Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác: Kiểm soát phản ứng và hạn chế tạo cốc

Phản ứng tạo cốc.[3]

− Sự tạo cốc trong qúa trình reforming xúc tác là không mong muốn do cốc tạo thành sẽ bám lên bề mặt của xúc tác làm giảm độ hoạt tính của xúc tác. Để hạn chế sự tạo cốc thì các nhà sản suất xúc tác phải chú ý điều khiển các chức hoạt tính của xúc tác để góp phần điều khiển đợc quá trình tạo cốc của quá trình reforming.

Cơ chế của quá trình.[1,5]

Phản ứng dehydro hóa sẽ xảy ra khi cả 6 nguyên tử hydro bị tách loại khỏi nguyên tử cyclohexan một cách đồng thời.Sau này cùng với sự phát triển của lý thuyết phức π và những phơng pháp nghiên cứu hiện đại đồng thời cũng phổ biến một quan niệm. Nớc và các hợp chất chứa Clo cũng là thành phần không mong muốn trong nguyên liệu vì nó thay đổi độ axit của chất mang và làm đảo lộn cân bằng của những phản ứng đang xảy ra vì những hợp chất này để loại bỏ, hàm lợng của chúng cần phải điều khiển cẩn thận để duy trì.

Xúc tác của quá trình.[1,5,8]

Tính nhạy cảm đối với tạp chất

Khi bề mặt tích tụ nhiều lu huỳnh có thể không loại bỏ đợc bằng phơng pháp đốt nhất là khi nguyên liệu cha đợc làm sạch lu huỳnh xơ bộ bằng phơng pháp hyđro hoá. Xúc tác trong quá trình làm việc lợng clo trên chất mang sẽ mất dần, để khắc phục hiện tợng này ngời ta thêm các hợp chất hữu cơ của clo vào vùng phản ứng theo nguyên liệu.

Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình reforming xúc tác.[1,2,4]

Nếu nhằm mục đích thu xăng có trị số octan cao, thờng sử dụng xăng có phân đoạn han chế 85 ữ 180oC và 105 ữ 180oC với sự lựa chọn này sẽ thu đợc xăng có trị số octan cao, đồng thời giảm đợc khí và cốc không mong muốn, phân đoạn có nhiệt độ sôi đầu là 105oC có thể sản xuất xăng có trị số octan. Những hydrocacbon chứa lu huỳnh và các tạp chất khác chứa trong nguyên liệu sẽ đợc phản ứng với hydro trên xúc tác Co hoặc xúc tác Ni/Mo trên chất mang để các tạp chất này đợc tách ra một cách chọn lọc và nhờ đó các đặc tính của nguyên liệu đợc cải thiện. Vì áp xuất cao thích hợp cho phản ứng hydrocracking và áp xuất thấp thích hợp cho phản ứng dehydrohóa, sản phẩm của quá trình áp xuất cao có nhiệt độ sôi thấp, vì phản ứng hydrocracking làm thấp khoảng nhiệt độ sôi, còn phản ứng dehydrohóa làm tăng lên lợng hợp chất thơm tập trung ở phần nhiệt độ sôi cao.

Tuy vậy, nhợc điểm lớn nhất của xăng reforming xúc tác là ít phần nhẹ trong quá trình không xảy ra sự cắt mạch cacbon để tạo hydrocacbon nhẹ nên tỷ trọng xăng cao, áp xuất hơi bão hòa thấp, sự phân bổ thành phần phân đoạn không đều nên động cơ sẽ khó khởi động nếu nhiệt độ thấp và làm việc ở chế độ không ổn định. Hai quá trình chủ yếu là hydro reforming ở 480 ữ 550oC, với xúc tác trioxylmolipden kết hợp với chng cất trích ly bằng phenol và quá trình platforming udex với nguyên liệu là phân đoạn có nhiệt độ sôi là 150 ữ 400oF, xúc tác platin, nhiệt độ phản ứng 800 ữ 950oF : độ chuyển hóa benzen trong qúa trình udc là 80%, quá trình kèm theo trích ly bằng dung môi là các glycol (ví dụ: 75% dietylenglycol và 25% dipropylenglycol) và một ít nớc.

Các yếu tố ảnh hởng đến công nghệ của quá trình[2,5]

Các phản ứng chính của quá trình reforming xúc tác đều kèm theo sự tăng thể tích, ví dụ khi khử hydro và các hydrocác bon naphten thì cứ 1 mol naphten sẽ tạo ra 3 mol hydro, nh vậy thể tích tăng lên 4 lần và khử hydro vòng hóa các hydrocacbon. Nhng sự giảm áp xuất thấp sự khử hoạt tính xảy ra nhanh đến mức thời gian rỗng của xúc tác chỉ vài ngày, trong khi ở áp xuất cao thời gian sống của xúc tác có thể đến 1 năm. Khi không có hydro thì không xảy ra phản ứng vì bề mặt kim loại bị che phủ bởi cốc khi tăng áp xuất hydro, bề mặt kim loại đợc làm sạch một phần và cả phản ứng dehydro hoá đóng vòng đều xảy ra.

