Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép em gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo
trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hoá dầu, đặc biệt là thầy giáo TS.
Nguyễn Hữu Trịnh, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em về mặt kiến
thức khoa học, với sự giúp đỡ tận tình chỉ bảo của thầy đã giúp em hiểu
được những vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ án này đúng thời gian
quy định.
Tuy nhiên với khối lượng công việc lớn hoàn thành trong thời gian
có hạn nên em không thể tránh khỏi những sai sót và vướng mắc nhất định.
Vậy em kính mong các thầy giáo, cô giáo bỏ qua cho em.
Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Hữu Trịnh cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn
Công nghệ Hữu cơ - Hoá dầu và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp
đỡ em trong thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ được ra đời vào năm 1859 và từ
đó sản lượng khai thác dầu mỏ ngày càng được phát triển mạnh về số lượng
cũng như về chất lượng.
Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dầu mỏ
đã trở thành nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ hoá học.
Trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ, người ta đã sản xuất được hàng nghìn các
hoá chất khác nhau, làm nhiên liệu cho các động cơ, nguyên liệu cho các
ngành công nghiệp khác.
Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá

học dưới tác dụng của chất xúc tác tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai
trò vô cùng quan trọng. Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả
năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng vì vậy tăng tốc độ phản
ứng lên rất nhiều. Mặt khác khi có mặt của chất xúc tác, có khả năng tiến
hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này có tầm quan trọng lớn đối với
những phản ứng có hiệu ứng nhiệt dương (như phản ứng hyđro hoá) alkyl
hoá, polime hoá ) vì ở độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho các
phản ứng này.
Sự có mặt chất xúc tác trong các quá trình chuyển hoá hoá học vừa
có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hoá vừa có khả năng tạo ra
những nồng độ cân bằng cao nhất, có nghĩa là tăng được hiệu suất sản
phẩm của quá trình.
Điều quan trọng nữa là chất xúc tác có khả năng tăng nhanh không
đồng đều giữa các loại phản ứng mà về phương diện nhiệt động có thể xảy
ra trong cùng một điều kiện như nhau. Tính chất này gọi là tính chất chọn
lựa của xúc tác. Người ta nghiên cứu kỹ từng loại xúc tác và lợi dụng tính
chất chọn lựa của nó để hướng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi,
nhằm mục đích thu được các sản phẩm chính của quá trình có chất lượng
cao và hiệu suất cao.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Tuỳ theo loại xúc tác sử dụng mà mục đích của quá trình vào nguyên
liệu và chế độ công nghệ sử dụng mà chia ra và gọi tên các quá trình
chuyển hoá dưới tác dụng của xúc tác như sau: Quá trình cracking xúc tác,
quá trình hyđro cracking, reforming xúc tác, polime hoá, alkyl hoá, đồng
phân hoá
Cracking xúc tác chiếm một vị trí tương đối quan trọng trong công
nghiệp chế biến dầu mỏ. Lượng dầu mỏ được chế biến bằng quá trình

cracking xúc tác chiếm tương đối lớn so với tổng lượng dầu được chế biến.
Quá trình cracking xúc tác được xem là một quá trình chủ yếu để sản
xuất xăng cho ô tô và một số ít xăng máy bay. Về phương diện nhiệt động,
những phản ứng xảy ra khi cracking nhiệt đều có thể xảy ra trong quá trình
cracking xúc tác, song khi có mặt của chất xúc tác nó có tác dụng thúc đẩy
chọn lọc một số phản ứng có lợi như phản ứng đồng phân hoá, phân huỷ
tạo ra các izo parafin, izo propin, hydrocacbon thơm. Nhờ có sự tham gia
của xúc tác mà quá trình cracking xúc tác tiến hành ở điều kiện nhiệt độ
thấp hơn và áp suất thấp hơn, song đạt được tốc độ phản ứng lớn hơn nhiều
so với quá trình cracking đơn thuần dưới tác dụng của nhiệt.
Mục đích của quá trình cracking xúc tác là biến đổi các phân đoạn
dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao (hay có trọng lượng phân tử lớn) tạo thành các
cấu tử xăng có chất lượng cao, ngoài ra thu thêm một số sản phẩm phụ
khác như: Gasoil nhẹ, gasoil nặng, khí béo ( chủ yếu là khí hydrocacbon có
cấu trúc nhánh). Quá trình cracking xúc tác thực chất là cho tiếp xúc
nguyên liệu với xúc tác trong điều kiện quy định về chế độ công nghệ, các
phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo ra được sản phẩm có chất lượng tốt và
hiệu suất cao, đồng thời các phản ứng phụ có hại cũng xảy ra như phản ứng
tạo cốc bám trên bề mặt của xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác. Để
đảm bảo hoạt tính cho xúc tác làm việc thì phải tiến hành tái sinh xúc tác.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu trong bất
kỳ nhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các
quá trình để sản xuất xăng có trị số octan cao.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc

tác
PHẦN I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
I. NGUYÊN LIỆU DÙNG CHO QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC
Ta có thể dùng các phân đoạn sau làm nguyên liệu cho cracking xúc
tác:
Các phân đoạn Krosen- xôla của quá trình chưng cất trực tiếp
Phân đoạn xôla nặng có nhiệt độ sôi 300-500
0
C của quá trình chưng
cất chân không mazut
Phân đoạn Gasoil của quá trình chế biến thứ cấp khác.
Ta có thể sử dụng các phần chiết thải ra của quá trình làm sạch dầu
nhờn bằng dung môi chọn lọc, mazút Nhưng sử dụng nguyên liệu chủ
yếu nhất là phân đoạn gasoil nặng có giới hạn nhiệt độ sôi 300÷550
0
C
Tóm lại ta có thể phân loại nguyên liệu cho quá trình cracking xúc
tác theo 4 nhóm sau:
Nhóm I: Nhóm nguyên liệu nhẹ là phân đoạn Krrosen – xô la lấy từ
quá trình chưng cất trực tiếp.
T
0
S
= 260-380
0
C
D: 0,830-0,860
M: 190-220 đvC
Đây là nguyên liệu tốt nhất cho quá trình cracking xúc tác với mục
đích sản xuất xăng máy bay.

Nhóm II: Nhóm nguyên liệu là phân đoạn gasoil nặng
T
0
S
= 300-550
0
C
D: 0,880-0,920
M: 280-330 đvC
Đây là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xăng ô tô.
Nhóm III: Nhóm nguyên liệu có thành phần phân đoạn rộng, đó là
hỗn hợp của 2 nhóm trên. Nhóm này có giới hạn nhiệt độ sôi 210-550
0
C có
thể lấy từ chưng cất trực tiếp hay là phần chiết của quá trình làm sạch dầu
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
nhờn bằng dung môi chọn lọc, petrolatun, parafin lấy từ quá trình khử
parafin Đây là nguyên liệu vừa sản xuất xăng ô tô và xăng máy bay.
Nhóm IV: Nhóm nguyên liệu phân đoạn trung gian là hỗn hợp phân
đoạn krosen nặng và xô la nhẹ. Nhóm này có giới hạn nhiệt độ sôi hẹp hơn
300-430
0
C. Nhóm nguyên liệu này dùng để sản xuất xăng ô tô và xăng máy
bay.
Trong các nhóm nguyên liệu trên tốt nhất và chủ yếu nhất cho quá
trình cracking xúc tác là phân đoạn karosen- xôla và gasoil nặng thu được
từ chưng cất trực tiếp. Vì nguyên liệu này cho hiệu suất xăng cao và ít tạo

