Đồ án chuyên ngành tìm hiểu phân xưởng rfcc dung quất thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm e 1501 ab

Để nâng cao hiệu suất, chất lượng, cho phép tiến hành quá trình ởnhững điều kiện mềm mại hơn nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn người ta đã đưavào quá trình những chất mà có khả năng là

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DẦU -

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CRAKING XÚC TÁC 5

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 5

1.1.1 Sơ lược về quá trình cracking 5

1.1.2 Mục đích, vai trò của quá trình Cracking xúc tác 7

1.2 NGUYÊN LIỆU [2] 7

1.3 SẢN PHẨM 9

1.3.1 Khí khô 9

1.3.2 LPG 9

1.3.3 Xăng Cracking 10

1.3.4 LCO 11

1.3.5 HCO và slurry 11

1.3.6 Cốc (Coke) 12

1.4 HÓA HỌC QUÁ TRÌNH 12

1.4.1 Các phản ứng trong quá trình Cracking 12

1.4.2 Cơ chế quá trình Cracking 14

1.4.3 Động học phản ứng Cracking 15

1.5 XÚC TÁC 16

1.5.1 Vai trò của xúc tác trong quá trình cracking 16

1.5.2 Các loại xúc tác sử dụng 16

1.5.3 Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking 18

1.5.4 Thị trường xúc tác FCC 19

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 20

2.1 LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC 20

2.2 CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ 21

2.3 CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC TẦNG SÔI 21

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ PFD VÀ P&ID 23

3.1 BẢN VẼ PFD 23

3.1.1 PFD 01 – Reactor/Regeneation Section 23

3.1.2 PFD 02 - Flue Gas Treatment Section 26

3.1.3 PFD 03 - Feed Section 28

3.1.4 PFD 04 - Fractionation Section 29

3.1.5 PFD 05 - Gas Recovery Section 31

3.2 LƯU ĐỒ P&ID 34

3.2.1 Dòng nguyên liệu 34

3.2.2 Dòng bùn 35

CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT 36

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 36

4.2 CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 36

4.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc (hai vỏ) 37

4.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà 38

4.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới 39

4.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống 40

4.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt loại tấm 41

4.2.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 44

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 49

5.1 Tính nhiệt lượng trao đổi của quá trình 50

5.2 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 50

5.3 Giả sử hệ số truyền nhiệt K’ 51

5.4 Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 52

5.5 Bố cục, kích thước ống 52

5.6 Tính số ống 53

5.7 Tính đường kính vỏ 53

5.8 Tính nhiệt bên ngoài ống hệ số cấp 54

5.9 Tính hệ số cấp nhiệt bên trong ống 56

5.10 Tính toán hệ số truyền nhiệt K 56

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 58

6.1 Ống truyền nhiệt 58

6.2 Thân thiết bị 58

6.3 Phần đầu và phần sau 59

6.4 Ống vào, ra thiết bị 59

6.5 Vỉ ống 60

6.6 Vách ngăn 60

6.7 Thanh giữ vách ngăn 60

6.8 Tấm ngăn chia lối ở 2 đầu 60

6.9 Đệm bịt kín 60

6.10 Bích 60

6.11 Chân đỡ 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

LỜI MỞ ĐẦU

Dầu mỏ đã được con người biết đến từ thời cổ xưa Ở thế kỷ XVIII, dầu mỏđược sử dụng để làm nhiên liệu đốt cháy, thắp sáng và trải đường Hiện nay, dầu mỏtrở thành nguồn năng lượng và nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm hóa dầu quantrọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Trong các sản phẩm từ quá trình lọc hóa dầukhông thể không kể đến xăng

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, dầu mỏ càng trở nên quan trọnghơn hết Người ta có thể sản xuất xăng bằng nhiều hình thức khác nhau như làcracking xúc tác, reforming xúc tác, isomer hoá…Quá trình cracking xúc tác là mộttrong những công nghệ quan trọng của công nghệ hữu cơ - hoá dầu Các nhà máy lọcdầu trên thế giới đều sử dụng đến quá trình này, vì đây là quá trình chính để sản xuấtcác cấu tử có trị số octan cao cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phầncất nặng hơn, chủ yếu là phần cất từ quá trình chưng cất trực tiếp AD (AtmosphericDistillation) và VD (Vacuum Distillation) của dầu mỏ

Quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu được trong bất kìnhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các quá trìnhchính để sản xuất xăng có chỉ số octan cao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH

CRAKING XÚC TÁC

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC

1.1.1 Sơ lược về quá trình cracking

Quá trình cracking đã được nghiên cứu từ lâu nhưng giai đoạn đầu chỉ là cácquá trình biến đổi dưới tác dụng đơn thuần của nhiệt độ và áp suất (quá trình crackingnhiệt) với hiệu suất và chất lượng thấp, tiến hành ở điều kiện khắc nghiệt, tại nhiệt độcao và áp suất cao Để nâng cao hiệu suất, chất lượng, cho phép tiến hành quá trình ởnhững điều kiện mềm mại hơn (nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) người ta đã đưavào quá trình những chất mà có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hoá, tăng tốc độphản ứng, tăng tính chất chọn lọc (hướng phản ứng theo hướng cần thiết) và nó không

bị biến đổi trong quá trình phản ứng đó là chất xúc tác và quá trình được gọi là quátrình cracking xúc tác Cho đến nay,quá trình này đã ngày càng được cải tiến, hoànthiện về mọi mặt (công nghệ, xúc tác, thiết bị ) cho phù hợp hơn

Tại Việt Nam ở nhà máy lọc dầu Dung Quất thì công nghệ RFCC của AXENSkết hợp hai tầng xúc tác, hệ thống phun nhiên liệu đồng nhất, dòng điều khiển nhiệt(mix temperature control), hệ thông tách cuối Riser và các thiết bị phân phối khôngkhí, nước Công nghệ thực nghiệm RFCC của AXENS có thể chuyển hóa cặn chưngcất thành các sản phẩm linh hoạt

Phần tháp chưng cất phân tách sản phẩm hơi từ thiết bị phản ứng Các sản phẩmgồm dầu cặn (clarified oil), LCO và xăng nặng Để tối đa sản phẩm xăng, phần xăngnặng được trộn với xăng nhẹ từ phân xưởng thu hồi khí Để tối đa sản phẩm Diesel,phần xăng nặng sẽ được trộn với LCO

Phần hơi và lỏng ở đỉnh tháp chưng cất được xử lý tại phân xưởng thu hồi khí.Sản phẩm của phân xưởng này gồm xăng nhẹ, khí đốt và LPG được xử lý amine

Phân xưởng RFCC được thiết kế chạy ở 2 chế độ:

 Tối đa xăng Cracking (Max Gasoline)

 Tối đa LCO (Max Distillate)

Dưới đây là sơ đồ khái quát quá trình Cracking xúc tác trong công nghiệp:

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình Cracking xúc tác công nghiệp

Sơ đồ của một thiết bị phản ứng chứa lớp xúc tác động, cùng với một bộ phậnphân tách hạt xúc tác và sản phẩm, một thiết bị hoàn nguyên xúc tác, trong đó cốc vàsản phẩm cacbon phân tử lượng cao, được đốt cháy để hồi phục hoạt tính của xúc tác

và một thiết bị chưng cất để tách các sản phẩm của quá trình và một phần dầu nặngđược hoàn lưu trở lại thiết bị cracking [3]

Bảng 1.1 Thông số công nghệ của quá trình Cracking xúc tác [3]

