1.2 Tổng quan về phân xưởng reforming xúc tác
1.2.4. Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR
Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR Platforming được chia thành 2 khu vực chính:
- Khu vực Platforming bao gồm các lò phản ứng xuyên tâm đặt chồng lên nhau, bộ phận trao đổi nhiệt, lò đốt, tháp phân tách.
- Khu vực tái sinh bao gồm thiết bị tái sinh xúc tác (regenerator) và hệ thống chuyển đổi chất xúc tác.
1.2.4.1. Khu vực phản ứng Platforming
Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Khu vực Platforming)
a) Các thiết bị chính bao gồm :
• 4 thiết bị phản ứng được xếp chồng lên nhau
• 4 lị gia nhiệt cho nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng tương ứng
• Thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng nguyên liệu và sản phẩm ra khỏi thiết bị phản
ứng cuối cùng (Rx#4)
• Thiết bị tách 2 pha sản phẩm sau phản ứng • Tháp ổn định xăng (debutanizer)
• Máy nén khí H2 tuần hồn • Cụm thu hồi lỏng
• Thiết bị hấp phụ HCl
b) Mơ tả cơng nghệ khu vực phản ứng :
Dịng Naphtha nặng từ phân xưởng Naphtha Hydro Treating cùng với dịng khí H2 tuần hồn từ máy nén khí sẽ đi vào thiết bị trao đổi nhiệt để trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm từ thiết bị phản ứng. Sau đó hỗn hợp ngun liệu sẽ đi qua lị gia nhiệt và được nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất (ở trên cùng). Sau khi tiếp xúc với xúc tác, nguyên
liệu bị biến đổi tùy thuộc vào độ khắc khe, các điều kiện cơng nghệ của q trình, tạo nên sản phẩm có trị số octane cao hơn hay hydrocarbon thơm nhiều hơn.
Có 4 lị gia nhiệt để gia nhiệt cho nguyên liệu trước khi vào 4 thiết bị phản ứng khác nhau. Nhiệt độ của thiết bị phản ứng bình thường được duy trì trong khoảng từ 482 – 5490C, áp suất thiết bị phản ứng khoảng 5 kg/cm2, áp suất khu vực phản ứng được điều khiển thơng qua áp suất bình tách 2 pha và duy trì trong khoảng 2.5 kg/cm2. Hỗn hợp nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng và đi xuyên tâm qua lớp xúc tác. Xúc tác di chuyển từ trên xuống theo trọng lực. Lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng rất khác nhau, trong khi ở thiết bị phản ứng thứ nhất chỉ chứa khoảng 10 - 20% lượng xúc tác thì ở thiết bị phản ứng cuối cùng chứa đến 30% xúc tác. Tỷ lệ phân bố xúc tác trong các thiết bị phản ứng với sơ đồ 4 thiết bị phản ứng thường theo tỷ lệ 1 : 1,1 : 1,2 : 1,3 [11]. Xúc tác đã làm việc chuyển sang lò tái sinh xúc tác.
Sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng bao gồm hỗn hợp của xăng Reformate, LPG, H2, Off Gas (C2-) sẽ đi qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu vào và các thiết bị làm mát bằng khơng khí, sau đó sẽ qua bình tách 2 pha.
• Pha khí chủ yếu là khí H2 sẽ được đưa qua máy nén khí tuần hồn để nén lên áp
suất khoảng 6 kg/cm2g và đưa đến các điểm sau :
✓ Tuần hoàn trở lại khu vực phản ứng phân xưởng CCR.
✓ Đưa qua tháp hấp phụ khí HCl sau đó đưa đến các phân xưởng tiêu thụ H2 như Naphtha Hydro Treating, Light Cycle oil Hydro Treating, Isomerization, Polypropylene và hệ thống khí nhiên liệu của Nhà máy.
