BÁO CÁO THỰC TẬP mô phỏng và vận hành phân xưởng FFC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN CHẾ BIẾN DẦU KHÍ BÁO CÁO THỰC TẬP ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG VÀ VẬN HÀNH PHÂN XƯỞNG FCC (FLUIDIZED CATALYTIC CRACKING) TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU GVHD: Nguyễn Kim Trung SV: Nguyễn Văn Thiện ` 1413743 Nguyễn Đình Trung 1414293 Var Sam At Vathana 1414983 Huỳnh Huyền Hương 1411644 Nguyễn Thị Thùy Trang 1414107 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU Quá trình cracking xúc tác (FCC) q trình khơng thể thiếu nhà máy lọc dầu giới, qui trình quan trọng phức tạp cơng nghiệp chế biến dầu mỏ Nó chuyển đổi ngun liệu nặng có điểm sơi cao dầu khí thành sản phẩm nhẹ có giá trị xăng, khí hóa lỏng (LPG) olefin cách sử dụng chất xúc tác zeolite Tuy nhiên, FCC khơng phải q trình chuyển đổi sử dụng nhà máy lọc dầu, ví dụ có q trình hydrocracking Các nhà máy lọc dầu sử dụng nhiều công nghệ chuyển đổi, số nhà máy chí có nhiều trình FCC - - - - Sản xuất dầu mỏ thương mại có từ năm 1859 Các sản phẩm dầu mỏ ban đầu tinh chế nhà máy lọc dầu đơn giản mà khơng có khả chuyển đổi Vào đầu kỷ 20, số lượng xe chạy động đốt tăng mạnh dẫn đến thiếu hụt xăng Cracking nhiệt, phân số không sử dụng dải cao chuyển đổi thành phân tử xăng, lần trình bày vào năm 1913 Tuy nhiên, xăng trình sản xuất tương đối nghèo đặc tính Các chất phụ gia tetra etyl chì, phát vào năm 1920, cải thiện số '' octane '' xăng, giải pháp khác yêu cầu Phương pháp kỹ thuật cracking xúc tác đưa vào năm 1915, phát triển chất xúc tác dựa clorua nhơm Tuy nhiên, q trình khơng khả thi mặt kinh tế, bị bỏ rơi Trong năm 1920, thử nghiệm chuyển đổi than nâu thành sản phẩm hữu ích khống chất đất sét biến đổi dầu lignit thành nhiên liệu tương tự xăng Đây xuất cracking xúc tác biết hôm Nhà máy lọc dầu Sun Oil Marcus Hook (PA, Mỹ) chế tạo xong nhà máy thương mại quy mô lớn vào năm 1937 Chất xúc tác thay silica alumina tổng hợp có năm đầu thập niên 1940 trình sản xuất nhiên liệu chất lượng cao, phát triển nhanh để sản xuất nhiên liệu hàng không cho nỗ lực chiến tranh liên minh Thế chiến II Năm 1942, FCC thương mại (PCLA-1) khởi động Hệ thống thành công phát triển liên tục Vào cuối chiến tranh, 34 FCC hoạt động Mỹ PCLA số 3, bắt đầu hoạt động vào tháng năm 1943 FCC hoạt động ngày FCC hoạt động lâu đời nhất, PCLA-1 bị đóng cửa vào năm 1963 - Lịch sử phát triển: Vai trò q trình cracking xúc tác nhà máy lọc dầu: Chức FCC nhà máy lọc dầu chuyển đổi dầu khí nặng (HGO), dầu khí chân khơng (VGO) thành sản phâm hữu ích - - - - Khi sử dụng chất xúc tác FCC từ zeolite Y, nhiều phần tử có nguyên liệu VGO chuyển thành phần tử trung bình có trọng lượng thấp hơn, bao gồm phân tử dải xăng (tức nhiệt độ sôi 150°C) Các nguyên liệu VGO sôi 340 – 540 °C Ngồi cấu trúc vòng thơm, VGO có chứa tạp chất, lưu huỳnh, ni tơ, niken, sắt,… Đây thường chất lại từ thực vật động vật sống ban đầu tạo chất hữu bị phân hủy thành nhiên liệu hóa thạch Khoảng 45% nguyên liệu ban đầu (tức loại chưng cất trung gian, naptha, phân tử khoảng C2-C4) chế biến tiếp mà khơng chuyển hóa Phần lớn phần lại thùng chứa (HGO VGO ví dụ này) chuyển thành sản phẩm mong muốn hoạt động chất xúc tác FCC, phân tử bị cracking thành sản phẩm có tỷ lệ octan cao Số liệu thống kê ước tính khoảng 2300 xúc tác FCC sản xuất ngày, khoảng 840 000 tấn/năm Điều tức trung bình khoảng 0,16kg xúc tác FCC sử dụng để chuyển hóa thùng ngun liệu II QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ FCC Định nghĩa: - - - - - Quá trình có mục đích cracking với xúc tác sản phẩm nặng thu sau q trình chưng cất chân khơng (350 – 550oC) thành sản phẩm nhẹ hơn: Diesel, Naptha & LPG Phân xưởng có nhiệm vụ chuyển sản phẩm có giá trị kinh tế thấp thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao Lợi nhuận thu từ phân xưởng vào khoảng 