Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 37 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
37
Dung lượng
5,72 MB
Nội dung
Trong công nghệ chế biến dầu mỏ hiện nay, quá trình sử dụng nhiệt để biến dổi các phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ rất phổ biến. Thông thường là cặn gudron hoặc cặn chưng cất chân không có nhiệt độ sôi rất cao, nhiều lưu huỳnh, kim loại nặng và tạp chất, không thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác. Để nâng cao hiệu quả chế biến của loại cặn này có thể sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình hydro cracking, cracking nhiệt thông thường. tuy nhiên phương pháp cracking nhiệt thông thường cho hiệu quả không cao, chất lượng sản phẩm lỏng thu được thấp, nên nó chỉ được sử dụng như là một phương pháp thu hồi xăng. Phương pháp cốc hóa, trong đó công nghệ cốc hóa chậm tỏ ra ưu việt để chế biến loại cặn này. Là phương pháp chuyển hóa nhiệt các nguyên liệu nặng thành cốc rắn và nhiên liệu lỏng để nâng cao hiệu quả kinh tế của phần cặn. Vì vậy bài tập lớn này đề cập đến vấn đề: Quá trình cốc hóa chậm trong công nghệ lọc hóa dầu. Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga I. 1. !"#$% Trong bối cảnh ngày càng khó khăn về nguồn nguyên liệu, do nhu cầu sản phẩm ngày càng tăng cao, yêu cầu về lợi nhuận trong thời buổi kinh tế thị trường, và yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường đòi hỏi các sản phẩm lọc hóa dầu cần được khai thác một cách triệt để. Vì vậy các quá trình nâng cấp cặn nặng ngày càng được quan tâm và phát triền. Trong đó, cốc hóa là một quá trình đã và đang được sử dụng tại các nhà máy lọc hóa dầu trên thế giới. 2. &$'() Cốc hóa là một dạng của quá trình chế biến nhiệt, nhằm sản xuất cốc dầu mỏ từ những nguyên liệu cặn nặng như cặn chưng cất chân không, cặn của cracking nhiệt hay cặn của quá trình cracking xúc tác. Những cặn này bao gồm các cấu tử nặng nhất và khó chuyển hóa nhất như asphanten, nhựa (có khối lượng phân tử lớn và nhiều hợp chất thơm đa vòng, hàm lượng kim loại nặng trong phân đoạn này rất cao). 3. *+,-./0 Sản phẩm của quá trình là cốc, naphatha, LCGO (Light Cycle Gas Oil), HCGO (Heavy Cycle Gas Oil). Naphtha chứa hàm lượng olefin cao được xử lý hydro. LCGO được xử lý hydro để sản xuất diesel. HCGO được đưa tới các phân xưởng FCC/RFCC để sản xuất các sản phẩm chưng cất có giá trị. 2 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga 123)45./0 Cốc dầu mỏ là sản phẩm dạng xốp, vô định hình của carbon, có màu đen. Cốc dầu mỏ được phân loại thành 2 nhóm chính: [7,23] Green Petroleum Coke (Cốc thô): Sponge Coke (Cốc xốp), Shot Coke (Cốc bi), Needle Coke (Cốc hình kim), Fluid Coke, Flexicoke. Calcined Coke (Cốc nung). 3.1. 66764)68496:8;< 3.1.1. *,4$68496:8=,< Được đặt tên theo hình dạng, cốc xốp có dạng từng miếng, hình dạng không đồng nhất, độ xốp lớn. Cốc xốp được sản xuất từ nguyên liệu là cặn chân không có hàm lượng asphaltene, lưu huỳnh và vết kim loại thấp hoặc vừa phải. Cốc xốp thường được sử dụng làm chất đốt, một vài loại hàm lượng lưu huỳnh và kim loại thấp có thể sử dụng làm anode trong sản xuất nhôm. 3.1.2. &66.)68496:89< Cốc hình kim là loại cốc có chất lượng tốt nhất của quá trình sản xuất cốc