• Pha lỏng từ bình tách sẽ được đưa đến :
✓ Một phần được đưa qua cụm thu hồi lỏng (Recovery Plus System) để thu hồi lượng xăng Reformate bị kéo theo dịng khí, tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng cũng như tăng độ tinh khiết của khí H2 cung cấp cho hạ nguồn. ✓ Phần khác đưa qua tháp tách Debutanizer để tách LPG ra khỏi xăng
Reformate để điều chỉnh áp suất hơi bão hòa, đáp ứng yêu cầu phối trộn xăng thương phẩm.
Điều kiện hoạt động của một số thiết bị và một số dịng cơng nghệ tại khu vực phản ứng được mô tả trên các Hình 1.5 đến Hình 1.10.
Vai trị của thiết bị trao đổi nhiệt E-1301 (Hình 1.5): trao đổi nhiệt giữa dòng nguyên liệu vào (bao gồm khí H2 và Naphtha từ phân xưởng NHT) và dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng số 4. Nâng nhiệt độ dòng nguyên liệu từ khoảng 98oC lên 430oC trước khi vào thiết bị gia nhiệt thứ nhất (H-1301).
Hình 1.5: Thiết bị trao đổi nhiệt nguyên liệu vào
Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt E-1301 được đưa đến lò gia nhiệt thứ nhất (H-1301) để nâng nhiệt độ dòng nguyên liệu lên đến nhiệt độ phản ứng theo yêu cầu từ 482 – 5490C và đi vào cụm 4 thiết bị phản ứng chồng lên nhau (Hình 1.6). Trước tiên dòng nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng thứ nhất (R-1301). Lần lượt sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất (R-1301) sẽ qua lò gia nhiệt thứ hai (H- 1302), sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ hai (R-1302) sẽ qua lò gia nhiệt thứ ba (H-1303), sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ ba (R-1303) sẽ qua lò gia nhiệt thứ tư (H-1304) rồi đi vào thiết bị phản ứng thứ 4 (R-1304). Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ tư sẽ trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu tại E-1301 và đi đến bình tách 2 pha.
Hình 1.6: Dịng ngun liệu vào và ra thiết bị phản ứng
Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng thứ tư (R-1304) sau khi trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu vào tại E-1301 sẽ đi đến thiết bị làm mát bằng khơng khí E-1303 và đi vào bình tách 2 pha D-1301 (Hình 1.7).
• Pha khí được đưa đến máy nén khí tuần hồn C-1301.
• Pha lỏng được bơm P-1301 bơm đến thiết bị thu hồi lỏng và tháp tách
Hình 1.7: Dòng sản phẩm ra thiết bị phản ứng đến bình tách 2 pha
Dịng khí từ bình tách 2 pha D-1301 sẽ được đưa đến máy nén khí tuần hồn C- 1301 (Hình 1.8) để nén lên áp suất khoảng 6 Kg/cm2g và sau đó :
• Tuần hồn quay lại khu vực phản ứng (đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1301) • Đến cụm thu hồi lỏng.
• Đến thiết bị thu gom xúc tác (Catalyst collector) dưới đáy thiết bị phản ứng thứ tư (R-1304)
Hình 1.8: Máy nén khí H2 tuần hồn
Dịng lỏng từ bình tách 2 pha D-1301 và dịng khí từ máy nén C-1301 sẽ được đưa qua cụm thu hồi lỏng (Hình 1.9) để thu hồi lượng xăng Reformate kéo theo dịng khí.
Hình 1.9: Cụm thu hồi lỏng (Recovery Plus System)
Dịng lỏng và khí sẽ được làm lạnh xuống khoảng -18 ÷ -22oC và được đưa qua tháp hấp thụ (Hình 1.10) để thu hồi lượng lỏng kéo theo. Sản phẩm lỏng sau khi thu hồi sẽ được đưa qua tháp tách debutanizer, sản phẩm khí sẽ được đưa đến thiết bị hấp phụ khí HCl và đưa đến phân xưởng NHT để nâng áp và cấp cho các phân xưởng tiêu thụ khí H2.
