DANH GIÁ LỰA CHỌN XÚC TÁC NHẰM ĐẢM BẢO SỰ HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHÂN XƯỞNG RFCC NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI THÀNH PHẦN DẦU THÔ THAY ĐỔI LUẬN VĂN THẠC SĨ

Conversion = 100 - LCO + DCO vol% or wt% C/O Catalyst to Oil ratio : Tỉ lệ xúc tác so với nguyên liệu Cyclone Là thiết bị tách các hạt rắn từ dòng hơi sản phẩm phản ứng hay trong dòng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

NGUYỄN HOÀNG TRI

ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN XÚC TÁC NHẰM ĐẢM BẢO SỰ HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHÂN XƯỞNG

RFCC NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI

THÀNH PHẦN DẦU THÔ THAY ĐỔI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

NGUYỄN HOÀNG TRI

ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN XÚC TÁC NHẰM ĐẢM BẢO SỰ HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHÂN XƯỞNG

RFCC NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI

THÀNH PHẦN DẦU THÔ THAY ĐỔI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM

Đà Nẵng – Năm 2019

TÓM TẮT

ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN XÚC TÁC NHẰM ĐẢM BẢO SỰ HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHÂN XƯỞNG RFCC NHÀ MÁY LỌC DẦU

DUNG QUẤT KHI THÀNH PHẦN DẦU THÔ THAY ĐỒI

Họ Viên: Nguyễn Hoàng Tri Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học

Mã số: Khóa 35 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Việc tối ưu hóa xúc tác RFCC tại NMLD sẽ được thực hiện thường xuyên, liên tục trên cơ

sở tối ưu hóa điều kiện vận hành, lượng châm xúc tác và đặc tính kỹ thuật của xúc tác nhằm đạt được hiệu quả kinh tế tối ưu cho BSR Khi đặc tính nguyên liệu có sự thay đổi và/hoặc cơ cấu sản phẩm có khả năng thay đổi theo hướng không mong muốn và/hoặc đặc tính xúc tác cần tiếp tục thay đổi cho phù hợp với điều kiện hiện hữu, v.v… BSR sẽ xem xét tối ưu hóa xúc tác hiện hữu và/hoặc triển khai lựa chọn loại xúc tác mới Để đảm bảo khả năng ổn định tối đa cho phân xưởng, hợp đồng cung cấp xúc tác cho phân xưởng RFCC sẽ ký với thời hạn 3 năm Công việc đánh giá lựa chọn xúc tác mới phải đảm bảo khắc phục các hạn chế của các loại xúc tác đã qua sử dụng cũng như xúc tác hiện tại và đáp ứng được các thay đổi của nguồn dầu thô trong tương lai xu hướng nặng hơn và có nhiều tạp chất hơn, ổn định vận hành và nâng cao hiệu quả kinh tế

Từ khóa: Conversion, MAT, Matrix, Zeolit, Patical Size Distribution, Apparent Bulk Density,

Catalyst circulation, Catalyst fluidization, Matrix surface area

ASSESSMENT OF PARTICIPATION CHOOSE TO ENSURE THE STABLE AND EFFICIENT OPERATION OF THE RFCC FACTORY OF DUNG QUAT

OIL FILTER FACTORY

Abstract: The optimization of RFCC catalyst in NMLD is carried out regularly and continuously on

the basis of optimizing operating conditions, catalyst make up and catalyst technical properties to achieve optimal economic efficiency for BSR When feed properties have changed and / or product yield structure is likely to change in the unwanted direction and / or catalyst properties need to be changed to suit existing conditions, etc BSR will consider existing catalyst optimization and / or implement new catalyst selection In order to ensure the operation stability for unit, the catalyst supply contract for RFCC unit will be signed for a period of 3 years The evaluation of the new catalytic option must ensure that the limitations of the used catalysts and current catalyst are overcome and the changes in future of crude oil sources in the heavier trend are met with more impurities, stable operation and improved economic efficiency

Key words: Conversion, MAT, Matrix, Zeolit, Patical Size Distribution, Apparent Bulk Density,

Catalyst circulation, Catalyst fluidization, Matrix surface area

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài 2

Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG RFCC, NGUYÊN LIỆU VÀ XÚC TÁC 4

1.1 Công nghệ phân xưởng RFCC 4

1.1.1 Sơ đồ công nghệ cụm phân xưởng RFCC 5

1.1.2 Cụm phản ứng-tái sinh xúc tác 6

1.1.3 Cụm phân tách sản phẩm 6

1.1.4 Cụm thu hồi khí 7

1.1.5 Khu vực xử lý khói thải 7

1.2 Tổng quan về nguyên liệu 7

1.2.1 Cơ sở đánh giá 7

1.2.2 Nguyên liệu 8

1.2.3 Các tính chất của nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình 8

1.2.4 Hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu 9

1.2.5 Các tính chất vật lý của nguyên liệu 10

1.3 Giới thiệu về xúc tác cracking 12

1.3.1 Thành phần xúc tác 12

1.3.2 Tính chất Zeolit 13

1.3.3 Đặc tính xúc tác mới 18

1.3.4 Đặc tính xúc tác cân bằng 20

1.4 Đặc tính giả lỏng của xúc tác 23

1.4.1 Lý thuyết về trạng thái giả lỏng 24

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU, XÚC TÁC

CỦA RFCC 29

2.1 Các ảnh hưởng của nguyên liệu 29

2.1.1 Tính chất hóa học, vật lý của nguyên liệu và các ảnh hưởng 29

2.1.2 nh hưởng của tính chất vật lý của nguyên liệu: 29

2.1.3 Các tạp chất trong nguyên liệu và các ảnh hưởng 31

2.1.4 Tổng kết 36

2.2 Các ảnh hưởng của xúc tác đến vận hành 37

2.2.1 nh hưởng đến trạng thái giả lỏng và ổn định tuần hoàn xúc tác 37

2.2.2 nh hưởng đến độ chọn lọc và chuyển hóa 39

2.2.3 Tính chất vật lý 42

2.3 Tóm tắt các ảnh hưởng của xúc tác và nguyên liệu 46

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU VÀ CÔNG THỨC XÚC TÁC CHO PHÂN XƯỞNG RFCC HIỆN HÀNH 47

3.1 Đánh giá nguyên liệu 47

3.1.1 Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu 47

3.1.2 Chỉ số axít trong dầu 47

3.1.3 Nhiệt độ điểm chảy 47

3.1.4 Về hiệu suất phân đoạn 47

3.1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong cặn khí quyển 48

3.1.6 Hàm lượng CCR trong cặn khí quyển 48

3.1.7 Hàm lượng lưu huỳnh trong cặn khí quyển 49

3.1.8 Các loại dầu thô tiềm năng đã được thử nghiệm tại nhà máy trong thời gian qua 49

3.2 Đánh giá xúc tác hiện hữu tại nhà máy 50

3.2.1 Kết quả thu thập số liệu 50

3.2.2 Đánh giá kết quả về mặt kỹ thuật 51

3.2.3 Kết luận 53

CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

4.1 Yêu cầu kỹ thuật khi sử dựng xúc tác RFCC mới 54

4.1.1 Yêu cầu cơ bản của xúc tác 54

4.1.2 Giới hạn vận hành của phân xưởng RFCC 54

4.2 Biện luận công thức xúc tác 56

4.2.1 Hàm lượng ẩm (Loss Of Ignition) 56

4.2.2 Hàm lượng Ô-xit nhôm (Alumina-Al2O3) 57

4.2.3 Hàm lượng Ô-xit các nguyên tố đất hiếm (Rare Earth Oxide -Re2O3) 58

4.2.4 Hàm lượng Natri (Sodium -Na) 60

4.2.5 Hàm lượng Can-xi (Calcium -Ca) 61

4.2.6 Hàm lượng sắt (Iron - Fe) 61

4.2.7 Hàm lượng Vanadium (V) 63

4.2.8 Hàm lượng Nickel (Ni) 63

4.2.9 Tỷ trọng khối biểu kiến (Appearace Bulk Density – ABD) 64

4.2.10 Chỉ số mài mòn (Attrition Index) 68

4.2.11 Micro Activity Test (MAT) 70

4.2.12 Thể tích lổ xốp (Pore Volume) 75

4.2.13 Tổng diện tích bề mặt riêng (Total Surface Area) 76

4.2.14 Diện tích bề mặt Zeolit (Zeolit Surface Area) 77

4.2.15 Diện tích bề mặt Matrix (Matrix Surface Area) 79

4.2.16 Phân bố kích thước hạt (Particle Size Distribution) 81

4.3 Tổng hợp kết quả 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ABD Apparent Bulk Density : tỉ trọng xúc tác biểu kiến

APS Average Particle Size: kích thước hạt trung bình của xúc tác

Conversion

Độ chuyển hóa thường được xác định bằng phần trăm nguyên liệu được bẻ gãy thành sản phẩm xăng, sản phẩm nhẹ hơn và cốc Độ chuyển hóa được tính toán sơ bộ dựa trên 100 phần trăm trừ cho phần trăm thể tích hoặc khối lượng sản phẩm FCC (so với nguyên liệu) của phân đoạn nặng hơn phân đoạn xăng

