Hệ thống phản ứng bao gồm hai lò phản ứng giống hệt nhau, với chất xúc tác cố định, đặt trong một hệ thống ống song song. Các ống một vị trí trong một lò. Các lò phản ứng hoạt động trong vòng 12 giờ. Trong khi một trong những lò phản ứng được điều hành các lò khác đang được tái sinh.
Hệ thống có thể quá trình chỉ có propane và butane nhưng cũng có thể có naphtha nhẹ. Quá trình này được phát triển dựa trên các nghiên cứu được bắt đầu vào năm 1983 và đã được thương mại hóa bởi tập đoàn của IFT và Salutec của Pháp,
cùng với viện công nghệ RMIT của Mebounce (Australia). Vào năm 1990 buồng đốt với các sợi gốm, phát triến bởi Kinetic Technology International (KTI), được đưa vào sử dụng. Buồng đốt này cho phép các lò phản ứng sẽ diễn ra trong điều kiện isothermal pratically, đó là một lợi thế quan trọng.
Nhân xét : ưu điểm so với sơ đồ công nghệ của OUP .
Ưu điểm :
Do giảm chiều cao nên dẫn đến lực đẩy trong ống xúc tác giảm xuống. Xây dựng và lắp đặt thiết bị đơn giản .
Có thể sử dụng nhiều lò thay thế với từng lò .
Nhược điểm :
Tốn diện tích xây dựng nhà máy .
Không tận dụng được sự chuyển động của xúc tác từ thiết bị này sang thiết bị kia nhờ tác dụng của trọng lực.
4.3. Tiến bộ về công nghệ reforming xúc tác.
Trước đây, quá trình reforming xúc tác được thực hiện trong thiết bị với lớp xúc tác cố định. Công nghệ này cho năng suất thiết bị rất thấp, khi xúc tác bị mất hoạt tính ( do cốc tạo thành tích tụ trên bề mặt xúc tác ) thì phải dừng phản ứng lại để tái sinh. Điều này đòi hỏi khi chế tạo xúc tác phải chú ý đến nhiều thông số như : hoạt tính, thời gian làm việc, và như vậy sẽ không chọn được một xúc tác có hoạt tính cực đại. Ngày nay, quá trình reforming không ngừng được cải tiến, phát triển cả về xúc tác và công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng xăng.
Về xúc tác, xu hướng phát triển xúc tác đa kim loại, thêm các nguyên tố đất hiếm như Re vào để tăng độ phân tán của Pt, dẫn đến tăng trị số octan của xăng reforming. Về công nghệ, chuyển sang công nghệ reforming với lớp xúc tác chuyển động có tái sinh liên tục xúc tác, điển hình là công nghệ UOP. Với cách này, năng suất thiết bị đạt tối đa, xúc tác luôn được tái sinh nên đảm bảo hoạt tính trong suốt quá trình phản ứng, xăng thu được có trị số octan rất cao. Mặt khác, với công nghệ và xúc tác ngày càng cải tiến của UOP, có thể thực hiện phản ứng reforming ở điều kiện áp suất thấp
3,5-4 at mà vẫn tránh được tạo cốc. Áp suất thấp thì sự tao hidrocacbon thơm sẽ nhiều hơn dẫn đến xăng có trị số octan sẽ cao hơn.
Từ năm 1990 trở lại đây người ta còn phát triển thêm công nghệ New reforming với xúc tác zeolit, nhằm chuyển hóa các parafin và olefin nhẹ thành hidrocacbon thơm, là các cấu tử cao octan và nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu. Tất cả các tiến bộ trên đã tạo cơ sở thúc đẩy nền công nghiệp dầu khí phát triển ngày càng mạnh mẽ.
Trong tương lai sắp tới, người ta sẽ phải tiếp tục cải tiến công nghệ reforming hơn nữa nhằm thỏa mãn các yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên các khuynh hướng cải tiến và phát triển còn phụ thuộc nhiều vào yếu tố:
• Khuynh hướng thị trường xăng dầu
• Khuynh hướng chất lượng xăng: yêu cầu về chỉ số octan, yêu cầu giảm thành phần thơm ( đặc biệt benzen, từ năm 2005 nhiều nước khống chế thấp hơn 0,5% ), xu hướng sử dụng nhiên liệu hỗn hợp (xăng, ancol tổng hợp) cho trị số octan siêu cao.
