1. hh hh CC
1.1. Mô hình hóa cụm thiết bị phản ứng
Thiết bị phản ứng FCC g m hai cụm chính: tháp phản ứng và tháp tái sinh xúc tác. Đối với tháp phản ứng, nguyên liệu được trộn với xúc tác nóng đ tái sinh và hơi nước r i đi vào vùng phản ứng trong ống đứng (riser). Tại đây các phản ứng cracking xảy ra. Sau khi ra khỏi vùng phản ứng, hỗn hợp sản phẩm và xúc tác (có chứa coke) được đưa vào các xyclon để tách hỗn hợp khí – rắn. Xúc tác chứa coke được đưa sang tháp tái sinh xúc tác, hỗn hợp khí sản phẩm được đưa tới tháp chưng phân đoạn.
Xử lý nguyên liệu Cụm thiết bị phản ứng Thiết bị chưng tách phân đoạn sản phẩm Nguyên liệu Sản phẩm
31
32
Để mô hình hóa quá trình thông thường người ta phân tích quá trình xảy ra trong thiết bị thành các quá trình đơn giản. Cụ thể, đối với thiết bị phản ứng FCC:
+ Tại tháp phản ứng xảy ra hai quá trình: Phản ứng tại khu vực ống đứng (riser) và quá trình phân tách khí sản phẩm và xúc tác rắn có chứa coke.
Tại hình H2.3 thấy rằng khu vực phản ứng bao g m hai cụm RN và R1, tương ứng với riser trong thiết bị thật; bộ phận pliter và Cyclone tương ứng với hệ thống cyclon (tách khí – rắn); 02 tháp striper 0 và striper 1 tương ứng với bộ phận xục hơi nước để thu h i sản phẩm trên xúc tác.
+ Tại tháp tái sinh xúc tác g m quá trình đốt cháy coke và quá trình tách khí thải ra khỏi xúc tác đ tái sinh.
Tương tự như nguyên lý hoạt động của thiết bị tái sinh xúc tác, mô hình tại hình H2.4 c ng có các bộ phận tương ứng, cụ thể: Xúc tác sau khi phản ứng được trộn với không khí qua lưới phân phối khí (Air istributor) sau đó hỗn hợp vào cụm bộ phận Emission Phase, B1, BN, 1, N tương ứng với khu vực đốt coke; Xúc tác sau khi đốt sẽ qua hệ thống cyclon 1 và cyclon 2 (tách khí – rắn).
Khu vực phản ứng H2.3. Mô hình phần tháp phản ứng trong FCC Bộ phận thu h i sản phẩm Bộ phận tách sản phẩm - xúc tác
33
Tuy nhiên, chuyển đổi mô hình trên sang tính toán mô phỏng là rất phức tạp bởi: Thứ nhất, trong toàn bộ mô hình t n tại nhiều pha (pha khí của sản phẩm, pha lỏng của hơi nước, pha rắn của xúc tác), vì vậy phải đ ng thời áp dụng nhiều hệ phương trình cân bằng cho cả 3 pha, sự tương tác gi a các pha,…Thứ hai, đối hệ khí – rắn, xảy ra quá trình hấp phụ của nguyên liệu, sản phẩm trên xúc tác, quá trình giải phóng coke trên bề mặt xúc tác, đây là quá trình phức tạp, để mô phỏng cần có nhiều số liệu thực nghiệm, trong khi đó để mô phỏng quá trình FCC ta chỉ cần chú ý đến hiệu suất của xúc tác, tức là độ chuyển hóa, nhiệt lượng quá trình đốt coke. Vì vậy, để mô phỏng quá trình FCC (trong công nghiệp) ta sẽ tập trung xây dựng mô hình thiết bị CC như sau:
+ Chỉ xem xét quá trình trên một pha khí (không xét đến các quá trình hai pha khí – rắn). Dòng nguyên liệu vào thiết bị riser chỉ là dòng khí hỗn hợp nguyên liệu, sẽ xảy ra các phản ứng dựa trên các thông số như hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa, cụ thể (H2.5)
H2.4. Mô hình tháp tái sinh xúc tác trong FCC
Lưới phân phối khí Khu vực phản ứng đốt coke Tách khí thải và xúc tác tái sinh
34
+ Đối với tháp tái sinh xúc tác (H2.6), mô hình chỉ là dòng khí Cacbon (tương ứng với lượng coke trên xúc tác), được đưa vào lò đốt để tính toán nhiệt lượng cung cấp cho dòng nguyên liệu vào tháp phản ứng.
+ Như vậy quá trình FCC sẽ được đơn giản hóa bởi mô hình sau. H2.6. Mô hình tháp tái sinh xúc
tác
Dòng Cacbon Nhiệt lượng Q Khí thải Riser H2.5. Mô hình tháp phản ứng Dòng khí nguyên liệu Sản phẩm Độ chuyển hóa C
35