5.3. Cracking xúc tác FCC
5.3.3. Dây chuyền công nghệ FCC với thời gian tiếp xúc ngắn
Nguyên lý hoạt động của dây chuyền FCC với thời gian tiếp xúc ngắn.
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 77 Dây chuyền FCC bao gồm các bộ phận chính sau:
- Reactor.
- Tái sinh và tác dụng nhiệt của khí khói. - Phân đoạn phân chia sản phẩm.
Bộ phận reactor- ống đứng:
Nguyên liệu mới từ bể chứa nguyên liệu 1 đƣợc cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, nguyên liệu mới có thể đƣợc trộn với phần HCO tuần hoàn 2 và cặn đáy 3, sau đó cho qua lị đốt nóng ngun liệu cracking. Nguyên liệu cracking 5 đƣợc tiếp xúc với xúc tác nóng đã tái sinh 6 ở đáy của ống đứng, khi đó nguyên liệu bay hơi cùng với hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác đƣợc đi lên phía trên tới đỉnh của ống đứng, đồng thời xảy ra các phản ứng cracking xúc tác. Hầu hết nguyên liệu đều tham gia phản ứng và chuyển hóa trong ống đứng, còn reactor đƣợc dùng nhƣ một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon.
Một bộ phận đƣợc thiết kế đặc biệt, bố trí ở gần van chặn, dùng hơi nƣớc để thổi xúc tác và dầu, làm nhƣ vậy sẽ hạn chế tối đa hiện tƣợng quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc. vùng ống đứng và bộ phận tách hơi của reactor đƣợc thiết kế cho quá trình FCC với thời gian tiếp xúc ngắn giữa xúc tác và dầu đƣợc trình bày nhƣ hình vẽ. Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng 7 đƣợc chuyển tới cột phân đoạn. Xúc tác đã làm việc 8 đƣợc cho qua vùng tách hơi(còn gọi là bộ phận rửa xúc tác) bằng cách thổi hơi nƣớc vào. Bộ phận rửa khơng khí chỉ làm nhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp phụ trên xúc tác mà còn làm tơi các hạt xúc tác để chúng khơng dính vào nhau trƣớc khi sang lị tái sinh. Cần điều chỉnh một tốc độ hơi thích hợp cho nhiệm vụ này. Cần thiết phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lƣu của xúc tác trong bộ phận rửa để tránh phải dùng q nhiều khơng khí trong lị tái sinh. Áp suất trong reactor đƣợc khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất của cột phân đoạn.
Lò tái sinh và khối tận dụng nhiệt của khói lị.
Xúc tác có chứa cốc(cốc bám trên xúc tác) 8 đƣợc chuyển qua van điều khiển và khống chế bởi bộ kiểm tra mức xúc tác trong lị phản ứng, sau đó đi vào lị tái sinh. Mục đích chính của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy khơng khí, khi đó tạo thành CO, CO2, hơi nƣớc, nhờ vậy mà trả lại bề mặt hoạt tính cho chất xúc tác.
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 78
Bảng 14: Nhiệt của các phản ứng trong quá trình đốt cháy cốc.[7]
Sau khi nén, khơng khí để đốt đƣợc cho vào đáy lò tái sinh, qua lƣới phân phối để trộn có hiệu quả khơng khí và xúc tác. Sự cháy cũng xảy ra trong lớp sôi và để đạt đƣợc điều đó, tốc độ của khơng khí phải đạt lớn hơn 1 m/s. Xúc tác đã tái sinh đƣợc chuyển vào ống đứng sau khi đã đƣợc đuổi sạch khí qua một van lá mà sự hoạt động của van này đƣợc khống chế, điều khiển tự động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của reactor, rồi sau đó xúc tác đƣợc trộn vơi nguyên liệu cracking và hoàn thành một chu trình. Đồng thời ngƣời ta tháo xúc tác bẩn đã già hóa ra, bổ sung xúc tác mới để đảm bảo độ hoạt tính ổn định của xúc tác theo thời gian làm việc.
Khí của q trình cháy cốc và các hạt xúc tác chuyển động từ pha đặc vào pha lỗng ở đỉnh lị tái sinh, qua hai cấp xyclon để giữ lại các hạt xúc tác và tách khí. Sau đó khi đƣợc qua buồng lắng để tách tiếp bụi xúc tác rồi qua bộ phận tận dụng nhiệt 12, tiếp theo khi khói đƣợc làm sạch bụi xúc tác bằng lọc điện rồi đi ra ngồi theo ống khói.
