đồ án kỹ thuật dầu khí Quá trình reforming xúc tác xăng nặng

Mục lục MụC LụC M UỞ ĐẦ 4 Ch ng I: V I N T V CÔNG NGH CH BI Nươ À ẫ Ề Ệ Ế Ế D U MẦ Ỏ 7     Ớ Ệ Ề Ầ Ỏ     Ă ƯƠ Ấ ƯỢ   Ă    Ủ  !  "   Ệ Ế Ế Ầ Ỏ Ch ng II: QU TRÌNH REFORMING X Cươ Á Ú T CÁ 16 X NG N NGĂ Ặ 16 #$  Ệ Ủ %    #Ả Ứ Ả % &&  ' ( )'*+,-' ./0'12'34563)(,-Đặ đ ể ủ  .(137' ./0'12'136,-8( '' (1( ,9+213:,*ủ ệ ả ế % ;<1*.= (' ./0'12'136,-9+213:,*> )8( 'đổ ủ à ệ  ?    #              Ế Ố Ả ƯỞ ĐẾ  & ?* 1> ,-,-+=@,>( +ấ ượ ệ  ?AB+ 1ấ C ? ,** ,-' .,*( 1 Ả ưở ủ ệ độ  Đồ án tốt nghiệp Trang 1 Mục lục ?? ,** ,-' .1 ' 1* 1D'*Ả ưở ủ ố độ ể  ?C ,** ,-' .1 > E*D-( .1+ ,*6 ,8 ,-+=@,Ả ưở ủ ỷ ệ ữ ầ à à  >( +FG (B 1+ ,*6 ,E*DHệ ộ ố ầ à I ?% ,** ,-' .*( + ,-,*( 1Ả ưở ủ ệ ứ ệ ?J C! &Ệ ? Ch ng III: T NH THI T B PH N NGươ Í Ế Ị Ả Ứ 49  ! Í Ệ ?I K,G ,-'* 18 ,*( 1ằ ấ à ệ ?I  ,*' '1*L,-B ' ,1*( 1Mớ ỏ ố ầ ế CC * ,8( 1'* ,-13:,*G ,-,-L,,- ;ầ ế ươ ằ ữ C ?* ,'* ='* ,-13:,*ầ ạ ươ %    Í Ơ Í% D,*1*K,1*( 1G ế ị %  ,* =F, AH1*( 1G ớ đỏ ắ ế ị %I D,*1.(1346M * ,8 1>( +> )1.(1346> 1*NAọ ậ ệ à à  ? ,*G '*-( ., A8  2=F>6 (GD'*A* ,-* ,Hớ ớ ữ ắ à đ ạ ẳ à  C ,*G+> ,-> A, AO1*P,ớ ụ ắ ắ  %D,** 1* ,- /0'12'ệ ố đỡ % D,** 1* ,-A*K,A* (E*Dệ ố ố I  ,*G '*' ., A>( +ớ ớ ử ạ ệ J ID,* ,-Q ,B ,A* )8 GD'*, (-( . ,-, =8ố ẫ ả ẩ à ố ữ ố à à ' .3.' .B ,A* )ử ủ ả ẩ J Ch ng IV: T NH L Tươ Í ề ĐỐ 82 ? ! Í Ệ  ?D,*> ,-Q +' , 1ượ ầ ầ đố  ?D,*'*( +Q () ( ,-/6 ,RB > ,- ,-/6 ,ề à ỗ ố ắ ố ượ ố ắ C ?      Í Ơ Í Ố ề I ?D,*87(A*+,IC Đồ án tốt nghiệp Trang 2 Mục lục ? ,*>ớ ũJ Ch ng V: AN TO N LAO NGươ À ĐỘ 111 C"    " Ệ ĐỐ Ớ Ế Ị  C#$      ;Ầ ĐẶ ĐỐ Ớ Ộ Ỹ Ư   Ế Ế K T LU NẾ Ậ 113 T I LI U THAM KH OÀ Ệ Ả 114 Đồ án tốt nghiệp Trang 3 Mở đầu MỞ ĐẦU Xăng là một trong những sản phẩm chủ yếu và có giá trị cao của các quá trình chế biến dầu mỏ, nó chiếm một hàm lượng lớn trong các nhà máy chế biến dầu mỏ. Hiện nay với yêu cầu về chất lượng và số lượng ngày càng cao của xăng thì việc phát triển ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ đặc biệt là sản xuất xăng chất lượng cao là một trong những chiến lược phát triển kinh tế của nước ta. Trong bản đồ án tốt nghiệp này em đượcgiao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất xăng chất lượng cao(xăng có trị số octan cao) từ nguyên liệu là xăng nặng(xăng của quá trình chưng cất trực tiếp từ dầu thô) với năng suất 400.000 tấn xăng nặng/năm bằng dây chuyền công nghệ reforming xúc tác (Catalytic reforming) sử dụng xúc tác Platin kim loại trên chất mang xúc tác Al 2 O 3 . Nội dung mà bản đồ án này đã đề cập đến: • Chương I: Vài nét về công nghệ chế biến dầu khí. • Chương II: Quá trình reforming xúc tác xăng nặng. • Chương III: Tính toán, thiết kế thiết bị reforming xúc tác. • Chương IV: Tính toán lò đốt dầu FO để cấp nhiệt cho hỗn hợp phản ứng. Dưới sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của PGS.TS Mai Xuân Kỳ cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành bản đồ án này theo đúng thời gian quy định. Do còn thiếu kinh nghiệm về thực tế nên trong quá trình tính toán chắc chắn em sẽ mắc phải những thiếu sót, em rất mong Đồ án tốt nghiệp Trang 4 Mở đầu nhận được sự đóng góp phê bình của quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Mai