Đồ án công nghệ cracking xúc tác FCC

chất lợng xăng ngày càng cao từ nguyên liệu có chất lợng ngày càng kém hơntừ những phần cặn nặng hơn.Quá trình cracking đã đợc nghiên cứu từ lâu nhng giai đoạn đầu chỉ là cácquá trình bi

Để thoả mãn nhu cầu nhiên liệu ngày một tăng Nghành công nghiệp chếbiến dầu mỏ đã ra sức cải tiến, hoàn thiện quy trình công nghệ , đồng thời ápdụng những phơng pháp chế biến sâu trong dây chuyền sản xuất nhằm chuyểnhoá dầu thô tới mức tối u thành nhiên liệu và những sản phẩm quan trọngkhác Một trong những phơng pháp hiện đại đợc áp dụng rộng rãi trong cácnhà máy chế biến dầu hiện này trên thế giới là quá trình cracking xúc tác.Với bản đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xởng cracking xúc tác năng suất3.000.000 tấn năm mà em đợc giao.Em hy vọng rằng mình sẽ bổ xung thêm

đợc kiến thức để góp phần nhỏ bé vào công cuộc đổi mới đất nớc

Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Hiếu đã tận tình giúp đỡ em trongthời gian qua để em có thể hoàn thành đợc bản đồ án này

CHƯƠNG I Tổng quan lý thuyết

I.Giới thiệu chung về quá trình cracking xúc tác.

I.1.Sơ lợc về lịch sử phát triển của qúa trình cracking xúc tác[1,106]

Qúa trình cracking xúc tác đã đợc nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX, nhng mãi

đến năm 1923, một kỹ s ngời Pháp tên là Houdry mới đề nghị đa qúa trìnhvào áp dụng trong công nghiệp Đến năm 1936, nhà máy cracking xúc tác đầutiên đợc xây dựng ở Mỹ, của công ty Houdry Process corporation Ban đầucòn tồn tại nhiều nhợc điểm nh là hoạt động gián đoạn và rất phức tạp cho vậnhành, nhất là khi chuyển giao giữa hai chu kỳ phản ứng và tái sinh xúc táctrong cùng một thiết bị.Cho đến nay, sau hơn 60 năm phát triển, quá trình nàyngày càng đợc cải tiến và hoàn thiện, nhằm mục đích nhận nhiều xăng hơn với

chất lợng xăng ngày càng cao từ nguyên liệu có chất lợng ngày càng kém hơn(từ những phần cặn nặng hơn).

Quá trình cracking đã đợc nghiên cứu từ lâu nhng giai đoạn đầu chỉ là cácquá trình biến đổi dới tác dụng đơn thuần của nhiệt độ và áp suất (quá trìnhcracking nhiệt) với hiệu suất và chất lợng thấp,tiến hành ở điều kiện khắcnghiệt,tại nhiệt độ cao và áp suất cao tuy nhiên nó cũng có những u điểm là cóthể chế biến các phần cặn rất nặng của dầu mỏ mà cracking xúc tác khôngthực hiện đợc

Để nâng cao hiệu suất,chất lợng,cho phép tiến hành quá trình ở những điềukiện mềm mại hơn (nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) ngời ta đã đa vào quátrình những chất mà có khả năng làm giảm năng lợng hoạt hoá,tăng tốc độphản ứng, tăng tính chất chọn lọc( hớng phản ứng theo hớng cần thiết) và nókhông bị biến đổi trong quá trình phản ứng đó là chất xúc tác và quá trình đợcgọi là quá trình cracking xúc tác.Cho đến nay,quá trình này đã ngày càng đợccài tiến, hoàn thiện về mọi mặt ( công nghệ, xúc tác, thiết bị ) cho phù hợphơn

I.2 Mục đích của quá trình cracking xúc tác.[1,106]

Mục đích của quá trình cracking xúc tác là nhận các cấu tử có trị số octancao cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn, chủyếu là phần cất nặng hơn từ các quá trình chng cất trực tiếp AD (AtmotphericDistillation) và VD (Vacuum Distillation) của dầu thô Đồng thời ngoài mục

đích nhận xăng ngời ta còn nhận đợc cả nguyên liệu có chất lợng cao chocông nghệ tổng hợp hoá dầu và hoá học Ngoài ra còn thu thêm một số sảnphẩm phụ khác nh gasoil nhẹ , gasoil nặng, khí chủ yếu là các phần tử cónhánh đó là các cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu

I.3.Vai trò của quá trình cracking xúc tác so với các quá trình lọc dầu khác và các điều kiện công nghệ của quá trình.[1,107]

Quá trình cracking xúc tác là quá trình không thể thiếu đợc trong bất kỳ mộtnhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các quátrình chính sản xuất xăng có trị số octan cao.Xăng thu đợc từ qúa trình này đ-

ợc dùng để phối trộn với các loại xăng khác để tạo ra các mác xăng khác nhau.Khối lợng xăng thu từ quá trình chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 70-80% so với tổnglợng xăng thu từ các quá trình chế biến khác

Lợng dầu mỏ đợc chế biến bằng cracking xúc tác chiếm tơng đối lớn.Ví dụvào năm 1965, lợng dầu mỏ thế giới chế biến đợc 1.500 tấn/ngày thì trong đócracking xúc tác chiếm 800 tấn ( tơng ứng 53%)

Quá trình cracking xúc tác đợc tiến hành ở điều kiện công nghệ là : Nhiệt độ : 4700C – 5500C

Ap suất trong vùng lắng của lò phản ứng : 0,27 Mpa

II.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác và cơ chế của phản ứng.

II.1.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác [2,97]

Cracking là quá trình bẻ gẫy mạch cacbon – cacbon (của hydrocacbon) củanhững phân tử có kích thớc lớn ( có trọng lợng phân tử lớn) thành những phân

tử có kích thớc nhỏ hơn( có trọng lợng phân tử nhỏ hơn ).Trong công nghệ dầu

mỏ, quá trình này đợc ứng dụng để biến đổi các phân đoạn nặng thành các sảnphẩm nhẹ, tơng ứng với khoảng sôi của các sản phẩm trắng nh xăng, kerosen,diezen.Quá trình này có thể thực hiện dới tác dụng của nhiệt độ (crackingnhiệt) và xúc tác( cracking xúc tác)

II.2 Cơ chế phản ứng cracking xúc tác.[3,84]

Hiện nay vẫn cha có sự nhất trí hoàn toàn trong việc giải thích bản chất, cơchế của các phản ứng cracking xúc tác nên còn nhiều ý kiến trong việc giảithích cơ chế xúc tác trong quá trình cracking Tuy vậy, phổ biến nhất vẫn làcách giải thích các phản ứng theo cơ chế ion cacboni Cơ sở của lý thuyết nàydựa vào các tâm hoạt tính là các ion cacboni Chúng đợc tạo ra khi các phân tửhydrocacbon của nguyên liệu tác dụng với tâm hoạt tính acid của xúc tác loạiBronsted (H+) hay Lewis (L)

Theo cơ chế này các phản ứng cracking xúc tác diễn ra theo ba giai đoạn sau:Giai đoạn 1 : Giai đoạn tạo ion cacboni

Giai đoạn 2 : Các phản ứng của ion cacboni (giai đoạn biến đổi ion cacbonitạo thành các sản phẩm trung gian )

Giai đoạn 3 : Giai đoạn dừng phản ứng.

II.2.1.Giai đoạn tạo thành ion cacboni

Ion cacboni tạo ra do sự tác dụng của olefin, hydrocacbon parafin,hydrocacbon naphten , hydrocacbon thơm với tâm axít của xúc tác

Trong nguyên liệu ban đầu thờng không có hydrocacbon olefin, nhng olefin

có thể tạo ra do sự phân huỷ các hydrocacbon parafin có phân tử lợng lớn Cácolefin tạo thành đó lập tức tác dụng với tâm axit rồi tạo ra ion cacboni

Ion cacboni tạo thành trong các phản ứng tuân theo quy tắc nhất định Nhkhi olefin tác dụng với H+(xt) thì xác suất tạo alkyl bậc hai lớn hơn alkyl bậcmột

Khi olefin có liên kết đôi ở cacbon bậc 3 thì ion cacboni bậc 3 dễ tạo thànhhơn ở cacbon bậc hai

Al O SiO

Al O SiO

Từ hydrocacbon thơm ngời ta quan sát thấy sự kết hợp trực tiếp của H+ vào nhân thơm:

Các hydrocacbon thơm có mạch bên đủ dài thì sự tạo thành ion cacboni cũnggiống nh trờng hợp parafin

Thời gian sống của các ion cacboni đợc tạo ra dao động từ phần triệu giây

đến hàng phút Các ion cacboni này tạo ra nằm trong lớp các phần tử hấp phụ,chúng là những hợp chất trung gian rất hoạt động đối với nhiều phản ứng xảy

ra khi cracking

II.2.2 Giai đoạn biến đổi ion cacboni.[3,86]

Giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo thành sản phẩm trung gian Ion cacboni

có thể biến đổi theo các phản ứng sau:

 Phản ứng đồng phân hoá: chuyển rời ion hydro(H+) ,nhóm metyl (CH3)tạo cấu trúc nhánh

