V. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
5.2Các bộ phận chính trong thiết bị phản ứng:
Ống này có dạng viên trụ thẳng đứng có đường kính D nhỏ, chiều cao L ≥ 30 m tỉ số L/D ≥ 20. Thông thường D là không đổi, trong một số trường hợp D được mở rộng thêm ở phần trên do người ta tính sự tăng số phần tử do cracking. Đường kính ống Riser phụ thuộc vào công suất phân xưởng cracking.
Nguyên liệu được dẫn vào ống Riser ở ngay phía trên vị trí tại đó chất xúc tác vào ống Riser. Có 9 vòi phun nguyên liệu, được bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống Riser, đi lên.
Trang 28 Hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 250 oC được dẫn vào ống Riser và bụng lò phản ứng ở nhiều vị trí khác nhau nhờ các ống phân phối đặc biệt. Hơi nước cũng được phun vào dòng chất xúc tác chuyển động từ lò tái sinh xuống đáy ống Riser.
Hơi nước đóng vai trò khí nâng, làm giảm áp suất hơi riêng phần của hơi hydrocacbon, tăng khả năng truyền nhiệt. Tại cùng bụng lò phản ứng, tác dụng chủ yếu của hơi nước là stripping, đuổi hơi hydrocacbon khỏi lớp chất xúc tác.
Một ít chất ức chế ăn mòn được trích vào dòng nguyên liệu trước khi nguyên liệu vào ống Riser.
Khí nâng được thổi vào đáy ống Riser để tạo ra một dòng bột chất xúc tác bay lên trong ống này. Khí nâng truyền thống là hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 250oC. Hơi nước có ưu điểm là làm tăng độ dẫn nhiệt, nhưng có nhược điểm là phá huỷ thuỷ nhiệt chất xúc tác. Gần đây người ta dùng khí hydrocacbon nhẹ làm khí nâng, đó là CH4 hoặc hỗn hợp CH4 và C2H6. Cũng có thể dùng hỗn hợp hydrocacbon với hơi nước. Kinh nghiệm cho thấy khí nâng là hydrocacbon sẽ làm tăng hiệu suất tạo xăng lên vài phần trăm, giảm lượng H2 trong sản phẩm đến 10% so với trường hợp khí nâng là hơi nước.
5.2.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp phản ứng MTC (Mix Temperature Control)
Một vấn đề được quan tâm nhiều khi chế biến nguyên liệu nặng có lượng dầu cặn nhiều là đảm bảo sự hóa hơi nhanh chóng của nguyên liệu. Đó là điều cực kỳ quan trọng để giảm thiểu sự tạo cốc do sự hóa hơi không hoàn toàn. Tuy nhiên, trong các thiết kế thông thường, nhiệt độ hỗn hợp lại phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ đầu ra của ống phản ứng. Thông thường, nhiệt độ hỗn hợp phản ứng cao hơn khoảng 20 – 40oC so với nhiệt độ đầu ra của ống phản ứng và nhiệt độ đó chỉ có thể thay đổi nhờ thay đổi tỷ số chất xúc tác/dầu.
Trang 29 Trong rất nhiều trường hợp, việc nâng cao nhiệt độ đầu ra của ống phản ứng để điều chỉnh nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng là không thích hợp, vì thường dẫn đến các phản ứng cracking không chọn lọc và tạo ra nhiều khí khô. Vấn đề trở nên nan giải hơn khi chế biến theo chế độ sản phẩm chưng cất cực đại. Nghĩa là, điều kiện phản ứng không thể khắc nghiệt, nhiệt độ phản ứng không quá cao. Để giải quyết vấn đề đó, nhiệt độ đầu ra của ống phản ứng được điều chỉnh một cách độc lập. IFP – Total đã sáng chế và triển khai một hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp phản ứng cho các reacto cracking.
MTC hoạt động dựa trên cơ sở hoàn lưu một phần chất lỏng vào phía sau vùng phun nguyên liệu mới. Nó phân chia ống phản ứng thành hai vùng phản ứng:
- Vùng phía trước có nhiệt độ cao, tỷ số chất xúc tác/dầu cao và thời gian tiếp xúc rất ngắn.
- Vùng phía sau, ở đó phản ứng xảy ra dưới điều kiện cracking bình thường và ôn hòa hơn.
Việc tạo ra hai vùng cracking trong ống phản ứng cho phép điều chỉnh một cách chính xác sự hóa hơi của nguyên liệu và phản ứng cracking tạo ra sản phẩm mong muốn. Nhờ hệ MTC, người ta có thể nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng trong khi vẫn giữ nguyên hoặc thậm chí còn giảm nhiệt độ đầu ra của ống phản ứng.
Trang 30 Mục đích số một của hệ MTC là tạo ra một phương cách khống chế nhiệt độ hỗn hợp phản ứng một cách độc lập. Tuy nhiên, giống như một hệ “hạ nhiệt” tương tự như hệ làm nguội chất xúc tác, hệ thống MTC có thể được sử dụng để tăng lượng nguyên liệu cặn cần phải chế biến trong mọi cơ sở lọc dầu.
Hệ thống MTC gồm 4 vòi phun bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống, đi lên, được đặt tại vị trí cao hơn vị trí nạp liệu khoảng 0,5 m. Dòng MTC thường gồm hơi nước và LCO hoặc naphta nặng thu được từ tháp phân tách sản phẩm. Nhiệt độ TM sẽ điều khiển độ mở van của dòng MTC.
Trang 31
5.2.3 Thiết bị RTD (Riser Termination Device)
Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng, thời gian lưu của hơi sau ống phản ứng tao ra sự cracking nhiệt và tiếp tục cracking trong buồng reactor. Đặc biệt, các phản ứng trong pha hơi đó đều là các phản ứng không chọn lọc mong muốn và dẫn đến sự suy giảm chất lượng sản phẩm cracking, tạo ra nhiều khí khô và thúc đẩy phản ứng chuyển dịch hydro trong olefin của LPG(độ chọn lọc olefin thấp).
Các yếu tố gây ra hiện tượng trên là: nhiệt độ, thời gian và diện tích bề mặt.
S&W – IFP đã thiết kế chế tạo một cấu hình đặc biệt của ống phản ứng để khống chế ba tham số đó.
Nhờ cơ cấu đó, chất xúc tác và hơi hydrocacbon được tách ra khỏi nhau một cách nhanh chóng. Hơi phản ứng được dẫn đến gần các xyclon để giảm thời gian lưu của hơi trong vùng phản ứng. Giữa các xyclon và đầu ra của ống phản ứng không nối nhau trực tiếp, nên lượng chất xúc tác bị cuốn theo hơi giảm đáng kể. Các vấn đề khác như quá nhiệt reactor, gia tăng kim loại và tạo cốc cũng được loại bỏ.
Hơn nữa, thiết bị này là hệ thống hai cyclon kín úp ngược nhau này còn có tác dụng tách nhanh bụi xúc tác ra khỏi hơi sản phẩm với hiệu suất hơn 98% nên chỉ cần hệ thống cyclon một bậc cũng đảm bảo được hiệu quả tách hoàn toàn xúc tác bị kéo theo hơi sản phẩm. Nhờ có RTD mà thời gian lưu của hỗn hợp sản phẩm trong thiết bị phản ứng được giảm xuống hơn 75% so với không có RTD. Điều này giúp sản phẩm giảm sự cracking sâu, giảm các phản ứng phụ không mong muốn.
5.2.4 Hệ thống phun sương nguyên liệu
Hệ phun nguyên liệu và bộ phần phía dưới của ống dẫn nguyên liệu là phần quan trọng nhất của RFCC.
Trang 32 Trước điểm phun nguyên liệu, dòng chất xúc tác ở trạng thái mật độ cao nhờ sử dụng một lượng nhỏ hơi nước để ổn định dòng xúc tác và duy trì dòng xúc tác khá đồng đều đi qua ống phản ứng.
Sự phân tán nguyên liệu vào trong ống phản ứng bằng hơi nước nhờ sử dụng một đầu phun hai buồng cháy đơn giản nhưng rất hiệu quả.
Đưa nguyên liệu vào dòng chất xúc tác ở trạng thái mật độ cao đang di chuyển lên phía trên sao cho đạt được độ lan truyền và độ lẫn cần thiết giữa chất xúc tác và nguyên liệu, nghĩa là sao cho đạt được sự truyền nhiệt nhanh chóng từ hạt xúc tác nóng đến các giọt dầu li ti, làm hóa hơi tức khắc.
Đầu phun nguyên liệu – 2 luồng ( luồng hơi nước, luồng dầu) hoạt động bằng cách phun dầu có áp lực ngược với đĩa chắn để phân tán dầu thành màng dầu mịn, hơi nước phun qua lớp dầu tạo ra sương mù dầu. Dạng sương này được phun vào ống phản ứng nhờ một đầu phun được thiết kế đặc biệt để đảm bảo lượng dầu phân tán cực đại mà không va đập mạnh vào thành và gây hư hỏng thành ống phản ứng.
Trang 33 Việc thiết kế đầu phun nguyên liệu này phải lựa chọn các áp suất của dầu, của hơi nước và tỷ lệ hơi nước/ dầu thích hợp. Đối với nguyên liệu là gas oil chân không, dễ dàng phân tán hơn, áp suất dầu và tỷ lệ hơi nước có thể giảm xuống so với khi vận hành với dầu cặn.
Có 9 vòi phun nguyên liệu, được bố trí quanh ống nâng, hướng vào tâm ống Riser đi lên.
5.3 Nguyên lý hoạt động: 5.3.1 Nguyên lý hoạt động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});