Đồ án công nghệ cracking xúc tác FCC

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Lời mở đầu Trên giới, quốc gia xăng dầu đợc coi hàng hoá đặc biệt quan trọng, máu huyết kinh tế quốc dân quốc phòng Ngày bối cảnh Việt Nam không ngừng phát đổi vơn lên đờng công nghiệp hoá đại hoá đất nớc, với máy móc , thiết bị công nghệ Vai trò xăng dầu ngày đợc quan tâm đặc biệt Để đáp ứng kịp thời khối lợng xăng tiêu thụ ngày lớn ,ngời ta đa phơng pháp cracking xúc tác vào công nghiệp chế biến dầu mỏ,vì trình chng cất khí quyển, chng cất chân không hay cracking nhiệt, khối lợng xăng thu đợc không đáp ứng kịp thời đợc nhu cầu thị trờng Để thoả mãn nhu cầu nhiên liệu ngày tăng Nghành công nghiệp chế biến dầu mỏ sức cải tiến, hoàn thiện quy trình công nghệ , đồng thời áp dụng phơng pháp chế biến sâu dây chuyền sản xuất nhằm chuyển hoá dầu thô tới mức tối u thành nhiên liệu sản phẩm quan trọng khác Một phơng pháp đại đợc áp dụng rộng rãi nhà máy chế biến dầu giới trình cracking xúc tác Với đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xởng cracking xúc tác suất 3.000.000 năm mà em đợc giao.Em hy vọng bổ xung thêm đợc kiến thức để góp phần nhỏ bé vào công đổi đất nớc Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Hiếu tận tình giúp đỡ em thời gian qua để em hoàn thành đợc đồ án Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 CHƯƠNG I Tổng quan lý thuyết I.Giới thiệu chung trình cracking xúc tác I.1.Sơ lợc lịch sử phát triển qúa trình cracking xúc tác[1,106] Qúa trình cracking xúc tác đợc nghiên cứu từ cuối kỷ XIX, nhng đến năm 1923, kỹ s ngời Pháp tên Houdry đề nghị đa qúa trình vào áp dụng công nghiệp Đến năm 1936, nhà máy cracking xúc tác đợc xây dựng Mỹ, công ty Houdry Process corporation Ban đầu tồn nhiều nhợc điểm nh hoạt động gián đoạn phức tạp cho vận hành, chuyển giao hai chu kỳ phản ứng tái sinh xúc tác thiết bị.Cho đến nay, sau 60 năm phát triển, trình ngày đợc cải tiến hoàn thiện, nhằm mục đích nhận nhiều xăng với chất lợng xăng ngày cao từ nguyên liệu có chất lợng ngày (từ phần cặn nặng hơn) Quá trình cracking đợc nghiên cứu từ lâu nhng giai đoạn đầu trình biến đổi dới tác dụng đơn nhiệt độ áp suất (quá trình cracking nhiệt) với hiệu suất chất lợng thấp,tiến hành điều kiện khắc nghiệt,tại nhiệt độ cao áp suất cao nhiên có u điểm chế biến phần cặn nặng dầu mỏ mà cracking xúc tác không thực đợc Để nâng cao hiệu suất,chất lợng,cho phép tiến hành trình điều kiện mềm mại (nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) ngời ta đa vào trình chất mà có khả làm giảm lợng hoạt hoá,tăng tốc độ phản ứng, tăng tính chất chọn lọc( hớng phản ứng theo hớng cần thiết) không bị biến đổi trình phản ứng chất xúc tác trình đợc gọi trình cracking xúc tác.Cho đến nay,quá trình ngày đợc cài tiến, hoàn thiện mặt ( công nghệ, xúc tác, thiết bị ) cho phù hợp Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 I.2 Mục đích trình cracking xúc tác.[1,106] Mục đích trình cracking xúc tác nhận cấu tử có trị số octan cao cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu phần cất nặng hơn, chủ yếu phần cất nặng từ trình chng cất trực tiếp AD (Atmotpheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu thô Đồng thời mục đích nhận xăng ngời ta nhận đợc nguyên liệu có chất lợng cao cho công nghệ tổng hợp hoá dầu hoá học Ngoài thu thêm số sản phẩm phụ khác nh gasoil nhẹ , gasoil nặng, khí chủ yếu phần tử có nhánh cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu I.3.Vai trò trình cracking xúc tác so với trình lọc dầu khác điều kiện công nghệ trình.