Thiết bị hoàn nguyên xúc tác

1.1.2 Mục đích, vai trò của quá trình Cracking xúc tác

Cracking xúc tác chất lỏng (FCC) là một trong những công nghệ chuyển đổichính trong ngành công nghiệp lọc dầu và sản xuất phần lớn xăng trên thế giới Mụcđích của quá trình cracking xúc tác là nhận các cấu tử có trị số octan cao cho xăng ôtôhay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn, chủ yếu là phần cất nặng hơn

từ các quá trình chưng cất trực tiếp của dầu thô Đồng thời ngoài mục đích nhận xăngngười ta còn nhận được cả nguyên liệu có chất lượng cao cho công nghệ tổng hợp hoádầu và hoá học Ngoài ra còn thu thêm một số sản phẩm phụ khác như gasoil nhẹ,gasoil nặng, khí chủ yếu là các phần tử có nhánh đó là các cấu tử quý cho tổng hợphoá dầu [1]

Quá trình cracking xúc tác là quá trình không thể thiếu được trong bất kỳ mộtnhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các quá trìnhchính sản xuất xăng có trị số octan cao Xăng thu được từ quá trình này được dùng đểphối trộn với các loại xăng khác để tạo ra các mác xăng khác nhau Khối lượng xăngthu từ quá trình chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 70-80% so với tổng lượng xăng thu từ cácquá trình chế biến khác

Lượng dầu mỏ được chế biến bằng cracking xúc tác chiếm tương đối lớn Ví dụvào năm 1965, lượng dầu mỏ thế giới chế biến được 1500 tấn/ngày thì trong đócracking xúc tác chiếm 800 tấn (tương ứng 53%) [1]

1.2 NGUYÊN LIỆU [2]

Nguyên liệu cơ bản cho quá trình cracking xúc tác là phần cất chân không củacặn dầu thô khi chưng cất khí quyển từ Mỏ Bạch Hổ Chúng thường chứa 5 - 10%phân đoạn sôi đến 350oC và có nhiệt độ sôi cuối tới 520 - 540oC Trong nhiều trườnghợp, người ta cũng có thể dùng cả phân đoạn nhẹ của chưng cất khí quyển, phân đoạnkerosen-gazoil của cracking nhiệt hay cốc hoá và có thể cả phần rafinat của quá trìnhkhử asphan mazut và gudron trong sản xuất dầu nhờn hoặc là phân đoạn mazut củadầu ít kim loại Các đặc trưng quan trọng nhất của nguyên liệu có ảnh hưởng quyếtđịnh đến các chỉ tiêu của quá trình cracking là thành phần phân đoạn, hằng số đặctrưng K, thành phần nhóm hydrocacbon, hàm lượng nhựa - asphan, hàm lượng các tạpchất nitơ, lưu huỳnh, kim loại và cốc hoá

Trong nguyên liệu cracking xúc tác không nên có mặt các phân đoạn nhẹ cónhiệt độ sôi <200oC vì khi phân huỷ sẽ tạo nhiều khí làm giảm hiệu suất xăng và giảm

cả trị số octan của xăng Nguyên liệu không cho phép chứa hàm lượng lớnhydrocacbon thơm đa vòng (vì trong quá trình dễ ngưng tụ tạo cốc bám trên bề mặtxúc tác), asphan và các tạp chất chứa N và S

Nguyên liệu càng nặng càng chứa nhiều asphan và kim loại, khi cracking cầnphải qua xử lý bằng hydro hoá làm sạch để nhận được nguyên liệu có chất lượng caocho quá trình cracking xúc tác

Đặc điểm về dầu thô Việt Nam, Dầu thô Bạch Hổ được xem là loại dầu sạch, ítlưu huỳnh, ít kim loại nặng, ít nitơ, ít các hợp chất nhựa và asphanten nên chúng có giátrị cao Theo nghiên cứu của Viện dầu mỏ Mỹ UOP, cặn chưng cất khí quyển của dầuthô Bạch Hổ có thể sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho quá trình cracking xác tác

mà không cần xử lý bằng chưng cất chân không tốn kém, điều này có ý nghĩa rất quantrọng trong việc giảm tối thiểu đầu tư xây dựng cho nhà máy lọc dầu [1]

Bảng 1.2 Bảng thành phần nguyên liệu từ cặn quá trình chưng cất dầu thô Bạch Hổ và dầu

thô Blend (dầu thô Bạch Hổ và Dubai) [4]

Dầu mix (50% Bạch Hổ + 50% Dubai)

 Khí khô: sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy

 Hỗn hợp C3/C4: làm nhiên liệu cho phân xưởng LTU, sau đó đưa sang phânxưởng thu hồi Propylene ở phân xưởng PRU

 Xăng: được đưa đi xử lý ở phân xưởng NTU, sau đó đưa đến bể chứa trung gian

để pha trộn xăng

 Light Cycle Oil (LCO): được đưa sang bể chứa trung gian, làm nguyên liệu chophân xưởng LTO Hydrotreater Sau đó đưa đến bể chứa trung gian để pha trộnDiesel

 Heavy Cycle Oil (HCO): làm phối liệu chế biến FO hoặc dầu nhiên liệu chonhà máy

 Coke: đốt để cung cấp nhiệt lượng cho xúc tác

1.3.2 LPG

Dòng sản phẩm tách ra từ trên đỉnh tháp tách butan hoặc tháp ổn đỉnh là dònghỗn hợp các hydrocacbon C3 và C4 thường được gọi là khí hóa lỏng dầu mỏ LPG(liquefied petroleum gas) LPG chứa nhiểu olefin (propylen và butylen) Vì vậy saukhí tách và thu hồi olefin làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hóa dầu, các nguyênliệu này có thể dùng làm nguyên liệu cho sản phẩm hóa chất, pha trộn xăng, nguyênliệu cho alkyl hóa, sản xuất MTBE,…[3]

Bảng 1.3 Thông số của LPG [4]

Thông số Bạch Hổ (max gasoline) Bạch Hổ (max LCO)

Khối lượng riêng 0,566 0,565

Xăng là sản phẩm chính của quá trình, hiệu suất xăng cracking thường thu được

là từ 30-60% lượng nguyên liệu đem đi cracking Hiệu suất xăng và chất lượng xăngphụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác và chế độ công nghệ Nếu nguyên liệu

có hàm lượng hydrocacbon napthen cao thì cho hiệu suất và chất lượng xăng cao Nếunguyên liệu có hàm lượng parafin lớn thì xăng có trị số octan thấp Trong nguyên liệu

có hàm lượng lưu huỳnh cao thì xăng nhận được có hàm lượng lưu huỳnh lớn, thườngchiếm khoảng 15% trọng lượng lưu huỳnh chứa trong nguyên liệu Chất lượng xăngbiểu thị bởi trị số Octan RON hoặc MON Giá trị này là thước đo đặc tính chống kích

nổ của xăng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D2699 Xăng nhận được từ quátrình cracking có tỷ trong khoảng 0,72-0,77; chỉ số octan là 87-91 (theo RON) [1]

Bảng 1.4 Thông số tính chất của xăng [4]

Thông số Bạch Hổ (max gasoline) Bạch Hổ (max LCO)

 Tăng hoạt tính xúc tác bằng cách tăng lượng xúc tác mới hoặc bằng chất xúc tác

có hoạt tính cao hơn

 Tăng nhiệt độ sôi cuối của xăng bằng cách giảm tốc độ hồi lưu đỉnh tháp chưngcất chính

Xăng RFCC có tỉ trọng nhẹ có thể pha với nhiều loại xăng với mọi tỉ lệ để tạothành xăng thương phẩm Xăng RFCC có trị số octan tương đối cao và là quá trình

oleffin tương đối cao, các oleffin dễ gây ra phản ứng trùng ngưng, ngưng tụ tạo thànhnhựa gây tắc ống và tắc vòi phun cũng như ảnh hưởng tới chất lượng xăng trong quátrình tồn chứa, bảo quản Hàm lượng lưu huỳnh thường phụ thuộc vào nguyên liệu vàthường không đáp ứng được tiêu chuẩn về hàm lượng lưu huỳnh Để có thể làm xăngthương phẩm cần phối trộn với các loại xăng khác như xăng refoming, alkylat,…