Độ bền của ion cacboni sẽ quyết định mức độ tham gia các phản ứng tiếptheo của chúng Vì các ion cacboni bậc 3 có độ bền cao nhất nên sẽ cho phépnhận hiệu suất cao 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

+CnH2n+1 + CmH2m CnH2n + +CmH2m+1 +CnH2n+1 + CmH2m+2 CnH2n+2 + +CmH2m+1

 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so với nguyên tử cacbon tích điện Sảnphẩm phân huỷ là một phân tử hydrocacbon trung hoà và ion cacboni mới có

số nguyên tử cacbon nhỏ hơn

Với ba vị trí ( •A] ,•B],•C] ) ở trên thì xác suất đứt mạch ở vị trí •A] lớn hơn ở

vị trí •B] và cuối cùng là ở vị trí •C]

Với ion cacboni mạch thẳng:

Đối với ion cacboni là đồng đẳng của benzen, ví dụ nh :

Nếu áp dụng quy tắc vị trí  bình thờng thì ở vị trí đó rất bền vững Ngời tacho rằng proton đợc kết hợp với một trong những liên kết CC trong nhânthơm tạo thành những hợp chất trung gian, sau đó mới phân huỷ theo quy tắcnêu ở trên Khi phân huỷ, điện tích ion cacboni sẽ dịch chuyển theo sơ đồ sau:

Nh vậy trong hydrocacbon thơm hiệu ứng tích điện ở nhân thơm là nguyênnhân quan trọng hơn so với nguyên nhân là sự biến đổi ion cacboni bậc haithành bậc ba

R C C C C C C+

CC

C

C CC

+

H

Các ion cacboni là đồng đẳng của benzen, mạch bên càng dài thì tốc độ đứtmạch xảy ra càng lớn và càng dễ Ion cacboni izo-butyl benzen có tốc độ đứtmạch lớn hơn 10 lần so với izo-propyl benzen.

Các nhóm metyl, etyl khó bị đứt ra khỏi nhân hydrocacbon thơm (vì năng ợng liên kết lớn) và do đó khó tạo đợc CH3 và C2H5 Điều này giải thích đợctại sao xăng cracking xúc tác hàm lợng hydrocacbon thơm có mạch bên ngắnrất lớn và giải thích đợc tại sao trong khí của quá trình cracking xúc tác cóhàm lợng lớn các hydrocacbon có cấu trúc nhánh

II.2.3 Giai đoạn dừng phản ứng.[3,87]

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

nh-III.Sự biến đổi hoá học các hydrocacbon trong quá trình cracking xúc tác.

III.1 Sự biến đổi các hydrocacbon parafin.[3,89]

Giống nh quá trình cracking nhiệt, ở quá trình cracking xúc tác cáchydrocacbon parafin cũng bị phân huỷ tạo thành phân tử olefin và parafin cótrọng lợng phân tử bé hơn Phản ứng có thể biểu diễn bằng phơng trình tổngquát sau :

CnH2n+2 CmH2m+2 + CqH2q (q, m < n)

Nếu mạch parafin càng dài thì sự phân hủy xảy ra đồng thời ở một số chỗ ởtrong mạch chứ không phải xảy ra ở hai đầu mút của mạch nh quá trìnhcracking nhiệt Các hydrocacbon parafin có trọng lợng phân tử thấp thì khảnăng phân huỷ kém Ví dụ :

Đối với butan C4H10 tại nhiệt độ 5000C , v0 =1 h-1 chỉ có 1% bị phân huỷ tuyvậy tốc độ phân huỷ của nó vẫn lớn hơn 6 lần so với khi phân huỷ chỉ đơnthuần dới tác dụng của nhiệt Ngoài ra chúng còn bị khử hydro nhng ở mức độnhỏ

Do cracking xóc t¸c mµ lµm gi¶m kÝch thíc cña ion cacboni +R C¸c ion cãkÝch thíc nhá nh +CH3 hay +C2H5 sÏ khã t¹o ra ( do c¾t m¹ch ë vÞ trÝ  so víicacbon mang ®iÖn tÝch ).V× thÕ trong s¶n phÈm u tiªn t¹o ra C3 hay C4 nhiÒuh¬n C1 vµ C2 so víi qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.

III.2 Sự biến đổi các hydrocacbon olefin.[3,90]

Tính hấp phụ chọn lọc cao nhất của xúc tác là các hydrocacbon olefin trongquá trình cracking xúc tác cho nên ở điều kiện cracking xúc tác cáchydrocacbon olefin chuyển hoá với tốc độ nhanh hơn hàng nghìn đến hàngchục nghìn lần so với khi cracking nhiệt Hydrocacbon olefin có mặt tronghỗn hợp phản ứng là do phản ứng cracking parafin , naphten hay alkyl thơm.Hydrocacbon olefin là những hợp chất hoạt động hơn, trong giai đoạn đầu tiêncủa quá trình, chúng tham gia phản ứng tạo ion cacboni bởi vì quá trình hấpthụ một proton vào liên kết đôi.Ion cacboni vừa tạo ra sẽ bị cracking theo quytắc, khi đó tạo thành một olefin nhẹ hơn và một ion cacboni bậc1, ion này cóthể để lại proton trên bề mặt của xúc tác hay có thể đồng phân hoá thành ioncacboni bậc 2 Ví dụ :

đa tụ, kết quả là dẫn đến tạo ra parafin hay cốc Khi cracking các olefin từ C5

trở lên, ngoài phản ứng cắt mạch theo quy tắc , ng ời ta còn quan sát thấy phảnứng dime hoá Ví dụ khi cracking penten thì thấy có các phản ứng sau :

Ngoài phản ứng cắt mạch, olefin còn tham gia phản ứng đồng phân hóa Tốc

độ phản ứng đồng phân hoá tăng theo trọng lợng phân tử của nó

Các hydrocacbon olefin kết hợp với hydro khí có xúc tác tạo thành parafin

Các olefin còn tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra phân tử có trọng lợng lớnhơn:

Các olefin trong quá trình cracking xúc tác còn tham gia phản ứng ngng tụ,

đóng vòng tạo hydrocacbon thơm đa vòng và vòng thơm đa tụ là cốc

III.3 Sự biến đổi các hydrocacbon naphten.[3,91].

Các hydrocacbon naphten tham gia phản ứng trong quá trình cracking xúctác với tốc độ lớn hơn 500  4000 lần so với khi cracking nhiệt

Trong điều kiện cracking xúc tác naphten tham gia phản ứng khử alkyl, khửhydro và phân bố lại hydro tạo hydrocacbon thơm, parafin và hydro

Phản ứng phân huỷ vòng naphten tạo thành izo- parafin :

III.4.Sự biến đổi của các hydrocacbon thơm.[3,93].

Các hydrocacbon thơm không có các gốc alkyl đính bên nói chung là rấtkhó bị cracking ngay cả khi có mặt của xúc tác

Tốc độ và hớng chuyển hoá của các hydrocacbon thơm phụ thuộc vào cấutrúc, vào trọng lợng phân tử của nó Ví dụ : Khi cracking toluen ở nhiệt độ

5000C, v0 =2h-1 thì chỉ có 4% toluen bị phân huỷ Khi cracking cáchydrocacbon thơm có mạch alkyl dài đính bên, đặc biệt là loại có cấu trúcmạch nhánh thì tốc độ phân huỷ làm đứt mạch bên lớn hơn nhiều so với khicracking ở điều kiện dới tác dụng đơn thuần của nhiệt

Trong quá trình cracking xúc tác, các hợp chất alkyl thơm do vòng thơm có

độ bền cao hơn nên trớc tiên sẽ xảy ra quá trình cắt nhánh alkyl Nhng toluen

có độ bền rất lớn Ta có thể giải thích đợc luận điểm: mạch alkyl càng dài, thìcàng dễ bị bẻ gẫy và nếu mạch alkyl lại có nhánh thì tốc độ cắt nhánh còn lớnhơn khi ta xem xét năng lợng hoạt hóa của các hydrocacbon thơm :

Các hydrocacbon thơm có nhánh alkyl dài, có thể khép vòng tạohydrocacbon thơm đa vòng và cuối cùng là các hydrocacbon thơm đa vòngtham gia phản ứng ngng tụ tạo cốc.

