đồ án môn học qua trình reforming xúc tác

Loại thiết bị phản ứng dọc trục là loại thiết bị có cấu trúc hình trụ, trong đó khối hơi khí chuyển động qua lớp xúc tác dọc theo hướng trục của reactor có thể từ trên xuống hoặc từ dưới

LỜI MỞ ĐẦU.

Reforming xúc tác là một trong số các quá trình quan trọng nhất của công nghệ chế biến dầu Hầu như tất cả các nhà máy lọc dầu trên thế giới đều có phânxưởng Reforming xúc tác Khi nhu cầu về xăng chất lượng cao và nguồn nguyênliệu cho quá trình tổng hợp hữu cơ hóa dầu ngày càng tăng thì vai trò của quá trình Reforming xúc tác ngày càng được nâng cao Vai trò của quá trình này trong lọc hóa dầu được thể hiện cụ thể là:

* Cho phép sản xuất các cấu tử có trị số octan cao (ON > 100) cho xăng

* Có thể thu được các hydrocacbon thơm riêng biệt như Benzen, Toluen, Xylen (B,T,X) làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu

* Sản xuất được khí Hydro kỹ thuật có độ tinh khiết cao (85%) và có giá thành rẻ hơn (có thể nói là rẻ nhất) so với các quá trình sản xuất Hydro khác (10-15 lần)

* Lượng Hydro thu được từ quá trình này đủ để cung cấp cho các quá trình làm sạch nguyên liệu, xử lý Hydro các phân đoạn sản phẩm trong khu liên hợp lọc hóa dầu

Nguồn nguyên liệu cho quá trình Reforming xúc tác là các phân đoạn xăng

có chất lượng thấp – trị số octan thấp – không đủ điều kiện làm nhiên liệu xăng cho động cơ xăng Chúng bao gồm xăng của quá trình chưng cất trực tiếp từ dầuthô, cracking nhiệt,…

Quá trình Reforming xúc tác có thể dùng lớp xúc tác cố định hoặc lớp xúc tác chuyển động, tái sinh liên tục Quá trình Reforming xúc tác với lớp xúc tác

cố định đầu tiên được áp dụng trong công nghiệp vào năm 1940 với xúc tác Molipden, tuy nhiên quá trình này không được phát triển vì sự tạo cốc quá nhanh trên xúc tác Năm 1949, Reforming trên xúc tác Pt ra đời và liên tục đượccải tiến Đến những năm 1970, một cải tiến nổi bật là sự ra đời của công nghệ Reforming xúc tác chuyển động, tái sinh liên tục của UOP và sau đó là IFP, sử dụng xúc tác hai chức năng, thường dùng xúc tác chính là Pt/γ-Alγ-Al2O3

Với đề tài của đồ án môn học là: Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác bằng công nghệ xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục, năng suất là 2,2 triệu T/γ-Alnăm thông qua sự hướng dẫn của GS.TS ĐINH THỊ NGỌ sẽ giúp em củng cốkiến thức và tìm hiểu kỹ hơn về quá trình quan trọng này

Đồ án môn học này gồm các phần sau:

* Lời Mở Đầu

* Chương I: Tổng Quan Lý Thuyết

* Chương II: Phần Công Nghệ

* Chương III: Tính toán

* Phụ Lục

* Kết Luận

* Tài Liệu Tham Khảo

* Các Bản Vẽ

MỤC LỤC.

Trang

I.2.1 Dehydro hóa Naphten thành hydrocacbon thơm. 4

I.2.5 Nhóm phản ứng tách các nguyên tố dị thể 8

I.3 CƠ CHẾ CỦA CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH

II.1.2 Công nghệ Reforming với lớp xúc tác cố định 13II.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH 14II.2.1 Công nghệ Reforming xúc tác chuyển động và tái sinh

II.2.2 Công nghệ Reforming xúc tác chuyển động và tái sinh

III.2 CÁC PHẢN ỨNG CHÍNH XẢY RA TRONG QUÁ

Chương I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.

I.1 CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH REFORMING:

Quá trình Reforming xúc tác là quá trình biến đổi các thành phần

hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là Naphten và Parafin thành

hydrocacbon thơm có trị số octan cao Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình Reforming có thể thể hiện như hình sau:

Hình I-1: Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình Reforming

Như vậy những phản ứng chính xảy ra trong quá trình Reforming xúc tác bao gồm các phản ứng chính sau:

* Dehydro hóa các hydrocacbon Naphten

* Dehydro vòng hóa các hydrocacbon Parafin

* Đồng phân hóa

* Hydrocracking

Trong điều kiện tiến hành quá trình Reforming còn xảy ra các phản ứng phụ, tuy không làm ảnh hưởng nhiều đến cân bằng của các phản ứng chính nhưng lại có ảnh hưởng lớn đến độ hoạt động và độ bền của xúc tác Các phản ứng phụ bao gồm:

* Phản ứng phân hủy và khử các hợp chất chứa oxy, nito, lưu huỳnh thành H2S, NH3, H2O

* Phản ứng phân hủy các hợp chất chứa kim loại và halogen

* Phản ứng ngưng tụ của các hợp chất trung gian không bền như olefin, diolefin với hydrocacbon thơm, dẫn đến tạo thành các chất nhựa và cốc bám trên

bề mặt của xúc tác

Vì thế để phát triển quá trình Reforming xúc tác, chúng ta cần phải khắc phục được quá trình tạo cốc trên xúc tác, hay ít nhất là phải hạn chế đến mức tối thiểu quá trình tạo cốc Trong thực tế sản xuất, người ta đã áp dụng các biện pháp khác nhau như dùng áp suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (quá trình CCR)

Alkyl cyclo hexan

I.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG:

I.2.1 Dehydro hóa Naphten thành hydrocacbon thơm:

Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh và tăng thể tích Do đó, khi tăng nhiệt độ vàgiảm áp suất thì hiệu suất tạo hydrocacbon thơm sẽ tăng lên Việc tăng tỷ số H2/γ-Al

RH nguyên liệu có ảnh hưởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hóa Naphten và sự ảnh hưởng này có thể được bù lại bằng việc tăng nhiệt độ củaquá trình Khi hàm lượng của Naphten trong nguyên liệu cao thì quá trình

Reforming sẽ làm tăng hàm lượng hydrocacbon thơm Do đó, cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt được mục đích mong muốn: hoặc tăng hàm lượng hydrocacbon thơm có trị số octan cao cho xăng, hoặc có thể nhận hydrocacbon thơm riêng biệt (B, T, X)