Bảng 1.5 Thông số tính chât của LCO [4]

Thông số Bạch Hổ (max gasoline) Bạch Hổ (max LCO)

1.3.5 HCO và slurry

HCO là sản phẩm nhận được từ tháp chưng cất sản phẩm FCC, có khoảng nhiệt

độ sôi nằm giữa LCO và slurry HCO chứa nhiều vòng thơm nặng HCO thường được

sử dụng như dòng hồi lưu của tháp chưng cất nhằm truyền nhiệt cho nguyên liệu mới

và cho bộ phận gia nhiệt của tháp tách C4 HCO có thể được xử lý tiếp trong công đoạn

hydrocracking, hoặc được dùng để pha trộn với slurry Slurry là sản phẩm nặng nhấtcủa công đoạn cracking xúc tác Slurry còn được gọi là dầu sệt, dầu đáy và dầu cặnFCC

Slurry là sản phẩm có giá trị kinh tế thấp nhất, nên người ta cố gắng hạn chếhiệu suất slurry Hiệu suất slurry phụ thuộc nhiều vào chất lượng nguyên liệu cracking

và độ chuyển hoá Nguyên liệu giàu naphten và aromat có xu hướng tạo ra nhiều slurryhơn nguyên liệu giàu parafin Khi độ chuyển hoá từ thấp đến trung bình, bằng cáchtăng tỉ số chất xúc tác/dầu hoặc sử dụng chất xúc tác có pha nền hoạt động thì có thểdẫn đến giảm hiệu suất slurry Tăng độ chuyển hoá, làm giảm hiệu suất sản phẩm đáy

1.3.6 Cốc (Coke)

Trong quá trình cracking, một phần nguyên liệu bị chuyển hoá thành cốc do cácphản ứng cracking thứ cấp, polyme hoá, ngưng tụ Cốc được hình thành trên bề mặtchất xúc tác dẫn đến sự suy giảm hoạt tính, độ chọn lọc của chất xúc tác Do vậy, đểhoàn nguyên hoạt tính, độ chọn lọc của chất xúc tác, người ta phải đốt cháy cốc trongthiết bị tái sinh (regenerator) Tuy nhiên, cốc là một sản phẩm phụ cần thiết cho sựhoạt động bình thường cho công đoạn FCC, bởi vì nhiệt xúc tác hấp thụ từ phản ứngđốt cháy cốc lại truyền nhiệt cho phản ứng cracking

Bảng 1.6 Thông số của cặn/coke [4]

Thông số Bạch Hổ (max gasoline) Bạch Hổ (max LCO)

1.4.1 Các phản ứng trong quá trình Cracking

Phản ứng phân hủy mạch C-C, phản ứng Cracking

Là phản ứng phân huỷ bẻ gãy mạch những phần tử có kích thước lớn (trọnglượng phân tử lớn) thành những phần tử có kích thước nhỏ hơn (trọng lượng phân tửnhỏ hơn) Đây là phản ứng chính của quá trình.

 Phân huỷ parafin tạo olefin và parafin có trọng lượng phân tử nhỏ hơn

naphten xyclohexan olefin olefin

Phản ứng Đồng phân hóa (Isome hóa)

Là phản ứng tạo ra những hydrocacbon có cấu trúc mạch nhánh (cấu tử làm trị

số octan tăng lên)

n-olefin izo-olefin

n-parafin izo-parafin

Phản ứng phân bố lại Hydro dưới tác dụng của xúc tác

Nhờ có xúc tác mà có sự phân bố lại hydro cho nên đã làm no được một sốhydrocacbon đói (sản phẩm phân huỷ), vì vậy làm tăng được tính ổn định hoá học củasản phẩm thu

Naphten + olefin hydrocacbon thơm + parafin

Phản ứng trùng hợp

Chủ yếu xảy ra với hydrocacbon không no

CnH2n + CmH2m CpH2p (n + m = p)

Phản ứng alkyl hóa và khử alkyl hóa

Phản ứng alkyl hoá xảy ra ở nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu suất khí

ArH + C + CnH2n Aromat CnH2n+1 Hydrocacbon thơm olefin alkyl thơm

Phản ứng khử alkyl hoá ngược với phản ứng alkyl hoá, xảy ra ở nhiệt độ cao vàtạo nhiều khí.

Hiện nay, vẫn chưa có sự nhất trí hoàn toàn trong việc giải thích cơ chế xúc tácquá trình cracking Nhưng nhìn chung thì phổ biến hơn là giải thích theo cơ chếioncacboni Các ioncacboni này được tạo ra khi mà các phân tử hydrocacbon củanguyên liệu tác dụng với tâm axit của xúc tác [7]

1.4.2 Cơ chế quá trình Cracking

Cơ chế phản ứng cracking xúc tác là cơ chế ion cacboni Tâm hoạt động là cácion cacboni được tạo ra khi các phân tử hydrocacbon của nguyên liệu tác dụng với tâmaxit của xúc tác :

 Tâm axit của xúc tác có 2 loại: Bronsted (H+) và Lewis (L)

 Tâm Bronsted là khi tham gia phản ứng có khả năng cho proton (H+) hoạt độngcòn Lewis thì thiếu electron nên có xu hướng nhận điện tử [2]

Phản ứng cracking xúc tác xảy ra theo 3 giai đoạn sau :

a) Giai đoạn 1: Tạo ion Cacboni

Parafin: Các hydrocacbon parafin, trong quá trình tiến hành cracking xúc tác,

nó sẽ bị hấp thụ trên trung tâm axit Lewis của chất xúc tác để tạo ra ion cacboni

Olefin: Đây là thành phần không có trong nguyên liệu ban đầu của quá trình

mà nó được tạo ra do sự phân hủy các hydrocacbon thơm, parafin , naphten , Olefin

là hợp chất rất hoạt động, nhờ vậy mà nó tham gia vào phản ứng tạo ion cacboni do

sự tác dụng của olefin với tâm axit Bronsted của xúc tác:

Ion cacboni tạo thành do sự tác dụng của olefin với tâm axit Lewis của xúc tác

+ H+(xt) R1 CH C R+ 2 + (xt) H

R1 CH C R2

Thời gian sống của các ion cacboni được tạo ra dao động từ phần triệu giây đếnhàng phút Các ion cacboni này tạo ra nằm trong lớp các phần tử hấp phụ, chúng lànhững hợp chất trung gian rất hoạt động đối với nhiều phản ứng xảy ra khi cracking.

b) Giai đoạn 2: Giai đoạn biến đổi ion cacboni thành sản phẩm trung gian.

Sự chuyển dời ion cacboni xác định bởi độ ổn định của ion đó Theo đó thứ tự độ

ổn định giảm dần là: C+ bậc 3 > C+ bậc 2 > C+ bậc 1 [1]

Độ bền của ion cacboni sẽ quyết định mức độ tham gia các phản ứng tiếp theo củachúng Vì các ion cacboni bậc 3 có độ bền cao nhất nên sẽ cho phép nhận hiệu suấtcao các hợp chất iso- parafin

Đồng thời các ion cacboni nhanh chóng lại tác dụng với các phân tử trung hoàolefin ( CmH2m ) hay parafin (CmH2m +2) tạo thành các ion cacboni mới

Phản ứng cracking: các ion cacboni có số nguyên tử cacbon lớn xảy ra sự phân huỷ

và đứt mạch ở vị trí  so với nguyên tử cacbon tích điện Sản phẩm phân huỷ là mộtphân tử hydrocacbon trung hoà và ion cacboni mới có số nguyên tử cacbon nhỏ hơn

c) Giai đoạn 3: Giai đoạn dừng phản ứng

Giai đoạn này xảy ra khi các ion cacboni kết hợp với nhau, hoặc chúng nhường haynhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạo thành các phân tử trung hoà

1.4.3 Động học phản ứng Cracking

Về động học, cracking xúc tác là một thí dụ điển hình về xúc tác dị thể Quátrình cracking xúc tác có thể xảy ra các giai đoạn sau:

1 - Quá trình khuếch tán nguyên liệu đến bề mặt xúc tác (khuếch tán ngoài)

2 - Khuếch tán hơi nguyên liệu đến các tâm hoạt tính trong lỗ xốp của xúc tác(khuếch tán trong)

3 - Hấp phụ nguyên liệu trên tâm hoạt hoạt tính xúc tác

4 - Các phản ứng hóa học trên bề mặt xúc tác

5 - Khử hấp phụ các sản phẩm cracking và nguyên liệu chưa tham gia phản ứng rakhỏi bề mặt và ra khỏi lỗ xốp của xúc tác

6 - Tách các sản phẩm cracking và nguyên liệu chưa tham gia phản ứng ra khỏivùng phản ứng.

