4. Tỷ lƯ hydro/hydrocacbon nguyờn liƯu:
V.2. Chọn thiết bị chớnh cđa quỏ trỡnh:
Nhỡn chung cơ sở chớnh đĨ lựa chọn thiết bị cho quỏ trỡnh phơ thuộc rất nhiỊu vào đỈc tớnh nguyờn liƯu. Với quỏ trỡnh reforming xĩc tỏc thỡ người ta cú thĨ lựa chọn cỏc thiết bị theo mấy nguyờn tắc cơ bản sau :
+ Nếu nguyờn liƯu cú hàm lưỵng naphten nhỏ khi đú ta chọn ; ỏp suất cđa thiết bị, bội số khớ tuần hoàn chứa hydro, nhiƯt độ khỏ cao, tốc độ nạp liƯu thấp.
+ Nếu nguyờn liƯu cú hàm lưỵng naphten cao thỡ những thụng số trờn cú thĨ chọn nhỏ hơn, tốc độ nạp liƯu lớn hơn .
Bờn cạnh tớnh chất cđa nguyờn liƯu thỡ viƯc lựa chọn cỏc thiết bị cũn phơ thuộc vào yờu cầu vỊ sản phẩm và chế độ cụng nghƯ cđa quỏ trỡnh. Trong dõy chuyỊn reforming xĩc tỏc thỡ quan trọng nhất là thiết bị phản ứng và thiết bị tỏi sinh xĩc tỏc. Ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị khỏc như : Thiết bị trao đỉi nhiƯt, thiết bị làm lạnh, thiết bị ngưng tơ, mỏy nộn, thỏp ỉn định... Dưới đõy là thiết bị phản ứng đĨ chọn trong cụng nghƯ .
• Thiết bị phản ứng (lũ phản ứng)
Lũ phản ứng phỉ biến trong dõy chuyĨn reforming với xĩc tỏc cố định thường dựng hai loại : Loại lũ phản ứng dọc trơc và lũ phản ứng xuyờn tõm, lũ phản ứng dọc trơc là loại hỡnh trơ, trong đú khối khớ chuyĨn động qua lớp xĩc tỏc dọc theo hướng trơc cđa lũ phản ứng (cú thĨ từ trờn xuống hay từ dưới lờn). Lũ phản ứng xuyờn tõm cú hướng chuyĨn động cđa hơi khớ qua xĩc tỏc theo bỏn kớnh theo tiết diƯn cắt ngang lũ phản ứng.
Cấu trĩc lũ phản ứng thường là hỡnh trơ đưỵc chế tạo bằng thộp đỈc biƯt đĨ chịu đưỵc ăn mũn hydro ở nhiƯt độ cao, cú chiỊu dày lớn đĨ chịu ỏp xuất. Loại thiết bị xuyờn tõm cịng cú cấu trĩc hỡnh trơ, vỏ cịng cú lớp lút bằng bờ tụng phun. Nhưng đĨ tạo chuyĨn động hướng tõm cđa dũng hơi khớ người ta bố trớ phớa trong thiết bị một cốc hai vỏ hỡnh trơ bằng thộp cú đơc lỗ ở thành, giữa hai lớp vỏ cđa cốc chứa xĩc tỏc. Hỗn hỵp hơi khớ đi qua cỏc lỗ này, qua lớp xĩc tỏc theo hướng vuụng gúc với trơc cđa lũ rồi vào ống trung tõm và đi ra ngoài.
NhiƯt độ trong lũ và vỏ lũ phản ứng phải đưỵc kiĨm tra thường xuyờn đĨ đảm bảo vận hành ỉn định và an toàn. Ngày nay người ta thường chuẩn húa thiết bị lũ cú đường kớnh từ 2,5m 3m và chiỊu cao 10 15m tuỳ theo năng xuất cđa dõy chuyỊn.
Dõy chuyỊn với xĩc tỏc cố định thường là một dóy gồm 3 đến 4 thiết bị phản ứng. Kớch thước thiết bị đầu tiờn thường nhỏ hơn thiết bị cuối cựng, nhưng phản ứng thu nhiƯt rất mạnh xảy ra ở thiết bị đầu tiờn, cú thĨ làm giảm nhiƯt độ thiết bị đến mức mà những phản ứng tiếp theo bị ngừng lại. Những xĩc tỏc nằm ở dưới điĨm cú nhiƯt độ khụng thớch hỵp này hoạt động khụng cú hiƯu quả. Do vậy nờn sư dơng thiết bị cú kớch thước nhỏ. Nhưng phản ứng xảy ra ở thiết bị cuối cựng tương đối chậm.
