về công nghệ của UOP về quá trình cracking xúc tác tầng sôi

MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………… ……….4 1.1 Giới thiệu chung trình craking xúc tác 1.2 Lịch sử phát triển 1.3 Q trình hóa học .6 1.4 Nhiệt động lực học cracking xúc tác 1.5 Lịch sử xúc tác 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC .14 2.1 Cơ chế phản ứng cracking xúc tác 14 2.1.1 Giai đoạn tạo ion cacboni 14 2.1.2 Các phản ứng ion cacboni 15 2.1.3 Giai đoạn dừng phản ứng 16 2.2 Xúc tác trình Cracking xúc tác 16 2.2.1 Thành phần xúc tác 16 2.2.2 Zeolit 17 2.2.3 Chất mang (Matrix) 21 2.2.4 Chất độn chất kết dính 21 2.2.5 Các nguyên nhân gây hoạt tính xúc tác 21 2.2.6 Tái sinh xúc tác 23 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ 25 3.1 Một số sơ đồ cracking xúc tác FCC .25 3.1.1 Vị trí FCC lọc hóa dầu 25 3.1.2 Sơ đồ cơng nghệ FCC khơng bao gịm hệ thống khí thải UOP 25 3.1.3 Cơng nghệ tái sinh xúc tác cấp cấp UOP 28 3.1.4 Lựa chọn công nghệ 31 3.2 Dây truyền công nghệ với thời gian tiếp xúc ngắn 32 3.2.1 Bộ phận reactor- ống đứng 32 3.2.2 Lị tái sinh khối tận dụng nhiệt khói lò .33 3.2.3 Bộ phận phân chia sản phẩm 34 3.3 Phân xưởng khí FCC 36 3.4 Cấu tạo thiết bị phản ứng 36 3.4.1 Cấu tạo lò phản ứng 36 3.4.2 Cấu tạo lò tái sinh .37 3.4.3 Hệ thống tách hydrocacbon khỏi xúc tác 38 3.4.4 Bộ phận làm lạnh xúc tác 39 3.4.5 Một số phận khác 39 3.5 Thông số công nghệ 42 3.6 Quá trình FCC cải tiến 42 3.6.1 Quá trình cracking sâu (DCC) 42 3.6.2 Quá trình MSCC (UOP) 43 KẾT LUẬN .45 LIỆU THAM KHẢO 45 MỞ ĐẦU Từ công nghệ chế biến dầu mỏ đời nay, sản lượng dầu khai thác ngày tăng lên trở thành nguồn lượng quan trọng nhiều quốc gia giới Để thỏa mãn nhu cầu nguyên liệu ngày tăng ngành cơng nghiệp chế biến dầu mỏ sức cải tiến, hồn thiện quy trình cơng nghệ cho thu nhiều sản phẩm có giá trị cao từ nguyên liệu có chất lượng xấu Quá trình cracking xúc tác trình quan trọng công nghệ chế biến dầu mỏ, thiếu nhà máy lọc dầu giới trình q trình để sản xuất xăng có chất lượng cao Tăng lượng sản phẩm nhiên liệu (xăng, DO, ) từ phân đoạn có nhiệt độ sơi cao Nhận thấy tầm quan trọng trình này, nhãn hàng UOP liên tục tìm cơng nghệ ngày tiến nhằm thu sản phẩm xăng có chât lượng tốt tính chọn lọc cao Với đề tài tìm hiểu cơng nghệ UOP q trình cracking xúc tác tầng sơi, nhóm em đưa nội dung sau: Chương 1: Tổng quan cracking xúc tác Chường 2: Cơ sở lý thuyết trình cracking xúc tác Chương 3: Cơng nghệ UOP q trình cracking xúc tác tầng sôi NỘI DUNG TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: 1.1 Giới thiệu chung trình craking xúc tác Cracking trình bẻ gãy mạch cacbon – cacbon (của hydrocacbon) phân tử có kích thước lớn (có trọng lượng phân tử lớn) thành phân tử có kích thước nhỏ (có trọng lượng phân tử nhỏ hơn) Trong cơng nghệ dầu mỏ, q trình ứng dụng để biến đổi