Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác

Các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng của nhiệt và xúc tác đợc sử dụng rộng rãi để chế biến các phân đoạn dầu mỏ khác nhau, thu các loại hợp chất hữu cơ làm nhiên liệu và nguyên

Mở đầu Trong công nghệ chế biến dầu mỏ Các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng của nhiệt và xúc tác đợc sử dụng rộng rãi để chế biến các phân đoạn dầu

mỏ khác nhau, thu các loại hợp chất hữu cơ làm nhiên liệu và nguyên liệu cho tổng hợp hoá học nh : Sản xuất chất dẻo, cao su, sợi tơ tổng hợp, phân bón, cácchất hoạt động bề mặt tẩy rửa

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng quá trình chế biến bao gồmcác quá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác, reforming, irome hoá, polime hoá đặcbiệt là quá trình cracking xúc tác và reforming xúc tác đóng vai trò quan trọng để nângcao hiệu suất và chất lợng sản phẩm Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khảnăng làm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng, do đó có làm tăng tốc độ phản ứng lêncao Xúc tác cũng làm giảm nhiệt độ phản ứng

Ngoài ra xúc tác còn có tính chọn lọc nó có khả năng làm tăng nhanh tốc độ,phản ứng mong muốn trong cùng một điều kiện nh nhau Tính chất này đợc ứng dụng đểhớng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi để thu đợc sản phẩm chính của quátrình với hiệu suất và chất lợng cao nhất

Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo rasản phẩm có chất lợng tốt và hiệu suất cao đồng thời các phản ứng phụ có hại cũng xảy

ra nh phản ứng tạo cốc bám trên bề mặt của xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác để

đảm bảo hoạt tính cho xúc tác làm việc thì phải tiến hành tái sinh xúc tác

Trớc thực trạng nh vậy, yêu cầu thiết kế các phân xởng tái sinh xúc tác chung vàthiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác nóiriêng là một đòi hỏi cần thiết

Với mục đích nh trên bản đồ án này đề cập một số nội dung chính nh sau:

Cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác

Giới thiệu sơ đồ nguyên lý quá trình tái sinh xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi.Tính toán và thiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốngcracking xúc tác

Phần I

Tổng quan lý thuyết Chơng I cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác

1.1 Giới thiệu chung

Trong công nghệ chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dới dạng tácdụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò quan trọng Chất xúc táctrong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng vìvậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều Mặt khác khi có mặt của xúc tác có khả năng tiếnhành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn Điều này có tầm quan trọng đối với những phản ứng

có hoạt ứng nhiệt dơng ( nh phản ứng hydro hoá, polime hoá,Ankyl hoá ) vì ở nhiệt độcao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này

Sự có mặt chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng nhanhquá trình chuyển hoá vừa có khả năng tạo ra nồng độ cân bằng nhất, có nghĩa là tăng đợchiệu suất sản phẩm của quá trình

Điều quan trọng nữa là chất xúc tác có khả năng tăng nhanh không đồng đều giữacác loại phản ứng mà về phơng diện nhiệt động có thể xảy ra trong cùng một điều kiện

nh nhau Tính chất này gọi là tính chất chọn lựa của xúc tác Ngời ta nghiên cứu kỹ từngloại xúc tác và lợi dụng tính chất lựa chọn của nó để hớng quá trình chế biến theo phảnứng có lợi, nhằm mục đích thu đợc các sản phẩm chính của quá trình có chất lợng cao,hiệu suất cao

Tóm lại, xúc tác có vai trò và ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công nghệ chếbiến dầu mỏ nói chung và trong quá trình cracking xúc tác nói riêng

Trong quá trình làm việc, cốc tạo ra bán trên bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạttính của nó Vì thế việc khôi lại hoạt tính của xúc tác bằng quá trình tái sinh xúc tác cũng

là vấn đề hết sức quan trọng cần đợc gải quyết đối với xúc tác cracking công nghiệp Vì

nó tiếp kiệm đợc nguyên vật liệu, lợi về kinh tế và đảm bảo đợc vệ sinh môi trờng

1.2 Quá trình sử dụng các chất xúc tác cho quá trình cracking

Trong quá trình chế biến dầu mỏ, các quá trình có xúc tác chiếm một vị trí quantrọng trong đó cracking xúc tác là điển hình Xúc tác có tác dụng :

- Làm giảm năng lợng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng

- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng

- Tăng tính chất chọn lọc ( Hớng phản ứng theo hớng cần thiết )

