do an cracking ly thuyet , hóa dầu

Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Lời mở đầuCH2 CH3 Trên giới, xăng H dầu coi hàng hoá + + H + quốc gia đặc biệt quan trọng, máu huyết kinh tế quốc dân quốc phòng Ngày bối cảnh Việt Nam không ngừng phát triển đổi vươn lên đường công nghiệp hoá, đại hoá đất nước, với máy móc, thiết bị công nghệ Vai trò xăng dầu ngày quan tâm đặc biệt Để đáp ứng kịp thời khối lượng xăng tiêu thụ ngày lớn ,người ta đưa phương pháp cracking xúc tác vào công nghiệp chế biến dầu mỏ, trình chưng cất khí quyển, chưng cất chân không hay cracking nhiệt, khối lượng xăng thu không đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trường 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 phương pháp chế biến sâu dây chuyền sản xuất nhằm chuyển hoá dầu thô tới mức tối ưu thành nhiên liệu sản phẩm quan trọng khác Một phương pháp đại áp dụng rộng rãi nhà máy chế biến dầu giới trình cracking xúc tác Với đồ án chuyên ngành thiết kế phân xưởng cracking xúc tác suất ,,,,,,,,,,,, tấn/năm Chúng em hy vọng bổ xung thêm kiến thức để góp phần nhỏ bé vào công đổi đất nước Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Thanh Thanh tận tình giúp đỡ em thời gian qua để em hoàn thành đồ án CH2 CH3 Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh CHƯƠNG I: Tổng quan lý thuyết I.1 Giới thiệu chung trình cracking xúc tác I.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển qúa trình cracking xúc tác[1,106] Quá trình cracking xúc tác nghiên cứu từ cuối kỷ XIX, đến năm 1923, kỹ sư người Pháp tên Houdry đề nghị đưa quá trình vào áp dụng công nghiệp Đến năm 1936, nhà máy cracking xúc tác xây dựng Mỹ, công ty Houdry Process corporation Ban đầu tồn nhiều nhược điểm 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 cải tiến hoàn thiện, nhằm mục đích nhận nhiều xăng với chất lượng xăng ngày cao từ nguyên liệu có chất lượng ngày (từ phần cặn nặng hơn) I.1.2 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 chưng cất trực tiếp AD (Atmotpheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu thô Đồng thời mục đích nhận xăng người ta nhận nguyên liệu có chất lượng cao cho công nghệ tổng hợp hoá dầu hoá học Ngoài thu thêm số sản phẩm phụ khác gasoil nhẹ, gasoil nặng, khí chủ yếu phần tử có nhánh cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu I.1.3 Vai trò trình cracking xúc tác điều kiện công nghệ.[1,107] Quá trình cracking xúc tác trình thiếu nhà máy chế biến dầu giới, trình trình sản xuất xăng có trị số octan cao Xăng thu từ quá trình dùng để phối trộn với loại xăng khác để tạo mác xăng khác Khối lượng xăng thu từ trình chiếm tỷ lệ lớn khoảng 70-80% so với tổng lượng xăng thu từ trình chế biến khác Lượng dầu mỏ chế biến cracking xúc tác chiếm tương đối lớn Ví dụ vào năm 1965, lượng dầu mỏ giới chế biến 1.500 tấn/ngày cracking xúc tác chiếm 800 (tương ứng 53%) Quá trình cracking xúc tác tiến hành điều kiện công nghệ : Nhiệt độ : 4700C – 5500C Áp suất vùng lắng lò phản ứng : 0,27 Mpa Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh 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% lượng tuần hoàn tối đa 30% Khi mức độ chuyển hoá cao 70% phải giảm lượng tuần hoàn chí không cần tuần hoàn Xúc tác cho trình cracking thường dùng xúc tác zeolit mang tính axít Sản phẩm trình hỗn hợp phức tạp hydrocacbon loại khác nhau, chủ yếu hydrocacbon có số cacbon từ trở lên, với cấu trúc nhánh I.2 Bản chất hoá học trình cracking xúc tác chế phản ứng II.2.1 Bản chất hoá học trình cracking xúc tác [2,100] Cracking trình bẻ gẫy mạch cacbon – cacbon hydrocacbon Trong công nghệ dầu mỏ, trình ứng dụng để biến đổi phân đoạn nặng thành sản phẩm nhẹ, tương ứng với khoảng sôi sản phẩm trắng xăng, kerosen, diezen Quá trình thực tác dụng nhiệt độ (cracking nhiệt) xúc tác (cracking xúc tác) II.2.2 Cơ chế phản ứng cracking xúc tác.