Xuân Kỳ đã nhiệt tình hướng dẫn em thực hiện bản đồ án này. Cảm ơn các thầy cô giáo thuộc bộ môn Máy & Thiết bị Công Nghiệp Hoá Chất-Dầu khí đã tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài tốt nghiờp này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 20 tháng 5 năm 2004 Sinh viên thiết kế Võ Anh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Trang 5 Mở đầu Đồ án tốt nghiệp Trang 6 Chương 1: Vài nét về công nghệ chế biến dầu mỏ Chương I: VÀI NẫT VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỎ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU MỎ Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm cấu tử khác nhau. Mỗi loại dầu mỏ đặc trưng bởi thành phần riêng, song về cơ bản chúng đều chứa các Hydrocabon là thành phần chính, chiếm 60 ÷ 90% trọng lượng trong dầu còn lại là các chất chứa ụxi, lưu huỳnh, nitơ, các phức kim loại. Trong dầu mỏ còn chứa các khí trơ ,* He, Ar … Nhìn chung dầu mỏ càng chứa nhiều Hydrocabon và càng Ýt các thành phần dị nguyên tố thì chất lượng càng tốt và là loại dầu có giá trị cao. Hydrocabon là thành phần chính của dầu mỏ, chúng được chia thành cỏc nhúm: parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphen-arcomat. Hydrocabon thơm thường gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng (benzen, toluen, xyren) các chất này thường nằm trong phần nhẹ là cấu tử làm tăng khả năng chống kích nổ của xăng. Dầu mỏ muốn ứng dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn. Dầu mỏ khai thác lên từ các mỏ dầu trong lòng đất là một chất lỏng đặc sánh sử dụng được. Trong hỗn hợp dầu thô lấy từ mỏ dầu lờn cú chứa nước, muối khoáng và các tạp chất khác. Trước lúc đem dầu thô vào chưng luyện người ta phải tiến hành tách nước, muối khoáng và các tạp chất khác. Quá trình chưng luyện trực tiếp phân chia dầu thô thành từng các phân đoạn nhỏ có khoảng nhiệt độ sôi hẹp hơn. Đầu tiên khi khai thác dầu có sự giảm áp nên phân đoạn khí được tách ra thường từ C 1 đến C 4 . Ngoài ra còn một lượng Ýt C 5 , C 6 bay theo. Sau đó tuỳ thuộc vào giới hạn nhiệt độ sôi mà ta thu được các phân đoạn sau: - Phân đoạn xăng: nhiệt độ nhỏ hơn 180 0 C bao gồm các thành phần từ C 5 đến C 10 , C 11 . - Phân đoạn Kerosen: nhiệt độ sôi từ 180 ÷ 350 0 C chứa các thành phần từ C 16 đến C 20 , C 21 - Phân đoạn Gudron với nhiệt độ sụi trờn 500 0 C gồm các thành phần Đồ án tốt nghiệp Trang 7 Chương 1: Vài nét về công nghệ chế biến dầu mỏ có số nguyên tố Carbon từ C 41 trở lên Các phân đoạn trên được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau nhưng chủ yếu được dùng làm nhiên liệu các sản phẩm hoá học. 1.2. XĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG XĂNG Với khoảng nhiệt độ sôi hơn 180 0 C, phân đoạn xăng bao gồm các Hydrocabon từ C 5 đến C 10 , C 11 . Cả ba loại Hydrocabon Parafin, naphtenic, aromatic đều có mặt trong phân đoạn xăng. Tuy nhiên thành phần, số lượng các Hydrocabon rất khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng hạn từ họ dầu parafinic ta thu được xăng có chứa parafin. Còn từ dầu naphtenic ta thu được xăng có nhiều cấu tử vòng no. Ngoài Hydrocabon, trong phân đoạn xăng còn chứa hợp chất S, N 2 và O 2 . Mét trong những tính