• Sự thay đổi phân bố thị phần các sản phẩm dầu mỏ theo xu hướng tăng lượng sản phẩm nhẹ. Một số hợp phần xăng từ các quá trình cốc hóa, cracking, vibreaking sẽ đưa được vào refomat trước khi pha trộn ...
4.4. So sánh và lựa chọn công nghệ
Với các công nghệ trên ta thấy mỗi công nghệ đều có những ưu nhược điểm của nó. Nhưng cơ bản đều là những công nghệ tốt. Việc lựa chọn công nghệ nào cần phải áp dụng căn cứ vào yêu cầu khách quan như: mặt bằng xây dựng nhà máy, đặc điểm của nguyên liệu, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ... và các yếu tố kinh tế khác, cũng như là yêu cầu về công suất nhà máy, chi tiết xây dựng ban đầu, chi phí quá t rình vận hành ...
Nếu khi xét về công nghệ của các quá trình :
Với CCR flatforming : quá trình làm việc liên tục, cùng với tái sinh xúc tác liên tục trong quá trình làm việc, nên xúc tác có thể thực hiện được quá trình làm việc liên tục, cho hiệu suất hidrocacbon cao ( đạt khoảng 64% khối lượng ). Mặt khác sơ đồ
công nghệ dây chuyền công nghệ này làm việc ở áp suất thấp (3,5 at ).Ưu điểm hàng đầu của công nghệ này là xúc tác tự chảy từ thiết bị phản ứng trên xuống thiết bị phản ứng dưới, không dùng khí đẩy và quá trình làm việc với hiệu suất cao.
Với quá trình z - Former thì hiệu suất hydrocacbon chỉ đạt 57% khối lượng . Năng suất nhà máy thấp hơn, lớp xúc tác cố định. Do đó theo thời gian làm việc hoạt tính xúc tác giảm, nên chất lượng sản phẩm không ổn định, số thiết bị phản ứng lớn, do mỗi cặp thiết bị luôn có một thiết bị làm việc và một thiết bị nghỉ. Quá trình làm việc ở lớp xúc tác cố định, nên áp suất làm việc lớn, để hạn chế quá trình tạo cốc. Áp suất cao thì tốc độ phản ứng dehydro hoá và vòng hoá giảm.
Do những yêu cầu về đặc điểm trên mà ta chọn công nghệ CCR flatforming của OUP công nghệ này đáp ứng được nhu cầu hiện nay về áp suất, tiết kiệm về xúc tác, lợi ích về kinh tế.
Sau đây là bảng so sánh giữa 2 công nghệ tái sinh xúc tác chuyển động:
Công nghệ của UOP Công nghệ của IFP
- Thiết bị phản ứng là cụm gồm 4 thiết bị chồng lên nhau (stacked reactor) cấu tạo phức tạp hơn, chế tạo khó khăn
giá thành cao
- Vận hành khó khăn do chiều cao hệ thống thiết bị phản ứng nhưng không chiếm nhiều diện tích xây dựng
- Các đường ống vận chuyển giữa reactor và heater dài
- Xúc tác chuyển từ thiết bị này sang thiết bị khác nhờ vào trọng lực
tốn ít năng lượng để đẩy xúc tác
- Thiết bị phản ứng gồm 4 thiết bị riêng biệt (side by side)
cấu tạo đơn giản hơn, giảm lượng kim loại
giá thành thấp hơn
- Khắc phục được nhược điểm về chiều cao nhưng lại tốn diện tích xây dựng và đường ống dẫn lớn dẫn đến tăng giá thành xây dựng và chi phí vận hành cao. - Các đường ống vận chuyển giữa reactor và heater ngắn
- Vận chuyển xúc tác từ thiết bị này sang thiết bị khác khó khăn hơn
tốn nhiều năng lượng để đẩy xúc tác
Từ các so sánh ở trên ta nhận thấy, công nghệ của UOP có thiết bị phản ứng có cấu tạo phức tạp, khó chế tạo dẫn tới giá thành cho thiết bị phản ứng cao, tuy nhiên lại
chiếm ít mặt bằng nhà xưởng và tốn ít năng lượng để thực hiện việc đẩy xúc tác. Mặt khác, trên thế giới thị phần của UOP là nhiều hơn của IFP. Hiện nay, ở Việt Nam, Nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng đang sử dụng công nghệ CCR của UOP.
