Slide Lọc Hóa Dầu Tìm hiểu về các quá trình nhiệt

Trường đại học Mỏ - Địa Chất
Khoa Dầu khí – Lọc hóa dầu

Vấn đề thảo luận : Các q trình Nhiệt .


Đề tài : Các quá trình nhiệt
 Giáo

viên hướng dẫn : Bùi Thị Lệ Thủy
 Sinh viên thực hiện :
◦ Lại Sỹ Thọ
◦ Lê Văn Thọ
◦ Nguyễn Thế Dương
◦ Nguyễn Văn Đức
◦ Phạm Tiến Dũng
◦ Trương Công Nam
◦ Tạ Hữu Tùng
◦ Trần Cường
2


Nội dung thảo luận
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.

Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng, sản

phẩm của các q trình nhiệt .
Các thơng số cơng nghệ của các q trình nhiệt .
Cơ chế của các q trình nhiệt .
Q trình cốc hóa (coking).
Q trình cracking giảm độ nhớt ( Vis-breaking) .
Quá trình cracking hơi nước ( Steam cracking ) .

3


Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
sản phẩm của các quá trình nhiệt .
1. Khái niệm: Cracking nhiệt là quá trình phân huỷ
dưới tác dụng của nhiệt(chủ yếu là craking nhiệt), thực
hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 470 đến 5400C, áp
suất 20 đến 70at.
2. Mục đích: Mục đích q trình nhằm thu hồi xăng từ
phần nặng, một số olefin sử dụng trong công nghiệp
tổng hợp dầu (tạo sản phẩm có giá trị cao).
3. Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu từ phần gasoil
đến cặn nặng của dầu, cặn mazút.
4


Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
sản phẩm của các quá trình nhiệt .

5

Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
sản phẩm của các quá trình nhiệt .


Thành phần về số lượng cũng như chất lượng của
sản phẩm cuối được quyết định bởi chất lượng của
nguyên liệu và các thông số công nghệ của quá trình
như nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng.
 Những vấn đề quan trọng cần lưu ý trong các q
trình nhiệt là :
•
Ngăn ngừa sự tạo cốc trong suốt phản ứng hay
trong các thiết bị trao đổi nhiệt.
•
Đảm bảo hiệu quả sử dụng cao trong các thiết
bị, trong các dây truyền.
6


Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
sản phẩm của các quá trình nhiệt .
4. Sản phẩm
a) Xăng
Sản phẩm xăng của các q trình nhiệt có thành phần
khác với xăng chưng cất trực tiếp
 Thành phần của một số loại xăng (% trọng lượng)


7

Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
sản phẩm của các quá trình nhiệt .
4. Sản phẩm
a) Xăng
 Xăng cracking nhiệt chứa nhiều olefin  độ bền
kém, dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, các phân
tử olefin dễ bị ngưng tụ, polyme hóa, trùng hợp hóa
tạo nhựa dẫn đến cháy khơng hồn tồn trong xylanh
 Xăng chứa nhiều olefin dễ bị biến đổi thành màu
sẫm .
 Xăng cracking nhiệt chưa đảm bảo chất lượng
thường phải xử lý làm sạch bằng hydro hoặc cho qua
reforming xúc tác để nhận được xăng có độ ổn định
và trị số octan cao .
8


Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng. sản phẩm của
các q trình nhiệt .

4. Sản phẩm
b) Khí
 Khí cracking nhiệt thành phần gồm có các hydro
cacbon nhẹ sau: Metal, etal, propan, n-butan,
isobutan và khí olefin như etylen, propylen, butylen
và có lẫn một ít khí H2S.


Hàm lượng các cấu tử khí trong thành phần khí

phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và chế độ
công nghệ nhiệt độ và áp suất của quá trình .

9


Các thơng số cơng nghệ của các q trình
nhiệt .
1. Nhiệt độ
Nếu quá trình tiến hành ở nhiệt độ vừa phải thì
quá trình phân hủy xảy ra với sự thay đổi cầu trúc
rất ít.
 Khi tăng nhiệt độ tốc độ phân hủy tăng lên, và
ngược lại khi giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng
trùng hợp lại tăng lên.
 Trong khoảng nhiệt độ chọn trước, sự thay đổi
các thông số về nhiệt độ và thời gian phản ứng có
tác dụng tương hỗ lẫn nhau.