Các hydrocacbon thơm đa vòng ngng tụ cao tạo cốc dễ hấp phụ trên bề mặtxúc tác.Vì vậy chúng kìm hãm ảnh hởng đến quá trình cracking các loạihydrocacbon loại khác

IV Động học của qúa trình cracking xúc tác.[1,115]

Cracking xúc tác là một ví dụ điển hình về xúc tác dị thể, quá trình crackingxúc tác có thể xảy ra qua những giai đoạn sau :

 Khuyếch tán nguyên liệu đến bề mặt của xúc tác đó còn gọi là quá trìnhkhuếch tán ngoài

 Khuếch tán hơi nguyên liệu đến các tâm hoạt tính trong lỗ xốp của xúctác ( khuyếch tán trong )

 Hấp phụ nguyên liệu trên tâm hoạt tính xúc tác

 Các phản ứng hoá học trên bề mặt xúc tác

 Nhả hấp phụ sản phẩm phản ứng ra khỏi bề mặt hoạt tính của xúc tác

 Tách các sản phẩm cracking và nguyên liệu cha tham gia phản ứng rakhỏi vùng phản ứng

Tốc độ chung của quá trình sẽ đợc quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất.Phản ứng xảy ra trong vùng động học hay vùng khuyếch tán, hoàn toàn phụthuộc vào bản chất của chất xúc tác đợc sử dụng, phụ thuộc vào bản chất củanguyên liệu và vào chế độ công nghệ của qúa trình

Các nghiên cứu đã cho thấy rằng, quá trình cracking trong lớp xúc tác giảsôi, xúc tác dạng bột ở nhiệt độ từ 4800C đến 5300C thì phản ứng xảy ra ởvùng động học.Cracking trên xúc tác hạt cầu thì phản ứng xảy ra ở vùngkhuyếch tán trong

Nếu quá trình cracking xúc tác nguyên liệu là gasoil nhẹ trên xúc tác dạngcầu khi kích thớc hạt xúc tác từ 3 đến 5 mm và nhiệt độ là 4500C- 5500C,thìphản ứng xảy ra ở vùng trung gian giữa động học và khuyếch tán Còn khi

t C, xúc táco

CH2 CH2 CH2 CH3

CH2 CH2 CH2 CH3

H25+

2

cracking lớp sôi (FCC) của xúc tác ở nhiệt độ 4800C đến 5300C thì phản ứngxảy ra ở vùng động học.

Tốc độ của phản ứng cracking xúc tác, trong đa số các trờng hợp đợc mô tảbằng phơng trình bậc1 có dạng :

k = v0.n.ln(1  x)  (n  1)xTrong đó:

k : Tốc độ của phản ứng , mol/g.h;

v0 : Tốc độ truyền nguyên liệu , mol/h;

n : Số mol sản phẩm đợc tạo thành từ 1 mol nguyên liệu;

x : Mức độ chuyển hóa, phần mol;

Đối với phân đoạn dầu trên xúc tác zeolit, phơng trình bậc 1 lại có dạng sau :

k=

x

vo

 1 với v0 là tốc độ thể tích không gian truyền nguyên liệu, m3/m3.h

V.Các yếu tố ảnh hởng đến phản ứng cracking xúc tác.[2,115]

Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến phản ứng cracking xúc tác, dới đây ta chỉ nêu nên vài yếu tố điển hình

 Nguyên liệu : Tốt nhất là phân đoạn kerosen – sola gasoil nặng thu

đ-ợc từ chng cất trực tiếp ( nhiệt độ của phân đoạn 2600C – 3500C, d = 0,830

0,920)

 Nhiệt độ : Quá trình cracking xúc tác tiến hành ở khoảng nhiệt độ từ

4500C – 5200C là thích hợp nhất cho quá trình tạo xăng.Khi qúa trình tiếnhành ở nhiệt độ tăng lên thì độ chuyển hoá của nguyên liệu cũng tăng lên làmcho hiệu suất các sản phẩm cracking xúc tác đều tăng lên Nhng nhiệt độ chỉtăng đến giới hạn cho phép nếu tăng qúa cao ( cao hơn 5500C ) thì hiệu suấtxăng lại giảm xuống, còn hiệu suất cốc và khí lại tăng mạnh nguyên nhân là

do khi nhiệt độ tăng lên cao quá giới hạn cho phép thì nguyên liệu bị cracking

ở điều kiện cứng hơn và phản ứng xảy ra sâu hơn và xăng đợc tạo ra trong ờng hợp này lại tiếp tục bị phân hủy làm cho hiệu suất xăng giảm xuống vàhiệu suất khí và cốc tăng lên

tr- Ấp suất : Hệ thống cracking xúc tác thờng đợc tiến hành ở áp suất 1,4 at

đến 1,8 at, ở điều kiện này cracking xảy ra trong pha hơi

 Xúc tác : Zeolit Y ( lỗ xốp lớn, Si/Al cao)

 Tốc độ nạp liệu : Trên một đơn vị thể tích xúc tác nằm trong vùng phảnứng thờng đa vào khoảng 0,5  2,5 đơn vị thể tích nguyên liệu trong một giờ

Chọn tốc độ thể tích nạp nguyên liệu phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu

và xúc tác

 Bội số tuần hoàn của xúc tác: Khi tăng bội số tuần hoàn của xúc tác thìthời gian lu của nguyên liệu trong vùng phản ứng giảm, hoạt tính trung bìnhcủa xúc tác tăng lên, hiệu suất xăng, khí, cốc cũng tăng Còn lợng cốc bámtrên bề mặt xúc tác tuần hoàn sẽ giảm xuống

CHƯƠNG II Nguyên liệu của qúa trình cracking xúc tác, sản phẩm thu đ-

ợc từ qúa trình và xúc tác của quá trình

I.Nguyên liệu dùng trong qúa trình cracking xúc tác.[4,22]

Theo lý thuyết thì bất kỳ phân đoạn chng cất nào của dầu mỏ có điểm sôi lớnhơn xăng đều có thể dùng làm nguyên liệu cho qúa trình cracking xúc tác.Nhng giới hạn việc sử dụng các phân đoạn chng cất dầu mỏ vào làm nguyênliệu cho cracking xúc tác có một tầm quan trọng rất lớn Nếu lựa chọn nguyênliệu không thích hợp sẽ không đa đến hiệu quả kinh tế cao hoặc sẽ ảnh hởng

đến độ hoạt tính của xúc tác

Ngày nay ngời ta thờng dùng các phân đoạn nặng thu đợc từ quá trìnhcracking nhiệt,cốc hoá chậm,các phân đoạn dầu nhờn trong chng cất chânkhông và dầu mazút đã tách nhựa làm nguyên liệu cho cracking xúc tác.Đểtránh hiện tợng tạo cốc nhiều trong quá trình cracking xúc tác cũng nh tránhnhiễm độc xúc tác, nguyên liệu cần phải đợc tinh chế sơ bộ trớc khi đa vàochế biến

Ta có thể dùng các phân đoạn sau làm nguyên liệu cho cracking xúc tác:

 Phân đoạn kerosen –xola của quá trình chng cất trực tiếp

 Phân đoạn xôla có nhiệt độ sôi 3000C – 5500C của quá trình chng cấtchân không mazút.

 Phân đoạn gasoil của quá trình chế biến thứ cấp khác

 Phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi 3000C – 5500C

II.Đặc tính chi tiết dầu Bạch Hổ.[5,101]

III Xúc tác trong qúa trình cracking xúc tác.

III.1 Vai trò của xúc tác trong qúa trình cracking.[3,72]

Xúc tác trong qúa trình cracking có tầm quan trọng rất lớn Nó có khả nănglàm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng do vậy mà tăng đợc tốc độ phảnứng lên rất nhiều Ví dụ khi có mặt xúc tác ở 4000C đến 5000C các olefinchuyển hoá nhanh hơn 1.000 đến 10.000 lần so với cracking nhiệt.Dùng xúctác cho phép quá trình tiến hành ở điều kiện mềm hơn và khi có mặt của xúctác 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 khả năng làm tăng hay chậm không đều các loại phản ứng, có nghĩa làhớng phản ứng theo chiều có lợi

III.2.Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking

III.2.1 Hoạt tính xúc tác phải cao

Trong phơng pháp cracking xúc tác, mức độ chuyển hoá của nguyên liệu phụthuộc vào độ hoạt tính của xúc tác Sự có mặt của xúc tác sẽ làm giảm năng l-ợng cần thiết cho phản ứng và thời gian phản ứng Nghiên cứu về chất xúc tác

đợc dùng trong công nghiệp dầu mỏ ngời ta nhận thấy rằng, độ hoạt tính củaxúc tác phụ thuộc vào hoạt tính, diện tích bề mặt và độ lớn của chất xúc tác.Vì vậy việc lựa chọn chất xúc tác trong quá trình cracking xúc tác là rất quantrọng

Hoạt tính của xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn.Khi sử dụngxúc tác có hoạt tính cao thì thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắmvẫn có thể đảm bảo năng suất yêu cầu Hoạt tính của xúc tác là yêu cầu quantrọng nhất đối với xúc tác trong quá trình cracking

III.2.2 Độ chọn lọc của xúc tác phải cao.[1,121]

Khả năng của xúc tác làm tăng tốc độ các phản ứng có lợi, đồng thời làmgiảm tốc độ các phản ứng không mong muốn đợc gọi là độ chọn lọc của xúctác Trong qúa trình cracking, độ chọn lọc của xúc tác quyết định khả năngtạo các sản phẩm có giá trị của nó Xúc tác có độ chọn lọc cao thì qúa trìnhcracking sẽ cho xăng có chất lợng cao và hiệu suất lớn và trong khí cracking

có nồng độ lớn các hydrocacbon có cấu trúc nhánh

Ta có thể đánh giá độ chọn lọc bằng cách xác định tỷ lệ giữa hiệu suất xăng

và cốc ở cùng một độ sâu biến đổi.Tỷ số giữa hiệu suất xăng/ cốc càng cao thì

độ chọn lọc của xúc tác càng cao Sau một thời gian làm việc, cũng giống nh

độ hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác cũng bị giảm chính điều này gây ranhững thay đổi về tính chất của xúc tác trong điều kiện làm việc

III.2.3.Xúc tác phải đảm bảo độ ổn định phải lớn và độ bền cơ nhiệt [3,73]

Xúc tác phải giữ đợc những đặc tính chủ yếu ( nh 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 lớpxúc tác tăng lên, làm mất mát xúc tác lớn Do vậy mà xúc tác phải đảm bảo độbền 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 các tính chất của xúc tác

III.2.4 Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao và bền với các chất ngộ

độc xúc tác [3,73].

Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, cấu trúc,hình dáng và kích thớc Khikích thớc không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khácnhau và do sự phân lớp theo kích thớc nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình th-ờng của thiết bị.Mặt khác khi kích thớc không đồng đều sẽ làm tăng khả năng

vỡ vụn dẫn đến tổn hao xúc tác,khi cấu trúc lỗ xốp không đồng đều thì sẽ làmgiảm bề mặt tiếp xúc dẫn đến làm giảm hoạt tính xúc tác

Xúc tác phải có khả năng chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc củanhững hợp chất của nitơ, lu huỳnh (NH3, H2S) ,các kim loại nặng để kéo dàithời gian làm việc của xúc tác

III.2.5 Xúc tác phải có khả năng tái sinh, phải dễ sản xuất và rẻ tiền [3,73]

Xúc tác có khả năng tái sinh tốt thì sẽ nâng cao đợc hiệu quả và năng suất của quá trình, lợng tiêu hao xúc tác cũng giảm xuống

Xúc tác bị mất hoạt tính trong quá trình phản ứng do nguyên nhân chính làcốc tạo ra bám trên bề mặt hoạt động của xúc tác.Vì thế để tái sinh xúc tác ,ngời ta cần phải tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lò tái sinh

Cùng với việc cải tiến và hoàn thiện về dây truyền công nghệ của crackingxúc tác, ngời ta không ngừng nâng cao chất lợng xúc tác để tăng hiệu suất chếbiến của quá trình.Từ chỗ chỉ dùng xúc tác axít Al –Si ở dạng vô định hình,ngời ta đã nghiên cứu thành công và đa vào ứng dụng loại xúc tác ở dạng kếttinh zeolit Thành tựu này có thể nói là cuộc cách mạng trong cracking xúc

tác Loại xúc tác này cho hiệu suất xăng và diezel cao, làm giảm đợc tỷ lệ cốc

và khí Trong năm 1969 có gần 90% các phân xởng cracking xúc tác ở Mỹ vàCanada đã sử dụng xúc tác loại Zeolit X,Y, chúng rất bền vững trong quá trìnhtái sinh và có độ hoạt tính cao

III.3.Các loại xúc tác dùng trong quá trình cracking [2,106]

III.3.1 Xúc tác triclorua nhôm AlCl 3

Triclorua nhôm cho phép tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp: 200 – 3000C,

dễ chế tạo Nhợc điểm là xúc tác bị mất mát do tạo phức với hydrocacbon củanguyên liệu, điều kiện tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, chohiệu suất và chất lợng xăng thấp

III.3.2.Xúc tác aluminosilicat vô định hình.

Ban đầu ngời 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 chủyếu nh sau: 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 axít, đó là các axít rắn Các tâmhoạt tính nằm trên bề mặt xúc tác, đợc chia làm hai loại : tâm Lewis và tâmBronsted.Tâm Lewis là những tâm thiếu hụt electron của nhôm Nhôm luôn có

xu hớng nhận thêm cặp điện tử để lấp đầy quỹ đạo p trống.Còn tâm axítBronsted là những tâm khi tham gia phản ứng có khả năng cho proton hoạt

động

III.3.3 Xúc tác zeolit và xúc tác chứa zeolit.[1,116].

Zeolit là hợp chất của alumino –silic, là chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt.Cấu trúc của chúng đợc đặc trng bởi các mạng lỗ rỗng, rãnh, rất nhỏ thông vớinhau Thành phần hoá học của zeolit nh sau :

M2/n.Al2O3 x.SiO2.yH2OTrong đó: n là hoá trị của cation kim loại M

Về cấu tạo, zeolit đợc tạo thành từ các đơn vị cấu trúc cơ bản gọi là đơn vịcấu trúc sodalit Nếu các đơn vị này nối với nhau theo các mặt 4 cạnh ta cózeolit loại A còn nếu nối với nhau theo mặt 6 cạnh thì ta có zeolit loại X hayY.Khi chế tạo xúc tác cracking , hàm lợng Na cần phải giảm tới cực tiểu, bởivì sự có mặt của Na ở nhiệt độ cao và có mặt hơi nớc sẽ làm giảm đi đáng kểhoạt tính cũng nh độ chọn lọc của xúc tác cracking Khi thay thế Na bằng cáccation kim loại hoá trị lớn hơn hay bằng 2 nh Ca, reni hay các nguyên tố đấthiếm sẽ làm thay đổi đặc trng cấu trúc của zeolit đồng thời khi đó lại tạo racác tâm axít làm hoạt tính của xúc tác tăng lên.Nếu nh zeolit chứa oxyt siliccàng nhiều, lợng oxyt nhôm càng ít thì độ axit của nó càng tăng

Zeolit có hoạt tính cracking lớn, vì thế ngời ta dùng nó ở dạng hỗn hợp vớixúc tác vô định hình hay aluminosilicat tinh thể và đợc gọi là xúc tác chứazeolit Trong lúc sản xuất xúc tác, ngời ta thờng trộn 10  20% khối lợngzeolit, với hợp chất nh vậy , xúc tác cũng đã có hoạt tính mạnh, hơn hẳn xúctác aluminosilicat thông thờng.Trong công nghiệp ngời ta chế tạo xúc tác chazeolit ở hai dạng chính : Xúc tác dạng cầu và xúc tác dạng bột Từ xúc tácdạng bột sau đó cải tiến thành xúc tác dạng cầu, thờng đợc áp dụng cho quátrình cracking xúc tác lớp sôi, còn xúc tác dạng cầu với kích thớc hạt từ 3 mm– 5mm thì dùng cho quá trình cracking lớp xúc tác chuyển động.

III.3.4 So sánh giữa loại xúc tác vô định hình Aluminosilicat và zeolit [4,24].

Nếu đem hai loại xúc tác sử dụng trong điều kiện (Thiết bị , nguyên liệu )

nh nhau, ngời ta nhận thấy cùng một điều kiện nh nhau, xúc tác zeolit có độhoạt tính gấp 10 lần so với loại xúc tác vô định hình có %Al2O3 thấp và 2 lần

so với chất xúc tác vô định hình có tỷ lệ %Al2O3 cao

Nếu độ chuyển hoá khoảng 70% thì trong trờng hợp xúc tác zeolit cho tỷ lệcốc bằng 1/2 của chất xúc tác vô định hình có tỷ lệ %Al2O3 thấp và 2/3 so vớichất xúc tác có tỷ lệ % Al2O3 cao.Đồng thời hiệu suất về xăng sẽ tăng thêm2,5% thể tích so với chất xúc tác vô định hình có tỷ lệ %Al2O3 cao khi độchuyển hoá là 68 -70% và 10% so với chất xúc tác vô định hình có tỷ lệ %

Al2O3 thấp khi độ chuyển hoá là 72% Ngoài ra khi sử dụng chất xúc tác zeolit

ta thu đợc hiệu suất dầu diezel nhẹ nhiều hơn và dầu diezel nặng ít hơn so vớixúc tác vô định hình

Các đặc tính

Loại cóhàm lợng

Al2O3

thấp

Loại cóhàm lợng

Al2O3 cao

Thành phần cấu tạo

310,070,4

360,080,4

150,080,3Tính chất lý học

4150,880,39

3350,60,52

2700,550,55

5750,60,56

III.3.5.Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc.[1,122]

Xúc tác cracking trong quá trình làm việc bị giảm hoạt tính và độ chọnlọc Hiện tợng này ngời ta gọi là quá trình trơ hoá xúc tác Quá trình trơ hoácàng nhanh, nếu ta tiến hành quá trình ở điều kiện công nghệ khó khăn.Ví dụ

ta tiến hành ở nhiệt độ quá cao, thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu;ngoài ra còn xảy ra các quá trình khác làm tăng tốc độ trơ hoá Chúng ta cóthể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai quá trinh chính:

 Quá trình trơ hoá do tác dụng của các chất làm ngộ độc xúc tác

 Sự trơ hoá do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý, hoá lý của xúc tácNguyên nhân của sự trơ hoá xúc tác có thể là do :

mà đặc biệt là H2S ở nhiệt độ cao

năng của xúc tác

Các hợp chất khí khi tác dụng tới xúc tác có thể chia thành ba nhóm:

 Nhóm không tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn

tới làm giảm độ hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác.Tác dụng đồng thời củanhiệt độ cao và hơi nớc làm giảm độ hoạt tính tổng cộng của xúc tác Khi ápdụng quá trình ở lớp sôi (FCC), do cần phải duy trì điều kiện để cốc ít lắng

đọng trên xúc tác và xúc tác không bị quá nhiệt khi tái sinh, ngời ta phải đavào một lợng nhỏ hơi nớc Đồng thời cũng cần phải tránh sự tạo cốc quá ít, vì

