Đang tải... (xem toàn văn)
PHỤ LỤCLỜI MỞ ĐẦU3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT41.1.Giới thiệu chung về quá trình cracking xúc tác.41.2. Mục đích và ý nghĩa của quá trình cracking xúc tác71.3. Nguyên liệu dùng cho quá trình Cracking xúc tác71.4. Đặc tính sản phẩm quá trình111.4. 1. Sản phẩm khí cracking xúc tác111.4.2. Xăng cracking xúc tác121.4.3. Sản phẩm gasoil nhẹ121.4.4. Sản phẩm gasoil nặng131.5. Các chất xúc tác thường được sử dụng trong quá trình131.5.1. Xúc tác triclorua nhôm AlCl3131.5.2.Xúc tác aluminosilicat vô định hình141.5.3. Xúc tác zeolit và xúc tác chứa zeolit141.5.4 So sánh giữa loại xúc tác vô định hình Aluminosilicat và zeolit151.6. Vai trò của xúc tác trong qúa trình cracking161.7. Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking161.7.1. Hoạt tính xúc tác phải cao161.7.2. Độ chọn lọc của xúc tác phải cao171.7.3. Xúc tác phải đảm bảo độ ổn định phải lớn và độ bền cơ nhiệt171.7.4. Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao bền với các chất ngộ độc xúc tác171.7.5. Xúc tác phải có khả năng tái sinh, phải dễ sản xuất và rẻ tiền181.8. Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc18CHƯƠNG II : HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC202.1.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác và cơ chế của phản ứng202.1.1.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác202.1.2. Cơ chế phản ứng cracking xúc tác202.1.3.Giai đoạn tạo thành ion cacboni202.1.4 Giai đoạn biến đổi ion cacboni222.1.5. Giai đoạn dừng phản ứng242.2. Sự biến đổi hoá học các hydrocacbon trong quá trình cracking xúc tác242.2.1 Sự biến đổi các hydrocacbon parafin242.2.2. Sự biến đổi các hydrocacbon olefin262.2.3 Sự biến đổi các hydrocacbon naphten282.2.4.Sự biến đổi của các hydrocacbon thơm29CHƯƠNG III. CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC313.1.Chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác.313.1.1. Mức độ chuyển hoá (C )313.1.2 Bội số tuần hoàn xúc tác313.1.3.Tốc độ nạp liệu riêng323.1.4. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng333.1.5. Ảnh hưởng của áp suất333.2. Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác333.2.1. Sơ lược về sự phát triển hệ thống cracking xúc tác333.2.2. Xu hướng phát triển của cracking xúc tác343.2.3. Các dây chuyền công nghệ cracking353.2.4. Phân tích lựa chọn công nghệ cracking xúc tác38Chương 4 : TÍNH TOÁN404.1.Tính cân bằng vật chất404.2. Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng434.2.1. Nhiệt lượng do khí sản phẩm mang ra454.2.2 Nhiệt lượng do hơi các sản phẩm nặng hơn mang ra474.3. Tính toán thiết bị phản ứng514.3.1. Tính đường kính lò phản ứng514.3.2. Tính chiều cao của lò phản ứng534.3.3. Tính toán ống đứng534.4.Cyclon của lò phản ứng54KẾT LUẬN57TÀI LIỆU THAM KHẢO58
Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh PHỤ LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1.Giới thiệu chung trình cracking xúc tác 1.2 Mục đích ý nghĩa q trình cracking xúc tác 1.3 Nguyên liệu dùng cho trình Cracking xúc tác 1.4 Đặc tính sản phẩm q trình .11 1.4 Sản phẩm khí cracking xúc tác .11 1.4.2 Xăng cracking xúc tác 12 1.4.3 Sản phẩm gasoil nhẹ 12 1.4.4 Sản phẩm gasoil nặng 13 1.5 Các chất xúc tác thường sử dụng trình .13 1.5.1 Xúc tác triclorua nhôm AlCl3 13 1.5.2.Xúc tác aluminosilicat vơ định hình 14 1.5.3 Xúc tác zeolit xúc tác chứa zeolit 14 1.5.4 So sánh loại xúc tác vơ định hình Aluminosilicat zeolit .15 1.6 Vai trị xúc tác qúa trình cracking .16 1.7 Những yêu cầu cần thiết xúc tác cracking .16 1.7.1 Hoạt tính xúc tác phải cao 16 1.7.2 Độ chọn lọc xúc tác phải cao 17 1.7.3 Xúc tác phải đảm bảo độ ổn định phải lớn độ bền nhiệt .17 1.7.4 Xúc tác phải đảm bảo độ cao bền với chất ngộ độc xúc tác .17 1.7.5 Xúc tác phải có khả tái sinh, phải dễ sản xuất rẻ tiền 18 1.8 Những thay đổi tính chất xúc tác làm việc 18 CHƯƠNG II : HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 