Hình 1.10. Tháp hấp thụ
Dòng lỏng từ thiết bị tách 2 pha D-1301 và từ cụm thu hồi lỏng được đưa đến tháp tách Debutanizer (hình 1.11). Sản phẩm chính bao gồm: sản phẩm đáy là xăng Reformate và sản phẩm đỉnh là LPG. Mục đích của tháp debutanizer là ổn định áp suất hơi bão hòa cho xăng Reformate trước khi được đưa vào phối trộn xăng thương phẩm.
Hình 1.11: Tháp tách Debutanizer
Dịng sản phẩm LPG sau khi ra khỏi Debutanizer sẽ được đưa qua thiết bị hấp phụ HCl trước khi được đưa ra bể xuất sản phẩm (Hình 1.12)
1.2.4.2. Khu vực tái sinh (Regeneration)
Hình 1.13: Sơ đồ khu vực tái sinh xúc tác tại phân xưởng CCR của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
a) Mô tả thiết bị khu vực tái sinh :
Khu vực tái sinh gồm các thiết bị chính :
• Tháp đốt cốc (Regeneration tower) ;
• Bình làm kín bằng N2 để ngăn cách môi trường oxy và hydrocacbon (N2 seal
drum) ;
• Bình chứa để nâng xúc tác sau khi tái sinh qua khu vực phản ứng (Lock Hopper) ; • Hệ thống nâng xúc tác bẩn và xúc tác đã tái sinh (Spent lift gas & Regenerated lift
gas) ;
• Tháp trung hịa (Vent Gas tower) ;
• Các thiết bị gia nhiệt dịng khí để đốt cốc (Regeneration Gas Heater)…
b) Mô tả công nghệ khu vực tái sinh :
Xúc tác sau khi tham gia quá trình phản ứng và đi ra khỏi thiết bị phản ứng cuối cùng (Reactor #4) và đến bộ phận gom xúc tác, tại đây sẽ dùng dịng khí H2 để đẩy lượng Hydrocarbon cuốn theo xúc tác, tránh kéo theo qua khu vực tái sinh (Hình 1.14)
Hình 1.14 Thiết bị thu gom xúc tác
Sau đó xúc tác được nâng đến thiết bị tách bụi bằng dịng khí N2. Tại đây ngoài nhiệm vụ tách bụi, thiết bị này cịn có nhiệm vụ tạo môi trường ngăn cách giữa khu vực phản ứng (môi trường hydrocacbon) và thiết bị tái sinh (mơi trường khí Oxy) để tránh nguy cơ cháy nổ (Hình 1.15)
Hình 1.15 Thiết bị tách bụi xúc tác
Sau đó xúc tác sẽ đi đến thiết bị tái sinh xúc tác (Hình 1.16) để thực hiện quá trình đốt cốc. Cốc hình thành tại cụm thiết bị phản ứng sẽ được đốt tại khu vực này với sự có mặt của khí O2 và nhiệt độ cao.
Hình 1.16: Tháp tái sinh xúc tác CCR
Quá trình tái sinh gồm 4 giai đoạn: đốt cốc, oxy clo hóa, làm khơ và khử xúc tác sau tái sinh. Hàm lượng cốc/xúc tác sau tái sinh nhỏ hơn 0.1 % wt
• Giai đoạn oxy hóa
Đây là phương pháp tái sinh chất xúc tác bằng cách đốt cháy cốc bám trên bề mặt chất xúc tác bằng oxy khơng khí ở nhiệt độ 400 - 500 oC. Chất xúc tác sau khi đã tái sinh chứa ít hơn 0,2% cốc.
Q trình diễn ra tại đỉnh của tháp tái sinh. Xúc tác đi vào thiết bị tái sinh từ trên xuống vào vùng đốt. Dịng khí nóng chứa hàm lượng nhỏ oxy được đưa vào tháp từ ngoài vào trong và di chuyển xuyên tâm. Quá trình đốt cốc diễn ra khi xúc tác di chuyển xuống và lượng cốc phải được đốt hết khi xúc tác rời khỏi vùng đốt.
Dịng khí đốt nóng sẽ nhập chung với dịng khí đi lên từ vùng Chlorination. Là dịng khí giàu oxy để cung cấp oxy cho q trình đốt cốc. Hỗn hợp khí sau đó được đưa tuần hoàn lại bởi máy nén.
