đề tài thuyết trình hydrocracking

Hydrocracking là quá trình bẻ gãy mạch C C với sự tham gia của hydro và xúc tác, sản phẩm cuối cùng thu được là các hydrocacbon no. Đó là sự kết hợp của quá trình cracking xúc tác các hợp chất ban đầu và hydro hóa các hợp chất không no vừa được tạo ra. Hydrocracking là quá trình tương đối mới nhưng phát triển nhanh chóng, là dạng khác của quá trình cracking xúc tác. Nó được tiến hành với sự tham gia của xúc tác, nhưng khác với cracking xúc tác là thực hiện trong môi trường hydro,dưới áp suất cao (đến 30 MPa) và nhiệt độ thấp

3.Nguyễn Thị Phương 4.Vũ Thành Long 5.Lê Thanh Vàng 6.Nguyễn Văn Thăng

dh

h2 10

NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

1.Tổng quan

 Hydrocracking là quá trình bẻ gãy mạch C - C với sự tham gia của hydro và xúc tác, sản phẩm cuối cùng thu được là các hydrocacbon no Đó là sự kết hợp của quá trình cracking xúc tác các hợp chất ban đầu và hydro hóa các hợp chất không

no vừa được tạo ra

 Hydrocracking là quá trình tương đối mới nhưng phát triển nhanh chóng, là dạng khác của quá trình cracking xúc tác Nó được tiến hành với sự tham gia của xúc tác, nhưng khác với cracking xúc tác là thực hiện trong môi trường hydro,dưới áp suất cao (đến 30 MPa) và nhiệt độ thấp

h2

1 Tổng quan(tt)

 Mục đích

-Cũng như các quá trình chế biến dầu mỏ khác như reforming xúc tác, cracking, isomer hóa,… thì quá trình hydrocracking cũng nhằm chế biến các phần cất của dầu mỏ thành các sản phẩm nhiên liệu, các loại dầu bôi trơn và các sản phẩm trung gian cho công nghiệp tổng hợp hóa dầu

h2

 Nguyên liệu:

- Nguyên liệu cho quá trình hydrocracking rất đa dạng, nó là một phân đoạn khá rộng, từ xăng nặng tới dầu nặng, các nguyên liệu đầu có nhiệt độ sôi cao hơn so với nguyên liệu trong cracking xúc tác Đó là:

+Phân đoạn xăng để sản xuất khí hóa lỏng

+Phân đoạn kerosene-diesel và distilat chân không để sản xuất xăng, nhiên liệu phản lực và nhiên liệu diesel

+Sản phẩm cặn của các quá trình chế biến dầu

+Dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, mazut, gudron để sản xuất distilat hoặc nhiên liệu đốt lò với hàm lượng lưu huỳnh thấp

1 Tổng quan(tt)

h2

- Ngoài ra, quá trình Hydrocracking còn tạo ra phân đoạn C4 với nhiều isobutan, đây là phân đoạn rất hữu ích cho quá trình Alkyl hóa trong nhà máy lọc dầu Quá trình này còn tận dụng được các phần nặng nhiều Aromatic để chuyển hoá thành xăng, kerozen và gasoil.

h2

6 Izome hóa các mảnh phân tử vừa được tạo ra

7 Bão hòa hydro các liên kết không no mới tạo thành.

h2

10

h2

2 Cơ sở lý thuyết(tt)

 Và cơ chế phản ứng của quá trình hydrocracking xúc tác:Gồm 4 bước chính:

- Sự tạo thành olefin

- Sự tạo thành ion tertiary carbenium

- Phản ứng isomer hóa và cracking

- Phản ứng hydro hóa olefin tạo thành

h2

2 Cơ sở lý thuyết(tt)

2.2 Cơ chế phản ứng

R-CH2-CH3 R-C+H-CH3 R-CH3 + CH4

CH2=CH-CH3 CH3-C+H-CH3 CH3-CH3 + CH4 R-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 R-CH=CH-CH2-CH2-CH3 R-C+H-CH2-CH2-CH2-CH3 R-C+-CH2-CH2-CH3

CH3 R-CH-CH3 + CH3-CH3

CH3

h2

2 Cơ sở lý thuyết(tt)

 Xúc tác :

-Đầu tiên xúc tác được sử dụng là W/đất sét

-Năm 1937 hãng Esso chế tạo xúc tác sunfit W/đất sét có bổ sung HF

-Năm 1939 để nhận được xăng có khả năng chống kích nổ cao, ở châu Âu đã dung xúc tác hai chức năng: Hydro hóa

và cracking (Fe/đất sét có bổ sung HF)

