BÁO CÁO THỰC TẬP-ĐỒ ÁN THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 1 ĐHBK Hà Nội K45 Bộ giáo dục và Đào tạo Tr-ờng Đh Bách Khoa Hà Nội Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp Họ và tên : Hà Ngọc thành Khoá học : Khoá K45 - Công nghệ Hóa học Ngành học : Công nghệ Hóa dầu - Hữu cơ 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm. 2. Các số liệu ban đầu : Lấy theo tài liệu h-ớng dẫn và số liệu thực tế công nghiệp . 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán . Phần lý thuyết : nêu tổng quan về quá trình Roforming xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu . Phần tính toán : tính cân bằng vật chất, tính cân bằng nhiệt l-ợng của phân x-ởng và kích th-ớc mỗi lò phản ứng . Phần kinh tế Phần xây dựng : bố trí mặt bằng phân x-ởng . Phần an toàn lao động và bảo vệ môi tr-ờng 4. Các bản vẽ (ghi số các loại bản vẽ về kích th-ớc) . Bản vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất . Bản vẽ thiết bị chính . Bản vẽ tổng quan mặt bằng nhà máy . 5.họ tên cán bộ h-ớng dẫn: TS .Nguyễn Hữu Trịnh phần Tên cán bộ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 2 ĐHBK Hà Nội K45 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7.ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm 2005 Chủ nhiệm khoa Cán bộ h-ớng dẫn (ký , ghi rõ họ tên) (ký , ghi rõ họ tên) TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp Ngày tháng năm 2005 Ng-ời duyệt ( ký , ghi rõ họ tên ) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 3 ĐHBK Hà Nội K45 Mục lục Trang Phần mở đầu 5 Phần tổng quan 8 i. cơ sở hoá học của quá trình 8 1.1 Các phản ứng xảy ra trong quá trình 8 1.2 Cơ chế phản ứng Reforming xúc tác 19 1.3 Nhiệt động học phản ứng và điều kiện phản ứng 22 ii. Nguyên liệu và sản phẩm 26 2.1 Nguyên liệu 26 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu 30 2.3 Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác 33 iii. Xúc tác cho quá trình Reforming xúc tác 36 3.1 lịch sử phát triển 37 3.2 vai trò của xúc tác hai chức năng 38 3.3 Tính chất của chất xúc tác 41 3.4. những nguyên nhân làm giảm hoạt tính 43 3.5. tái sinh xúc tác 46 3. 5.1 Sự thay đổi các chất xúc tác trong quá trình làm việc 46 3.5.2 Các ph-ơng pháp tái sinh chất xúc tác 46 3.5.3 Tuổi thọ xúc tác và giới thiệu một số chất xúc tác 48 iv. công nghệ Reforming xúc tác 50 4.1 Các yếu tố ảnh h-ởng đến quá trình 50 4.2 Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ 53 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 4 ĐHBK Hà Nội K45 4.3 thiết kế phân x-ởng 68 4.4.Các thiết bị chính của quá trình 69 phần tính toán 72 Phần tính toán kinh tế 102 phần xây dựng 107 I. chọn địa điểm xây dựng 107 ii. các nguyên tắc khi thiết kế xây dựng 109 iii.bố trí Mặt bằng xây dựng 110 phần an toàn 113 i. Khái quát 113 1.1 Nguyên nhân kỹ thuật 113 1.2 Nguyên nhân do tổ chức 113 1.3 nguyên nhân do vệ sinh 113 ii. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ 114 2.1 Phòng chống cháy 114 2.2 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn gây cháy 114 2.3 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn cháy 115 iii. những biện pháp tổ chức để bảo đảm an toàn cháy nổ . 116 phần kết luận 118 tài liệu tham khảo 119 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 5 ĐHBK Hà Nội K45 phần mở đầu Vào những năm 1859 ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ ra đời và từ đó sản l-ợng dầu mỏ khai thác ngày càng đ-ợc phát triển mạnh về số l-ợng cũng nh- về chất l-ợng . Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật , dầu mỏ đã trở thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hoá học . trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ , ng-ời ta đã sản xuất đ-ợc hàng nghìn các hoá chất khác nhau , làm nguyên liệu cho động cơ , nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác . Ngành công nghiệp chế biến dầu ở n-ớc ta ra đời tuy ch-a lâu , nh-ng nó đ-ợc đánh giá là một ngành công nghiệp mũi nhọn , đặc biệt là trong giai đoạn đất n-ớc ta đang b-ớc vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Để đạt đ-ợc những mục tiêu mà sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đã đề ra thì cần phải đáp ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho phát triển công nghiệp và kinh tế . Năm 1986 dầu thô đ-ợc khai thác tại mỏ Bạch Hổ và hàng loạt các mỏ mới đ-ợc phát hiện nh-:Rồng, Đại Hùng, Ruby. Cho đến nay chúng ta đã khai thác đ-ợc tổng cộng hơn 60 triệu tấn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác. Nguồn dầu thô xuất khẩu đã đem lại cho đất n-ớc ta một nguồn ngoại tệ khá lớn. Tuy nhiên hàng năm chúng ta cũng chi một nguồn ngoại tệ không nhỏ, để nhập khẩu các sản phẩm từ dầu mỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển đất n-ớc. Nhà máy lọc dầu Cát Lái ra đời đánh dấu một b-ớc phát triển v-ợt bậc của ngành công nghiệp dầu . Ngay từ năm 1991 Chính phủ Việt Nam đã tổ chức gọi thầu xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 công suất 6,5 triệu tấn/năm và cho đến nay đang đ-ợc xúc tiến xây dựng tại Dung Quất (Quảng Ngãi). Có thể nói rằng việc đất n-ớc ta xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 là một quyết định Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 6 ĐHBK Hà Nội K45 phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh hiện nay. Nhà máy lọc dầu số 1 ra đời không những cung cấp những sản phẩm năng l-ợng quan trọng mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho công nghiệp hóa dầu. Do đó việc phát triển công nghệ và quy mô nhà máy reforming là rất cần thiết cho việc phát triển đất n-ớc. Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học d-ới tác dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò vô cùng quan trọng . Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng l-ợng hoạt hoá của phản ứng vị vậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều . Mặt khác khi có mặt của xúc tác thì có khả năng tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn . Điều này có tầm quan trọng đối với các phản ứng nhiệt d-ơng (phản ứng hydro hoá ankyl hoá , polyme hoá ) vì ở nhiệt độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này Sự có mặt của chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hoá , vừa có khả năng tạo ra những nồng độ cân bằng cao nhất , có nghĩa là tăng hiệu suất sản phẩm của quá trình . Trong quá trình chuyển hoá hoá học d-ới tác dụng của xúc tác thì quá trình reforming xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ , l-ợng dầu mỏ đ-ợc chế biến bằng quá trình reforming chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các quá trình khác . Qúa trình reforming xúc tác đ-ợc xem là một quá trình chủ yếu sản xuất xăng cho động cơ , đó là một quá trình quan trọng không thể thiếu trong công nghiệp chế biến dầu Có thể nói quá trình reforming ra đời là một b-ớc ngoặc lớn trong công nghệ chế biến dầu . Tr-ớc đây ng-ời ta dùng xăng ch-ng cất trực tiếp có pha trộn thêm phụ gia (chì ) để làm tăng trị số octan . Ngày nay ng-ời ta sử dụng xăng của quá trình reforming cho động cơ thì chất l-ợng đảm bảo hơn ,ít ảnh h-ởng đến môi tr-ờng hơn Hơn nữa , ngoài sản phẩm chính là xăng ,quá trình reforming xúc tác còn sản xuất ra các hydrocacbon thơm và là một nguồn thu khí hydro sạch , rẻ tiền hơn các nguồn thu khác 10-15 lần Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 7 ĐHBK Hà Nội K45 Reforming ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu hiện đại . ở Tây Âu hơn 50% xăng thu đ-ợc là xăng của quá trình reforming . Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ reforming là điều hết sức cấp thiết cho công nghiệp hoá dầu nói riêng và nền công nghiệp n-ớc ta nói chung . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 8 ĐHBK Hà Nội K45 phần tổng quan i. cơ sở hóa học của quá trình reforming xúc tác : Reforming xúc tác là một quá trình chuyển đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao .sử dụng nguyên liệu là xăng ch-ng cất trực tiếp và gần đây nhờ sự phát triển của các quá trình làm sạch bằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình lọc dầu khác (nh- xăng của quá trình cốc hóa, xăng cracking nhiệt ). Quá trình này đ-ợc tiến hành trên xúc tác hai chức năng th-ờng chứa platin (trong hỗn hợp với các kim loại quý khác và 1 halogen) đ-ợc mang trên chất mang ôxit nhôm tinh khiết. Mục đích của quá trình là sản xuất xăng có trị số octan cao (RON trong khoảng từ 95 - 102) mà không phải pha thêm chì. Đồng thời, do sản phẩm chủ yếu của quá trình là hydrocacbon thơm nên quá trình còn đ-ợc ứng dụng để BTX (khi nguyên liệu và phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 310 - 340 o F) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hóa dầu. Ngoài ra, quá trình còn là nguồn thu hydro nhiều nhất và rẻ nhất. 1.1.Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác : Bao gồm các phản ứng:dehydro hóa, dehydro vòng hóa, hydro hoá, isome hóa. Ngoài ra còn các phản ứng phụ , tuy không làm ảnh nhiều đến cân bằng của phản ứng chính , nh-ng lại ảnh h-ởng lớn đến độ hoạt động và độ bền của xúc tác . Đó là các phản ứng : Phản ứng phân huỷ và khử các hợp chất có chứa oxy, nitơ , l-u huỳnh thành H 2 S ,NH 3 , H 2 O. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 9 ĐHBK Hà Nội K45 Phản ứng phân huỷ các hợp chất chứa kim loại và halogen phản ứng ng-ng tụ các hợp chất trung gian không bền nh- olefin ,diolefin với các hydrocacbon thơm , dẫn đến tạo thành hợp chất nhựa và cốc bám trên bề mặt xúc tác . Vì thế để phát triển quá trình reforming xúc tác , ng-ời ta phải hạn chế tới mức tối đa quá trình tạo cốc . Trong thực tế sản xuất ng-ời ta th-ờng dùng áp suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (RCC) I II III A = Axit , M = Metan , I = Hydrocracking và Demethylation(M) , II=paraffinisomerization, III=Dehydrocyclization. Hình 1. Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác 1.1.1. Phản ứng dehydrohóa: Phản ứng dehydrohóa là loại phản ứng chính để tạo ra hydrocacbon thơm. Phản ứng này xảy ra đối với naphten th-ờng là xyclopentan và xyclohexan (xyclopentan th-ờng nhiều hơn xyclohexan), xyclohexan bị dehydro hóa trực tiếp tạo ra hợp chất thơm. CH 3 CH 3 + 3H 2 (+50 KCal/mol) (1) M/ A n-parafin sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclopentan M/ A A sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclohexan Aromatic Lighter Aromatic M or A M A Naphthene isomerization Dehydro- genation Dealkylation and Demethylation Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 10 ĐHBK Hà Nội K45 Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh. Khi càng tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì hiệu suất hydrocacbon thơm sẽ tăng lên. Theo nghiên cứu cho thấy, việc tăng tỷ số H 2 /RH nguyên liệu có ảnh h-ởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hóa naphten và sự ảnh h-ởng này có thể bù lại bằng việc tăng nhiệt độ của quá trình. Khi hàm l-ợng hydrocacbon naphten trong nguyên liệu cao, quá trình reforming sẽ làm tăng rõ ràng hàm l-ợng của hydrocacbon. Do đó cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc tăng hydrocacbon thơm có trị số octan cao cho xăng, hoặc để nhận hydrocacbon thơm riêng biệt (B, T, X). Sự tăng trị số octan của xăng cũng còn phụ thuộc vào hàm l-ợng n-parafin ch-a bị biến đổi chứa trong sản phẩm vì chúng có trị số octan khá thấp. Vì vậy, ngoài phản ứng dehydrohoá naphten, cũng cần phải tiến hành các phản ứng khác sao cho đảm bảo đ-ợc hiệu quả của quá trình reforming. Phản ứng dehydro hóa naphten, trong đó đặc tr-ng nhất là phản ứng dehydro hóa xyclohexan và dẫn xuất của nó, có tốc độ khá lớn khi ta dùng xúc tác có chứa Pt. Năng l-ợng hoạt hóa nhỏ khoảng 20 Kcal/mol. Phản ứng đồng phân hóa naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh lại là phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp (5 Kcal/mol), nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch về phía tạo vòng naphten 5 cạnh. Ví dụ: ở đây phản ứng chính của reforming ở 500 o C, nồng độ cân bằng của metyl xyclopertan là 95%, còn của xyclohexan chỉ là 5%. Nh-ng 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 ch-a bị chuyển hóa chỉ còn 5%. Nh- vậy, nhờ phản ứng dehydro hóa naphten có tốc độ cao mà trong quá trình reforming ta sẽ nhận đ-ợc nhiều CH 3 + 3H 2 [...]... hydrocacbon có mặt trong nguyên liệu reforming xúc tác 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu: Cơ sở lý thuyết của quá trình hydro hóa làm sạch: Tất cả quá trình reforming xúc tác th-ờng áp dụng một trong hai loại sơ đồ công nghệ, đó là tái sinh xúc tác gián đoạn và tái sinh xúc tác liên tục Hà Ngọc Thành 30 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Nh-ng dù áp dụng sơ đồ nào, nguyên... trên xúc tác tạo thành các muối vô cơ, chúng đ-ợc tách ra khi ta phun n-ớc để hạn chế tối đa sự ăn mòn thiết bị 2.2.7 Sự tái hợp của sunfua hydro với olefin tạo ra mercaptan: Hàm l-ợng của các tạp chất cần tách sẽ đ-ợc khống chế bằng điều kiện công nghệ của quá trình Hà Ngọc Thành 32 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác 2.3 Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác: ... cách thực hiện phản ứng trong môi tr-ờng hydro, nếu áp suất hydro càng cao, sự lắng đọng cốc trên bề mặt xúc tác càng ít Việc tăng áp suất hydro cũng không làm chậm phản ứng hydro hóa tạo ra aromatic Vậy quá trình reforming xúc tác phải đ-ợc thực hiện d-ới áp suất cao và hydro sản phẩm đ-ợc hoàn lại vùng phản ứng Hà Ngọc Thành 23 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác. .. kim với chì làm khử hoạt tính của xúc tác Hàm l-ợng asen trong nguyên liệu phải thấp hơn 30 phần tử ii nguyên liệu và sản phẩm 2.1 Nguyên liệu: Phân đoạn xăng chất l-ợng thấp có giới hạn sôi từ 60 180oC làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác Phân đoạn xăng có điểm sôi đầu Hà Ngọc Thành 26 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác nhỏ hơn 60oC là không thích hợp... ra 3-4% so với trọng l-ợng xúc tác trong khoảng thời gian từ 6 tháng đến 1 năm , và các nhà sản xuất xúc tác phải chú ý điều khiển các chức hoạt tính của xúc tác để góp phần điều khiển đ-ợc quá trình tạo cốc của quá trình reforming 1.2 Cơ chế phản ứng reforming xúc tác : 1.2.1 Cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon parafin: có thể tóm tắc các phản ứng chính của quá trình reforming nh- sau : naphten... Reforming xúc tác 2.3.2 Các hydrocacbon thơm: Các hydrocacbon thơm thu đ-ợc bao gồm benzen, toluon, xylen (BTX) chủ yếu nhận đ-ợc từ quá trình reforming xúc tác Khi kết hợp với các quá trình khác nh- phân chia, tái phân bố, hydrodealxyl, isome hoá cho phép nhận B, T, X rất thích hợp cho các quá trình tổng hợp hóa dầu và hóa học Bảng 9 Bảng 9: Đặc tr-ng phân bố trị số octan của xăng reforming xúc tác. .. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác naphten Nh-ng tốc độ phản ứng dehydro vòng hoá lại rất nhạy với sự thay đổi áp suất hoặc tỉ số hydro trên hydrocacbon nguyên liệu Năng l-ợng hoạt động của phản ứng thay đổi từ 25 đến 40 kcal / mol , khi dùng xúc tác Cr 2O3 /AL2O3Còn khi dùng xúc tác pt/AL2O3 là từ 20 đến 30 Kcal / mol Tốc độ phản ứng tăng khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân. .. ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác vận tốc phản ứng khử hoạt tính xúc tác và hiệu suất hydro thấp Ng-ợc lại, ở áp suất thấp (8,5 20,5 atm) độ chuyển hoá các hợp chất thơm cao, hiệu suất hydro cao, phản ứng hydrocracking giảm, nh-ng lại nhanh chóng khử hoạt tính xúc tác do sự tạo thành cốc Bảng 5: Đặc tr-ng vận tốc và hiệu ứng nhiệt của những phản ứng reforming quan... kcal/mol EA= 30 kcal/mol ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng phản ứng reforming hydrocacbon parafin xảy ra theo 3 giai đoạn: loại hydro , đóng vòng , loại hydro từ hydrocacbon vòng thành hydrocacbon thơm Giai đoạn đầu và giai đoạn cuối xảy ra trên tâm xúc tác kim loại còn giai đoạn giữa xảy ra trên tâm xúc tác axít Các giai đoạn đó có thể xảy... loại xăng reforming đ-ợc trình bày ở bảng 6 Butan tạo ra trong quá trình th-ờng chứa từ 40 50% isobutan, pentan chứa khoảng 55 65% và iso tuỳ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và điều kiện tiến hành quá trình mà ta có thể thu đ-ợc xăng có trị số octan lên tới 100 105 (RON) Hà Ngọc Thành 33 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Ưu điểm của xăng reforming xúc tác là trị . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác Hà Ngọc Thành 8 ĐHBK Hà Nội K45 phần tổng quan i. cơ sở hóa học của quá trình reforming xúc tác : Reforming xúc tác là một. của quá trình Reforming xúc tác 33 iii. Xúc tác cho quá trình Reforming xúc tác 36 3.1 lịch sử phát triển 37 3.2 vai trò của xúc tác hai chức năng 38 3.3 Tính chất của chất xúc tác 41 3.4 vụ Thiết kế tốt nghiệp Họ và tên : Hà Ngọc thành Khoá học : Khoá K45 - Công nghệ Hóa học Ngành học : Công nghệ Hóa dầu - Hữu cơ 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân x-ởng Reforming xúc tác