Máy nén hồi lưu dịng khí từ vùng đốt về lại thiết bị, một phần dịng khí được làm lạnh tại để giảm bớt nhiệt độ sinh ra do q trình đốt cốc. Dịng đi ra sẽ được đưa đết thiết bị trao đổi nhiệt để nâng lên nhiệt độ thích hợp vào vùng đốt trong trường hợp nhiệt tổn thất trong đường ống nhiều.
Xúc tác sau khi rời khỏi vùng đốt đi vào vùng Reheat. Tại vùng này xúc tác tiếp xúc với dịng khí đốt nóng từ máy nén. Mục đích của vùng này là để nâng nhiệt độ của xúc tác đến nhiệt độ yêu cầu của vùng chlorination.
Hình 1.17 Vùng đốt cốc
• Giai đoạn clo hóa
Chất xúc tác sau một thời gian sử dụng thì hàm lượng Clo bị giảm xuống và do đó làm giảm tính axit dẫn đến làm giảm hoạt tính. Để khắc phục hiện tượng này người ta tiến hành Clo hóa chất xúc tác
Hợp chất chloride + O2 → HCl + CO2 + H2O HCl + O2 Cl2 + H2O
Gốc-OH + HCl → gốc-Cl + H2O
Xúc tác đi xuống vùng chlorination bởi một tấm ngăn hình khun. Dịng chroride hữu cơ được bơm đưa vào tháp nhập chung với dịng khí nóng đi lên từ vùng sấy, đi qua lớp xúc tác và qua vùng reheat.
Hình 1.18: Vùng chlorination
• Giai đoạn sấy
Giai đoạn này để sấy khô xúc tác bị ẩm trong vùng đốt coke. Vùng sấy nằm bên dưới vùng Chlorination.
Xúc tác đi xuống vùng này qua ống hình trụ, dịng khí khơ nóng đi từ dưới lên trên qua lớp xúc tác. Dịng khí được nâng đến nhiệt độ thích hợp bởi lị đốt rồi đi vào tháp.
Hình 1.19 Vùng sấy
• Giai đoạn làm lạnh
Vùng làm lạnh dùng để tiền gia nhiệt cho dịng khí đi lên vùng sấy.
Khí ra khỏi vùng làm lạnh được đưa qua thiết bị gia nhiệt để đưa vào vùng sấy.
Hình 1.20: Vùng làm lạnh
• Giai đoạn khử
Xúc tác sau khi tái sinh sẽ được khử để chuyển tâm kim loại từ trạng thái oxit kim loại sang trạng thái khử bằng dịng khí H2
Hình 1.21: Vùng khử
Xúc tác sau khi ra khỏi thiết bị đốt cốc sẽ đi xuyên qua thiết bị ngăn cách bằng ni tơ, thiết bị này có tác dụng ngăn cách môi trường oxy và môi trường hydro nhằm tránh khả năng cháy nổ (hình 1.22)
Hình 1.22 Thiết bị ngăn cách mơi trường ơ xy và hydro
Xúc tác ra khỏi thiết bị đốt cốc T-1351 được đưa đến thiết bị D-1358 (Hình 1.23). Tại đây xúc tác sẽ được nâng theo mẻ thông qua điều khiển chênh lệch áp suất giữa các vùng trong thiết bị và sử dụng dịng khí H2 để nâng xúc tác đến thiết bị khử xúc tác.
Hình 1.23: Thiết bị vận chuyển xúc tác đã tái sinh
Xúc tác sau khi tái sinh sẽ được khử để chuyển tâm kim loại từ trạng thái oxit kim loại sang trạng thái khử bằng dịng khí H2 (Hình 1.24). Q trình khử được tiến hành ở 2 giai đoạn: nhiệt độ thấp (377oC) và nhiệt độ cao (492oC). Xúc tác sau khi được thực hiện xong quá trình khử sẽ đi vào thiết bị phản ứng thứ nhất và tham gia lại vào quá trình phản ứng ban đầu.
Hình 1.24: Xúc tác được khử sau khi tái sinh.