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 co chứa Pt Năng lượng hoạt hóa của phản ứng này nhỏ, chỉ vào khoảng 20 kcal/γ-Almol Phản ứng đồng phân hóa Naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh lại

là phản ứng có hiệu suất nhiệt thấp (5 kcal/γ-Almol), nên khi tăng nhiệt độ cân bằng

sẽ chuyển dịch về phía tạo vòng Naphten 5 cạnh Ví dụ phản ứng đồng phân hóacủa metyl xyclopentan và xyclohexan:

Tại nhiệt độ 500oC, nồng độ cân bằng của metyl xyclopentan là 95%, còn của xyclohexan chỉ là 5% Nhưng do tốc độ phản ứng dehydro hóa xảy ra nhanh

mà cân bằng của phản ứng đồng phân hóa có điều kiện chuyển hóa thành

xyclohexan và trong phản ứng, nồng độ của Naphten chưa bị chuyển hóa chỉ là 5% Như vậy, nhờ phản ứng dehydro hóa Naphten có tốc độ cao mà trong quá trình Reforming ta sẽ nhận được nhiều hydrocacbon thơm và hydro Do phản ứng thu nhiệt mạnh, người ta phải tiến hành phản ứng nối tiếp trong nhiều

reactor để nhận được độ chuyển hóa cần thiết

I.2.2 Dehydro vòng hóa n-parafin:

Phương trình tổng quát của phản ứng dehydro vòng hóa n-parafin như sau:

Phản ứng dehydro vòng hóa n-parafin xảy ra khó hơn so với phản ứng của

<500oC

+ 4H2 (ΔQ = 60 kcal/mol)Q = 60 kcal/γ-Almol)

naphten Chỉ ở nhiệt độ cao mới có thể nhận được hiệu suất hydrocacbon thơm đáng kể Khi tăng chiều dài mạch cacbon trong parafin, hằng số tạo

hydrocacbon thơm cũng được tăng lên, điều đó thể hiện ở số liệu trong bảng sau:

2 ứng với H2/γ-AlRH=10

Hình I-2: Cân bằng n-C6 và benzen Hình I-3: Cân bằng n-C7H16 và toluentrong phản ứng dehydro vòng hóa trong phản ứng dehydro vòng hóa.Năng lượng hoạt động của phản ứng thay đổi từ 25 đến 40 kcal/γ-Almol khi dùng xúc tác Cr2O3/γ-AlAl2O3, còn khi dùng xúc tác Pt/γ-AlAl2O3 là từ 20 đến 30

kcal/γ-Almol Tốc độ phản ứng tăng lên khi số nguyên tử cacbon trong mạch phân tửparafin tăng lên, điều đó dẫn tới hàm lượng hydrocacbon thơm trong sản phẩm phản ứng cũng tăng lên Số liệu trong bảng I-2 thể hiện rõ điều này

Nguyên liệu Hydrocacbon thơm, %kh.l/γ-Alng.l Độ chuyển hóa, %V

Bảng I-2: Dehydro vòng hóa parafin trên xúc tác Pt loại RD.150 ở điều kiệnt=496oC, P=15kg/γ-Alcm2, tốc độ không gian thể tích truyền nguyên liệu V/γ-AlH/γ-AlV = 2,0-2,6, tỷ số H2/γ-AlRH=5.

Dehydro vòng hóa parafin thành hydrocacbon thơm là một trong những phản ứng quan trọng nhất của quá trình Reforming xúc tác Nhờ phản ứng này

mà cho phép biến đổi một lượng lớn các hợp chất có trị số octan thấp trong nguyên liệu thành các hydrocacbon thơm có trị số octan cao Chẳng hạn:

Phản ứng này xảy ra ưu tiên tạo thành các dẫn xuất của benzen với số lượngcực đại nhóm methyl đính xung quanh, nếu nguyên liệu cho phép Chẳng hạn:

* Ở 465oC, nếu nguyên liệu là 2,3-dimethyl hexan thì hiệu suất của xylen là lớn nhất Ngược lại, nếu nguyên liệu là 2,2-dimethyl hexan thì phản ứngxảy ra khó hơn và nếu nguyên liệu là 2,2,4-trimethyl pentan thì phản ứng xảy ra còn khó hơn nữa

o-* Nếu tăng nhiệt độ lên trên 510oC thì hiệu suất thu các hợp chất

hydrocacbon thơm từ các hợp chất trên tăng lên nhờ phản ứng đồng phân hóa làm thay đổi cấu trúc mạch alkyl

I.2.3 Nhóm phản ứng izome hóa:

Thường chia phản ứng izome hóa thành các loại:

a Izome hóa n-parafin:

n-parafin izo-parafin + ΔQ = 60 kcal/mol)Q = 2 kcal/γ-Almol

Phản ứng đạt cân bằng trong vùng làm việc của reactor ở điều kiện 500oC với xúc tác Pt/γ-AlAl2O3 như sau: n-C6 là 30%; n-C5 là 40%; n-C4 là 60%

Các phản ứng này có vai trò quan trọng trong quá trình Reforming xúc tác bởi vì:

* Với các n-parafin nhẹ, sự izome hóa làm cải thiện trị số octan Ví dụ:

ON của n-C5 là 62 trong khi đó ON của izo-C5 là trên 80

* Với các n-parafin cao hơn C5, phản ứng izome hóa dễ xảy ra nhưng nó làm tăng không nhiều ON vì có mặt các n-parafin chưa biến đổi trong sản phẩm phản ứng Ví dụ: n-C7 có ON = 0, còn trimethyl butan có ON = 110 và hỗn hợp

C7 ở điều kiện cân bằng của phản ứng izome hóa chỉ có ON = 55 Do đó mà phản ứng izome hóa tốt nhất nên tiến hành với n-parafin nhẹ (C5 hayC6), vì khi

đó sản phẩm có ON cao hơn so với khi tiến hành với n-parafin cao hơn

2 (ON=0)

I.2.4 Hydrocracking parafin va naphten:

Độ axit của xúc tác có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng hydrocracking: độ axit càng lớn thì phản ứng hydrocracking xảy ra càng mạnh, từ đó giải thích tại sao người ta không dùng aluminosilicat làm chất mang mà dùng Al2O3

a Đối với parafin:

Thường xảy ra các phản ứng hydrocracking và hydrogenolyse:

Như vậy, trong quá trình phản ứng mà nhiệt độ tăng cao thì có thể xảy ra phản ứng cracking sâu tạo khí và sản phẩm nhẹ không mong muốn, giảm thể tích sản phẩm lỏng đồng thời giảm hiệu suất hydro (vì tiêu tốn cho phản ứng)

Do vậy, hiệu suất xăng sẽ giảm, phản ứng này xảy ra khá chậm và được xúc tác bởi chức năng axit của xúc tác

b Đối với naphten:

Ngoài ra cũng còn có phản ứng hydrodealkyl hóa các hydrocacbon thơm:

Sản phẩm của quá trình chủ yếu là các iso-parafin và vì phản ứng xảy ra theo cơ chế ion cacboni nên sản phẩm khí thường chứa nhiều C3, C4, và C5, rất ít

C1, C2 Nhưng nếu tăng nhiệt độ cao hơn nữa thì hàm lượng C1 và C2 sẽ tăng vì lúc này tốc độ phản ứng hydrogenolyse sẽ cạnh tranh với phản ứng cracking Khi đó, methan sẽ được tạo ra với số lượng đáng kể Tác dụng tích cực của phản

ứng này trong quá trình Reforming là góp phần làm tăng ON cho sản phẩm vì đãtạo ra nhiều iso-parafin.

Sự tạo cốc là do sự tương tác của các olefin, diolefin và các hợp chất thơm

đa vòng ngưng tụ trên tâm hoạt tính xúc tác

Cốc sẽ khó tạo thành nếu tiến hành phản ứng ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và tỷ lệ H2/γ-AlRH cao

Sự tạo cốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

* Nhiệt độ phản ứng

* Áp suất của hydro

* Độ nặng của nguyên liệu và chính là các hợp chất phi hydrocacbon, olefin và các hợp chất thơm đa vòng là các hợp chất đã góp phần thúc đẩy nhanhquá trình tạo cốc

S CH3

Α-methyl thiofen

Đây là phản ứng không mong muốn, vì nó làm giảm hiệu suất xăng, đồng thời cốc tạo thành sẽ gây ngộ độc xúc tác Do vậy cần có những giải pháp để hạnchế tối đa phản ứng này

I.3 CƠ CHẾ CỦA CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH REFORMING:

Có thể tóm tắt các phản ứng chính của quá trình Reforming như sau:

Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng có các giá trị trong khoảng 20-45 kcal/γ-Almol:

Ta xét sơ đồ Reforming n-hexan:

Hình I-4: Sơ đồ biểu diễn quá trình chuyển hóa n-hexan thành benzen

M- trung tâm kim loại

A- trung tâm axit

∑ΔQ = 20 kcal/molC1-C6 EA = 45 kcal/γ-Almol Cốc EA = 30 kcal/γ-Almol

A(H+) - H2 +

A

+

M (+H

2)

+ H+

M(- H2)

M (- H2)

A

+

+

A

M + H2

- H+

M

- 3H2

Ta xét sơ đồ Reforming cyclohexan thành benzen:

Hình I-5: Sơ đồ biểu diễn sự chuyển hóa xyclohexan thành benzen

* 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 hoặc thu nhỏ vòng hydrocacbon Tất cả các phản ứng trên đều xảy ra theo cơ chế ion cacboni Giai đoạn quan trọng nhất là giai đoạn tạo ion cacboni trên tâm axit Tốc độ tạo thành ion cacboni và sự chuyển hóa tiếp theo của nó theo nhữnghướng khác nhau dược quyết định trước hết bởi cấu trúc hydrocacbon tham gia phản ứng và bản chất tâm axit trên bề mặt chất mang

Phản ứng trên tâm kim loại: Theo thuyết đa vị Baladin thì hai phản ứng dehydro hóa cyclohexan và hydro hóa benzen dều xảy ra theo cơ chế hấp phụ liên tục trên bề mặt một số kim loại như: Pt, Ni, Co, Pd, Rh,…Phân tử

cyclohexan bị hấp phụ lên tâm hoạt động tại 6 điểm Phản ứng dehydro hóa sẽ xảy ra khi cả 6 nguyên tử hydro bị tách loại khỏi phân tử cyclohexan một cách đồng thời Sau này cùng với sự phát triển của lý thuyết phức π và những phươngpháp nghiên cứu hiện đại đã phổ biến một quan niệm mới về cơ chế dehydro hóacyclohexan Theo cơ chế này, phân tử cyclohexan lần lượt bị tách loại 6 nguyên

tử hydro và liên tiếp tạo phức π trung gian

Ngoài ra còn có các phản ứng như hydrocaracking, tách loại các dị nguyên tố; ngưng tụ tạo polyme, tạo cốc Các phản ứng phụ này có những ảnh hưởng lợihại nhất định

Kết quả của quá trình Reforming là tạo ra các hợp chất cao octan như: từ hexan và n-heptan thu được: izo-hexan, izo-heptan, cyclohexan, benzen, toluen, methyl cyclopentan, methyl cyclohexan;… cùng với các sản phẩm khí,

n-hydrocacbon nhẹ do ảnh hưởng có hại của quá trình hydrocracking, ảnh hưởng

có lợi khi tách được các dị nguyên tố hay có thể tạo ra các hợp chất cao phân tử ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như polyme, cốc,…

I.4 VAI TRÒ CỦA XÚC TÁC HAI CHỨC NĂNG:

Các chất xúc tác sử dụng trong quá trình Reforming đều là các chất xúc tác lưỡng-hai chức năng Trước đây, người ta sử dụng xúc tác Mo2/γ-AlAl2O3, sau đó là Pt/γ-AlAl2O3 Sau một thời gian cải tiến bằng cách biến tính xúc tác hoặc thay đổi chất mang, ngày nay họ điều chế được Pt/γ-AlSiO2, Pt/γ-AlSiO2-Al2O3, Pt-Re/γ-AlSiO2-

Al2O3,…

Xúc tác sử dụng cho Reforming trong công nghiệp ngày nay là 0,3%Pt + 0,3%Re mang trên γ-Al2O3, với diện tích bề mặt khoảng 250 m2/γ-Alg, được bổ sungcác hợp chất halogen hữu cơ (0,5-1% trọng lượng)

Trong quá trình Reforming xúc tác, xúc tác hai chức năng đóng vai trò là:Kim loại mang chức năng oxy hóa khử, xúc tiến cho phản ứng hydro hóa, dehydro hóa để tạo hydrocacbon vòng no và vòng thơm

Chất mang có tính axit, đóng vai trò chức năng axit-bazo, thúc đẩy phảnứng izome hóa, hydrocracking

Chương II: PHẦN CÔNG NGHỆ.