chất quan trọng nhất của xăng là phải có khả năng chống lại kích nổ. Đặc trưng đó gọi là trị số octan. Trị sè octan được đo bằng phần trăm thể tích của izooctan (2,2,4 - trimetyl pentan) trong hỗn hợp chuẩn với n - heptan (n – C 7 H 16 ) tương đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn. Sử dụng thang chia từ 0 ÷ 100 trong đó n - heptan có trị số octan bằng 0, còn izootan được quy ước bằng 100. Có hai phương pháp xác định trị số octan: - Phương pháp nghiên cứu (RON): số vòng quay của mụtơ thử nghiệm là 600 vũng/phỳt. - Phương phỏp mụtơ (MON): số vòng quay của mụtơ thử là 900 vũng/phỳt. Thường thì trị số octan tính theo RON thường cao hơn tính theo MON. Mức chênh lệch đó phản ảnh: ở một mức nào đó tính chất của nhiên liệu thay đổi khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi. Cho nên mức chênh lệch đú cũn gọi là độ nhạy của nhiên liệu đối với chế độ làm việc thay đổi của động cơ. Mức chênh lệch giữa MON và RON càng thấp càng tốt. Mỗi loại xăng khác nhau có khả năng chống kích nổ cũng khác nhau. Đồ án tốt nghiệp Trang 8 Chương 1: Vài nét về công nghệ chế biến dầu mỏ Các hydrocarbon phân tử nhỏ ,* parafin mạch nhỏnh, cỏc aromat chỉ cháy được khi điểm hoả nghĩa là loại này có khả năng chống kích nổ tốt. Các n - parafin dễ dàng cháy ngay cả khi mặt lửa chưa truyền tới gây ra sự chỏy kớch nổ. Khả năng chống kích nổ của các Hydrocarbon được sắp xếp theo thứ tự giảm dần: Hydrocarbon thơm > Olefin mạch nhánh > parafin nhánh > naphten có nhánh > olefin mạch thẳng > naphten > parafin mạch thẳng > parafin mạch thẳng lớn. 1. Các phương pháp nghiên cứu chất lượng xăng Phân đoạn xăng lấy trực tiếp dầu mỏ có rất Ýt izoparafin do đó trị số octan thấp (khoảng 30 ÷ 60). Trong khi đó yêu cầu về trị số octan của xăng động cơ phải lớn hơn 10. Điều đó có nghĩa là xăng lấy trực tiếp từ chưng cất dầu thô không dùng được cho động cơ mà ta phải sử dụng các phương pháp chế biến hoá học, lý học để biến đổi thành phần của xăng nhằm thu được xăng có trị số octan cao thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật của động cơ chạy bằng xăng. Một số phương pháp phổ biến a. Phương pháp phụ gia Mục đích của phương pháp này là dùng một hoá chất cho vào xăng nhằm hạn chế quá trình oxi hoá của các hydrocarbon ở không gian trước buồng lửa khi cháy trong động cơ. Có hai nhóm phụ gia: + Phô gia chì: bao gồm các chất ,* tetrametyl chì (TML), tetraetyl chì (TEL) có tác dụng phá huỷ các tạp chất trung gian hoạt động do đó giảm khả năng chống kích nổ dẫn đến trị số octan của xăng tăng lên. + Phô gia khụng chỡ: chỡ là một phụ gia khi cho vào xăng làm tăng trị số octan lớn nhất (từ 6 đến 12 đơn vị octan) nhưng nếu dùng xăng có pha chỡ thỡ lượng chì trong khói thải của các động cơ chạy bằng xăng (xe Đồ án tốt nghiệp Trang 9 Chương 1: Vài nét về công nghệ chế biến dầu mỏ máy, ụtụ…) ảnh hưởng rất xấu tới môi trường vỡ chỡ là một chất gây ngộ độc đối với con người. Chớnh vỡ sự độc hại của xăng pha chì mà hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam đã khuyến khích mọi người sử dụng xăng không chì (unlead petrol). Cú mét số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octan cao hơn khi không sử dụng chì: - Pha