10 – 15$/Barrel Phân xưởng gồm vùng chính: • Vùng nhập liệu • Vùng RR • Vùng MF • Vùng làm giàu khí Q trình cracking xúc tác diễn nhiệt độ cao (khoảng 550 – 600 oC) áp suất vừa phải có mặt xúc tác silica / alumina mịn Trong trình cracking vật liệu carbon không bay (coke) xuất bám lên bề mặt xúc tác Lớp coke bám lên bề mặt xúc tác làm giảm hoạt tính chất xúc tác cách chặn đường tiếp xúc chất tham gia vùng hoạt tính bề mặt xúc tác Để hồn ngun hoạt tính xúc tác, lớp coke bám bề mặt xúc tác bị đốt thiết bị Regenerator Dòng lưu chất cho phép dòng xúc tác tái sinh tiếp xúc với dòng nguyên liệu Dòng xúc tác nóng làm bay dòng nhập liệu lỏng làm xúc tác cho qua trình cracking lượng thành sản phẩm sáng Sau tách - - hydrocarbon thể khí, lượng lại thu hồi thành phân đoạn khác Các chất xúc tác qua sử dụng tách dựa vào dòng đưa từ Reactor sang Regenerator, lớp coke đốt để trả lại hoạt tính cho xúc tác Q trình đốt coke thải nhiều nhiệt, lượng nhiệt thừa lượng xúc tác giữ lại để bổ sung nhiệt cho trình phản ứng cracking Reactor, từ giảm chi phí lượng Khả xoay vòng xúc tác liên tục Reactor Regenerator làm cho phân xưởng FCC hoạt động thành trình liên tục cách hiệu Kỹ thuật xử lý sơ bộ: trình cracking xúc tác làm tăng tỉ lệ H/C cách loại bỏ carbon trình liên tục Các bước quy trình: - Dòng Gas oil phân tán vào ống Riser nhờ dòng Steam - Quá trình cracking nhệt diễn bề mặt xúc tác - Bồn tách có nhiệm vụ tách xúc tác qua sử dụng sản phẩm - Hơi nước tách cặn hydrocarbon khỏi xúc tác qua sử dụng - Khơng khí đốt lớp màng hydrocarbon bám bề mặt xúc tác - Xúc tác sau tái sinh đưa vào từ đáy hệ thống Riser – Reactor Nguyên liệu,các phản ứng xảy sản phẩm q trình FCC: 2.1 Thành phần hóa học nguyên liệu: Các nhà máy lọc dầu phải chế biến nguyên liệu từ nhiều loại dầu thô khác Chất lượng dầu thô thường bị biến đổi theo vùng khác nhau, đó, người ta phải xác định rừ cỏc tính chất đặc trưng loại nguyên liệu để đảm bảo vận hành ổn định công đoạn chế biến (cracking, reforming…) Việc xác định đặc trưng nguyên liệu FCC nhiệm vụ quan trọng cho hoạt động trình FCC Nhờ đó, người ta chọn chất xúc tác, xử lý cố, tối ưu hố q trình cracking xúc tác Hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu FCC: • • 2.1.1 Các hydrocacbon Các tạp chất Hydrocacbon: Các hydrocacbon có nguyên liệu FCC thường phân thành parafin, olefin, naphtenic aromatic (hydrocacbon chứa vòng thơm) viết tắt PONA • Parafin: parafin hydrocacbon no mạch thẳng mạch nhánh có cơng thức hố học CnH2n+2 Nói chung, nguyên liệu FCC chứa chủ yếu hydrocacbon parafin Hàm lượng cacbon parafin chiếm khoảng 50% đến 65% khối lượng nguyên liệu Parafin dễ bị cracking tạo lượng sản phẩm lỏng nhiều Parafin tạo gasoline nhiều nhất, khí nhiên liệu nhất, có giá trị octan thấp • Olefin: olefin hydrocacbon chưa bão hồ, có cơng thức C nH2n So với parafin, olefin hợp chất bền phản ứng với với chất khác oxy, dung dịch brom Olefin khơng tồn dầu thơ, có mặt nguyên liệu FCC trình xử lý trước đó, cracking nhiệt, cracking xúc tác Olefin hợp phần mong muốn ngun liệu FCC olefin thường bị polyme hố tạo sản phẩm cốc nhựa Hàm lượng olefin tối đa nguyên liệu FCC 5%kl • Naphtenic: Naphtenic có cơng thức CnH2n cơng thức hố học olefin Olefin có cấu trúc mạch hở, naphtenic có cấu trúc mạch vòng Naphtenic hợp chất bão hoà Naphten hợp phần mong muốn ngun liệu FCC tạo gasoline có giá trị octan cao Gasoline tạo từ naphten có nhiều aromatic nặng so với gasoline sản xuất từ cracking xúc tác parafin • Aromatic: aromatic (CnH2n-6) tương tự naphtenic, chứa vòng cacbon chưa bão hoà ổn định Aromatic hợp chất chứa vòng benzen Vòng benzen bền khó bị cracking Nguyên liệu chứa nhiều aromatic làm giảm độ chuyển hóa, giảm hàm lượng gasoline, tăng sản lượng LCO, slurry, cốc khớ khô Các aromatic hợp phần mong muốn để tạo gasoline có giá trị octan cao Cracking aromatic thường xảy phân