D- Phân phối sản phẩm của quá trình nhiệt phân
G-Các khía cạnh về thiết kế
I- Thiết kế bể nhiệt phân
Quá trình nhiệt phân và cracking xúc tác thường được tiến hành trong một thiết bị khuấy liên tục (continuous stirred tank reactor – CSTR). Bể nhiệt phân thường có đáy dạng lõm lòng đĩa hoặc hình nón để làm tăng độ bền. Các loại bể đáy bằng có xu hướng dễ bị biến dạng, đặc biệt khi ở nhiệt độ phản ứng (390-4250C). Đáy của bể hoặc là hình nón hoặc là hình elip lồi (torispheric). Dạng hình elip lồi của đáy cho phép đặt các thiết bị khuấy/cào sát đáy, giúp cho hệ cánh khuấy/bể chứa này rất hiệu quả trong việc làm lơ lửng các chất phân tán có khối lượng riêng lớn và
giảm tối thiểu hiện tượng cốc hóa, đóng cặn. Dưới đây là sơ đồ một bể nhiệt phân loại thùng khuấy điển hình.
Hình 18 – Sơ đồ quá trình nhiệt phân dùng thiết bị khuấy liên tục điển hình.
Chú thích:
1- Bể nhiệt phân có cánh khuấy bên trong. 2- Khoang chứa xúc tác.
3- Phễu tiếp liệu (nguyên liệu là nhựa phế thải). 4- Mũi khoan xoắn char để loại bỏ các cặn rắn. 5- Mô-tơ truyền động cho cánh khuấy.
6- Bộ cảm biến nhiệt cho lòng khối phản ứng.
7- Bộ cảm biến nhiệt cho cho bề mặt khối phản ứng. 8- Đèn đốt cho lò đốt.
9- Mũi khoan xoắn (ở phần tiếp liệu) cho nguyên liệu nhựa đi vào. 10- Vỏ làm lạnh của thiết bị ngưng tụ.
11- Thiết bị ngưng tụ. 12- Thùng thu hồi dầu.
Các bể nhiệt phân thường được làm từ thép SS316 hoặc thép 9Cr1Mo. Nên dùng loại thép có khả năng chống ăn mòn tốt để chế tạo bể nhiệt phân vì kim loại làm bể có nguy cơ tiếp xúc với axit HCl và HBr. Những loại axit này có thể làm rỗ
thép SS304. Bể nhiệt phân cần có một van giảm áp để xả hơi sang một khu vực an toàn phòng trường hợp tăng áp đột ngột.
II- Tốc độ khuấy
Trong các hệ thống loại nồi hơi (két nấu), người ta khuấy hỗn hợp để đảm bảo trao đổi nhiệt, phân phối nhiệt tốt và tránh làm các hạt char bị kết dính. Việc khuấy trộn hỗn hợp giúp quá trình trao đổi nhiệt diễn ra mạnh mẽ. Trong công nghệ Thermofuel, các thiết bị khuấy có tốc độ 6-7 vòng/phút. Trong công nghệ Smuda của Hàn Quốc, tốc độ khuấy là 30 vòng/phút. Tốc độ khuấy cao rõ ràng rất có lợi trong việc đảm bảo trao đổi, phân phối nhiệt và tránh cốc hóa tốt hơn. Trong công nghệ Fuji, người ta không khuấy hỗn hợp nhựa nóng chảy mà thay vào đó, người ta tái tuần hoàn hỗn hợp . Hỗn hợp này được tuần hoàn nhờ một máy trộn ly tâm tới nồi nấu chảy và ngược lại.
Trong các bể nhiệt phân CSTR người ta thường dùng các cánh khuấy lưỡi cong. Thường thì khoảng trống giữa lưỡi cào và thành bể là từ 6-9mm để phòng tránh bị kẹt do hiệu ứng tăng thể tích khi nhiệt độ tăng của kim loại.
III- Đặc điểm của đầu đốt
Bể nhiệt phân thường được gia nhiệt bởi khí đốt vận tốc lớn. Đây là phương pháp gia nhiệt trực tiếp, hạn chế lớn nhất của nó là thường xảy ra quá nhiệt cục bộ. Tuy nhiên, các thiết kế hiện đại hiện nay, bể nhiệt phân thường được gia nhiệt gián tiếp nhờ một đèn xì khí nóng, nhờ đó loại bỏ được vấn đề quá nhiệt cục bộ.
IV- Tháp chưng cất
Các khí tạo thành sau nhiệt phân thường gồm một dải có khoảng nhiệt độ sôi rộng. Hầu hết các quá trình nhiệt phân tiên tiến nhất hiện nay đều đưa khí nhiệt phân sang một thiết bị phân tách. Thiết bị phân tách điển hình và hay dùng nhất là tháp chưng cất. Ở đây hỗn hợp khí sẽ được phân tách thành ít nhất 3 phân đoạn: phân đoạn nhẹ, phân đoạn trung bình và phân đoạn nặng. Phân đoạn nhẹ (177oC) chứa dải xăng và các khí. Phân đoạn trung bình chứa các phần cất giữa (dầu thắp gazoin) như dải nhiên liệu diesel (177 – 343oC). Phân đoạn nặng là dải dầu nhờn ( >343oC) . Các tháp chưng cất có thể là tháp đĩa hoặc tháp đệm. Ưu điểm của tháp đệm là có thể có đường kính nhỏ và chiều cao thấp hơn nhiều so với các tháp loại đĩa.
Nhằm mục đích loại bỏ nước và các tạp chất dạng hạt ra khỏi sản phẩm nhiên liệu lỏng, người ta thường dùng một máy ly tâm quay với tốc độ 12000 vòng/phút. Một thiết bị ly tâm thế này sẽ tách sản phẩm ra làm 3 pha: diesel, nước và bùn. Một điều rất quan trọng đó là diesel cần phải được làm lạnh (dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống chẳng hạn). Cần phải làm lạnh diesel vì nếu quá trình ly tâm diễn ra ở dải nhiệt độ bắt cháy của diesel ( 60 – 70oC) sẽ dễ gây cháy nổ.
VI- Bình rửa
Thiết bị rửa kiềm thường được dùng để loại tạp chất dạng axit ra khỏi dòng khí không ngưng. Nhờ rửa bằng dòng kiềm lỏng mà các chất dạng khí, các hợp chất vô cơ tan trong nước được loại khỏi khí nhiệt phân không ngưng. Trong bình rửa diễn ra quá trình desunfua hóa, denito hóa, declo hóa, 3 quá trình này diễn ra riêng rẽ, xen kẽ hoặc cùng lúc. Hầu hết các khí axit như HCl, SO2, SO3 , H2S… từ quá trình nhiệt phân đều được hấp thụ trong quá trình rửa kiềm này.