phân đoạn nặng thành sản phẩm nhẹ, tương ứng với khoảng sôi sản phẩm trắng xăng, kerosen, diezen Quá trình thực tác dụng nhiệt độ (cracking nhiệt) xúc tác (cracking xúc tác) Mục đích q trình cracking xúc tác nhận cấu tử có trị số octan cao cho xăng ơtơ hay xăng máy bay từ nguyên liệu phần cất nặng hơn, chủ yếu phần cất nặng từ trình chưng cất trực tiếp AD (Atmotpheric Distillation) VD (Vacuum Distillation) dầu thơ 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 Q trình cracking xúc tác nghiên cứu từ cuối kỷ XIX, đến năm 1923, kỹ sư người Pháp tên Houdry đề nghị đưa q trình vào áp dụng cơng nghiệp 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) Quá trình cracking nghiên cứu từ lâu giai đoạn đầu trình biến đổi tác dụng đơn nhiệt độ áp suất(quá trình cracking nhiệt) với hiệu suất chất lượng thấp, tiến hành điều kiện khắc nghiệt, nhiệt độ cao áp suất cao Tuy nhiên có ưu điểm chế biến phần cặn nặng dầu mỏ mà cracking xúc tác không thực Để nâng cao hiệu suất, chất lượng, cho phép tiến hành trình điều kiện mềm mại hơn(nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) người ta đưa vào q trình chất mà có khả làm giảm lượng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng, tăng tính chất chọn lọc(hướng phản ứng theo hướng cần thiết), chất xúc tác q trình gọi trình cracking xúc tác Cho đến nay, trình ngày cài tiến, hồn thiện mặt (cơng nghệ, xúc tác, thiết bị) cho phù hợp Quá trình cracking xúc tác q trình khơng thể thiếu nhà máy chế biến dầu giới, trình trình sản xuất xăng có trị số octan cao Xăng thu từ trình dùng để phối trộn với loại xăng khác để tạo loại xăng khác Khối lượng xăng thu từ trình chiếm tỷ lệ lớn(khoảng 70-80% so với tổng lượng xăng thu từ trình chế biến khác) Lượng dầu mỏ chế biến cracking xúc tác chiếm tương đối lớn.Ví dụ vào năm 1965, lượng dầu mỏ giới chế biến 1500 tấn/ngày cracking xúc tác chiếm 800 (tương ứng 53%) Q trình FCC q trình chuyển hóa ổn khí quyển, dầu khí chân khơng dầu nặng thu hồi từ hoạt động nhà máy lọc dầu khác thành xăng dầu có trị số octan cao, loại nhiên liệu nhẹ, loại khí nhẹ giàu olefin Đặc điểm trình FCC đầu tư tương đối thấp, hoạt động lâu dài, tính linh hoạt vận hành cho phép nhà máy lọc dầu tạo nhiều sản phẩm suất cách điều chỉnh thông số vận hành Trong đơn vị FCC điển hình, phản ứng cracking thực lò phản ứng ống riser đứng mà dòng nguyên liệu tiếp xúc với chất xúc tác dạng bột nóng Hơi sản phẩm cracking nhẹ di chuyển lên lò phản ứng mang theo bột chất xúc tác Phản ứng xảy nhanh chóng vài giây tiếp xúc để xảy phản ứng.Lượng chất xúc tác tiêu tốn sản phẩm chuyển đổi sau tách ra; chất xúc tác đến buồng riêng biệt, thiết bị tái sinh, nơi mà cốc dễ cháy để làm hồi sinh chất xúc tác Chất xúc tác tái sinh sau đến đáy lị phản ứng, bắt đầu lại chu kì 1.2 Lịch sử phát triển Q trình cracking có lớp