cắt mạch nhánh tạo hydrocacbon phân tử nhỏ Ngoài ra, số tổ hợp chất aromatic đa vòng tạo mạng cacbon nằm lại bề mặt chất xúc tác (cốc), sản phẩm đa phân tử khác (nhựa) Ngày nay, hàm lượng benzen gasoline bị hạn chế aromatic khơng phải hợp phần ưa chuộng cho nguyên liệu FCC 2.1.2 Các tạp chất: Trong năm gần đây, nhà máy lọc dầu phải chế biến nguồn nguyên liệu nặng hơn, làm cho lợi nhuận từ lọc dầu trở nên hơn, thiết bị cracking – công đoạn chủ yếu nhà máy lọc dầu, thiết kế đa để đáp ứng nguồn nguyên liệu khác Các nguồn nguyên liệu FCC nguyên liệu nặng chứa nhiều tạp chất lưu huỳnh, nitơ kim loại Các tạp chất ảnh hưởng xấu đến hoạt động thiết bị Việc xác định chất tác hại tạp chất điều quan trọng để xử lý cố vận hành nhà máy Hầu hết tạp chất nguyên liệu FCC nằm thành phần chất hữu phân tử lớn, dạng hợp chất chứa: - Nitơ - Lưu huỳnh - Niken - Vanadi - Natri Các tạp chất gây nhiễm độc chất xúc tác FCC, làm giảm hoạt tính, độ chọn lọc phản ứng tạo sản phẩm có giá trị Lưu huỳnh nguyên liệu làm tăng giá thành chế biến cần phải có q trình xử lý nguyên liệu sản phẩm để đáp ứng tiêu chuẩn mơi trường • Nitơ Nitơ ngun liệu FCC tồn dạng hợp chất hữu chứa nitơ Hàm lượng nitơ nguyên liệu FCC thường đánh giá hai dạng: nitơ bazơ nitơ tổng Nitơ tổng tổng nitơ bazơ nitơ không bazơ Nitơ bazơ thường 1/4 đến 1/2 nitơ tổng Từ “bazơ” ngụ ý cho phân tử có khả phản ứng với axit Các hợp chất nitơ bazơ trung hoà cỏc tõm axit chất xúc tác làm giảm độ chuyển hoá Tuy nhiên, hợp chất nitơ chất ngộ độc xúc tác tạm thời Trong thiết bị hồn ngun, hợp chất nitơ bị đốt cháy, hoạt tính chất xúc tác hồi phục, khoảng 70 – 90% nitơ cốc chuyển thành N 2, phần lại chuyển thành oxyt nitơ (NOx) NOx thoát mơi trường với khí thải Sự ngộ độc xúc tác hợp chất nitơ khác nguyên liệu FCC lớn 100 ppm nitơ dạng bazơ nguyên liệu làm giảm khoảng 1% hiệu suất gasoline Để khắc phục tác hại hợp chất nitơ bazơ, nâng cao nhiệt độ phản ứng sử dụng chất xúc tác có hàm lượng zeolit cao pha hoạt tính Trong số nhà máy lọc dầu, nguyên liệu hydrotreating để đạt hiệu kinh tế cao Nói chung, nguyên liệu có hàm lượng nitơ cao chứa thờm cỏc tạp chất khác Do đó, khó mà đánh giá riêng rẽ hiệu ứng tác hại nitơ chất xúc tác Hydrotreating xử lý nguyên liệu làm giảm không hàm lượng nitơ mà giảm hầu hết nhiễm khác Ngồi tác hại ngộ độc chất xúc tác, hợp chất nitơ có tác dụng xấu số phận khác Chẳng hạn, reactor, ống đứng (riser), hợp chất nitơ chuyển thành amoniac xyanid (HCN) Xyanid tăng nhanh q trình ăn mòn thiết bị phân xưởng khí, ăn mũn đú tạo hydro nguyên tố dẫn đến ăn mòn “vẩy” chi tiết, thiết bị kim loại Sự hình thành xyanid có khuynh hướng tăng theo độ khắc nghiệt q trình Ngồi ra, số hợp chất nitơ có mặt dầu nhẹ (LCO) như: pyrol (pyrolle) piridin Những hợp chất dễ bị oxy hoá làm đổi màu sản phẩm Lượng hợp chất nitơ LCO phụ thuộc vào độ chuyển hoá Độ chuyển hoá tăng, hàm lượng nitơ LCO giảm Xuất xứ nguồn dầu thô ảnh hưởng lớn đến hàm lượng nitơ nguyên liệu FCC Nói chung, dầu thơ nặng chứa nhiều nitơ dầu thơ nhẹ Ngồi ra, hàm lượng nitơ có khuynh hướng gia tăng theo phần cặn dầu thơ • Lưu huỳnh Nguyên liệu FCC chứa lưu huỳnh dạng hợp chất hữu sulfua mercaptan, sulfua, disulfua thiofen Thông thường hàm lượng nặng dầu thơ tăng lên hàm lượng lưu huỳnh tăng Hàm lượng lưu huỳnh tổng nguyên liệu FCC xác định phương pháp phổ huỳnh quang tia X sóng dài (ASTM D-2622) Các kết tính đổi sang hàm lượng lưu huỳnh nguyên tố Trong cracking, khoảng 50% lưu huỳnh nguyên liệu chuyển hố thành H2S Ngồi ra, hợp chất lưu huỳnh lại sản phẩm FCC loại bỏ q trình hydrodesulfua hố áp suất thường Trong trình FCC, H2S hình thành chủ yếu từ phản ứng phân huỷ xúc tác hợp chất khơng chứa vòng thơm Sự phân bố lưu huỳnh sản phẩm FCC khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn nguyên liệu, kiểu chất xúc tác, độ chuyển hoá chế độ vận hành Đối với