[1,107] Hiện chưa 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 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 1: Giai đoạn tạo ion cacboni Giai đoạn 2: Các phản ứng ion cacboni (giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo thành sản phẩm trung gian) Giai đoạn 3: Giai đoạn dừng phản ứng II.2.2.1 Giai đoạn tạo thành ion cacboni [1,108] Ion cacboni tạo tác dụng hydrocacbon parafin, olefin, hydrocacbon naphten, hydrocacbon thơm với tâm axít xúc tác • Từ hydrocacbon parafin: Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Cn H n + H +  → +Cn H n +1 • Cn H 2n + LH  → +Cn H n +1 + L Từ olefin: • Từ hydrocacbon naphten: Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit xúc tác hay ion cacboni khác tạo ion cacboni tương tự trình xảy với parafin • Từ hydrocacbon thơm người ta quan sát thấy kết hợp trực tiếp H + vào nhân thơm: CH 2CH + H+ + CH2 CH H Các hydrocacbon thơm có mạch bên đủ dài tạo thành ion cacboni giống trường hợp parafin II.2.2.2 Giai đoạn biến đổi ion cacboni.[1,108] Ion cacboni được tạo từ giai đoạn lại nhanh chóng tham gia các phản ứng biến đổi khác như: • Phản ứng đồng phân hoá: chuyển rời ion hydro (H +), nhóm metyl (CH3) tạo cấu trúc nhánh R− C− C− C− C+  C− C+− C− C− R • Phản ứng cracking theo quy tắc β (cắt mạch ở vị trí β so với cacbon mang điện): R – C – C = C + C+ – R + +CH3 Với ba vị trí β (A, B, C) xác suất đứt mạch vị trí [A] lớn vị trí [B] cuối vị trí [C] Đồng thời ion cacboni nhanh chóng lại tác Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh dụng với phân tử trung hoà olefin (C mH2m) hay parafin (CmH2m +2) tạo thành ion cacboni theo phản ứng vận chuyển ion hydrit: + Cn H 2n+1 +C m H 2m  → Cn H 2n + + Cm H 2m+1 + Cn H 2n+1 +Cm H 2m+2  → Cn H 2n+2 + + Cm H 2m+1 Các ion mới này lại có thể tham gia các phản ứng đồng phân hoá, cracking, alkyl hoá hay ngưng tụ Biến đổi của ion cacboni tiếp diễn cho đến nó có cấu trúc bền vững nhất, có độ bền cao nhất Có thể sắp xếp độ bền của các ion cacboni theo thứ tự sau: Ion cacboni bậc > Ion cacboni bậc > ion cacboni 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 Chất lượng sản phẩm được quyết định bởi các phản ứng của ion cacboni mà đặc biệt là các phản ứng phân huỷ, đồng phân hoá và chuyển vị hydro II.2.2.3 Giai đoạn dừng phản ứng.[1,109] Giai đoạn xảy ion cacboni kết hợp với nhau, chúng nhường hay nhận nguyên tử hydro xúc tác để tạo thành phân tử trung hoà CHƯƠNG II: Nguyên liệu, sản phẩm và xúc tác qúa trình cracking xúc tác II.1 Nguyên liệu dùng quá trình cracking xúc tác.