báo cáo quá trình reforming xúc tác

Bên cạnh đó là sự phát triển không ngừng của các quá trình chế biến dầu thô như quá trình Cracking xúc tác, quá trình Reforming xúc tác và nhiều quá trình khác, nhằm sản xuất ra xăng có

Mục Lục

Lời mở đầu

Chương I

tổng quan lý thuyết

1 Mục đích, nghĩa của quá trình reforming xúc tác

2 Cơ sở hoá học của quá trình

3 Cơ chế phản ứng của quá trình

4 Xúc tác của quá trình………….………

5.Động học của quá trình ……….

6 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình………

Chương II Công nghệ Reforming xúc tác 1.Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình……….……

2.Quá trình reforming xúc tác với lớp xúc tác chuyển động

Lời mở đầu Công nghiệp dầu khí là một ngành công nghiệp đã có những thay đổi và phát triển không ngừng, đặc biệt vào những năm của cuối thế kỷ 20 Công nghiệp dầu khí đã và đang trên đà phát triển và trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn Bên cạnh đó là sự phát triển không ngừng của các quá trình chế biến dầu thô như quá trình Cracking xúc tác, quá trình Reforming xúc tác và nhiều quá trình khác, nhằm sản xuất ra xăng có chất lượng cao và hàng nghìn sản phẩm khác làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác Sự có mặt của xúc tác trong mọi quá trình đều làm tăng hiệu suất của sản phẩm Quá trình Reforming xúc tác chiếm vị trí quan trọng trong công nghệ chế biến dầu mỏ, lượng xăng của quá trình reforming xúc tác chiếm phần lớn trong tổng lượng xăng tiêu thụ trên thế giới Quá trình reforming xúc tác đã và đang phát triển mạnh và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trên thế giới Là một quá trình không thể thiếu được trong bất kỳ nhà máy chế biến dầu nào, nhà máy điện, công nghiệp chất dẻo, nhà máy sản xuất BTX

Ngày nay, với sự phát triển khoa học kỹ thuật thì ngoài việc cải tiến dây chuyền công nghệ của quá trình reforming xúc tác để sản xuất ra xăng có trị số octan cao, người

Reforming xúc tác là một quá trình quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu mỏ,

nó nhằm :

+sản xuất ra xăng có trị số octan cao (98 100) +sản xuất các loại Hydrocacbon thơm.( Benzen, toluen, xelen (BTX) + thu khí hydro kỹ thuật (hàm lượng H2 85%)

2 Cơ sở hóa học của quá trình Reforming xúc tác :

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 và cung cấp nguồn khí hydro kỹ thuật cho công nghệ làm sạch dầu mỏ

2.1: Phản ứng dehydro hoá:

a Dehydro hoá cycloalkan tạo thành hydrocacbon thơm

b Dehydro hoá dẫn xuất vòng 5 cạnh (cyclopentan) tạo thành hydrocacbon thơm.

c Dehydro hoá parafin tạo thành olefin:

d Dehydro hoá đóng vòng parafin hoặc olefin tạo hydrocacbon thơm.

+ 3H2 CH3

c Phản ứng izome hoá alkyl cyclopentan thành cyclohexan.

Sơ đồ quá trình chuyển hoá của n - hexan thành Benzen

d Phản izome hoá alkyl thơm.

M A

A(-A-)(đóng vòng)

Parafin olefin polyolefin

Phản ứng ngưng tụ tạo cốc gây ảnh hưởng không tốt đối với xúc tác:

4 xúc tác của quá trình Reforming :

Xúc tác sử dụng cho reforming trong công nghiệp hiện nay là 0,3%Pt+0,3%Remang trên Al203

Xúc tác Pt/ Al203 gọi là xúc tác hai chức năng:Pt mang chức năng oxy hóa khử, Al203 làchất mang có tính axit

4.1 Các yêu cầu đối với xúc tác reforming:

+ Xúc tác phải có độ chọn lọc cao.