nguyên liệu không xử lý hydro, ứng với độ chuyển hoá 78%, khoảng 50% khối lượng lưu huỳnh nguyên liệu chuyển hố thành H2S Phần lại phân bố sau: - 6% gasoline - 23% dầu nhẹ (LCO) - 15% slurry - 6% cốc Lượng lưu huỳnh lẽ chuyển thành H 2S cracking FCC nhờ hydrotreating mà loại bỏ Phần lại khó loại bỏ Ngun liệu nặng, giàu aromatic hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh dạng thiofen (dạng vòng) bị cracking chậm, thiofen không bị cracking chuyển vào gasoline, dầu nhẹ slurry Hydrotreating làm giảm lượng lưu huỳnh sản phẩm Với nguyên liệu hydro treating, lượng lưu huỳnh nguyên liệu chuyển vào cốc sản phẩm nặng nhiều Mặc dù hydrotreating làm tăng hàm lượng lưu huỳnh cốc cặn nhựa, lượng lưu huỳnh thực tế đáng kể so với lượng lưu huỳnh nguyên liệu chưa xử lý Lưu huỳnh không ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển hoá hiệu suất sản phẩm Tác động xấu lưu huỳnh nhỏ trình chế biến dầu mỏ Một số hợp chất hữu chứa lưu huỳnh khơng bị chuyển hố tương tự nhiều hợp chất aromat khỏc Chỳng làm giảm phần độ chuyển hoá hiệu suất sản phẩm cực đại Các kim loại niken, vanadi natri có dầu thơ Các kim loại chất xúc tác trợ xúc tác cho nhiều phản ứng khơng mong muốn, dehydro hố ngưng tụ, làm cho hiệu suất hydro cốc tăng lên hiệu suất gasoline giảm Kim loại làm giảm hoạt tính xúc tác sản phẩm mong muốn Hầu tất kim loại nguyên liệu FCC bị giữ lại trờn cỏc chất xúc tác cracking Nguyên liệu giàu parafin chứa nhiều niken vanadi Mỗi kim loại có tác hại định • Niken (Ni) Chất xúc tác cracking cơng nghiệp có hai phần chủ yếu: - Pha hoạt động xúc tác zeolit Y - Chất nền: chủ yếu khoỏng sét, aluminosilicat vơ định hình Khi tiếp xúc với chất xúc tác, niken lắng đọng pha Niken trợ xúc tác cho phản ứng dehydro hóa, tách hydro từ hợp chất bền tạo olefin khơng bền Các olefin polyme hố để tạo hydrocacbon nặng Các phản ứng dẫn đến tăng hiệu suất hydro cốc Lượng cốc bề mặt chất xúc tác tăng làm cho nhiệt độ hoàn nguyên cao hơn, làm giảm tỉ số chất xúc tác/dầu giảm độ chuyển hố Hàm lượng niken cao điều thường thấy chế biến nguyên liệu nặng Tạo nhiều hydro nhiệt độ hồn ngun cao điều khơng mong muốn nhà máy lọc dầu Người ta nhận thấy, dựa vào số liệu xác định lượng kim loại chất xúc tác làm việc ổn định (chất xúc tác cân bằng) tính tốn lượng kim loại nguyên liệu cách xác so với phân tích trực tiếp từ nguyên liệu Nếu niken kim loại thường xun có mặt ngun liệu, sử dụng chất thụ động để hạn chế ảnh hưởng niken Thông thường, người ta sử dụng antimon để thụ động hoá niken Biện pháp hàm lượng niken chất xúc tác cân lớn 1,000 ppm • Vanadi (V) Vanadi kim loại xúc tác cho phản ứng dehydro hố, yếu so với niken Phần đóng góp tạo hydro vanadi 20% đến 50% so với niken Không giống niken, vanadi không bị giữ lại bề mặt chất xúc tác mà di chuyển vào bên chất xúc tác (zeolit) phá hoại cấu trúc tinh thể zeolit Bề mặt riêng chất xúc tác hoạt tính xúc tác giảm dần Vanadi có mặt phân tử hữu kim loại có phân tử lượng cao, phân tử nặng bị cracking, cặn cốc chứa vanadi bị giữ lại chất xúc tác Trong q trình hồn nguyên, cốc bị cháy vanadi chuyển thành oxyt vanadi V 2O5 V2O5 nóng chảy 690 oC phá vỡ cấu trúc tinh thể zeolit V 2O5 linh động nên di chuyển từ hạt tinh thể đến hạt tinh thể khác Hiện nay, có vài lý thuyết hoá học ngộ độc vanadi Trong đó, lý thuyết phổ biến cho 10 - Ống nâng Riser: phận thiết bị phản ứng, coi thiết bị phản ứng bap (khí-lỏng-rắn) với tầng xúc tác kéo theo Ống Riser có kích thước khác sau: đường kính D khoảng 1m, chiều cao L≥30m, tỉ số L/D≥20 Thơng thường đường kính ống riser mở rộng them phần người ta tính đến tăng số phân tử (vì bị cracking) Phần Riser qua hệ thống vòi phun sương Bộ phận tách sơ cấp khí-rắn: nhằm tách nhanh sản phẩm phản ứng xúc tác Hệ thống cyclone: nhằm tách triệt để hạt bụi xúc tác bị kéo theo sản phẩm Bộ phận stripping nước: tách triệt để hydrocacbon