[1,107] Quá trình cracking xúc tác trình thiếu đợc nhà máy chế biến dầu giới, trình trình sản xuất xăng có trị số octan cao.Xăng thu đợc từ qúa trình đợc dùng để phối trộn với loại xăng khác để tạo mác xăng khác Khối lợng xăng thu từ trình chiếm tỷ lệ lớn khoảng 70-80% so với tổng lợng xăng thu từ trình chế biến khác Lợng dầu mỏ đợc chế biến cracking xúc tác chiếm tơng đối lớn.Ví dụ vào năm 1965, lợng dầu mỏ giới chế biến đợc 1.500 tấn/ngày cracking xúc tác chiếm 800 ( tơng ứng 53%) Quá trình cracking xúc tác đợc tiến hành điều kiện công nghệ : Nhiệt độ : 4700C 5500C Ap suất vùng lắng lò phản ứng : 0,27 Mpa Tốc độ không gian thể tích : 120 m3/m3 h (tùy thuộc vào dây truyền công nghệ) Tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu : 9/1 Bội số tuần hoàn nguyên liệu : Có thể cần không tuỳ thuộc mức độ biến đổi: Nếu mức độ biến đổi thấp 60% lợng tuần hoàn tối đa 30% Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Khi mức độ chuyển hoá cao 70% phải giảm lợng tuần hoàn chí không cần tuần hoàn Xúc tác cho trình cracking thờng dùng xúc tác zeolit mang tính axít Sản phẩm trình hỗn hợp phức tạp hydrocacbon loại khác , chủ yếu hydrocacbon có số cacbon từ trở lên, với cấu trúc nhánh II.Bản chất hoá học trình cracking xúc tác chế phản ứng II.1.Bản chất hoá học trình cracking xúc tác [2,97] Cracking trình bẻ gẫy mạch cacbon cacbon (của hydrocacbon) phân tử có kích thớc lớn ( có trọng lợng phân tử lớn) thành phân tử có kích thớc nhỏ hơn( có trọng lợng phân tử nhỏ ).Trong công nghệ dầu mỏ, trình đợc ứng dụng để biến đổi phân đoạn nặng thành sản phẩm nhẹ, tơng ứng với khoảng sôi sản phẩm trắng nh xăng, kerosen, diezen.Quá trình thực dới tác dụng nhiệt độ (cracking nhiệt) xúc tác( cracking xúc tác) II.2 Cơ chế phản ứng cracking xúc tác.[3,84] Hiện cha có trí hoàn toàn việc giải thích chất, chế phản ứng cracking xúc tác nên nhiều ý kiến việc giải thích chế xúc tác trình cracking Tuy vậy, phổ biến cách giải thích phản ứng theo chế ion cacboni Cơ sở lý thuyết dựa vào tâm hoạt tính ion cacboni Chúng đợc tạo phân tử hydrocacbon nguyên liệu tác dụng với tâm hoạt tính acid xúc tác loại Bronsted (H+) hay Lewis (L) Theo chế phản ứng cracking xúc tác diễn theo ba giai đoạn sau: Giai đoạn : Giai đoạn tạo ion cacboni Giai đoạn : Các phản ứng ion cacboni (giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo thành sản phẩm trung gian ) Giai đoạn : Giai đoạn dừng phản ứng Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 II.2.1.Giai đoạn tạo thành ion cacboni Ion cacboni tạo tác dụng olefin, hydrocacbon parafin, hydrocacbon naphten , hydrocacbon thơm với tâm axít xúc tác Từ olefin Ion cacboni tạo tác dụng olefin với tâm axít Bronsted xúc tác + R1 CH C R2 + H + (xt) H R1 CH C R2 H H + (xt) Ion cacboni tạo thành tác dụng olefin với tâm axit Lewis xúc tác: O RH + olefin O + Al O Si R H Al O Si O O + C nH2n+1 CnH2n + H+ Trong nguyên liệu ban đầu thờng hydrocacbon olefin, nhng olefin tạo phân huỷ hydrocacbon parafin có phân tử lợng lớn Các olefin tạo thành tác dụng với tâm axit tạo ion cacboni Ion cacboni tạo thành phản ứng tuân theo quy tắc định Nh olefin tác dụng với H+(xt) xác suất tạo alkyl bậc hai lớn alkyl bậc + CH3 CH2 CH CH2 dễ tạo thành CH3 CH2 CH CH2 + H + (xt) + CH3 CH2 CH2 CH2 Khi olefin có liên kết đôi cacbon bậc ion cacboni bậc dễ tạo thành cacbon bậc hai + CH3 CH3 CH C CH3 CH3 CH2 C CH3 CH3 dễ tạo thành + H + (xt) + CH3 CH CH CH3 CH3 Từ hydrocacbon parafin: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Ion cacboni đợc tạo thành tác dụng parafin với tâm axít Bronsted xúc tác: + + IonR1cacboni tácRdụng parafin tâm + H CH2 CH2 cóR2thể+đợcHtạo R2với XT (xt) CH CH +axit Lewis: RH + O Al O Si O + R O H Al O Si O + là: + nH2n+1 + H2 C CnH2n+2 + H+ CnH+2n+3 C H + m 2m+1 CnH2n+2 + L + CnmH2(nm)+2 CnH2n+1+ + LH Từ hydrocacbon naphten: Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit xúc tác hay ion cacboni khác tạo ion cacboni tơng tự nh trình xảy với parafin Từ hydrocacbon thơm ngời ta quan sát thấy kết hợp trực tiếp H+ vào nhân thơm: CH2 CH3 + H+ + CH2 CH3 H Các hydrocacbon thơm có mạch bên đủ dài tạo thành ion cacboni giống nh trờng hợp parafin Thời gian sống ion cacboni đợc tạo dao động từ phần triệu giây đến hàng phút Các ion cacboni tạo nằm lớp phần tử hấp phụ, chúng hợp chất trung gian hoạt động nhiều phản ứng xảy cracking Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 II.2.2 Giai đoạn biến đổi ion cacboni.