Tốc độ chung của quá trình như vậy sẽ được quyết định bởi giai đoạn nào chậmnhất Phản ứng xảy ra trong vùng động học hay vùng khuếch tán hoàn toàn phụ thuộcvào bản chất của xúc tác được sử dụng, phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và vàochế độ công nghệ của quá trình Các nghiên cứu đã cho thấy, nếu quá trình crackingxúc tác nguyên liệu là gazoil nhẹ (nguyên liệu mẫu) trên xúc tác dạng cầu khi kíchthước hạt xúc tác từ 3 ÷ 5 mm và nhiệt độ là 450 ÷ 5000C thì phản ứng xảy ra ở vùngtrung gian giữa động học và khuếch tán Còn khi cracking lớp sôi (FCC) của xúc tác ởnhiệt độ 480 ÷ 5300C thì phản ứng xảy ra ở vùng động học

1.5 XÚC TÁC

Phản ứng cracking xúc tác chủ yếu xảy ra trên bề mặt của xúc tác Chiều củaphản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của xúc tác,cũng như phụ thuộc vào chấtlượng của nguyên liệu và các thông số công nghệ của quá trình Trong quá trình, cốctạo ra bám trên bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạt tính của nó Vì thế việc khôi phụclại hoạt tính xúc tác cũng là một vấn đề hết sức quan trọng, cần được giải quyết vớixúc tác cracking công nghiệp [2]

1.5.1 Vai trò của xúc tác trong quá trình cracking

Xúc tác trong quá trình cracking có tầm quan trọng rất lớn Nó có khả năng làmgiảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng do vậy mà tăng được tốc độ phản ứng lên rấtnhiều Dùng xúc tác cho phép quá trình tiến hành ở điều kiện mềm hơn và khi có mặtcủa xúc tác thì làm tăng tốc độ phản ứng sẽ đẩy nhanh phản ứng đến trạng thái cânbằng làm tăng hiệu quả của quá trình Ngoài ra, xúc tác còn có tính chọn lọc, nó có khảnăng làm tăng hay chậm không đều các loại phản ứng, có nghĩa là hướng phản ứngtheo chiều có lợi

Một số vai trò chính của xúc tác:

 Làm giảm năng lượng hoạt hóa, tăng tốc độ phản ứng

 Làm giảm nhiệt độ cần thiết cho phản ứng

 Tăng tính chọn lọc cho phản ứng, hướng phản ứng theo hướng có lợi

1.5.2 Các loại xúc tác sử dụng

1.5.2.1 Xúc tác triclorua nhôm AlCl3 [1]

Triclorua nhôm cho phép tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp: 200 – 300ºC, dễchế tạo Nhược điểm là xúc tác bị mất mát do tạo phức với hydrocacbon của nguyênliệu, điều kiện tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chấtlượng xăng thấp [1]

1.5.2.2 Xúc tác Aluminosilicat vô định hình [1]

Ban đầu người ta sử dụng đất sét bentonit, song hiệu suất chuyển hoá thấp Sau

đó dùng aluminosilicat tổng hợp, xúc tác này có hoạt tính cao hơn Xúc tácaluminosilicat là loại khoáng sét tự nhiên hoặc tổng hợp có thành phần chủ yếu nhưsau: SiO2 (75 ÷90%), Al2O3(10 ÷25%), có bề mặt riêng 300÷500 m2/g Ngoài ra còn có

H2O, các tạp chất Fe2O3, CaO, MgO

Xúc tác aluminosilicat vô định hình có tính axit, đó là các axít rắn Các tâmhoạt tính nằm trên bề mặt xúc tác, được chia làm hai loại: tâm Lewis và tâm Bronsted.Tâm Lewis là những tâm thiếu hụt electron của nhôm Nhôm luôn có xu hướng nhậnthêm cặp điện tử để lấp đầy quỹ đạo p trống Còn tâm axit Bronsted là những tâm khitham gia phản ứng có khả năng cho proton hoạt động

1.5.2.3 Xúc tác zeolit và xúc tác chứa zeolit

Zeolit là hợp chất của alumino – silic, là chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt Cấutrúc của chúng được đặc trưng bởi các mạng lỗ rỗng, rãnh, rất nhỏ thông với nhau Thành phần hoá học của zeolit như sau: M2/n.Al2O3 x.SiO2.yH2O

Trong đó: n là hoá trị của cation kim loại M

Về cấu tạo, zeolit được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc cơ bản gọi là đơn vị cấutrúc sodalit Nếu các đơn vị này nối với nhau theo các mặt 4 cạnh ta có zeolit loại Acòn nếu nối với nhau theo mặt 6 cạnh thì ta có zeolit loại X hay Y, có cấu trúc tương

tự như faurazit

Hình 1.2 Đơn vị cơ bản của Zeolit

Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm loại zeolit, chúng đặc trưng bởikích thước các “cửa sổ” khác nhau Ví dụ đặc trưng của một số loại zeolit được dùngphổ biến trong cracking xúc tác dẫn ra ở bảng:

Bảng 1.7 Đặc trưng cơ bản của một vài loại Zeolit [2]

Zeolit Thành phần hóa học Đường kính lỗ trung bình, Å

A Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O 3,6 ÷ 3,9

Mordenit Na8(Al2O3)8(SiO2)40.24H2O 6,7 ÷ 7,0

(2,9 ÷ 5,7)

Zeolit có hoạt tính cracking lớn, vì thế người ta dùng nó ở dạng hỗn hợp vớixúc tác vô định hình hay aluminosilicat tinh thể và được gọi là xúc tác chứa zeolit.Trong lúc sản xuất xúc tác, người ta thường trộn 10 ÷ 20% khối lượng zeolit, với hợpchất như vậy, xúc tác cũng đã có hoạt tính mạnh, hơn hẳn xúc tác aluminosilicat thôngthường Trong công nghiệp người ta chế tạo xúc tác chưa zeolit ở hai dạng chính: Xúctác dạng cầu và xúc tác dạng bột Từ xúc tác dạng bột sau đó cải tiến thành xúc tácdạng cầu, thường được áp dụng cho quá trình cracking xúc tác lớp sôi (FCC), còn xúctác dạng cầu với kích thước hạt từ 3 mm–5mm thì dùng cho quá trình cracking lớp xúctác chuyển động (TCC- Thermofor Catalytic Cracking)

Nói tóm lại, xúc tác chứa zeolit cho quá trình cracking có nhiều ưu điểm hơnhẳn các xúc tác khác, nên hiện giờ đây ở các nước công nghiệp chế biến dầu mỏ và khítiên tiến, người ta lần lượt thay thế xúc tác chứa zeolit cho aluminosilicat tổng hợp.Hiện nay người ta đang sử dụng xúc tác zeolit siêu bền, nó đáp ứng được mọi yêu cầucủa xúc tác trong quá trình cracking