II.1 CÁC LOẠI CÔNG NGHỆ REFORMING:

II.1.1 Giới thiệu chung:

Quá trình Reforming xúc tác với lớp xúc tác cố định đầu tiên được áp dụng trong công nghiệp vào năm 1940 và khi đó dùng xúc tác molipden Song quá trình nay đã không được phát triển vì sự tạo cốc quá nhanh trên xúc tác Vào năm 1949, Reforming xúc tác sử dụng xúc tác trên cơ sở Pt ra đời và quá trình này liên tục được cải tiến Từ đó đén nay nhiều nghiên cứu cải tiến đã được thựchiện theo hướng cải tiến xúc tác, cải tiến công nghệ và đã mang lại những kết quả đáng kể.Từ năm 1950, nhiều quá trình Reforming xúc tác sử dụng xúc tác Pt

đã được phát triển và quá trình Reforming trong khu vực lọc dầu là chìa khóa chính để sản xuất xăng có trị số octan cao cùng với quá trình với lớp xúc tác tầng sôi (FCC)

Quá trình Reforming xúc tác khi sử dụng reactor với lớp xúc tác cố định nên

nó phải định kỳ dừng làm việc để tái sinh xúc tác bị cốc hóa Một số quá trình sửdụng reactor có đường van song song để dễ tái sinh xúc tác ở từng reactor riêng

mà không cần phải dừng làm việc toàn bộ hệ thống (quá trình Power former).Vào thập niên 1960, xúc tác hai và nhiều kim loại đã được phát triển xúc tác hai hay nhiều kim loại đã được cải tiến có độ bền cao, chống lại sự tạo cốc,

đã góp phần nâng cao chất lượng của sản phẩm Sản phẩm có RON=100 mà vốnđầu tư, chi phí vận hành không cao

Đầu những năm 1970, một cải tiến nổi bật về quá trình Reforming xúc tác rađời đó là quá trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và tiếp theo là của IFP Xúc tác bị cốc hóa được tháo ra liên tục khỏi reactor và được đưa quay trở lại reactor sau khi đã dược tái sinh trong thiết bị tái sinh riêng Quá trình này được gọi là quá trình tái sinh liên tục xúc tác (CCR) Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị cốc hóa , quá trình CCR cho phép dùng áp suất thấp và thao tác liên tục, hàng năm chưa phải thay xúc tác mới Cũng nhờ giảm áp suất mà hiệu suất hydrocacbon thơm và H2 tăng lên đáng kể Ngày nay, quá trình CCR với áp suất siêu thấp và có thể làm việc ở áp suất 3,5 at Hầu như tất cả các quá trình

Reforming xúc tác mới được xây dựng đều là quá trình CCR

Bảng II-1: Sự phát triển của xúc tác và quá trình Reforming xúc tác qua các năm (đến 1990)

1940 Reforming xúc tác đầu tiên sử dụng molipden

1949 Phát triển xúc tác Pt

1959-1960 Rất nhiều quá trình reforming xúc tác được phát triển từ xúc tác Pt

1960 Phát triển xúc tác đa kim loại.

1970 Quá trình reforming tái sinh xúc tác liên tục ra đời

1980 Quá trình reforming tái sinh xúc tác sản xuất hydrocacbon thơm

1990 Ra đời quá trình reformong xúc tác mới (new reforming)

Các hãng đi đầu trong quá trình cải tiến Reforming xúc tác được thể hiện trong bảng sau:

Bảng II-2: Các hãng đi đầu trong quá trình cải tiến Reforming xúc tác

Tên quá trình Hãng thiết kế Loại reactor Loại xúc tác Loại lò tái

sinh

Pt=0,375-0,75

Tái sinhgián đoạn

(Pt-Re)

Tái sinhgián đoạn

Pt (0,2-0,6)

Tái sinhgián đoạnMaona former Engelhard Xt cố định RD.150 (Pt=0,6)

E500

Tái sinhgián đoạn

gián đoạnCCRplatforme

chồng lên nhau

Pt, Re Tái sinh

liên tụcPhát triển quá trình CCR thực ra chỉ có hai hãng: UOP và IFP (FIN) Đến năm 1996, UOP đã có 139 nhà máy và FIN có 48 nhà máy CCR

II.1.2 Công nghệ Reforming với lớp xúc tác cố định:

Trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình reforming với lớp xúc tác cố định vẫn còn khá phổ biến, ở đây điều kiện tiến hành quá trình được chọn để đảm bảo thời gian giữa những lần tái sinh lớn (thường trên 6 tháng đến 1 năm) Quá trình tái sinh xúc tác được tiến hành đồng thời trong tất cả reactor Thời gian tổng cộng dùng để tái sinh và bảo dưỡng thiết bị là 20-40 ngày/γ-Al năm Các loại công nghệ reforming với xúc tác cố định như đã thể hiện trong bảng I-4 Thiết bị chính trong quá trình reforming với lớp xúc tác cố định có hai loại phổ biến đó là: loại thiết bị phản ứng dọc trục và loại thiết bị phản ứng xuyên tâm Cấu trúc reactor thường là hình trụ, được chế tạo bằng thép đặc biệt để có thể chịu được ăn mòn của hydro ở nhiệt độ cao, chiều dày lớn để chịu được áp suất cao

Loại thiết bị phản ứng dọc trục là loại thiết bị có cấu trúc hình trụ, trong

đó khối (hơi) khí chuyển động qua lớp xúc tác dọc theo hướng trục của reactor (có thể từ trên xuống hoặc từ dưới lên), vỏ được làm bằng thép cacbon và tiếp

theo là lớp lót bằng bêtông phun, trong lò chứa đầy xúc tác, phía trên và phía dưới lớp xúc tác là lớp đệm sứ để xúc tác không bị mang theo dòng (hơi) khí.

