Nghiên cứu chế tạo xúc tác cracking dạng công nghiệp ứng dụng cho phân xưởng RFCC của nhà máy lọc dầu dung quất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG ĐỨC HOAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC CRACKING DẠNG CÔNG NGHIỆP ỨNG DỤNG CHO PHÂN XƢỞNG RFCC CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành : Kĩ thuật hóa dầu lọc dầu Mã số: 8520305 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2020 i CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán hƣớng dẫn khoa học Prof Dr.Jan J Weigand Cán chấm nhận xét Chữ ký: TS Vũ Xuân Hoàn Chữ ký: TS Nguyễn Hữu Lƣơng Chữ ký: PGS TS Nguyễn Quang Long Chữ ký: Luận văn thạc sỹ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 27 tháng năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: PGS TS Phan Minh Tân TS Nguyễn Hữu Lƣơng PGS TS Nguyễn Quang Long TS Lƣu Xuân Cƣờng TS Phạm Hồ Mỹ Phƣơng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA GS.TS Phan Thanh Sơn Nam PGS TS Phan Minh Tân i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trƣơng Đức Hoan Ngày, tháng, năm sinh: 19/04/1995 Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa Dầu Lọc Dầu MSHV: 1870345 Nơi sinh: Phú Yên Mã số: 8520305 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo xúc tác cracking dạng công nghiệp ứng dụng cho phân xƣởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Nghiên cứu quy trình tạo hạt xúc tác FCC dạng cơng nghiệp kỹ thuật sấy phun: Khảo sát, đánh giá yếu tố ảnh hƣởng gồm pH, hàm lƣợng rắn, thời gian già hóa nhiệt độ dịng khơng khí sấy - Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm số hệ xúc tác cracking dạng công nghiệp với chất khác nhau: alumina, alumina-silica silica - Đánh giá hoạt tính xúc tác cracking dạng cơng nghiệp chế tạo đƣợc mẫu nguyên liệu FCC từ NMLD Dung Quất So sánh xúc tác tối ƣu tổng hợp đƣợc với xúc tác công nghiệp sử dụng nhà máy lọc dầu Dung Quất III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài): 10/02/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2020 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Prof Dr Jan J Weigand TS Vũ Xuân Hoàn Tp.HCM, ngày tháng năm 2020 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Đào Thị Kim Thoa Prof Dr Jan J Weigand TRƢỞNG KHOA TS Vũ Xuân Hoàn GS.TS Phan Thanh Sơn Nam ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, xin chân thành cảm ơn Prof Dr Jan J Weigand TS Vũ Xuân Hồn hƣớng dẫn truyền đạt cho tơi kiến thức quý báu suốt thời gian thực luận văn Tôi xin cảm ơn Quý Thầy/Cô Hội đồng chấm luận văn dành thời gian góp ý nhận xét để luận văn đƣợc hồn thiện Tơi xin cảm ơn Quý Thầy/Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM giảng dạy, truyền đạt cho chúng tơi nhiều kiến thức bổ ích suốt khóa học Tôi xin cảm ơn Quý Anh/Chị/Cán thuộc Trung Tâm Nghiên cứu Phát triển Chế biến Dầu khí (PVPro), Viện Dầu Khí Việt Nam (VPI) hƣớng dẫn, hỗ trợ giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu thực nghiệm PVPro/VPI Tơi xin cảm ơn Phịng Đào tạo Sau đại học Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQGHCM tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành khóa học Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, động viên gia đình bạn bè giúp tơi hồn thành khóa học Trân trọng Trƣơng Đức Hoan iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Q trình cracking xúc tác tầng sơi (Fluid Catalytic Cracking – FCC) trình quan trọng nhà máy lọc dầu nhằm chuyển hóa phân đoạn c n n ng, nhiệt