Tốc độ nạp liệu ảnh hởng đến quá trình nh sau: Khi tăng lu lợng của nguyên liệu hay giảm lu lợng xúc tác trong thiết bị phản ứng sẽ làm tăng tốc độ nạp liệu đồng nghĩa với thời gian lu giảm, điều này sẽ dẫn đến giảm hiệu xuất hydro và các hydrocacbon, đặc biệt là hydrocacbon thơm. Ngời ta chọn tỷ số hydro/nguyên liệu dựa vào thành phần phân đoạn của nguyên liệu, độ khắt khe của quá trình, chất xúc tác hay nói đúng hơn là phụ thuộc vào thời gian làm việc của xúc tác.

Chọn các thiết bị chính của quá trình.[2,3,7]

Lò phản ứng phổ biến trong dây chuyển reforming với xúc tác cố định thờng dùng hai loại : Loại lò phản ứng dọc trục và lò phản ứng xuyên tâm, lò phản ứng dọc trục là loại hình trụ, trong đó khối khí chuyển động qua lớp xúc tác dọc theo hớng trục của lò phản ứng (có thể từ trên xuống hay từ dới lên). Kích thớc thiết bị đầu tiên thờng nhỏ hơn thiết bị cuối cùng, nhng phản ứng thu nhiệt rất mạnh xảy ra ở thiết bị đầu tiên, có thể làm giảm nhiệt độ thiết bị đến mức những phản ứng tiếp theo bị ngừng lại. Trong quá trình reforming xúc tác lò ống có cấu tạo đặc biệt thờng đợc chia thành nhiều buồng tuỳ theo số bậc của hệ thống thiết bị phản ứng bức xạ kiểu đứng, có vỏ chịu nhiệt cao.

Theo chiều cao của tờng bức xạ, bố trí các đèn đốt nhiên liệu, đối diện là các ống dẫn khói của buồng đối lu, xung quanh thành lò ở phía trong cũng nh phía trên có đặt một hệ thống ống dẫn chịu nhiệt để dẫn chất cần đun nóng. Theo nghĩa hẹp thì thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị mà trong đó có hai dòng chất lu (khí, lỏng) có nhiệt độ khác nhau trao đổi nhiệt với nhau bằng sự tiếp xúc gián tiếp thông qua bề mặt trao đổi nhiệt.

Các công nghệ reforming điển hình trên thế giới[2,4]

Do hệ thống này làm việc ở áp xuất thấp hơn (200 ữ 400 psi) và điều kiện khắc nghiệt hơn thiết bị phần tái sinh nên việc tái sinh từng thiết bị đợc tiến hành thờng xuyên và do đó hiệu xuất sản phẩm cao hơn trong hệ thống bán tái sinh. Nguyên liệu là phân đoạn naphta đã đợc sấy khô và làm sạch từ bộ phận hydro hoá làm sạch đợc trộn với khí hydro từ máy nén sau khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt và đợc nạp nối tiếp vào lò đốt nóng và các reactor theo thứ tự từ 1 đến 3 (ngày nay thờng dùng đến lò thứ 4). Thổi và thải khí trơ sau đó bơm khí trơ đến áp suất khoảng 10 atm, đun nóng thiết bị phản ứng từ từ, khi nhiệt độ vào khoảng 250OC thì bơm không khí vào sao cho lợng oxy vào khoảng 0,5% thể tích và tăng từ từ cho đến 2% thể tích thì kết thúc.

Khi sơ đồ công nghệ có sử dụng lò dự trữ thì việc tái sinh không làm gián đoạn thời gian làm việc và chỉ đơn giản là chuyển đờng dẫn nguyên liệu sang lò phản ứng làm việc thế, quá trình tái sinh đối với lò phản ứng đã làm việc tơng tự nh đã trình bày ở trên. • Nguyên lý hoạt động :Nguyên liệu trộn với khí hydro tuần hoàn đợc đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng (520-ữ530OC) trong các thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò ống rồi đợc nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất ở trên cùng.

Ch Ch ơng III: tính toán công nghệ ơng III: tính toán công nghệ

Tính toán.[7,9,10]

• Tính toán lò thứ nhất
• Tính toán cho lò phản ứng thứ hai

 Các phản ứng thờng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác : - Phản ứng chuyển hóa hydrocacbon naphten thành RH thơm. Trong bảng trên P* là lợng hydrocacbon khí tuần hoàn; A,N,P lần lợt là ký hiệu của hydrocacbon aromatic, naphten, parafin trong nguyên liệu. + Hằng số tốc độ của phản ứng chuyển hóa hydrocacbon thành parafin thơm ở nhiệt độ 803oK.

Ta nhận thấy KP2 <<1 chứng tỏ u thế phản ứng nghịch chuyển hóa từ hydrocacbon parafin thành naphten. Số liệu entanpi của A,N,P đuợc tra dựa theo trọng lợng phân tử trung bình ta có bảng díi ®©y. Trong đó : Q1 : là nhiệt độ hỗn hợp nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào Q2 : là nhiệt độ tiêu tốn cho phản ứng reforming.

Trong đó : Q1 : là nhiệt độ hỗn hợp nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào Q2 : là nhiệt độ tiêu tốn cho phản ứng reforming.