8 % khối lượng xúc tác Còn sau khi tái sinh là 0,1  0,05% khối lượng Các hợpchất cơ kim và các hợp chất có chứa Nitơ trong nguyên liệu đầu là các phần tử làm giàhoá nhanh xúc tác Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự có mặt của các hợp chất Nitơ

8

trong nhiên liệu làm giảm hiệu suất xăng và các sản phẩm trắng Ví dụ như khi hàmlượng Nitơ tăng từ 0,1 đến 0,4% KL , hiệu suất xăng bị giảm đi tới hai lần , còn hiệu suấtGasoil nhẹ cũng bị giảm đồmg thời làm hiệu suất cân nặng và Gasoil nặng tăng Khităng nhiệt độ, tác dụng có hại của các hợp chất Nitơ sẽ giảm.

Sự đầu độc xúc tác tới các kim loại cũng đã được nhiều nhà nghiên cứu đề cập tới

và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác Sự giảm nhanh nhất hoạttính của xúc tác xẩy ra trong lúc tiếp xúc với các độc tố với xúc tác Khi lắng đọng cácôxit kim loại nặng trên xúc tác dẫn đến làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suấtxăng do tăng nhanh quá trình tạo cốc

Khi hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng , thì hàm lượngcác kim loại nặng như Niken và Vanadi cũng tăng theo vì đa phần chúng đều tập trung

ở phần cân nặng và phân đoạn nhựa – Asphan ( ví dụ trong dầu mỏ có Lưu huỳnh thì cótới 90% chất phức chứa Vanađi , còn trong dầu có chứa Ýt Lưu huỳnh là phức vớiNiken)

1.5 Cơ sở tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác

Trong quá trình làm việc của quá trình Cracking xúc tác một số phản ứng xẩy ra

và tham gia kết hợp với nhau tạo ra những sản phẩm có hại bám trên bề mặt chất xúc tác Những sản phẩm có hại đó gọi là cốc

Sảm phẩm cốc được tạo ra là do một hệ vòng thân có độ ngưng tụ cao, sự hìnhthành cốc có thể do các nguyên nhân sau :

- Do bản chất của nguyên liệu Cracking ( nếu nguyên liệu là phân đoạn Xôđa và Gasoil nặng thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp thì Ýt tạo cốc ) Nếunguyên liệu là cặn Marut Gasoil nặng của quá trình thứ cấp khác thì khả năng tạo cốcnhiều

kezosen Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao

- Do chế độ công nghệ chưa tối ưu

Cốc được tạo thành trong quá trình Cracking xúc tác có thể chia thành ba phầnchính :

10

Như vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhậnđược khi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyên tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon Trong quá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vì nó bám trêntâm hoạt tính của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác Vì vậy phải tiến hành tái sinhxúc tác

1.6 Tái sinh xúc tác

Xúc tác trong quá trình Cracking làm việc được một thời gian , cốc tạo thành domột số phản ứng phụ có hại bám trên bề mặt xúc tác che phủ các tâm hoạt động cuả xúctác Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác vì vậy hiệu quả của quá trình Cracking xúctác bị giảm Để xúc tác làm việc bình thường ( các tính chất của xúc tác không hề thayđổi ) thì người ta phải tiến hành tái sinh

Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tácbằng không khí nóng trong lò tái sinh xúc tác Khả năng tái sinh của xúc tác là một đặctính quan trong của nó

Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO2 Các phản ứng cháynày toả nhiều nhiệt Ngoài ra còn có các phản ứng khử các hợp chất lưu huỳnh Cácphản ứng xẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả như sau :

Tốc độ tái sinh có thể biểu diễn theo phương trình :

RT E n O

P K PO

K

2 2

Xúc tác có đường kính lỗ xốp lớn và đồng đều thì quá trình tái sinh nhanh vì Oxy

dễ khuếch tán Tuy vậy điều này bị giới hạn bởi độ bền của xúc tác và một số tính chấtkhác của nó

Việc tái sinh xúc tác thường không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác Cốccòn lại gọi là cốc cặn Cốc cặn thường còn lại từ 0,1  0,3 % trọng lượng xúc tác Người

ta mong muốn lượng cốc cặn còn lại không quá 0,1%

Tóm lại mức độ tái sinh xúc tác cần phải khống chế chặt chẽ để không chỉ đảmbảo độ hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trường, vì thế khôngnên có mặt của CO trong khí khói thải Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ởnhiệt độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến phá huỷ xúc tác Sau khi tái sinh , hàmlượng cốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác

Quá trình tái sinh xúc tác bằng phương pháp đốt cốc chưa giải quyết được việckhử các kim loại nặng hấp thụ trên xúc tác Vì vậy để hoàn thiện quá trình tái sinh người