Conversion = 100 - (LCO + DCO) vol% or wt%

C/O Catalyst to Oil ratio : Tỉ lệ xúc tác so với nguyên liệu

Cyclone Là thiết bị tách các hạt rắn từ dòng hơi sản phẩm phản ứng hay

trong dòng khí thải CCR Hàm lượng Conradson-Carbon trong nguyên liệu RFCC

CDU Crude Distillation Unit: Phân xưởng chưng cất dầu thô

CF

Coke Factor : Hệ số tạo cốc là đặc tính tạo cốc của xúc tác cân bằng so sánh với đặc tính tạo cốc của xúc tác tiêu chuẩn tại cùng

độ chuyển hóa CRC Carbon on Regenerated Catalyst : Lượng cốc còn lại trên xúc tác

đã được tái sinh

Dipleg Là một phần của thiết bị tách Cyclone nhằm cung cấp áp suất làm

kín giữa đầu vào và hạt rắn đầu ra của cyclone DCO Decanted Oil : Sản phẩm đáy tháp chưng cất chính

E-cat Xúc tác cân bằng là xúc tác đã được tái sinh tuần hoàn từ thiết bị

tái sinh đến thiết bị phản ứng FEED Front End Engineering Design

Fresh catalyst Xúc tác mới

Flue gas Dòng khí thải từ thiết bị tái sinh xúc tác

FG Sản phẩm khí khô

Gasoline Sản phẩm xăng của phân xưởng RFCC

LCO Light Cycle oil: phân đoạn LCO của phân xưởng RFCC

LOI Loss of Ignition: Hàm lượng phần trăm độ ẩm trong xúc tác LPG Liquid Petrolium Gas: Khí hóa lỏng

MAT Micro Activity test: Đánh giá hoạt tính xúc tác RFCC

Rg1 1st regenerator: Thiết bị tái sinh tầng thứ nhất

Rg2 2nd regenerator: thiết bị tái sinh xúc tác tầng thứ hai

Rx Thiết bị phản ứng

ROSS Thiết bị phân tách hydrocacbon và xúc tác sau khi ra khỏi ống

phản ứng PGT Performance Gurantee Test

Purchased Ecat Xúc tác Ecat mua từ các nhà máy khác

Selectivity Tính chọn lọc của xúc tác RFCC

SLO Slurry oil: phân đoạn cặn đáy tháp phân xưởng RFCC

Tầng đặc Dense phase: Là vùng mà tại đó xúc tác được duy trì tại trạng thái

giả lỏng

Tầng loãng Dilute phase: Là vùng trên vùng tầng đặc tại đó có mật độ xúc tác

thấp hơn Trickle valve Van được lắp đặt tại cuối chân (dipleg) của cyclone

WDW Thiết bị ổn định và chảy chuyền xúc tác

4.2: So sánh sản lượng sản phẩm giữa xúc tác mới và c 85

1.4: nh hưởng của UCS đến octan và năng suất sản lượng C3 14

1.5: So sánh khả năng lưu giữ hoạt tính giữa các zeolit trao đổi đất

1.6: nh hưởng của đất hiếm đến chỉ số octan và sản lượng xăng 16 1.7: nh hưởng của Natri đối với chỉ số octans 17 1.8: nh hưởng của đất hiếm đến hoạt tính xúc tác (MAT) 20 1.9: Bảng phân tích các chỉ tiêu của xúc tác cân bằng 21 1.10: Trạng thái tầng sôi giống như một chất lỏng 24 1.11: Sự trộn lẫn xúc tác được dẫn động bởi bóng khí 26

2.1: Mối quan hệ giữa nhiệt độ số và số nguyên tử carbon 30 2.2: nh hưởng của Nitrogen trong nguyên liệu lên độ chuyển hóa 32

2.3: Mất hoạt tính bởi Vanadi thay đổi theo chế độ vận hành thiết bị

2.4: nh hưởng của hàm lượng hạt mịn đến tính giả lỏng của xúc tác 39

2.5: Đường cong thu xăng điển hình so với đường cong loại xúc tác

REY và USY được đánh giá tại một nhà máy thí điểm 40

2.9: Thể tích lỗ rỗng chất xúc tác cân bằng với thể tích lỗ rỗng chất

Số hiệu

4.3: Hàm lượng Al2O3 trong xúc tác mới từ năm 2010 đến năm 2017 58

4.4: Hàm lượng RE2O3 trong xúc tác mới theo cam kết của nhà cung

4.16: Biểu đồ áp suất của WDW giai đoạn tháng 1 đến 2 năm 2019 67

4.17: Biểu đồ chỉ số chịu mài mòn của xúc tác mới từ năm 201 đến

4.18: Biểu đồ hàm lượng Ash đầu trong dầu SLO từ năm 2015 đến 68

4.34: Biểu đồ giá trị đo SA của xúc mới từ năm 201 đến năm 2019 79

4.35: Biểu đồ giá trị đo SA của xúc tác Ecat mới từ năm 2018 đến

4.36: Biểu đồ sản lượng DCO từ 8/2018 đến năm 4/2019 80

4.37: Biểu đồ PSD 0-20 µm của xúc tác mới từ 11/201 đến năm

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất thuộc Công ty cổ phần Lọc Hóa Dầu B nh Sơn

đã đi vào vận hành thương mại từ đầu năm 2009 Kể từ đó đến nay, nhà máy đã cung cấp một lượng đáng kể sản phẩm năng lượng cho thị trường nội địa, góp phần quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và giảm thiểu việc chuyển đổi ngoại tệ từ việc nhập khẩu các sản phẩm lọc hóa dầu từ nước ngoài

Trong đó phân xưởng cracking xúc tác RFCC, bản quyền AXENS (pháp), chuyển hóa phần cặn của phân xưởng chưng cất khí quyển để tạo ra các sản phẩm nhiên liệu

có giá trị cao Việc vận hành ổn định và hiệu quả phân xưởng này có ý nghĩa quyết định đối với nhà máy về sản lượng và hiệu quả kinh tế

Hiện nay, tính chất dầu thô c ng như nguyên liệu cho phân xưởng RFCC có xu hướng ngày càng xấu đi, nặng hơn và hàm lượng các tạp chất tăng cao, đặc biệt là hàm lượng Fe và Ca Để duy trì vận hành phân xưởng RFCC an toàn ổn định và hiệu quả, việc đánh giá và lựa chọn công thức xúc tác phù hợp với nguyên liệu là rất quan trọng

để nâng cao hiệu quả và ổn định vận hành của phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi nói riêng và nhà máy Lọc Dầu Dung Quất nói chung

Từ khi vận hành thương mại đến nay phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi đã trải qua nhiều lần lựa chọn nhà cung cấp xúc tác nhằm tìm kiếm loại xúc tác có công thức phù hợp nhất, đáp ứng về mặt kỹ thuật, đảm bảo sự ổn định trong vận hành c ng như hiệu quả kinh tế cao đối với phân xưởng RFCC và nhà máy

Chính vì những lí do đó mà tôi chọn đề tài “Đánh giá lựa chọn xúc tác nhằm đảm

bảo sự hoạt động ổn định và hiệu quả của phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất khi thành phần dầu thô thay đổi”

2 Mục tiêu

Trên cơ sở phân tích các chế độ hoạt động và các vấn đề phát sinh khi vận hành phân xưởng RFCC của nhà máy lọc dầu Dung Quất, xúc tác được đánh giá cho sử dụng tại phân xưởng cần phải đáp ứng được các vấn đề sau:

 Đảm bảo tính giả lỏng của xúc tác để ổn định tuần hoàn xúc tác của phân xưởng RFCC của BSR và cho ổn định vận hành ở 60% công suất và 60 – 100% hoặc cao hơn

 Đảm bảo xúc tác có khả năng chịu đựng với hàm lượng kim loại cao (Fe, Ca,

Na, Ni, V, v.v.) trong nguyên liệu

 Tối ưu hóa mức tiêu thụ chất xúc tác mới và tổn thất xúc tác

 Các cơ cấu sản phẩm và chất lượng sản phẩm đáp ứng theo yêu cầu và nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà máy (tối đa sản lượng xăng, tối thiểu sản lượng khí đốt, LPG và DCO)

 Đảm bảo các tiêu chuẩn về phát thải môi trường như bổ sung phụ gia khử SOx

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tập trung phân tích số liệu thực nghiệm tại phân xưởng RFCC của nhà máy lọc dầu Dung Quất về các chủng loại xúc tác dựa trên các thành phần thay đổi trong công thức xúc tác để từ đó lựa chọn công thức xúc tác mới phù hợp với nguồn nguyên liệu hiện tại và tương lai để nâng cao ổn định vận hành và hiệu quả kinh tế của nhà máy

3.2 Phạm vi nghiên cứu

₋ Dữ liệu vận hành và dữ liệu xúc tác của phân xưởng RFCC từ năm 201 đến

2019

4 Phương pháp nghiên cứu

₋ Phân tích dữ liệu vận hành thực tế của phân xưởng RFCC và các tác động của xúc tác trong suốt khoảng thời gian từ năm 201 đến 2019

₋ Phân tích dữ liệu về các chủng loại xúc tác đã được sử dụng ở phân xưởng RFCC

từ năm 201 đến 2019

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài

₋ Áp dụng công thức xúc tác mới được lựa chọn để ổn định tính chất giả lỏng và tuần hoàn xúc tác của phân xưởng RFCC khi thành phần nguyên liệu dầu thô thay đổi