điều đó dẫn tới phá vỡ cân bằng nhiệt lợng 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 phảnứng cracking trong lò phản ứng.Hàm lợng cốc trên xúc tác khi ra khỏi lò phảnứng phụ thuộc vào lợng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống Đối với đa số cácquá trình FCC, khi dùng xúc tác chứa zeolit, lợng cốc tạo ra thờng chiếm vàokhoảng 1,3 – 1,8% kh.l xúc tác, còn sau khi tái sinh là 0,1 -0,05% kh.l

Các hợp chất cơ kim và các hợp chất chứa nitơ trong nguyên liệu dầu là cácphần tử làm già hoá nhanh xúc tác Sự có mặt của các hợp chất chứa nitơtrong nguyên liệu làm giảm hiệu suất xăng và sản phẩm trắng.Khi tăng nhiệt

độ, tác dụng có hại của các hợp chất nitơ sẽ giảm

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

và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác Sự giảm nhanh nhấthoạt tính của xúc tác xảy ra trong lúc tiếp xúc của các độc tố với xúc tác Khilắng đọng các oxyt kim loại nặng trên xúc tác sẽ dẫn tới làm giảm độ sâucracking và giảm hiệu suất xăng do tăng nhanh quá trình tạo cốc.Khi hàm l-ợng các hợp chất lu huỳnh trong nguyên liệu tăng, hàm lợng các kim loại nặng

nh niken và vanadi cũng tăng theo, vì đa phần chúng đều tập trung ở phần cặnnặng và phân đoạn nhựa – asphan

IV.Sản phẩm thu đợc từ qúa trình cracking xúc tác.[2,102]

Hiệu suất và đặc tính của các sản phẩm trong cracking xúc tác phụ thuộc vàobản chất nguyên liệu, chất lợng xúc tác và chế độ công nghệ Sản phẩm chínhcủa quá trình là xăng, ngoài ra còn thu thêm một số sản phẩm phụ nh khí,gasoil nặng, gasoil nhẹ

IV.1 Sản phẩm khí cracking xúc tác.[3,66]

Hiệu suất khí cracking xúc tác chiếm khoảng 10 - 25% lợng nguyên liệu

đem cracking.Nó có thể giao động phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu

đem cracking Hiệu suất này nhiều hay ít phụ thuộc vào điều kiệncracking.Nếu cracking xúc tác ở điều kiện cứng ( nhiệt độ cao, tốc độ nạp liệunhỏ, bội số tuần hoàn lớn) thì hiệu suất khí sẽ lớn,còn nếu cracking ở điềukiện mềm thì hiệu suất khí sẽ ít

Thành phần của khí cracking phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu, vàobản chất của xúc tác Nếu nguyên liệu có hàm lợng lu huỳnh cao thì khícracking xúc tác chứa nhiều H2S

Sản phẩm khí đợc đa đến bộ phận phân tách khí Sau khi phân đoạn khí khô

đợc sử dụng làm nhiên liệu khí , còn phân đoạn propan – propylen và butan–butylen đợc dùng làm nguyên liệu cho quá trình alkyl hoá để nhận cấu tử cótrị số octan cao pha vào xăng hay nguyên liệu để tổng hợp hóa dầu và hoáhọc Phân đoạn C5 đợc pha vào trong xăng Trong phân đoạn C3, hàm lợngpropylen có thể đạt tới 70- 80% Trong phân đoạn C4, hàm lợng buten là 45-55% , hàm lợng iso- butan là 40 -60% và hàm lợng n- butan nhỏ, chỉ vàokhoảng 10 -20%

IV.2 Xăng cracking xúc tác.[2,104]

Đây là sản phẩm chính của quá trình cracking xúc tác, hiệu suất xăng thờngdao động trong khoảng từ 30 -35% lợng nguyên liệu đem vào cracking Hiệusuất và chất lợng xăng phụ thuộc vào chất lợng nguyên liệu, xúc tác, chế độcông nghệ

 Nếu nguyên liệu có nhiều naphten thì xăng thu đợc có chất lợng cao

 Nếu nguyên liệu có nhiều parafin thì xăng thu đợc có trị số octan thấp

 Nếu nguyên liệu có nhiều lu huỳnh thì trong xăng thu đợc cũng cónhiều lu huỳnh (thờng chiếm 15% tổng lợng lu huỳnh có trong nguyênliệu

Xăng nhận đợc từ quá trình cracking xúc tác có tỷ trọng khoảng 0,72 –0.77, trị số octan 87 - 91 (theo RON) Thành phần hoá học của xăng crackingxúc tác khác với xăng cracking nhiệt và xăng chng cất trực tiếp, có 30 - 40%olefin, 20- 30% aren, còn lại là naphten và iso parafin Với các đặc trng trênxăng cracking xúc tác có thể dùng làm xăng ôtô hoặc xăng máy bay

Để tăng trị số octan cho xăng cracking xúc tác, ngời ta pha thêm nớc chì(TEL) Xăng dùng cho máy bay thờng pha thêm 2,5 -3,3 g nớc chì cho 1 kgxăng và trị số octan sẽ tăng lên 10 đến 16 đơn vị Mức độ tăng trị số octan phụthuộc vào thành phần hoá học của xăng và hàm lợng lu huỳnh có trongxăng.Nếu xăng có nhiều hydrocacbon thơm và nhiều lu huỳnh thì khả năngtiếp nhận nớc chì kém Nếu xăng có hàm lợng parafin lớn thì mức độ tiếp nhậnnớc chì tăng

IV.3 Sản phẩm gasoil nhẹ.[3,69].

Gasoil nhẹ là sản phẩm phụ thu đợc trong cracking xúc tác, có nhiệt độ sôi

175 -3500C So sánh với nhiên liệu diezen thì nó có trị xêtan thấp và hàm lợng

lu huỳnh trong sản phẩm cao.Tuy nhiên chất lợng của sản phẩm này còn phụthuộc vào nguyên liệu đem cracking

Với nguyên liệu là xôla từ họ dầu parafinic thì gasoil nhẹ cracking xúc tácnhận đợc có trị số xêtan tơng đối cao (45 46)

Với nguyên liệu chứa nhiều hydrocacbon thơm, naphten thì trị số xêtan thấp(25 35)

Chất lợng của gasoil nhẹ không chỉ phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu

mà còn phụ thuộc vào chất lợng của xúc tác và chế độ công nghệ.Nếucracking xúc tác ở điều kiện cứng thì hiệu suất và chất lợng gasoil nhẹ càngthấp và ngợc lại cracking xúc tác ở điều kiện mềm thì thu đợc gasoil nhẹ cóhiệu suất và chất lợng cao

Gasoil nhẹ dùng làm cấu tử pha cho nhiên liệu diezel, làm nguyên liệu phavào mazut làm tăng chất lợng của dầu mazut

Gasoil nhẹ cracking xúc tác có đặc tính nh sau :

Tỷ trọng :0,84 -0,94

Thành phần hoá học: 1,7 -2,4% trọng lợng lu huỳnh, 30 -50% hydrocacbonthơm, còn lại là naphten và parafin

IV.4 Sản phẩm gasoil nặng.[2,105]

Sản phẩm gasoil nặng là phần cặn còn lại của quá trình cracking xúc tác, có

Ts trên 3500C, d420 = 0,890 – 0,990 Sản phẩm này chứa một lợng lớn tạp chấtcơ học Hàm lợng lu huỳnh cao hơn trong nguyên liệu ban đầu khoảng 1,5lần Nó đợc sử dụng làm nguyên liệu cho cracking nhiệt và cốc hoá, hoặc làmnguyên liệu đốt lò, làm nguyên liệu sản xuất bồ hóng, hoặc quay trở lại quátrình cracking

CHƯƠNG III chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác và Các dây

chuyền công nghệ cracking xúc tác

I.Chế độ công nghệ của quá trình cracking xúc tác.[1,127]

Các thông số công nghệ của quá trình ảnh hởng đến các chỉ tiêu làm việccủa quá trình cracking xúc tác.Các thông số công nghệ bao gồm: nhiệt độ, ápsuất, tốc độ nạp liệu không gian thể tích (tốc độ nạp liệu riêng), bội số tuầnhoàn xúc tác và mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá

I.1 Mức độ chuyển hoá (C ).