Loại thết bị phản ứng xuyên tâm là loại thiết bị có cấu trúc hình trụ, có hướng chuyển động của (hơi) khí qua lớp xúc tác theo đường bán kính theo tiết diện cắt ngang của reactor, vỏ cũng có lớp bêtông phun Nhưng để tạo chuyển động hướng tâm của dòng (hơi) khí người ta bố trí phía trong thiết bị một cốc

hai vỏ hình trụ bằng thép, có đục lỗ ở thành, giữa hai lớp vỏ của cốc chứa xúc tác Hỗn hợp (hơi) khí đi qua các lỗ này, qua lớp xúc tác theo hướng vuông góc với trục của lò rồi vào ống trung tâm và đi ra ngoài

Nhiệt độ trong lò và vỏ reactor phải được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn Ngày nay người ta thường chuẩn hóa thiết bị

lò có đường kính từ 2,5m đến 3m và chiều cao từ 10m dến 15m tùy theo năng suất của dây chuyền

Nhận xét chung về ưu - nhược điểm của công nghệ reforming với lớp xúc tác cố định:

* Ưu điểm: Nguyên lý làm việc và vận hành đơn giản, chất lượng sản phẩm sản phẩm tương đối cao, ổn định nhất là khi xúc tác được cải tiến làm chochu kỳ làm việc của xúc tác tăng lên

* Nhược điểm:

Áp suất làm việc của thiết bị cao, khoảng 20-45at, về sau khi cải tiến xúc tác thì áp suất làm việc của thiết bị giảm xuống còn 10-16at nhưng vẫn còn cao Điềù này làm giảm hiệu suất chuyển hóa của các phản ứng dehydro hóa và dehydro vòng hóa tạo hydrocacbon thơm, tăng các phản ứng hydrocracking Vì vậy, hiệu suất sản phẩm lỏng giảm, hiệu quả kinh tế chưa cao

Hệ thống phải ngừng làm việc để tái sinh xúc tác, phai có hai bộ phận phản ứng đặt song song, gây tốn kém kinh tế, khả năng tự động hóa không cao, chiếm diện tích sản xuất và không gian hoạt động của nhà máy

Chính vì những nhược điểm trên mà trong thời gian vài thập niên gần đây loại công nghệ này (ít) không được phát triển nữa Thay vào đó là công nghệ hoạt động ở áp suất thấp hơn, mức độ chuyển hóa của các phản ứng chính cao hơn, khả năng tự động hóa cao hơn và cho hiệu quả kinh tế tốt hơn Đó chính là công nghệ reforming với xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục, gọi tắt là CCR Công nghệ này được hai hãng thiết kế với hai thiết kế khác nhau đó là UOP và IFP

II.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH:

Như đã phân tích ở trên, với những ưu điểm so với công nghệ reforming xúctác cố định mà ngày nay thường dùng công nghệ reforming xúc tác chuyển động

và tái sinh liên tục Ở đây ta sẽ phân tích rõ hơn về hai công nghệ CCR của UOP

Sơ đồ này được xây dựng ở Pháp vào năm 1973 với sự phát triển của hãng IFP trên cơ sở thiết kế của trường đai học dầu mỏ Pháp (FIN).

Thuyết minh sơ đồ:

Nguyên liệu IV cung khí hydro V được đưa qua lò đốt 5 rồi vào thiết bị phản ứng (TBPU) thứ nhất 6 Xúc tác đã tái sinh từ lò tái sinh 3 được cho vào TBPU 6 Hỗn hợp sản phẩm thu được từ TBPU 6 đưa qua lò đốt 5 để gia nhiệt

rồi vào TBPU thứ hai 7, xúc tác từ đáy TBPU 6 đưa vào thùng phân phối cùng hơi VI rồi vào TBPU thứ hai 7 Sự lưu chuyển của hỗn hợp sản phẩm và xúc tác trong TBPU 7,8,9 tương tự như TBPU 6

Tại TBPU 9 sản phẩm cuối cùng được lấy ra ở cạnh sườn gần đáy; xúc tác

đã làm việc được đưa vào thiết bị phân phối 4 cùng hơi VI rồi vào thùng chứa xúc tác 2, qua van rồi vào lò tái sinh 3, xúc tác ra khỏi lò tái sinh 3 đưa qua van rồi vao TBPU thứ nhất 6

Công nghệ Reforming xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục của IFP sử dụng 4 thiết bị phản ứng nối tiếp nhau (6,7,8,9) Trong đó, kích thước của các thiết bị phản ứng này tăng dần từ thiết bị thứ nhất đến thiết bị thứ tư

Nhận xét ưu nhược điểm:

Ưu điểm: áp suất làm việc của các TBPU thấp (khoảng 3-5at) nên độ chuyển hóa các của các phản ứng dehydro hóa và dehydro vòng hóa tạo

hydrocacbon thơm tăng lên, giảm các phản ứng hydrocracking Vì vậy hiệu suất sản phẩm lỏng tăng, hiệu suất tạo hydro tăng, chất lượng sản phẩm cũng tăng (nhận được xăng có trị số octan từ 100-105) Tuy nhiên, làm tăng khả năng tạo cốc nên phải tái sinh xúc tác liên tục

Nhược điểm: cồng kềnh, chi phí giá thành cho thiết bị cao, chiếm diện tích làm việc lớn, không tối ưu về mặt kinh tế, mặt bằng xây dựng, tăng đầu tư xây dựng cho nhà máy Vì vậy công nghệ này ít được sử dụng hơn CCR của UOP

II.2.2 Công nghệ Reforming xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục của UOP:

Như đã phân tích ở trên, nhờ có những ưu điểm vượt trội hơn so với các công nghệ khác mà công nghệ CCR của UOP được sử dụng rộng rãi

Sơ đồ công nghệ được thể hiện trong hình II-2

Thuyết minh sơ đồ:

Nguyên liệu 1 cùng một phần khí từ thiết bị tách 6 được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt 2 với dòng sản phẩm từ TBPU thứ tư, sau đó qua lò đốt 3 rồi vào TBPU thứ nhất ở phần đỉnh Xúc tác từ lò tái sinh cũng được đưa vào đỉnh TBPU thứ nhất Xúc tác ra khỏi TBPU thứ nhất chảy xuống TBPU thứ hai Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi TBPU thứ nhất được đưa qua lò đốt rồi vào phần trên đỉnhTBPU thứ hai Sự lưu chuyển của hỗn hợp sản phẩm và xúc tác qua TBPU thứ

ba và tư tương tự như trên

Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi TBPU thứ tư được đưa vào thiết bị gia nhiệt 2 Xúc tác đã phản ứng ra khỏi TBPU thứ tư được đẩy lên lò tái sinh

Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị gia nhiệt 2 được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí rồi qua thiết bị tách 6 Tại 6, sản phẩm khí được tách khỏi

sản phẩm lỏng và một phần qua bơm, rồi cùng nguyên liệu vào thiết bị trao đổi nhiệt 2; phần khí còn lại qua máy nén 8 rồi vào bộ phận phia khí 9 để thu hydro Sản phẩm lỏng từ đáy của 6 qua bơm 10 và cùng với phân đáy của 9 (chúng là những phần nhẹ) đưa vào giữa cột ổn định 11, phần trên ta thu được khí hóa lỏng 14, phần đáy thu được xăng reforming 15.

