Chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác và các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác

Chế độ cơng nghệ q trình cracking xúc tác Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác I.Chế độ cơng nghệ q trình cracking xúc tác.[1,127] Các thơng số cơng nghệ q trình ảnh hưởng đến tiêu làm việc trình cracking xúc tác.Các thông số công nghệ bao gồm: nhiệt độ, áp suất, tốc độ nạp liệu khơng gian thể tích (tốc độ nạp liệu riêng), bội số tuần hoàn xúc tác mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá I.1 Mức độ chuyển hoá (C ) Đối với hydrocacbon tinh khiết, tham gia phản ứng, mức độ chuyên hoá đo lượng sản phẩm tạo thành theo thời gian Nhưng phân đoạn phức tạp phân đoạn dầu mỏ, trình cracking xúc tác người ta lại đo lượng xăng sản phẩm sản phẩm phụ khí cốc.Nếu gọi y % thể tích sản phẩm với điểm sơi cuối cao điểm sơi cuối xăng độ chuyển hố tính theo cơng thức sau: C =100 –y Tuy nhiên cách xác định chưa sát với thực tế Để hiệu chỉnh theo biến đổi hố, lý q trình tạo xăng khí, người ta xác định mức độ biến đổi theo công thức sau: C = 100 – y (100 –z) Trong z % xăng có nguyên liệu Trong trình cracking xúc tác, ngồi mức độ biến đổi có thơng số quan trọng khác I.2 Bội số tuần hoàn xúc tác.[1,99] Bội số tuần hoàn xúc tác tỷ số khối lượng xúc tác khối lượng nguyên liệu (X/RH) đưa vào thiết bị phản ứng đơn vị thời gian Khi dùng xúc tác chứa zeolit cho phép giảm tỷ lệ X/RH xuống 10/1 so với xúc tác vơ định hình 20/1 Nếu dùng công nghệ xúc tác chuyển động với kích thước hạt xúc tác từ mm – mm tỷ lệ X/RH thấp nữa, khoảng – 5/1 Khi thay đổi tỷ lệ X/RH làm thay đổi nhiệt độ thiết bị phản ứng, thay đổi thời gian lưu xúc tác thiết bị phản ứng lò tái sinh đồng thời làm thay đổi lượng cốc bám xúc tác chu trình.Bội số tuần hồn xúc tác tăng lên thời gian lưu xúc tác vùng phản ứng giảm xuống, hoạt tính trung bình xúc tác tăng lên làm cho hiệu suất khí, xăng, cốc tăng lên, lượng cốc bám xúc tác sau tuần hoàn lại giảm xuống.Điều giải thích lượng cốc dàn lượng xúc tác lớn Khi giữ tốc độ nạp liệu không đổi, tăng tỷ lệ X/RH thời gian tiếp xúc xúc tác nguyên liệu giảm, độ hoạt tính trung bình xúc tác tăng lên.Bằng cách thay đổi bội số tuần hồn xúc tác ta điều chỉnh hiệu suất chất lượng sản phẩm thu Việc tăng bội số tuần hoàn xúc tác đến giới hạn cho phép Nếu tăng cao quan điểm hiệu kinh tế khơng có lợi dẫn đến tăng kích thước thiết bị tái sinh hệ thống vận chuyển xúc tác, phải tăng khí nén cần thiết để vận chuyển xúc tác lượng tiêu tốn vận chuyển xúc tác I.3.Tốc độ nạp liệu riêng Tốc độ nạp liệu riêng tỷ số lượng nguyên liệu nạp vào đơn vị thời gian lượng xúc tác thiết bị phản ứng hay tỷ lệ thể tích chúng, ký hiệu M/H/M hay V/H/V Nếu p áp suất thiết bị phản ứng tính at độ chuyển hố C có mối liên hệ với tốc độ nạp liệu theo biểu thức: C P.K = 100− C M/H/M Phương trình áp dụng với trường hợp xúc tác cố định Trong trường hợp cracking xúc tác với lớp sôi xúc tác, độ chuyển hoá C lại phù hợp với công thức: C C   100⋅ 1−   100 = P.K M/H/M Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, làm giảm độ chuyển hố Còn giảm tốc độ nạp liệu riêng độ chuyển hố tăng tốc độ nạp liệu đại lượng ngược với thời gian phản ứng Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao, ta tăng tốc độ nạp liệu tăng suất thiết bị Trong thực tế ta dùng xúc tác aluminosilicat vơ định hình, tốc độ nạp liệu thể tích đạt từ h -1 – 5h-1 Nhưng dùng xúc tác chứa zeolit, tốc độ nạp liệu thể tích 80 -120 h -1 tính ống đứng thiết bị phản ứng, từ 20 – 30 h -1 tính lớp sôi thiết bị phản ứng Khi tăng tốc độ nạp liệu, ta tăng nhiệt độ phản ứng, tăng trị số octan xăng tăng hiệu suất olefin I.4 Nhiệt độ thiết bị phản ứng Nhiệt độ phản ứng thiết bị phản ứng thường đạt 480 0C ÷ 5500C Khi tiến hành tăng nhiệt độ , lúc đầu hiệu suất xăng tăng sau đạt đến cực đại giảm xuống Điều trình phân huỷ tăng làm phân huỷ cấu tử xăng vừa tạo thành Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân huỷ tăng đồng thời phản ứng bậc dehydro tăng, làm tăng hiệu suất hydrocacbon thơm olefin Khi sản phẩm khí , hàm lượng C – C3 tăng, C4 giảm, tỷ trọng trị số octan xăng tăng lên I.5.