₋ Tăng độ chuyển hóa thành các sản phẩm có giá trị như xăng, propylene, giảm sản lượng khí khô và sản phẩn đáy DCO

₋ Nâng cao tính chịu đựng về tạp chất kim loại Fe và Ca, giảm chi phí về tiêu thụ xúc tác khi hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu tăng cao đòi hỏi phải bổ sung một lượng lớn xúc tác để ổn định vận hành

₋ Giúp nhà máy có thể chế biến được nhiều chủng loại dầu thô khác nhau nếu xúc tác RFCC ổn định về tuần hoàn xúc tác và hiệu quả kinh tế

- Chương 2: Tổng quan về các kỹ thuật đánh giá nguyên liệu và xúc tác, nội dung của chương này là t m hiểu về các ảnh hưởng của nguyên liệu và xúc tác lên vận hành phân xưởng RFCC

- Chương 3: Đánh giá nguyên liệu và công thức xúc tác RFCC hiện tại, nội dung của chương này là lựa chọn nguyên liệu và đánh giá của xúc tác hiện tại về ảnh hưởng của tính chất giả lỏng và cơ cấu sản phẩm

- Chương 4: Các kết quả và thảo luận, nội dung của chương này là biện luận công thức xúc tác mới dựa trên dữ liệu vận hành và dữ liệu về các chủng loại xúc tác qua các thời kỳ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG RFCC,

NGUYÊN LIỆU VÀ XÚC TÁC

1.1 Công nghệ phân xưởng RFCC

Phân xưởng được thiết kế với công suất là 3.256.000 tấn/ngày (hoạt động liên tục 8.000 giờ/năm) Phân xưởng RFCC được thiết kế để xử lý phần cặn chưng cất khí quyển của dầu thô Bạch Hổ và dầu thô hỗn hợp với tỷ lệ dầu Bạch Hổ/dầu Dubai là 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai Phân xưởng RFCC có khả năng vận hành ở 2 chế độ khác nhau: [1]

+ Tối đa xăng (Max Gasoline)

+ Tối đa LCO (Max Distillate)

Hiện tại, phân xưởng RFCC đang vận hành ở chế độ tối đa LCO Phân xưởng RFCC có thể xử lý 100% dầu cặn nóng trực tiếp từ phân xưởng CDU hay có thể xử lý đến 100% dầu cặn nguội từ bể chứa nhờ hệ thống gia nhiệt và thu hồi nhiệt

Mục đích chính của phân xưởng craking xúc tác tầng sôi dầu cặn (Residue Fluid Catalytic Craking) là chuyển hóa nguyên liệu cặn thành các sản phẩm phân đoạn nhẹ,

có giá trị như: LPG, xăng, nguyên liệu sản xuất Diesel (Light Cycle Oil) Nhờ các phản ứng hóa học ở dạng hơi với sự có mặt của xúc tác, các phân tử hydrocacbon mạch dài trong nguyên liệu sẽ được bẻ gãy thành các phân tử mạch ngắn Xúc tác tái sinh có nhiệt độ cao cung cấp nhiệt cho quá tr nh cracking, làm bay hơi nguyên liệu dầu và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cracking nhanh Sự hóa hơi nguyên liệu và các phản ứng cracking xảy ra trong ống nâng (Riser) trong khoảng 2 giây Các sản phẩm của phản ứng như khí đốt, dầu cặn slurry và cốc c ng được tạo thành trong ống nâng Phần lớn các thiết bị trong phân xưởng RFCC dùng để chứa xúc tác, phân tách hơi sản phẩm và tách cốc khỏi xúc tác, trong khi đó chỉ một phần nhỏ trong hệ thống được sử dụng trực tiếp cho phản ứng cracking

Công nghệ R2R của IFP kết hợp 2 tầng tái sinh xúc tác, hệ thống phun nguyên liệu đồng nhất, dòng điều khiển nhiệt (mixed temperature control), hệ thống tách cuối ống nâng và các thiết bị phân phối không khí, hơi nước Công nghệ R2R của IFP có thể chuyển hóa cặn chưng cất khí quyển thành sản phẩm với độ linh hoạt cao

Tháp chưng cất phân tách sản phẩm hơi từ thiết bị phản ứng Các sản phẩm gồm dầu cặn, LCO, xăng nặng, phần hơi và lỏng ở đỉnh tháp Để tối đa sản phẩm xăng, phần xăng nặng được trộn với xăng nhẹ từ phân xưởng thu hồi khí Để tối đa sản phẩm Diesel, phần xăng nặng đã được tách phần nhẹ 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 bằng amine

Sơ đồ tổng quan mặt bằng của phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất

được tr nh bày như hình 1.1

Hình 1.1: Tổng quan mặt bằng cụm phân xưởng RFCC/LTU/NTU/PRU

1.1.1 Sơ đồ công nghệ cụm phân xưởng RFCC

Sơ đồ công nghệ phân xưởng RFCC được trình bày như hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ các khu vực trong phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi

Các khu vực công nghệ chính được phân chia thành:

Xúc tác đã sử dụng chứa khoảng 1-1,5%kl cốc từ hệ thống phân phối xúc tác được phân phối đều lên tầng tái sinh thứ nhất D-1502 Tại tầng thứ nhất khoảng 50-70% cốc được đốt cháy Tổng lượng không khí vào lò tái sinh thứ nhất được điều khiển để giới hạn nhiệt độ ở tầng tái sinh thứ nhất cao nhất là 730oC

Xúc tác đã được tái sinh một phần ở thiết bị tái sinh thứ nhất sẽ tiếp tục theo ống nâng vào thiết bị tái sinh thứ hai D-1503 ở bên dưới vòng khí (air ring) Bộ phận phân phối ở đầu ống nâng bảo đảm việc phân phối xúc tác và không khí một cách hiệu quả Sau đó xúc tác sẽ tiếp tục được tái sinh hoàn toàn tới dưới 0,05% cacbon ở điều kiện khắc nghiệt hơn so với điều kiện trong thiết bị tái sinh thứ nhất D-1502 ở khoảng

- Xăng đã được ổn định áp suất hơi bảo hòa

1.1.5 Khu vực xử lý khói thải

Sơ đồ công nghệ cụm xử lý khí thải của phân xưởng RFCC được tr nh bày như

phụ lục 1.4

Chức năng của khu cụm xử lý khí thải là chuyển hóa CO thành CO2 và tận dụng nhiệt để sản xuất hơi nước đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn môi trường về khí thải trước khi xả ra ống khói

 Tiêu chuẩn dòng khói thải ra môi trường [1]

xử lý nguyên liệu có hàm lượng cặn cacbon và tạp chất cao

Nguyên liệu cho tính toán thiết kế là phân đoạn cặn có nhiệt độ sôi lớn hơn 370oC

từ tháp chưng cất khí quyển của hai loại dầu thô sau:

- Dầu thô Bạch Hổ

- Dầu hỗn hợp

Phân xưởng sử dụng 100% nguyên liệu nóng từ tháp chưng cất khí quyển và c ng

có thể nhận 100% nguyên liệu nguội từ bể chứa

Phân xưởng có thể vận hành ở hai chế độ:

- Max Gasoline (MG): tối đa hiệu suất sản phẩm Naptha để phối trộn xăng

- Max Distillate (MD): tối đa hiệu suất thu LCO để phối trộn diesel

Mục đích của phân xưởng là chuyển hóa toàn bộ phần cặn của tháp chưng cất khí quyển thành các sản phẩm nhẹ có giá trị kinh tế cao dưới tác dụng của xúc tác ở nhiệt

độ cao

1.2.2 Nguyên liệu

Nguyên liệu của phân xưởng là phần cặn 370+oC của tháp chưng cất khí quyển có

các tính chất đặc trưng được tr nh bày như phụ lục 1.5

Ngoài ra, cụm xử lý khí còn tiếp nhận khí off-gas và LPG từ phân xưởng chưng cất khí quyển, off-gas từ phân xưởng xử lý naphtha

1.2.3 Các tính chất của nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình

Trong phân xưởng RFCC có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thông số vận hành và cơ cấu sản phẩm như: chất lượng nguyên liệu, giới hạn vận hành, xúc tác cho quá tr nh, tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm và tiêu chuẩn khí thải Trong phạm vi của đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu phần ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu đến thông số vận hành c ng như cơ cấu của sản phẩm và khí thải

Chất lượng của nguyên liệu là một trong những tính chất quyết định đến thông số vận hành và cơ cấu sản phẩm Hai loại nguyên liệu tương đương nhau về thành phần cất, có thể khả năng cracking và có cơ cấu sản phẩm rất khác nhau V vậy chất lượng nguyên liệu là một yếu tố then chốt, cần phải được hiểu rõ và xem xét kỹ những ảnh hưởng của các tính chất của nguyên liệu đến giới hạn thiết bị, thông số vận hành, cơ cấu sản phẩm và cuối cùng là lợi nhuận thu được