Sự phát triển và cải tiến quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu

mỏ, ngoài việc cải thiện về nguyên vật liệu hệ thống thiết bị, chế độ công nghệ thì tathấy cái chính là do sự phát triển cải tiến trong việc sử dụng chất xúc tác

Xúc tác đợc dùng trong cracking thờng là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiênnhiên hay tổng hợp, với bề mặt bên trong lớn

Vào những năm 1919 –1920 ngời ta đã dùng xúc tác AlCl3 trong hệ thốngcracking để sản xuất xăng Xúc tác AlCl3 cho phép tiến hành cracking ở nhiệt độ thấp

200 –300 OC Nhng trong quá trình sử dụng ngời ta thấy có những nhợc điểm nh: Xúctác bị mất mát nhiều do tạo phức với Hyđrô Cacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếp xúcgiữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lợng xăng thấp

Về sau này ngời ta nghiên cứu sử dụng Alumo silicát vô định hình mà đầu tiên là

đất sét bentonite Năm 1936 ở Liên Xô cũ đã sử dụng xúc tác Alumôsicats ở quy môcông nghiệp Sử dụng đất sét thiên nhiên làm xúc tác cracking ngời ta thấy hoạt tính của

nó thấp Vì vậy ngời ta tiến hành tổng hợp Alumô silicát trong các nhà máy chế tạo xúctác Sau đó trong công nghệ chế biến dầu mỏ ngời ta dùng phổ biến xúc tác Alumôsilicát tổng hợp Vì nó có hoạt tính và độ lựa chọn tơng đối cao Tuy vậy , hiện nay việccải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển Các chất xúc tác Alumô silicát chứa zeolit

đã và đang đợc nghiên cứu và sử dụng vào quá trình cracking xúc tác

ở Mỹ vào năm 1972 đã sử dụng khoảng 80% chất xúc tác chứa Zeolit cho quátrình Cracking xúc tác Hàng năm ở Mỹ tiêu thụ 130 nghìn tấn xúc tác trong đó chỉ có 14nghìn tấn là không chứa Zeolit

Hện nay đã công bố hơn một vạn công trình nghiên cứu về Zeolit Đã có 3 cuộchội thảo về chuyên đề Zeolit Năm 1967 họp ở Luân Đôn, 1970 họp ở Worecster và năm

1973 họp ở Zu-rích Ngoài ra còn có nhiều hội nghị khác cũng có nhiều báo cáo về đềtài Zeolit

1.3 Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking

Quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu đợc trong bất kỳ nhàmáy chế biến dâù nào trên thế giới Vì quá trình này là một trong các quá trình chính đểsản xuất xăng có trị số octan cao

Xúc tác dùng trong quá trình cracking đòi hỏi những yêu cầu sau

1 Hoạt tính xúc tác phải cao

Hoạt tính xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn Khi sử dụng xúc tác cóhoạt tính cao thì thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắm vẫn có thể đảm bảonăng suất yêu cầu Hoạt tính xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùngtrong quá trình Cracking

2 Độ chọn lựa của xúc tác phải cao

Xúc tác cần có độ chọn lựa cao để cho ta chất lợng xăng cao và hiệu suất lớn vàtrong khí Cracking có nồng độ lớn hơn các Hydrocacbon có cấu trúc nhánh

3 Độ ổn định phải lớn

Xúc tác phải giữa đợc những đặc tính chủ yếu( hoạt tính , độ chọ lựa) của nó sauthời gian làm việc lâu dài

4 Xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ, bền nhiệt.

Trong quá trình làm việc xúc tác cọ sát với nhau và xúc tác cọ sát với thành thiết

bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác tăng lên, làm mất mátxúc tác lớn Vì vậy xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ

Trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi Khi nhiệt độ cao nếu xúc táckhông có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm các tính chất củaxúc tác

5 Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao

Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, về cấu trúc ,về hình dạng về kích thớc.Khi kích thớc không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khácnhau, do có sự phân lớp theo kích thớc nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thờng củathiết bị Mặt khác khi kích thớc không đồng đều làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến mấtmát xúc tác Cấu trúc lỗ xốp không đồng đều sẽ làm giảm bề mắt tiếp xúc dẫn đến làmgiảm hoạt tính xúc tác.