ảnh hưởng áp suất Quá trình cracking thường tiến hành áp suất 1,4 ÷ 1,8 at điều kiện phản ứng xảy pha Khi tăng áp suất , hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất khí C1 – C3 giảm, hàm lượng olefin hydrocacbon thơm giảm, hàm lượng hydrocacbon no tăng chất lượng xăng giảm.Đồng thời trình tạo cốc lại tăng nên việc tăng áp suất trình cracking xúc tác khơng có hiệu kinh tế cao, trình tiến hành áp suất thường II Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác II.1.Sơ lược phát triển hệ thống cracking xúc tác 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 sơi q trình thổi ngày cải tiến xúc tác chuyển động từ phía lấy ngồi 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 II.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 hồn thiện dần quy trình cơng 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 m3 nguyên liệu đưa vào rẻ II.3 Các dây chuyền công nghệ cracking II.3.1.Sơ đồ cracking xúc tác dạng cầu chuyển động.[3,108] Sơ đồ gồm phần :  Phần xảy q trình cracking tái sinh xúc tác  Phần gia nhiệt phân chia sản phẩm Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nguyên liệu cho qua bơm cho qua hệ thống trao đổi nhiệt sau đưa vào lò đốt Tại ngun liệu đốt nóng đến nhiệt độ xảy phản ứng bay Hơi nguyên liệu từ lò đốt vào vùng phản ứng thiết bị phản ứng Tại nguyên liệu tiếp xúc với xúc tác, trộn với từ xuống Để tách sản phẩm khỏi xúc tác người ta cho nước vào sản phẩm cho qua thiết bị đặc biệt, tách khỏi xúc tác cho sang tháp chưng tách hỗn hợp sản phẩm Hơi xăng, nước khí béo đỉnh tháp Hỗn hợp cho qua ngưng tụ làm lạnh cho qua thiết bị phân ly.Tại tách riêng xăng, khí béo nước Khí nhờ máy nén cho sang phân xưởng sản xuất khí Xăng tách khỏi thiết bị phân ly phần cho hồi lưu tháp chưng tách sản phẩm Còn phần lớn xăng đưa thiết bị ổn định xăng Còn phần gasoil nhẹ ( Ts :195 0C ÷ 3500C) lấy cạnh sườn tháp chưng tách sau cho vào thiết bị tái bốc hơi nước lấy cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nguyên liệu sau đưa qua thiết bị làm lạnh đưa bể chứa sản phẩm Còn gasoil nặng ( có Ts >3500C).lấy khỏi đáy tháp chưng tách, bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt qua thiết bị làm lạnh cho bể chứa sản phẩm Chế độ công nghệ tháp chưng giữ ổn định nhờ điều chỉnh chất lỏng hồi lưu tuần hoàn phân đoạn trung gian cho qua thiết bị trao đổi nhiệt lại quay tháp chưng Xúc tác từ bunke- phân ly ống vận chuyển khí nén chuyển vào bunke thiết bị phản ứng cho vào vùng phản ứng vào vùng tách sản phẩm khỏi xúc tác Sau xúc tác lấy khỏi thiết bị phản ứng chuyển sang ống vận chuyển nhờ khì lò cho vào bunke- phân ly Tại khí lò đưa , xúc tác cho vào bunke thiết bị tái sinh Xúc tác vào qua vùng tái sinh từ xuống Để đốt cốc bám xúc tác người ta cho khơng khí vào Xúc tác tái sinh chuyển sang ống vận chuyển vào bunke thiết bị phản ứng II.3.2.Sơ đồ trình cracking xúc tác bậc lớp xúc tác giả sôi [3,113] Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Xúc tác tái sinh từ thiết bị tái sinh theo hệ thống đường ống cho xúc tác xuống điểm giao nhau.