bị kéo theo xúc tác bị hấp thụ lên bề mặt xúc tác Ống truyền xúc tác (đã bị cốc hóa): để điều chỉnh lượng cốc van trượt nhằm tối ưu hóa q trình hoạt động trình stripping Khu vực phân tách sản phẩm: 2.1 Tháp tách: - Tháp tiến hành phân tách sản phẩm trình cracking dạng thành phân đoạn sản phẩm: khí xăng, LCO,HCO,Slurry Tháp có dòng hồi lưu tuần hồn nhằm điều chỉnh chất lượng sản phẩm Trong dòng hồi lưu đáy tháp (dòng slurry lạnh) quan trọng nhất, vì: + Là dòng rửa ngược chiều, ngăn khơng cho bụi rắn bay theo + Làm giảm nhiệt độ phần lỏng đáy nhằm tránh tượng polymer hóa hay ngưng tụ tạo thành sản phẩm nặng + Làm giảm nhiệt độ làm việc tháp 2.2 Bullon tách: - Nhằm tách phân đoạn khí đỉnh tháp tách thành sản phẩm khí khơ, C3, C4, xăng sau ổn định loạt trình hấp thụ, stripping, rửa amin Khu vực điều phối xúc tác - Khu vực có chức riêng biệt: Lưu giữ tháo bỏ chất xúc tác sử dụng Lưu giữ chất xúc tác bổ sung Lưu giữ chất xúc tác cân bổ sung Ngăn đựng chất xúc tác sử dụng nhận trực tiếp chất xúc tác nóng từ buồng tuần hoàn nguyên giai đoạn nhằm trì lượng ổn định chất xúc tác trình hoạt động Ngồi ngăn đựng xúc tác sử dụng dùng giảm bớt lượng xúc tác lưu trữ xúc tác thời kì sửa chữa hỏng hóc Ngăn đựng xúc tác nơi cấp chất xúc tác hàng ngày Lượng xúc tác bổ sung cho đảm bảo hoạt tính tối ưu chất xúc tác Khu vực xử lý khí thải: - - Khu vực có mục đích nhằm thu hồi bụi xúc tác, thu hồi lượng khói thải bảo đảm ràng buộc mơi trường Một đường dẫn khí xả có van điều chỉnh buồng rỗng Van điều chỉnh khí buồng hoàn nguyên giai đoạn (FGSV, flue gas silde valve) điều chỉnh chênh lệch áp suất buồng hồn ngun, FGSV buồng hồn nguyên giai đoạn không chế áp suất trực tiếp buồng Mỗi buồng rỗng có nhiệm vụ giảm áp hệ thống Lò đốt CO đặt vị trí sau buồng rỗng buồng hồn nguyên giai đoạn 1, CO oxy hóa thành CO2 khí đốt khơng khí Nhiệt độ xấp xỉ 980oC với 1%CO2 Khí từ lò đốt CO kết hợp với khí xả buồng hồn ngun giai đoạn vào buồng làm nguội Nhiệt thu hồi cung cấp cho nước áp suất cao Trước thải mơi trường, khí thải khử CO, SOx,NOx để đảm bảo tiêu chuẩn mơi trường CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG (REACTOR) Lò phản ứng ống Riser: - Ống có dạng trụ thẳng đứng có đường kính D nhỏ, chiều cao L≥30m, tỉ số L/D≥20 Thông thường D không đổi, số trường hợp D mở rộng thêm phần người ta tính tăng số phần tử cracking Đường ống Riser phụ thuộc vào công suất phân xưởng cracking - Nguyên liệu dẫn vào Riser phía vị trí chất xúc tác vào ống Riser Có vòi phun ngun liệu, bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống Riser lên - - - - Hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp phản ứng MTC (Mix Temperature Control) Một vấn đề quan tâm nhiều chế biến nguyên liệu nặng có lượng dầu cặn nhiều đảm bảo hóa nhanh chóng nguyên liệu Đó điều quan trọng để giảm thiểu tạo cốc hóa khơng hồn tồn Tuy nhiên thiết kế thong thường, nhiệt độ hỗn hợp lại phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ đầu ống phản ứng Thông thường nhiệt độ hỗ hợp phản ứng cao khoảng 20-40oC so với nhiệt độ đầu ống phản ứng nhiệt độ thay đổi nhờ thay đổi tỷ số xúc tác/dầu Trong nhiều trường hợp, việc nâng cao nhiệt độ đầu ống phản ứng để điều chỉnh nhiệt độ hỗn hợp phản ứng khơng thích hợp, thường dẫn đến phản ứng cracking khơng chọn lọc tạo nhiều khí khơ Vấn đề trở nên nan giải chế biến theo chế độ sản phẩm chưng cất cực đại Nghĩa nhiệt độ phản ứng khắc nghiệt, nhiệt độ phản ứng khơng q cao Để giải vấn đề đó, nhiệt độ đầu ống phản ứng điều chỉnh cách độc lập IFP-Total sáng chế triển khai hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp phản ứng cho reacto cracking MTC hoạt động dựa sở hoàn lưu phần chất lỏng vào phía sau vùng phun ngun liệu Nó phân chia ống phản ứng thành vùng phản ứng : + Vùng phía trước có nhiệt độ cao, tỉ số chất xúc tác/dầu cao thời gian tiếp xúc ngắn + Vùng