16

ta tiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các kim loại nặng , điều này được giảiquyết sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác

CHƯƠNG II Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác TRONG LỚP XÚC TÁC GIẢ SÔI

Hệ thống Cracking xúc tác trong lớp giả sôi được đưa vào sử dụng ở quy môcông nghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay người ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạthiệu quả kinh tế cao nhất đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm tốt Hệ thống nàyđược sử dụng ngày càng được phổ biến trong công nghiệp chế biến dầu mỏ Qua thực tế

sử dụng hệ thống Cracking xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi , sử dụng xúc tác dạng bụibay dạng vi cầu người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn hệ thống Cracking xúc tác tronglớp xúc tác tầng chặt Những ưu điểm lớn đó là :

1.Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều cócấu tạo rất đơn giản :( so với các dạng thiết bị khác của quá trình Cracking thực tế chúng

4 Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , như từnguyên liệu là phân đoạn Kezoxen đến nguyên liệu nặng , là Mazuts làm tăng tính vạnnăng của hệ thống

5 Hệ thống này có công suất làm việc lớn

18

THUYẾT MINH DÂY TRUYỀNXúc tác đã làm việc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng (1) cho sang tháp tái bốc hơi(10) Lượng xúc tác này được điều chỉnh bằng van (6) Tại tháp tái bốc hơi người ta thổihơi nước quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác Sau đó xúc tácđược đưa vào thiết bị tái sinh (3) Lượng xúc tác được đưa vào thiết bị tái sinh được điềuchỉnh bằng van (9) Cho thổi không khí từ thiết bị thổi không khí (8) vào thiết bị tái sinh Không khí này sẽ đẩy xúc tác đưa qua từ tháp tái bốc hơi , tạo dạng tầng sôi trong thiết bịtái sinh , tại tầng sôi xẩy ra quá trình đốt cháy cốc tách ra khỏi bề mặt xúc tác Xúc tác

đã được đốt cháy cốc theo đường ống đến điểm trộn (7) Lượng xúc tác đi ra được điềuchỉnh bằng van (11) Tại điểm trộn này xúc tác được trộn với nhiên liệu để đi vào thiết bịphản ứng (1)

Để tách hết sản phẩm cháy ra khỏi xúc tác người ta thổi hơi nước vào Zon táchkhí của thiết bị tái sinh Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí(14) Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụngnhiệt (12) Và từ đây cho khí đi sang hệ thống lọc điện (13) để lọc sạch khí Còn xúc tácđược giữ lại và quay trở lại tầng sôi

Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crácking xúc tác

Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873  883 K Vì vậy người ta xử lý chất xúctác đã bị cốc hoá ở trong thiết bị tái sinh bằng không khí theo hai giai đoạn :

1 Thổi không khí vào Zon thứ nhất để đốt , cháy từ 75  80% lượng cốc nằmtrên xúc tác

2 Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 2025% lượng cốc còn lại Nhiệttoả ra ở giai đoạn này, để tránh quá nhiệt cho quá trình tái sinh , ta dùng một phần nhiệt

đó để sản xuất hơi nước

Sau đó để đuổi hết khí tái sinh ra khỏi các mao quản của hạt xúc tác và ra khỏikhông gian giữa các hạt, người ta dùng hơi nước thu được ở giai đoạn hai của tái sinhthổi ngược chiều với chất xúc tác

Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác được đưa từ Zon thứ haiqua các lỗ vào vùng này Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tác Từ Zon thứ

ba này, chất xúc tác đã được tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nước đi rađược cho qua thiết bị phản ứng trong hệ thống Crácking xúc tác

22

PHẦN II thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốnG crAcking xúc

tác

Theo các số liệu đã cho :

- Lượng chất xúc tác tuần hoàn Gx= 2578 T/h

- Kích thước tối đa của hạt xúc tác 150m

- Khối lượng riêng của lớp giả sôi ( tầng sôi ) của xúc tác ts= 500 kg/m3

- Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng 755 K

- Lượng cốc ở trên xúc tác đã được tái sinh bằng 0,2 % khối lượng

- Lượng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác g=20 T/h

- Lượng hơi nước bị hấp thụ bởi chất xúc tác Gh= 4130 kg/h

- Nhiệt độ ở trong thiết bị tái sinh Tp= 837 K

- Nhiệt độ của không khí Tk=353K

- Áp suất ở trên lớp tầng sôi  = 0,23.106 Pa

Nguyên tè Hàm lượng % ( % khối lượng )

Phụ thuộc vào độ dư không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lượng

và mức độ xử lý chất xúc tác ở trong khí tái sinh mà tỷ lệ CO2/CO sẽ khác nhau Lượng