cốc nên thời gian làm việc của xúc tác dài.
Nguyên liệu ít có giá trị cho quá trình cracking xúc tác là phần chiết
của quá trình làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc, cặn mazut, gasoil
nặng của quá trình thứ cấp khác cho hiệu suất xăng không cao và tạo nhiều
cốc. Ngoài ra trong nguyên liệu này chứa nhiều các hợp chất có S, N, kim
loại nặng dễ làm ngộ độc xúc tác.
Chúng ta cần chú ý rằng trong nguyên liệu cracking xúc tác không
cho phép có mặt phân đoạn quá nhẹ có nhiệt độ sôi nhỏ hơn hoặc bằng
200
0
C. Trong điều kiện cracking phân đoạn này mà bị phân huỷ sẽ tạo khí
làm giảm hiệu suất xăng và giảm cả trị số octan của xăng. Mặt khác cũng
cần lưu ý: trong nguyên liệu không cho phép chứa hàm lượng lớn các
hydrocacbon thơm đa vòng (vì trong quá trình dễ ngưng tụ cốc bám trên bề
mặt xúc tác) nhựa, asphanten và các hợp chất chứa N, S Nếu quá giới hạn
cho phép trong nguyên liệu dùng cho quá trình cracking xúc tác thì chúng
ta phải tiến hành làm sạch nguyên liệu trước khi đưa nguyên liệu vào quá
trình.
Ví dụ: Nếu dùng mazut làm nguyên liệu chúng ta phải tiến hành khử
asphanten bằng propan lỏng. Hay nếu dùng các phần chiết của quá trình
làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc thì phải tách các hydrocacbon
thơm đa vòng ra khỏi phần chiết bằng dung môi, chọn lọc. Với nguyên
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
chứa hàm lượng lớn các hợp chất chứa N, S, kim loại dễ làm ngộ độc xúc
tác thì người ta thường tiến hành làm sạch nguyên liệu bằng phương pháp
hydrô hoá.
II. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC

Hiệu suất và đặc tính của các sản phẩm trong cracking xúc tác phụ
thuộc vào bản chất của nguyên liệu, chất lượng xúc tác sử dụng và chế độ
công nghệ của quá trình. Sản phẩm chính của quá trình là xăng, ngoài ra
còn thu thêm một số sản phẩm phụ như: khí, gasoil nặng, gasoil nhẹ.
II.1. Xăng cracking xúc tác
Đây là sản phẩm chính của quá trình cracking xúc tác. Hiệu suất của
xăng cracking xúc tác thường thu được từ 30-55% lượng nguyên liệu đem
cracking. Hiệu suất xăng và chất lượng xăng phụ thuộc vào nguyên liệu,
xúc tác và chế độ công nghệ.
Nếu nguyên liệu có hàm lượng lớn hyđrocacbon naphen thì có hiệu
suất xăng và chất lượng xăng cao.
Nếu nguyên liệu có hàm lượng lớn parafin thì nhận được xăng có trị
số octan thấp.
Nếu trong nguyên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao thì xăng thu
được cũng có hàm lượng lưu huỳnh lớn thường chiếm 15% tổng lượng S có
trong nguyên liệu.
Xăng cracking xúc tác có các đặc trưng sau:
+ Tỷ trọng: 0,72-0,77
+ Trị số octan: 89-91(theo RON)
+ Thành phần hoá học của xăng cracking xúc tác khác hẳn với xăng
cracking nhiệt và xăng chưng cất trực tiếp. Xăng cracking xúc tác có trị số
octan cao hơn. Thành phần hoá học chiếm 9-12% trọng lượng hyđrocacbon
olefin trọng lượng hyđrocacbon thơm.
Xăng cracking xúc tác có thể dùng làm xăng máy bay hoặc xăng ô tô
với các tính chất như trên.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Để tăng trị số octan cho xăng cracking xúc tác người ta thường cho