+ Xúc tác phải có độ bền nhiệt và khả năng tái sinh tốt

+ Xúc tác phải bền đối với các chất gây ngộ độc,như các hợp chất của S, N, O,nước, muối của các kim loại nặng và các tạp chất khác

+ Xúc tác phải có độ ổn định cao (khả năng bảo toàn hoạt tính ban đầu trong suốtthời gian làm việc)

+ Xúc tác phải có giá thành hạ, dễ sản xuất

4.2 Các nguyên nhân làm ngộ độc xúc tác:

+ảnh hưởng do sự tạo cốc

+ ảnh hưởng của các hợp chất lưu huỳnh

+ảnh hưởng của các hợp chất chứa nitơ

+ảnh hưởng của nước

+ ảnh hưởng của các kim loại

4.3 Các biện pháp tái sinh xúc tác:

+Tái sinh xúc tác bằng phương pháp oxy hoá

+Tái sinh bằng phương pháp khử

+Tái sinh bằng phương pháp oxyclo hoá

6 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình reforming xúc tác :

6.1 Nguyên liệu của quá trình reforming xúc tác:

Nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác là phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp

có giới hạn nhiệt độ sôi từ 60 1800C, xăng của quá trình cracking nhiệt hoặc có thể sửdụng phân đoạn xăng của quá trình thứ cấp Trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, tuỳthuộc vào mục đích của quá trình reforming xúc tác để nhận xăng có trị số octan cao haynhận các hydrocacbon riêng lẽ mà chọn giới hạn sôi của xăng làm nguyên liệu khác nhau

+ Để sản xuất ra xăng có trị số octan cao, người ta sử dụng phân đoạn xăng cógiới hạn sôi từ 85 1800C, phân đoạn này cho phép sản xuất xăng có trị số octan cao vàhạn chế được quá trình tạo cốc

+ Để sản xuất ra hydrocacbon riêng lẽ, người ta sử dụng các phân đoạn xăng hẹp:

* Để sản xuất benzen dùng xăng có nhiệt độ sôi từ 62 850C

* Để sản xuất toluen dùng xăng có nhiệt độ sôi từ 85 1200C

* Để sản xuất xylen dùng xăng có nhiệt độ sôi từ 120 1400C

6.2 Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác:

Sản phẩm thu của quá trình reforming xúc tác bao gồm xăng có trị số octan cao, cáchydrocacbon thơm (B,T,X)và hydro kỹ thuật, trong đó xăng có trị số octan cao là sảnphẩm quan trọng nhất

a Xăng có trị số octan cao.

Xăng reforming xúc tác là loại xăng quan trọng nhất vì nó có hàm lượng các hợpchất thơm có trị số octan cao và ổn định Hàm lượng sunfua và nhựa thấp Nó có thể sửdụng ngay mà không cần qua công đoạn xử lý Chất lượng của xăng phụ thuộc vào chấtlượng nguyên liệu, tính chất của xúc tác cũng như chế độ công nghệ

Nếu xăng có cùng trị số octan thì xăng nhận được từ nguyên liệu có hàm lượng

parafin thấp có thành phần phân đoạn nặng hơn so với xăng nhận được từ nguyên liệu có hàm lượng parafin cao

Xăng reforming xúc tác có thành phần chủ yếu là hydrocacbon thơm và parafin,hàm lượng hydrocacbon không no chiếm không quá 3%, lượng naphten không qúa 10%,còn lại là izo-parafin và aromatic

Bảng: Tính chất của xăng reforming xúc tác.

Các thông số Hàm lượng parafin trong nguyên liệu(%)

Trọng lượng riêng ở 200C(g/cm3) 0,785 0,783 0,796 0,772 Thành phần phân đoạn(0C)

97141171199

110141168205 Thành phần hoá học(% TL)

- Hydrocacbon không no

- Hydrocacbon thơm

- Parafin + naphten

2,259,038,8

0,965,433,7

1,06237

0,568,531 Trị số octan

- Phương pháp môtơ MON

- Phương pháp nghiên cứu RON

8089

8595

8089

8595

sử dụng cho một số quá trình như hydrocracking để sản xuất dầu nhờn

Đây là nguồn thu hydro rẽ tiền nhất trong tất cả các quá trình sản xuất hydro, khiquá trình reforming xúc tác phát triển thì thúc đẩy các quá trình sử dụng hydro phát triểntheo Thông thường, hàm lượng hydro thu được từ 81 91% (thể tích)

Chương II Công nghệ reforming xúc tác

1 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình reforming xúc tác :

1.1 ảnh hưởng của nguyên liệu.