Đặc điểm chính của sơ đồ công nghệ này là dùng 4 TBPU chính xếp chồng lên nhau thành một khối, thể tích tăng dần từ TBPU thứ nhất đến TBPU thứ tư Xúc tác từ TBPU trên xuống TBPU dưới nhờ bộ phận phân phối xúc tác Sau đóxúc tác đã làm việc lấy ra từ đáy TBPU thứ tư được đưa qua lò tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi quay trở lại TBPU thứ nhất theo một chu trình kín

Như vậy, quá trình được thực hiện liên tục nhờ quá trình tái sinh xúc tác liên tục và trong quá trình tái sinh tách một phần xúc tác đã già hóa, bổ sung xúctác mới nên có thể duy tri mức độ hoạt tính trung bình của xúc tác cao hơn so với hệ thống xúc tác cố định Vì thế chất lượng của sản phẩm reforming ổn định.Cũng vì quá trình tái sinh xúc tác liên tục nên quá trình có thể thực hiện ở áp suất thấp và bội số tuần hoàn khí chứa hydro giảm; áp suất khoảng 3,5-5at, bội

số tuần hoàn 400-500m3/γ-Alm3 (với quá trình reforming xúc tác cố định thì 45at, bội số tuần hoàn 1500-1800 m3/γ-Alm3)

P=20-Vì những đặc điểm như trên mà sản phẩm của quá trình rất ổn định, hiệu suất sản phẩm lỏng cao, hiệu suất hydro cao, reformat chứa nhiều hydrocacbon thơm nên xăng có trị số octan cao

Các bộ phận chính trong sơ đồ công nghệ reforming xúc tác chuyển động vàtái sinh liên tục của UOP:

a Bộ phận reactor:

Nguyên liệu trộn với khí H2 tuần hoàn được đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng(526-530oC) trong các thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò ống rồi được nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất (ở trên cùng) Sau khi tiếp xúc với xúc tác, nguyên liệu bị biến đổi tùy thuộc vào độ khắc khe, các điều kiện công nghệ của quá trình, tạo nên sản phẩm có trị số octan cao hơn hay hydrocacbon thơm nhiều hơn

Khối thiết bị phản ứng gồm có 4 thiết bị chồng lên nhau theo trục thẳng đứng Kích thước tăng dần từ trên xuống dưới và đều là kiểu xuyên tâm Trong mỗi thiết bị phản ứng có thiết kế riêng về ống dẫn xúc tác, bộ phận phân phối,

bộ phận cách ly và các thiết bị khác sao cho phù hợp với quá trình chuyển động của xúc tác và các phản ứng hóa học xảy ra

Lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng rất khác nhau, trong khi ở thiết bị phản ứng thứ nhất chỉ chứa 10-20% lượng xúc tác thì ở thiết bị phản ứng cuối cùng chứa đến 50% tổng lượng xúc tác Tỷ lệ phân bố xúc tác trong các thiết bị phản ứng với sơ đồ 4 thiết bị phản ứng thường theo tỷ lệ 1 : 1,5 : 2,5 : 5 Xúc tác

đã làm việc chuyển sang lò tái sinh xúc tác, hỗn hợp hơi-khí phản ứng đi ra khỏithiết bị phản ứng thứ nhất được qua lò đốt nâng lại nhiệt độ đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp ngay vào thiết bị phản ứng thứ hai Cứ như vậy cho đến thiết

bị phản ứng thứ 4 Sau đó, hơi-khí sản phẩm được làm lạnh do trao đổi nhiệt với

nguyên liệu rồi ngưng tụ và làm lạnh tiếp trước khi chuyển sang bộ phận phân tách sản phẩm Ở thiết bị tách, sản phẩm được chia thành hydrocarbon lỏng ngưng tụ và khí giàu H2 Một phần khí này được quay lại thiết bị phản ứng nhờ máy nén khí tuần hoàn, phần còn lại được trộn với bộ tái tiếp xúc rồi đi vào cột

ổn định sản phẩm

b Bộ phận tái sinh tái sinh xúc tác:

Xúc tác đã làm việc chảy từ đáy của thiết bị phản ứng cuối cùng xuống bộ phận thu xúc tác ở bunke chứa, sau đó nó chảy xuống ống nâng Người ta dùng khí H2 tuần hoàn từ máy nén đẩy xúc tác và vận chuyển nó lên đỉnh vào bộ phậnphân tách bụi ở phía trên lò tái sinh Ở bộ phận tách này, người ta bổ sung thêm một lượng khí H2 tuần hoàn để tách các hạt bụi mịn của xúc tác và mang chúng

ra ngoài với khí vào ống tập trung bụi, còn xúc tác rơi xuống đáy bộ phận tách bụi rồi chảy xuống lò tái sinh

Tái sinh xúc tác gồm 5 bước: đuổi hydrocarbon ra khỏi xúc tác bằng khí trơ,thổi không khí nóng vào để đốt cốc, tiến hành clo hoá xúc tác nhằm tăng hoạt tính xúc tác, sấy chất xúc tác, đuổi hết O2 ra khỏi xúc tác bằng luồng khí trơ N2

sau đó tiến hành hydro hoá để chuyển từ môi trường oxy hoá sang môi trường khử

Đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác được tiến hành trong vùng cháy ở đỉnh lò tái sinh Xúc tác được đưa vào và chảy xuống phía dưới giữa màng chắn hình trụ đặt thẳng đứng, không khí nóng được thổi theo hướng bán kính đi từ phía ngoài vào trong qua lớp xúc tác Khí cháy nóng được thổi nhờ bơm, sau đó làm lạnh và tuần hoàn qua các ống trong vùng cháy Đốt cháy cốc vẫn xảy ra trong khi xúc tác vẫn chuyển động xuống phía dưới, bộ phận làm lạnh tái sinh sẽlấy nhiệt khi đốt cốc Còn bộ phận đốt nóng tái sinh sẽ làm việc khi cần phải đốt nóng khí để đảm bảo nhiệt độ phía trong vùng thích hợp