phía sau, phản ứng xảy điều kiện cracking bình thường ơn hòa Việc tạo vùng cracking ống phản ứng cho phép điều chỉnh cách xác hóa nguyên liệu phản ứng cracking tạo sản phẩm mong muốn Nhờ hệ MTC, người ta nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng giữ ngun chí giảm nhiệt độ đầu phản ứng - Mục đích số hệ MTC tạo phương pháp khống chế nhiệt độ hỗn hợp phản ứng cách độc lập Tuy nhiên giống hệ “hạ nhiệt”, tương tự hệ làm nguội chất xúc tác, hệ thống MTC sử dụng để tăng nguyên liệu cặn cần phải chế biến sở lọc dầu - Hệ thống MTC gồm vòi phun bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống lên, đặt vị trí cao vị trí nạp liệu khoảng 0,5m Dòng MTC thường gồm nước LCO naptha nặng thu từ tháp phân tách sản phẩm Nhiệt độ TM điều khiển độ mở van dòng MTC - - Thiết bị RTD (Riser Termination Device) Rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng, thời gian lưu sau ống phản ứng tạo cracking nhiệt tiếp tục cracking buồng reactor Đặc biệt phản ứng pha phản ứng không chọn lọc dẫn đến suy giảm chất lượng sản phẩm cracking, tạo nhiều khí khơ thúc đẩy phản ứng chuyển dịch hydro olefin LPG (độ chọn lọc olefin thấp) Các yếu tố gây tượng là: nhệt độ, thời gian yếu tố bề mặt S&W-IFP thiết kế chế tạo cấu hình đặc biệt ống phản ứng để khống chế ba thong số - - Nhờ cấu đó, chất xúc tác hydrocacbon tách khỏi cách nhanh chóng Hơi phản ứng dẫn đến gần xyclon để giảm thời gian lưu vùng phản ứng Giữa xyclon đầu ống phản ứng không nối trực tiếp, nên lượng chất xúc tác bị theo giảm không đáng kể Các vấn đề khác nhiệt reactor, gia tăng kim loại tạo cốc loại bỏ Hơn thiết bị hệ thống xyclon kín úp ngược có tác dụng tách nhanh bụi xúc tác khỏi sản phẩm với hiệu suất 98% nên cần hệ thống cyclone bậc đảm bảo hiệu tách hoàn toàn xúc tác bị kéo theo sản phẩm Nhờ có RTD mà thời gian lưu hỗn hợp sản phẩm thiết bị phản ứng giảm xuống 75% so với khơng có RTD Điều giúp sản phẩm giảm cracking sâu, giảm phản ứng phụ không mong muốn - - - Hệ thống phun sương nguyên liệu Hệ phun nguyên liệu phận phía ống dẫn nguyên liệu phần quan trọng FCC Đầu phun nguyên liệu-2 luồng (luồng lơi nước luồng dầu) hoạt động cách phun dầu có áp lực ngược với đĩa chắn để phân tán dầu thành màng dầu mịn, nước phun qua lớp dầu tạo sương mù dầu Dạng sương phun vào ống phản ứng nhờ đầu phun thiết kế đặc biệt để đảm bảo lượng dầu phân tán cực đại mà không va đập mạnh vào thành gây hư hỏng thành ống phản ứng Việc thiết kế đầu phun nguyên liệu phải lựa chọn áp suất dầu, nước tỷ lệ nước/dầu thích hợp Đối với nguyên liệu gas oil chân không, dễ dàng phân tán hơn, áp suất dầu tỷ lệ nước giảm xuống so với vận hành với dầu cặn Có vòi phun ngun liệu, bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống Riser lên Lưu ý: Các điều kiện vận hành công nghệ: Công nghệ hoạt động theo chế độ khác nhau: sản phẩm chưng cực đại, gasolin cực đại olefin cực đại Độ chuyển hóa giảm chế dộ sản phẩm chưng cất cực đại tăng chế độ olefin cực đại điều chỉnh cách khống chế nhiệt độ đầu ống phản ứng (ROT, riser outlet temperature) hoạt tính xúc tác, khoảng làm việc điển hình với chế độ nói là: sản phẩm chưng cất cực đại, 510 ROT tối thiểu; gasolin cực đại, 510-530 ROT; olefin cực đại 530-550 ROT Đối với chế độ sản phẩm chưng cất cực đại, khống chế nhiệt độ hỗn hợp (MTC) quan trọng để trì nhiệt độ đòi hỏi cho hóa nguyên liệu cặn ROT thấp IV QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ CO2 BẰNG AMINE Định nghĩa: Trong thành phần khí tổng hợp, lượng khí acid chiếm tỉ lệ cao Để đảm bảo mặt chất lượng sản phẩm khí thu bảo đảm tính an tồn cho thiết bị, q trình loại khí acid cần thiết - Trong cụm Amine này, lượng CO2 khí thiên nhiên xử lý để giảm hàm lượng từ 54.0% xuống 0.06% phương pháp hấp thụ chọn lọc sử dụng chất hấp thụ MEA (Mono Ethanol Amine) với lưu lượng dòng khí tổng hợp 114 T/hr - Cụm Amine bao gồm vùng: • Vùng