6 Xúc tác phải bền với những chất làm ngộ độc xúc tác.

Xúc tác phải chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của những hợp chất nhNitơ, Lu huỳnh, các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm việc của xúc tác

7 Xúc tác phải có khả năng tái sinh.

Đây là yêu cầu quan trọng trong quá trình sử dụng xúc tác Xúc tác có khảnăng tái sinh thì sẽ nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình lợng tiêu hao xác tácgiảm xuống

8 Xúc tác phải rễ sản suất và rẻ tiền.

Theo những yêu cầu trên nếu không yêu cầu đòi hỏi quá khắt khe thì ta thấyAlumosilicát vô định hình có thể đáp ứng dụng làm chất xúc tác cho quá trình Crackimg

1.4 Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc

Xúc tác Cracking trong quá trình làm việc bị giảm hoạt tính và độ chọn lọc Hiện

tợng này ngời ta gọi là quá trình trơ hoá xúc tác Quá trình trơ hoá càng nhanh , nếu tatiến hành quá trình công nghệ ở điều kiện khó khăn , độ khắt khe tăng ( ví dụ ở nhiệt độquá cao thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu , ngoài ra còn xảy ra các quá trìnhkhác làm tăng tốc độ trơ hoá Chúng ta có thể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai quátrình chính đó là :

Sự trơ hoá do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý hoá của xúc tác Nguyênnhân của sự trơ hoá xúc tác có thể do :

- Sự tác dụng của các độc tố nh NH3, CO2 của các hợp chất Lu huỳnh mà đặcbiệt là H2S ở nhiệt độ cao

- Sự tích tụ kim loại nặng dới dạng các Oxit làm thay đổi chức năng của xúc tác

- Sự tác động của nhiệt độ cao và hơi nớc

Các hợp chất khi tác dụng với xúc tác có thể chia thành ba nhóm Nhóm khôngtác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620 oC nh CO, CO2, NH3 Nhóm làm giảmhoạt tính của xúc tác nhng không làm giảm độ chọn lọc nh hơi nớc Và nhóm làm giảm

độ chọn lọc của xúc tác ( H2S ở nhiệt độ 425 oC ; NH3 SO2, SO3, ở nhiệt độ lớn hơn 620

oC ) Từ kinh nghiệm thao tác các công nghệ Cracking cho thấy rằng độ hoạt tính củaxúc tác có thể duy trì nếu ta cho thêm hơi nớc vào nguyên liệu hay việc sử lý trớc và saukhi tái sinh xúc tác Thêm hơi nớc khi chế biến nguyên vật liệu có Lu huỳnh sẽ có tácdụng âm vì khi đó lại làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩm của quá trình ănmòn lại làm nhiễm bẩn xúc tác , dẫn tới luôn làm giảm độ hoạt tính và độ chọn lọc củachất xúc tác

Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và hơi nớc làm giảm độ hoạt tính tổng cộngcủa xúc tác Khi áp dụng quá trình ở lớp sôi ( FCC) do cần duy trì ở điều kiện để cốc ítlắng đọng trên xúc tác và xúc tác không bị quá nhiệt , khi tái sinh ngời ta phải đa vàomột lợng nhỏ hơi nớc Hơi nớc cho vào còn có nhiệm vụ đẩy khí tái sinh và khí sảnphẩm ra khỏi bề mặt xúc tác và cũng để chánh phần nào sự tạo cốc Nhng nếu cho hơinớc vào nhiều thì sẽ dẫn tới phá vỡ cân bằng nhiệt của hệ lò phản ứng và tái sinh donhiệt tạo ra trong quá trình tái sinh không đủ để bù nhiệt thu vào của các phản ứngCracking trong lò phản ứng Hàm lợng cốc trên xúc tác khi ra khỏi có phản ứng phụthuộc vào lợng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống Đối với đa số các quá trình (FCC) khidùng xúc tác chứa Zeolit lợng cốc tạo ra thờng chiếm vào khỏang 1,3  1,8 % khối lợngxúc tác Còn sau khi tái sinh là 0,1  0,05% khối lợng Các hợp chất cơ kim và các hợpchất có chứa Nitơ trong nguyên liệu đầu là các phần tử làm già hoá nhanh xúc tác Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự có mặt của các hợp chất Nitơ trong nhiên liệu làmgiảm hiệu suất xăng và các sản phẩm trắng Ví dụ nh khi hàm lợng Nitơ tăng từ 0,1 đến0,4% KL , hiệu suất xăng bị giảm đi tới hai lần , còn hiệu suất Gasoil nhẹ cũng bị giảm

đồmg thời làm hiệu suất cân nặng và Gasoil nặng tăng Khi tăng nhiệt độ, tác dụng cóhại của các hợp chất Nitơ sẽ giảm