Quá trình oxy hóa, phân tán kim loại trên xúc tác và bổ sung thêm clo được thực hiện trong vùng clo hóa của lò tái sinh bố trí ở dưới vùng cháy Xúc tác rơi xuống theo các lớp hình trụ, khí clo hóa nóng được thổi qua lớp xúc tác và đi ra vùng cháy, từ vùng sấy khô thổi qua các ống vòng tròn đi vào vùng clo hóa Hợpchất clo hữu cơ được phun vào không khí để dẫn vào vùng clo hóa và cũng đượcđốt nóng ở bộ phận gia nhiệt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào

Sấy khô không khí được thực hiện ở vùng sấy Vùng sấy nằm phía dưới vùng clo hóa, khí khô nóng được thổi qua lớp xúc tác và tách ẩm Việc đốt nóng khí khô được thực hiện bởi lò đốt không khí

Quá trình khử kim loại trên xúc tác xảy ra ở vùng khử Vùng khử đặt phía dưới và tách biệt khỏi ba vùng trên Khí khử nóng được thổi qua lớp xúc tác Hệ thống tinh chế sẽ tách các hydrocarbon nhẹ từ khí này và làm tăng độ tinh khiết của H2 Khí khử được đốt nóng nhờ lò đốt nóng riêng để đảm bảo cho nhiệt độ vào vùng khử

Sau khi khử, xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống nâng thứ hai, tốc độ chảy được khống chế để đảm bảo chu trình khử và tái sinh xảy ra

Tiếp theo xúc tác được khí H2 vận chuyển và nâng lên bunke chứa đặt ở phía trên của đỉnh thiết bị phản ứng thứ nhất, tiếp tục chuyển động vào các thiết bị phản ứng làm việc Chuyển động của xúc tác từ thiết bị phản ứng này xuống thiết bị phản ứng khác được khống chế và phân phối qua tám ống dẫn hay nhiều hơn để đảm bảo điều hòa, phân phối đều, tránh chảy tháo xúc tác hay đứt quãng lớp xúc tác.

c Bộ phận ổn định:

Reformat từ bộ phận tách được nạp vào cột ổn định để điều chỉnh áp suất hơi của nó Reformat sẽ được tách hydrocacbon nhẹ và ta thu reformat đã ổn định Để điều chỉnh nhiệt độ của cột ổn định, người ta dùng thiết bị đốt nóng khicần nhiệt bổ sung Sản phẩm đáy sẽ được bơm qua vùng đối lưu của bộ phận đốtnóng cho reactor và sau đó mới cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt.Cột ổn định làm việc ở áp suấtđủ cao để có thể đủ phần hồi lưu và chỉ tách sản phẩm khí hydro (hydro, metan) Sản phẩm reformat đã ổn định được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi vào bể chứa

Nhận xét về ưu - nhược điểm của sơ công nghệ CCR UOP:

Ưu điểm:

Công nghệ CCR của UOP có thể làm việc ở áp suất thấp (3,5at) Vì vậychất lượng reformat cao và ổn định, hiệu suất sản phẩm lỏng cao, hydro ít bị mấtmát do các phản ứng hydrocracking

Sơ đồ công nghệ đơn giản, tốn ít diện tích mặt bằng xây dựng do các thiết bị phản ứng chồng lên nhau Xúc tác tự chảy lần lượt từ TBPU thứ nhất đến TBPU thứ tư nên có lợi về mặt năng lượng và vật liệu chế tạo, điều kiện vậnhành quá trình thuận lợi

II.3 SƠ ĐỒ THIẾT KẾ:

Dựa trên cơ sở công nghệ CCR của UOP, sơ đồ công nghệ của phân xưởng Reforming xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục nhằm thu xăng chất lượng cao được thiết kế như sau

Sơ đồ công nghệ được mô tả như bản vẽ 01

Thuyết minh công nghệ:

Nguyên liệu là phân đoạn naphta từ thùng chứa 11 được bơm 10 bơm lên thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) 12 để gia nhiệt sơ bộ nhờ dòng sản phẩm ra khỏiTBPU thứ tư Sau đó dòng nguyên liệu được đưa qua lò đốt – bốn buồng 7 ở

buồng thứ nhất để nâng nhiệt độ của nguyên liệu đến nhiệt độ phản ứng rồi vào TBPU thứ nhất 3.

Tại TBPU thứ nhất, nguyên liệu được đưa vào ở cạnh sườn thuộc phần đỉnh còn xúc tác được đưa vào từ đỉnh tháp Sau quá trình phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được tháo ra ở cạnh sườn thuộc phần đáy và đưa vào lò đốt ở buồng thứ hai để bù lại nhiệt độ mất mát do phản ứng rồi được đưa vào TBPU thứ hai 4 Xúc tác từ TBPU thứ nhất chuyển động liên tục từ trên xuống và vào TBPU thứ hai 4 sau khi qua bộ phận phân phối lại ở đáy TBPU thứ nhất

Sự luân chuyển của hỗn hợp sản phẩm và xúc tác trong các TBPU tiếp theo (4,5) diễn ra tương tự như trên

Riêng tại TBPU thứ tư 6, hỗn hợp sản phẩm cuối được tháo ra ở cạnh sườn thuộc phần đáy rồi đưa qua TBTĐN 12 để gia nhiệt sơ bộ cho nguyên liệu Sau

đó qua thiết bị làm nguội bằng nước lạnh rồi được đưa vào bộ phận tái tiếp xúc – tách khí - gồm bốn tháp (14, 15, 16, 17) Hỗn hợp sản phẩm sau khi làm nguội được đưa vào tháp tách 14 hoạt động ở áp suất khoảng 2,5at để tách một phần hơi - khí và tuần hoàn cùng với dòng nguyên liệu để quay lại TBPU, phần hơi - khí còn lại được ngưng tụ, hồi lưu một phần rồi đưa qua các tháp tái tiếp xúc tiếp theo (15 (6,5at); 16 (15,5at); 17 (35at)) nhằm làm tăng độ hòa tan của các hydrocacbon từ C1-C4 vào sản phẩm lỏng, khí hydro ít tan trong hydrocacbon được tách ra với độ tinh khiết cần thiết đảm bảo yêu cầu cho các quá trình sử dụng Sản phẩm khí hydro được lấy ra từ đỉnh tháp tái tiếp xúc cuối cùng 17, sảnphẩm lỏng cuối cùng lấy ra từ đáy tháp tái tiếp xúc đầu tiên 15 được đưa qua TBTĐN 12 với một phần sản phẩm đáy của tháp ổn định 23 rồi vào tháp ổn định