1.5.3 Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking

 Hoạt tính xúc tác phải cao: Sự có mặt của xúc tác sẽ làm giảm năng lượng cần

thiết cho phản ứng và thời gian phản ứng Độ hoạt tính của xúc tác phụ thuộc vàohoạt tính, diện tích bề mặt và độ lớn của chất xúc tác Hoạt tính của xúc tác càngcao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn Hoạt tính của xúc tác là yêu cầu quan trọngnhất đối với xúc tác trong quá trình cracking

 Độ chọn lọc xúc tác phải cao: Khả năng của xúc tác làm tăng tốc độ các phản ứng

có lợi, đồng thời làm giảm tốc độ các phản ứng không mong muốn được gọi là độchọn lọc của xúc tác Độ chọn lọc của xúc tác quyết định khả năng tạo các sảnphẩm có giá trị của nó Xúc tác có độ chọn lọc cao thì quá trình cracking sẽ choxăng có chất lượng cao và hiệu suất lớn và trong khí cracking có nồng độ lớn cáchydrocacbon có cấu trúc nhánh Sau một thời gian làm việc, cũng giống như độhoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác cũng bị giảm chính điều này gây ra những thayđổi về tính chất của xúc tác trong điều kiện làm việc

 Xúc tác phải có độ ổn định cao, bền cơ bền nhiệt: Xúc tác phải giữ được những

đặc tính chủ yếu (như hoạt tính, độ chọn lọc) của nó sau thời gian làm việc lâu dài.Trong quá trình làm việc xúc tác cọ xát với nhau và xúc tác cọ xát vào thành thiết

bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ, khi xúc tác bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc táctăng lên, làm mất mát xúc tác lớn Do vậy mà xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ.Đồng thời, trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi Khi nhiệt độ cao nếu

xúc tác không có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm cáctính chất của xúc tác.

 Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao và bền với các chất ngộ độc xúc tác:

Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, cấu trúc, hình dáng và kích thước Mặt kháckhi kích thước không đồng đều sẽ làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến tổn hao xúctác, khi cấu trúc lỗ xốp không đồng đều thì sẽ làm giảm bề mặt tiếp xúc dẫn đếnlàm giảm hoạt tính xúc tác Xúc tác phải có khả năng chống có hiệu quả tác dụnggây ngộ độc của những hợp chất của nitơ, lưu huỳnh (NH3, H2S), các kim loại nặng

để kéo dài thời gian làm việc của xúc tác

 Xúc tác có khả năng tái sinh, dễ sản xuất và giá cả hợp lí: Xúc tác có khả năng

tái sinh tốt thì sẽ nâng cao được hiệu quả và năng suất của quá trình, lượng tiêu haoxúc tác cũng giảm xuống Xúc tác bị mất hoạt tính trong quá trình phản ứng donguyên nhân chính là cốc tạo ra bám trên bề mặt hoạt động của xúc tác Vì thế đểtái sinh xúc tác, người ta cần phải tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lòtái sinh

1.5.4 Thị trường xúc tác FCC

Tổng công suất của nhà máy sản xuất xúc tác FCC trên thế giới đạt khoảng 670nghìn tấn/năm (2012) Riêng tại khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, nhu cầu tiêu thụxúc tác FCC đạt khoảng 105 nghìn tấn vào năm 2012, chiếm 82% thị trường các loạixúc tác

Ở Việt Nam, xúc tác FCC đang được sử dụng tại nhà máy Lọc dầu Dung Quất và đượccung ứng hoàn toàn bằng nguồn nhập khẩu từ hai nhà cung cấp chính là GraceDavison và Albermarle Năm 2013, lượng tiêu thụ xúc tác FCC tại nhà máy Lọc dầuDung Quất là khoảng 4.541 tấn/năm (tương ứng với 12 tấn xúc tác trên ngày)

Theo kế hoạch, Dự án Liên hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn khi được đưa vào vậnhành thương mại sẽ tiêu thụ 19 tấn xúc tác/ngày và 2.85 tấn zeolite ZSM-5/ngày Tổngcộng Liên hợp sẽ tiêu thụ khoảng 7 nghìn tấn xúc tác/năm Dự kiến, nhu cầu tiêu thụxúc tác FCC cho nhà máy Lọc dầu Dung Quất và Liên hợp Lọc dầu Nghi Sơn đạt 12nghìn tấn/năm vào năm 2017 và sẽ tăng lên 14 nghìn tấn/ năm sau khi hoàn thành dự

án nâng cấp, mở rộng nhà máy Lọc dầu Dung Quất Ngoài ra, còn có các nhà máy lọcdầu khác đang có kế hoạch đầu tư và xây dựng Tổ hợp Lọc dầu Long Sơn [5]

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC

2.1 LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC

Cracking xúc tác bắt đầu phát triển trong những năm cuối của thập kỷ 30 thế kỉ

trước Trong nhiều năm, người ta hết sức quan tâm hoàn thiện một hệ reactor cracking,

bao gồm : ống phản ứng, hệ xyclon, đầu phun nguyên liệu, Mọi cải tiến đều nhằmtăng cường sự tiếp xúc tốt giữa nguyên liệu cracking và chất xúc tác, thực hiện phảnứng cracking hoàn toàn trong ống phản ứng (riser), nâng cao hiệu suất sản phẩm mongmuốn, giảm thiểu các sản phẩm phụ không cần thiết

Bên cạnh sự quan tâm cải tiến reactor phản ứng, người ta còn chú ý cải tiếnhoàn nguyên xúc tác Trong thời kỳ đầu (khoảng 20 năm), hoạt động của các nhà máylọc dầu, các thiết bị hoàn nguyên xúc tác đều phát ra khí xả chứa chủ yếu CO và CO2.Trong những năm đầu của thập kỷ 1970 người ta phải cải tiến việc chế tạo chất xúc tác

và lắp đặt thêm các thiết bị phụ trợ (lò đốt CO) để chuyển hóa CO thành CO2, nhằmgiảm thiểu độ độc hại của khí thải Năm 1973, một hệ thồng FCC của UOP được lắpđặt thiết bị hoàn nguyên xúc tác mới, có hiệu quả cao trong việc chuyển hóa trực tiếp

CO thành CO2 Từ đó về sau, các cơ sở FCC đều được thiết kế theo công nghệ hoànnguyên xúc tác cải tiến, do đó hiệu suất cốc giảm, phát thải CO thấp hơn (đáp ứng tiêuchuẩn môi trường), và cải thiện chất lượng, độ chọn lọc sản phẩm.[3]

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị phản ứng FCC

 Tốc độ nạp liệu không gian thể tích (tốc độ nạp liệu riêng)

 Bội số tuần hoàn xúc tác

 Mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá

2.3 CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC TẦNG SÔI

Qua lịch sử phát triển của quá trình cracking xúc tác, đồng thời qua phân tíchđánh giá các yêu cầu khác như chế độ làm việc, nguyên liệu xúc tác ta thấy quá trìnhFCC có rất nhiều ưu điểm và thuận lợi, hệ thống này được sử dụng ngày càng phổ biếntrong công nghiệp dầu mỏ, nó được các hãng công nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực nàynhư UOP, Kellogg, Shell, IFP, Exxon nghiên cứu để hoàn thiện hơn nhằm mục đíchđạt năng suất hiệu quả cao nhất, sử dụng nguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm được xúctác và phải là kinh tế nhất

Qua thực tế dùng hệ thống cracking xúc tác lớp sôi sử dụng xúc tác dạng bụihay vi cầu, người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn trong các hệ thống cracking xúc tácchuyển động Những ưu điểm đó là:

- Các thiết bị chính có cấu tạo rất đơn giản, so với các dạng thiết bị khác của quátrình cracking thực tế chúng là hình rỗng

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

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

- Do sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng nhất vềnhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị táisinh, khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ

- Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau, như từ nguyênliệu là phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng là mazut, làm tăng tính vạn năngcủa hệ thống

- Hệ thống này có công suất làm việc lớn và có thời gian tiếp xúc ngắn (thời giantiếp xúc giữa nguyên liệu và xúc tác là cực tiểu) dẫn đến việc đạt được hiệu suấtxăng cực đại và olefin nhẹ không xảy ra phản ứng ngưng tụ bậc hai mà đã tạoxăng ứng dụng phương pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO trong thiết bị tái sinh)dẫn đến đạt hàm lượng cất cặn rất thấp trong xúc tác

Dựa vào các ưu điểm đó, nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất lựa chọn sơ đồ côngnghệ xúc tác tầng sôi có lò tái sinh xúc tác 2 cấp

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ FCC

Sơ đồ dây chuyền công nghệ gồm 5 cụm chính:

- Cụm chuẩn bị nguyên liệu

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ PFD VÀ P&ID

3.1 BẢN VẼ PFD

PFD của phân xưởng RFCC bao gồm 5 bản vẽ PFD:

 PFD 01: Reactor/Regeneration Section - Thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh(Lê Thị Mai)

 PFD 02: Flue Gas Treatment Section – Xử lí khí thải (Nguyễn Đức Nam)

 PFD 03: Feed Section - Chuẩn bị nguyên liệu (Nguyễn Hoàng Long)

 PFD 04: Fractionation Section – Phân tách sản phẩm (Phạm Xuân Nhật)

 PFD 05: Gas Recovery Section – Thu hồi khí (Phan Trọng Nghĩa)

3.1.1 PFD 01 – Reactor/Regeneation Section

Hình 3.3 PFD Reactor/Regeneration Section - Thiết bị phản ứng/tái sinh

Bản PFD chia làm 3 khu vực:

 Vùng bơm nguyên liệu:

Dòng Fresh Feed từ Feed Section P-1501 có nhiệt độ 290oC, lưu lượng dòng là

407000 kg/h Dòng nguyên liệu được gia nhiệt trước khi vào ống phản ứng và đi quavan điều khiển lưu lượng Sau đó đến khu vực I-1501 A-F trộn với dòng hơi nước áp

suất trung bình (MP Stream) có lưu lượng là 16200 kg/h Sau khi phối trộn sẽ đượcphun vào gần cuối ống Riser của thiết bị phản ứng D-1501.

Dòng dầu Backflush từ phần phân đoạn (Fractionation Section) được bơm

P-1506 A/B có nhiệt độ là 170oC và lưu lượng là 5000 kg/h Dòng dầu Backflush là dầuthải tách ra từ tháp tách X-1504, dòng dầu thì có chứa hàm lượng xúc tác nên đượcquay trở lại ống phản ứng Riser Dòng dầu cũng được đi qua van điều khiển lưu lượng

và qua cụm vòi phun I-1504 để phun cùng dòng hơi nước áp suất trung bình lưu lượng

200 kg/h

Dòng dầu MTC (Mix Temperature Control) lấy ra từ đĩa thứ 19 của tháp phântách sản phẩm, MTC là dòng xăng nặng có thành phần nằm giữa phần cuối nhẹ củaLCO và phần cuối nặng của naptha nặng Phân đoạn dầu này được đưa hồi lưu trở vềống Riser Dòng này thì được bơm bởi bơm P-1512 A/B tới cụm vời phun I-1504 và

có được điều chỉnh lưu lưu lượng

Phía dưới đáy ống Riser, dòng hơi được ổn định và phun vào thông qua 4 kimphun I-1503 A-D Lượng hơi được phun vào thì được điều chỉnh thông qua các vanđiều khiển lưu lượng (FC) với lưu lượng là 2790 kg/h và 500 kg/h

Dòng hơi nước MP Steam cấp cho vùng bơm nguyên liệu có tổng lưu lượng là

20350 kg/h, nhiệt độ là 250oC và được đi qua các van điều khiển để tới các vòi phun

Cuối ống Riser sẽ được thiết kế đặc biệt (Riser Termination Device) và có thểtích lớn hơn nhằm mục đích tách xúc tác ra khỏi hỗn hợp với hydrocacbon nguyên liệu

và sản phẩm Bộ phận này có thể tích lớn để giảm tốc độ dòng trong ống Riser cũngnhư tạo ra sự chuyển hướng đột ngột của dòng hỗn hợp xúc tác và sản phẩm Xúc tácrắn mất quán tính sẽ bị rơi xuống phía dưới còn hỗn hợp hydrocacbon khí cùng một sốbụi xúc tác bay lên trên đỉnh thiết bị phản ứng Tại đỉnh được bố trí một hệ thống cácxyclon CY-1501 A-F để tách các hạt xúc tác bị cuốn theo dòng sản phẩm tránh hiệntượng tiếp xúc giữa khí hydrocacbon và xúc tác tạo các phản ứng phụ không mongmuốn

Sản phẩm sau khi tách hoàn toàn xúc tác được lấy ra ở đỉnh với lưu lượng

425859 kg/h, đi qua một van và đi tới khu vực T-1501 để phân tách thành các phânđoạn sản phẩm khác nhau

Xúc tác sau phản ứng được tách ra và tập trung về phía dưới của thiết bị phảnứng và đưa vào khu vực Stripper Tại đây các dòng hơi nước áo suất trung bình cónhiệt độ 250oC sẽ được thổi vào các tầng Stripper qua các van điều chỉnh lưu lượng vàtổng lưu lượng dòng MP Stream là 14300 kg/h để tách hết phần hơi hydrocacbon cònbám trên xúc tác Vùng Stripper có cấu tạo đặc biệt dạng mang cá để tách hydrocacbon

ra khỏi xúc tác nhờ chuyển động ngược chiều giữa dòng xúc tác và dòng hơi nước

Tác dụng của stripper: giảm thiểu hơi Hydrocacbon bị đưa tới thiết bị tái sinh.

Nếu Hydrocacbon bị đưa sang thiết bị tái sinh sẽ làm giảm nhiệt độ của thiết bị tái sinh

vì mất đi một lượng sản phẩm lỏng bị đốt cháy trong thiết bị tái sinh, tăng áp suất củathiết bị tái sinh và tốt cho xác tác vì tránh gây phá hủy bởi nhiệt vì nhiệt độ tăng cao

Xúc tác sau khi qua cụm Striper tách hết hơi Hydrocacbon bám sẽ được đưasang thiết bị tái sinh xúc tác Xúc tác đã qua sử dụng sẽ được dẫn qua ống EX-1501,qua van dẫn xúc tác SV-1502 và xúc tác sẽ tự chảy vào thiết bị tái sinh

 Khu vực tái sinh:

Thiết bị tái sinh bao gồm 2 phần: First Regenerator D-1502 (Thiết bị tái sinh sơcấp) và Second Regenerator D-1503 (Thiết bị tái sinh thứ cấp)

Các dòng vào ở đáy thiết bị tái sinh sơ cấp D-1503 là:

- Dòng xúc tác từ thiết bị phản ứng qua valve SV-1502

- Dòng xúc tác mới được bổ sung và xúc tác phụ trợ từ cụm chưa xúc tác Dòng xúctác mới từ nguồn hoặc xúc tác đã sử dụng được rút ra từ thiết bị tái sinh được xử lítrong 2 phễu xúc tác D-1505, D-1506 và D-1507, tương ứng là các xyclon CY-

1505, CY-1506, CY-1507

- Không khí được thổi từ khu vực cấp khí Không khí đi qua bộ lọc F-1501 và đi vàomáy nén khí C-1501 Máy nén khí chạy với động cơ Turbin hơi nước ST-1501 vớidòng hơi nước áp suất cao HP Steam và ra dòng LP Condensate Không khí saumáy nén có nhiệt độ là 232-238 oC và chia làm 2 dòng Một dòng qua van điềuchỉnh lưu lượng đạt 47832 kg/h, và thổi vào đáy thiết bị tái sinh, dòng không khínày có thể liên tục hoặc có thể là gián đoạn cho quá trình nạp xúc tác Dòng thứ 2

sẽ được đi qua các thiết bị Heater H-1501 được làm nóng nhờ dòng Propan đạtnhiệt độ 561oC và có lưu lượng 180946 kg/h