CO2 và CO tạo ra đặc trưng cho sự cháy hoàn toàn của C

 Sau khi biết được lượng C trong cốc ( 86% khối lượng ở bảng 1) và giả thiết tỷ

lệ theo thể tích ( ở điều kiện chuẩn ) CO2/CO =1,85 Ta tính được lượng C trong 1 kgcốc biến thành CO2 và CO từ đó xác định được lượng sản phẩm Oxy hoá

Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có :

86 , 0

 Xác định lượng CO2 và CO tạo ra từ C CO2 và C CO kg Cacbon

Từ (1) ta thấy : Để đốt cháy 1 kmol C thì cần 1 kmol O2 để sản phẩm tạo thành là CO2

Khi đó

) / ( 67

, 3 32 1

2 2

m CO  CO  CO  CO

Tương tù ta tính lượng CO

Từ (2) ta có : Để đốt cháy 1 Kmol C tạo thành CO thì cần 1/2 Kmol O2

Khi đó: m Co C CO C CO 32 2 , 34C CO

2

1

87 , 1 4 , 22 44

67 ,

2 2

) / (

87 , 1 4 , 22 28

34 ,

kg m C

C

Từ kết quả chấp nhận trên ta có :

85 , 1

87 , 1

87 , 1

2 2

CO CO

CO

C

C C

C VC

C V

86 , 0

2  CO 

CO C C

85 , 1 2



CO

CO

C C

Giải hệ phương trình trên ta được :

Hoặc : m CO2  3 , 67 0 , 558  2 , 048 (kg/kg)

) / ( 707 , 0 302 , 0 34 ,

Vậy thể tích CO2 và CO sinh ra khi đốt cháy 1 kg cốc là :

) / ( 042 ,

2 2 2

H H O H

C C

Trong đó :C H2là lượng Hydrô trong 1 kg cốc (kg)

26

) / ( 765 , 0 32 2

1 2

085 , 0 085 , 0

) / ( 952 , 0 4 , 22 18

765 ,

m H O 

) / ( 952 ,

s S SO

C C

Trong đó : Cs là lượng S có trong 1 kg cốc (kg)

Thay số vào phương trình ta được :

m SO2 2.0,0550,110 (kg/kg)

) / ( 038 , 0 4 , 22 64

1100 ,

 Trong khi tái sinh, ngoài các sản phẩm cháy ra còn chứa N2 và O2 thừa.

Ta chấp nhận lượng khí O2 thừa trong khí tái sinh là 1,3 % thể tích

Vậy thể tích của khí tái sinh ( theo m3/1kg ) cốc là :

2 2

2 O N N

VN2 : Thể tích N2 trong không khí thừa

Lượng Oxy tiêu tốn trong quá trình cháy cốc (kg/kg cốc)

Lượng Oxy tiêu tốn cho quá trình đốt cháy, khi đốt 1 kg cốc được tính theo công thức :

mO2= m 1

Trong đó : m 3 , 63kg/kg Tổng khối lượng sản phẩm khi đốt cháy 1 kg cốc Vậy: mO2 = 3,63 – 1 = 2,63 (kg)

28

Hoặc tính theo thể tích :

32 .22,4 1,84( / )

36 2 4 , 22 32

3 2

 Lượng N2 tương ứng trong không khí:

Giả thiết rằng trong không khí chỉ có O2 và N2, trong đó :

Lượng O2 chiém 23% khối lượng

Lượng N2 chiếm 77% khối lượng

Khi đó lượng N2 tương ứng trong không khí được tính theo công thức :

0,23

77 , 0 2 2

O N

77 , 0 63 , 2

Hoặc tính theo đơn vị thể tích :

) / ( 043 , 7 28

4 , 22 804 , 8 28

4 , 22

2

 Lượng N2 ở trong không khí thừa

Giả thiết lượng N2 trong không khí thừa chiếm 79 % còn lượng O2 trong khôngkhí thừa chiếm 21 %

Khi đó lượng N2 thừa trong không khí được tính theo công thức :

) / ( ' 762 , 3 21 , 0

79 , 0 '

2 2

Trong đó : VO2 là lượng oxy thừa trong khí tái sinh

Lượng Oxy thừa trong khí tái sinh

Lượng Oxy thừa trong khí tái sinh , ta giả thiết rằng lượng ôxy thừa trong khítái sinh chiếm 1,3 % thể tích của thể tích khí tái sinh

Khi đó lượng Oxy thừa được tính theo công thức :

013 , 0 ' '

' '

2 2 2

2 2

O

V V V V

V V

V

Thay số vào phương trình trên ta được :

013 , 0 ' 762 , 3 ' 043 , 7 595 , 2

'

2 2

V'N2 0,496(m3/kg)

30