[3,86] Giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo thành sản phẩm trung gian Ion cacboni biến đổi theo phản ứng sau: Phản ứng đồng phân hoá: chuyển rời ion hydro(H+) ,nhóm metyl (CH3) tạo cấu trúc nhánh + + R CH2 CH CH3 + R CH CH2 R C CH2 CH3 C C+ C C R R C C C C+ CH3 Sự chuyển dời ion cacboni xác định đợc độ ổn định ion Theo nguyên tắc: Độ ổn định ion cacboni theo bậc giảm dần nh sau : C3+ bậc > C3+ bậc > > C3+ bậc Độ bền ion cacboni định mức độ tham gia phản ứng chúng Vì ion cacboni bậc có độ bền cao nên cho phép nhận hiệu suất cao hợp chất iso- parafin Đồng thời ion cacboni nhanh chóng lại tác dụng với phân tử trung hoà olefin ( CmH2m ) hay parafin (CmH2m +2) tạo thành ion cacboni CnH2n+1 + CmH2m CnH2n + + CnH2n+1 + CmH2m+2 CnH2n+2 + + + + CmH2m+1 CmH2m+1 Phản ứng cracking : ion cacboni có số nguyên tử cacbon lớn xảy phân huỷ đứt mạch vị trí so với nguyên tử cacbon tích điện Sản phẩm phân huỷ phân tử hydrocacbon trung hoà ion cacboni có số nguyên tử cacbon nhỏ [A] [B] + R C C C C C C C [C] C Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Với ba vị trí ( [A] ,[B],[C] ) xác suất đứt mạch vị trí [A] lớn vị trí [B] cuối vị trí [C] Với ion cacboni mạch thẳng: + + CH3 CH CH2 R CH3 CH CH2 + R Đối với ion cacboni đồng đẳng benzen, ví dụ nh : + C C C Nếu áp dụng quy tắc vị trí bình thờng vị trí bền vững Ngời ta cho proton đợc kết hợp với liên kết CC nhân thơm tạo thành hợp chất trung gian, sau phân huỷ theo quy tắc nêu Khi phân huỷ, điện tích ion cacboni dịch chuyển theo sơ đồ sau: H C C + C C C C C + + + CH C C Nh hydrocacbon thơm hiệu ứng tích điện nhân thơm nguyên nhân quan trọng so với nguyên nhân biến đổi ion cacboni bậc hai thành bậc ba Các ion cacboni đồng đẳng benzen, mạch bên dài tốc độ đứt mạch xảy lớn dễ Ion cacboni izo-butyl benzen có tốc độ đứt mạch lớn 10 lần so với izo-propyl benzen Các nhóm metyl, etyl khó bị đứt khỏi nhân hydrocacbon thơm (vì l+ ợng liên kết lớn) khó tạo đợc CH3 C2H5.+Điều giải thích đợc xăng cracking xúc tác hàm lợng hydrocacbon thơm có mạch bên ngắn lớn giải thích đợc khí trình cracking xúc tác có hàm lợng lớn hydrocacbon có cấu trúc nhánh II.2.3 Giai đoạn dừng phản ứng.[3,87] Giai đoạn xảy ion cacboni kết hợp với nhau, chúng nhờng hay nhận nguyên tử hydro xúc tác để tạo thành phân tử trung hoà Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 III.Sự biến đổi hoá học hydrocacbon trình cracking xúc tác III.1 Sự biến đổi hydrocacbon parafin.[3,89] Giống nh trình cracking nhiệt, trình cracking xúc tác hydrocacbon parafin bị phân huỷ tạo thành phân tử olefin parafin có trọng lợng phân tử bé Phản ứng biểu diễn phơng trình tổng quát sau : CnH2n+2 CmH2m+2 + CqH2q (q, m < n) Nếu mạch parafin dài phân hủy xảy đồng thời số chỗ mạch xảy hai đầu mút mạch nh trình cracking nhiệt Các hydrocacbon parafin có trọng lợng phân tử thấp khả phân huỷ Ví dụ : Đối với butan C4H10 nhiệt độ 5000C , v0 =1 h-1 có 1% bị phân huỷ tốc độ phân huỷ lớn lần so với phân huỷ đơn dới tác dụng nhiệt Ngoài chúng bị khử hydro nhng mức độ nhỏ C4H10 o t C, xúc tác CH4 + C3H6 (60%) C2H6 + C2H4 (30%) C4H6 + H2 (10%) Năng lợng hoạt hoá phản ứng cracking parafin giảm dần theo chiều dài mạch hydrocacbon parafin tăng Ví dụ : E (kcal/mol) n-C6H14 n-C7H16 36 29 n-C8H18 24 Vì cracking, mạch hydrocacbon parafin dài , dễ bị bẻ gẫy.Ví dụ cracking xúc tác parafin nhiệt độ 5500C nh sau: n-C5H12 % cracking n-C7H16 n-C12H26 18 n-C12H26 42 Sự phân nhánh số lợng nhánh parafin có vai trò quan trọng qúa trình cracking Nó liên quan đến khả tạo ion cacboni Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 định đến tốc độ tạo thành sản phẩm Điều đợc chứng minh từ số liệu % chuyển hoá parafin C6 cracking xúc tác alumilosilicat dới : C6 % chuyển hoá CCCCCC 14 CCCCC 25 C CCCCC 25 C CCCC 32 C C C CCCC 10 C Khi cracking n hexan nhiệt độ 550 0C xúc tác axit ,sự phân bố sản phảm xảy nh sau : H2 %V CH4 C2 C3 C4 C5 12 19 49 8,5 1,6 Sự phân bố không đối xứng qua C Sự có mặt lợng lớn H2 metan cho thấy rằng, lúc xảy nhiều phản ứng, cà phản ứng cracking nhiệt phản ứng ion cacboni nh nêu Phản ứng tạo sản phẩm phụ thuộc vào tơng quan phản ứng cracking theo quy tắc phản ứng vận chuyển hydro ion cacboni + +RH RH + + R1 R Do cracking xúc tác mà làm giảm kích+ thớc ion cacboni +R Các ion có + olefin R2 + + kích thớc nhỏ nh CH3 hay C2H5 khó tạo ( cắt mạch vị trí so với 10 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Bố trí máy móc thiết bị phải thoáng, đờng ống dẫn nhà máy phải đảm bảo hạn chế tối đa tợng ống chồng chéo lên nhau, ống bắt qua đờng giao thông không đợc lên, đờng ống khu sản xuất phải bố trí cao đảm bảo cho công nhân qua Khu chứa nguyên liệu sản phẩm phải có tờng bao che để phòng có cố dầu bị rò rỉ , phải tính khả phát sinh nguồn lửa bắt cháy.Khoảng cách bể chứa nguyên liệu nh sản phẩm phải đảm bảo cách 50m để chống cháy nổ Còn kho bãi có hệ thống phòng cháy chữa cháy tốt, đại bố trí hệ thống bồn bể cách khoảng 30m bồn bể chứa phải nằm cuối hớng gió Bố trí hệ thống tự động hoá cho thiết bị dễ sinh tợng cháy nổ đảm bảo an toàn, hệ thống cung cấp điện cho thiết bị tự động phải tuyệt đối an toàn không để tợng chập mạch làm phát sinh tia lửa điện xảy Vận hành thiết bị phải theo thao tác kỹ thuật, quy trình công nghệ khởi động nh tắc hoạt động, làm việc theo quy định chặt chẽ Trong trờng hợp phải chữa thiết bị có chứa sản phẩm dễ gây cháy nổ cần phải dùng khí trơ để thổi vào thiết bị để đuổi hết sản phẩm , lu ý sửa chữa hàn phải khẳng định thiết bị an toàn không khí gây cháy nổ Giảm thấp nồng độ chất cháy nổ khu sản xuất, cháy nổ xăng dầu vấn đề đợc quan tâm để bảo vệ tính mạng ngời tài sản nhà máy Trong phân xởng phải có đội ngũ phòng cháy chữa cháy thờng trực 24/24h với đầy đủ trang thiết bị đại thuận tiện Các tiêu lênh phòng cháy chữa cháy phải tuân theo đầy đủ đề phòng có cố xảy để xử lý kịp thời Bố trí dụng cụ thiết bị chữa cháy linh động chỗ thiết bị dễ gây cháy nổ ( nh thiết bị phản ứng, thiết bị phân tách, tổ hợp khí, kho bể chứa ) kịp thời có tợng 72 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Tóm lại, nhà máy lọc dầu nói chung phân xởng cracking xúc tác nói riêng cần phải trang bị đầy đủ trang thiết bị phòng , chữa cháy đại, phải có đội ngũ phòng chữa cháy thờng trực,tại chỗ thiết bị dễ xảy cháy nổ cần bố trí thiết bị chứa cháy linh động Xung quanh bể chứa sản phẩm nguyên liệu cần bố trí hệ thống đờng dẫn khí trơ, nớc bọt chữa cháy để kịp thời xử lý có cố Đờng lại khu sản xuất phải thuận tiện dễ dàng cho xe cứu hoả lại Các thiết bị phải đợc bảo dỡng định kỳ, theo dõi chặt chẽ chế độ công nghệ nhà máy bể chứa cần phải nối đất để phòng xăng dầu bơm chuyển bị tích điện, sét đánh Trong qúa trình sản xuất phải đảm bảo an toàn thiết bị áp lực, hệ thống điện phải đợc thiết kế an toàn, hạn chế tối đa nguy gây cố, thiết bị phải có hệ thống bảo hiểm, phải có che chắn Trang thiết bị phòng hộ lao động cho công nhân lao động phân xởng II Trang thiết bị phòng hộ lao động Những công nhân làm việc nhà máy phải đợc học tập thao tác nội quy phòng cháy chữa cháy nhà máy, phải có kiến thức bảo vệ thân thể môi trờng không gây độc hại cho môi trờng xung quanh Trong nhà máy tuyệt đối không dùng lửa, tránh va chạm cần thiết để gây tia lửa điện , sửa chữa hạn chế việc sử dụng nguồn điện cao áp Trong công tác bảo quản bể chứa, phải làm việc bể chứa phải đảm bảo hút hết độc khí sản phẩm bể, công nhân làm việc trực tiếp phải đợc trang bị thiết bị phòng hộ lao động : Quần áo, mặt lạ , găng tay, ủng tránh độc bám vào ngời qua da, trang thiết bị phòng hộ lao động phải đợc cất giữ nơi làm việc không đợc mang Đối với trình có phát sinh độc lớn cần bố