[1,124] Theo lý thuyết phân đoạn chưng cất dầu mỏ có điểm sôi lớn xăng dùng làm nguyên liệu cho qúa trình cracking xúc tác Nhưng giới hạn việc sử dụng phân đoạn chưng cất dầu mỏ vào làm nguyên liệu cho cracking xúc tác có tầm quan trọng lớn Nếu lựa chọn nguyên liệu không thích hợp không đưa đến hiệu kinh tế cao ảnh hưởng đến độ hoạt tính xúc tác Ngày người ta thường dùng phân đoạn nặng thu từ trình cracking nhiệt, cốc hoá chậm, phân đoạn dầu nhờn chưng cất chân không dầu mazút tách nhựa làm nguyên liệu cho cracking xúc tác Để tránh tượng tạo cốc nhiều trình cracking xúc tác tránh nhiễm độc xúc tác, nguyên liệu cần phải tinh chế sơ trước đưa vào chế biến • Ta dùng phân đoạn sau làm nguyên liệu cho cracking xúc tác: Phân đoạn kerosen –xola trình chưng cất trực tiếp Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Phân đoạn xôla có nhiệt độ sôi 300 0C – 5000C trình chưng cất chân không mazút • Phân đoạn gasoil trình chế biến thứ cấp khác • Phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi 3000C – 5500C Như vậy, người ta có thể phân nguyên liệu cho cracking xúc tác làm bốn nhóm sau: Nhóm 1: Nhóm nguyên liệu nhẹ, là phân đoạn kerosene – xôla lấy từ quá trình chưng cất trực tiếp có: Tos = 260 ÷ 380oC; d = 0,830 ÷ 0,860; M = 190 ÷ 220 đ.vC Đó là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất xăng máy bay Nhóm 2: Phân đoạn gasoil nặng có giới hạn nhiệt độ sôi 300 ÷ 500 oC và: d = 0,880 ÷ 0,920; M = 280 ÷ 330 đ.vC Chủ yếu để sản xuất xăng ôtô Nhóm 3: Nhóm nguyên liệu có thành phần phân đoạn rộng, đó là hỗn hợp của hai nhóm trên, (Nhiệt độ sôi 210 đến 550 oC), có thể lấy từ chưng cất trực tiếp hay là phần chiết của quá trình làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc Nhóm này để sản xuất xăng ôtô và máy bay Nhóm 4: Nhóm nguyên liệu trung gian là hỗn hợp phân đoạn kerosene nặng và xôla nhẹ, nhiệt độ sôi 300 đến 430oC, để sản xuất xăng ôtô và máy bay Trong các nhóm nguyên liệu trên, tốt nhất là và chủ yếu dùng cho cracking xúc tác là phân đoạn kerosene – Xôla gasoil nặng, thu được từ chưng cất trực tiếp Phân đoạn này cho hiệu suất xăng cao, ít tạo cốc nên thời gian làm việc của xúc tác kéo dài • II.2 Sản phẩm thu từ quá trình cracking xúc tác.[2,115] Hiệu suất đặc tính sản phẩm cracking xúc tác phụ thuộc vào chất nguyên liệu, chất lượng xúc tác chế độ công nghệ Sản phẩm trình xăng, thu thêm số sản phẩm phụ khí, gasoil nặng, gasoil nhẹ II.2.1 Sản phẩm khí cracking xúc tác.[2,115] Hiệu suất khí cracking xúc tác chiếm khoảng 10 – 15% lượng nguyên liệu đem cracking Nó dao động phụ thuộc vào chất nguyên liệu đem cracking Hiệu suất nhiều hay phụ thuộc vào điều kiện cracking Nếu cracking xúc tác điều kiện cứng (nhiệt độ cao, tốc độ nạp liệu nhỏ, bội số tuần Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh hoàn lớn) hiệu suất khí lớn, cracking điều kiện mềm hiệu suất khí Thành phần khí cracking phụ thuộc vào chất nguyên liệu, vào chất xúc tác Nếu nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao khí cracking xúc tác chứa nhiều H2S Thành phần khí cracking xúc tác: C1,C2 C3 C4 C5 • • • • • • % khối lượng 10-25 25-30 30-50 10-20 II.2.2 Xăng cracking xúc tác.[2,117] Đây sản phẩm trình cracking xúc tác, hiệu suất xăng thường dao động khoảng từ 30-35% lượng nguyên liệu đem vào cracking Hiệu suất chất lượng xăng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác, chế độ công nghệ Nếu nguyên liệu có nhiều naphten xăng thu có chất lượng cao Nếu nguyên liệu có nhiều parafin xăng thu có trị số octan thấp Nếu nguyên liệu có nhiều lưu huỳnh xăng thu có nhiều lưu huỳnh (thường chiếm 15% tổng lượng lưu huỳnh có nguyên liệu) Xăng cracking xúc tác có các đặc trưng sau: Tỷ trọng: 0,72 ÷ 0,77; Trị số octan 87 ÷ 91 (Theo RON); Thành phần hoá học: ÷ 10% olefin, 20 ÷ 30% aren, còn lại là naphten và izo– paraffin II.2.3 Sản phẩm gasoil nhẹ.