Tùy theo mục đích của quá trình Reforming mà chọn nguyên liệu cho thíchhợp.Để nhận xăng có trị số octan cao, thì chọn xăng nguyên liệu có nhiệt độ sôi khoảng85 1800C Đặc biệt để nhận xăng có trị số octan 95 100 thì sử dụng phân đoạn 105

1800C Nếu nhiệt độ thấp hơn 850C (nguyên liệu nhẹ) thì khi bị hydrocracking sẽ tạo

nhiều khí, là sản phẩm không mong muốn của quá trình Nếu chọn có nhiệt độ sôi đến

2200C sẽ dẫn đến tăng cường phản ứng trùng hợp tạo ra cốc bám trên xúc tác, làm giảmhiệu quả của xúc tác

Các hợp chất phi hydrocacbon, đặc biệt là các hợp chất chứa lưu huỳnh, oxy, nitơ

và các hydrocacbon không no có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình Vì các hợp chất nàylàm tăng tốc độ phản ứng tạo nhựa, cốc, gây độc xúc tác, làm giảm nhanh hoạt tính xúctác

Nếu tổng hàm lượng naphten và aromat càn nhiều thì hiệu suất xăng càng cao.Đểnhận hydrocacbon thơm BTX làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu người tachọn xăng nguyên liệu có nhiệt độ sôi hẹp

1.2 ảnh hưởng của áp suất.

Quá trình reforming xúc tác đều có kèm theo quá trình tăng thể tích, như phản ứngkhử hydro của naphten,phản ứng dehydro vòng hoá parafin

Theo quan điểm nhiệt động học, khi tăng áp suất sẽ cản trở quá trình tăng thể tích,

có nghĩa là cản trở các phản ứng chính tạo hydrocacbon thơm Nhưng nếu áp suất thấp sẽthì phản ứng cracking xảy ra mạnh,dẫn đến tạo nhiều cốc,vì vậy người ta khống chế ápsuất cao vừa phải để hàm lượng hydrocacbon thơm cao ,đồng thời tránh tạo nhiều cốc.Với công nghệ xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục có thể thực hiện phản ứng ở

áp suất thấp từ 34 at.Với điều kiện này cân bằng phản ứng chuyển dịch về phía tạonhiều hydrocacbon thơm,làm cho xăng có trị số octan cao

1.3 ảnh hưởng của nhiệt độ.

Quá trình reforming xúc tác được tiến hành trong điều kiện giới hạn nhiệt độ từ470 5250C Khi điều kiện áp suất và tốc độ thể tích không đổi, nếu giảm nhiệt độ sẽ dẫnđến tăng hiệu suất xăng, giảm hiệu suất khí và giảm được sự tạo cốc, đồng thời giảmlượng hydrocacbon thơm

Ngược lại, nếu tăng nhiệt độ, dẫn đến sự tạo thành hydrocacbon thơm và giảm hiệusuất xăng, giảm nồng độ hydro trong khí tuần hoàn Vì nhiệt độ cao, thuận lợi cho phảnứng hydro hoá và khử hydro vòng hoá, tạo ra hydrocacbon thơm Song bên cạnh đó, cũngtăng cường các phản ứng hydrocracking làm cho hiệu suất khí tăng lên (hàm lươngpropan, etan, izobutan tăng), do vậy mức độ tạo cốc cũng tăng,

Vậy, khi tăng nhiệt độ thì lượng hydrocacbon thơm tạo thành cũng tăng làm cho trị

số octan của xăng cũng tăng Nhưng nhiệt độ chỉ tăng đến một giới hạn cho phép, nếutăng quá thì việc tạo cốc tăng, dẫn đến giảm hoạt tính và thời gian làm việc của xúc tác

1.4 ảnh hưởng của lưu lượng nguyên liệu.

