Thiết kế phân xưởng cracking xúc tác năng suất 3.000.000 tấn sản phẩm propylen polymer/năm

MỤC LỤC

Sự biến đổi các hydrocacbon olefin.[3,90]

Tính hấp phụ chọn lọc cao nhất của xúc tác là các hydrocacbon olefin trong quá trình cracking xúc tác cho nên ở điều kiện cracking xúc tác các hydrocacbon olefin chuyển hoá với tốc độ nhanh hơn hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần so với khi cracking nhiệt. Hydrocacbon olefin là những hợp chất hoạt động hơn, trong giai đoạn đầu tiên của quá trình, chúng tham gia phản ứng tạo ion cacboni bởi vì quá trình hấp thụ một proton vào liên kết đôi.Ion cacboni vừa tạo ra sẽ bị cracking theo quy tắc, khi đó tạo thành một olefin nhẹ hơn và một ion cacboni bậc1, ion này có thể để lại proton trên bề mặt của xúc tác hay có thể đồng phân hoá thành ion cacboni bậc 2.

Sự biến đổi các hydrocacbon naphten.[3,91]

Nhìn chung, sản phẩm cracking naphten có tính chất no hơn so với khi cracking parafin.Trong sản phẩm, do phản ứng trên xúc tác mà hydrocacbon có số nguyên tử lớn hơn 3 chiếm phần chủ yếu. Vì vậy khi cracking xúc tác các hợp chất naphten sẽ cho nhiều sản phẩm lỏng hơn,nghĩa là hiệu suất xăng sẽ cao hơn.Cho nên naphten là thành phần lý tưởng nhất trong nguyên liệu để cracking xúc tác.

Sự biến đổi của các hydrocacbon thơm.[3,93]

Các hydrocacbon thơm có nhánh alkyl dài, có thể khép vòng tạo hydrocacbon thơm đa vòng và cuối cùng là các hydrocacbon thơm đa vòng tham gia phản ứng ngưng tụ tạo cốc. Các hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ cao tạo cốc dễ hấp phụ trên bề mặt xúc tác.Vì vậy chúng kìm hãm ảnh hưởng đến quá trình cracking các loại hydrocacbon loại khác.

Động học của qúa trình cracking xúc tác.[1,115]

 Nhiệt độ : Quá trình cracking xúc tác tiến hành ở khoảng nhiệt độ từ 4500C – 5200C là thích hợp nhất cho quá trình tạo xăng.Khi qúa trình tiến hành ở nhiệt độ tăng lên thì độ chuyển hoá của nguyên liệu cũng tăng lên làm cho hiệu suất các sản phẩm cracking xúc tác đều tăng lên. Nhưng nhiệt độ chỉ tăng đến giới hạn cho phép nếu tăng qúa cao ( cao hơn 5500C ) thì hiệu suất xăng lại giảm xuống, còn hiệu suất cốc và khí lại tăng mạnh nguyên nhân là do khi nhiệt độ tăng lên cao quá giới hạn cho phép thì nguyên liệu bị cracking ở điều kiện cứng hơn và phản ứng xảy ra sâu hơn và xăng được tạo ra trong trường hợp này lại tiếp tục bị phân hủy làm cho hiệu suất xăng giảm xuống và hiệu suất khí và cốc tăng lên.

Nguyên liệu của qúa trình cracking xúc tác, sản phẩm thu được từ qúa trình và xúc tác của quá trình

Xúc tác trong qúa trình cracking xúc tác

Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking 1. Hoạt tính xúc tác phải cao
Các loại xúc tác dùng trong quá trình cracking. [2,106]

Khi kích thước không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khác nhau và do sự phân lớp theo kích thước nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường của thiết bị.Mặt khác khi kích thước không đồng đều sẽ làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến tổn hao xúc tác,khi cấu trúc lỗ xốp không đồng đều thì sẽ làm giảm bề mặt tiếp xúc dẫn đến làm giảm hoạt tính xúc tác. Độ hoạt tính của xúc tác có thể được duy trì nếu ta thêm hơi nước vào nguyên liệu, hay việc xử lý trước và sau khi tái sinh xúc tác.Thêm hơi nước khi chế biến nguyên liệu có lưu huỳnh sẽ có tác dụng âm vì khi đó lại làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩm của quá trình ăn mòn lại làm nhiễm bẩn xúc tác, dẫn tới làm giảm độ hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác.Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và hơi nước làm giảm độ hoạt tính tổng cộng của xúc tác.

III.3.4 So sánh giữa loại xúc tác vơ định hình Aluminosilicat và zeolit. [4,24].

Sản phẩm thu được từ qúa trình cracking xúc tác.[2,102]

Khi lắng đọng các oxyt kim loại nặng trên xúc tác sẽ dẫn tới làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suất xăng do tăng nhanh quá trình tạo cốc.Khi hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng, hàm lượng các kim loại nặng như niken và vanadi cũng tăng theo, vì đa phần chúng đều tập trung ở phần cặn nặng và phân đoạn nhựa – asphan. Chất lượng của gasoil nhẹ không chỉ phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu mà còn phụ thuộc vào chất lượng của xúc tác và chế độ công nghệ.Nếu cracking xúc tác ở điều kiện cứng thì hiệu suất và chất lượng gasoil nhẹ càng thấp và ngược lại cracking xúc tác ở điều kiện mềm thì thu được gasoil nhẹ có hiệu suất và chất lượng cao.

Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng

Tính cân bằng vật chất

Chọn hiệu suất xăng ( tính theo % trọng lượng nguyên liệu mới ) là Xρ = 45,1% trọng lượng nguyên liệu mới. Để điều chỉnh mật độ của hỗn hợp hơi nguyên liệu và xúc tác ở trong ống vận chuyển ta dùng hơi nước và nó tiêu tốn khoảng 0,4 -2,0% trọng lượng tính theo tải trọng của lò phản ứng. Ta chọn tiêu tốn hơi nước để điều chỉnh mật độ hỗn hợp là 1,6% trọng lượng theo nguyên liệu.

Hơi nước dùng để tách hơi sản phẩm cracking ra khỏi xúc tác trước khi đưa vào lò tái sinh trong vùng tách.

Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng

Trong bảng 2 dưới đây theo tài liệu [6,118] sẽ chỉ ra thành phần của khí cracking ( Người ta xác định được bằng cách phân tích sắc ký khí của sản phẩm khí nhận được khi cracking). Với giả thiết là áp suất trong thiết bị phản ứng là tương đối nhỏ, vì vậy ảnh hưởng của áp suất lên hàm nhiệt là không đáng kể. Khi biết thành phần của khí cracking ta có thể tìm được hàm nhiệt của riêng từng cấu tử sau đó ta có thể tính được hàm nhiệt của hỗn hợp các cấu tử.

Tổng hàm nhiệt riêng phần của các cấu tử sẽ là hàm nhiệt của khí cracking ở nhiệt độ đã cho.

Tính toán thiết bị phản ứng

Đối với thiết bị cracking xúc tác thì vận tốc trung bình của hơi trong tiết diện tự do của lò phản ứng là 0,63 m/s. Theo việc lựa chọn công nghệ FCC thời gian tiếp xúc ngắn , ta chọn thời gian lưu của nguyên liệu và sản phẩm trong ống đứng là : τ=2, s. Ta đặt cyclon ở trong lò phản ứng nhằm mục đích thu hồi bụi xúc tác bị cuốn theo hơi sản phẩm phản ứng.

Mức độ làm sạch có thể dao động trong khoảng 65 – 98% .Trong trường hợp cần làm sạch ở mức độ cao hơn ta có thể dùng cyclon hai hay ba bậc.

Xây Dựng

Các yêu cầu chung đối với địa điểm xây dựng nhà máy
Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng

 Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí giá thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy, giảm chi phí vận chuyển vật liệu và vật tư xây dựng từ xa đến. Do vậy trong qúa trình thiết kế cần chú ý xác định các công nhân của nhà máy và khả năng cung ứng công nhân ở địa phương ngoài ra còn phải tính đến khả năng cung ứng công nhân ở các địa phương lân cận.  Cường độ khu đất xây dựng là 1,5 - 2,5 KG/cm2.Nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi..để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình, nhất là hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn.

 Mạng lứơi giao thông, do nằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế của chính phủ với dự án phát triển khu công nghệ cao.Thuận tiện cả về giao thông đường bộ và đường thủy và hàng không.

Thiết kế tổng mặt bằng của phân xưởng và tính toán kinh tế

Bố trí mặt bằng
Tính toán kinh tế

Phải đảm bảo tốt các mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải, chống ô nhiểm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công cộng. Đây cũng là nơi gây ra tiếng ồn lớn,lượng bụi tạo ra nhiều, các chất gây tác động xấu đến môi trường, lượng nhiệt toả ra lớn, rất dễ gây cháy nổ nên đặt ở phía cuối hướng gió và phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định của vệ sinh công nghiệp. Vùng công trình phụ : Là nơi đặt các công trình phụ trợ như các trạm cung cấp điện, máy bơm, máy nén, phân xưởng cơ khí, nhà phòng cháy chữa cháy và các hệ thống cung cấp kỹ thuật khác ( hệ thống đường ống dẫn nguyên liệu, sản phẩm, hệ thống đường ống phòng cháy chữa cháy..).

Do quá trình sản xuất hầu hết được tiến hành trong các thiết bị kín, kích thước thiết bị rất cao và to, vận chuyển bằng đường ống, các quá trình được cơ khí hoá tự động hoá toàn bộ, việc điều khiển được tiến hành trong phòng điều khiển trung tâm.

Dựa vào lượng sản phẩm thu được ta có bảng chuyển đổi giữa tấn sang thùng như sau :

Tự động hóa

Cấu tạo của một số thiết bị tự động cảm biến

Nó không chỉ tăng năng xuất của công nghệ, công suất của thiết bị mà là cơ sở để vận hành công nghệ tối ưu nhất tăng hiệu quả thu hồi sản phẩm đồng thời làm giảm đáng kể các chi phí khác đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất. Trong tất cả các dạng tự động điều khiển thường được sử dụng nhất là kiểu hệ thống tự động điều khiển có tín hiệu phản hồi ( mạch điều khiển khép kín ).Giá trị thông tin đầu ra của thiết bị dựa trên sự khác nhau giữa các giá trị đo được của biến điều khiển với giá trị tiêu chuẩn. Phần tử so sánh : Là cơ cấu tiếp nhận gía trị của phần tử định trị quy định ( XĐT) so sánh với giá trị thông số nhận được từ phần tử cảm biến XCĐ, xác định sai lệch của hai thông số ∆X = XĐT - XCB để đưa tín hiệu vào cơ cấu điều chỉnh.

Tín hiệu được điều khiển sinh ra bằng cách so sánh các giá trị của biến được điều khiển với giá trị mong muốn ( giá trị cài đặt ) Sự sai khác giữa hai tín hiệu này được gọi là tín hiệu sai khác, hệ thống điều khiển thông tin luôn là hàm của các tín hiệu sai khác.