pha thêm nước chì CTEL). Xăng dùng cho máy bay thường pha thêm 2,5-
3,3g nước chì cho 1kg xăng và trị số octan tăng lên 10-16 đơn vị.
Mức độ tăng trị số octan phụ thuộc vào mức độ tiếp nhận và hiệu quả
tiếp nhận nước chì của xăng. Mức độ tiếp nhận nước chì phụ thuộc vào
thành phần hoá học của xăng và vào hàm lượng lưu huỳnh trong xăng. Nếu
xăng có hàm lượng lớn hyđrocacbon thơm và lưu huỳnh thì độ tiếp nhận
chì kém. Nếu xăng có hàm lượng lớn iso- parafin thì độ tiếp nhận nước chì
sẽ tăng lên. Xăng có pha chì thường độc, trong quá trình bảo quản để lâu
thì nước chì dễ bị phân huỷ và làm cho xăng không đảm bảo trị số octan
theo quy định. Ngày nay để tăng trị số octan cho xăng người ta sử dụng phụ
gia MTBE.
Nếu trong xăng có hàm lượng olefin cao thì xăng có trị số octan cao,
nhưng tính ổn định hoá học của xăng kém.
Nói chung xăng cracking xúc tác là cấu tử cơ bản để pha xăng
thương phẩm.
II.2. Sản phẩm: Gasoil nhẹ
Gasoil nhẹ là sản phẩm phụ thu được trong cracking xúc tác, có nhiệt
độ sôi trong khoảng 175÷350
0
C. So sánh với nhiên liệu diezel thì nó có giá
trị xetan thấp và hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm cao. Tuy nhiên chất
lượng của sản phẩm này còn phụ thuộc nguyên liệu đem cracking.
Với nguyên liệu là phân đoạn xôla từ dầu họ parafinic thì Gasoil nhẹ
của cracking xúc tác nhận được có trị số xêtan tương đối cao (45÷46) với
nguyên liệu chứa nhiều hyđrocacbon thơm thì trị số xêtan thấp (25÷35)
Chất lượng của gasoil nhẹ không chỉ phụ thuộc vào thành phần
nguyên liệu mà còn phụ thuộc vào chất lượng của xúc tác và chế độ công
nghệ.
- Nếu cracking xúc tác ở điều kiện cứng thì hiệu suất và chất lượng
gasoil nhẹ càng thấp

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
- Nếu cracking xúc tác ở điều kiện mềm thì thu được gasoil nhẹ có
hiệu suất và chất lượng cao.
Cracking xúc tác có tuần hoàn thì hiệu suất gasoil nhẹ bị giảm và
làm giảm trị số xêtan, tăng hàm lượng hyđrocacbon thơm trong gasoil nhẹ
(parafin là cấu tử có trị số xêtan cao nhất, hyđrocacbon thơm có trị số xêtan
thấp nhất là hyđrocacbon naphen và olephin nằm trung bình so với hai loại
trên.
Gasoil nhẹ dùng làm cấu tử pha cho nhiên liệu diezel hay làm cấu tử
pha lỏng mazut.
Đặc tính của gasoil nhẹ thu được trong quá trình cracking xúc tác
như sau:
- Tỷ trọng : 0,83÷0,94
- Thành phần hoá học gồm: 1,7÷2,4% trọng lượng lưu huỳnh,
hyđrocacbon olefin 6%, hyđrocacbon thơm 30÷50% còn lại là hyđrocacbon
parafin và naphen.
II.3. Sản phẩm: Gasoil nặng
Sản phẩm gasoil nặng là phần cặn còn lại của quá trình cracking xúc
tác. Chất lượng của nó phụ thuộc vào nguyên liệu chế độ công nghệ và vào
chất lượng của gasoil nhẹ, sản phẩm gasoil nặng của quá trình cracking xúc
tác có nhiệt độ sôi lớn hơn 350
0
C, có tỉ trọng
99008900
20
4
,,d −=