-Cho đến ngày nay xúc tác Ni, Pt, Pd mang trên

aluminosilicat vô định hình hoặc oxyt nhôm, zeolit là những xúc tác rất phổ biến

h2

2 Cơ sở lý thuyết(tt)

 Xúc tác:

- Quá trình hydrocracking là hệ xúc tác hai chức năng với thành phần xúc tác bao gồm các tâm hoạt động axit, tâm

hoạt động kim loại và chất xúc tiến

+Tâm hoạt động acid:ngày nay xúc tác cho quá trình thường

sử dụng là zeolite: zeolite aluminasilica, zeolite Y Phản ứng cracking diễn ra trên tâm acid

+Tâm hoạt động kim loại:chức năng tâm kim loại như Pt, Pd, Ni-Mo, Ni-W là xảy ra các phản ứng hydro-dehydro hóa

h2

2 Cơ sở lý thuyết

2.3 Các phản ứng mong muốn

• Phản ứng cracking và hydro hóa: Đây là hai phản ứng chính diễn ra trong

quá trình Hydrocracking Hai phản ứng mong muốn này có tác dụng tương hỗ lẫn nhau trong cùng một quá trình Phản ứng cracking sẽ tạo ra và cung cấp olefin cho quá trình hydro hoá và ngược lại, phản ứng hydro hoá sẽ cung cấp nhiệt lượng cho quá trình cracking.Tuy nhiên nhiệt tỏa ra từ quá trình cracking, vì thế khi xem xét toàn bộ quá trình thì có thể xem hydrocracking là phản ứng tỏa nhiệt Phản ứng cracking chủ yếu diễn ra trên các hợp chất naphten được tạo ra từ quá trình hydro hóa các hợp chất aromatic.

• Phản ứng isomer hoá: luôn diễn ra đồng hành cùng với phản ứng cracking.

Trong đó quá trình isomer hoá xảy ra trước, sau đó các liên kết C-C sẽ bị bẻ gảy bởi quá trình cracking.

h2

2 Cơ sở lý thuyết

2.4 các phản ứng không mong muốn

Bên cạnh các phản ứng chính, với tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác, một số phản ứng khác sẽ diễn ra song song đồng thời như:

• Hydro deankyl hoá aromatic: đây là phản ứng cracking diễn ra trên các mạch

nhánh của các hợp chất aromatic.

Phản ứng này sẽ làm tăng dòng sản phẩm khí, do đó nó sẽ làm giảm hiệu suất củasản phẩm chính.

• Phản ứng HDS, HDN: các phản ứng này có tác dụng loại bỏ các chất như lưu

huỳnh, nitơ, … nhưng lại làm tiêu hao lượng hydro trong quá trình Tuy nhiên, lượng hydro trong nhà máy lọc dầu rất hạn chế, vì thế phản ứng này được xếp vào phản ứng không mong muốn.

• Phản ứng cốc hoá: Với sự hiện diện của hydro trong phản ứng đã làm giảm

đáng kể phản ứng cốc hóa Tuy nhiên với xúc tác axít mạnh, các phản ứng cốc hóa cũngđược thúc đẩy mạnh hơn.

h2

 Khi áp suất tăng thì hạn chế quá trình tạo cốc và cặn nặng nhưng lại tăng giá thành thiết bị,ngoài ra quá trình tạo cốc giảm sẽ tăng chu trình làm việc của xúc tác.Khi áp suất giảm thì ngược lại.

h2

3 Quy trình công nghệ

1.Sơ đồ công nghệ một

cấp:

Phương án hydrocracking

một bậc đơn giản, kinh tế

và cho phép thu được

distilat trung bình tối đa

Tuy nhiên sơ đồ một bậc

không chophép nhận được

hiệu suất xăng cao, do đó

hạn chế ứng dụng trong

thực tế.