hóa chậm. Được đặt tên theo hình dạng, cốc hình kim được sản xuất từ những nguyên liệu chứa hàm lượng aromatic cao. 3 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Có tỷ trọng cao, CTE (Coefficient of Thermal Expansion – Hệ số giãn nở nhiệt) rất thấp, độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, mức độ tạp chất thấp. Được sử dụng làm anode trong sản xuất nhôm, làm điện cực graphite cho sản xuất thép. Vào thời điểm tháng 4/2004, cốc hình kim được bán với giá hơn 500$/tấn tại Hoa Kỳ. 3.1.3. *48496:8.5$('>< Cốc bi có dạng viên nhỏ, là sản phẩm không mong muốn. Cốc bi được sản xuất bởi nguyên liệu có hàm lượng asphalten cao và chỉ số API thấp. Cốc bi là vật liệu rất cứng, chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp sản xuất TiO 2 hoặc trộn với cốc xốp làm nhiên liệu sản xuất hơi nước. ?+$2*4@!AB=,"9 Cốc xốp Cốc hình kim Cốc thô Lưu huỳnh %kl < 3,0 < 1,5 Kim loại V pp m < 350 Ni pp m < 300 Si pp m < 150 Fe pp m < 270 Chất dễ bay hơi %kl < 12 <6 3.1.4. C).8496 Fluid Coke có dạng hình cầu, được sản xuất từ quá trình cốc hóa tầng sôi, thường có đường kính nhỏ hơn 6 mm, hàm lượng chất dễ bay hơi nhỏ hơn so với quá trình cốc hóa chậm. 4 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga 3.1.5. C)6=496 Flexicoke có dạng hình cầu, nhưng tính chất tốt hơn so với Fluid Coke, có dạng bột mịn. Hàm lượng chất dễ bay hơi thấp hơn so với Fluid Coke. 3.2. 8)6.8496:8$< Hàm lượng chất dễ bay hơi của cốc thô cao (đến 15%kl), do vậy không thích hợp sử dụng làm điện cực. Để giảm hàm lượng chất dễ bay hơi và cải thiện các tính chất, cốc thô phải được nung trong lò với nhiệt độ cao. Sản phẩm cốc nung được dùng làm anode trong ngành công nghiệp nhôm, làm điện cực graphite trong sản xuất thép, sản xuất TiO 2 , cũng như làm tăng hàm lượng carbon trong sắt thép. 1D*E F$548)6.8496 5 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga ?+$D*4@!AB;"$ Tính chất Gr ee n (U nc alc ine d) C al ci n e d Chất dễ bay hơi, %kl 1 11, 5 0, 4 Lưu huỳn h, %kl 1 3,5 3, 0 Tro, %kl 1 0,4 0, 4 Độ ẩm, %kl 1 8÷ 10 0, 3 Vibr ated bulk desti ny, g/cm 3 - 2 0 ,8 4 Tỷ trọng thực tế, g/cm 3 1,3 ÷1 ,4 2, 0 5 ÷ 2, 0 8 Điện trở riêng , - 0, 0 4 2 6 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Ωinc h 1 HGI 75 ÷8 5 3 2 ÷ 4 0 Nguồn: Unpublished turtorial report, 2000 (Great Lakes Carbon) Ghi chú: 1 – Maximum 2 – Minimum ?+$GH!A3@)45$IE$5 Property Moisture Ash Fixed carbon Sulfur Real density Vibrated bulk density Metals Nickel Iron Vanadium Aluminum Calcium 3.3. H!AB Thành phần của cốc dầu mỏ phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng nguyên liệu ban đầu và công nghệ sử dụng trong nhà máy lọc dầu. Chất lượng cốc sản phẩm được đánh giá thông qua thành phần hóa học của cốc như hàm lượng lưu huỳnh, các hợp chất dễ bay hơi, hàm lượng carbon, độ bền nén, bền nhiệt, bền mài mòn. Một tính chất quan trọng khác của cốc dầu mỏ là có thể được graphite hóa (xử lý nhiệt dưới điều kiện áp suất nhất định để thay đổi cấu trúc của cốc gần giống với 7 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga cấu trúc tinh thể lục giác của graphite). Graphite tổng hợp từ cốc dầu mỏ này thường được gọi là graphite tổng hợp, graphite nhân tạo. ?