xúc tác tầng sơi thay trình Houdry Qúa trình phản ứng xúc tác tái sinh xúc tác thực thiết bị riêng biệt: thiết bị phản ứng (lò phản ứng) thiết bị tái sinh xúc tác (lò tái sinh) Năm 1942 quy trình cracking có lớp xúc tác chuyển động (FCC) đưa vào họat động có tên Up Flow.Thiết kế FCC loại xếp tầng (hình 3.3.1), đặc trưng lị phản ứng áp suất thấp xếp chồng thiết bị tái sinh áp suất cao hơn, sản xuất UOP Tiếp đến vào năm 1950, thiêt kế xuất cải tiến so với thiết bị cũ gọi thiết kế cạnh bên (fig 3.3.2),trong đơn vị này, thiết bị tái sinh đặt song song với lò phản ứng Chất xúc tác tái sinh, nguồn nguyên liệu mới, tái tuần hồn chuyển đến lị phản ứng phương tiện khe cắm thẳng dài, nằm lò phản ứng So với thiết kế trước đây, sản lượng tính chọn lọc cải thiện đáng kể.Một bước đột phá lớn công nghệ chất xúc tác diễn vào thập niên 1960 với phát triển chất xúc tác zeolit Những chất xúc tác sàng chứng minh hoạt động vượt trội ,tính chọn lọc xăng, đặc điểm ổn định so với silica-alumina vơ định hình- chất xúc tác sau sử dụng Sự sẵn có chất xúc tác zeolitic phục vụ sở cho hầu hết cải tiến quy trình phát triển năm gần Năm 1971, thiết kế uop dựa phản ứng cracking mà sau nhanh chóng mở rộng kết thiết bị có nhiều lợi hệ thống so với thiết kế cũ Thiết bị phản ứng cung cấp chọn lọc xăng cao hơn, giảm khí than cốc đồng thời giảm cracking thứ cấp cho sản phẩm không mong muốn.Xu hướng tiếp tục suốt nhiều năm thiết kế trình tạo nhiều sản phẩm mong muốn giảm sản phẩm phụ điều kiện chế biến tương đối nhẹ, mở rộng đầy đủ thiết bị cyclone Thiết kế thực tiếp cận tất phản ứng cracking, tất phản ứng diễn ống đứng kết thúc phản ứng đỉnh Thiết kế cho thấy cải tiến tính chọn lọc, tái tạo sử dụng chất xúc tác ban đầu.Một lần đặt nhấn mạnh tầm quan trọng hệ thống phân phối nguyên liệu hoàn chỉnh thiết kế đơn vị FCC đại 1.3 Q trình hóa học Bản chất hố học q trình cracking xúc tác: Cracking trình bẻ gãy mạch cacbon – cacbon (của hydrocacbon) phân tử có kích thước lớn (có trọng lượng phân tử lớn) thành phân tử có kích thước nhỏ (có trọng lượng phân tử nhỏ hơn) Trong cơng nghệ dầu mỏ, q trình ứng dụng để biến đổi phân đoạn nặng thành sản phẩm nhẹ, tương ứng với khoảng sôi sản phẩm trắng xăng, kerosen, diezen Quá trình thực tác dụng nhiệt độ (cracking nhiệt) xúc tác (cracking xúc tác) Cơ sở hóa học q trình cracking xúc tác Q trình cracking xúc tác tiến hành điều kiện: - Nhiệt độ: 470 – 550ºC - Áp suất vùng lắng lò phản ứng: 0.27 MPa - Tốc độ khơng gian thể tích: từ – 120 m3/m3.h (tùy theo dây chuyền cơng nghệ) [2] Nhiều phản ứng hóa học xảy trình phản ứng định chất lượng hiệu suất trình: - Phản ứng phân hủy cắt mạch (bẻ gãy liên kết), phản ứng cracking - Phản ứng đồng phân hóa - Phản ứng chuyển vị hydro, phản ứng ngưng tụ, polyme hóa phản ứng ngưng tụ tạo cốc -Các phản ứng phân hủy phản