Đối với hydrocacbon tinh khiết, khi tham gia phản ứng, mức độ chuyên hoá

đợc đo bằng lợng sản phẩm tạo thành theo thời gian Nhng đối với phân đoạnphức tạp nh phân đoạn dầu mỏ, trong quá trình cracking xúc tác thì ngời ta lại

đo lợng xăng là sản phẩm chính và sản phẩm phụ nh khí và cốc.Nếu gọi y là

% thể tích của sản phẩm với điểm sôi cuối cao hơn điểm sôi cuối của xăng thì

độ chuyển hoá đợc tính theo công thức sau:

C =100 –yTuy nhiên cách xác định này cha sát với thực tế Để hiệu chỉnh theo sự biến

đổi hoá, lý trong quá trình tạo xăng và khí, ngời ta xác định mức độ biến đổitheo công thức sau:

C = 100 – y (100 –z)

Trong đó z là % xăng có trong nguyên liệu

Trong quá trình cracking xúc tác, ngoài mức độ biến đổi còn có các thông sốquan trọng khác

I.2 Bội số tuần hoàn xúc tác.[1,99]

Bội số tuần hoàn xúc tác là tỷ số giữa khối lợng xúc tác và khối lợng nguyênliệu (X/RH) đa vào thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian

Khi dùng xúc tác chứa zeolit cho phép giảm tỷ lệ X/RH xuống còn 10/1 sovới xúc tác vô định hình là 20/1 Nếu khi dùng công nghệ xúc tác chuyển

động với kích thớc hạt xúc tác từ 3 mm – 5 mm thì tỷ lệ X/RH còn thấp hơnnữa, chỉ khoảng 2 – 5/1

Khi thay đổi tỷ lệ X/RH thì sẽ làm thay đổi nhiệt độ của thiết bị phản ứng,thay đổi thời gian lu của xúc tác trong thiết bị phản ứng và trong lò tái sinh

đồng thời cũng làm thay đổi cả lợng cốc bám trên xúc tác trong một chutrình.Bội số tuần hoàn xúc tác tăng lên thì thời gian lu của xúc tác trong vùngphản ứng giảm xuống, hoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên làm cho hiệusuất khí, xăng, cốc đều tăng lên, nhng lợng cốc bám trên xúc tác sau tuầnhoàn lại giảm xuống.Điều này đợc giải thích là do lợng cốc đã đợc dàn ra ởmột lợng xúc tác lớn hơn Khi giữ tốc độ nạp liệu là không đổi, nếu tăng tỷ lệX/RH thì thời gian tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu giảm, và nh vậy độhoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên.Bằng cách thay đổi bội số tuần hoànxúc tác ta có thể điều chỉnh đợc hiệu suất và chất lợng của sản phẩm thu Việctăng bội số tuần hoàn xúc tác chỉ đến giới hạn cho phép Nếu tăng cao quá vềquan điểm hiệu quả kinh tế sẽ không có lợi vì sẽ dẫn đến tăng kích thớc củathiết bị tái sinh và hệ thống vận chuyển xúc tác, phải tăng khí nén cần thiết đểvận chuyển xúc tác và năng lợng tiêu tốn vận chuyển xúc tác

I.3.Tốc độ nạp liệu riêng.

Tốc độ nạp liệu riêng là tỷ số giữa lợng nguyên liệu đợc nạp vào trong một

đơn vị thời gian trên lợng xúc tác trong thiết bị phản ứng hay tỷ lệ về thể tíchcủa chúng, đợc ký hiệu bằng M/H/M hay V/H/V

Nếu p là áp suất trong thiết bị phản ứng và đợc tính bằng at thì độ chuyểnhoá C có mối liên hệ với tốc độ nạp liệu theo biểu thức:

M/H/M

P.K C 100

C



Phơng trình này áp dụng rất đúng với trờng hợp xúc tác cố định Trong trờnghợp cracking xúc tác với lớp sôi của xúc tác, độ chuyển hoá C lại phù hợp vớicông thức:

M/H/M

P.K 100

C 1 100

độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hoá tăng vì tốc độ nạp liệu là đại lợng ngợcvới thời gian phản ứng Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao, ta có thể tăngtốc độ nạp liệu và nh vậy sẽ tăng đợc năng suất thiết bị Trong thực tế nếu tadùng xúc tác là aluminosilicat vô định hình, tốc độ nạp liệu thể tích chỉ đạt từ

4 h-1 – 5h-1 Nhng nếu dùng xúc tác chứa zeolit, tốc độ nạp liệu thể tích là 80-120 h-1 khi tính trong ống đứng của thiết bị phản ứng, và từ 20 – 30 h-1 khitính trong lớp sôi của thiết bị phản ứng

Khi tăng tốc độ nạp liệu, nếu ta tăng nhiệt độ phản ứng, sẽ tăng trị số octancủa xăng và tăng hiệu suất olefin trong khi

I.4 Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng.

Nhiệt độ phản ứng trong thiết bị phản ứng thờng đạt 4800C  5500C Khitiến hành tăng nhiệt độ , lúc đầu hiệu suất xăng tăng và sau đó đạt đến cực đạirồi giảm xuống Điều này là do quá trình phân huỷ tăng làm phân huỷ các cấu

tử xăng vừa đợc tạo thành Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân huỷ tăng nhng

đồng thời các phản ứng bậc 2 nh dehydro cũng tăng, làm tăng hiệu suất cáchydrocacbon thơm và olefin Khi đó trong sản phẩm khí , hàm lợng C1 – C3

tăng, còn C4 giảm, tỷ trọng và trị số octan của xăng tăng lên

I.5.ảnh hởng của áp suất.

Quá trình cracking thờng đợc tiến hành ở áp suất 1,4  1,8 at ở điều kiệnnày phản ứng xảy ra ở pha hơi Khi tăng áp suất , hiệu suất xăng tăng lên, hiệusuất khí C1 – C3 giảm, hàm lợng olefin và hydrocacbon thơm giảm, hàm lợnghydrocacbon no tăng và do vậy chất lợng của xăng giảm.Đồng thời quá trình

tạo cốc lại tăng nên việc tăng áp suất đối với quá trình cracking xúc tác không

có hiệu quả kinh tế cao, vì vậy quá trình này chỉ tiến hành ở áp suất thờng

II Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác.

II.1.Sơ lợc về sự phát triển hệ thống cracking xúc tác.

Năm 1936, dây chuyền cracking xúc tác đầu tiên đợc đa vào công nghiệpchế biến dầu, hoạt động theo phơng thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định do

kỹ s ngời pháp Houdry thiết kế

Năm 1941, xuất hiện quá trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thaythế cho quá trình Houdry.Dây chuyền cracking xúc tác loại này ở Nga có tên

là loại 43 -1 và 43 -102, còn ở các nớc khác có tên là TCC.Các dây truyềncàng về sau càng liên tục đợc cải tiến so với các dây chuyền ban đầu ở khâuvận chuyển xúc tác

Năm 1942 dây chuyền cracking xúc tác lớp sôi FCC đầu tiên đã đợc đa vàohoạt động với công suất 12.000 thùng nguyên liệu/ngày.Loại dây chuyền này

có tên là (Up Flow).Xúc tác đợc đa ra từ đỉnh của lò phản ứng và tái sinh.Năm 1944 dây chuyền mang tên là Down Flow model II.Dây chuyền có thiết

bị phản ứng và thiết bị tái sinh có đờng kính lớn hơn trớc và quá trình tách hơisản phẩm đợc thực hiện ngay trong thiết bị phản ứng, tái sinh xúc tác ở dạngtầng sôi và quá trình thổi cũng ngày càng đợc cải tiến để cho xúc tác chuyển

động từ phía dới và lấy ra ngoài ở đáy thiết bị và ở đây ngời ta cũng cải tiến cảhình dạng của xúc tác

Năm 1947, hãng UOP đã thiết kế loại FCC trong đó thiết bị phản ứng vàthiết bị tái sinh chồng lên nhau trên cùng một trục

Năm 1951, loại Orthor Flow đầu tiên của M.W Kellog xuất hiện Sau đóhãng Standard – oil đã thiết kế một loại FCC mới đó là cải tiến của model II

và nó đợc áp dụng trong công nghiệp vào năm 1952

II.2 Xu hớng phát triển của cracking xúc tác.[4,25]

Kể từ khi ra đời cho đến nay, cracking xúc tác đã trải qua một thời kỳ dàigần 40 năm cải tiến và hoàn thiện dần các quy trình công nghệ cũng nh cácloại xúc tác sử dụng từ thiết bị cracking xúc tác đầu tiên với lớp xúc tác tĩnhhoạt động không liên tục con ngời đã không ngừng cải tiến thành kiểucracking xúc tác tầng sôi hoạt động liên tục với chất xúc tác ở dạng hạt hoặcdạng bột ở trạng thái chuyển động Dần dần ngời ta thay thế các loại xúc tác ởdạng hạt thành dạng bột có độ lớn vào khoảng 20 -100 micron và thu đợc hiệusuất cao, nâng giá trị kinh tế của một tấn dầu thô đa vào chế biến Ngày nay,cracking xúc tác lớp tầng sôi là một phơng pháp hiện đại nhất và đợc áp dụngrộng dãi trên thế giới đặc biệt là ở Mỹ, tỷ lệ cracking xúc tác ở lớp tầng sôichiếm vào khoảng 72% năm 1995 và 10 năm sau đã tăng lên tới 82% so với

toàn bộ cracking xúc tác, còn ở các nớc phát triển khác ở Tây âu, tỷ lệ nàychiếm vào khoảng 79%.

Trong 10 năm gần đây, xu hớng vẫn tiếp tục xây dựng phân xởng crackingxúc tác lớp sôi với công suất lớn từ 4,2 đến 5,2 triệu m3/năm Do công suất lớnnên vốn đầu t cũng nh chi phí sản xuất cho 1 m3 nguyên liệu đa vào rẻ hơn

II.3 Các dây chuyền công nghệ cracking.

II.3.1.Sơ đồ cracking xúc tác dạng cầu chuyển động.[3,108].