Sau đõy là thiết bị phản ứng loại xuyờn tõm cú nhiỊu ưu điĨm hơn so vúi loại dọc trơc nờn thường đưỵc chọn trong dõy chuyỊn cụng nghƯ refoming xĩc tỏc. Nguyên liệu 2 7 7 7 7 6 1 4 4 5 Cửa tháo xúc tác Sản phẩm Cửa thoát khí tái sinh 1. Vỏ lò 2. Lớp lót chịu nhiệt 3. Cốc có đục lỗ 4. ống 5. Bi sứ 6. Xúc tác 7. Pin nhiệt điện
V.3.CỏC CụNG NGHƯ REFORMING đIĨN HỡNH TRờN THế GIÍI :
Quỏ trỡnh refoming xĩc tỏc cố định đàu tiờn đưỵc ỏp dơng trong cụng nghiƯp vào năm 1940 và khi đú dựng xĩc tỏc molipden,song quỏ trỡnh này khụng đưỵc phỏt triĨn vỡ sự tạo cốc rất nhanh trờn xĩc tỏc.Vào
năm1949,refoming xĩc tỏc sư dung xĩc tỏc trờn cơ sở Pt ra đời và quỏ trỡnh này liờn tơc đưỵc cải tiến . Bảng sau cho thõý tiến trỡnh vỊ cụng nghƯ cđa quỏ trỡnh refoming trong cụng nghiƯp dầu khớ trờn thế giới .
( Bảng 8) :Sơ lưỵc tiến trỡnh cải tiến xĩc tỏc và cụng nghƯ reforming xĩc tỏc trờn thế giới :
1940 Reforming xĩc tỏc đầu tiờn sư dơng xĩc tỏc molipden
1949 Phỏt triĨn xĩc tỏc Pt
1950 1960 Rất nhiỊu quỏ trỡnh reforming xĩc tỏc đưỵc phỏt triĨn từ xĩc tỏc Pt 1960 Phỏt triĨn xĩc tỏc đa kim loại
1970 Quỏ trỡnh reforming tỏi sinh xĩc tỏc liờn tơc ra đời 1980 Quỏ trỡnh reforming tỏi sinh xĩc tỏc sản xuất hydrocacbon thơm 1990 Ra đời quỏ trỡnh reforming xĩc tỏc mới (nờu reforming) Từ năm 1950 , nhiỊu quỏ trỡnh xĩc tỏc sư dơng xĩc tỏc Pt đó đưỵc phỏt triĨn và quỏ trỡnh refoming xĩc tỏc trong lọc dầu là chỡa khoỏ chớnh nhằm mơc đớch sản xuất xăng cú trị số octan cao cựng với quỏ trỡnh cracking FCC. Từ năm 1950 , nhiều quỏ trỡnh xỳc tỏc sử dụng xỳc tỏc Pt đó được phỏt triển và quỏ trỡnh refoming xỳc tỏc trong lọc dầu là chỡa khoỏ chớnh nhằm mục đớch sản xuất xăng cú trị số octan cao cựng với quỏ trỡnh cracking FCC.
Đầu những năm 1970 ,một cải tiến nỉi bật vỊ quỏ trỡnh refoming xĩc tỏc ra đời đú là quỏ trinh cú tỏi sinh liờn tơc xĩc tỏc cđa UOP và cđa IPT .xĩc tỏc bị cốc hoỏ đưỵc thỏo ra liờn tơc khỏi reactor và đưỵc đưa trở lại thiết bị phản ưng sau khi đó tỏi sinh.(gọi là quỏ trỡnh tỏi sinh liờn tơc CCR).Cụng nghờ này cú nhiỊu ưu điĨm nỉi bậc hơn so vơi cụng nghƯ xĩc tỏc cố đinh .Cỏc quỏ trinh CCR với ỏp suất thấp và cú thĨ làm viƯc ở ỏp suất 3,5 at .Hầu như tất cả cỏc quỏ trỡnh refoming xĩc tỏc mới đưỵc xõy dựng điỊu là quỏ trỡnh CCR.
