Cracking xúc tác FCC docx

3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni- Giai đọan 2: phản ứng của các ion cacboni tạo các sản phẩm: Phản ứng đồng phân hóa:... 3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni- Giai đọan 3: giai đoạn dừng phả

CRACKING XÚC TÁC FCC

FLUIDIZED CATALYTIC CRACKING

1 Mục đích của quá trình

Chuyển hóa các phân đoạn dầu nặng thành sản phẩm lỏng và khí (khí, xăng,

DO, …)Nâng cao độ chọn lọc của quá trình Cracking

Nâng cao chất lượng sản phẩm

2 Xúc tác

• Xúc tác axít rắn

• Thành phần phức tạp

2 Xúc tác

Cấu trúc xúc tác Zeolit: M2/nO.Al2O3.x SiO2.y H2O

2 Xúc tác

Cấu tạo Faujazit được mô tả như hình:

2 Xúc tác

Cơ chế hình thành tâm hoạt động: Các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất xúc tác là các tâm axit Bronsted và Lewis

Bronsted

3 Cơ chế phản ứng

3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bước 1 Hấp phụ các ion Hydride trên các tâm Lewis:

3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bước 2 Phản ứng giữa các proton từ Bronsted

3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bước 3 Phản ứng giữa các ion cacboni sinh

ra từ bước 1 và 2 với các hydrocacbon bằng cách tạo ra các ion hydride

các ion hydride không bền sẽ bị phân hủy thành

3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bước 4:

• Nhả hấp phụ sản phẩm: RH, CH3CH=CH2…

3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni

- Giai đọan 1: tạo ion cacboni:

Ví dụ: trong trường hợp đối với các hydrocacbon mạch thẳng (Alcan):

3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni

- Giai đọan 2: phản ứng của các ion cacboni tạo các sản phẩm:

Phản ứng đồng phân hóa:

3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni

- Giai đọan 2: Phản ứng của các ion cacboni tạo các sản phẩm:

Phản ứng cắt mạch theo quy tắc ß

3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni

- Giai đọan 3: giai đoạn dừng phản ứng

-Các ion cacboni kết hợp với nhau, nhường hay nhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạo thành phân tử trung hòa và chúng chính là

cấu tử của sản phẩm cracking xúc tác

4 Hóa học quá trình cracking XT

4.1 Phản ứng mong muốn

Phản ứng cắt mạch (cracking ):

xảy ra theo cơ chế ion cacboni

Hoạt tính cracking của các hydrocacbon giảm dần theo thứ tự sau:

Olefin > Ankyl Aromatic > Ankyl naphten, isoparafin > n-parafin, naphten >> nhân thơm.

4.1 Phản ứng mong muốn

Phản ứng isomer hoá:

Thường xảy ra trước phản ứng cracking

4.2 Phản ứng không mong muốn

Phản ứng chuyển vị hydro:

4.2 Phản ứng không mong muốn

- Phản ứng tạo hydro: do phản ứng dehydro

hoá, xảy ra khi có mặt của Ni làm chất xúc tác.

- Phản ứng tạo C 1 – C 2 : sinh ra do phản ứng cracking nhiệt phân hủy

4.2 Phản ứng không mong muốn

Phản ứng ngưng tụ:

Nguyên liệu Sản phẩm quá trình cracking xt

Parafin -Olefin và parafin

-Olefin và hydro -iso-parafin

-Các hợp chất olefin có trọng lượng phân tử thấp

Olefin -Parafin và dien

-Parafin, naphten và H.C thơm -Polyme, cốc

Naphten -Olefin

-Cyclohexan và olefin -H.C thơm

Nguyên liệu Sản phẩm quá trình cracking xt

5 Nguyên liệu và sản phẩm

5.1 Nguyên liệu

 Phần cất từ quá trình Coking của dầu thô

5 Nguyên liệu và sản phẩm

5.2 Sản phẩm

- Sản phẩm khí,

- Các phân đọan xăng

- Các phân đọan gasoil nhẹ và nặng

- Phân đọan cặn dùng làm nhiên liệu đốt lò

a Khí hydrocacbon

Hiệu suất khí có thể từ 10-25% ngliệu

polyme hóa và sản suất chất HĐBM, LPG

cho quá trình alkyl hóa

5.2 Sản phẩm

b Phân đoạn xăng

5.2 Sản phẩm

c Phân đọan 200-350oC

• phân đọan 200-350oC

• sản xuất nhiên liệu diezen

5.2 Sản phẩm

d Các phân đọan > 350oC

• nhiên liệu đốt lò F.O

• nguyên liệu cho quá trình cốc hóa

5.2 Sản phẩm

6 Các yếu tố nhiệt động ảnh hưởng

6.1 Nhiệt độ

6.2 Áp suất

6.3 Tốc độ nhập nguyên liệu riêng

6.4 tỉ lệ giữa lượng xúc tác / nguyên liệu

Nhiệt độ reactor: 470 – 5400CKhi tăng nhiệt độ

Lúc đầu hiệu suất xăng tăng

Sau đó đạt đến cực đại rồi giảm xuống

Vì khi nhiệt độ tăng, quá trình phân hủy tăng

làm phân hủy các cấu tử xăng vừa tạo thành

6.1 Nhiệt độ

Khi tăng nhiệt độ

Các phản ứng bậc hai như dehydro hóa tăng

Làm tăng hiệu suất RH thơm và olefinKhi đó trong sản phẩm khí:

Hàm lượng C1 – C3 tăng

C4 giảm

6.1 Nhiệt độ

• Thực tế cho thấy ở nhiệt độ 4700C:

Hiệu suất xăng giảm nhanh

Hiệu suất khí tăngHiệu suất cốc không thay đổi nhiều

6.1 Nhiệt độ

Tăng nhiệt độ :

Hạ nhiệt độ:

Khi tăng áp suất:

hiệu suất xăng tănghiệu suất khí C1 – C3 giảm

hàm lượng RH thơm và olefin giảm, hàm

lượng RH no tăng do vậy chất lượng xăng

giảm (giảm RON)

6.2 Áp suất

6.3 Tốc độ nhập liệu

nguyên liệu được nạp trong một đơn vị thời gian trên lượng xúc tác trong reactor và kí hiệu M/H/M.

TRƯỜNG HỢP XÚC TÁC CỐ ĐỊNH:

C/100-C = p.K/(M/H/M) TRƯỜNG HỢP XÚC TÁC CHUYỂN ĐỘNG

C/100(1 – C/100) = p.K/(M/H/M)

P: áp súât (at)

K:hằng số tốc độ tổng

• Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng

Giảm độ chuyển hóa

Vì tốc độ nạp liệu riêng là đại lượng ngược với thời gian phản ứng

6.3 Tốc độ nhập liệu

• Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, nếu ta tăng

nhiệt độ,

Tăng trị số ortan cho xăngTăng hàm lượng olefin trong khíĐây là phương pháp chính để điều khiển chế độ sản xuất buten và propylen trong cracking xúc tác

6.3 Tốc độ nhập liệu

• Khi sử dụng xúc tác có độ họat tính cao:

Ta có thể tăng tốc độ nạp liệu riêng

Và như vậy sẽ tăng được năng suất thiết bị

6.3 Tốc độ nhập liệu

Thực tế nếu dùng xúc tác là aluminosilicat vô định hình:

Nếu dùng xúc tác chứa zeolit:

trong ống đứng của reactor)

6.3 Tốc độ nhập liệu

6.4 Tỉ lệ lượng xúc tác/nguyên liệu (X/RH)

Sẽ làm thay đổi nhiệt độ của phản ứng

Thay đổi thời gian lưu của xúc tác trong

reactor và lò tái sinh Thay đổi cả lượng cốc bám trên xúc tác trên

một chu trình

• Nếu ở chế độ ổn định, tăng tỉ lệ X/RH:

Sẽ làm tăng độ chuyển hóa

Tăng hiệu suất cốc trên nguyên liệu nhưng hàm lượng cốc bám trên xúc tác giảm xuống

6.4 Tỉ lệ lượng xúc tác/nguyên liệu (X/RH)

• Khi tốc độ nạp liệu riêng không đổi, nếu tăng

Nhưng nếu tăng cao quá mức độ tuần hòan xt:

Sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình tách hơi bám

trên xúc tácLàm ảnh hưởng đến quá trình tái sinh ở lò tái

sinh và các thiết bị kèm theo

6 Công nghệ cracking xúc tác

6.2 Cracking xúc tác chuyển động

(moving bed)

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

Thiết bị phản ứng kiểu song song

(Công nghệ IFP/Axens)

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

 Xúc tác sau phản ứng được đốt ở dạng tầng sôi, nhằm chuyển hóa hòan tòan CO thành CO2

không sử dụng thêm các phụ gia khác

được bố trí bên trong và được cải

tiến để kiểm sóat lượng cốc, lượng

nhiệt cho phần phản ứng

Hàm lượng cacbon còn lại trên bề

mặt xúc tác luôn < 0.05

% khối lượng

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

Hệ thống làm mát và tuần hoàn xúc tác

1 Không khí 2.Xúc tác

3 Hơi và nước 4 Nước nồi hơi

Mô phỏng bộ phận làm mát và tuần hoàn xúc tác

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

Thiết bị phản ứng kiểu xếp chồng

(UOP)

Hình ảnh mô phỏng cấu tạo thiết

bị phản ứng cracking xúc tác cặn

tầng sôi (kiểu xếp chồng)

Vòi phun nguyên liệu

được cải tiến

Bộ phận làm nguội được đặt ở pha đặc thay cho pha lõang trong lò tái

sinh

Hình dáng bộ phận làm nguội bố trí các ống trao đổi nhiệt đặt ngược

chiều

Hình ảnh mô phỏng cấu tạo thiết

bị phản ứng cracking xúc tác cặn

tầng sôi (kiểu xếp chồng)

Sự vận chuyển xúc tác được thực hiện theo phương thẳng đứng rất thuận lợi vì có thể dùng van chặn để điều khiển quá trình tuần hòan của xúc tác

Qúa trình cracking được thực hiện hòan tòan trong lò phản ứng dạng ống

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

Thiết bị phản ứng kiểu xếp chồng (Công nghệ Stone&Webster)

cracking xúc tác cặn

nặng

Qúa trình cũng có trang

bị bộ phận làm nguội xúc tác, hệ thống kiểm tra và điều khiển nhiệt độ của khối

lò phản ứng

lò đứng, tái sinh 2 cấp,

có sự cải tiến thiết bị phun nguyên liệu trực tiếp vào dòng xúc tác nóng

6.2 Cracking xúc tác lớp sôi

Công nghệ FCC

ngày nay