+$J3@",/B3@)45 Sulphur Ash 0,2÷0,6 - 2,50 0,25 1,00 0,10 2,5÷5,5 0,1÷0,3 8 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga 1,00 0,50 2,50 0,50 1,00 0,15 5,00 0,70 1,7÷3,0 0,1÷0,3 0,05 0,50 0,09 18,50 Nguồn: The Economics of Petroleum Coke, (3 rd edition), 1999 (Roskill); American Petroleum Institute; Kirk-Othmer Encyclopaedia of Chemical Technology; Jaco Metal Ltd., Canada; Concawe Petroleum Products and Health Management Groups; CII Carbon. Chất lượng tương đối của các loại cốc thô khác nhau có thể được đánh giá thông qua Hệ số giãn nở nhiệt (CTE – Coeficient of Thermal Expansion), hệ số này sẽ thể hiện cấu trúc của cốc. Nếu chỉ số CTE thấp thì chất lượng cốc cao hơn. ?+$K1@$LM8HNB3@)45 ST T Loại cốc Hệ số CTE 1 Cốc bi >20 2 Cốc xốp 8÷18 3 Cốc hình kim 0÷4 - Trung cấp 3,1÷4,0 - Cao cấp 2,0÷3,0 - Siêu cao cấp <2,0 3.4. 3@O$.$B Cốc dầu mỏ được sử dụng như là nguồn nguyên liệu cho một vài ngành công nghiệp chính như lọc dầu, xi măng, điện, sản xuất titanium dioxide. 9 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Những ứng dụng phi năng lượng: Anode hóa trong công nghiệp nhôm, sản xuất điện cực graphite ?+$P3@O$.$ Q$B)45./09 Sponge Luyện cốc Công nghiệp đúc Silic carbua Sponge/Shot Nhuộm màu, TiO Sponge Anode carbon cho sản xuất nhôm Needle Điện cực Graphite tổng hợp Sponge Sưởi ấm ở gia đình Fluid/Flexicoke Lò nung xi măng, nung vôi Sản xuất điện Sponge/Shot Lò đốt công nghiệp Lò nung xi măng, nung vôi Sản xuất điện Nguồn: Petroleum coke – Stature growing in key world markets by R.E Dymond (World Coal, 17 th October, 1998) 3.4.1. 8() ?+$RQI$BC6).68496 10 [...]... Quy trình công nghệ [1,4] Sơ đồ công nghệ: Hình 8 Sơ đồ 2 lò cốc hóa [2] 21 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Hình 9 Sơ đồ 4 lò cốc hóa [3] Cốc hóa chậm là quá trình bán liên tục, sử dụng từ 2-6 thiết bị cốc hóa để cung cấp đủ thời gian để cho quá trình craking cốc diễn ra triệt để Công nghệ này được chia thành 3 khu vực chính: Lò đốt và tháp chưng, thiết bị cốc hóa và hệ thống thu hồi xử lý cốc, ... quan như : Quá trình xử lý cặn nguyên liệu, dung tích của lò tạo cốc, phân phối nhiệt trong lò, hàm lượng cặn bẩn Thiết bị tháo cốc IV và vận chuyển Công nghệ cốc hóa chậm [1,2] Cốc hóa chậm là công nghệ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất trong các quá trình cốc hóa Quá trình được sử dụng để tối thiểu hóa dầu cặn còn lại bằng các phản ứng cracking sâu các nguyên liệu đầu vào Trong công nghệ này,... Các bộ phận trong quy trình tách cốc thủy lực [8,3] 1.3 Hệ thống quét khí- tháo nước khép kín CBS [1] Hình 16 Hệ thống CBS 28 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Chức năng chính của hệ thống này là tối đa hóa khả năng thu hồi hydrocacbon và thu hồi nước cho quá trình rửa và khử cốc, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm khí trong quá trình làm việc Trong quá trình làm mát và khử cốc trong lò cốc hóa, hơi được... phần nước thu hồi cho các quá trình rửa cốc và tách cốc từ lò cốc hóa 2 Các thiết bị trong chu trình công nghệ [6] 2.1 Thiết bị gia nhiệt sơ bộ Trong các nhà máy lọc hóa dầu, nguyên liệu của quá trình cốc hóa chậm thường là cặn chân không (VRC–vacuum reduced crude), lấy trực tiếp từ tháp chưng cất chân không, nhưng trong nhiều trường