23 Sản phẩm hơi từ đỉnh tháp 23 giàu C1, C2, C3,C4 đưa qua TB ngưng tụ 18 rồi vào tháp tách pha 21, tại đây C1, C2 được tách ra khỏi C3, C4 nhằm cung ứng nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu C3, C4 được bơm tuần hoàn một phần,phần còn lại được đưa vào bể chứa 22 dùng làm nhiên liệu Sản phẩm lỏng thu được từ đáy tháp 23 được bơm tuần hoàn một phần trở về đáy tháp 23 sau khi qua TB đun bốc hơi 24, phần lỏng còn lại đưa qua TBTĐN 12 rồi qua TB làm nguội 13, sau đó vào bồn chứa 25, sản phẩm xăng reformat có trị số octan cao

có thể dùng làm xăng máy bay, tuy nhiên nhược điểm là trị số octan phân bố không đều Do vậy để có thể làm xăng gốc và sử dụng rộng rãi thì cần pha thêm phần nhẹ có trị số octan cao vào xăng để khắc phục hạn chế này

Xúc tác sau toàn bộ quá trình phản ứng tháo ra ở đáy TBPU thứ tư được đưavào thùng chứa 8 và sau đó qua ống nâng Ở đây, người ta dùng khí hydro áp suất cao để đẩy xúc tác lên đỉnh hệ thống lò tái sinh Hệ thống lò tái sinh gồm baphần nhỏ:

Bộ phận tách bụi 1 và giải hấp các hydrocacbon ở phần đỉnh của hệ thống: Ở đây ta bổ sung một lượng khí hydro tuần hoàn để tách các hạt bụi mịn của xúc tác, giải hấp các hydrocacbon và mang chúng ra ngoài cùng với khí TB tách bụi xúc tác 1 Ở cuối TB giải hấp các hydrocacbon, ta dùng một dòng khí nitơ để đuổi hết khí hydro lẫn trong xúc tác nhằm tránh khí hydro đi vào bộ phậnđốt cháy cốc gây nổ Xúc tác sau khi đã đuổi hết hydro rơi xuống bộ phận đốt cháy cốc, tái sinh xúc tác

Bộ phận lò tái tái sinh: Tại đây thực hiện quá trình đốt cháy cốc để giải phóng tâm hoạt tính bằng dòng không khí nóng, clo hóa bằng dòng khí clo nóng

để phân bố lại kim loại trên bề mặt xúc tác và bổ sung thêm clo cho xúc tác Sauquá trình đốt cháy cốc và clo hóa, xúc tác được sấy khô bằng dòng khí nitơ nóng

Chương III: TÍNH TOÁN.

III.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

Năng suất: 2,2 triệu T/γ-Alnăm

Nhiệt độ: 470 – 530oC

Áp suất: 3,5 at = 343238,2 Pa

Tốc độ không gian thể tích: 1,5 h-1

Tỷ lệ mol giữa H2/γ-AlRH: 2,5

Phân bố xúc tác trong các lò phản ứng lần lượt là: 1:1,5:2,5:5

Bảng III-1: Đặc tính của nguyên liệu

Klr Thành phần phân đoạn, oC (ASDTM D86) % khối lượng

dN

K

P k P k dV

dN

K

P P k P k dV

dN

P R

N

P

P N

R N

P

H A N

R N

.

.

.

3

2

1 2

1

3 1 1

PP, PA, PH2, PN, P lần lượt là áp suất của parafin, aromatic, hydro,

naphten và áp suất chung của hệ (Pa)

NN, NP lần lượt là phần mol của naphten và parafin trong nguyên liệu bị chuyển hóa (kmpl/γ-Alkmol)

VR là đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol (kg xúc

tác/γ-Alh.nguyên liệu)

k1, k2, k3 là hằng số tốc độ phản ứng (1), (2), (3) được xác định bằng đồ thị phụ lục (I), (II), (III) (kmol/γ-AlPa.h.kg xúc tác)

KP1, KP2 lần lượt là hằng số cân bằng hóa học của phản ứng (1), (2), (3) được tính theo phương trình sau:

KP1=9,813.1012.e46,15-25600/γ-AlT

KP2=98,1-1.10-3.e(4450/γ-AlT)-7,12

Quá trình reforming xúc tác sử dụng xúc tác Pt/γ-AlAl2O3 nên tốc độ phản ứng hydrocracking không đáng kể so với phản ứng (1) và (2), do đó trong quá trình tính toán ta xem khả năng xảy ra phản ứng (3) ở 3 TBPU đầu là không đáng kể

và có thể bỏ qua Khi đó, phản ứng (1) và (2) là phản ứng chính

* Thành phần của khí hydro tuần hoàn được chọn như sau:

Bảng III-2: Thành phần của khí hydro tuần hoàn

MC: khối lượng phân tử trung bình của nguyên liệu

Mi: khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon trong nguyên liệu

yi, yi’: lần lượt là phần khối lượng và phần mol của cấu tử I trong

N A A C

M

Y M

Y M Y

MA, MN, MP lần lượt là khối lượng phân tử trung bình của các

hydrocacbon aromatic, naphten và parafin trong nguyên liệu

Khi đó:

2 14 14 6 14

Y n

Y

M

P N

A C

Bảng III-4: Đặc điểm của nguyên liệu

Cấu tử Khối lượng phân tử Hàm lượng trong nguyên liệu

yi phần khối lượng yi’=yi.MC/γ-AlMi

Bảng III-5: Thành phần và lưu lượng của các cấu tử trong nguyên liệu.Cấu tử yi’ (phần mol) Ni = NC.yi’ (kmol/γ-Alh).

+ Lượng xúc tác được xác định bởi:

Pi là áp suất riêng phần của cấu tử i, (Pa)

P là áp suất chung của lò phản ứng, (Pa)

yi’ là nồng độ phần mol của cấu tử I trong hỗn hợp

Theo các số liệu ban đầu ta có P = 343238,2 (Pa)

Khi đó ta có:

Bảng III-7: Áp suất riêng phần của các cấu tử trong hỗn hợp

Cấu tử Ni (kmol/γ-Alh) yi’ = Ni/γ-Al∑ΔQ = 20 kcal/molNi Pi = 343238,207.yi’ (Pa)

` III.3.1 Tính cho TBPU thứ nhất:

* Hằng số tốc độ phản ứng chuyển hóa naphten thành aromatic:

Chọn T = 530 + 273 = 803 K

Suy ra: 1000/γ-AlT = 1000/γ-Al803 = 1,245