ứng thu nhiệt mạnh, phản ứng đồng phân hóa, chuyển vị hydro, phản ứng ngưng tụ polyme hóa phản ứng tỏa nhiệt nhẹ  Phản ứng phân huỷ mạch CC, phản ứng cracking Là phản ứng phân huỷ bẻ gãy mạch phần tử có kích thước lớn (trọng lượng phân tử lớn) thành phần tử có kích thước nhỏ (trọng lượng phân tử nhỏ hơn) Đây phản ứng trình + Phân huỷ parafin tạo olefin parafin có trọng lượng phân tử nhỏ CnH2n+2 CmH2m + CpH2p+2 (n = m + p) + Bẻ gãy mạch olefin tạo olefin nhỏ CnH2n CmH2m + CpH2p (n = m + p) + Hydrocacbon thơm có nhánh bên bị bẻ gãy tạo thành parafin hydrocacbon thơm có nhánh nhỏ ArCnH2n+1 ArCmH2m+1 + CpH2p (n = m + p) + Naphten bị bẻ gãy mở vòng tạo olefin (trừ vòng hexan) CnH2n CmH2m + CpH2p (n = m + p) naphten olefin olefin CnH2n C6H12 + CmH2m + CpH2p (n = m + p+ 6) naphten xyclohexan olefin olefin  Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá) Là phản ứng tạo hydrocacbon có cấu trúc mạch nhánh (cấu tử làm trị số octan tăng lên) n-olefin izo-olefin n-parafin izo-parafin  Phản ứng chuyển dời hydro tác dụng xúc tác Nhờ có xúc tác mà có phân bố lại hydro làm no số hydrocacbon đói (sản phẩm phân huỷ), làm tăng tính ổn định hố học sản phẩm thu Naphten + olefin hydrocacbon thơm + parafin Naphten + olefin hydrocacbon thơm + parafin  Phản ứng trùng hợp Chủ yếu xảy với hydrocacbon không no CnH2n + CmH2m CpH2p (n + m = p)  Phản ứng alkyl hoá khử alkyl hoá Phản ứng alkyl hoá xảy nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu suất khí ArH + C + CnH2n Aromat CnH2n+1 Hydrocacbon thơm olefin alkyl thơm Phản ứng khử alkyl hoá ngược với phản ứng alkyl hoá, xảy nhiệt độ cao tạo nhiều khí  Phản ứng ngưng tụ tạo cốc Phản ứng chủ yếu xảy hydrocacbon thơm đa vòng, xảy nhiệt độ cao Sự tạo cốc q trình cracking xúc tác khơng mong muốn, cốc tạo thành thường bám trênn bề mặt xúc tác, giảm hoạt tính bề mặt xúc tác, giảm thời gian làm việc xúc tác Hiệu ứng nhiệt phản ứng khác dấu giá trị Đa số phản ứng phân huỷ phản ứng thu nhiệt mạnh, có phản ứng phản ứng đồng phân hoá, chuyển vị hydro, polyme hoá phản ứng ngưng tụ phản ứng toả nhiệt yếu Hiệu ứng nhiệt tổng cộng trình cracking xúc tác thu nhiệt, với giá trị thay đổi từ 100 đến 400 kJ/kg nguyên liệu, tuỳ theo chất nguyên liệu sử dụng trình Hiện nay, chưa có trí hồn tồn việc giải thích chế xúc tác q trình cracking Nhưng nhìn chung phổ biến giải thích theo chế ioncacboni Các ioncacboni tạo mà phân tử hydrocacbon nguyên liệu tác dụng với tâm axit xúc tác 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 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 q trình FCC Nhờ đó, người ta chọn chất xúc tác, xử lý cố, tối ưu hố q trình cracking xúc tác TABLE 3.3.1 Feedstock Crackability Range of Relative characterization factor K >12.0 High crackability Feedstock type Paraffinic 11.5–11.6 Intermediate Naphthenic