độ sôi cao (>360 oC) thành sản ph m có giá trị kinh tế nhƣ xăng động olefin nh , chủ yếu propylen làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu Xúc tác cracking cơng nghiệp (xúc tác FCC) đóng vai trò định đến hiệu hoạt động phân xƣởng FCC Hiện giới có khoảng 300 phân xƣởng FCC hoạt động, tiêu thụ khoảng 840.000 xúc tác FCC/năm, cung cấp phần lớn sản lƣợng xăng giới nhƣ propylen cho công nghiệp nhựa Tại Việt Nam, cơng nghiệp lọc hóa dầu đƣợc đ y mạnh phát triển năm gần với 02 phân xƣởng RFCC (Residue FCC) đƣợc đƣa vào hoạt động nhà máy lọc dầu Dung Quất Nghi Sơn Tuy nhiên, toàn xúc tác sử dụng cho hai phân xƣởng phải nhập kh u hoàn toàn nƣớc chƣa sản xuất đƣợc Với định hƣớng bƣớc nắm bắt làm chủ công nghiệp chế tạo xúc tác FCC, luận văn tập trung nghiên cứu quy trình tạo hạt xúc tác FCC dạng công nghiệp ứng dụng cho phân xƣởng RFCC NMLD Dung Quất Luận văn bắt đầu với nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình tạo hạt kỹ thuật sấy phun gồm điều kiện sấy phun (nhiệt độ dịng khí sấy đầu vào), tính chất nguyên liệu (pH, tỷ lệ rắn, thời gian già hóa) Kết cho thấy điều kiện sấy phun tối ƣu để tạo hạt vi cầu cho xúc tác FCC dạng cơng nghiệp sử dụng dịng khí sấy đầu vào nhiệt độ 220 oC, điều chỉnh pH nguyên liệu khoảng 3, tỷ lệ rắn 15% thời gian già hóa (khuấy) h Trên sở quy trình tạo hạt xây dựng, 03 hệ xúc tác dạng FCC dạng công nghiệp đƣợc chế tạo thử nghiệm thành công với chất khác gồm silica, silca-alumina alumina Các đ c trƣng hóa lý đƣợc khảo sát phƣơng pháp nhƣ XRD, BET, SEM, XRF, NH3-TPD Hiệu mẫu xúc tác đƣợc đánh giá mẫu nguyên liệu FCC NMLD Dung Quất, sử dụng thiết bị chuyên dụng SCTMAT mô điều kiện hoạt động phân xƣởng RFCC Kết cho thấy hệ xúc tác iv chế tạo với chất silica cho hiệu tốt nhất: kích thƣớc hạt trung bình khoảng 53 µm, độ chuyển hóa đạt 87%, hiệu suất xăng 53% propylene đạt khoảng 7,4% v ABSTRACT Fluid Catalytic Cracking (FCC) is an important process in oil refineries to convert heavy residue, high boiling point (> 360 °C) into valuable products such as gasoline and light olefin, mainly propylene as raw materials for petrochemical synthesis Industrial cracking catalyst (FCC catalyst) plays a decisive role in the performance of the FCC unit Currently the world has more than 300 FCC units in operation, consuming about 840,000 tons of FCC catalysts / year, providing majority of the world's gasoline production as well as propylene for the plastics industry In Vietnam, the refining industry has been accelerated in recent years, with 02 RFCC units (Residue FCC) put into operation at Dung Quat and Nghi Son refineries However, all the catalysts used for these two units are completely imported because they cannot be produced domestically With the orientation of capturing and mastering the FCC catalytic manufacturing technology, this thesis focuses on the process of formulating an industrial FCC catalysts (prototypte) for use in the RFCC unit of Dung Quat oil refinery The thesis begins with the investigation of factors affecting the formualation by spraydrying techniques including spray-drying parameters (inlet drying air flow temperature), drying feeds (pH, solid rate, aging time) The results showed that the optimum spraydrying conditions to create microspheres for FCC industrial catalysts were to use the inlet drying gas stream at a temperature of 220 oC, adjust the pH of the slurry feed to about 3, the solid rate of 15% and the aging time (stirring) is