trí hệ thống tự động hoá sản xuất giảm bớt lợng công nhân cần thiết, bảo vệ sức khoẻ cho công nhân đồng thời nâng cao hiệu kinh tế, cần lắp đặt hệ thống đo lờng tự động hàm lợng chất gây độc hại cho ngời nh môi trờng để đa cảnh báo 73 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Kiểm tra sức khoẻ định kỳ cho công nhân, phát bệnh nghề nghiệp để phòng chống đảm bảo chế độ lao động cho ngời theo quy định nhà nớc Nghiêm cấm việc sử dụng xăng dầu để rửa chân tay, cọ quần áo chúng có tác hại lớn sức khoẻ ngời Xăng dầu hydrocacbon dễ bay hơi, xăng dầu dễ gây ô nhiễm môi trờng việc xử lý xăng dầu nhiệm vụ quan trọng nhà máy III Yêu cầu vấn đề vệ sinh môi trờng Đối với mặt phân xởng phải chọn tơng đối phẳng, có độ dốc tiêu thoát nớc tốt, vùng quy hoạch thiết phải đợc nghiên cứu, phải đựơc cấp Chính Phủ phê duyệt, đảm bảo vệ sinh môi trờng đồng thời phòng ngừa cháy nổ Vị trí nhà máy phải có khoảng cách an toàn với khu dân c , phân xởng thoát ,bụi độc hại cần bố trí cuối hớng gió chủ đạo đồng thời cần lu ý đến cờng độ gío Nớc thải sinh hoạt nguy hiểm cần phải xử lý làm nớc trớc thải sông hồ Nớc thải sản xuất sau làm nguội thiết bị trao đổi nhiệt, lợng nớc ngng tiếp xúc trực tiếp hay không trực tiếp với độc phải tiến hành xử lý Chơng VIII Tự động hóa I Mục đích vai trò tự động hóa Qúa trình điều khiển tự động trình ứng dụng dụng cụ, thiết bị máy móc tự động điều khiển vào trình công nghệ.Những phơng tiện cho phép thực qúa trình công nghệ theo phơng trình tiêu chuẩn đợc tạo dựng phù hợp với công nghệ, đảm bảo cho máy móc thiết bị hoạt động theo chế độ tối u nhất, việc tự động hoá không làm đơn giản thao tác sản xuất, tránh đợc nhầm lẫn, tăng suất lao động cho 74 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 phép giảm số lợng công nhân biện pháp hữu hiệu an toàn lao động Trong phân xởng cracking xúc tác thiết bị làm việc điều kiện nhiêt độ cao, hàm lợng hydrocacbon lớn chúng chất dễ gây cháy nổ Ngoài sản phẩm trình có khí độc hại cho sức khoẻ có hại cho môi trờng : H2S , NH3 , SO2, CO2, CO cần phải nghiêm ngặt an toàn sản xuất đảm bảo sức khoẻ cho công nhân môi trờng xung quanh nhà máy Để đảm bảo yêu cầu vừa nêu việc sử dụng hệ thống tự động đo lờng biện pháp tự động hoá sản xuất không vấn đề cần thiết mà có tính chất bắt buộc với công nghệ cracking xúc tác nói riêng nhà máy lọc dầu nói chung Trong hoạt động thiết bị không ổn định chế độ ổn định dây chuyền công nghệ bị phá vỡ, nhiều trờng hợp phải dừng hoạt động dây chuyền để sửa chữa cho dù thiết bị Nh từ đặc điểm cho thấy đo lờng tự động hoá tự động hóa dây chuyền công nghệ vấn đề quan trọng Nó không tăng xuất công nghệ, công suất thiết bị mà sở để vận hành công nghệ tối u tăng hiệu thu hồi sản phẩm đồng thời làm giảm đáng kể chi phí khác đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất Nhờ có điều khiển tự động mà cho ta biết đợc nơi xảy hịên tợng rò rỉ không an toàn nh cố thiết bị Quá trình giúp cho ngời lao động phân xởng tránh phải tiếp xúc với điều kiện độc hại thay cho ngời làm việc điều kiện khắc nghiệt khu vực ngời vào đợc Tự động hoá đảm bảo thao tác điều khiển thiết bị công nghệ cách xác tránh đợc cố xảy thao tác điều khiển, tự động báo động có cố xảy II Hệ thống điều khiển tự động Hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm đối tợng điều chỉnh (ĐT) điều chỉnh ( BĐC ) Bộ điều chỉnh bao gồm cảm biến khuyếch đại Bộ cảm biến dùng để phản ánh sai lệch thông số điều chỉnh so với giá trị cho trớc biến đổi thành tín hiệu 75 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Bộ khuyếch đại làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu cảm biến giá trị điều khiển (CQĐK), quan tác động nên đối lợng nhằm xoá độ sai lệch thông số điều chỉnh Mạch điều chỉnh đợc khép kín nhờ quan hệ ngợc Quan hệ đợc gọi quan hệ hồi tiếp III Các dạng điều khiển tự động Tự động kiểm tra thông số công nghệ ( nhiệt độ, áp suất, lu lợng, nồng