hợp, nguyên liệu lại được lấy từ các tank chứa trong nhà máy Nguyên liệu... nhiệt độ 20 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga của nguyên liệu đầu vào lớn hơn nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong ống là tối thiểu để không gây ra sự hình thành cốc đáng kể trong lò Công nghệ cốc hóa chậm ngày nay được phát triển và sở hữu bản quyền của hãng CONOCOPHILLIPS Công nghệ đã được phát triển trên 50 năm và ngày nay có nhiều công ty sử dụng công nghệ này trong các nhà máy lọc dầu như:... Thiết bị cốc hóa và hệ thống thu hồi xử lý cốc [1,5] Thiết bị cốc hóa có 2 nhiệm vụ chính: Thứ nhất là cung cấp thời gian lưu tối đa để phản úng cốc hóa được hoàn toàn và thứ 2 là thu hồi được cốc rắn sau khi phản ứng kết thúc Hình 10 Thiết bị cốc hóa Hai lò cốc hóa được nối với nhau bằng van xoay 3 cửa, hoạt đông theo kiểu bán liên tục Thuật ngữ cốc hóa chậm ra đời do đặc tính hoạt động của 2 lò cốc. .. được ra nhiệt bên ngoài (khoảng 485oC) vào tháp Cốc hóa: Bắt đầu chu trình cốc hóa 24 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Hình 11 Quy trình decoking Cốc được giữ trong lò cốc hóa từ 18÷24 giờ, trong khoảng thời gian đó diễn ra các quá trình khử cốc bằng hơi nước để lấy ra hơi sản phẩm hình thành sau thời gian lưu dài, cuối cùng cốc được tháo ra ngoài đưa đến dây chuyền xử lý bằng phương pháp khoan... tham gia phản ứng ngưng tụ, sẽ cho hiệu suất và chất lượng cốc tốt nhất Phản ứng cốc hóa xảy ra kèm theo các phản ứng khác của quá trình cracking nhiệt Trong quá trình cracking, các phân tử lớn bị phân thành các phân tử nhỏ hơn, hoặc bị polime hóa tạo thành các sản phẩm nặng (cốc) 15 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Các phản ứng xảy ra trong quá trình: Parafin bị cracking tạo thành olefin và các paraffin... capacity by principal company, 2006 Nguồn: Roskill 14 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga Hình 7 OECD: Consumption of petroleum coke in all forms, 1992 to 2005 (Mt) Nguồn: International Energy Agency, Oil Information 2006 and earlier editions II Cơ sở hóa lý của quá trình cốc hóa chậm Quá trình cốc hóa là một dạng của quá trình cracking nhiệt Sự tạo thành cốc là do các phản ứng ngưng tụ các hydrocacbon tạo... cao được bổ sung để duy trì tốc độ dòng cao và 22 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga thời gian lưu tối thiểu trong đường ống, để giảm thiểu cracking sâu nguyên liệu trên đường ống tới khi nó nằm trong lò cốc hóa, đồng thời giảm thiểu sự đóng cặn của cốc trong đường ống Quá trình cracking diễn ra trong thiết bị cốc hóa, xăng và các cấu tử nhẹ được tách ra trong pha hơi từ trên đỉnh, được đưa sang tháp . đề cập đến vấn đề: Quá trình cốc hóa chậm trong công nghệ lọc hóa dầu. Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga I. 1. !"#$% Trong bối cảnh ngày. 8;$$c2ZDd Cốc hóa chậm là công nghệ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất trong các quá trình cốc hóa. Quá trình được sử dụng để tối thiểu hóa dầu cặn còn lại bằng các phản. hình cầu, được sản xuất từ quá trình cốc hóa tầng sôi, thường có đường kính nhỏ hơn 6 mm, hàm lượng chất dễ bay hơi nhỏ hơn so với quá trình cốc hóa chậm. 4 Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga 3.1.5.