Nghiên cứu công nghệ cracking xúc tác với nguyên liệu nặng bằng mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  PHẠM TUẤN LINH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC VỚI NGUYÊN LIỆU NẶNG BẰNG MƠ PHỎNG Chun ngành: Kỹ Thuật Lọc Hóa Dầu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU Hà Nội -2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  PHẠM TUẤN LINH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC VỚI NGUYÊN LIỆU NẶNG BẰNG MÔ PHỎNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Lọc Hóa Dầu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU Hà Nội -2018 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học, thầy cô tổ môn trường tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập làm luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Lê Văn Hiếu tận tình giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Cuối tác giả cảm ơn gia đình, đồng nghiệp bạn bè động viên giúp đỡ thời gian học tập làm luận văn Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả Phạm Tuấn Linh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ .6 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC Giới thiệu trình Fluid Catalytic Cracking (FCC) Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) a Lịch sử phát triển b Khái niệm cracking tầngsôi 11 Nguyên liệu cho trình cracking xúc tác 12 a Các nguyên liệu dùng dây chuyền đại 12 b Các đặc trưng nguyên liệu 14 Sản phẩm trình cracking 16 a Khí hydrocacbon 16 b Phân đoạn xăng 17 c Phân đoạn sôi cao 195oC 17 Cơ sở trình cracking xúc tác .19 a Phản ứng phân hủy mạch C-C (Phản ứng cracking) 19 b Phản ứng đồng phân hóa (phản ứng izome hóa) 19 c Phản ứng chuyển dời hydro tác dụng xúc tác 20 d Phản ứng trùng hợp 20 e Phản ứng ngưng tụ tạo cốc .20 Cơ chế phản ứng trình cracking xúc tác 20 a Giai đoạn tạo ion cacboni 20 b Giai đoạn biến đổi ion cacboni 22 c Giai đoạn đứt mạch 24 Động học trình cracking xúc tác 26 Chế độ xúc tác tầng sôi tuần hoàn xúc tác rắn: 27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU CHƢƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CRACKING 30 Nhiệt độ 30 Áp suất 31 Mức độ chuyển hóa 31 Tốc độ nạp liệu – thời gian lƣu 31 Tỷ lệ C/O 32 CHƢƠNG 3: CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI .33 Sơ đồ công nghệ trình cracking xúc tác 33 Quá trình UOP 34 Quá trình Kellogg .35 Quá trình Stone Webster (S&W) – IFP .36 CHƢƠNG 4: MÔ TẢ HỆ THỐNG FCC TRÊN SIMULATION 39 Giới thiệu chung 39 Mô tả công nghệ 39 a Chuẩn bị nguyên liệu FCC .39 b Thiết bị phản ứng .39 c Thiết bị tái sinh (R302) 40 d Tháp chưng cất C301 .41 e Tháp tách dầu nặng (HCO) C303 41 f Tháp tách dầu nhẹ (LCO) C302 .41 g Hệ thống thiết bị đỉnh tháp chưng 41 h Máy nén khí ướt C401 .42 i Bình tách cao áp D402 .42 j Tháp hấp thụ số (T401) 42 k Tháp bốc (T402) 43 l m Tháp hấp thụ ADIP (T404) .43 Tháp khử butan (T403) 43 n Cụm nồi sử dụng CO 43 Các thiết bị .44 Thiết bị điều khiển trình thông số vận hành 46 a Thiết bị điều khiển giới hạn hoạt động .46 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU b Điều kiện vận hành 53 Qui trình khởi động .54 a Khởi động hệ thống CO Boiler 54 b Tuần hồn dịng dầu 56 c Nạp xúc tác .57 d Khởi động máy nén khí ẩm 57 e Tuầnhoàn xúc tác .57 f Nạp liệu vào ống nâng .59 g Khởi động cụm phân chia khí 59 h Đưa phân xưởng vào hoạt động ổn đinh 60 Qui trình dừng phân xƣởng .61 Các cố thƣờng gặp biện pháp xử lý 63 KẾT LUẬN 66 PHỤ LỤC .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Sự phát triển cracking xúc tác tầng sôi [5] .10 Bảng 1.2: Thành phần khí cracking [1] 16 Bảng 1.3: Đặc trưng xăng cracking xúc tác [1] 17 Bảng 1.4: Thành phần tính chất phân đoạn kerosene-gasoil [1] 18 Bảng 2.1: Ảnh hưởng nhiệt độ lên hiệu suất sản phẩm 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Độ tăng áp suất tĩnh sau 10’ ống đứng theo mật độ xúc tác [5] 11 Hình 1.2: Đường cong giả sôi xúc tác FCC [5] 12 Hình 1.3: Sơ đồ khối q trình cracking xúc tác tầng sơi .27 Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ chung trình FCC 33 Hình 3.2: Sơ đồ RCC loại tái sinh hai cấp UOP [1] .35 Hình 3.3: Sơ đồ RFCC Kellogg 36 Hình 3.4: Quá trình R2R .37 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT FCC: Fluid Catalytic Cracking - Cracking xúc tác tầng xôi RFCC: Residue fluid catalytic cracking - Cracking xúc tác cặn chưng cất khí tầng xơi LPG: Liquefied petroleum gas - Khí dầu mỏ hóa lỏng o API: American Petroleum Institute – Tỷ trọng API RI: Refractive Index – Độ khúc xạ LCO: Light Cycle Oil – Dầu tuần hoàn nhẹ DO: Diezel Oil – Dầu diesen RON: Research Octane Number – Chỉ số octan nghiên cứu MON: Motor Octane Number - Chỉ số octan chạy động C/O: Catalyc/Oil – Xúc tác/Dầu HCO: Heavy Cycle Oil – Dầu tuần hoàn nặng R2R: Reactor To Regenerators – Thiết bị phản ứng tới thiết bị tái sinh BFW: Boiler Feed Water - Nước cấp nồi CSO: Cool System Oil – Hệ thống dầu làm mát FD: Force Draft – Quạt đẩy CAT: Catalyc – Xúc tác SL-V: Slide-Valve – Van trượt FG: Fuel Gas – Khí nhiên liệu STM: Steam – Hơi nước ICGO: Intermediate Recycle Gas Oil – Dầu tuần hồn tức LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU MỞ ĐẦU Có thể nói lượng hạt nhân cho phát triển giới Nghành hóa lọc dầu phát triển từ sớm trở thành nghành công nghiệp lượng lâu đời quan trọng cho phát triển giới nói chung Việt Nam nói riêng, cung cấp sản phẩm có giá trị cao xăng, dầu diesel, dầu hỏa, nhiên liệu cho động phản lực Ngồi nhà máy lọc hóa dầu cịn cung cấp ngun liệu cho nghành cơng nghiệp hóa chất khác cao su, tổng hợp hóa dầu, dược… Mặt khác, lượng dầu mỏ ngày giảm, máy móc có cơng suất lớn hơn, địi hỏi ngành cơng nghệ chế biến dầu phải không ngừng phát triển để sản xuất sản phẩm có chất lượng tốt hơn, từ nguồn nguyên liệu xấu Nhu cầu sản phẩm nhẹ khí, xăng, diezen ngày tăng Cracking xúc tác q trình yếu cơng nghệ chế biến phần cặn Trong nhà máy lọc hóa dầu, phân xưởng cracking xúc tác chiếm tầm quan trọng phân xưởng sử dụng lượng lớn cặn chưng cất q trình chưng khí (thường chiếm 30-40% khối lượng chưng cất khí quyển), sản phẩm cặn trình khác sản phẩm chất lượng cao xăng với trị số octan cao, diesel với trị số cetane cao, cung cấp lượng lớn khí LPG, nguyên liệu cho trình khác Sản phẩm trình cracking xúc tác chiếm tới 70-80% sản phẩm toàn nhà máy lọc hóa dầu (tính theo sản lượng xăng diesel) 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 nặng từ trình chưng cất trực tiếp AD (Atmostpheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu thô Đồng thời ngồi mục đích nhận xăng người ta cịn nhận ngun liệu có chất lượng cao cho cơng nghệ tổng hợp hố dầu hố học Ngồi cịn thu thêm số sản phẩm phụ khác gasoil nhẹ, gasoil nặng, khí chủ yếu phần tử có nhánh cấu tử quý cho tổng hợp hố dầu Với đề tài: “Nghiên cứu cơng nghệ cracking xúc tác với nguyên liệu nặng mô phỏng”, qua luận văn em trình bày kiến thức cần thiết vận hành, thông số cho người vận hành dùng để tham khảo sử dụng vào thực tế vận hành phân xưởng FCC nhằm đạt chất lượng sản phẩm theo nhu cầu sản xuất nhu cầu thương mại thị trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU KẾT LUẬN Kết nghiên cứu mơ hình động - Sau chạy hệ thống FCC mơ hình động thay đổi thơng số điều khiển khoảng ổn định thông số thay đổi: Ký hiệu FC8005 TC8101 TC8134 TC8201 Tên thiết bị Bộ điều khiển lưu lượng nguyên liệu Bộ điều khiển nhiệt độ đầu ống nâng thiết bị phản ứng Bộ điều khiển nhiệt độ đầu F301 Bộ điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp C301 Đơn vị đo m3/h Thông số nghiên cứu 144-220 o 500-600 o 340-380 100-120 C C C o - Kết tiêu sản phẩm nằm bảng dưới: Ký hiệu AI8305 AI8308 AI8401 AI8402 AI8413 AI8414 AI8801 Tên thiết bị Hàm lượng H2S OFF GAS Hàm lượng C3+ OFF GAS Hàm lượng C2- LPG Bộ hiển thị hàm lượng C5+ LPG Nhiệt độ sôi 95% xăng Áp suất bão hịa Ried xăng Hàm lượng oxy khói thải từ COBOILER % % % % o C BAR Thông số nghiên cứu 1-5 0.5-1.0 0.2-1.5 195 0.55 % 0.1-0.5 Đơn vị đo - Trong trình điều khiển phân xưởng FCC thông số phải nằm khoảng ổn định hệ thống Người vận hành cần chọn thông số điều khiển phù hợp tiêu sản phẩm tương ứng phù hợp với yêu cầu sản xuất thực tế tiêu chuẩn sản phẩm thương mại 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU PHỤ LỤC Màn hình điều khiển DCS hệ thống mô 67 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 71 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 72 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 73 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 75 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU Màn hình điều khiển Field hệ thống mô 76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 77 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 78 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu mỏ.Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2009 Đinh Thị Ngọ - Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ khí Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2012 Nguyễn Bin Các trình,thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm Tập Phân riêng tác dụng nhiệt (Chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, kết tinh, sấy) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004 Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất,tập 1,2 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999 Lê Mạnh Hùng, “ Nghiên cứu chế tạo xúc tác cho trình cracking dầu mỏ từ nguồn nguyên liệu có sẵn Việt Nam.” Luận án tiến sĩ, Hà Nội, 2008 David S J “Stan” Jones – Peter R Pụado, Hand book of petroleum processing Springer 2006 Robert A Meyers Handbook Of Petroleum Refining Processes, Third Edition McGraw – Hill 2003 Reza Sadeghbeigi Fluid catalytic Cracking Handbook,2nd Gulf Professional Publishing 1994 Vietnam oil and gas corporation, Dung Quat refinery Operating manual vol Residue Fluidised catalytic cracking (RFCC) unit 10 Aspentech.com 11 FCC Reactor Operation Guide 12 Johnson, T E., T L Goolsby, R B Miller, F Fuji, M Hara, D C Kowalczyk, and R J Campagna.Successful Implementation of MagnaCat Technology at KPI’s Chiba Refinery 2000 JapanesePetroleum Institute (JPI) Paper, Tokyo, October 2000 13 Raymond Mott FCC Catalyst Management for Resid Processing, First FCC Forum, Stone &Webster Engineering Corporation, The Woodlands, Tex., May 11–13, 1994 14 B E Reynolds, E C Brown, and M A Silverman Clean Gasoline via VRDS/RFCC, Hydrocarbon Processing,April 1992, pp 43–51 15 Warren S Letzsch Catalytic Cracking Update, 4th Stone & Webster/IFP Licensors Forum,Houston, Tex., May 2–5, 2000 79 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU 16 Warren S Letzsch, “Stone & Webster/IFP Your Catalytic Cracking Supermarket,” 12th AnnualStone & Webster Refining Seminar, San Francisco, Oct 10, 2000 17 Warren S Letzsch, “Advanced Fluid Cracking Technologies,” NPRA Annual Meeting 2001, PaperAM-01-65 18 A A Avidan, M Edwards, and H Owen, Innovative improvements highlight FCC’s pastand future, Oil and Gas Journal, 1/8/90, 33–58 19 James G Speight, The Chemistry and Technology of Petroleum, Fifth Edition 20 Jung-Hsiu Wu, Wan-Lung Wu, and Kung-Chung Hsu, The effect of waste oilcracking catalyst on the compressive strength of cementpastes and mortars, Sept 30, 2002 21 Magee J S and Blazek J J Preparation and Performance of Zeolite Cracking Catalysts, in Zeolite Chemistry and Catalysis, ACS Monograph 171, ed J A Rabo American Chemical Society, Washington, DC, chap 11 1976 22 Flanigel E.M, Zeolite Chemistry and Catalysis, J A Rabo, et ACS Monograph 1976 23 C Travers, N Essayem, M Delage, S Quelen Catalysis Today 65 (2002) 355-361 24 K.I Patrylak, F,M Bobonych, Yu G Voloshyna, M,M Levchucl, V.M solomalkha, L,K Patrylak, I,A Manaza, O,M Taranookha Catalysis today 65 (2002) 129-135 25 A Patrigeon, E Benazzi, Ch, Travers, J,Y Bernhard Catalysis Today 65 (2001)301-155 26 Kuei-jung Chao, Hung- chung Wu, Li-jen Leu Applied Catlysis A; Genaral 135 (1996) 301-316 27 Colin S cundy; The hydrothermal Synthesis of zeolit history development from the Darlrest Days in present time; Reccicced Jone 25.2002 28 29 Bruce C Gates Jams R Katzer G.C.A schuit; Chemistry lf catalytic processes; MacGraw- hill Book Campang 80 ... 500/530oC.Phản ứng cracking xảy nguyên liệu tiếp xúc với xúc tác tách khỏi xúc tác lò phản ứng Một lệch dịng bố trí đỉnh ống nâng cho phép tách sơ hydrocacbon khỏi xúc tác. Sau tách khỏi sản phẩm, xúc tác làm... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  PHẠM TUẤN LINH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC VỚI NGUYÊN LIỆU NẶNG BẰNG MÔ PHỎNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Lọc Hóa Dầu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... cấp xúc tác tái sinh.Hỗn hợp xúc tác, nguyên liệu, nước, sản phẩm di chuyển lên phía ống đứng, qua xyclone tách sơ với ống dài, thiết bị tách xúc tác khỏi hỗn hợp.Hỗn hợp sản phẩm sau tách xúc tác