[2,118] Gasoil nhẹ là sản phẩm phụ thu được cracking xúc tác; có nhiệt độ sôi khoảng 175 đến 350oC Gasoil nhẹ thường được dùng làm cấu tử pha cho nhiên liệu diezel, làm nguyên liệu pha vào mazut làm tăng chất lượng dầu mazut Gasoil nhẹ cracking xúc tác có đặc tính sau: Tỷ trọng: 0,84 ÷ 0,94 Thành phần hoá học: 1,7÷2,4% trọng lượng lưu huỳnh, 30÷50% hydrocacbon thơm, lại naphten parafin II.2.4 Sản phẩm gasoil nặng.[2,118] Sản phẩm gasoil nặng phần cặn lại trình cracking xúc tác, có Ts 3500C, d420 = 0,890 ÷ 0,990 Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Sản phẩm chứa lượng lớn tạp chất học Hàm lượng lưu huỳnh cao nguyên liệu ban đầu khoảng 1,5 lần Nó sử dụng làm nguyên liệu cho cracking nhiệt cốc hoá, làm nguyên liệu đốt lò, làm nguyên liệu sản xuất bồ hóng, quay trở lại trình cracking II.3 Xúc tác cho quá trình cracking.[2,119] Phản ứng cracking xúc tác chủ yếu xảy bề mặt của xúc tác Chiều của phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của xúc tác, củng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và các thông số công nghệ của quá trình Trong quá trình, cốc tạo sẽ bám bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạt tính của nó Vì thế việc khôi phục lại hoạt tính của xúc tác bằng quá trình tái sinh xúc tác củng là một vấn đề hết sức quan trọng, cần được giải quyết đối với cracking công nghiệp Xúc tác được dùng cracking thường là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp, với bề mặt riêng lớn II.3.1 Các loại xúc tác:[2,119] Xúc tác triclorua nhôm AlCl3: Triclorua nhôm cho phép tiến hành phản ứng nhiệt độ thấp: 200 – 300oC , dễ chế tạo Nhược điểm xúc tác bị mát tạo phức với hydrocacbon thơm nguyên liệu, điều kiện tiếp xúc xúc tác nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất chất lượng xăng thấp Aluminosilicat vô định hình: Ban đầu người ta sử dụng đất sét bentonit, song hiệu suất chuyển hóa thấp Sau dùng aluminosilicat tổng hợp, xúc tác có hoạt tính cao Hiện chủ yếu sử dụng zeolit xúc tác aluminosilicat chứa zeolit Ưu điểm loại xúc tác chứa zeolit giảm giá thành xúc tác, zeolit tổng hợp đắt Dễ dàng tái sinh xúc tác trình phản ứng, cốc tạo thành bám bề mặt chất mang (là aluminosilicat), không chui vào mao quản zeolit, điều cho phép trình đốt cháy cốc xảy thuận tiện triệt để Hiện công nghiệp sử dụng chủ yếu zeolit X, Y có kích thước mao quản rộng (8–10Ao) để chế tạo xúc tác cho cracking phân đoạn rộng nặng Ngoài sử dụng loại zeolit mao quản trung bình ZSM–5, ZSM–11 Các xúc tác chế tạo dạng hạt vi cầu để sử dụng cho trình cracking với lớp giả sôi (FCC) dạng cầu lớn cho thiết bị xúc tác chuyển động (RCC) II.3.2 Vai trò xúc tác [2,119] Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Xúc tác có tác dụng làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng Ví dụ, có mặt xúc tác 400 – 500 oC, olefin chuyển hóa nhanh 1000 đến 10.000 lần so với cracking nhiệt Ngoài ra, xúc tác có tính chọn lọc, có khả làm tăng hay chậm không đồng loại phản ứng, có nghĩa hướng theo chiều có lợi IV.3.3 Yêu cầu xúc tác cracking:[2,120] Xúc tác cracking phải đảm bảo yêu cầu sau đây: • Hoạt tính xúc tác phải cao; • Độ chọn lọc phải cao; • Độ ổn định cao; • Bền cơ, bền nhiệt (để làm việc nhiệt độ cao); • Độ cao (về cấu trúc, hình dạng, kích thước); • Phải bền với tác nhân gây ngộ độc xúc tác; • Phải có khả tái sinh; • Phải dễ sản xuất giá thành hạ Với yêu cầu zeolit xúc tác chứa zeolit tỏ có nhiều ưu điểm II.3.4 Tái sinh xúc tác.