Khi tăng lưu lượng nguyên liệu hoặc giảm lượng xúc tác trong reactor sẽ làm tăngtốc độ nạp liệu riêng thể tích, giảm thời gian tiếp xúc của chất tham gia phản ứng và chấttrung gian tới chất xúc tác, làm tăng hiệu suất xăng và tăng hàm lượng hydro trong khítuần hoàn, giảm hiệu suất hydrocacbon thơm, dẫn đến trị số octan của xăng giảm.

Khi tăng tốc độ thể tích (tăng lưu lượng) các phản ứng khử hydro của naphten,hydrocracking các parafin nặng, đồng phân hoá butan và pentan sẽ chiếm ưu thế và xảy

ra nhanh hơn Các phản ứng như khử hydro vòng hoá parafin, khử alkan vàhydrocracking các hydrocacbon nhẹ sẽ xảy ra yếu hơn

Khi giảm tốc độ thể tích thì sẽ giảm hiệu suất yêu cầu của quá trình, nhưng lại tănghàm lượng hydrocacbon thơm trong xăng sản phẩm, tăng hiệu suất khí, tăng tốc độ tạocốc bám trên xúc tác Nhưng nếu giảm tốc độ quá thấp không hiệu quả kinh tế vì phảităng thể tích thiết bị phản ứng

2.Quá trình reforming xúc tác với lớp xúc tác chuyển động:

Công nghệ tái sinh liên tục (CCR):

Đặc điểm :

− Lớp xúc tác được chuyển dộng nhẹ nhàng, liên tục trong hệ thống thiết bị phản ứng vớivận tốc vừa phải (trong khoảng 3- 10 ngày)

− Toàn bộ hệ thống được vận hành liên tục

− Lớp xúc tác sau khi ra khỏi hệ thống phản ứng được đưa ra ngoài để tái sinh trong một

hệ thống tái sinh riêng Sau đó được quay trở lại hệ thống phản ứng

Sơ đồ công nghệ PLATFORMING của UOP: Thiết bị phản ứng được xếp chồng lên

nhau Xúc tác đi từ trên xuống qua hệ thống thiết bị phản ứng, sau đó tập trung lại và được nâng lên thiết bị tái sinh nhờ khí nâng Sau khi tái sinh, chất xúc tác được đưa trở lại thiết bị phản ứng thứ nhất Nhờ được lấy ra từng phần và tái sinh liên tục mà hoạt tính xúc tác ổn định cao hơn so với trong trường hợp lớp xúc tác cố định (công nghệ bán tái sinh) Công nghệ này hiện nay được sử dụng phổ biến hơn cả (chiếm 70% thị phần công nghệ CCR trên thế giới) Tuy nhiên cũng có nhược điểm là vận hành khó khăn do chiều cao hệ thống thiết bị phản ứng

 Bộ phận reactor( thiết bị phản ứng).

Khối thiết bị phản ứng gồm 4 cái chồng lên nhau theo một trục thẳng đứng Kích thướctăng dần từ trên xuống dưới và đều sử dụng thiết bị xuyên tâm Trong mỗi thiết bị phảnứng có thiết kế riêng về ống xúc tác, bộ phận phân phối, bộ phận cách ly và các thiết bịkhác sao cho phù hợp với quá trình chuyển động của xúc tác và các phản ứng hoá họcxảy ra Cấu tạo một lò phản ứng dạng ống thẳng với lớp xúc tác chuyển động dùng trongcông nghệ CCR được mô tả trên hình sau:

Cấu tạo theo mặt cắt dọc lò phản ứng reforming xúc tác Kích thước lò phản ứng thay đổitrong khoảng: Đường kính 1,5 – 3,5m, Chiều cao 4 – 12m, Thể tích lớp xúc tác 6 – 80

m3

 Bộ phận lò tái sinh xúc tác.

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 môitrường khử

 Bộ phận ổn định.