Sự đầu độc xúc tác tới các kim loại cũng đã đợc nhiều nhà nghiên cứu đề cập tới

và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác Sự giảm nhanh nhất hoạt tínhcủa xúc tác xẩy ra trong lúc tiếp xúc với các độc tố với xúc tác Khi lắng đọng các ôxitkim loại nặng trên xúc tác dẫn đến làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suất xăng dotăng nhanh quá trình tạo cốc

Khi hàm lợng các hợp chất lu huỳnh trong nguyên liệu tăng , thì hàm lợng cáckim loại nặng nh Niken và Vanadi cũng tăng theo vì đa phần chúng đều tập trung ở phầncân nặng và phân đoạn nhựa – Asphan ( ví dụ trong dầu mỏ có Lu huỳnh thì có tới90% chất phức chứa Vanađi , còn trong dầu có chứa ít Lu huỳnh là phức với Niken)

1.5 Cơ sở tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác

Trong quá trình làm việc của quá trình Cracking xúc tác một số phản ứng xẩy ra

và tham gia kết hợp với nhau tạo ra những sản phẩm có hại bám trên bề mặt chất xúctác Những sản phẩm có hại đó gọi là cốc

Sảm phẩm cốc đợc tạo ra là do một hệ vòng thân có độ ngng tụ cao, sự hình thànhcốc có thể do các nguyên nhân sau :

- Do bản chất của nguyên liệu Cracking ( nếu nguyên liệu là phân đoạn Xôđa và Gasoil nặng thu đợc từ quá trình chng cất trực tiếp thì ít tạo cốc ) Nếu nguyênliệu là cặn Marut Gasoil nặng của quá trình thứ cấp khác thì khả năng tạo cốc nhiều

kezosen Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao

Sơ đồ có thể biểu diễn chúng nh sau cho các loại tơng tự nh benzen là:Naphtaxen, antraxen, phenapxen , phản ứng chính là phản ứng ngng tụ tạo ra sản phẩmcốc

Nh vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhận đợckhi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyên tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon Trongquá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vì nó bám trên tâmhoạt tính của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác Vì vậy phải tiến hành tái sinh xúctác

1.6 Tái sinh xúc tác

Xúc tác trong quá trình Cracking làm việc đợc một thời gian , cốc tạo thành domột số phản ứng phụ có hại bám trên bề mặt xúc tác che phủ các tâm hoạt động cuả xúctác Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác vì vậy hiệu quả của quá trình Cracking xúctác bị giảm Để xúc tác làm việc bình thờng ( các tính chất của xúc tác không hề thay đổi) thì ngời ta phải tiến hành tái sinh

Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tácbằng không khí nóng trong lò tái sinh xúc tác Khả năng tái sinh của xúc tác là một đặctính quan trong của nó

Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO2 Các phản ứng cháy nàytoả nhiều nhiệt Ngoài ra còn có các phản ứng khử các hợp chất lu huỳnh Các phản ứngxẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả nh sau :

Nhiệt lợng toả ra đợc dùng cấp nhiệt cho xúc tác vào lò phản ứng ngoài ra còn tậndụng để sản xuất hơi nớc dùng trong khu liên hợp

Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác đang đợc dùng và loại lò tái sinh

Ví dụ đối với xúc tác Alumôsilicat tổng hợp tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 540 680 oC

Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cờng độ cháy cốc Cờng độ cháy cốccàng cao, quá trình tái sinh càng nhanh, thể tích thiết bị tái sinh yêu cầu càng nhỏ Cờng

độ cốc cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ , áp suất riêng phần của Oxy, hàm lợngcốc bám trên xúc tác

Yếu tố nhiệt độ ảnh hởng lên cờng độ cháy cốc : qua nghiên cứu cho thấy nhiệt

độ khoảng 540  680 oC tiến hành tái sinh là tốt nhất

Nếu chúng ta tiến hành tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn ví dụ 450  500 oC thì quátrình tái sinh xẩy ra chậm ( cờng độ cháy cốc thấp ) cốc bám trên xúc tác cháy khôngtriệt để Nếu tiến hành tái sinh ở nhiệt độ cao hơn 700 oC thì sẽ làm cháy cốc lớn vàcháy cả xúc tác , làm cho tính chất của xúc tác bị biến đổi và còn làm cho thiết bị táisinh bị biến dạng làm mất độ bền cơ và tăng quá trình Oxy hoá thiết bị

Tốc độ tái sinh có thể biểu diễn theo phơng trình :