Cỏc hảng đi đầu trong quỏ trỡnh cải tiến cụng nghƯ refoming xĩc tỏc đưỵc dẫn ra ở bảng sau :
Bảng 8. Cỏc hóng đi đầu trong quỏ trỡnh cải tiến reforming xĩc tỏc : Tờn quỏ trỡnh Hóng thiết kế Loại thiết bị phản ứng Loại xĩc tỏc Loại lũ tỏi sinh Platforming UOP Xĩc tỏc cố định R11 - R12 Pt = 0,375 0,75 Tỏi sinh giỏn đoạn Powerforming EXXON Xĩc tỏc cố định KX, RO, BO
(Pt, Re)
Tỏi sinh giỏn đoạn IFP reforming IFP Xĩc tỏc cố định RG 400
Pt (0,2 - 0,6) Tỏi sinh giỏn đoạn Magnaforming Engelhar d Xĩc tỏc cố định RD.150 (pt = 0,6); E500 Tỏi sinh giỏn đoạn Rehniforming CRC Xĩc tỏc cố định FC (pt, Re) Tỏi sinh
giỏn đoạn CCR plat- forming UOP Xĩc tỏc chuyĨn động, thiết bị phản ứng chồng lờn nhau R16 : 20 pt, Re Tỏi sinh liờn tơc Aromizing IFP Xĩc tỏc chuyĨn
động, thiết bị phản ứng chồng lờn nhau
Pt, Re Tỏi sinh liờn tơc
Cho tới nay cụng nghƯ reforming xĩc tỏc đó cú nhiỊu cải tiến làm thay đỉi hoàn toàn cỏc tham số và khả năng cđa quỏ trỡnh và đưỵc chia ra làm ba nhúm :
• Nhúm 1: HƯ thống reforming xĩc tỏc thực hiƯn quỏ trỡnh trờn lớp xĩc tỏc khụng tỏi sinh , nhúm nay cho hiƯu quả kinh tế khụng cao cho nờn loại này chỉ đưỵc thực hiƯn trong thời kỳ đầu lich sư reforming ,ngày nay ngươi ta khụng dựng đến.
• Nhúm 2 : HƯ thống reforming xĩc tỏc cú sư dơng hƯ thống tỏi sinh chất xĩc tỏc trong thiết bị phản ứng khi xĩc tỏc làm viƯc trong thời gian cố định nào đú.loại này cú thĨ chia ra làm hai loại sau :
_ Loại hƯ thống mà quỏ trỡnh tỏi sinh xĩc tỏc đưỵc thực hiƯn trong tất cả cỏc thiờt bị phản ứng đồng loạt.HƯ thống này đưỵc thực hiƯn ở chế độ cĩng vừa phải, chu kỳ làm viƯc cđa chất xĩc tỏc cú thĨ từ 4 thỏng đến 8 thỏng . _ Loại hệ thống mà quỏ trỡnh tỏi sinh xỳc tỏc được thực hiện trong tất cả cỏc thiờt bị phản ứng đồng loạt.Hệ thống này được thực hiện ở chế độ cỳng vừa phải, chu kỳ làm việc của chất xỳc tỏc cú thể từ 4 thỏng đến 8 thỏng .
_ Loại hƯ thống mà quỏ trỡnh tỏi sinh xĩc tỏc đưỵc thực hiƯn trong thiết bị phản ứng dự trư , cho phộp khụng dừng toàn bộ quỏ trỡnh đĨ tỏi sinh nhưng lại phức tạp trong quỏ trỡnh vận hành vỊ mỈc cụng nghƯ .
• Nhúm 3 :Cỏc hƯ thống mà quỏ trinh tỏi sinh đưỵc thực hiờn trong một thiờt bị tỏi sỉnh riờng , cho phộp quỏ trinh làm viƯc một cỏch liờn tơc .
1.Dõy chuyỊn reforming với lớp xĩc tỏc cố định :
Trong cụng nghƯ chế biến dầu , quỏ trỡnh reforming với lớp xĩc tỏc cố định vẫn cũn phỉ biến , ở đõy điỊu kiƯn tiến hành quỏ trỡnh đưỵc chọn đĨ đảm bảo thời gian giữa cỏc lần tỏi sinh lớn (thường trờn 6 thỏng đến một năm ). Quỏ trỡnh tỏi sinh xĩc tỏc đưỵc tiến hành đồng thời trong tất cả reactor đối với hƯ thống khụng cú cỏc thiết bị dự trữ .