20 2.1.Bản chất hố học q trình cracking xúc tác chế phản ứng 20 2.1.1.Bản chất hoá học trình cracking xúc tác 20 2.1.2 Cơ chế phản ứng cracking xúc tác .20 2.1.3.Giai đoạn tạo thành ion cacboni 20 2.1.4 Giai đoạn biến đổi ion cacboni 22 SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh 2.1.5 Giai đoạn dừng phản ứng .24 2.2 Sự biến đổi hoá học hydrocacbon trình cracking xúc tác 24 2.2.1 Sự biến đổi hydrocacbon parafin 24 2.2.2 Sự biến đổi hydrocacbon olefin .26 2.2.3 Sự biến đổi hydrocacbon naphten 28 2.2.4.Sự biến đổi hydrocacbon thơm 29 CHƯƠNG III CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 31 3.1.Chế độ công nghệ trình cracking xúc tác 31 3.1.1 Mức độ chuyển hoá (C ) .31 3.1.2 Bội số tuần hoàn xúc tác .31 3.1.3.Tốc độ nạp liệu riêng 32 3.1.4 Nhiệt độ thiết bị phản ứng 33 3.1.5 Ảnh hưởng áp suất 33 3.2 Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác .33 3.2.1 Sơ lược phát triển hệ thống cracking xúc tác 33 3.2.2 Xu hướng phát triển cracking xúc tác 34 3.2.3 Các dây chuyền công nghệ cracking 35 3.2.4 Phân tích lựa chọn cơng nghệ cracking xúc tác 38 Chương : TÍNH TỐN 40 4.1.Tính cân vật chất 40 4.2 Cân nhiệt lượng lò phản ứng 43 4.2.1 Nhiệt lượng khí sản phẩm mang 45 4.2.2 Nhiệt lượng sản phẩm nặng mang 47 4.3 Tính tốn thiết bị phản ứng 51 4.3.1 Tính đường kính lị phản ứng .51 4.3.2 Tính chiều cao lò phản ứng 53 4.3.3 Tính tốn ống đứng 53 4.4.Cyclon lò phản ứng 54 KẾT LUẬN .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ người biết đến từ thời cổ xưa, đến kỉ XVIII, dầu mỏ sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang kỷ XIX, dầu mỏ coi nguồn nguyên liệu cho phương tiện giao thông cho kinh tế quốc dân [2] Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn lượng nguyên liệu để sản xuất sản phẩm hóa dầu quan trọng quốc gia giới Trong sản phẩm từ trình lọc hóa dầu khơng thể khơng kể đến xăng 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 Mục đích q trình cracking xúc tác nhận cấu tử có số octan cao cho xăng ơtơ hay xăng máy bay từ nguyên liệu phần cất nặng hơn, chủ yếu phần cất từ trình chưng cất trực tiếp AD VD dầu thô Qúa trình cracking xúc tác q trình khơng thể thiếu nhà máy chế biến dầu giới, qúa trình q trình để sản xuất xăng có số octan cao Với đồ án kĩ sư thiết kế phân xưởng cracking xúc tác thời gian tiếp xúc ngắn suất 1.709 triệu tấn/năm mà em giao Em hy vọng bổ sung thêm kiến thức, học hỏi tích lũy nhiều kinh nghiệm …để sau làm việc Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS thầy Nguyễn Hữu Trịnh giao đề tài thực tế Sự dặn, hướng dẫn từ thầy giúp em hoàn thành đồ án cách tốt SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1.Giới thiệu chung trình cracking xúc tác Hầu hết phản ứng hóa học áp dụng quy mô công nghiệp phản ứng xúc tác Rất nhiều q trình cơng nghệ cải tiến, hồn thiện nhờ chất phát minh [3] Một q trình cơng nghệ có quy mơ cơng nghiệp lớn trình cracking xúc tác Qúa trình cracking xúc tác nghiên cứu từ cuối kỷ XIX, đến năm 1923, kỹ sư người Pháp tên Houdry đề nghị đưa qúa trình vào áp dụng cơng nghiệp [1] 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 hồn 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) Các q trình cracking, nhiên, hoạt động khơng có mặt xúc tác, sau, 4-5 thập kỉ gần đây, nhiều chất xúc tác cracking liên tục xuất cải tiến Hầu hết chất xúc tác cracking xúc tác axit Thành tựu quan trọng công nghệ cracking xúc tác suốt nhiều thập kỉ qua phát minh phát triển liên tục loại Zeolit Hóa học cụ thể trình trình bày phần riêng Tuy nhiên, theo dõi số sơ đồ khái quát để hình dung trình công nghiệp sau : [3] SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sơ đồ reactor chứa lớp xúc tác động, với phận phân tách hạt xúc tác sản phẩm; thiết bị hồn ngun xúc tác, cốc sản phẩm cacbon phân tử lượng cao, đốt cháy để hồi phục hoạt tính xúc tác thiết bị chưng cất để tách sản phẩm trình phần dầu nặng hoàn lưu trở lại reactor