trộn xăng có trị số octan cao (,* xăng alkyl hoá, izome hoỏ…) với nhiên liệu có trị số octan thấp. - Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng có trị số octan cao. - Sử dụng các chất phụ gia không chữa chì ,* các hợp chất chứa oxi: etanol, MTBE, TAME… b. Phương pháp hoá học Biện pháp tăng trị số octan của xăng bằng việc sử dụng phụ gia chì là biện pháp tạm thời. Giải pháp lâu dài là phải tìm cách chế biến hoá học mới kinh tế nhất để tăng hiệu suất của xăng. Nguyên tắc chung của các phương pháp hoá học là chuyển hoỏ cỏc hydrocarbon mạch thẳng thành mạch nhánh hoặc thành hydrocarbon vòng no, vòng thơm có trị số octan cao hơn. Các phương pháp hoá học cơ bản - Cracking nhiệt: là quá trình phân huỷ dưới tác dụng của nhiệt thực hiện ở điều kiện nhiệt độ 470 ÷ 540 0 C và áp suất từ 20 ÷ 70 at Nguyên liệu cho quá trình cracking nhiệt là phân đoạn xăng nặng đến cặn, chủ yếu hay dùng là gasoil và cặn. Sản phẩm của quá trình này là xăng cracking nhiệt chiếm hàm lượng lớn hydrocarbon thơm và olefin hơn so với xăng chưng cất trực tiếp. Trị số octan nằm trong khoảng 66 ÷ 68 và khi pha thêm phụ gia chì có thể tăng lên 70 ÷ 78. Tuy có trị số octan cao hơn xăng thu được từ chưng cất trực tiếp nhưng với trị số octan ,* vậy chưa đáp ứng được yêu cầu chất lượng Đồ án tốt nghiệp Trang 10 [...]... ng chớnh trong quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc phân phn Đồng hoá 16 ỏn tt nghip sản phẩm Trang cracking izoparafin alkyl cyclopentan Chng 2: Quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc xng nng Nh vy cỏc phn ng chớnh xy ra trong quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc l: Dehydro ho cc hydrocarbon naphten, dehydro vng ho cc hydrocarbon parafin, ng phõn hoỏ v hydro cracking Trong iu kin tin hnh quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc cũn xy ra... thnh qu k thut tiờn tin v Reforming xỳc tỏc vo quỏ trỡnh ch bin du m nc nh l mt iu rt cn thit Hy vng l ti nh mỏy lc du s I Dung Qut Qung Ngói v sau ny l nh mỏy lc du s II Thanh Hoỏ s s dng cụng ngh Reforming xỳc tỏc sn xut xng cú cht lng cao gúp phn hn ch vic xut khu du thụ v nhp khu xng ỏn tt nghip Trang 15 Chng 2: Quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc xng nng Chng II: QU TRèNH REFORMING XC TC XNG NNG 2.1... trỡnh Reforming xỳc tỏc cú th theo dừi s tng t l gia cỏc cụng sut ca cỏc h thng Reforming xỳc tỏc vi cụng sut h thng chng ct trc tip M Bng 1 Nm 1955 1960 1965 1970 T l cụng sut cỏc h thng Reforming xỳc tỏc vi chng ct Tr số octan ca xng (theo phng phỏp nghiờn cu) Loi thng Loi c bit Tr số octan trung bỡnh ca xng 16 90 98 92,4 18 92 99 94,0 19 93 99,5 95,0 22 94 100 96,5 Song song vi quỏ trỡnh Reforming. .. to thnh hydrocarbon thm do cn tr phn ng dehydro hoỏ Do ú quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc phi c tin hnh iu kin cụng ngh nht nh mi t c yờu cu ra l thu c xng cú tr s octan cao ng thi hn ch quỏ trỡnh to cc tng tui th ca xỳc tỏc 2.3 XC TC TRONG QU TRèNH REFORMING XC TC 2.3.1 c im chung ca xỳc tỏc reforming Cỏc cht xỳc tỏc s dng cho qu trỡnh Reforming u l cỏc cht xỳc tỏc lng chc: chc nng oxi hoỏ - kh v chc... của nguyên liệu đến hiệu suất xăng xăng, hiệu suất khí H2 1 Phân đoạn 