[2,121] Xúc tác tái sinh sau một thời gian làm việc sẽ bị mất hoạt tính cốc tạo thành bám dính bề mặt, hoặc một số phản ứng phụ tạo polyme, che phủ các tâm hoạt tính của xúc tác Để xúc tác có thể làm việc được bình thường, phải tái sinh để khôi phục lại hoạt tính của nó Bản chất của quá trình tái sinh là đốt cháy cốc bám bề mặt Ví dụ, đối với aluminosilicat đốt ở 540 đến 680 oC, quá trình đốt cháy cốc xẩy các phản ứng sau: 2C + O2 C + O2  →  → 2CO + Q 2CO2 + Q  → 2H2 + O2 2H2O + Q Khả tái sinh có thể đánh giá bằng cường độ cháy cốc, cường độ cháy cốc càng cao, quá trình tái sinh xúc tác càng nhanh Người ta thấy rằng, nhiệt độ tốt nhất để đốt cháy cốc nằm khoảng 540 đến 680oC Nếu quá thấp, cốc không cháy hết, nếu quá cao (700 oC) xúc tác bị thiêu kết, dẫn đến giảm bề mặt, làm giảm hoạt tính của xúc tác II.3.5 Các dạng hình học của xúc tác.[2,121] Xúc tác cracking thường được sử dụng ở các dạng sau: Page Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh Xúc tác dạng bụi: có kích thước từ đến 80 µm (phần lớn là 40 đến 80 µm) • Xúc tác dạng vi cầu: kích thước từ 50 đến 150 µm so với xúc tác bụi, xúc tác vi cầu ít bị mài mòn, vậy xúc tác ít bị tổn hao Cả hai loại xúc tác bụi và vi cầu được sử dụng phổ biến hệ thống cracking với lớp xúc tác giả sôi Xúc tác dạng cầu lớn: đường kính hạt xúc tác từ đến mm Độ bền của lại này rất tốt Trong quá trình làm việc ít bị mài mòn, ít bị vỡ Dạng xúc tác này thường dùng lớp xúc tác chuyển động Xúc tác dạng trụ: có đường kính từ đến mm, chiều cao từ đến mm Độ bền kém, quá trình sử dụng dễ bị vỡ vụn, làm tiêu hao xúc tác Loại này được sử dụng hệ thống xúc tác cracking với lớp xúc tác tĩnh Với loại xúc tác này, độ bền học lớn nhất chiều cao hình trụ bằng đường kính • CHƯƠNG III : Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác III.1 Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác III.1.1 Sơ lược phát triển hệ thống cracking xúc tác [1,131] Năm 1936, dây chuyền cracking xúc tác đưa vào công nghiệp chế biến dầu, hoạt động theo phương thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định kỹ sư người pháp Houdry thiết kế Năm 1941, xuất trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thay cho trình Houdry Dây chuyền cracking xúc tác loại Nga có tên loại 43-1 43-102, nước khác có tên TCC Các dây truyền sau liên tục cải tiến so với dây chuyền ban đầu khâu vận chuyển xúc tác Năm 1942 dây chuyền cracking xúc tác lớp sôi FCC đưa vào hoạt động với công suất 12.000 thùng nguyên liệu/ngày Loại dây chuyền có tên (Up Flow) Xúc tác đưa từ đỉnh lò phản ứng tái sinh Năm 1944 dây chuyền mang tên Down Flow model II Dây chuyền có thiết bị phản ứng thiết bị tái sinh có đường kính lớn trước trình tách sản phẩm thực thiết bị phản ứng, tái sinh xúc tác dạng tầng sôi trình thổi ngày cải tiến xúc tác chuyển động từ phía lấy đáy thiết bị người ta cải tiến hình dạng xúc tác Năm 1947, hãng UOP thiết kế loại FCC thiết bị phản ứng thiết bị tái sinh chồng lên trục Năm 1951, loại Orthor Flow M.W.Kellog xuất Sau hãng Standard – oil thiết kế loại FCC cải tiến model II áp dụng công nghiệp vào năm 1952 10 Page 10 Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh III.1.2 Xu hướng phát triển cracking xúc tác.