Bản chất của nguyên liệu có thể được đánh giá thông qua các họ hydrocarbon có mặt trong nguyên liệu do bản chất của quá tr nh RFCC là bẻ gãy các phân tử nặng thành những phân tử nhẹ hơn ỗi nhóm hydrocacbon có khả năng craking khác nhau

và cho ra cơ cấu sản phẩm khác nhau

a) Parafin

Đây là nhóm hydrocacbon cho hiệu suất thu sản phẩm cao nhất Với nguyên liệu giàu parafin (từ 50÷ 5% khối lượng nguyên liệu), quá tr nh cracking xúc tác sẽ tạo xăng có chỉ số RON thấp, lượng cốc trên xúc tác thấp Thông thường, cặn dầu mang tính parafin là nguyên liệu tốt cho quá tr nh cracking Tuy nhiên, trong thực tế để dự đoán ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu đến quá tr nh cracking xúc tác việc xác định hàm lượng parafin trong nguyên liệu ít được áp dụng, mà thường dựa vào các chỉ

tiêu phân tích khác như điểm anine, hệ số K

b) Olefin

Đây là nhóm hydrocacbon chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong cặn chưng cất khí quyển, v vậy có thể xem như ảnh hưởng của olefin trong nguyên liệu không đáng kể

c) Naphthen

Đây là nhóm hydrocacbon thuận lợi nhất cho quá tr nh cracking và cho chỉ số RON cao Sản phẩm tạo ra từ hydrocacbon loại này thường nặng hơn so với sản phẩm tạo ra parafin

d) Aromatic

Đây là nhóm hydrocacbon không mong muốn trong nguyên liệu, khả năng craking của phân tử aromatic rất thấp, hiệu suất chuyển hóa thấp, lượng xăng ít (nhưng có RON cao), tạo cốc nhiều

1.2.4 Hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu

Trong dầu thô luôn luôn có chứa một số hàm lượng tạp chất và tạp chất này chủ yếu sẽ nằm lại trong phần cặn của tháp chưng cất khí quyển V vậy trong nguyên liệu của quá tr nh luôn có chứa một hàm lượng tạp chất đáng kể

a) Nitơ

Trong dầu thô nitơ tồn tại dưới hai dạng: dạng trung tính và dạng bazơ Trong đó dạng bazơ sẽ có khả năng trung hòa các tâm axít trên xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác, gây ảnh hưởng xấu đến quá tr nh

Ngoài ra nitơ trong nguyên liệu một phần chuyển vào sản phẩm của quá tr nh, một phần khác bám trên cốc đi vào thiết bị tái sinh Tại nhiệt độ cao trong quá trình tái sinh, 10% lượng Nitơ chuyển hóa thành NOx đi ra cùng khí thải [8] Hai thành phần nitơ nói trên có ảnh hưởng đến chất lượng khí thải và sản phẩm ột điều cần lưu ý là

sự có mặt của nitơ tại bộ phận phân tách sản phẩm sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn do axít HCN được h nh thành trong ống Riser trước đó

b) Lưu huỳnh

Không giống như nitơ, các hợp chất của lưu huỳnh không ảnh hưởng nhiều đến quá tr nh, tuy nhiên việc có mặt của lưu huỳnh làm cho hàm lượng khí hydro sulphic (H2S), sulphur oxit (SOx) trong khí thải từ thiết bị tái sinh là một vấn đề cần được quan tâm Ngoài ra, hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm sẽ cao tương ứng với lưu huỳnh trong nguyên liệu Hơn nữa, các hợp chất của lưu huỳnh h nh thành trong quá tr nh

c ng gây ăn mòn rất lớn trong cụm phân tách sản phẩm

c) Niken

Hàm lượng kim loại nói chung và Niken nói riêng trong nguyên liệu là một thông

số rất quan trọng Hầu hết tất cả các kim loại trong nguyên liệu đều gây ảnh hưởng xấu đến quá tr nh Tất cả các kim loại này sẽ bám trên xúc tác và gây những hậu quả nghiêm trọng cho quá tr nh V vậy, lượng kim loại trên xúc tác cân bằng là một thông

số phải được giới hạn trong mức cho phép

Niken có mặt trong nguyên liệu sẽ bám trên xúc tác, hoạt hóa cho phản ứng khử hydrokhông mong muốn của quá tr nh, tạo nhiều hợp chất olefin không bền Những hợp chất olefin này sẽ kết hợp với nhau tạo thành các phân tử lớn hơn và kết quả tạo thành cốc và tăng lượng hydro trong sản phẩm khí

e) Sắt

C ng như Vanadi và Niken, sắt trong nguyên liệu sẽ bám vào bề mặt xúc tác che lấp mao quản dẫn đến các phân tử hydrocarbon không tiếp cận được với tâm hoạt tính xúc tác đồng thời sắt kết hợp với canxi nóng chảy tạo nốt sần (noddulation) trên bề mặt xúc tác làm ảnh hưởng đến tính giả lỏng của xúc tác trong hệ thống

f) Natri và các kim loại kiềm khác

Kim loại kiềm bám trên bề mặt xúc tác, trung hòa các tâm axít của xúc tác, gây giảm hoạt tính xúc tác Trong thiết bị tái sinh, kim loại kiềm gây dính bết xúc tác Sự

có mặt của Natri sẽ kích thích cho quá tr nh phá hủy xúc tác bởi Vanadi

1.2.5 Các tính chất vật lý của nguyên liệu

ặc dù thành phần hóa học của nguyên liệu là yếu tố ảnh hưởng chính đến quá

tr nh, nhưng để xác định được nó là một công việc khó khăn và mất nhiều thời gian V vậy trong công nghiệp, việc xác định các tính chất vật lý của nguyên liệu để dự đoán các ảnh hưởng của những tính chất này đến quá tr nh thường được áp dụng Các thông

số đó bao gồm: độ API, độ nhớt, thành phần cất, điểm aniline, hệ số khúc xạ, số Brom (hoặc chỉ số Brom), hàm lượng cặn…Và đây c ng chính là những thông số chính mà tác giả sẽ phân tích đánh giá ảnh hưởng của nó đến quá tr nh

a) Độ API

Đây là thông số đặc trưng cho tỷ trọng của nguyên liệu, xác định ở nhiệt độ 0oF

Độ thay đổi của API so với tỷ trọng là rất lớn, ví dụ như API tăng từ 24 đến 2 th tỷ trọng sẽ chỉ giảm 0,011 V vậy API “thể hiện” rõ hơn ảnh hưởng của tỷ trọng đến quá

tr nh Với cùng một khoảng nhiệt độ sôi, API tăng khi hàm lượng parafin tăng Với cùng một họ hydrocacbon, API tăng khi nguyên liệu nhẹ hơn V vậy, với cùng một khoảng nhiệt độ sôi, nguyên liệu có API cao th khả năng craking sẽ tốt, cho hiệu suất

xăng, LPG cao và giảm hiệu suất tạo khí và cặn ặc dù vậy, nguyên liệu có cùng API

c ng có thể có những tính chất rất khác nhau ảnh hưởng rất lớn đến quá tr nh

b) Thành phần cất

Đây là thông số quan trọng cung cấp thông tin về chất lượng và thành phần nguyên liệu Thông thường thành phần cất càng “nặng”, hiệu suất chuyển hóa càng thấp, hiệu suất xăng thấp, khí và cốc tăng Nếu nguyên liệu nhẹ, nhưng hiệu suất chuyển hóa thấp có nghĩa là nguyên liệu đó có tính aromatic cao, kết quả là hiệu suất thu xăng không cao (nhưng RON cao), khí và cốc tăng, hiệu quả kinh tế không cao Ngược lại, nếu nguyên liệu nặng cho hiệu suất chuyển hóa cao (như dầu thô Bạch Hổ) nghĩa là nguyên liệu đó giàu parafin, cho hiệu suất xăng và LPG cao, ít khí và cặn Ngoài ra, thành phần cất c ng là một đại lượng cho phép dự đoán lượng cốc tạo ra trong quá trình Thành phần cất phân đoạn trên 482oC sẽ dự đoán khả năng tạo cốc của từng loại nguyên liệu Thành phần này càng cao, th cốc tạo ra càng cao

c) Độ nhớt

Đây là thông số quan trọng khi xem xét khả năng tạo sương và hóa hơi của nguyên liệu ngay tại đầu phun nguyên liệu Thông số này có ý nghĩa lớn đến hiệu suất chuyển hóa và cốc tạo thành Nếu độ nhớt cao, nguyên liệu “khó phun” và hóa hơi kém, tiếp xúc với xúc tác không tốt làm giảm hiệu suất chuyển hóa và tạo nhiều cốc

d) Hàm lượng cặn cacbon

Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng cặn trong nguyên liệu như: cặn cacbon Conradson, cặn cacbon Ramsbottom, cặn cacbon icrocacbon, lượng không tan trong heptan Trong đó không có phương pháp nào có thể đo được hàm lượng cặn chính xác hoàn toàn, các phương pháp bổ sung cho nhau Việc xác định hàm lượng cặn cacbon sẽ cho phép dự đoán hàm lượng cốc tạo ra trong quá tr nh Khi hàm lượng cặn tăng hiển nhiên là cốc tạo ra tăng Thông thường, khoảng 50% cặn CCR trong nguyên liệu sẽ chuyển thành cốc [8]

e) Các hệ số kinh nghiệm

Như phần trên đã tr nh bày, việc xác định thành phần của nguyên liệu rất khó khăn

và tốn nhiều thời gian, do đó trong thực tế, ngoài dựa vào các thông số vật lý, các hệ

số kinh nghiệm thường được sử dụng kết hợp để đánh giá ảnh hưởng của nguyên liệu đến quá tr nh Các hệ số kinh nghiệm được tính toán từ các thông số vật lý dựa trên các công thức thực nghiệm ột số hệ số kinh nghiệm được sử dụng phổ biến như:

KUOP và KW, hệ số TOTAL

KUOP và KW phản ánh hàm lượng hydro trong nguyên liệu, tức là phản ánh khả năng craking của nguyên liệu Nếu nguyên liệu có giá trị K dưới 11 đồng nghĩa với nguyên liệu mang tính Aromatic và khả năng craking là rất thấp Các loại nguyên liệu

này sẽ không mang hiệu quả kinh tế cao Nếu K trên 12, tức là nguyên liệu mang tính parafin và có khả năng cracking cao

1.3 Giới thiệu về xúc tác cracking

1.3.1 Thành phần xúc tác

Chất xúc tác của RFCC/FCC ở dạng bột mịn với kích thước hạt điển hình là 10 –

130 µm Chất xúc tác cracking hiện đại có bốn thành phần chính:

a) Zeolit

Zeolit là thành phần chính của chất xúc tác FCC Nó cung cấp tính chọn lọc sản phẩm và phần lớn hoạt tính xúc tác Hiệu quả của xúc tác phụ thuộc phần lớn vào bản chất và chất lượng của zeolit Hiểu cấu trúc zeolit, các loại zeolite, cơ chế bẻ gãy mạch

và các đặc tính là rất cần thiết trong việc lựa chọn chất xúc tác phù hợp, để cho ra sản

lượng sản phẩm mong muốn

b) Cấu trúc Zeolit

Zeolit có cấu trúc mạng tinh thể, các khối cơ bản của nó là tứ diện silica và

alumina (hình dạng kim tự tháp) Mỗi khối tứ diện được trình bày như hình 1.3 bao

gồm một nguyên tử silicon hoặc nhôm ở trung tâm của tứ diện, với các nguyên tử oxy

ở bốn góc Mạng zeolit có một mạng lưới lỗ xốp rất nhỏ, đường kính lỗ xốp của hầu hết zeolit RFCC ngày nay là 8 (Å) Những khoảng trống nhỏ này, với diện tích bề mặt bên trong khoảng 600 m2 / g, không dễ dàng cho phép các phân tử hydrocarbon có đường kính phân tử lớn hơn 8 - 10 Å đi vào

Khối ô mạng cơ bản của tinh thể zeolit là một ô đơn vị Kích thước ô đơn vị (Unit Cell Size - UCS) là khoảng cách giữa các ô lặp lại trong cấu trúc zeolit Một ô đơn vị trong mạng tinh thể zeolit Y điển hình chứa 192 vị trí nguyên tử trong khung mạng: 55 nguyên tử nhôm và 137 nguyên tử silicon Điều này tương ứng với tỷ lệ mol của silica (SiO2) với alumina (Al2O3) là 5 Kích thước ô đơn vị UCS là một thông số quan trọng trong đặc tính cấu trúc của zeolit Một tứ diện

Hình 1.3: Tứ diện Silicon / aluminum c) Hóa học Zeolit

Như đã nêu ở trên, một zeolit điển hình bao gồm các nguyên tử silicon và nhôm được nối tứ diện bởi bốn nguyên tử oxy Silic ở trạng thái oxy hóa +4 do đó một tứ diện có chứa silic là điện tích trung tính Ngược lại, nhôm ở trạng thái oxy hóa + 3, điều này chỉ ra rằng mỗi khối tứ diện chứa nhôm có điện tích bằng - 1, phải được cân bằng bởi một ion dương

Các giải pháp có chứa natri hydroxit thường được sử dụng trong việc tổng hợp zeolit Natri đóng vai trò là ion dương để cân bằng điện tích âm của tứ diện nhôm Zeolit này được gọi là soda Y hoặc NaY Các zeolit NaY không ổn định thủy nhiệt vì hàm lượng natri cao Các ion amoni thường được sử dụng để thay thế natri Khi sấy zeolit, amoniac được hóa hơi Kết quả là h nh thành các tâm axit Bronsted và Lewis Các tâm axit Bronsted có thể được trao đổi thêm với các vật liệu đất hiếm như cerium

và lanthanum để tăng cường hoạt tính của chúng Hoạt tính của zeolit đến từ các tâm axit này

1.3.2 Tính chất Zeolit

Các tính chất của zeolit đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất tổng thể của chất xúc tác Hiểu những đặc tính này làm tăng khả năng dự đoán phản ứng xúc tác của chúng ta đối với những thay đổi trong hoạt động sản xuất của phân xưởng Từ khi sản xuất zeolit phải giữ được các đặc tính xúc tác của nó trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt của phân xưởng RFCC ôi trường lò phản ứng / tái sinh có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong thành phần hóa học và cấu trúc của zeolit Đặc biệt, trong thiết bị tái sinh, zeolit phải chịu tác động của nhiệt độ cao và hơi nước (tác động thủy nhiệt) Trong lò phản ứng, nó tiếp xúc với các tạp chất từ nguyên liệu như vanadi

và natri Các phương pháp phân tích khác nhau đã được sử dụng để xác định tính chất zeolit Những phương pháp này cung cấp thông tin về hoạt tính, loại, số lượng và phân

phối của tâm axit Các phương pháp kiểm tra bổ sung c ng có thể cung cấp thông tin

về diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ ô mạng Ba thông số phổ biến nhất đánh giá zeolit như sau:

 UCS

 Hàm lượng đất hiếm

 Hàm lượng Na

UCS: Đây là giá trị đo các tâm nguyên tử nhôm hoặc tổng độ axit trên mỗi đơn vị

ô mạng Các nguyên tử nhôm tích điện âm là nguồn của các tâm axit trong zeolit Các nguyên tử silicon không sở hữu bất kỳ hoạt tính nào

UCS c ng là một chỉ số về hoạt tính axit của zeolit Bởi vì ion nhôm lớn hơn ion silic, khi UCS giảm, các tâm axit trở nên xa nhau hơn Sức mạnh của các tâm axit được xác định bởi mức độ cô lập của chúng với các vị trí axit lân cận Sự gần g i của các vị trí tâm axit này gây ra sự mất ổn định cấu trúc zeolit Phân phối tâm axit của zeolit là một yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hoạt tính và tính chọn lọc của zeolit Ngoài

ra, phép đo UCS có thể được sử dụng để cho thấy trị số octan của zeolit UCS thấp hơn cho thấy các tâm hoạt tính ít hơn trên mỗi đơn vị ô mạng Các tâm axit ít hơn này cách

xa nhau và do đó ức chế các phản ứng chuyển vị hydro, do đó làm tăng chỉ số octan xăng, c ng như sản xuất các thành phần nhẹ hơn và C3 được trình bày ở đồ thị hình

1.4 [8] Sự tăng chỉ số octan là do nồng độ olefin trong xăng cao hơn

Zeolit có UCS thấp hơn th ít hoạt tính hơn các zeolit đã trao đổi đất hiếm Tuy nhiên, các zeolit UCS thấp hơn có xu hướng giữ lại một phần lớn hoạt tính của chúng trong điều kiện vận hành khắc nghiệt về phá hủy nhiệt và thủy nhiệt, do đó có tên USY

Một zeolit mới được sản xuất có UCS tương đối cao trong khoảng 24,50 - 24,75

Å ôi trường phá hủy nhiệt và thủy nhiệt trong thiết bị tái sinh tách alumina từ cấu trúc zeolit và do đó làm giảm UCS của nó Mức UCS cuối cùng phụ thuộc vào hàm lượng đất hiếm và natri của zeolit Hàm lượng natri và đất hiếm của zeolit mới càng thấp thì UCS của chất xúc tác cân bằng (E-cat) càng thấp So sánh khả năng lưu giữ hoạt tính giữa các zeolit trao đổi đất hiếm so với zeolit USY được trình bày ở đồ thị

hình 1.5

Hình 1.5: So sánh khả năng lưu giữ hoạt tính giữa các zeolit trao đổi đất hiếm so với

zeolit USY a) Hàm lượng đất hiếm:

Các nguyên tố đất hiếm (RE) như lanthanum và cerium đóng vai trò là cầu nối để

ổn định các nguyên tử nhôm trong cấu trúc zeolit Chúng ngăn các nguyên tử nhôm tách ra khỏi mạng zeolit khi chất xúc tác tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao trong thiết bị tái sinh

Một zeolit được trao đổi hoàn toàn với đất hiếm có UCS cao, trong khi một zeolit không có trao đổi với đất hiếm có UCS rất thấp khoảng 24,25 A Đất hiếm làm tăng

hoạt tính zeolit và độ chọn lọc xăng với giảm chỉ số octan được trình bày ở hình 1.6

[8] Giảm octan là do thúc đẩy các phản ứng chuyển vị hydro Việc đưa đất hiếm vào

duy trì các tâm axit ngày gần hơn, thúc đẩy các phản ứng chuyển vị hydro Ngoài ra, đất hiếm giúp cải thiện sự ổn định nhiệt và thủy nhiệt của zeolit Để cải thiện hoạt tính của zeolit USY, các nhà cung cấp xúc tác thường thêm một số đất hiếm vào zeolit

b) Hàm lượng natri:

Natri trên chất xúc tác có nguồn gốc từ zeolit trong quá trình sản xuất hoặc từ nguyên liệu của FCC Điều quan trọng đối với zeolit mới là chứa lượng natri rất thấp Natri làm giảm tính ổn định thủy nhiệt của zeolit Nó c ng phản ứng với các tâm axit của zeolit và làm giảm hoạt tính xúc tác Trong thiết bị tái sinh, natri là có tính di động Các ion natri có xu hướng trung hòa các tâm axit mạnh nhất Trong một zeolit