Bộ phận phân chia sản phẩm.
Hơi sản phẩm 7 đƣợc nạp vào cột phân đoạn chính để chia thành các sản phẩm khác nhau: xăng và phần nhẹ hơn đƣợc cho qua bộ phận ngƣng tụ rồi vào thiết bị tách khí. Sau khi tách khí, nhận đƣợc phân đoạn C1, C2 ở số 16, các sản phẩm này có thể đƣợc dùng làm khí nguyên liệu cho dây chuyền. Phân đoạn C3, C4 chứa nhiều propylen và buten ở 17 đƣợc dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hóa và sản phẩm tiếp theo là xăng đã khử butan ở 18.
Từ cột phân đoạn chính, ta còn nhận đƣợc các phân đoạn sản phẩm nhƣ naphta nặng ở số 19, LCO số 20 và HCO số 21. Phần HCO có thể cho tuần hồn lại ống đứng của reactor qua đƣờng 22 và cuối cùng là phần dầu cặn đã đƣợc làm sạch khỏi bùn xúc tác 24. Một phần sản phẩm đỉnh của thiết bị tách bùn xúc tác cũng đƣợc cho tuần hoàn cùng với HCO.
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 79
Hình 37: Sơ đồ cân bằng nhiệt của FCC.[9]
Phƣơng trình cân bằng nhiệt của hệ thống FCC:
QRG = (QP – QFD) + (QFG – QA) + QRX + (QL1 + QL2) trong đó:
QRG: nhiệt thốt ra do đốt cháy cốc trong thiết bị tái sinh(regenerator);
QP – QFD: biến thiên entanpy giữa sản phẩm và nguyên liệu trong thiết bị phản ứng(reactor);
QFG – QA: biến thiên entanpy giữa khí thải và khơng khí đƣa vào để hồn ngun trong thiết bị tái sinh.;
QRX: nhiệt phản ứng cracking xúc tác trong thiết bị phản ứng; QL1 + QL2: tổn thất nhiệt trong thiết bị tái sinh và thiết bị phản ứng.
Qua biểu thức trên có thể biết đƣợc các thành phần nhiệt tham gia trong cụm reactor-regenerator. Nhiệt lƣợng tỏa ra do quá trình đốt cháy cốc đảm bảo cho các nhƣ cầu nhiệt của reactor và regenerator. Nhiệt cần tiêu tốn để:
- Nâng nhiệt độ của nguyên liệu đến nhiệt độ phản ứng; - Hóa hơi nguyên liệu;
- Cung cấp cho các phản ứng thu nhiệt cho các yêu cầu nhiệt của các bộ phận phụ trợ và tổn thất nhiệt;
- Nâng nhiệt độ khơng khí đến nhiệt độ của khí thải và các tổn thất nhiệt của regenerator.
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 80 Sự luân chuyển của chất xúc tác chính là cơ chế vận chuyển nhiệt lƣợng từ thiết bị tái sinh đến thiết bị phản ứng. Nhƣ vậy toàn bộ nhiệt lƣợng cung cấp cho thiết bị phản ứng là do sự biến thiên entanpy giữa chất xúc tác đã hoàn nguyên và đã phản ứng(QRC – QSC).
Do đó tốc độ luân chuyển xúc tác là một tham số vận hành quan trọng và quyết định, bởi vì chúng sẽ cung cấp nhiệt và tác động đến độ chuyển hóa thơng qua nồng độ của chất xúc tác và nồng độ nguyên liệu dầu(tỷ lệ chất xúc tác/dầu). Nếu tỷ số chất xúc tác/dầu tăng là do sự gia tăng nhiệt độ của reactor, hay sự giảm nhiệt độ của regenerator hoặc do sự tăng nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu. Các điều kiện quá trình thay đổi làm cho tỷ số chất xúc tác/dầu tăng thì độ chuyển hóa của q trình cracking xúc tác cũng tăng theo.
Phân xƣởng khí trong FCC:
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 81
Hình 39: Phân xưởng khí trong FCC.[7]
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 82
Hình 41: Hệ thống xử lý amin.[13]
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 83