85 - 1800C 1 Phân đoạn 60 - 1800C 2 Phân đoạn 105 - 1800C 2 Phân đoạn 85 - 1800C 3 Phân đoạn 105 - 1800C T hỡnh IVa ta thy: khi tng nhit u ca nguyờn liu ln th ta thu c xng sn phm ca quỏ trỡnh khi cựng tr s octan ó cho thỡ hiu sut tng lờn ng thi hiu sut khớ H 2 cng tng lờn Nu khi nhn cựng hiu sut xng Reforming nhõn t nguyờn liu cú... liu ca quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc l cỏc phõn on xng chng ct trc tip cú gii hn sụi trong khong 60 ữ 210 0C Gn õy nh s phỏt trin ca quỏ trỡnh lm sch cỏc sn phm du m bng hydro hoỏ cú th lm sch cỏc hp cht hydrocarbon úi v cha S, N trong nguyờn liu cho nờn ngi ta cú th s dng cỏc phõn on xng ca quỏ trỡnh th cp lm nguyờn liu cho quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc Tu thuc vo mc ớch ca quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc... nghip Trang 23 Chng 2: Quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc xng nng Kớch thc ht xỳc tỏc khong 2mm, b mt riờng 200 m 2/g, xp c 65% 2 Kim loi platin (Pt) Platin c a vo xỳc tỏc cỏc dng khỏc nhau, ph bin l dựng dung dch ca axit platin clohydric H2(PtCl6) Platin l kim loi tuyt vi cho cụng ngh Reforming xỳc tỏc Nú cú kh nng hot tớnh rt tt cho phn ng dehydro - hydro hoỏ Trong quỏ trỡnh Reforming, Pt lm tng tc ca phn... ra trong quỏ trỡnh Reforming b S bin i xỳc tỏc khi lm vic Trong quỏ trỡnh lm vic xỳc tỏc cũn b thay i cỏc tớnh cht vt lý khi tip xỳc vi nhit cao Sự thay i tớnh cht ca xỳc tỏc Reforming khi lm vic cú th chia lm 2 loi: - Thay i cú tớnh cht tm thi ngha l cú th khụi phc li qua quỏ trỡnh tỏi sinh xỳc tỏc ú l cỏc thay i do s to cc hay s ng c thun ỏn tt nghip Trang 28 Chng 2: Quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc... tr s octan ca xng t 66 lờn 88 thỡ chi phớ ca xng cho mt nm gim i 22%, s t yờu cu thc hin mt cụng vic gim i 12% Quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc cho ta sn phm xng cú tr s octan rt cao Xng Reforming xỳc tỏc thng c dựng pha vi cỏc xng khỏc nõng cao cht lng ca xng 1.3 VAI TRề CA QU TRèNH REFORMING V CRACKING TRONG CễNG NGH CH BIN DU M Nh ta ó bit du m khai thỏc c t cỏc m du khụng trc tip s dng c Mun s dng... tt nghip Trang 33 Chng 2: Quỏ trỡnh reforming xỳc tỏc xng nng parafin, 20,3% trng lng naphten v 15% hm lng hydrocarbon thm T cỏc s liu ca bng trờn ta thy kt qu sn phm thu t nguyờn liu cha hm lng parafin cao thỡ hiu sut khớ tng lờn v hiu sut xng Reforming gim xung ng thi hiu sut hydrocarbon thm thnh phn phõn on nh hn, ỏp sut hi bóo ho cao hn Nu vi mc ớch ca quỏ trỡnh Reforming nhn cỏc hydrocarbon thm . khẩu xăng. Đồ án tốt nghiệp Trang 15 Chương 2: Quá trình reforming xúc tác xăng nặng Chương II: QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC XĂNG NẶNG 2.1. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH Nguyên liệu của quá trình. bản đồ án này đã đề cập đến: • Chương I: Vài nét về công nghệ chế biến dầu khí. • Chương II: Quá trình reforming xúc tác xăng nặng. • Chương III: Tính toán, thiết kế thiết bị reforming xúc tác. •. thể sử dụng các phân đoạn xăng của quá trình thứ cấp làm nguyên liệu cho quá trình Reforming xúc tác. Tuỳ thuộc vào mục đích của quá trình Reforming xúc tác để nhận xăng có trị số octan cao