Thiết bị tái sinh xúc tác dạng tầng sôi, không khí được thổi từ phía đáy và sửdụng dòng dầu Torch oil để đốt xúc tác Đốt cháy lượng cốc bám trên xúc tác Áp suấttrong thiết bị là 2,28 kg/cm2 và nhiệt độ là 646 oC

Phía trên của thiết bị tái sinh có thiết bị cyclon khép CY-1502 A-F và CY-1503A-F Phần khói sau tách ra từ D-1502 có lưu lượng 194650 kg/h sẽ được đưa sangphân đoạn tách khí (PFD 102) Xúc tác sau đốt cốc sẽ được thổi lên thiết bị tái sinh thứcấp D-1503

Tại thiết bị tái sinh thứ cấp D-1503 sẽ được cấp thêm không khí có nhiệt độ

713oC với lưu lượng 38773 kg/h Áp suất làm việc trong thiết bị tái sinh thứ cấp là 1,3kg/cm2 và nhiệt độ gần đỉnh lò là 734oC Đỉnh thiết bị tái sinh thứ cấp cũng có xyclonkép CY-1504, tách phần khí có lưu lượng 94603 kg/h và được đưa sang phân đoạntách khí (PFD 102)

Phần xúc tác sau tái sinh được đưa sang ống vận chuyển, ở đây có valve hỗ trợkiểm tra (Assisted check valve) giữ cho lượng xúc tác không chảy quá nhiều xuốngống để vào thiết bị phản ứng Cuối ống có valve điều khiển lưu lượng dòng xúc táccho sang thiết bị phản ứng SV-1501 với lưu lượng là 37,77kg/h

3.1.2 PFD 02 - Flue Gas Treatment Section

Dòng khí thải từ thiết bị tái sinh lần thứ nhất D-1502 chứa CO và một số sảnphẩm chưa cháy, lưu lượng dòng 194650 kg/h, nhiệt độ 641oC, đi qua van trượt SV-

1503, rồi qua van khóa BV-1501A áp suất lúc này là 0,085kg/cm2 Sau đó, dòng đượcgửi đến lò hơi CO Boiler (COB/WHB Package) dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khíthải giàu CO (ngoài ra Fuel gas được bổ sung để xem xét cho mục đích kiểm tra khảnăng thích ứng của thiết bị) rồi được chuyển đến Waste Heat Boiler cùng khí thải đi từthiết bị tái sinh thứ 2

Khí thải đến từ thiết bị tái sinh thứ hai cũng được gửi trực tiếp đến Waste HeatBoiler qua van trượt SV-1504 và van khóa BV-1502A với lưu lượng 94603kg/h, nhiệt

độ 733oC, áp suất 0,085kg/cm2

Ở mỗi van trượt SV-1503 và SV-1504 đều có thêm 1 thiết bị variable orificeđược cung cấp để vận hành van trơn tru Thiết bị này giúp van hoạt động gần như ở vịtrí đóng (dưới 10% mở) hoặc điều kiện mở hoàn toàn (cao hơn 90%) để đảm bảo antoàn kiểm soát áp suất

Hình 3.2 PFD Flue Gas Treatment Section

Khi qua thiết bị Waste Heat Boiler, ở đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, lượngnhiệt được giải phóng được sử dụng để tạo hơi nước HP và MP quá nhiệt Dòng hơibão hòa từ Drum được đo và chảy ra đến máy Waste Heat Boiler, nơi nó được làmnóng quá mức để sử dụng cho các hệ thống khác Một dòng nước nhỏ thổi xuống liêntục được lấy ra khỏi Drum để điều khiển sự tích tụ tạp chất trong dòng nước tuần hoàn

Khí thải đến từ Waste Heat Boiler với lưu lượng 468120kg/h, nhiệt độ 350oC,được gửi đến bộ lọc bụi tĩnh điện electrostatic precipitator (X-1507) để loại bỏ chấtxúc tác mịn trong khí thải từ bộ tái sinh thứ nhất và thứ hai về mức 50mg / Nm3, đápứng các quy định về môi trường tại Việt Nam

Sau đó đi tiếp đến Economizer ( E-1525) và thiết bị DeSOx (cho tương lai), vàsau đó đến một ngăn xếp Stack lúc này dòng khí có nhiệt độ 150oC

3.1.3 PFD 03 - Feed Section

Hình 3.3 PFD Feed Section – Chuẩn bị nguyên liệu

Cặn dư thường được cấp trực tiếp vào nguyên liệu từ khối dầu thô (Crude Unit CDU) ở 115°C Ngoài ra, một phần hoặc toàn bộ nguyên liệu có thể được cung cấp từkho bảo quản ở 70°C Thiết bị làm nóng của nguyên liệu được thiết kế để làm nóng100% nguyên liệu nguội Cả hai nguồn đều có áp suất 4,5 kg/cm2g và lưu lượng

-407000 kg/h

Dòng cấp nguyên liệu nóng từ CDU và dòng cấp nguyên liệu nguội từ kho đượcđưa tới thùng nạp liệu D-1513 làm việc tạp áp suất 1,0 kg/cm2g Tốc độ cấp liệu đượckiểm soát mức với tín hiệu điều khiển mức dải phân chia tới bộ điều khiển bên trongCDU hoặc bộ điều khiển lưu lượng trên nguồn cấp nguyên liệu nguội từ kho

Tại Bạch Hổ, gia nhiệt sơ bộ nguyên liệu bằng bơm LCO, hơi nước MP và HP

và cuối cùng bằng bùn để có được nhiệt độ nguyên liệu là 290°C Trong trường hợpnguyên liệu thô hỗn hợp, nguyên liệu được làm nóng sơ bộ đến nhiệt độ yêu cầu170°C bằng bơm LCO khi 100% nguyên liệu vào thùng là nguyên liệu nóng Ngoài ra,cần có hệ thống làm nóng bằng hơi nước MP khi nguyên liệu nguội hoàn toàn hoặcmột phần

Nguồn nguyên liệu được bơm từ D-1513 đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1512 A-Dbằng máy bơm P-1501 A/B Nhiệm vụ làm nóng sơ bộ trong bộ trao đổi này được thiếtlập bằng điều khiển lưu lượng của bơm LCO

Nguyên liệu tiếp tục được làm nóng trong thiết bị gia nhiệt E-1522 và thiết bịgia nhiệt E-1524 Hơi nước MP đến E-1522 được điều khiển lưu lượng và hơi nước

HP đến E-1524 được đặt lại điều khiển lưu lượng theo nhiệt độ đầu ra phía nguồn cấp

dữ liệu

Quá trình gia nhiệt sơ bộ cuối cùng diễn ra trong bộ trao đổi nhiệt dạng bùn

E-1502 C và E-1501 A/B Bùn được cấp đến hai bộ trao đổi nhiệt qua bơm P-1519

A-C, sau khi trao đổi nhiệt thì bùn có thể được làm nguội hoặc bơm trở lại tháp T-1501.Dòng ra của thiết bị trao đổi nhiệt E-1501 A/B được trộn với dòng nguyên liệu tái chếHCO từ thiết bị E-1508 đến khu vực phản ứng M-1501 Nhiệt độ nguyên liệu cuốicùng được kiểm soát bằng cách truyền qua nguồn cấp dữ liệu xung quanh E-1502 A-C

và E-1501 A/B

Áp suất không đổi được duy trì trên nguồn cấp đến các van điều khiển nguồncấp của lò phản ứng bằng van điều khiển áp suất ngược dòng E-1502 A-C Việc kiểmsoát áp suất này đảm bảo rằng chất tái chế HCO có thể đi vào đường cấp liệu Vị trícủa van điều khiển áp suất cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát nhiệt độtừng bước

xưởng NHT và CDU làm việc ở nhiệt độ 42°C và áp suất là 0,4 kg/cm2.g 1 phần sẽđược bơm P-1517 A/B đưa trở lại ngưng tụ,1 phần đưa ra lấy sản phẩm, phần còn lạiđược bơm P-1516 A/B đưa vào tháp chưng ở đĩa số 1.