[4,25] Kể từ đời nay, cracking xúc tác trải qua thời kỳ dài gần 40 năm cải tiến hoàn thiện dần quy trình công nghệ loại xúc tác sử dụng từ thiết bị cracking xúc tác với lớp xúc tác tĩnh hoạt động không liên tục người không ngừng cải tiến thành kiểu cracking xúc tác tầng sôi hoạt động liên tục với chất xúc tác dạng hạt dạng bột trạng thái chuyển động Dần dần người ta thay loại xúc tác dạng hạt thành dạng bột có độ lớn vào khoảng 20 – 100 micron thu hiệu suất cao, nâng giá trị kinh tế dầu thô đưa vào chế biến Ngày nay, cracking xúc tác lớp tầng sôi phương pháp đại áp dụng rộng dãi giới đặc biệt Mỹ, tỷ lệ cracking xúc tác lớp tầng sôi chiếm vào khoảng 72% năm 1995 10 năm sau tăng lên tới 82% so với toàn cracking xúc tác, nước phát triển khác Tây âu, tỷ lệ chiếm vào khoảng 79% Trong 10 năm gần đây, xu hướng tiếp tục xây dựng phân xưởng cracking xúc tác lớp sôi với công suất lớn từ 4,2 đến 5,2 triệu m 3/năm Do công suất lớn nên vốn đầu tư chi phí sản xuất cho m nguyên liệu đưa vào rẻ III.2 Phân tích lựa chọn công nghệ cracking xúc tác Qua lịch sử phát triển trình cracking xúc tác, đồng thời qua phân tích đánh giá yêu cầu khác chế độ làm việc, nguyên liệu xúc tác ta thấy trình FCC có nhiều ưu điểm thuận lợi, hệ thống sử dụng ngày phổ biến công nghiệp dầu mỏ, hãng công nghiệp hàng đầu lĩnh vực UOP, Kellogg, Shell, IFP, Exxon nghiên cứu để hoàn thiện nhằm mục đich đạt suất hiệu cao nhất, sử dụng nguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm xúc tác phải kinh tế Qua thực tế dùng hệ thống cracking xúc tác lớp sôi sử dụng xúc tác dạng bụi hay vi cầu, người ta thấy có nhiều ưu điểm hệ thống cracking xúc tác lớp xúc tác chuyển động Những ưu điểm là: Các thiết bị trình thiết bị phản ứng thiết bị tái sinh có cấu tạo đơn giản, so với dạng thiết bị khác trình cracking thực tế chúng hình rỗng Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh ngược lại nhờ vận chuyển liên tục khí giới hạn rộng Do khuấy trộn mạnh mẽ xúc tác nguyên liệu dẫn đến đồng nhiệt độ toàn thể tích lớp xúc tác thiết bị phản ứng thiết bị tái sinh, khắc phục tượng nhiệt cục Hệ thống có khả chế biến dạng nguyên liệu khác nhau, từ 11 Page 11 Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh nguyên liệu phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng mazut, làm tăng tính vạn hệ thống Hệ thống có công suất làm việc lớn có thời gian tiếp xúc ngắn (thời gian tiếp xúc nguyên liệu xúc tác cực tiểu) dẫn đến việc đạt hiệu suất xăng cực đại olefin nhẹ không xảy phản ứng ngưng tụ bậc hai mà tạo xăng ứng dụng phương pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO thiết bị tái sinh) dẫn đến đạt hàm lượng cất cặn thấp xúc tác Với ưu điểm nổ bật nên ta chọn sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi FCC với thời gian tiếp xúc ngắn cho trình cracking xúc tác III.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 sau: • Thiết bị phản ứng • Lò tái sinh khối tận dụng nhiệt khí khói • Bộ phận phân chia sản phẩm III.3.1 Thiết bị phản ứng Nguyên liệu từ bể chứa nguyên liệu (1) cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm (2) Nguyên liệu đem trộn với phần tuần hoàn HCO (phân đoạn dầu nặng trình cracking xúc tác) cặn đáy thiết bị (3), sau cho qua lò đốt nóng nguyên liệu cracking (4) Nguyên liệu cracking tiếp xúc với xúc tác nóng tái sinh đáy ống đứng (5), nguyên liệu bay với hỗn hợp nóng xúc tác lên phía tới đỉnh