cracking Các tham số cơng nghệ q trình cracing thường xảy reactor ông đứng sau :[3] SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh Bảng 1.2 Trình bày hiệu suất sản phẩm trình cracking xúc tác với chất xúc tác sau : zeolit aluminosilicat SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh 1.2 Mục đích ý nghĩa trình cracking xúc tác Cracking xúc tác chiếm vị trí quan trọng cơng nghiệp chế biến dầu mỏ Lượng dầu mỏ chế biến từ trình chiếm tương đối lớn so với lượng dầu chế biến Ví dụ Mỹ tổng lượng dầu mỏ chế biến năm 1965 1500 tấn/ ngày hệ thống Cracking chiếm 800 tấn/ ngày (có nghĩa chiếm 53% tổng lượng dầu mỏ chế biến ).[4] Qúa trình Cracking xúc tác xem trình chủ yếu để chế biến xăng cho tơ số cho máy báy Về phương diện nhiệt động, phản ứng xảy Cracking nhiệt xảy trình Cracking xúc tác, song có mặt xúc tác thúc đẩy phản ứng có lợi phản ứng đồng phân hóa phân hủy tạo izoparafin, hydrocacbon thơm Nhờ tham gia xúc tác mà trình tiến hành điều kiện mềm so với q trình cracking nhiệt Mục đích q 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 SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh nặng từ trình chưng cất trực tiếp AD (Atmotpheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu thô Đồng thời ngồi mục đích nhận xăng người ta cịn nhận nguyên liệu có chất lượng cao cho cơng nghệ tổng hợp hố dầu hố học Ngồi 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.[1] 1.3 Nguyên liệu dùng cho trình Cracking xúc tác Bất kỳ phân đoạn chưng cất dầu mỏ có điểm sơi 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 ngun liệu khơng 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 q trình cracking nhiệt,cốc hố chậm,các 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 Gioi hạn sơi trung bình 260o-280oC, tỷ trọng trung bình nhóm 0.830-0.860; trọng lượng phân tử trung binh 190-220 Đây nguyên liệu tốt cho q trình cracking với mục đích sản xuất xăng máy bay Phân đoạn xơla có nhiệt độ sơi 300 0C – 5500C q trình chưng cất chân khơng mazút hay q trình chế biến thứ cấp khác Nhóm có tỷ trọng trung bình 0.880- 0.920;trọng lượng trung bình 280- 330 Đây nguyên liệu tốt cho sản xuất xăng ô tô Phân đoạn gasoil trình chế biến thứ cấp khác Là hỗn hợp nhóm Nhóm có giới hạn nhiệt độ sơi 210- 550 oC (có thể lấy từ chưng cất trực tiếp, hay trình làm dầu nhờn dung mơi chọn lọc Đây nguyên liệu tốt cho trình sản xuất xăng máy bay xăng ô tô SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh Phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sơi 300 0C – 5500C Là nhóm ngun liệu trung gian hỗn hợp kerosen nặng xola nhẹ Nhóm ngun liệu để trình sản xuất xăng máy bay xăng ô tô Như vậy, ta thấy nguyên liệu tốt chủ yếu cho trình Cracking xúc tác phân đoạn kerosen-xola thu từ chưng cất trực tiếp Vì nguyên liệu cho hiệu suất xăng cao tạo coocsneen thời gian làm việc xúc tác dài Bảng 1.2 Đặc tính chi tiết dầu Bạch Hổ Các đặc tính Dầu Bạch Hổ Dầu thô Tỷ trọng 0API 38,6 Lưu huỳnh,%tl 0,03 - 0,05 Điểm đông đặc,0C 33 Độ nhớt, 400C, cSt 9,72 Độ nhớt, 500C, cSt 6,58 Độ nhớt, 600C, cSt 4,73 Cặn cacbon,%tl 0,65 -1,08 Asphanten,%tl 0,05 Wax, %tl 27 Ap suất, % Reid 1000F,psi 2.5 V/Ni,ppm 2/2 Nitơ, %tl 0,067 Muối Nacl,mg/l 22 Độ axít, mg KOH/g 0,05 Naphta nhẹ (C5 -950C) Hiệu suất dầu thô, %tl 2,3 Tỷ trọng 150C, Kg/l 0,6825 Lưu huỳnh, %tl 0,001 Mercaptan,%tl 0,0002 Parafin,%tl 75,2 SVTH: Nguyễn Thị Tú Anh MSSV: 20103551 10 ... MSSV: 20103551 Đồ án kĩ sư GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sơ đồ reactor chứa lớp xúc tác động, với phận phân tách hạt xúc tác sản phẩm; thiết bị hồn ngun xúc tác, cốc sản phẩm cacbon phân tử lượng... chế tạo xúc tác chưa zeolit hai dạng : Xúc tác dạng cầu xúc tác dạng bột Từ xúc tác dạng bột sau cải tiến thành xúc tác dạng cầu, thường áp dụng cho q trình cracking xúc tác lớp sơi, xúc tác SVTH:... lọc ) sau thời gian làm việc lâu dài Trong 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