.
Sản phẩm này dưới một lượng lớn tạp chất cơ học. Hàm lượng lưu
huỳnh trong sản phẩm này cao hơn trong nguyên liệu ban đầu khoảng 1,5
lần.
Gasoil nặng của quá trình cracking xúc tác dùng làm nguyên liệu cho
quá trình cracking nhiệt và cốc hoá hoặc có thể dùng làm nhiên liệu đốt lò,
ngày này người ta còn dùng làm nguyên liệu sản xuất bồ hóng hoặc quay
lại quá trình cracking.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
II.4. Sản phẩm khí của quá trình cracking xúc tác
Hiệu suất của sản phẩm khí chiếm 10-15% nguyên liệu đem
cracking, có thể dao động phụ thuộc điều kiện cracking. Nếu cracking ở
điều kiện cứng (nhiệt độ cao, tốc độ nguyên liệu nhỏ, bội số tuần hoàn xúc
tác lớn) thì hiệu suất lớn. Còn nếu cracking ở điều kiện mềm thì hiệu suất
sẽ thấp.
Theo hai bảng sau, khí từ C
3
- C
5
chiếm 70-90% trong khi đó iso-
C
4
H
10
là chủ yếu. So với cracking nhiệt thì cracking xúc tác nặng hơn.
Ứng dụng của khí cracking xúc tác:
- Propan- propen: Làm nguyên liệu cho quá trình polyme hoá và cho

quá trình sản xuất các chất hoạt động bề mặt.
- Phân đoạn khí propan-propen, butan- buten là nguyên liệu cho sản
xuất khí hoá lỏng LPG, nguyên liệu cho alkyl hoá để nhận cấu tử có trị số
octan cao để pha vào xăng và làm khí đốt dân dụng, làm nguyên liệu tổng
hợp hoá dầu.
Bảng 1. Sự phụ thuộc thành phần khí cracking xúc tác vào
nguyên liệu
Cấu tử Hiệu suất (%)
Khi dùng nguyên liệu nhẹ Khi dùng nguyên liệu nặng
H
2
0,80 6,65
CH
4
3,20 7,0
C
2
H
6
2,40 7,0
C
2
H
4
0,25 7,0
C
3
H
8
11,70 10,85

C
3
H
6
10,75 13,3
nC
4
H
10
5,36 7,75
IsoC
4
H
10
23,4 19,75
IsoC
8
H
10
1,0 3,65
nC
5
H
12
6,3 18,55
IsoC
5
H
12
15,7 18,55

Anilen 7,20 18,55
Tổng hợp 100 100
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Bảng 2. Thành phần khí cracking phụ thuộc vào xúc tác sử dụng
Cấu tử Xúc tác chứa zeolit Xúc tác Alumasilicat
H
2
S 4,9 3,6
H
2
0,1 3,1
CH
4
1,6 8,0
C
2
H
4
2,7 6,9
C
2
H
6
23,1 25,6
-C
3
H

8
7,9 5,7
n-C
4
H
8
16,6 16,0
IsoC
4
H
8
5,7 10,1
nC
4
H
10
6,4 3,0
IsoC
4
H
10
28,1 15,2
III. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH CRACKING
Sự phát triển và cải tiến quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp
chế biến dầu mỏ, ngoài việc cải thiện về nguyên liệu, hệ thống thiết bị, chế
độ công nghệ thì ta thấy rằng cái chính là do sự cải tiến trong việc sử
dụng các chất xúc tác. Phản ứng cracking xúc tác chủ yếu xảy ra trên bề
mặt xúc tác chiều hướng của phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất
của xúc tác. Xúc tác được dùng trong quá trình cracking thường là xúc tác
rắn, xốp, có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp, với bề mặt riêng lớn. Xúc