Hình 3.4 PFD Fractionation Section – Phân tách sản phẩm

Các nguyên liệu đi từ đỉnh tháp qua các đĩa chảy xuống qua lớp xúc tác 1 Saukhi qua lớp xúc tác 1, sản phẩm lấy ra 1 phần sẽ được bơm naptha P-1514 A/B đưavào phân xưởng PRU, 1 phần được đưa vào thiết bị sấy sơ bộ E-1555 rồi kêt hơp vớisản phẩm được máy bơm làm mát không khí E-1521 quay lại tháp

Sản phẩm thao từ đĩa 11, 1 phần được bơm P-1513 A/B đưa vào thiết bị hấp thụthứ cấp; 1 phần đưa vào thiết bị tách naptha nặng, sản phẩm từ đáy thiết bị này 1 phầnđược gia nhiệt và làm mát rồi đưa ra phân xưởng xử lý còn 1 phần sẽ được đưa ra phânxưởng LCO, phần khác được gia nhiệt rồi quay lại tháp tách naptha nặng, sản đỉnh thìđược đưa quay lại tháp tách T-1501 ở đĩa số 10

Sản phẩm tháo ở đĩa 19 được bơm tuần hoan MTC P-1512 A/B tuần hoàn lại.Dòng nguyên liệu trong tháp tiếp tục chảy xuống qua lớp xúc tác thứ 2 Tại đâysản phẩm tháo ra được bơm LCO P-1510 A/B đưa đi gia nhiệt rồi quay lại tháp T-1501

để tiếp tục tách Sau khi qua đĩa số 25, sản phẩm tháo ra ở đây được thiết bị tách LCOT-1503, sản phẩm đỉnh được đưa về tháp T-1501, sản phẩm đáy được bơm LCO T-

1511 đưa vào thiết bị tạo hơi nước E-1513 sau đó qua thiét bị làm mát không khí LCOE-1514 rồi đi vào thung lưu trữ, 1 phần vào phân xưởng LCO-HDT.

Dòng nguyên liệu trong tháp T-1501 tiếp tục được đi qua lớp xúc tác thứ 3 Sảnphẩm sau khi qua lớp xúc tác này được bơm HCO P-1508 A/B đưa vào các thiết bịtrao đổi nhiệt rồi quay lại tháp T-1501

Sản phẩm trong tháp T-1501 lại được đi qua lớp xúc tác 4, tại đây được bơm

P-1507 A/B đưa vào thiết bị tái sinh HCO để tiếp tục phản ứng 1 phần sản phảm tháo rađược đưa vào tháp tách HCO T-1504, sản phẩm đỉnh quay lại tháp T-1501, sản phẩmđáy được bơm đưa qua thiết bị tạo hơi nước rồi vào hệ thông xã HCO

Sản phẩm qua lớp xúc tác thứ 5, kết hợp với dòng nước thải từ thiết bị D-1501

đi vào đáy tháp tách T-1501 Sản phẩm bùn được máy bơm bùn P-1519 A-C đưa quaylại tháp tách T-1501, 1 phần sẽ được qua trao đổi nhiệt và xử lý thu được dầu tinhkhiết rồi làm mát sau đó đưa vào bể lưu trữ

3.1.5 PFD 05 - Gas Recovery Section

Dòng khí từ đỉnh bình tách hồi lưu D-1514 đi vào bình tách D-1551 hoạt động

ở 42°C Dòng khí đi ra từ đỉnh được kí hiệu 1, có áp suất 0,3 kg/cm2, đi vào bậc 1 củamáy nén khí ướt C-1551 Dòng lỏng đi ra từ đáy tuần hoàn trở lại bình tách hồi lưu D-1514

Dòng lỏng đi ra từ máy nén khí ướt C-1551 được kí hiệu 2, có áp suất 4,1kg/cm2, trộn với dòng 3 tạo thành dòng 4 Dòng 4 lần lượt được làm lạnh qua E-1551(khi đi ra được kí hiệu 5) và E-1552 (khi đi ra được kí hiệu 6) rồi đi vào bình tách D-

1552 hoạt động ở 42°C Dòng khí đi ra từ đỉnh bình tách được kí hiệu 7, có áp suất 3,4kg/cm2, đi vào bậc 2 của máy nén khí ướt C-1551 Dòng lỏng sau khi nén được kí hiệu

8, có áp suất 15,9 kg/cm2 Dòng lỏng đi ra từ đáy bình tách được tăng áp qua bơm 1551A/B, khi đi ra được kí hiệu 9 Dòng 9 trộn với dòng 8 tạo thành dòng 10 Dòng 10

P-đi vào E-1553, khi P-đi ra được kí hiệu 11

Dòng 37 lần lượt được làm lạnh qua 1563 (khi đi ra được kí hiệu 38) và

E-1564 rồi đi vào bình tách D-1556 Nước chua được tách ra và xả ở đáy Dòng khí đi ra

từ đỉnh được kí hiệu 39, đi vào đĩa 1 của tháp T-1553 có áp suất đỉnh 14,4 kg/cm2, ápsuất đáy 14,7 kg/cm2

Hình 3.5 PFD Gas Recovery Section – Thu hồi khí

Dòng khí đi ra từ đỉnh tháp T-1553 được kí hiệu 30, được làm lạnh qua E-1565(khi đi ra được kí hiệu 31) rồi đi vào bình tách D-1557 hoạt động ở 14.1 kg/cm2 Dònglỏng đi ra từ đáy bình tách được kí hiệu 36 Dòng khí đi ra từ đỉnh bình tách được kíhiệu 32, đi vào bên dưới đĩa 20 của tháp T-1555 Dòng lỏng đi ra từ đáy tháp T-1553được kí hiệu 27, trộn với dòng 36 tạo thành dòng 28 Dòng 28 được gia nhiệt qua E-

1563 rồi đi đến tháp tách T-1501

Dòng amine nghèo được kí hiệu 34, có áp suất 22,6 kg/cm2, nhiệt độ 55°C đivào đĩa 1 của tháp T-1555, hấp thụ khí chua từ dưới đi lên Dòng khí đi ra từ đỉnh thápT-1555 đi vào bình tách D-1559 Dòng khí đi ra từ đỉnh bình tách được kí hiệu 33, sửdụng làm khí nhiên liệu Dòng lỏng đi ra từ đáy bình tách trộn với dòng lỏng đi ra từđáy tháp T-1555 tạo thành dòng amine giàu được kí hiệu 35, có áp suất 7,0 kg/cm2

Dòng 14 trộn với các dòng 11, 20, 19 tạo thành dòng 12 Dòng 12 được làmlạnh qua E-1554 (khi đi ra được kí hiệu 13) rồi đi vào bình tách D-1553 hoạt động ở

áp suất 15,1 kg/cm2, nhiệt độ 40°C Nước chua được tách ra và đưa đến phân xưởng sử

lý nước chua SWS Dòng khí đi ra từ bình tách được kí hiệu 16 Dòng lỏng đi ra từbình tách được tăng áp qua bơm P-1553 A/B rồi được kí hiệu 17

Tháp T-1551 gồm 31 đĩa Dòng 25 trộn với dòng 44 tạo thành dòng 45 đi vào