V =K1 PO 2 (1+K2 P H

2O) Cn−E/ RTTrong đó :

Vậy để tăng tốc độ tái sinh thì phải tăng nhiệt độ tái sinh (hiệu quả nhất ở vùng

động học ), tăng áp suất riêng phần của Oxy trong không khí , giảm đờng kính các hạt

xúc tác , ví dụ xúc tác dạng cầu có đờng kính D = 3  3,5 mm có cờng độ tái sinh caohơn 30  40% so với xúc tác có D = 5 mm

Xúc tác có đờng kính lỗ xốp lớn và đồng đều thì quá trình tái sinh nhanh vì Oxy

dễ khuếch tán Tuy vậy điều này bị giới hạn bởi độ bền của xúc tác và một số tính chấtkhác của nó

Việc tái sinh xúc tác thờng không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác Cốc cònlại gọi là cốc cặn Cốc cặn thờng còn lại từ 0,1  0,3 % trọng lợng xúc tác Ngời tamong muốn lợng cốc cặn còn lại không quá 0,1%

Tóm lại mức độ tái sinh xúc tác cần phải khống chế chặt chẽ để không chỉ đảmbảo độ hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trờng, vì thế không nên

có mặt của CO trong khí khói thải Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ở nhiệt

độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến phá huỷ xúc tác Sau khi tái sinh , hàm lợngcốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác

Quá trình tái sinh xúc tác bằng phơng pháp đốt cốc cha giải quyết đợc việc khửcác kim loại nặng hấp thụ trên xúc tác Vì vậy để hoàn thiện quá trình tái sinh ngời tatiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các kim loại nặng , điều này đợc giải quyết

sẽ nâng cao đợc hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác

Chơng II Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác

trong lớp xúc tác giả sôi

Hệ thống Cracking xúc tác trong lớp giả sôi đợc đa vào sử dụng ở quy mô côngnghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay ngời ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạt hiệu quảkinh tế cao nhất đảm bảo hiệu suất và chất lợng sản phẩm tốt Hệ thống này đợc sử dụngngày càng đợc phổ biến trong công nghiệp chế biến dầu mỏ Qua thực tế sử dụng hệthống Cracking xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi , sử dụng xúc tác dạng bụi bay dạng vicầu ngời ta thấy nó có nhiều u điểm hơn hệ thống Cracking xúc tác trong lớp xúc táctầng chặt Những u điểm lớn đó là :

1.Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều cócấu tạo rất đơn giản :( so với các dạng thiết bị khác của quá trình Cracking thực tế chúng

là hình rỗng )

2 Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngợc lại là nhờ

sự chuyển vận liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng

3 Do có sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồngnhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng nh thiết bị táisinh, khắc phục đợc hiện tợng quá nhiệt cục bộ

4 Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , nh từnguyên liệu là phân đoạn Kezoxen đến nguyên liệu nặng , là Mazuts làm tăng tính vạnnăng của hệ thống

5 Hệ thống này có công suất làm việc lớn

Thuyết minh dây truyềnXúc tác đã làm việc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng (1) cho sang tháp tái bốc hơi(10) Lợng xúc tác này đợc điều chỉnh bằng van (6) Tại tháp tái bốc hơi ngời ta thổi hơinớc quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác Sau đó xúc tác đợc

đa vào thiết bị tái sinh (3) Lợng xúc tác đợc đa vào thiết bị tái sinh đợc điều chỉnh bằng

van (9) Cho thổi không khí từ thiết bị thổi không khí (8) vào thiết bị tái sinh Không khínày sẽ đẩy xúc tác đa qua từ tháp tái bốc hơi , tạo dạng tầng sôi trong thiết bị tái sinh , tạitầng sôi xẩy ra quá trình đốt cháy cốc tách ra khỏi bề mặt xúc tác Xúc tác đã đợc đốtcháy cốc theo đờng ống đến điểm trộn (7) Lợng xúc tác đi ra đợc điều chỉnh bằng van(11) Tại điểm trộn này xúc tác đợc trộn với nhiên liệu để đi vào thiết bị phản ứng (1)

Để tách hết sản phẩm cháy ra khỏi xúc tác ngời ta thổi hơi nớc vào Zon tách khícủa thiết bị tái sinh Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí(14) Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụngnhiệt (12) Và từ đây cho khí đi sang hệ thống lọc điện (13) để lọc sạch khí Còn xúc tác