Hấp Thụ • Vùng Turbin Bơm • Vùng tách Các hóa chất liên quan: a CO2: Là khí khơng màu, khơng trì cháy Có khả tạo hydrate gây tắc đường ống gây ăn mòn đương ống, làm tăng chi phí vận hành bảo dưỡng có khả hòa tan tốt môi trường Base mạnh b MEA: - Cấu tạo: - - Tính chất: chất lỏng khơng màu, có tính base, gây độc cho thể dễ cháy Được dùng làm dung môi chất hấp thụ Tổng quan: Vùng hấp thụ Vùng hấp thụ bao gồm thiết bị: • Cột hấp thụ (T-01) • Bồn tách K.O Drum (D-03) • Thiết bị làm mát dòng dung mơi nghèo (E-03) • Thiết bị trao đổi nhiệt dung mơi nghèo (E-02) • Hệ thống Amine Guard Inhibitor (A-01) 3.1 Dòng khí tổng hợp đưa vào tháp T-01 mâm đáy (mâm thứ 38) Tháp T-01 ổn định áp suất 26 kg/cm Dòng khí tiếp xúc với dòng dung mơi MEA nghèo đưa vào mâm thứ Sau hấp thụ CO 2, dòng dung mơi giàu lấy từ đáy tháp T-01 Quá trình hấp thụ làm tăng nhiệt độ dòng dung mơi từ 37.4oC lên 86.5oC Trên đỉnh tháp T-01 có mâm làm nhiệ vụ vùng rửa, dòng ngưng tụ đưa vào cách liên tục với lưu lượng 1.3 m 3/hr Absorber Wash Water Pump (P-01) Dòng bay lên thu hồi máng mâm thứ đưa Reflux Drum (D-02) để ổn định mực lỏng vùng rửa T-01 Vùng rửa có tác dụng thu hồi lượng dung mơi bị bay theo dòng khí Dòng khí tổng hợp khỏi đỉnh T-01 đến bồn tách K.O Drum Ở đây, nước dung môi tách khỏi dòng khí đồng thời nhiệt độ dòng khí giảm xuống đến nhiệt độ thiết kế Vòng tuần hồn nước làm mát ổn định K.O Drum Quench Water Circulation pump (P-02) Dòng dung mơi nghèo từ vùng bơm máy nén mang nhiệt độ cao đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt E-02 để trao đổi nhiệt với dòng dung mơi giàu khỏi đáy tháp hấp thụ Dòng dung môi nghèo khỏi E-02 đưa xuống tới nhiệt 37.4 oC Lean Solvent Cooler (E-03) dùng dòng nước để giải nhiệt Dòng bypass xuyên qua E-03 điều chỉnh tay để đảm bảo nhiệt độ ổn định Vòng tuần hồn liên tục dung mơi nghèo ổn định qua hệ thống Amine Guard Inhibitors (A-01), chất chống ăn mòn trộn chung với dung môi 3.2 Vùng Turbin Bơm Vùng bao gồm thiết bị: • Lean Solvent Pump A (P-03A) – Motor Driven • Lean Solvent Pump S (P-03S) – Motor Driven • Lean Solvent Pump B (P-03B) – Hydraulic Turbin Driven • Hydraulic Turbin (X-02) Dòng dung mơi giàu khỏi tháp hấp thụ sau qua thiết bị trao đổi nhiệt E-02 qua Hydraulic Turbin Hydraulic Turbin bypass Valve để đến bồn tách Dòng dung môi giàu mang áp suất qua làm quay Turbin làm chạy bơm P-03B nhờ tận dụng lượng từ đòng dung mơi giàu Sau dòng dung mơi giàu qua Turbin nhập dung với dòng dung mơi giàu qua van bypass để vào D-01 Dòng dung mơi nghèo khỏi tháp tách đưa lại tháp hấp thụ nhờ hệ thống bơm P-03 A – S & B Trong P-03 A & S bơm chạy motor P-03B bơm chạy nhờ Turbin Về bơm P-03S bơm dự phòng cho trường hợp P-03A bị hỏng 3.3 Vùng tách: Vùng bao gồm thiết bị: • Tháp tách T-02 • Bồn tách D-01 • Bồn hồi lưu D-02 • Thiết bị trao đổi nhiệt dung mơi nghèo E-01 • Thiết bị ngưng tụ đỉnh E-04 • Nồi gia nhiệt nước E-05 • Nồi gia nhiệt dầu nóng E-06 Dung mơi giàu đưa đến bồn tách D-01 tách lượng CO2 Áp suất bồn ổn định mức 0.72 kg/cm Dòng dung mơi giàu đáy bồn gia nhiệt dòng dung mơi nghèo thơng qua E-01 đưa ngược lại tháp tách mâm thứ 3, áp suất tháp ổn định mức 0.63 kg/cm2 Hai mâm đỉnh tháp tách dùng làm vùng rửa với dòng lỏng sử dụng lượng lỏng thu D-02 Dòng dung mơi giàu chảy từ xuống gặp dòng nước CO bay lên xảy trình truyền khối, làm tách lượng CO khỏi dung môi, đồng thời nhiệt độ dung môi tăng lên đột ngột Lượng dung mơi tích tụ qua mâm tháp để đến thiết bị gia nhiệt (E-05 & E-06) trước tuần hoàn trở lại tháp Thiết bị gia nhiệt E-05 sử dụng nước gia nhiệt trung bình cho dòng dung mơi, E-06 sử dụng dầu nóng nguồn gia nhiệt chủ yếu CO nước đưa ngược lại vào tháp tách để dùng dòng vật chất trao đổi với lượng dung môi tháp Nhiệt độ đáy tháp ổn định mức 121 OC, dòng nhiệt điều khiển controller E-05 Hơi nước CO2 khỏi đỉnh tháp tách gộp chung