tác cracking đầu tiên được dùng là đất sét thiên nhiên có tính axit (ví dụ
loại montnorillonit)
Ví dụ: Ở Liên Xô vào những năm 1919-1920 đã dùng xúc tác AlCl
3
trong hệ thống cracking để sản xuất xăng.
Xúc tác AlCl
3
tiến hành ở nhiệt độ thấp 200÷300
0
C. Nhưng trong
quá trình sử dụng người ta thấy có nhiều nhược điểm sau: xúc tác bị mất
mát nhiều do tạo phức với hyđrocacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếp xúc
giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lượng xăng
thấp.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Về sau người ta nghiên cứu sử dụng aluminosilicat vô định hình mà
đầu tiên là đất sét bentonit. Vào năm 1936 ở Liên Xô dã sử dụng xúc tác
aluminosilicat ở quy mô công nghiệp. Người ta đã tiến hành tổng hợp
aluminosilicat trong các nhà máy chế tạo xúc tác. Sau đó trong công nghiệp
chế biến dầu mỏ người ta đã dùng phổ biến xúc tác aluminosilicat tổng hợp
vì nó có hoạt tính và độ chọn lọc tương đối cao. Xúc tác này đã từng được
sử dụng trong công nghiệp cracking suốt 30 năm. Tuy vậy, hiện nay việc
cải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển và đến cuối thập niên 60 của
thế kỷ 20, người ta đã chuyển sang chủ yếu dùng xúc tác chứa Zeolit.
Ở Mỹ vào năm 1972 đã sử dụng khoảng 80% chất xúc tác chứa
Zeolit cho quá trình cracking xúc tác. Hàng năm ở Mỹ tiêu thụ 130 nghìn
tấn xúc tác, trong đó chỉ có 14.000 tấn là không chứa Zeolit.

III.1. Vai trò của xúc tác trong quá trình
Xúc tác trong quá trình có tầm quan trọng rất lớn. Nó có khả năng
làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng, do vậy mà tăng mức độ phản
ứng lên rất nhiều. Dùng xúc tác cho phép quá trình tiến hành ở điều kiện
mềm hơn. Vì xúc tác có tính chọn lọc nên hướng quá trình chế biến theo
những phản ứng có lợi nhằm thu được sản phẩm phản ứng có chất lượng và
hiệu suất cao.
III.2. Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác
Xúc tác cho quá trình cracking đòi hỏi những yêu cầu sau:
a) Hoạt tính xúc tác phải cao
Hoạt tính xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùng
trong quá trình cracking.
Vì mục đích của cracking là nhận xăng, nên phương pháp dùng hiệu
suất xăng thu được để đánh giá độ hoạt động của xúc tác sẽ đơn giản hơn,
hoạt tính của xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn. Do vậy, độ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
hoạt tính của xúc tác thường được biểu diễn thông qua chỉ số hoạt tính. Đó
là giá trị của hiệu suất xăng (%KL) khi cracking nguyên liệu mẫu trong
điều kiện phòng thí nghiệm.
Hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào tính chất vật lý – hoá học của xúc
tác, mà trước hết là phụ thuộc vào thành phần hoá học của xúc tác cũng
như phụ thuộc vào điều kiện công nghệ của quá trình. Trong thực tế sản
xuất, dựa vào độ hoạt tính của xúc tác, người ta phân xúc tác thành các loại
như sau:
- Xúc tác có độ hoạt tính cao, hiệu suất xăng > 45%
- Xúc tác có hoạt tính trung bình, hiệu suất xăng từ 30÷40%
- Xúc tác có độ hoạt tính thấp, hiệu suất xăng > 30%

Bảng 3. Tính chất của xúc tác FCC
Thành phần hoá học
Oxyt nhôm
Oxyt silic
Oxyt các nguyên tố đất hiếm
Oxyt natri
13
87
2÷4
0,02÷0,2
Trọng lượng rót, g/cm
3
0,8÷0,9
Độ hoạt tính ổn định
55÷60
Độ hoạt tính theo ASTM
75÷80
Độ bền do mài mòn,%
94÷96
Thành phần cỡ hạt, %
- Đến 20 µm
- Đến 40 µm
- Đến 100 µm
< 2÷3
15÷25
96÷98
Bề mặt riêng, m
2
/g
400÷450