ống đứng, đồng thời xảy phản ứng cracking xúc tác Hầu hết nguyên liệu tham gia phản ứng chuyển hoá ống đứng, thiết bị phản ứng (6) được dùng thiết bị tách xúc tác hydrocacbon Một phận thiết kế đặc biệt, bố trí gần van chặn, dùng nước để thổi xúc tác dầu điều hạn chế mức tối đa tượng trộn quay trở lại xúc tác khí làm việc Sau tách khỏi xúc tác, sản phẩm nóng chuyển sang cột phân đoạn (7) Xúc tác làm việc cho qua vùng tách (còn gọi phận rửa xúc tác) (8) cách thổi nước vào Bộ phận rửa không làm nhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp phụ xúc tác mà làm tơi hạt xúc tác để chúng không dính vào trước sang lò tái sinh Tốc độ cần điều chỉnh thích hợp cần phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lưu xúc tác phận rửa để tránh phải dùng nhiều không khí lò tái sinh Áp suất thiết bị phản ứng khống chế phận điều chỉnh áp suất cột phân đoạn 12 Page 12 Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh III.3.2 Lò tái sinh khối tận dụng nhiệt khói lò Xúc tác có chứa cốc chuyển qua van điều khiển (9) khống chế độ kiểm tra mức xúc tác lò phản ứng,sau vào lò tái sinh (10) Xúc tác vào lò tái sinh Xúc tác vào lò tái sinh theo hướng tiếp tuyến với thành lò Mục đích tái sinh đốt cháy cốc bám xúc tác làm việc oxy không khí, sản phẩm tạo thành CO CO 2, nước mà trả lại bề mặt hoạt tính cho xúc tác Sau nén không khí để đốt đưa vào đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để trộn có hiệu không khí xúc tác.Sự cháy xảy lớp sôi để đạt điều tốc độ không khí phải lớn m/s Xúc tác tái sinh chuyển vào ống đứng sau đuổi khí qua van (11) mà hoạt động van khống chế, điều khiển tự động nhờ phận điều chỉnh nhiệt độ thiết bị phản ứng, sau xúc tác trộn với nguyên liệu cracking hoàn thành chu trình Đồng thời ta tiến hành tháo xúc tác bẩn già hoá tiếp tục bổ xung xúc tác để đảm bảo độ hoạt tính ổn định xúc tác trình làm việc Khí trình cháy cốc hạt xúc tác chuyển động từ "pha đặc” vào “pha loãng" đỉnh lò tái sinh, qua hai cấp xyclon (12) để giữ lại hạt xúc tácvà khí tách Sau đó, khí khói qua buồng lắng (13) để tách tiếp bụi xúc tác, qua phận tận dụng nhiệt (14), sau khí khói làm bụi xúc tác lọc điện (15) theo ống khói (16) III.3.3 Bộ phận phân chia sản phẩm Hơi sản phẩm nạp vào cột phân đoạn để chia thành sản phẩm khác nhau: Xăng phần nhẹ cho qua phận ngưng tụ (17) vào thiết bị tách khí (18) Sau tách khí, ta nhận phân đoạn C ,C2 Các sản phẩm dùng làm khí nhiên liệu cho dây chuyền Phân đoạn C ,C4 chứa nhiều propen buten dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá sản phẩm xăng khử butan Từ cột phân đoạn ta nhận naphta nặng , LCO, HCO Phần HCO cho tuần hoàn lại ống đứng thiết bị phản ứng sản phẩm cuối phần dầu cặn làm khỏi bùn xúc tác 13 Page 13 [...]... rất nhiều ưu điểm và thuận lợi, hệ thống này được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp dầu m , nó được các hãng công nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực này như UOP, Kellogg, Shell, IFP, Exxon nghiên cứu để hoàn thiện hơn nhằm mục đich đạt năng suất hiệu quả cao nhất, sử dụng nguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm được xúc tác và phải là kinh tế nhất Qua thực tế dùng hệ thống cracking xúc tác lớp sôi sử... gần đây, xu hướng vẫn tiếp tục xây dựng phân xưởng cracking xúc tác lớp sôi với công suất lớn từ 4,2 đến 5,2 triệu m 3/năm Do công suất lớn nên vốn đầu tư cũng như chi phí sản