- Cụng nghƯ reforming với lớp xĩc tỏc cố định UOP
Nguyên liệu Máy bơm Lò gia nhiệt Thiết bị phản ứng H2 Thiết bị phân tách Thiết bị đốt nóng Nguyên liệu Sản phẩm reformat Ngưng tụ hồi lưu
o Nguyờn lý hoạt động :
Nguyờn liƯu là phõn đoạn naphta đó đưỵc sấy khụ và làm sạch từ bộ phận hydro hoỏ làm sạch đưỵc trộn với khớ hydro từ mỏy nộn sau khi qua cỏc thiết bị trao đỉi nhiƯt , đưỵc nạp nối tiếp vào lũ dốt núng và cỏc reactor từ thứ 1 đến thứ 3 ( ngày nay thường dựng đến lũ thứ 4). Sản phẩm ra khỏi lũ sau khi qua cỏc thiết bị trao đỉi nhiƯt , đưỵc nạp tiếp vào thiết bị đốt núng và thiết bị làm sạch .Sau đú qua thiết bị ngưng tơ , sản phẩm sẽ giư ở nhiƯt độ 38oC khớ khụng ngưng sẽ đưỵc tỏch ra ở thiết bị tỏch khớ .Phần lớn khớ này đưỵc mỏy nộn và tiếp tơc tuần hoàn lại là reforming , Phần cũn lại đưỵc dẩn sang bộ phận tỏch khớ và sư dơng H2 .Sản phẩm đỏy cđa thiết bị tỏch đưỵc đưa qua thiết bị đốt núng bởi sản phẩm núng cđa đỏy cột . Sản phẩm đỉnh cđa cột đưỵc dẫn sang thiết bị ngưng tơ .Cỏc hỵp chất hơi sẽ tỏch khỏi dõy chuyỊn , sản phẩm lỏng đưỵc hồi lưu bằng bơm . Xăng reforming ỉn định ở đỏy đưỵc đưa qua thiết bị trao đỉi nhiƯt rồi qua thiết bị làm sạch , sau đú vào bĨ chứa .
•Cỏc dõy chuyỊn xĩc tỏc cố định thường dựng trong cụng nghiƯp là: Tờn quỏ trỡnh Hóng thiết kế Loại xĩc tỏc
Plat Former UOP R11-R12:Pt =0.375-0.75
Power Former Exxon RX,ro,BO(Pt,Re)
IFP Reformer IFP RG 400Pt (0.2-0.6)
Maoner Former Engelhard RD.150(Pt=0.6)E500
Reni Former CRC F(Pt, Re)
+ Tỏi sinh xĩc tỏc :
Đối với hƯ thống cụng nghƯ tỏi sinh đồng thời tất cả là phản ứng thỡ cỏc bước tiến hàng như sau :
Đầu tiờn ngừng bơm nguyờn liƯu , cho thiết bị phản ứng refoming ngừng hoạt động song vẫn tiếp tơc bơm khớ đĨ đuỉi hết cỏc hydro cacbon đồng thời giảm dần nhiờn liƯu đốt lũ sau đú ngừng hẳn , nhiƯt độ hạ xuống 200oC thỡ ngừng bơm khớ hydro , thải hết khớ hydro bằng cỏch hĩt chõn khụng .Thỉi và thải khớ trơ , sau đú bơm khớ trơ đến khoảng 10 atm , đun núng thiết bị phản ứng từ từ , khi nhiƯt độ vào khoảng 250o C thỡ bơm khụng khớ vào sao cho lưỵng oxy vào khoảng 0,5% thĨ tớch và tăng từ từ cho đến 2% thĨ tớch thỡ kết thĩc . Khi cốc đó chỏy hết , nhiƯt độ vào khoảng 400oC , giữ nhiƯt độ trong lũ khụng quỏ 500oC sau đú làm lạnh , thỉi khớ trơ qua và cuối cựng thỉi khớ chứa hydro qua . Bắt đầu khởi động lại hƯ thống đĨ làm viƯc Khi sơ đồ cụng nghƯ cú sư dơng lũ dự trữ thỡ viƯc tỏi sinh khụng làm giỏn đoạn thời gian làm viƯc và chỉ đơn giản là chuyĨn đường dẫn nguyờn liƯu sang lũ phản ứng làm viƯc thế, quỏ trỡnh tỏi sinh đối với lũ phản ứng đó làm viƯc tương tự như đó trỡnh bày ở trờn.
Thiết bị phản ứng chớnh cđa quỏ trỡnh refoming xĩc tỏc là thiết bị lũ phản ứng (reactor).Reactor phỉ biến trong dõy chuyỊn với lớp xĩc tỏc cố định thường dựng là loại reactor dọc trơc và xuyờn tõm.