4.5.Công nghệ reforming xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục của UOP.
4.5.2Thuyết minh dây chuyền công nghệ.
Nguyên liệu được làm sạch bằng hydro ở bộ phận làm sạch rồi trộn với hydro tuần hoàn từ bể chứa trung gian qua thiết bị trao đổi nhiệt, rồi được gia nhiệt ở bộ phận gia nhiệt thứ nhất của lò ống đến nhiệt độ 520 - 540°C rồi nạp vào reactor thứ nhất trên cùng. Lượng xúc tác được phân bố ở các reactor khác nhau, thường theo tỷ lệ 1/1,5/ 2,5/ 5. Hỗn hợp hơi khí sau khi phản ứng ở thiết bị thứ nhất bị giảm nhiệt độ nên được đưa ra khỏi reactor thứ nhất, cho qua lò đốt để gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng, sau đó nạp ngay vào reactor thứ hai. Cứ tiếp tục cho đến khi hỗn họp hơi khí được nạp vào reactor thứ tư. Sản phẩm hơi sau khi ra khỏi đáy của reactor thứ tư được làm lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu để tận dụng nhiệt và tiếp tục ngưng tụ làm lạnh trước khi chuyển sang bộ phận tách sản phẩm. Sản phẩm ở đây bao gồm hydrocacbon lỏng và khí giàu hydro. Phần lớn hydro được tuần hoàn trở lại bể chứa trung gian đế trộn với nguyên liệu ban đầu nhờ máy nén, phần hydro còn lại được trộn với bộ phận tái tiếp xúc được trộn với sản phẩm lỏng được lấy ra ở đáy tháp tái tiếp xúc. Tại tháp sản phẩm khí C1,C2... C5 giàu hydro tiến tục qua máy nén và ngưng tụ làm lạnh, sau đó trộn với sản phẩm lỏng được tách ra từ đáy đi vào tháp rồi tiếp tục qua máy nén, thiết bị ngưng tụ làm lạnh và trộn với sản phẩm lỏng lấy ra từ đáy tháp tách đưa vào tháp tái tiếp xúc. Tại tháp tiếp xúc sản phẩm khí chủ yếu là hydro được lấy ra từ đỉnh. Sản phẩm lỏng ở đáy tháp được tuần hoàn trở lại. Sản phẩm lỏng được đưa sang tháp ổn định qua thiết bị trao đổi nhiệt. Tại tháp sản phẩm khí được tách ra ở đỉnh gồm C1,C2 và LPG đưa vào thiết bị lắng tách qua thiết bị làm lạnh. Khí C1,C2 được lấy ra ở trên còn LPG được lấy ra ở đáy một phần cho tuần hoàn trở lại tháp, phần lớn đưa về bể chứa sản phẩm. Ở đáy tháp sản phẩm lỏng reforming được tách ra một phần qua thiết bị gia nhiệt rồi tuần hoàn trở lại, phần lớn đưa về bể chứa sản phẩm. Xúc tác chuyển động từ reactor thứ nhất đến reactor thứ tư. Xúc tác sau phản ứng được lấy ra từ đáy reactor thứ tư đưa vào bunke được khí tuần hoàn nâng lên đỉnh lò tái sinh lần lược qua bộ phận đốt cốc, bộ phận clo hoá sau đó qua bộ phận khử bằng hydro. Xúc tác sau tái sinh được khí tuần hoàn đẩy lên đỉnh reactor thứ nhất và tiếp tục tham gian phản ứng.
- Thiết bị phản ứng; - Thiết bị tái sinh xúc tác;
- Thiết bị phân tách và ổn định sản phẩm (bao gồm tách khí khô và tháp chưng luyện) Mặc dù có nhiều dạng thiết bị reforming khác nhau, tuy nhiên trong khuôn khổ giáo trình này chỉ trình bày cấu tạo thiết bị của công nghệ reforming có hệ thống tái sinh xúc tác liên tục (lớp xúc tác chuyển động). Vì đây là công nghệ tiên tiến được áp dụng phổ biến trên thế giới hiện nay, mặt khác, ở Việt nam công nghệ này sẽ được áp dụng công nghệ này trong các Nhà máy lọc hóa dầu.
4.5.3.Thiết bị phản ứng
Bộ phận thiết bị phản ứng bao gồm các thiết bị chính: - Lò phản ứng;
- Thiết bị gia nhiệt.