đợc giữ lại và quay trở lại tầng sôi

Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crácking xúc tác

Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873  883 K Vì vậy ngời ta xử lý chất xúc tác

đã bị cốc hoá ở trong thiết bị tái sinh bằng không khí theo hai giai đoạn :

1 Thổi không khí vào Zon thứ nhất để đốt , cháy từ 75  80% lợng cốc nằm trênxúc tác

2 Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 2025% lợng cốc còn lại Nhiệttoả ra ở giai đoạn này, để tránh quá nhiệt cho quá trình tái sinh , ta dùng một phần nhiệt

đó để sản xuất hơi nớc

Sau đó để đuổi hết khí tái sinh ra khỏi các mao quản của hạt xúc tác và ra khỏikhông gian giữa các hạt, ngời ta dùng hơi nớc thu đợc ở giai đoạn hai của tái sinh thổingợc chiều với chất xúc tác

Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác đợc đa từ Zon thứ hai quacác lỗ vào vùng này Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tác Từ Zon thứ banày, chất xúc tác đã đợc tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nớc đi ra đợccho qua thiết bị phản ứng trong hệ thống Crácking xúc tác

Phần II thiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong

hệ thốnG crAcking xúc tác

Theo các số liệu đã cho :

- Lợng chất xúc tác tuần hoàn Gx= 2578 T/h

- Kích thớc tối đa của hạt xúc tác 150m

- Khối lợng riêng của lớp giả sôi ( tầng sôi ) của xúc tác ts= 500 kg/m3

- Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng 755 K

- Lợng cốc ở trên xúc tác đã đợc tái sinh bằng 0,2 % khối lợng

- Lợng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác g=20 T/h

- Lợng hơi nớc bị hấp thụ bởi chất xúc tác Gh= 4130 kg/h

- Nhiệt độ ở trong thiết bị tái sinh Tp= 837 K

Phụ thuộc vào độ d không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lợng vàmức độ xử lý chất xúc tác ở trong khí tái sinh mà tỷ lệ CO2/CO sẽ khác nhau Lợng CO2

và CO tạo ra đặc trng cho sự cháy hoàn toàn của C

 Sau khi biết đợc lợng C trong cốc ( 86% khối lợng ở bảng 1) và giả thiết tỷ lệtheo thể tích ( ở điều kiện chuẩn ) CO2/CO =1,85 Ta tính đợc lợng C trong 1 kg cốc biếnthành CO2 và CO từ đó xác định đợc lợng sản phẩm Oxy hoá

Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có :

2+ CCO=0 , 86

(*)Trong đó :

Từ (2) ta có : Để đốt cháy 1 Kmol C tạo thành CO thì cần 1/2 Kmol O2

C CO =1 , 85

Giải hệ phơng trình trên ta đợc :

C CO

2=0 ,558 (kg/kg) ;C CO=0 ,302 (kg/kg)

22

 Trong khi tái sinh, ngoài các sản phẩm cháy ra còn chứa N2 và O2 thừa

Ta chấp nhận lợng khí O2 thừa trong khí tái sinh là 1,3 % thể tích

Vậy thể tích của khí tái sinh ( theo m3/1kg ) cốc là :

VKTS= ΣmV +VN

2+ VO

2+ VN

2Trong đó :

V N2 : Thể tích N2 có trong không khí, tiêu tốn để oxy hoá các cấu tử cốc

V O2 : Thể tích O2 thừa

V N2 : Thể tích N2 trong không khí thừa

Lợng Oxy tiêu tốn trong quá trình cháy cốc (kg/kg cốc)

Lợng Oxy tiêu tốn cho quá trình đốt cháy, khi đốt 1 kg cốc đợc tính theo công thức :

m O2 = Σmm−1

Trong đó : Σmm=3,63kg/kg Tổng khối lợng sản phẩm khi đốt cháy 1 kg cốc

Vậy: m O2 = 3,63 – 1 = 2,63 (kg)

Hoặc tính theo thể tích :

Trong đó : V O2 là lợng oxy thừa trong khí tái sinh

Lợng Oxy thừa trong khí tái sinh

Lợng Oxy thừa trong khí tái sinh , ta giả thiết rằng lợng ôxy thừa trong khí táisinh chiếm 1,3 % thể tích của thể tích khí tái sinh

Khi đó lợng Oxy thừa đợc tính theo công thức :

L0 : lợng không khí tiêu tốn lý thuyết để đốt cháy 1 kg cốc ( kg/kg).

m O2 : lợng oxy tiêu tốn cho quá trình cháy 1 kg cốc (kg/kg )