Reforming từ bộ phận tách được nạp vào cột ổn định để điều chỉnh áp suất hơi của

nó Reforming xúc tác sẽ được tách hydrocacbon nhẹ và ta thu sản phẩm ổn định Để điềuchỉnh nhiệt độ của cột ổn định, ta dùng thiết bị đốt nóng khí cần nhiệt bổ sung Sản phẩmđáy sẽ được bơm qua vùng đối lưu của bộ phận đốt nóng cho thiết bị phản ứng, rồi sau đómới cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt

Cột ổn định làm việc ở áp suất đủ cao để có thể đủ phần hồi lưu và chỉ tách sảnphẩm khí khô Sản phẩm reforming xúc tác đã ổn định cho qua thiết bị trao đổi nhiệt vớinguyên liệu rồi vào bể chứa

* Thuyết minh dây chuyền:

Nguyên liệu được làm sạch bằng hydro ở bộ phận làm sạch rồi trộn với hydro tuần

hoàn đi vào thiết bị trao đổi nhiệt (Naphtha Feed from treating), rồi được gia nhiệt ở bộ phận gia nhiệt thứ nhất của lò ống (Fired Heaters) đến nhiệt độ 5200C 5400C rồi nạp

vào thiết bị phản ứng (Stacked Reactor) thứ nhất trên cùng Lượng xúc tác được phân bố

ở các reactor khác nhau, thường theo tỷ lệ 1/1,5/ 2,5/ 5 Hỗn hợp hơi khí sau khi phảnứng ở thiết bị thứ nhất bị giảm nhiệt độ nên được đưa ra khỏi reactor thứ nhất, cho qua lòđốt để gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng, sau đó nạp ngay vào reactor thứ hai Cứ tiếp tụccho đến khi hỗn hợp hơi khí được nạp vào reactor thứ tư Sản phẩm hơi sau khi ra khỏiđáy của reactor thứ tư được làm lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên

liệu(Combined Feed Exchanger) để tận dụng nhiệt và tiếp tục ngưng tụ làm lạnh bằng không khí trước khi chuyển sang bộ phận tách sản phẩm.Tại tháp tách (Separater) sản

phẩm khí C1,C2 C5 giàu hydro tiến tục qua máy nén(Compressor) và ngưng tụ làm lạnh, sau đó trộn với sản phẩm lỏng được tách ra từ đáy của tháp tách(Separater) đi vào bộ phận phân chia khí lỏng (Recovery section).Tại đây sản phẩm khí chủ yếu là hydro được lấy ra từ đỉnh,sản phẩm lỏng ở đáy tháp được đưa sang tháp ổn định (Stabilizer).Tại đây

sản phẩm khí được tách ra ở đỉnh gồm C1,C2 và LPG qua thiết bị làm lạnh đưa vào thiết

bị lắng tách (Light Ends) để tách riêng C1,C2 và LPG đưa về bể chứa sản phẩm;một phần

cho tuần hoàn trở lại tháp (Recovery section).Ở đáy tháp ổn định(Stabilizer) sản phẩm

lỏng reforming được tách ra đưa về bể chứa sản phẩm; một phần qua thiết bị gia nhiệt rồituần hoàn trở lại tháp

Xúc tác chuyển động từ reactor thứ nhất đến reactor thứ tư Xúc tác sau phản ứngđược lấy ra từ đáy reactor thứ tư được khí tuần hoàn nâng lên đỉnh lò tái sinh

(Regenerated Catalyst) lần lược qua bộ phận đốt cốc, bộ phận Clo hoá sau đó qua bộ

phận khử bằng hydro Xúc tác sau tái sinh được khí tuần hoàn đẩy lên đỉnh reactor thứnhất và tiếp tục tham gian phản ứng

*Điều kiện làm việc của quá trình:

 Bộ phận reactor (thiết bị phản ứng) và cột tách

+ Năng suất tính theo nguyên liệu : 1,4 triệu tấn/ năm

+ Nhiệt độ vào reactor : 520 5400C

+ áp suất trong reactor : 3,5 kh/cm2 = 50 psi

+ áp suất trong thiết bị tách : 2,5 kg/cm2

+ áp suất trong các thiết bị tái tiếp xúc

+ Nồng độ oxy trong vùng cháy : 0,9 %mol

+ áp suất cột tái sinh : 2,5 kg/cm2

+ Tốc độ dòng khí tái sinh : 1229 m3/ ngày.