đã khử nhôm, trong đó UCS thấp (24,22 - 24,25 o

A), natri có thể có ảnh hưởng xấu

đến chỉ số octan xăng và được trình bày ở đồ thị hình 1.7 [8] Sự giảm octan được cho

là do sự sụt giảm số lượng các tâm axit mạnh

Hình 1.6: Ảnh hưởng của đất hiếm đến chỉ số octan và sản lượng xăng

Hình 1.7: Ảnh hưởng của Natri đối với chỉ số octans

Các nhà cung cấp chất xúc tác của RFCC hiện có thể sản xuất xúc tác có hàm lượng natri là 0,2 % khối lượng Natri thường được báo cáo như là phần trăm khối lượng của natri hoặc soda (Na2O) trên chất xúc tác Cách thích hợp để so sánh natri là phần khối lượng của natri trong zeolit Điều này là do xúc tác của RFCC có nồng độ zeolit khác nhau

UCS, đất hiếm và natri chỉ là ba trong số các thông số có sẵn để mô tả các đặc tính zeolit mà nhà cung cấp xúc tác cung cấp thông tin Nếu được yêu cầu, các phân tích kiểm tra bổ sung có thể được tiến hành để kiểm tra các đặc tính khác của zeolit

Hoạt tính matrix đóng góp đáng kể vào hiệu suất tổng thể của xúc tác RFCC Các

lổ mao quản zeolit không thích hợp để bẻ gãy mạch các phân tử hydrocarbon lớn thường có điểm sôi cao (482oC), chúng quá nhỏ để cho phép khuếch tán các phân tử lớn đến tâm axit Để tăng hiệu quả th matrix phải có cấu trúc xốp để cho phép khuếch tán hydrocarbon vào và ra khỏi xúc tác

Hoạt tính của matrix là cung cấp các phản ứng bẽ gãy mạch sơ bộ Các tâm axit nằm trong matrix không được chọn lọc như các tâm axít của zeolit nhưng có thể bẻ gãy các phân tử lớn hơn bị cản trở khi đi vào lỗ mao quản của zeolit Hoạt tính matrix tiền bẽ gãy các phân tử nguyên liệu nặng để cho quá trình bẽ gãy tiếp tục bên trong các mao quản zeolit Kết quả là sự tương tác hiệp đồng giữa matrix và zeolit trong đó hoạt

tính đạt được bởi các hiệu ứng kết hợp của chúng có thể lớn hơn tổng hiệu ứng riêng lẻ của chúng

atrix c ng có thể đóng vai trò là bẫy để bắt giữ vanadi và nitơ Phần có nhiệt độ sôi cao của nguyên liệu RFCC thường chứa kim loại và nitơ có tính kiềm (basic nitrogen) gây ngộ độc cho zeolit Một trong những lợi thế của hoạt tính matrix là nó bảo vệ zeolit khỏi bị mất hoạt tính bởi các tạp chất này

d) Chất độn và chất kết dính

Chất độn là một loại đất sét được kết hợp vào xúc tác để pha loãng hoạt tính của zeolit Kaoline [Al2(OH)2, Si2O5] là loại đất sét phổ biến nhất được sử dụng trong xúc tác của RFCC Nhà sản xuất xúc tác của RFCC sử dụng đất sét kaoline làm bộ khung

để phát triển zeolit

Chất kết dính đóng vai trò như một chất keo để giữ zeolit, matrix và chất độn với nhau Chất kết dính có thể có hoặc không có hoạt tính xúc tác Tầm quan trọng của chất kết dính trở nên nổi bật hơn với các xúc tác có chứa nồng độ zeolit cao

Các chức năng của chất độn và chất kết dính là cung cấp độ bền vật lý (mật độ, khả năng chịu mài mòn, phân bố kích thước hạt (PSD), v.v.), môi trường truyền nhiệt

và trạng thái giả lỏng trong đó thành phần quan trọng nhất zeolit được kết hợp vào Tóm lại, zeolit sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính, tính chọn lọc và chất lượng sản phẩm Hoạt tính matrix có thể cải thiện chuyển hóa phần cặn nặng và chống lại các tấn công của vanadi và nitơ Những matrix chứa các lỗ xốp nhỏ có thể ngăn chặn khả năng phân tách hydrocarbon của xúc tác đã qua sử dụng và tăng sản lượng hydro khi có mặt niken Đất sét và chất kết dính cung cấp tính độ bền cơ học của xúc tác

1.3.3 Đặc tính xúc tác mới

a) Hàm lượng ẩm (Loss Of Ignition-LOI)

LOI đại diện cho hàm lượng ẩm trong xúc tác mới từ nhà cung cấp xúc tác, hàm lượng ẩm này sẽ bị mất đi khi bị gia nhiệt trong khoảng nhiệt độ 800-950oC trong thiết

bị tái sinh Trên thị trường th xúc tác luôn được bán ở dạng khô nhưng trong quá tr nh tồn chứa và vận chuyển một lượng ẩm bị xúc tác hấp phụ, giá trị điển hình của hàm lượng ẩm là 10 – 15% khối lượng Nếu hàm lượng ẩm cao hơn 15% th xúc tác dễ bị vón cục trong thiết bị chứa và ảnh hưởng đến quá tr nh lưu chuyển, hao hụt xúc tác khi được nạp vào hệ thống

b) Phân bố kích thước hạt

Sự phân bố kích thước hạt (Partical Size Distribution-PSD) là một chỉ số được sử dụng để đánh giá tính chất giả lỏng của xúc tác Nói chung, tính giả lỏng được cải thiện khi tỷ lệ các hạt 0 - 40 µm được tăng lên tuy nhiên tỷ lệ cao các hạt 0 - 40 μm

c ng sẽ dẫn đến tổn thất xúc tác lớn hơn

Các đặc tính giả lỏng của xúc tác FCC phụ thuộc phần lớn vào cấu h nh cơ khí của phân xưởng Tỷ lệ phần trăm 0 -40 μm trong hệ thống tuần hoàn xúc tác là hiệu quả của chức năng phân tách của cyclone Trong phân xưởng có tuần hoàn xúc tác tốt, có thể kinh tế để giảm thiểu phần nhỏ của các hạt nhỏ hơn 20 μm Điều này là do sau một vài chu kỳ, hầu hết 0 - 20 μm sẽ thoát khỏi thiết bị thông qua các cyclone

Các nhà sản xuất xúc tác kiểm soát PSD của chất xúc tác mới, chủ yếu thông qua chu trình sấy phun Trong máy sấy phun, bùn xúc tác phải được phun tơi hiệu quả để đạt được sự phân tán thích hợp

Diện tích bề mặt riêng được báo cáo là tổng diện tích bề mặt của zeolit và matrix Trong sản xuất zeolit, việc đo diện tích bề mặt zeolit là một trong những thủ tục được các nhà cung cấp chất xúc tác sử dụng để kiểm soát chất lượng Diện tích bề mặt thường được xác định bởi phương pháp hấp thụ đẳng nhiệt nitơ ở nhiệt độ - 196o

C được hấp phụ bởi chất xúc tác Cần lưu ý rằng có các phương pháp khác nhau được sử dụng để đo diện tích bề mặt và các giá trị được báo cáo khác nhau từ các nhà cung cấp chất xúc tác khác nhau

Diện tích bề mặt tương quan khá tốt với hoạt tính của xúc tác mới Đây là dữ liệu hữu ích ở chỗ nó tỷ lệ thuận với hàm lượng zeolit trong xúc tác

d) Natri (Na) (wt%)

Natri đóng vai trò là một thành phần trong việc sản xuất các chất xúc tác của FCC

nh hưởng bất lợi của nó đã được biết rỏ vì nó làm mất hoạt tính của zeolit và làm giảm chỉ octan của xăng nên hàm lượng natri được giảm tối thiểu trong xúc tác mới Bảng kiểm tra xúc tác biểu thị natri hoặc soda (Na2O) như là phần trăm khối lượng trên chất xúc tác Khi so sánh các loại chất xúc tác với nhau, hàm lượng natri được sử dụng để đánh giá

e) Đất hiếm (wt%)