Sơ đồ gồm 2 phần chính :

 Phần xảy ra quá trình cracking và tái sinh xúc tác

 Phần gia nhiệt và phân chia sản phẩm

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nguyên liệu đợc cho qua bơm và cho qua hệ thống trao đổi nhiệt sau đó đợc

đa vào lò đốt Tại đây nguyên liệu đợc đốt nóng đến nhiệt độ xảy ra phản ứng

và bay hơi Hơi nguyên liệu từ lò đốt đi vào vùng phản ứng của thiết bị phảnứng Tại đây hơi nguyên liệu tiếp xúc với xúc tác, trộn với nhau từ trên xuốngdới Để tách hơi sản phẩm ra khỏi xúc tác ngời ta cho hơi nớc vào và hơi sảnphẩm cho qua thiết bị đặc biệt, tách ra khỏi xúc tác và cho sang tháp chngtách hỗn hợp sản phẩm Hơi xăng, hơi nớc và khí béo đi ra ở đỉnh tháp Hỗnhợp này cho qua ngng tụ và làm lạnh rồi cho qua thiết bị phân ly.Tại đây táchriêng xăng, khí béo và nớc Khí nhờ máy nén cho sang phân xởng sản xuấtkhí Xăng tách ra khỏi thiết bị phân ly một phần cho hồi lu về tháp chng táchsản phẩm Còn phần lớn xăng đợc đa về thiết bị ổn định xăng Còn phần gasoilnhẹ ( Ts :1950C  3500C) đợc lấy ra cạnh sờn tháp chng tách sau đó đợc chovào thiết bị tái bốc hơi bằng hơi nớc rồi lấy ra cho qua thiết bị trao đổi nhiệt

để gia nhiệt cho nguyên liệu sau đó đa qua thiết bị làm lạnh rồi đa về bể chứasản phẩm

Còn gasoil nặng ( có Ts >3500C).lấy ra khỏi đáy tháp chng tách, bơm qua thiết

bị trao đổi nhiệt và qua thiết bị làm lạnh rồi cho về bể chứa sản phẩm

Chế độ công nghệ của tháp chng đợc giữ ổn định nhờ điều chỉnh chất lỏng hồi

lu và tuần hoàn phân đoạn trung gian cho qua thiết bị trao đổi nhiệt và lạiquay về tháp chng

Xúc tác từ bunke- phân ly của ống vận chuyển bằng khí nén chuyển vàobunke của thiết bị phản ứng rồi cho vào vùng phản ứng và vào vùng tách sảnphẩm ra khỏi xúc tác Sau đó xúc tác lấy ra khỏi thiết bị phản ứng chuyểnsang ống vận chuyển và nhờ khì lò cho vào bunke- phân ly Tại đây khí lò đợc

đa ra ngoài , xúc tác đợc cho vào bunke thiết bị tái sinh Xúc tác đi vào quavùng tái sinh từ trên xuống dới Để đốt cốc bám trên xúc tác ngời ta cho

không khí vào Xúc tác đã tái sinh chuyển sang ống vận chuyển và vào bunkethiết bị phản ứng.

II.3.2.Sơ đồ quá trình cracking xúc tác một bậc trong lớp xúc tác giả sôi [3,113].

Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Xúc tác đã tái sinh đi từ thiết bị tái sinh theo hệ thống đờng ống cho xúc tác đixuống điểm giao nhau.ở đây xúc tác đợc trộn với nguyên liệu đã đợc đốt nóng

đi từ lò ống sang Hỗn hợp nguyên liệu với xúc tác theo hệ thống đờng ống đivào thiết bị phản ứng Hỗn hợp đi vào thiết bị phản ứng ở lối vào theo dòngtốc độ tuyến tính và rơi nhanh xuống, các phần nhỏ xúc tác tạo thành tầng sôi

ở đây xảy ra quá trình cracking

Chọn chiều cao của lớp xúc tác dựa theo thời gian tiếp xúc cần cho.Khí tách

ra khỏi xúc tác trong các máy hút bụi tách khí Sản phẩm cracking lấy chosang tháp chng tách sản phẩm Còn bụi xúc tác đợc giữ lại từ cyclon đợc đaquay lại tầng sôi

Xúc tác đã làm việc đợc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng cho sang tháp tái rửahơi.Tại đây cho hơi nớc quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặtxúc tác Xúc tác đã làm việc từ tháp tái bốc hơi cho xuống đờng ống rồi choxuống điểm trộn Dòng xúc tác đã làm việc cho vào tái sinh đợc điều chỉnhbằng van điều chỉnh Thổi không khí từ thiết bị thổi không khí vào điểm trộn,không khí nén đẩy xúc tác theo đờng ống đi lên thiết bị tái sinh, tại tầng sôixảy ra quá trình đốt cốc, tách cốc ra khỏi bề mặt xúc tác Xúc tác đã đợc đốtcốc cho qua giếng theo đờng ống tháo xuống trộn với nguyên liệu.Để tách hếtsản phâm cháy ra khỏi xúc tác ngời ta cho hơi nớc vào giếng Xúc tác cuốntheo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí Tại đây khí tái sinh tách

ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụng và từ đây cho đi sang

hệ thống làm sạch khí Còn xúc tác đợc giữ lại và quay trở lại tầng sôi

II.3.3 Sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi(FCC) với thời gian tiếp xúc ngắn [1,147].

Nguyên liệu mới từ bể chứa nguyên liệu 1 đợc cho qua thiết bị trao đổi nhiệtống chùm.Nguyên liệu mới có thể đem trộn với một phần tuần hoàn (HCO)( phân đoạn dầu nặng của quá trình cracking xúc tác ) và cặn đáy, sau đó choqua lò đốt nóng nguyên liệu cracking.Nguyên liệu cracking đợc tiếp xúc vớixúc tác nóng đã tái sinh ở đáy của ống đứng, khi đó nguyên liệu bay hơi cùngvới hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác đợc đi lên phía trên tới đỉnh của ống

đứng, đồng thời xảy ra các phản ứng cracking xúc tác Hầu hết nguyên liệu

đều tham gia phản ứng và chuyển hoá trong ống đứng, còn thiết bị phản ứng

đợc đợc dùng nh một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon Một bộ phận

đ-ợc thiết kế đặc biệt, bố trí gần van chặn, dùng hơi nớc để thổi xúc tác và dầu

điều này sẽ hạn chế mức tối đa hiện tợng trộn quay trở lại của xúc tác và hơikhí đã làm việc.Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng đợc chuyển sangcột phân đoạn Xúc tác đã làm việc đợc cho qua vung tách hơi ( còn gọi là bộphận rửa xúc tác ) bằng cách thổi hơi nớc vào.Bộ phận rửa không chỉ làmnhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp phụ trên xúc tác mà còn làm tơi các hạtxúc tác để chúng không dính vào nhau trớc khi sang lò tái sinh.Tốc độ hơi cần

đợc điều chỉnh thích hợp và cần phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lu của xúc táctrong bộ phận rửa để tránh phải dùng quá nhiều không khí trong lò tái sinh

Ap suất trong thiết bị phản ứng đợc khống chế bằng bộ phận điều chỉnh ápsuất của cột phân đoạn

2.Lò tái sinh và khối tận dụng nhiệt của khói lò.

Xúc tác có chứa cốc đợc chuyển qua van điều khiển và khống chế bởi độkiểm tra mức xúc tác ở trong lò phản ứng,sau đó đi vào lò tái sinh Xúc tácvào lò tái sinh Xúc tác vào lò tái sinh theo hớng tiếp tuyến với thành lò Mục

đích của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy khôngkhí, sản phẩm tạo thành là CO và CO2, hơi nớc do vậy mà trả lại bề mặt hoạttính cho xúc tác Sau khi nén không khí để đốt đợc đa vào đáy lò tái sinh, qualới phân phối để trộn có hiệu quả giữa không khí và xúc tác.Sự cháy cũng xảy

ra trong lớp sôi và để đạt đợc điều đó thì tốc độ của không khí phải lớn hơn 1m/s Xúc tác đã tái sinh đợc chuyển vào ống đứng sau khi đã đuổi sạch khíqua một van lá mà sự hoạt động của van này đợc khống chế, điều khiển tự

động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị phản ứng, rồi sau đó xúc tác

đợc trộn với nguyên liệu cracking và hoàn thành một chu trình Đồng thời tatiến hành tháo xúc tác bẩn đã già hoá ra và tiếp tục bổ xung xúc tác mới để

đảm bảo độ hoạt tính ổn định của xúc tác trong quá trình làm việc

Khí của quá trình cháy cốc và các hạt xúc tác chuyển động từ "pha đặc” vào

“pha loãng" ở đỉnh lò tái sinh, qua hai cấp xyclon để giữ lại các hạt xúc tácvàkhí tách Sau đó, khí khói đợc qua buồng lắng để tách tiếp bụi xúc tác, rồi qua

bộ phận tận dụng nhiệt, sau đó khí khói đợc làm sạch bụi xúc tác bằng lọc

điện rồi đi ra ngoài theo ống khói

và buten đợc dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá và sản phẩmtiếp theo là xăng đã khử butan

Từ cột phân đoạn chính ta còn nhận đợc naphta nặng , LCO, HCO PhầnHCO có thể cho tuần hoàn lại ống đứng của thiết bị phản ứng và sản phẩmcuối cùng là phần dầu cặn đã đợc làm sạch khỏi bùn xúc tác

III Phân tích lựa chọn công nghệ cracking xúc tác.