xuất cho 1 m 3 nguyên liệu đưa vào rẻ hơn III.2 Phân tích lựa chọn công nghệ cracking xúc tác Qua lịch sử phát triển của quá trình cracking xúc tác, đồng thời qua phân tích đánh giá các yêu cầu khác như chế độ làm việc, nguyên... được hiệu suất cao, nâng giá trị kinh tế của một tấn dầu thô đưa vào chế biến Ngày nay, cracking xúc tác lớp tầng sôi là một phương pháp hiện đại nhất và được áp dụng rộng dãi trên thế giới đặc biệt là ở M , tỷ lệ cracking xúc tác ở lớp tầng sôi chiếm vào khoảng 72% năm 1995 và 10 năm sau đã tăng lên tới 82% so với toàn bộ cracking xúc tác, còn ở các nước phát triển khác ở Tây âu, tỷ lệ này chiếm vào... nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh III.1.2 Xu hướng phát triển của cracking xúc tác.[ 4,2 5] 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 như các loại xúc tác sử dụng từ thiết bị cracking xúc tác đầu tiên với lớp xúc tác tĩnh hoạt động không liên tục con người đã không ngừng cải tiến thành kiểu cracking xúc tác tầng... tuần hoàn HCO (phân đoạn dầu nặng của quá trình cracking xúc tác) và cặn đáy ở thiết bị (3 ), sau đó cho qua lò đốt nóng nguyên liệu cracking (4) Nguyên liệu cracking được tiếp xúc với xúc tác nóng đã tái sinh ở đáy của ống đứng (5 ), khi đó nguyên liệu bay hơi cùng với hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác được đi lên phía trên tới đỉnh của ống đứng, đồng thời xảy ra các phản ứng cracking xúc tác Hầu hết... ứng và chuyển hoá trong ống đứng, còn thiết bị phản ứng (6) được được dùng như một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon Một bộ phận được thiết kế đặc biệt, bố trí gần van chặn, dùng hơi nước để thổi xúc tác và dầu điều này sẽ hạn chế mức tối đa hiện tượng trộn quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng được chuyển sang cột phân đoạn (7) Xúc tác đã... và khí trong một giới hạn rộng Do sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng nhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị tái sinh, khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau, như từ 11 Page 11 Đồ án công nghệ GVHD: TS Lê Thanh Thanh nguyên liệu là phân đoạn kerosen... lò Xúc tác có chứa cốc được chuyển qua van điều khiển (9) và khống chế bởi độ kiểm tra mức xúc tác ở trong lò phản ứng,sau đó đi vào lò tái sinh (10) Xúc tác vào lò tái sinh Xúc tác vào lò tái sinh theo hướng tiếp tuyến với thành lò Mục đích của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy không kh , sản phẩm tạo thành là CO và CO 2, hơi nước do vậy mà trả lại bề mặt hoạt tính cho... đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để trộn có hiệu quả giữa không khí và xúc tác.Sự cháy cũng xảy ra trong lớp sôi và để đạt được điều đó thì tốc độ của không khí phải lớn hơn 1 m/s Xúc tác đã tái sinh được chuyển vào ống đứng sau khi đã đuổi sạch khí qua một van lá (11) mà sự hoạt động của van này được khống ch , điều khiển tự động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị phản ứng, rồi sau đó xúc... thể được dùng làm khí nhiên liệu cho dây chuyền Phân đoạn C 3 ,C4 chứa nhiều propen và buten được dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá và sản phẩm tiếp theo là xăng đã khử butan Từ cột phân đoạn chính ta còn nhận được naphta nặng , LCO, HCO Phần HCO có thể cho tuần hoàn lại ống đứng của thiết bị phản ứng và sản phẩm cuối cùng là phần dầu cặn đã được làm sạch khỏi bùn xúc tác 13 Page 13