Đất hiếm (RE) là tên gọi chung cho 14 nguyên tố kim loại của nhóm lanthani Các nguyên tố này có tính chất hóa học giống nhau và thường được cung cấp dưới dạng hỗn hợp các oxít được chiết xuất từ quặng như bastnaesite hoặc monazite Đất hiếm cải thiện hoạt động xúc tác và ổn định cấu trúc của xúc tác hạn chế sự phá hủy thủy nhiệt Chất xúc tác có thể được bổ sung với hàm lượng đất hiếm khác nhau tùy thuộc vào các mục tiêu của các nhà máy lọc dầu Tương tự như natri, các báo cáo cho thấy hàm lượng đất hiếm hoặc oxít đất hiếm (Re2O3) là phần trăm khối lượng của chất xúc tác Re2O3 điển h nh được sử dụng trong công nghệ sản xuất xúc tác là lanthanum và cerium thường là La2O3 và CeO2 Hàm lượng đất hiếm của xúc tác ảnh hưởng đến hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác Khi hàm lượng đất hiếm trên xúc tác tăng th mật độ

tâm axit của zeolit tăng và kết quả là hoạt tính của xúc tác mạnh hơn Ví dụ 2 loại xúc tác có cùng ZSA, SA, hàm lượng tạp chất của nguyên liệu giống nhau nhưng với hàm lượng đất hiếm khác nhau, hàm lượng đất hiếm cao hơn sẽ có hoạt tính cao hơn Cùng một thời điểm, nếu tăng hàm lượng đất hiếm của zeolit th độ chọn lọc của xúc tác sẽ cho ra nhiều xăng, giảm hàm lượng olefin và hàm lượng olefin nhẹ sẽ thấp hơn Tăng đất hiếm c ng dẫn đến giảm chỉ số octan của xăng và tăng sản lượng coke Hàm lượng đất hiếm trên zeolit là giá trị đo quan trong để đánh giá hiệu quả của zeolit Do đó hàm lượng đất hiếm của các loại xúc tác khác nhau sẽ khác nhau (đặc biệt loại xúc tác mà không có thành phần đất hiếm trong zeolit) Một nguồn khác của đất hiếm đến từ phụ gia bẫy vanadium, giảm SOx, NOx và giảm lưu huỳnh của xăng Một lần nữa, khi so sánh các chất xúc tác khác nhau, hàm lượng đất hiếm trên zeolit được sử dụng nh hưởng của hàm lượng đất hiếm đến hoạt tính xúc tác được

xúc tác cân bằng được trình bày ở hình 1.9 [2]

Hình 1.9: ảng phân tích các chỉ ti u của xúc tác cân bằng

Các thử nghiệm được thực hiện trên mẫu E-cat cung cấp cho các nhà máy lọc dầu thông tin có giá trị về điều kiện vận hành của phân xưởng Dữ liệu này có thể được sử dụng để xác định các vấn đề tiềm ẩn trong vận hành, các vấn đề cơ khí và vấn đề xúc tác bởi vì các tính chất vật lý và hóa học của E-cat cung cấp manh mối về điều kiện môi trường mà nó đã trãi qua

Kết quả phân tích E-cat được chia thành các tính chất xúc tác, tính chất vật lý và phân tích hóa học

CPF GPF SA

m2/g MSA m2/g ZSA m2/g Ni ppm V ppm Na wt%

Sb ppm Fe wt%

CaO wt%

Cu ppm C wt%

0-20 wt%

0-40 wt

%

0-80 wt%

30-Aug-19 Upgrader 768B 73.2 2.1 3.3 132 74 57 5636 795 0.26 924 0.54 0.18 42 0.02 0 7.9 60.827-Aug-19 Upgrader 768B

73.1 2 3.1 130 70 60 5989 767 0.26 1010 0.52 0.17 40 0.02 0 6.4 57.323-Aug-19 Upgrader 768B 72.4 2.1 2.7 133 73 59 5706 762 0.27 1010 0.54 0.17 30 0.03 0 5.5 53 22-Aug-19 Upgrader 768B 74 2.1 3.5 130 72 58 6319 739 0.25 971 0.51 0.15 33 0.03 0 6.8 58.320-Aug-19 Upgrader 768B

72.7 2.1 3.2 131 74 57 6202 728 0.28 1100 0.52 0.15 42 0.03 0 6.9 58.316-Aug-19 Upgrader 768B

71.5 2.2 2.7 131 72 59 6469 661 0.27 1103 0.51 0.15 33 0.03 0 6.7 57.913-Aug-19 Upgrader 768B

71.3 2.1 3.3 131 73 58 6524 762 0.27 1219 0.53 0.16 45 0.03 0 7.4 59.89-Aug-19 Upgrader 768B

71.9 1.7 3.5 129 72 56 6933 683 0.27 1307 0.52 0.15 38 0.03 0 8.3 62.36-Aug-19 Upgrader 768B

2-Aug-19 Upgrader 768B

71.1 2.1 2.8 131 72 58 6917 694 0.26 1208 0.5 0.15 38 0.03 0 8.3 62.530-Jul-19 Upgrader 768B

73.3 1.8 3.3 129 70 59 6775 728 0.26 1108 0.49 0.14 45 0.02 0 7.3 59.226-Jul-19 Upgrader 768B 2 3.1 130 72 57 6767 711 0.27 1195 0.49 0.15 42 0.02 0 7.3 6023-Jul-19 Upgrader 768B

72.5 2 3.2 131 71 60 6657 711 0.26 1040 0.53 0.15 37 0.03 0 6.8 58.819-Jul-19 Upgrader 768B

Al2O 3 wt%

P2O5 wt%

Avg Pore Diameter A

Dynamic Activity

Kinetic Conversio n

c) Độ chuyển hóa (hoạt tính)

Bước đầu tiên trong đánh giá E-cat là đốt cháy carbon khỏi mẫu Sau đó mẫu được đặt trong thiết bị MAT- Micro Activity Test, bộ phận chính là một lò phản ứng tầng xúc tác cố định Một lượng nhất định của một nguyên liệu tiêu chuẩn gas oil được bơm vào tầng xúc tác ở nhiệt độ của thiết bị phản ứng Hoạt tính được báo cáo như là độ chuyển hóa ở (221oC) Chất lượng nguyên liệu, nhiệt độ lò phản ứng, tỷ lệ xúc tác với dầu và vận tốc truyền nguyên liệu (Gas Hourly Space Velocity – GHSV hay Weight hourly space velocity - WHSV) là bốn biến số ảnh hưởng đến kết quả MAT Mỗi nhà cung cấp xúc tác sử dụng các biến vận hành khác nhau để tiến hành đo AT

Trong vận hành thương mại, hoạt tính của chất xúc tác bị ảnh hưởng bởi điều kiện vận hành, chất lượng nguyên liệu và đặc tính xúc tác MAT tách biệt ảnh hưởng của xúc tác khỏi sự thay đổi nguyên liệu và điều kiện công nghệ Tạp chất nguyên liệu, chẳng hạn như vanadi và natri, làm giảm hoạt tính xúc tác Hoạt tính của Ecat c ng bị ảnh hưởng bởi khối lượng xúc tác mới được bổ sung và điều kiện tái sinh

Đối với một chất xúc tác mới giống hệt nhau, diện tích bề mặt của Ecat là một phép đo gián tiếp hoạt tính của nó SA là tổng diện tích bề mặt của zeolit và matrix Điều kiện thủy nhiệt trong thiết bị tái sinh phá hủy cấu trúc zeolit, do đó làm giảm diện tích bề mặt của nó Đồng thời tách nguyên tố nhôm ra khỏi khung zeolit Phá hủy thủy nhiệt ít ảnh hưởng đến diện tích bề mặt của matrix nhưng diện tích bề mặt matrix bị ảnh hưởng bởi sự sụp đổ của các lỗ mao quản nhỏ để trở thành lỗ mao quản lớn hơn

e) Mật độ khối biểu kiến (ABD) (g/cc)

Mật độ khối có thể được sử dụng để phát hiện và xử lý các vấn đề liên quan đến tính chất giả lỏng của xúc tác Mật độ khối biểu kiến (ABD) quá cao có thể cản trở và ảnh hướng đến tính chất giả lỏng của xúc tác và nếu ABD quá thấp có thể dẫn đến mất xúc tác quá mức Thông thường ABD của E-cat cao hơn ABD của xúc tác mới do ảnh hưởng phá hủy dưới tác dụng của nhiệt và thủy nhiệt sự thay đổi cấu trúc lỗ xốp mà xảy ra trong phân xưởng FCC/RFCC

Giá trị đo ABD của xúc tác rất hữu ích trong việc xác định lượng xúc tác được tồn chứa trong thiết bị, đánh giá tuần hoàn xúc tác và tính chất giả lỏng của xúc tác c ng như hiệu quả phân tách của cyclone

Với mỗi cấu h nh phân xưởng RFCC sẽ có giá trị ổn định về ABD khác nhau nên giá trị ABD của xúc tác mới rất quan trọng trong việc duy trì ổn định tuần hoàn xúc tác, với mỗi sự thay đổi nhỏ trong ABD sẽ được theo dõi và đánh giá chặt chẽ ảnh hưởng lên vận hành hệ thống của WDW (Withdrawal well) đồng thời sẽ đi kèm với nhiều điều chỉnh về lượng khí aeration ( khí đưa vào chống hiện tượng nén xúc tác) để

duy trì tỷ trọng của xúc tác trong hệ thống Thường với kinh nghiệm vận hành thực tế thì nhà máy sẽ yêu cầu giá trị này nằm trong khoảng vận hành để duy trì ổn định của tuần hoàn xúc tác

Đối với Ecat thì giá trị ABD có dấu hiệu tăng là tín hiệu của hiện tượng dính kết các hạt xúc tác do quá trình nóng chảy của xúc tác trong thiết bị tái sinh, quá trình này làm ảnh hưởng đến tính chất giả lỏng, ngược lại nếu giá trị ABD có dấu hiệu giảm thì

là dấu hiệu của sự mất mát xúc tác trong hệ thống hoặc là kết quả của sự ảnh hưởng của Fe lên bề mặt xúc tác, thường giá trị ABD của Ecat cao hơn ABD của xúc tác mới

do sự thay đổi hình dạng của xúc tác đã qua sử dụng Ecat

f) Thể tích lỗ xốp (PV) (cc/g)