Quy trình Công nghệ

2 Sơ đồ công nghệ hai cấp:

Công nghệ hydrocracking hai cấp có thể chế biến nguyên liệu với hàm lượng tạp chất đầu độc xúc tác hydrocracking cao; thay đổi điều kiện quá trình, cho phép thu được những sản phẩm mong muốn với hiệu suất cao nhất như xăng, nhiên liệu phản lực hoặc diesel

h2

III- khí IV- khí hydrocacbon V-xăng nhẹ

VI-xăngnặng VII- distilat trung bình VIII- cặn tuần hoàn

3.3.1 Sơ đồ công nghệ một cấp

h2

3 Quy trình công nghệ

1- Lò nung; 2- lò phản ứng bậc thứ nhất; 3- tháp tách áp suất cao; 4 - tháp tách áp suất thấp;

5 - tháp debutan; 6- tháp chưng cất ; 7- lò phản ứng bậc thứ hai.

I- Nguyên liệu; II - hydro; III- khí; IV- khí hydrocacbon; V- xăng nhẹ; VI- xăng nặng; VII - distilat trung bình; VIII- cặn tuần hoàn.

3.3.2.1 Sơ đồ công nghệ 2 cấp có làm sạch sản phẩm của giai đoạn I

h2

3 Quy trình công nghệ

1- Lò nung; 2- lò phản ứng bậc thứ nhất; 3- lò phản ứng bậc thứ hai; 4- tháp tách áp suất cao; 5 -tháp tách áp suất thấp; 6 - tháp debutan; 7- tháp chưngcất.

I – Nguyên liệu; II - hydro; III- khí; IV- khí hydrocacbon; V- xăng nhẹ; VI - xăngnặng; VII

- distilat trung bình; VIII- cặn tuần hoàn.

3.3.2.2 Sơ đồ công nghệ 2 cấp không làm sạch sản phẩm của giai đoạn I

h2

đơn giản, kinh tế

- Cho phép thu đượcdistilat trung

- Thay đổi điều kiện quá trình cho phép thu được những sản phẩm mong muốn với hiệu suất cao như xăng, nhiên liệu phản lực hoặc diesel

- Được sử dụng nhiều trong thực tế

Nhược điểm:

- Hệ thống thiết bị phức tạp, giá thành cao.

h2

4 Các yếu tố ảnh hưởng

  Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Đây là phản ứng toả nhiệt, vì thế quá trình thích hợp ở nhiệt

độ thấp Nhưng nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ phản ứng sẽ giảm, do đó nhiệt được xem như tác nhân duy trì hoạt tính của xúc tác

- Thông thường, đối với chế độ hoạt động nhẹ thì nhiệt độ của quá trình dao động từ 650oF đến 750oF, còn chế độ hoạt động khắc khe thì đòi hỏi ở khoảng nhiệt độ từ 750oF đến 850oF

h2

 Ảnh hưởng của áp suất và lượng hydro sử dụng

- Quá trình Hydrocracking là quá trình tăng số mole nên nó thích hợp hoạt động ở áp suất thấp Thông thường áp suất khoảng 1.200 psig, lượng hydro tiêu thụ khoảng 1000 – 2000 scf/bbl Nhưng đối với chế độ hoạt động khắt khe thì đòi hỏi phải phá hủy các hợp chất nặng và mở vòng nên nó cần áp suất khoảng

2000 psig và lượng hydro tiêu thụ khoảng từ 3000 – 4000 csf/bbl trở lên

- Lượng hydro sử dụng càng nhiều thì càng có lợi về mặt chuyển hóa, nó mất khoảng 25% cho các phản ứng loại lưu huỳnh và bảo hòa các hợp chất olefin, aromatic Hàm lượng hydro tại của ra của bình phản ứng yêu cầu phải cao để ngăn chặn quá trình tích tụ cốc và đầu độc xúc tác Phải tiến hành làm sạch và bổ sung thêm hydro cho dòng tuần hoàn

4 Các yếu tố ảnh hưởng(tt)h2

4 Các yếu tố ảnh hưởng(tt)

 Ảnh hưởng của nguyên liệu

Xúc tác hydrocracking phải làm việc với nhiều nguyên liệu khác nhau, trong có nhiều nguyên liệu nặng chứa nhiều hydrocacbon chứa phân tử lượng cao, các hợp chất lưu huỳnh, nitơ hữu cơ, oxit và kim loại khiến cho quá trình

sẽ khó khăn hơn, hoạt độ và tuổi thọ xúc tác giảm Trong trường hợp chế biến nguyên liệu nặng sự hiên hiện của asphanten và kim loại trong hợp chất hữu cơ có ảnh hương xấu đến hoạt độ xúc tác

h2

4 Tài liệu tham khảo

• Công nghệ chế biến dầu mỏ - Lê Văn Hiếu - Trường Đại học Bách

dh

h2 10