1


Các thơng số cơng nghệ của các q trình
nhiệt .
1. Nhiệt độ
 Để tăng hiệu suất các sản phẩm phân hủy (khí,
lỏng) và giảm hiệu suất các sản phẩm đa tụ (cặn
nhựa, cốc) cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng cao
ứng với thời gian phản ứng thích hợp, đó là nhiệm

vụ chính của q trình cracking nhiệt.

1


Các thơng số cơng nghệ của các q trình
nhiệt .
2. Áp suất


Áp suất xác định trạng thái pha của hệ cũng như
chiều hướng và tốc độ của phản ứng.



Áp suất khi cracking phân đọan gasoil nhẹ cần
phải đảm bảo trạng thái lỏng của tác nhân phản ứng.



Nếu cracking cặn nặng, cần phải giữ cho hệ thống
ở trạng thái pha hỗn hợp hơi – lỏng.

1


Các thơng số cơng nghệ của các q trình
nhiệt .
2. Nhiệt độ


Khi cracking xảy ra trong pha lỏng với nguyên
liệu nặng như mazut, gudron thì áp suất khơng ảnh
hưởng nhiều



Khi áp suất thấp và nhiệt độ phản ứng cao  vị trí
đứt mạch nghiêng về cuối mạch  tăng hiệu suất sản
phẩm khí, sản phẩm lỏng giảm.

1


Các thơng số cơng nghệ của các q trình
nhiệt .
3. Thời gian lưu
Thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng phản
ứng càng lâu thì sản phẩm tạo thành dễ bị ngưng tụ,
dẫn đến tạo nhựa, tạo cốc, làm giảm hiệu suất xăng
và khí.
 Như vậy, để tăng hiệu suất sản phẩm khí, xăng, và
giảm hiệu suất phản ứng trùng hợp (cặn, cốc) thì ở
vùng phản ứng, nhiệt độ duy trì cao và thời gian lưu
của nguyên liệu trong vùng phản ứng phải ngắn.


1

Cơ chế của các q trình nhiệt
Sự chuyển hố hố học các phân đoạn dầu mỏ và
dầu mỏ dưới tác dụng của nhiệt là quá trình rất phức
tạp.
 Nguyên liệu dầu mỏ gồm số lượng lớn các cấu tử
riêng biệt. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao sự biến
đổi rất phức tạp nên không thể theo dõi được từng
cấu tử riêng biệt của nguyên liệu.
 Nghiên cứu sự chuyển hoá hoá học dưới tác dụng
của nhiệt các hydrocacbon riêng lẻ đưa đến kết luận
đặc trưng đối với dạng hydrocacbon của dãy
hydrocacbon đó.

 

1


Cơ chế của các quá trình nhiệt
1. Sự biến đổi của các parafin :
Khi tăng nhiệt độ phản ứng parafin bị đứt ở vị trí liên
kết C - C tạo thành parafin và olefin .
Nếu các parafin tạo thành còn phân huỷ được thì vẫn tiếp
tục phân huỷ :
CnH2n+2  CmH2m + CqH2q+2
Các hydrocacbon có trọng lượng phân tử thấp như etan,
propan, butan . . có độ bền nhiệt cao nên ở điều kiện nhiệt
độ cao thì bị phân huỷ và có thể bị phân huỷ và có thể bị
phân hủy thành olefin và hydro.
CnH2n+2  CnH2n + H2

1


Cơ chế của các quá trình nhiệt
1. Sự biến đổi của các parafin :


Sự phân huỷ các parafin có thể xảy ra ở tất cả
các vị trí liên kết mạch C- C . Vị trí đứt sẽ phụ thuộc
vào điều kiện nhiệt độ , áp suất .
C – C- C – C - C – C – C - / C
C – C- C – C -/ C – C- C – C

Nhiệt độ cao, áp thấp  nhiều sản phẩm khí.