ở xúc tác trộn với nguyên liệu đốt nóng từ lò ống sang Hỗn hợp nguyên liệu với xúc tác theo hệ thống đường ống vào thiết bị phản ứng Hỗn hợp vào thiết bị phản ứng lối vào theo dòng tốc độ tuyến tính rơi nhanh xuống, phần nhỏ xúc tác tạo thành tầng sôi xảy trình cracking Chọn chiều cao lớp xúc tác dựa theo thời gian tiếp xúc cần cho.Khí tách khỏi xúc tác máy hút bụi tách khí Sản phẩm cracking lấy cho sang tháp chưng tách sản phẩm Còn bụi xúc tác giữ lại từ cyclon đưa quay lại tầng sôi Xúc tác làm việc lấy khỏi thiết bị phản ứng cho sang tháp tái rửa hơi.Tại cho nước nhiệt vào để tách hết sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác Xúc tác làm việc từ tháp tái bốc cho xuống đường ống cho xuống điểm trộn Dòng xúc tác làm việc cho vào tái sinh điều chỉnh van điều chỉnh Thổi khơng khí từ thiết bị thổi khơng khí vào điểm trộn, khơng khí nén đẩy xúc tác theo đường ống lên thiết bị tái sinh, tầng sơi xảy q trình đốt cốc, tách cốc khỏi bề mặt xúc tác Xúc tác đốt cốc cho qua giếng theo đường ống tháo xuống trộn với nguyên liệu.Để tách hết sản phâm cháy khỏi xúc tác người ta cho nước vào giếng Xúc tác theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí Tại khí tái sinh tách khỏi xúc tác đỉnh cho vào nồi tận dụng từ cho sang hệ thống làm khí Còn xúc tác 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 sau : • Thiết bị phản ứng • Lò tái sinh khối tận dụng nhiệt khí khói • Bộ phận phân chia sản phẩm 1.Thiết bị phản ứng Nguyên liệu từ bể chứa nguyên liệu cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.Nguyên liệu đem trộn với phần tuần hồn (HCO)( phân đoạn dầu nặng q trình cracking xúc tác ) cặn đáy, sau cho qua lò đốt nóng ngun liệu cracking.Ngun liệu cracking tiếp xúc với xúc tác nóng tái sinh đáy ống đứng, 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 hố ống đứng, thiết bị phản ứng 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 Xúc tác làm việc cho qua vung tách ( gọi phận rửa xúc tác ) 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 khơng 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 q nhiều khơng khí lò tái sinh Ap suất thiết bị phản ứng khống chế phận điều chỉnh áp suất cột phân đoạn 2.Lò tái sinh khối tận dụng nhiệt khói lò Xúc tác có chứa cốc chuyển qua van điều khiển khống chế độ kiểm tra mức xúc tác lò phản ứng,sau vào lò tái sinh 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 khơng khí, sản phẩm tạo thành CO CO2, nước mà trả lại bề mặt hoạt tính cho xúc tác Sau nén khơng khí để đốt đưa vào đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để trộn có hiệu khơng khí xúc tác.Sự cháy xảy lớp sơi để đạt điều tốc độ khơng khí phải lớn m/s Xúc tác tái sinh chuyển vào ống đứng sau đuổi khí qua van 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 q 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 để giữ lại hạt xúc tácvà khí tách Sau đó, khí khói qua buồng lắng để tách tiếp bụi xúc tác, qua phận tận dụng nhiệt, sau khí khói làm bụi xúc tác lọc điện ngồi theo ống khói 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 vào thiết bị tách khí Sau tách khí, ta nhận phân đoạn C ,C2 Các sản phẩm dùng làm khí nhiên liệu cho dây chuyền Phân đoạn C3 ,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 hồn lại ống đứng thiết bị phản ứng sản phẩm cuối phần dầu cặn làm khỏi bùn xúc tác III Phân tích lựa chọn cơng 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 q trình FCC có nhiều ưu điểm thuận lợi, hệ thống sử dụng ngày phổ biến công nghiệp dầu mỏ, hãng cơng 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 q 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 nguyên liệu phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng mazut, làm tăng tính vạn hệ thống Hệ thống có cơng 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  ... 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. .. bùn xúc tác III 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. .. giảm.Đồng thời trình tạo cốc lại tăng nên việc tăng áp suất q trình cracking xúc tác khơng có hiệu kinh tế cao, trình tiến hành áp suất thường II Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác II.1.Sơ