Qua lịch sử phát triển của quá trình cracking xúc tác, đồng thời qua phântích đánh giá các yêu cầu khác nh chế độ làm việc, nguyên liệu xúc tác tathấy quá trình FCC có rất nhiều u điểm và thuận lợi, hệ thống này đợc sử dụngngày càng phổ biến trong công nghiệp dầu mỏ, nó đợc các hãng công nghiệphàng đầu trong lĩnh vực này nh UOP, Kellogg, Shell, IFP, Exxon nghiên cứu

để hoàn thiện hơn nhằm mục đich đạt năng suất hiệu quả cao nhất, sử dụngnguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm đợc xúc tác 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, ngời ta thấy nó có nhiều u điểm hơn hệ thống cracking xúc tác trong lớp xúc tác chuyển động Những u điểm đó là:

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

nh thiết bị tái sinh, khắc phục đợc hiện tợng quá nhiệt cục bộ

Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau, nh từnguyên liệu là phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng là mazut, làm tăngtính vạn năng của hệ thống

Hệ thống này có công suất làm việc lớn và có thời gian tiếp xúc ngắn (thờigian tiếp xúc giữa nguyên liệu và xúc tác là cực tiểu) dẫn đến việc đạt đợchiệu suất xăng cực đại và olefin nhẹ không xảy ra phản ứng ngng tụ bậc hai

mà đã tạo xăng ứng dụng phơng pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO trong thiết

bị tái sinh) dẫn đến đạt hàm lợng cất cặn rất thấp trong xúc tác

Với những u điểm nổ bật đó nên ta chọn sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôiFCC với thời gian tiếp xúc ngắn cho quá trình cracking xúc tác

Ph©n xëng cracking xóc t¸c cã n¨ng suÊt 3.000.000 tÊn/n¨m víi nguyªn liÖu

lµ lÊy tõ phÇn cÆn cña dÇu th« B¹ch Hæ Ta coi thêi gian lµm viÖc cña ph©n ëng trong 1 n¨m lµ 8000 h

x-N¨ng suÊt cña ph©n xëng tÝnh theo giê sÏ lµ : GNL=3.106

8000 = 375 T / h.

Chän hiÖu suÊt x¨ng ( tÝnh theo % träng lîng nguyªn liÖu míi ) lµ

X = 45,1% träng lîng nguyªn liÖu míi

Chän hiÖu suÊt cèc Xc = 1,7% träng lîng nguyªn liÖu míi

Chän hiÖu suÊt khÝ khi cracking lµ Xk = 17,7% träng lîng nguyªn liÖu míi HiÖu suÊt gasoil nhÑ lµ : Xgnh = 22% träng lîng nguyªn liÖu míi

HiÖu suÊt gasoil nÆng lµ : Xgn = 12,5% träng lîng nguyªn liÖu míi

Coi lîng mÊt m¸t lµ 1%

Tæng lîng vËt chÊt vµo lß ph¶n øng Gvµo = GNL = 375 ,T/h

Lîng s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng :

Lîng khÝ cracking lµ:

Gk = GNL 17,7 = 375 0,177 = 66,375 ,T/h Lîng x¨ng lµ :

Gx = GNL 0,451 = 375 0,451 = 169,125 ,T/h Lîng gazoil nhÑ lµ :

Ggnh = GNL 0,22 = 375 0,22 = 82,5 , T/hLîng gazoil nÆng lµ :

Ggn = GNL 0,125 = 375 0,125 = 46,875 ,T/h

Lîng cèc lµ :

Gc = GNL  0,017 = 375 0,017 = 6,375 ,T/hLîng mÊt m¸t lµ :

Gm = GNL  0,01 = 375 0,01 = 3,75 ,T/hVËy tæng lîng s¶n phÈm vµ mÊt m¸t lµ:

Gra = Gk + Gx + Ggnh + Ggn + Gc + Gm

= 66,375 + 169,125 + 82,5+ 46,875 + 6,375 + 3,75 = 375 , T/h

kÕt qu¶ tÝnh to¸n c©n b¨ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng nh sau : B¶ng 1: KÕt

qu¶ tÝnh to¸n c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n

Xác định lợng tiêu hao hơi nớc.

Hơi nớc sử dụng trong quá trình là hơi quá nhiệt

Để điều chỉnh mật độ của hỗn hợp hơi nguyên liệu và xúc tác ở trong ống vậnchuyển ta dùng hơi nớc và nó tiêu tốn khoảng 0,4 -2,0% trọng lợng tính theotải trọng của lò phản ứng Ta chọn tiêu tốn hơi nớc để điều chỉnh mật độ hỗnhợp là 1,6% trọng lợng theo nguyên liệu Vậy lợng hơi nớc tiêu hao trong tr-ờng hợp này là :

Gn1 = 0,016 375 = 6 ,T/h

Hơi nớc dùng để tách hơi sản phẩm cracking ra khỏi xúc tác trớc khi đa vào lòtái sinh trong vùng tách Tiêu tốn trong trờng hợp này vào khoảng 5 -10 kg đểtách đợc 1 tấn xúc tác có dính cốc Ta chọn giá trị là 7 kg /1tấn xúc tác Nhvậy lợng hơi nớc tiêu tốn sẽ là :

Vế trái của biểu thức biểu diễn tổng nhiệt

l-ợng mang vào thiết bị tính bằng , Kcal/h

QNL : Nhiệt lợng do nguyên liệu mới mang vào

QH2Ohv1 : Nhiệt lợng do hơi nớc đa vào ống vận chuyển

QH2Ohv2 : Nhiệt lợng do hơi nớc mang vào vùng tách

QXtv : Nhiệt lợng do xúc tác mang vào

Vế phải của phơng trình biểu diễn tổng nhiệt lợng mang ra khỏi thiết bị phản ứng tính bằng (Kcal/h)

QXtr : Nhiệt lợng do xúc tác mang ra

Qk : Nhiệt lợng do sản phẩm khí mang ra

Qx : Nhiệt lợng do hơi xăng mang ra

Qgnh : Nhiệt lợng do hơi gasoil nhẹ mang ra

Qgn : Nhiệt lợng do phần gasoil nặng mang ra

QH2Ohr1 : Nhiệt lợng do hơi nớc mang ra khỏi ống vận chuyển

QH2Ohr2 : Nhiệt lợng do hơi nớc mang ra khỏi vùng tách

Qmm : Mất mát nhiệt vào môi trờng

Qp : Nhiệt lợng tiêu hao cho phản ứng cracking

Dựa vào các tài liệu và thực tế công nghiệp ta chọn nhiệt độ của các thành phần lúc đi vào thiết bị phản ứng nh sau:

Nhiệt độ của xúc tác vào thiết bị phản ứng là : txtv = 6000C

Nhiệt độ của hơi nớc đa vào ống vận chuyển là: tH2Ov1 = 6000C ( áp suất 40 at)Nhiệt độ của hơi nớc đa vào vùng tách: tH2Ov2 = 2300C ( áp suất 2 at)

II.1 Nhiệt lợng do khí sản phẩm mang ra.

Trong bảng 2 dới đây theo tài liệu •6,118] sẽ chỉ ra thành phần của khícracking ( Ngời ta xác định đợc bằng cách phân tích sắc ký khí của sản phẩmkhí nhận đợc khi cracking)

Với giả thiết là áp suất trong thiết bị phản ứng là tơng đối nhỏ, vì vậy ảnh ởng của áp suất lên hàm nhiệt là không đáng kể Khi biết thành phần của khícracking ta có thể tìm đợc hàm nhiệt của riêng từng cấu tử sau đó ta có thểtính đợc hàm nhiệt của hỗn hợp các cấu tử

h-Tổng hàm nhiệt riêng phần của các cấu tử sẽ là hàm nhiệt của khí cracking ởnhiệt độ đã cho Nhờ nội suy ta có thể xác định đợc hàm nhiệt của khí ở cácnhiệt độ trung gian

Bảng 2: Thành phần của khí cracking

theo nguyên liệu

2,310,571,253,222,43

3187,57508662,5

2137, 54687,5120759112,5

93,75375541,476,34156,25287,5207,1

C4H10

3,952,92

14812,510950

264,5188,79

Bảng 3: Hàm nhiệt của các cấu tử khí ở trong khoảng nhiệt độ 300 0 C -

II.2 Nhiệt lợng do hơi các sản phẩm nặng hơn mang ra.

Hàm nhiệt của hơi hydrocacbon đợc xác định theo công thức :

t : Nhiệt độ của phân đoạn 0C

Hàm nhiệt của gasoil nhẹ ở 5000 C là :

q cốc : hàm nhiệt của cốc hoặc xúc tác , Kcal/kg

C : là nhiệt dung riêng của cốc hay nhiệt dung riêng của xúc tác và tơng ứng bằng 0,6 và 0,27 ,Kcal/ Kg.độ

t : Nhiệt độ của xúc tác hay cốc

Hàm nhiệt của xúc tác đi vào ống phản ứng :