h Based on the formulation procedure developed, 03 prototype industrial FCC catalysts have been successfully prepared with different matrix including silica, silca-alumina and alumina Physicochemical characteristics were investigated by various methods such as XRD, BET, SEM, XRF, NH3-TPD The catalytic performance of the prepared catalyst samples was assessed with residue samples of Dung Quat oil refinery, using specialized equipment SCT-MAT which allows to simulate the operating conditions of the RFCC unit The results showed that the prototype industrial FCC catalyst fabricated with silica vi matrix produced the best performance: the average particle size was about 53 µm, conversion was 87%, gasoline yield was 53% and propylene was about 7.4% vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng đƣợc hƣớng dẫn khoa học GS TS Jan J Weigand TS Vũ Xuân Hoàn Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chƣa đƣợc công bố dƣới hình thức trƣớc Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận nào, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn viii MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH xii DANH MỤC BẢNG xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvi LỜI MỞ ĐẦU xvii Tính cấp thiết đề tài xvii Mục tiêu đề tài xviii Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu xviii Nội dung nghiên cứu xix Ý nghĩa đề tài xix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu phân xƣởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Xúc tác cho phân xƣởng RFCC 1.1.3 Nguyên liệu sản ph m phân xƣởng RFCC 1.2 Tổng quan công nghệ xúc tác FCC 1.2.1 Thành phần hoạt tính (zeolite) 1.2.2 Thành phần pha (matrix) 10 1.3 Công nghệ chế tạo xúc tác cracking công nghiệp 11 1.3.1 Công nghệ sản xuất "incorporation" 11 1.3.2 Công nghệ sản xuất in-situ 13 1.3.3 So sánh phƣơng pháp chế tạo 14 1.4 Kĩ thuật sấy phun trình chế tạo xúc tác FCC ix 15 128 Phụ lục III-C: mẫu xúc tác chế tạo FCC-A 129 130 131 132 133 134 Phụ lục IV: Kết phân tích thành phần nguyên tố mẫu xúc tác cracking FCC dạng công nghiệp chế tạo 135 Phụ lục IV-A: mẫu xúc tác chế tạo FCC-S 136 137 Phụ lục IV-B: mẫu xúc tác chế tạo FCC-S.A 138 139 Phụ lục IV-C: mẫu xúc tác chế tạo FCC-A 140 141 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRƢƠNG ĐỨC HOAN Ngày, tháng, năm sinh: 19/04/1995 Nơi sinh: Phú Yên Địa liên lạc: 41/14 Đội Cung, phƣờng 11, quận 11, thành phố Hồ Chí Minh Điện thoai: 0334282480 Q TRÌNH ĐÀO TẠO - 2013-2018: Trƣờng Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Kĩ thuật hóa học, chun ngành Hóa dầu – đại học qui - 2018-2020: Trƣờng Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, chuyên ngành Kĩ thuật hóa dầu lọc dầu – đào tạo sau đại học (thạc sĩ) Q TRÌNH CƠNG TÁC - 2018-2019: Cơng ty cổ phần bao bì nhựa Tân Tiến, Phòng nghiên cứu phát triển 142 ... thuật Hóa Dầu Lọc Dầu MSHV: 1870345 Nơi sinh: Phú Yên Mã số: 8520305 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo xúc tác cracking dạng công nghiệp ứng dụng cho phân xƣởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất II... thực với mục tiêu nghiên cứu sơ quy trình tạo hạt xúc tác cracking dạng cơng nghiệp phục vụ nghiên cứu chế tạo xúc tác cracking công nghiệp ứng dụng cho phân xƣởng RFCC NMLD Dung Quất Mục tiêu đề... trình tạo hạt xúc tác cracking dạng công nghiệp kỹ thuật sấy phun 55 3.2 Nghiên cứu chế tạo xúc tác cracking dạng công nghiệp 3.2.1 Kết đ c trƣng tính chất hóa lý mẫu xúc tác cracking dạng công nghiệp