với dòng khỏi D-01 để đến thiết bị ngưng tụ E-04 để tách CO khỏi dòng lỏng bồn D-02 Áp suất D-02 ổn định mức 0.5 kg/cm Dòng lỏng D-02 sau tuần hoàn trở lại tháp tách bơm P-04A/B Vận hành điều kiện thường: TAG NAME TAG DESCRIPTION LIC101 LIC102 LIC103 LIC104 FIC101 FIC102 FIC103 PIC101 PIC102 PIC103 TIC101 Absorber Column Level Controller Absorber Wash Section Level Controller Flash Drum Level Controller Reflux Drum Level Controller Feed gas Flow Controller Steam Condensate Flow Controller Lean Solvent to Absorber Flow Controller K.O Drum Pressure Controller Reflux Drum Pressure Controller Flash Drum Pressure Controller Stripper Bottom Temperature Controller HIC101 K.O Drum Top to Battery Limit HIC102 Nitrogen Supply HIC103 Quench Water Circulation HIC104 Quench Water to Reflux Drum TYP E DESIGN VALUE ENGINEERIN G UNIT CTL CTL CTL CTL CTL CTL CTL CTL CTL CTL CTL ML D ML D ML D ML D 51.1 52.6 48.4 51.4 113.7 1.3 529.6 25.7 0.5 0.72 121 % % % % TPH m3/hr m3/hr Kg/cm2 (g) Kg/cm2 (g) Kg/cm2 (g) Deg C 17.9 % % 70.3 % % HIC105 Bypass Flow of Lean Solvent Cooler HIC106 Lean Solvent Flow through Hydraulic Turbine HIC107 Lean Solvent Flow through Bypass Valve LV-101C HIC109 CO2 to Battery Limit HIC110 Hot Oil Flow into Reboiler HIC111 Makeup Solvent LI101 LI102 FI101 FI102 FI103 FI104 FI105 FI106 FI107 FI108 FI109 FI110 FI111 FI112 FI113 FI114 FI115 FI116 FI117 FI118 FI119 FI120 PI101 PI102 PI103 PI105 DPI101 DPI102 TI101 TI102 TI103 TI104 AI101 Stripper Level K.O Drum Level Boiler Feed Water Flow Absorber Wash Water Flow to Reflux Drum Quench Water Circulation Flow Quench Water Flow to Reflux Drum Nitrogen Flow Product Gas Flow from K.O Drum to Battery Limit Product Gas Flow from K.O Drum to Flare Bypass Flow of Lean Solvent Cooler Lean Solvent flow through Lean Solvent Pump A Lean Solvent flow through Lean Solvent Pump B Rich Solvent Flow through Hydraulic Turbine Lean Solvent Flow through Lean Solvent Pump S Rich Solvent Flow into Flash Drum Flash Drum Bottom Flow to Stripper Hot Oil Flow through Reboiler Steam Flow into Reboiler Makeup Solvent Flow CO2 Flow from Reflux Drum to Flare CO2 Flow from Reflux Drum to B/L Reflux Drum Bottom Flow To Stripper Feed gas Battery Limit Pressure Absorber Top Pressure Suction Pressure of Lean Solvent Pumps Stripper Top Pressure Absorber Differential Pressure Stripper Differential Pressure Feed Gas Temperature Absorber Bottom Temperature Lean Solvent Temperature (at the inlet to Absorber) Rich Solvent Temp (at the inlet of Flash Drum) CO2 Concentration in K.O Drum Outlet ML D ML D ML D ML D ML D ML D IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND IND 11.3 % 100 % % 100 % 50 % % 53.7 49.3 1.57 10.3 0 52.9 56.6 395.5 162 635.1 666.7 636.1 10.74 8.28 18.6 45.8 14.6 30 26 0.63 0.63 0.28 0.21 48.4 86.5 37.4 93.7 0.06 % % m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr TPH TPH TPH m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr TPH TPH m3/hr TPH TPH m3/hr Kg/cm2 (g) Kg/cm2 (g) Kg/cm2 (g) Kg/cm2 (g) Kg/cm2 Kg/cm2 Deg C Deg C Deg C Deg C % CO2 Concentration in Absorber Inlet FV103 A Position FV103B Position LV101A Position LV101B Position LV101C Position 54.14 36.4 100 4.9 % % % % % % X X RST116 P-02 trip X RST118 P-04B trip X RST117 P-04A trip X RST102 P-03S trip X RST115 P-03A trip Absorber level LO LO (LALL101) Stripper level LO LO (LALL102) Reflux Drum level LO LO (LALL104) K.O Drum level LO LO (LALL106) Stripper level HI HI (LAHH102) Flash Drum level HI HI (LAHH103) Absorber level HI HI (LAHH101) Pump Speed high (P-03B) Lean Solvent Pump P-03B trip Hydraulic Turbin X-02 trip RST103 X-02 trip X Reset switch RST101 P-03B trip RST105 XV101 close AMI Interlocks LV101C close Interlocks: LV101B close IND IND IND IND IND IND LV101A close AI102 ZI101 ZI102 ZI103 ZI104 ZI105 X X X X X X X X X X X X Bản vẽ PFD: