III. Xúc tác trong qúa trình cracking xúc tác.
chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tácvà Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác
chuyền công nghệ cracking xúc tác
I.Chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác.[1,127]
Các thông số công nghệ của quá trình ảnh hưởng đến các chỉ tiêu làm việc của quá trình cracking xúc tác.Các thông số công nghệ bao gồm: nhiệt độ, áp suất, tốc độ nạp liệu không gian thể tích (tốc độ nạp liệu riêng), bội số tuần hoàn xúc tác và mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá.
I.1. Mức độ chuyển hoá (C ).
Đối với hydrocacbon tinh khiết, khi tham gia phản ứng, mức độ chuyên hoá được đo bằng lượng sản phẩm tạo thành theo thời gian. Nhưng đối với phân đoạn phức tạp như phân đoạn dầu mỏ, trong quá trình cracking xúc tác thì người ta lại đo lượng xăng là sản phẩm chính và sản phẩm phụ như khí và cốc.Nếu gọi y là % thể tích của sản phẩm với điểm sôi cuối cao hơn điểm sôi cuối của xăng thì độ chuyển hoá được tính theo công thức sau:
C =100 –y
Tuy nhiên cách xác định này chưa sát với thực tế. Để hiệu chỉnh theo sự biến đổi hoá, lý trong quá trình tạo xăng và khí, người ta xác định mức độ biến đổi theo công thức sau:
C = 100 – y. (100 –z). Trong đó z là % xăng có trong nguyên liệu.
Trong quá trình cracking xúc tác, ngoài mức độ biến đổi còn có các thông số quan trọng khác.
I.2 Bội số tuần hoàn xúc tác.[1,99]
Bội số tuần hoàn xúc tác là tỷ số giữa khối lượng xúc tác và khối lượng nguyên liệu (X/RH) đưa vào thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian.
Khi dùng xúc tác chứa zeolit cho phép giảm tỷ lệ X/RH xuống còn 10/1 so với xúc tác vô định hình là 20/1. Nếu khi dùng công nghệ xúc tác chuyển động với kích thước hạt xúc tác từ 3 mm – 5 mm thì tỷ lệ X/RH còn thấp hơn nữa, chỉ khoảng 2 – 5/1.
Khi thay đổi tỷ lệ X/RH thì sẽ làm thay đổi nhiệt độ của thiết bị phản ứng, thay đổi thời gian lưu của xúc tác trong thiết bị phản ứng và trong lò tái sinh đồng thời cũng làm thay đổi cả lượng cốc bám trên xúc tác trong một chu trình.Bội số tuần hoàn xúc tác tăng lên thì thời gian lưu của xúc tác trong vùng phản ứng giảm xuống, hoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên làm cho hiệu suất khí, xăng, cốc đều tăng lên, nhưng lượng cốc bám trên xúc tác sau tuần hoàn lại giảm xuống.Điều này được giải thích là do lượng cốc đã được dàn ra ở một lượng xúc tác lớn hơn. Khi giữ tốc độ nạp liệu là không đổi, nếu tăng tỷ lệ X/RH thì thời gian tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu giảm, và như vậy độ hoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên.Bằng cách thay đổi bội số tuần hoàn xúc tác ta có thể điều chỉnh được hiệu suất và chất lượng của sản phẩm thu. Việc tăng bội số tuần hoàn xúc tác chỉ đến giới hạn cho phép. Nếu tăng cao quá về quan điểm hiệu quả kinh tế sẽ không có lợi vì sẽ dẫn đến tăng kích thước của thiết bị tái sinh và hệ thống vận chuyển xúc tác, phải tăng khí nén cần thiết để vận chuyển xúc tác và năng lượng tiêu tốn vận chuyển xúc tác.
I.3.Tốc độ nạp liệu riêng.
Tốc độ nạp liệu riêng là tỷ số giữa lượng nguyên liệu được nạp vào trong một đơn vị thời gian trên lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng hay tỷ lệ về thể tích của chúng, được ký hiệu bằng M/H/M hay V/H/V.
Nếu p là áp suất trong thiết bị phản ứng và được tính bằng at thì độ chuyển hoá C có mối liên hệ với tốc độ nạp liệu theo biểu thức:
M/H/M P.K C 100 C = −
Phương trình này áp dụng rất đúng với trường hợp xúc tác cố định. Trong trường hợp cracking xúc tác với lớp sôi của xúc tác, độ chuyển hoá C lại phù hợp với công thức: M/H/M P.K 100 C 1 100 C 2 = − ⋅
Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, sẽ làm giảm độ chuyển hoá .Còn khi giảm tốc độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hoá tăng vì tốc độ nạp liệu là đại lượng ngược với thời gian phản ứng. Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao, ta có thể tăng tốc độ nạp liệu và như vậy sẽ tăng được năng suất thiết bị. Trong thực tế nếu ta dùng xúc tác là aluminosilicat vô định hình, tốc độ nạp liệu thể tích chỉ đạt từ 4 h-1 – 5h-1. Nhưng nếu dùng xúc tác chứa zeolit, tốc độ nạp liệu thể tích là 80 -120 h-1 khi tính trong ống đứng của thiết bị phản ứng, và từ 20 – 30 h-1 khi tính trong lớp sôi của thiết bị phản ứng.
Khi tăng tốc độ nạp liệu, nếu ta tăng nhiệt độ phản ứng, sẽ tăng trị số octan của xăng và tăng hiệu suất olefin trong khi.
I.4. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng.
Nhiệt độ phản ứng trong thiết bị phản ứng thường đạt 4800C ÷ 5500C. Khi tiến hành tăng nhiệt độ , lúc đầu hiệu suất xăng tăng và sau đó đạt đến cực đại rồi giảm xuống. Điều này là do quá trình phân huỷ tăng làm phân huỷ các cấu tử xăng vừa được tạo thành. Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân huỷ tăng nhưng đồng thời các phản ứng bậc 2 như dehydro cũng tăng, làm tăng hiệu suất các hydrocacbon thơm và olefin. Khi đó trong sản phẩm khí , hàm lượng C1 – C3
tăng, còn C4 giảm, tỷ trọng và trị số octan của xăng tăng lên.
I.5.ảnh hưởng của áp suất.
Quá trình cracking thường được tiến hành ở áp suất 1,4 ÷ 1,8 at. ở điều kiện này phản ứng xảy ra ở pha hơi. Khi tăng áp suất , hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất khí C1 – C3 giảm, hàm lượng olefin và hydrocacbon thơm giảm, hàm
lượng hydrocacbon no tăng và do vậy chất lượng của xăng giảm.Đồng thời quá trình tạo cốc lại tăng nên việc tăng áp suất đối với quá trình cracking xúc tác không có hiệu quả kinh tế cao, vì vậy quá trình này chỉ tiến hành ở áp suất thường.