b.Sơ đồ công nghệ AROMIZING của IFP (Pháp): Hệ thống thiết bị phản ứng được

sắp xếp theo hàng ngang Tuy khắc phục được nhược điểm về chiều cao nhưng lại tốndiện tích xây dựng và đường ống dẫn lớn dẫn đến tăng giá thành xây dựng và chi phí vậnhành cao

Chương III

Tính toán công nghệ

1 Các số liệu đầu.

dN N

dVR

K1 PA P3 KP1 H2 = K1 PN

dN N

dVR

K1 PP KP2 = K2 PN

dN N

dVR

K3 PP P

Công suất : 1.400.000 tấn/ năm

2.1 Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình reforming xúc tác.

- Phản ứng chính chuyển hoá hydrocacbon naphten thành RH thơm

PP : áp suất của parafin [pa]

PA : áp suất của các hợp chất thơm [pa]

PH2 : áp suất của hydro [pa]

PN : áp suất của naphten [pa]

P : áp suất của hệ [pa]

277

NN, NP : Lần lượt là phần mol của hydrocacbon naphten và parafin trong nguyênliệu bị chuyển hoá (kmol/ kmol).

VR : Đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol (kg xúc tác/h.nguyên liệu)

K1 Hằng số tốc độ phản ứng (1) được xác định bằng đồ thị (kg xúc tác/h.pa.nguyênliệu)

K2 Hằng số tốc độ phản ứng (2) được xác định bằng đồ thịkg xúc tác/h.nguyênliệu

K3 Hằng số tốc độ phản ứng (3) được xác định bằng đồ thịkg xúc tác/h.nguyênliệu

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

Me : khối lượng phân tử trung bình của nguyên liệu

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

yi, y’i lần lượt là phần khối lượng và phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu

Mặt khác thì M = 0,4.T50 - 45

Trong đó:

T50 là nhiệt độ sôi tại 50% thể tích của nguyên liệu Vậy ta tính được Me = 0,4 x 385 - 45 = 109

Bảng18: Khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu.

Hydrocacbon Công thức hóa học Công thức khối lượng

n3 - (Me + 4)n2 - [6 + ( YA - 2YN - 3 YP)Me]n + YNMe = 0 3

686

1

14

1 98

Ngoài ra Me còn tính theo công thức :

Trong đó :

YP,YN,YA lần lượt là phần khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu

MA MN , MP là khối lượng phân tử của các hydrocacbon: Aromatic, naphten và

parafin trong nguyên liệu :

Biến đổi ta được phương trình sau :

* Giải phương trình trên ta được n = 7,77

Vậy khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon như sau :

MP = 14n + 2 = 14x 7,77 + 2 = 110,78,

MN = 14n = 14 x 7,77 = 108,78,

MA = 14n - 6 = 14x 7,77 - 6 = 102,78,

Bảng19: Thành phần của nguyên liệu.

Cấu tử Khối lượng phân tử y Hàm lượng trong nguyên liệu

i phần khối lượng yi' =yi .Me/Mi

Với L : là năng suất năm, L = 1.500.000 tấn/năm

Trong đó số ngày hoạt động trong năm là 340 ngày (có 25 ngày nghỉ để sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị)

Vậy ta tính được năng suất của thiết bị trên giờ là :

Gc = (15x 108 )/(24 x 340) = 183.823,529 (kg/h)

+ Năng suất thiết bị tính ra (Kmol/h)

NC = Gc/Me = 183.823,529 / 109 = 1686,454 (Kmol/h)

Vậy ta có bảng sau :

Bảng20: Thành phần các cấu tử trong nguyên liệu.

Cấu tử y’i (phần mol) Ni = NC y'i (kmol/h)

183.823,529 728,8 x 1,5 = 168,152 (m3)

b Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết.

Trong đó: Pi : áp suất riêng phần cấu tử i [pa].