độ ) kiểm tra thông số công nghệ có thay đổi hay không Nếu có cảnh báo thị ghi lại giá trị thay đổi đó, truyền tín hiệu tác động điều chỉnh đến đối tợng Sơ đồ tự động kiểm tra tự động điều chỉnh 76 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 5.a 5.b 5.c 5.d Trong : 1: Đối tợng điều chỉnh 2: Cảm biến đối tợng 5.a : Cảnh báo 5.b : Chỉ thị kim số 3: Bộ khuyếch đại 5.c : Ghi lại thay đổi 4: Yếu tố nhiễu 5.d : Phân loại 77 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Sơ đồ tự động điều khiển Trong : Đối tượng điều khiển Cảm biến đối tượng Bộ khuyếch đại Yếu tố nhiễu Bộ đặc Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tự động Trong : 1: Đối tợng điều chỉnh 5: Bộ đặc 2: Cảm biến đối tợng 6: Bộ so sánh 3: Bộ khuyếch đại 7: Cơ cấu chấp hành 4: Yếu tố nhiễu N Trong tất dạng tự động điều khiển thờng đợc sử dụng kiểu hệ lượngđiều khiển khép Đại lượng thống điều đặt khiển có tín hiệu phản hồi Đại ( mạch Y tự động X kín ).Giá trị thông tin đầu thiết bị dựa khác giá trị đo đợc biến điều khiển với giá trị tiêu chuẩn Sơ đồ đợc mô tả nh sau: Phản hồi Sơ đô mạch điều khiển phản hồi XCB X XĐT CB XPH 78 O Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Trong : Y : đại lợng đặt O : Đối tợng điều chỉnh ĐT: Phần tử đặt trị XĐT : Giá trị đặt trị X : Đại lợng XPH : Tín hiệu phản hồi ĐC : phần tử điều chỉnh X = XĐT - XCB N : Tác nhân nhiễu CB : cảm biến XCB : Gía trị cảm biến SS : phần tử so sánh Phần tử cảm biến : Là phần tử làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chỉnh X dịch chuyển rạng thông số khác phù hợp với thiết bị điều chỉnh Phần tử đặt trị : Là phận ấn định thông số cần trì giá trị phạm vi thông số cần điều chỉnh ( X ĐT ) Khi thông số vận hành lệch khỏi giá trị thiết bị điều chỉnh tự động phải điều chỉnh lại thông số cho phù hợp Phần tử so sánh : Là cấu tiếp nhận gía trị phần tử định trị quy định ( XĐT) so sánh với giá trị thông số nhận đợc từ phần tử cảm biến X CĐ, xác định sai lệch hai thông số X = XĐT - XCB để đa tín hiệu vào cấu điều chỉnh Cơ cấu điều chỉnh : Có nhiệm vụ biến tín hiệu nhận sai lệch X để gây tác động điều chỉnh trực tiếp Giá trị điều chỉnh đợc thay đổi liên tục tơng ứng với thay đổi liên tục cấu điều chỉnh 79 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 IV Hệ điều khiển tự động phản hồi Sơ đồ điều khiển nồng độ Dụng cụ đo Thiết bị Bộ điều khiển LC Van điều chỉnh Dòng Trong sơ đồ biến đợc điều khiển nồng độ, tốc độ dòng chảy biến thao tác Tín hiệu đợc điều khiển sinh cách so sánh giá trị biến đợc điều khiển với giá trị mong muốn ( giá trị cài đặt ) Sự sai khác hai tín hiệu đợc gọi tín hiệu sai khác, hệ thống điều khiển thông tin hàm tín hiệu sai khác Tín hiệu điều khiển đợc dùng nớc dùng điện Tín hiệu điều khiển đợc truyền qua van điều khiển van điều khiển đến vị trí đặc biệt đóng , mở Khi thay đổi tín hiệu điều khiển dẫn đến thay đổi tính trớc tốc độ dòng chảy chất lỏng khỏi thiết bị Nh nguyên tắc nguyên lý điều khiển hệ thống nh hầu nh giống tất hệ thống V Các ký hiệu thờng dùng tự động hoá t :Dụng cụ đo nhiệt độ : Dụng cụ đo áp suất 80 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 :Dụng cụ đo lu lợng TI :Dụng cụ đo nhiệt độ hiển thị trung tâm điều khiển TT :Dụng cụ đo nhiệt truyền xa đặt trung tâm điều khiển : Pcz Thiết bị đo áp suất tự động điều chỉnh ( van an toàn ) : LRA Bộ điều chỉnh mức chất lỏng tự ghi có báo động, khí cụ lắp tai trung tâm điều khiển : PIR Bộ điều chỉnh áp suất tự ghi hiển thị, khí cụ lắp trung tâm điều chỉnh : Cơ cấu để điều chỉnh : Cơ cấu để chấp hành :Tự động mở tín hiệu :Tự động đóng tín hiệu :Giữ nguyên VI Cấu tạo số thiết bị tự động cảm biến VI.1 Bộ cảm biến áp suất P Z Bộ cảm ứng kiểu màng P cảm ứng kiểu piston Bộ cảm ứng kiểu piston Bộ Trong điều chỉnh thờng sử dụng cảm ứng áp suất kiểu màng, hộp xếp piston, ống cong đàn hồi việc chọn cảm ứng áp suất phụ thuộc vào việc camr ứng độ xác theo yêu cầu VI.2 Bộ cảm ứng nhiệt độ Z 81 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Cảm ứng nhiệt độ kiểu màng Cảm ứng nhiệt độ kiểu hộp xếp Z Cảm ứng nhiệt độ kiểu lỡng kim giãn nở Cảm ứng nhiệt độ kiểu điện trở Hoạt động cảm ứng nhiệt độ dựa nguyên lý giãn nở nhiệt, mối quan hệ nhiệt độ chất khí áp suất bão hoà hệ kín, dựa nguyên lý nhiệt điện trở VI.3 Bộ cảm ứng mức đo chất lỏng Mức chất lỏng đo nhiều cách khác nhng cách đơn giản có độ xác cao đo phao Z Kiểu phao Kiểu Màng Z 82 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 VI.4 Bộ cảm biến lu lợng Bộ cảm biến lu lợng đợc xây dựng phụ thuộc Q = f.V Trong đó: f : diện tích đờng ống dẫn V : tốc độ chất lỏng chảy ống dẫn theo định luật Becnuli V = ì P P: độ chênh lệch áp suất chất lỏng : tỷ trọng chất lỏng Nếu tỷ trọng không đổi lu lợng thể tích phụ thuộc vào thông số tiết diện S chênh lệch áp suất P Ta có hai cách đo lu lợng: Khi tiết diện không đổi đo lu lợng độ chênh lệch áp suất trớc sau thiết bị có ống hẹp Khi độ chênh lệch áp suất không đổi đo diện tích tiết diện ống dẫn C nh áp bi ến đổ i C nh áp kh ôn g bi ến đổ i xác định đợc lu lợng dòng chảy Z Z 83 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 Kết luận Cracking xúc tác phơng pháp chế biến sâu có tầm quan trọng lớn công nghiệp chế biến dầu mỏ góp phần giải đáp ứng kịp thời nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu thị trờng số lợng chất lợng Sau tháng nghiên cứu tìm hiểu, em hoàn thành đề tài thiết kế phân xởng cracking xúc tác có xuất 3.000.000 tấn/năm Qua đồ án giúp em hiểu đợc bớc trình Thiết kế phân xởng sản xuất Bản đồ án giúp em hiểu đợc việc đa thành việc áp dụng nghiên cứu vào sản xuất trình phức tạp, đòi hỏi phải có liên quan đến trình sản xuất Bản đồ án đợc hoàn thành nhng điều kiện nh tài liệu tham khảo hạn chế, bớc đầu làm quen với việc thiết kế phân xởng sản xuất chắn không tránh khỏi sai sót Vậy em mong đợc 84 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 bảo ý kiến đóng góp thầy cô bạn đồng nghiệp để đồ án đợc hoàn thiện Cuối em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Hoá dầu - Hữu bạn Đặc biệt thầy giáo TS Lê Văn Hiếu tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2005 Sinh viên thực Nguyễn Đức Thịnh Mục lục Trang CHƯƠNG I Tổng quan lý thuyết CHƯƠNG II 18 Nguyên liệu qúa trình cracking xúc tác, sản phẩm thu đợc từ qúa trình xúc tác trình 18 CHƯƠNG III 29 chế độ công nghệ trình cracking xúc tác Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác 29 CHƯƠNG IV 39 Tính toán cân vật chất nhiệt l ợng .39 CHƯƠNG V 55 Xây Dựng 55 CHƯƠNG VI 59 Thiết kế tổng mặt phân x ởng tính toán kinh tế 59 Chơng VII 71 85 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1- K45 an toàn lao động 71 Chơng VIII 74 Tự động hóa 74 Kết luận 84 86 [...]... mạnh, hơn hẳn xúc tác aluminosilicat thông thờng.Trong công nghiệp ngời ta chế tạo xúc tác cha zeolit ở hai dạng chính : Xúc tác dạng cầu và xúc tác dạng bột Từ xúc tác dạng bột sau đó cải tiến thành xúc tác dạng cầu, thờng đợc áp dụng cho quá trình cracking xúc tác lớp sôi, còn xúc tác dạng cầu với kích thớc hạt từ 3 mm 5mm thì dùng cho quá trình cracking lớp xúc tác chuyển động 23 Đồ án tốt nghiệp... Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác I.Chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác. [1,127] Các thông số công nghệ của quá trình ảnh hởng đến các chỉ tiêu làm việc của quá trình cracking xúc tác. Các thông số công nghệ bao gồm: nhiệt độ, áp suất, tốc độ nạp liệu không gian thể tích (tốc độ nạp liệu riêng), bội số tuần hoàn xúc tác và mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá 29 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn... dây chuyền công nghệ cracking xúc tác II.1.Sơ lợc về sự phát triển hệ thống cracking xúc tác Năm 1936, dây chuyền cracking xúc tác đầu tiên đợc đa vào công nghiệp chế biến dầu, hoạt động theo phơng thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định do kỹ s ngời pháp Houdry thiết kế Năm 1941, xuất hiện quá trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thay thế cho quá trình Houdry.Dây chuyền cracking xúc tác loại này... hấp phụ trên bề mặt xúc tác. Vì vậy chúng kìm hãm ảnh hởng đến quá trình cracking các loại hydrocacbon loại khác IV Động học của qúa trình cracking xúc tác. [1,115] Cracking xúc tác là một ví dụ điển hình về xúc tác dị thể, quá trình cracking xúc tác có thể xảy ra qua những giai đoạn sau : Khuyếch tán nguyên liệu đến bề mặt của xúc tác đó còn gọi là quá trình khuếch tán ngoài Khuếch tán hơi nguyên liệu... III.2.3 .Xúc tác phải đảm bảo độ ổn định phải lớn và độ bền cơ nhiệt [3,73] Xúc tác phải giữ đợc những đặc tính chủ yếu ( nh hoạt tính, độ chọn lọc ) của nó sau thời gian làm việc lâu dài Trong quá trình làm việc xúc tác cọ xát với nhau và xúc tác cọ xát vào thành thiết bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ, khi xúc tác bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác tăng lên, làm mất mát xúc tác lớn Do vậy mà xúc tác. .. xúc tác Vì vậy việc lựa chọn chất xúc tác trong quá trình cracking xúc tác là rất quan trọng Hoạt tính của xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn.Khi sử dụng xúc tác có hoạt tính cao thì thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắm vẫn có thể đảm bảo năng suất yêu cầu Hoạt tính của xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác trong quá trình cracking III.2.2 Độ chọn lọc của xúc tác. .. tiến và hoàn thiện về dây truyền công nghệ của cracking xúc tác, ngời ta không ngừng nâng cao chất lợng xúc tác để tăng hiệu suất chế biến của quá trình.Từ chỗ chỉ dùng xúc tác axít Al Si ở dạng vô định hình, ngời ta đã nghiên cứu thành công và đa vào ứng dụng loại xúc tác ở dạng kết tinh zeolit Thành tựu này có thể nói là cuộc cách mạng trong cracking xúc tác Loại xúc tác này cho hiệu suất xăng và diezel... quá trình cracking xúc tác, ngoài mức độ biến đổi còn có các thông số quan trọng khác I.2 Bội số tuần hoàn xúc tác. [1,99] Bội số tuần hoàn xúc tác là tỷ số giữa khối lợng xúc tác và khối lợng nguyên liệu (X/RH) đa vào thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian Khi dùng xúc tác chứa zeolit cho phép giảm tỷ lệ X/RH xuống còn 10/1 so với xúc tác vô định hình là 20/1 Nếu khi dùng công nghệ xúc tác chuyển... yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking III.2.1 Hoạt tính xúc tác phải cao Trong phơng pháp cracking xúc tác, mức độ chuyển hoá của nguyên liệu phụ thuộc vào độ hoạt tính của xúc tác Sự có mặt của xúc tác sẽ làm giảm năng lợng cần thiết cho phản ứng và thời gian phản ứng Nghiên cứu về chất xúc tác đợc dùng trong công nghiệp dầu mỏ ngời ta nhận thấy rằng, độ hoạt tính của xúc tác phụ thuộc vào hoạt... oil đã thiết kế một loại FCC mới đó là cải tiến của model II và nó đợc áp dụng trong công nghiệp vào năm 1952 II.2 Xu hớng phát triển của cracking xúc tác. [4,25] Kể từ khi ra đời cho đến nay, cracking xúc tác đã trải qua một thời kỳ dài gần 40 năm cải tiến và hoàn thiện dần các quy trình công nghệ cũng nh các loại xúc tác sử dụng từ thiết bị cracking xúc tác đầu tiên với lớp xúc tác tĩnh hoạt động không ... lại trình cracking CHƯƠNG III chế độ công nghệ trình cracking xúc tác Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác I.Chế độ công nghệ trình cracking xúc tác. [1,127] Các thông số công nghệ trình... trình làm việc xúc tác cọ xát với xúc tác cọ xát vào thành thiết bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ, xúc tác bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác tăng lên, làm mát xúc tác lớn Do mà xúc tác phải đảm... khí Còn xúc tác đợc giữ lại quay trở lại tầng sôi II.3.3 Sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi (FCC) với thời gian tiếp xúc ngắn [1,147] Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Dây truyền công nghệ FCC gồm phận