Nhiệt độ vừa phải (450 – 530°C), áp suất cao 
đứt giữa mạch nhiều sản phẩm lỏng.
1


Cơ chế của các quá trình nhiệt

1.  Sự biến đổi của các parafin :
Sự phân huỷ của parafin dưới tác dụng của nhiệt thường
được giải thích theo hai thuyết sau đây:
 Thuyết gốc tự do :
Sự phân huỷ đầu tiên của một phân tử của parafin luôn luôn
xảy ra ở liên kết C – C :
Ví dụ: R – R’  R° + R°'
C7H16  C4 H9° + C3H7°

Các gốc tạo thành có phân tử khối lớn khơng bền sẽ bị bẻ
gãy tiếp tạo ra 1 olefin và 1 gốc tự do ( ưu tiên xảy ra ở vị trí
đối với C mang gốc tự do ).
RCH2C°H2 R° + CH2=CH2
Quá trình cứ như vậy xảy ra đến khi gốc đó bị trung hòa .1


Cơ chế của các quá trình nhiệt
1. Sự biến đổi của các parafin :

1


Cơ chế của các quá trình nhiệt
1. Sự biến đổi của các parafin :
 Thuyết phân tử :
Theo thuyết này thì đầu tiên là sự chuyển nhóm trong nội
bộ phân tử  phân huỷ tạo ra phân tử mới .
Sự chuyển nhóm trong nội bộ phân tử  sự ion hoá trong
nội bộ hai nguyên tử các bon cạnh nhau  một ngun tử
cacbon sẽ mang điện tích hố trị.
Khi nguyên tử cacbon mang diện tích âm giao động 
kéo theo nguyên tử hydro từ cacbon bên cạch vào  phân tử
parafin sẽ phân huỷ trực tiếp ngay thành parafin và olefin
theo phương trình sau:
Cm+nH2(m+n)+2  CnH2n + 2 + CmH2m
2


Cơ chế của các quá trình nhiệt

2. Sự biến đối của các hợp chất olefin :
 Trong dầu thô, olefin chiếm một lượng không dáng
kể.
 Nhưng các hydrocacbon dưới tác dụng của nhiệt
độ cao  các hợp chất olefin. Chúng có khả năng
phản ứng cao hơn so với parafin.
 Các olefin biến đổi đa dạng hơn :
• Phản ứng trùng hợp.
•
•
•

Phản ứng phân hủy.
Phản ứng ngưng tụ.
Phản ứng ankyl hóa.
2


Cơ chế của các quá trình nhiệt
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin :

2


Cơ chế của các quá trình nhiệt
3. Sự biến đổi của các naphten :
 Naphten có độ bền nhiệt cao hơn so với parafin.
 Các loại phản ứng
•
•

•
•


Phản ứng khử nhánh alkyl hố .
Khử hydro  olefin vịng  aromatic .
Phân huỷ các naphten đa vòng  naphten đơn vòng .
Khử naphten đơn vòng  parafin + olefin / diolefin .

Các naphten khi tham gia phản ứng phân huỷ nhiệt
thì các sản phẩm tạo thành có đặc trưng no hơn so
với parafin, và có xu hướng tạo thành nhiều các sản
phẩm có phân tử khối trung bình.
2


Cơ chế của các quá trình nhiệt
3. Sự biến đổi của các naphten :

Or

2


Cơ chế của các quá trình nhiệt
4. Sự biến đổi của các hyđrocacbon thơm :

Ở nhiệt độ cao sự biến đổi của các hyarocacbon thơm
xảy ra theo quy luật sau :
• Khử nhánh alkyl.

• Ngưng tụ vịng thơm  cốc (cacbit ).

Như vậy cốc dầu mỏ khác với cacbon nguyên tố ở chỗ
chúng là hệ vịng thơm có độ ngưng tụ cao.
 Tác hại của cốc :


• Giảm tốc độ truyền nhiệt
• Giảm năng suất bơm.
• Tăng chi phí vận hành.
2