P : áp suất chung của lò phản ứng [pa]

y’i: nồng độ phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp

dN1

dVR1

H2

K1 PA P3 KP1

KP2 = 98,1-1 10-3 e(4450/T) - 7,12 = 98,1-1 10-3 e(4450/803) - 7,12 = 0,0021.10-3 [pa-1]

Do KP2 << 1 nên chứng tỏ phản ứng nghịch xảy ra chiếm ưu thế hơn cả.Như vậytrong lò phản ứng nhất thì ngoài phản ứng chuyển hoá naphten thành aromatic thì cònxảy ra phản ứng chuyển hoá parafin thành naphten

Sự tăng hàm lượng naphten trong lò phản ứng(2) là:

N12 = 0,00206 x VR1 = 0,00206 x 5,9824 = 0,0123

Lượng naphten tạo thành do phản ứng (2) là.

nN12 = 0,0123 x 1686,454 = 20,760

Lượng naphten còn lại sau phản ứng (1) và (2) là

nN12 = ( y’N1 - NN1 + NN12 ) NC = ( 0,381 - 0,2202 + 0,0123) x 1686,454

= 292,026 (kmol/h)

Bảng24: Cân bằng hoá học cho lò phản ứng thứ nhất.

Lượng chất tham gia phản ứng (kmol/h) Lượng sản phẩm (kmol/h)

371,273 CnH2n 371,273 CnH2n - 6 + 371,273x 3H2

20,760CnH2n+2 20,760CnH2n + 20,760H2

Bảng25: Tính lượng chất ở dòng vào và dòng ra của lò phản ứng thứ nhất.

Bảng26: Tính lượng khí tuần hoàn.

b Tính cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng thứ nhất.

Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Q11 + Q21 = Q31 + Q41 + Q51 + Q61

Trong đó:

Q11: Nhiệt lượng hỗn hợp khí nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào (kj/h)

Q21: Nhiệt lượng do xúc tác mang vào lò phản ứng (kj/h)

Q31: Nhiệt lượng do khí sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra khỏi lò phản ứng(kj/h)

Q41: Nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h);

Q51: Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng reforming (kj/h)

Q61: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài (kj/h)

CPxt: Nhiệt dung riêng xúc tác ở T = 803 - 70 = 7330K

Tổng - 6588,937 1,0000 32,723 1,0000 - 1908,71

Để tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ta dùng công thức sau:

qP = - 355.b Trong đó: b hiệu suất tạo hydro tinh khiết theo khối lượng nguyên liệu ban đầu(% kl)

qtr1: hàm nhiệt của sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra

Bảng31: Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng thứ nhất

Dòng Nhiệt độ (oK) Lượng (Kg/h) Entanpi (KJ/kg) Nhiệt lượng(KJ/h)

Dòng vào

c Tính toán kích thước của lò phản ứng thứ nhất.

Chiều cao lớp xúc tác chuyển động trong lò phản ứng thứ nhất được tính theo côngthức

Hxt1 = Vxt1.FTrong đó:

Vxt1: thể tích lớp xúc tác trong lò phản ứng thứ nhất (m3)

F : tiết diện vòng giữa các ống lọc (m2)

Giá trị F được tính theo công thức:

F =  /4.[(DT1 - 2)2 - D1 ] (m2)

Trong đó:

DT1: đường kính trong của lò phản ứng thứ nhất; chọn DT1 = 2,4 m

 Khoảng cách giữa thân lò và vỏ lò; chọn = 0,05 m

D1: đường kính của ống trung tâm; chon D1 = 0,5 m

F = 3,14/4 x[(2,4 - 2 x 0,05)2 - 0,52] = 3,956 (m2)

Chiều cao lớp xúc tác Hxt1 = Vxt1 / F = 16,815/3,956 = 4,25 (m)

Chọn chiều cao lớp xúc tác quy chuẩn là Hxt1 = 5 (m)

Chiều cao nối giữa hai lò là: 2 (m)

Chiều cao của lò phản ứng thứ nhất là H1 = Hxt1 + 2 = 5 + 2 = 7 (m)