Thể tích lỗ xốp là một dấu hiệu cho thấy số lượng lỗ xốp trong các hạt xúc tác và

có thể là dấu hiệu trong việc phát hiện kiểu mất hoạt tính xúc tác đang diễn ra trong một phân xưởng vận hành thương mại Phá hủy thủy nhiệt có rất ít ảnh hưởng đến thể tích lỗ xốp, trong khi đó quá phá hủy nhiệt làm tăng quá tr nh giảm thể tích lỗ xốp Thể tích lổ xốp của xúc tác là giá trị đo của thể tích khoảng trống của xúc tác và

c ng là phương pháp xác định các tâm axit hiện có trong xúc tác được đo Giá trị thể tích lổ xốp cao luôn luôn cho thấy xúc tác có hoạt tính cao hơn giữa hai loại xúc tác cùng nhà sản xuất Pore volume của xúc tác mới luôn cao hơn pore volume của xúc tác Ecat, giá trị là được đánh giá là 5/8 lần pore volume của xúc tác mới [6], với pore volume lớn thì các phân tử hydrocarbon có kích thước lớn có thể được khuyếch tán vào các tâm axit và phản ứng cracking xảy ra hiệu quả hơn

g) Phân bố kích thước hạt

PSD là một chỉ số quan trọng về các đặc tính giả lỏng của xúc tác, hiệu quả phân tách của cyclone và khả năng chịu mài mòn của xúc tác Việc giảm hàm lượng xúc tác mịn là dấu hiệu cho thấy giảm hiệu quả của cyclone

Điều này có thể được xác nhận bởi kích thước hạt của xúc tác mịn được thu ở hạ nguồn của cyclone Sự gia tăng hàm lượng xúc tác mịn của ECat cho thấy dấu hiệu xúc tác bị mài mòn tăng lên Điều này có thể là do những thay đổi về chất lượng chất kết dính của xúc tác mới, rò rỉ hơi nước và / hoặc các vấn đề bất thường của bộ phận

cơ khí bên trong, chẳng hạn như những vấn đề liên quan đến bộ phân phối không khí hoặc van trượt

1.4 Đặc tính giả lỏng của xúc tác

Trạng thái giả lỏng được hình thành bằng cách đưa khí lên trên qua một lớp các hạt rắn Nếu tốc độ khí (U) cao hơn tốc độ khí tối thiểu, Umf, chất rắn trở nên giả lỏng

và hỗn hợp có các đặc tính như một chất lỏng

Xúc tác ở trạng thái tầng sôi cung cấp một số lợi ích trong quá trình công nghệ Trạng thái giả lỏng tạo điều kiện cho việc vận chuyển xúc tác trong hệ thống thiết bị phản ứng - tái sinh liên tục của cấu hình RFCC/FCC Bổ sung xúc tác mới và loại bỏ xúc tác mất hoạt tính dễ dàng, đơn giản hóa việc quản lý chất xúc tác uá trình chuyển khối và truyền nhiệt lớn trong trạng thái tầng sôi của xúc tác cho phép quá trình vận hành hiệu quả Đối với một vật liệu và tốc độ khí nhất định, độ sụt áp thấp hơn ở tầng sôi so với tầng xúc tác cố định Những đặc điểm này làm cho tầng sôi trở thành một lựa chọn hấp dẫn như một công cụ xử lý hóa học hoặc vật lý Trạng thái

không giả lỏng và giả lỏng của xúc tác RFCC/FCC được tr nh bày như hình 1.10

Hình 1.10: Trạng thái tầng sôi giống như một chất lỏng [5], [8]

1.4.1 Lý thuyết về trạng thái giả lỏng

Trạng thái không giả lỏng của tầng xúc tác được gọi là tầng xúc tác cố định Các hạt xúc tác tiếp xúc chặt chẽ với nhau và giữa chúng chứa khoảng trống Các khoảng trống được tạo ra là do hình dạng hình cầu của hạt xúc tác mà các hình cầu đó có thể được xếp chồng sát lên nhau Bằng cách đưa một dòng không khí, hơi hydrocarbon hoặc hơi nước vào tầng xúc tác th có thể tạo ra được trạng thái như một chất lỏng Một khi ở trạng thái hóa lỏng, chất xúc tác sẽ có mức và tạo ra một cột áp suất tương

tự như chất lỏng Ở trạng thái này, chất xúc tác có thể chảy qua một đường ống như trong trường hợp ống standpipe và riser của lò phản ứng Về bản chất, nó là một dòng chất lỏng Chính nguyên tắc này mà cho phép lưu thông xúc tác giữa lò phản ứng và tái sinh

Khi khí ban đầu được đưa vào một tầng xúc tác cố định, ở đó không có sự thay đổi nào; đơn giản là dòng khí chỉ chảy qua các khoảng trống Khi vận tốc của dòng khí tăng lên, nó bắt đầu tác dụng một lực lên tầng xúc tác để nâng xúc tác lên Thể tích khoảng trống bắt đầu tăng lên khi tầng xúc tác được giãn nở Với sự gia tăng hơn nữa

về vận tốc khí, xuất hiện một thời điểm mà ở đó lực kéo (ma sát) tác dụng lên hạt xúc

tác cân bằng với lực tác dụng của trọng lực lên xúc tác Vận tốc khí này được gọi là vận tốc chớm giả lỏng hoặc vận tốc giả lỏng tối thiểu (Umf) Bất kỳ sự gia tăng nào nữa

về tốc độ dòng khí sẽ làm cho xúc tác di chuyển tự do với dòng khí, liên tục va chạm với các hạt xúc tác khác Ở tại thời điểm này, tầng xúc tác ở trạng thái giả lỏng và có hành vi như một chất lỏng

Trạng thái giả lỏng này sẽ thay đổi khi nhiều khí hơn được ép qua tầng xúc tác Bong bóng khí bắt đầu xuất hiện bên trong tầng xúc tác Điểm tại đó xuất hiện bóng khí được xác định là tốc độ sủi bọt tối thiểu (Umb) Các bong bóng này có thể là những bong bóng nhỏ mà sẽ biến mất sau một thời gian ngắn hoặc những bong bóng này lớn hơn khi chúng đi qua tầng xúc tác Khi vận tốc được tăng thêm, các bong bóng bắt đầu chiếm nhiều không gian hơn trong tầng xúc tác Các bong bóng này sẽ vỡ ra ở bề mặt của tầng xúc tác và mang theo xúc tác vào khu vực không gian phía trên tầng xúc tác

Bề mặt của tầng xúc tác bị xáo trộn dữ dội bởi những dòng bóng khí đi lên liên tục Khi vận tốc khí được tăng thêm, tầng xúc tác đi vào trạng thái hỗn loạn, nơi bề mặt trên của tầng xúc tác không được xác định rõ Những dòng bong bóng khí lớn giảm Thiết bị tái sinh vận hành điển hình ở chế độ này Ưu điểm của chế độ này là sự trộn lẫn các hạt chất rắn cao và do đó tốc độ truyền nhiệt và tốc độ truyền khối lớn, góp phần đốt cháy cốc khỏi chất xúc tác Sự pha trộn chủ yếu theo hướng thẳng đứng và được dẫn động bởi các hạt xúc tác được đẩy lên trên đỉnh của các bong bóng khí sau

đó rơi ra và rơi xuống phía dưới các bong bóng khí

Cuối cùng, tốc độ dòng khí mà vượt qua tốc độ cuối của một số hạt xúc tác trong tầng xúc tác thì chế độ này được gọi là trạng thái fast fluidization Chế độ đốt trong lò tái sinh thường hoạt động trong chế độ này Tại thời điểm này, một trạng thái tầng sôi không được duy trì trừ khi xúc tác được quay trở lại bề mặt tầng xúc tác Tăng tốc độ khí hơn nữa sẽ di chuyển vào chế độ vận chuyển với sự không quay lại của các hạt xúc tác, tất cả xúc tác sẽ được thổi ra khỏi bình chứa Hiện tượng tầng sôi trong thiết bị tái

sinh được tr nh bày như hình 1.11

Hình 1.11: Sự trộn lẫn xúc tác được dẫn động bởi bóng khí

Hình 1.12 Minh họa sự sụt giảm áp suất qua tầng xúc tác như là một hàm của tốc

độ bề mặt dòng khí Ban đầu, sự giảm áp suất làm tăng theo vận tốc đến điểm xuất hiện trạng thái giả lỏng, Umf Đối với chất xúc tác điển hình của RFCC/FCC, thì giá trị này là khoảng 0,003 m / giây [7]

Một khi xúc tác ở trạng thái giả lỏng, xúc tác tạo ra một sự chênh áp suất tương tự như một chất lỏng Chiều cao cột áp tác động bởi tầng xúc tác cân bằng với trọng lượng của chất xúc tác và khí chứa trong đó Do tổn thất ma sát, sự tụt áp suất qua tầng xúc tác lớn hơn một chút so với trọng lượng của nó Giữa điểm xuất hiện trạng thái giả lỏng đầu tiên và điểm bắt đầu xuất hiện sự lôi cuốn xúc tác, hành vi của tầng xúc tác

có thể được mô tả theo phương tr nh sau:

( )

Ở vận tốc cao hơn, chúng tiến đến chế độ vận chuyển bằng khí nén ở đó toàn bộ tầng xúc tác bị cuốn theo do đó sự giảm áp nhanh