b) Độ chọn lọc xúc tác phải cao
Xúc tác cần có độ chọn lọc cao để cho ta xăng có chất lượng cao và
hiệu suất lớn, trong khí cracking có nồng độ lớn các hyđrocacbon có cấu
trúc nhánh.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Khả năng của xúc tác làm tăng tốc độ của các phản ứng có lợi, đồng
thời làm giảm tốc độ các phản ứng không mong muốn được gọi là độ chọn
lọc của xúc tác. Trong quá trình cracking, độ chọn lọc của xúc tác quyết
định khả năng tạo các sản phẩm có giá trị của nó, đó là các cấu tử xăng có
trị số octan cao. Người ta có thể đánh giá độ chọn lọc bằng cách xác định tỷ
lệ giữa hiệu suất xăng và cốc (hay khí) ở cùng một độ sâu biến đổi. Xúc tác
thường được đánh giá đồng thời độ hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác
đều bị giảm do có những thay đổi về tính chất của xúc tác trong điều kiện
làm việc.
c. Độ ổn định phải lớn
Xúc tác phải giữ được những đặc tính chủ yếu (hoạt tính, độ chọn
lọc) sau một thời gian làm việc lâu dài.
Độ ổn định xúc tác đặc trưng cho khả năng không thay đổi các tính
chất trong quá trình làm việc. Xúc tác có độ ổn định càng cao càng tốt
trong quá trình sử dụng.
d) Đảm bảo độ bền cơ bền nhiệt
Trong quá trình làm việc, xúc tác cọ xát với nhau, vì cọ xát với thành
thiết bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ, do đó làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác
tăng lên, làm mất mát xúc tác lớn. Vì vậy xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ.
Khi làm việc nhiệt độ có thể thay đổi, khi nhiệt độ cao quá mà 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.

e) Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao
Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, về cấu trúc, về hình dạng, về
kích thước. Khi kích thước không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớn
và có trở lực khác nhau và do sự phân lớn theo kích thước nên sẽ phá vỡ
chế độ làm việc bình thường của thiết bị. Mặt khác khi kích thước không
đồng đều làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến mất mát xúc tác. Cấu trúc lỗ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
xốp không đồng đều sẽ làm giảm bề mặt tiếp xúc dẫn đến làm giảm hoạt
tính xúc tác.
f) Xúc tác phải liền với các chất làm ngộ độc xúc tác
Xúc tác phải chống lại có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của những
hợp chất của nitơ, lưu huỳnh, các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm
việc của xúc tác.
g) Xúc tác phải có khả năng tái sinh
Đây là yêu cầu quan trọng trong quá trình sử dụng xúc tác. Xúc tác
có khả năng tái sinh tốt sẽ nâng cao được hiệu quả và năng suất của quá
trình, lượng tiêu hao xúc tác cũng giảm xuống.
h) Xúc tác phải dễ sản xuất và rẻ tiền
Đây cũng là yếu tố quan trọng góp phần định hướng cho các nhà
nghiên cứu và sản xuất
III.3. Zeolit và xúc tác chứa Zeolit
Zeolit là hợp chất của alumuni-silic, là chất tinh thể có cấu trúc đặc
biệt. Cấu trúc của chúng được đặc trưng bằng mạng các lỗ rỗng, rãnh, rất
nhỏ thông với nhau. Các chất Zeolit được chế tạo cùng với các xúc tác
aliminosilicat hay với đất sét thiên nhiên, rồi sau đó được xử lý bằng
phương pháp đặc biệt hợp thành xúc tác chứa Zeolit. Xúc tác chứa Zeolit
này có hoạt tính cao, vì thế ngày nay chúng được sử dụng rất rộng rãi.

Về thành phần hoá học của Zeolit, người ta có thể biểu hiễn bằng
công thức phân tử như sau:
Me
x/n
[(Al
2
O
3
).(SiO
2
)
y
]
z
. H
2
O
Trong đó:
Me – Số lượng ion chung của kim loại (hay hyđrô)
X/n- Số cation có khả năng thay thế, có hoá trị n
y- Số nguyên tử silic
Z- Số phân tử mà khi tách chúng trong Zeolit tạo thành các khe hở
hay rãnh.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Về cấu tạo, Zeolit được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc cơ bản gọi là
đơn vị cấu trúc Sodalit (hình 6-2). Nếu các đơn vị này nối với nhau theo
các mặt 4 cạnh, ta có Zeolit loại A. Nếu nối với nhau theo mặt 6 cạnh, ta có

Zeolit loại x hay y có cấu trúc tương tự như faurazit (hình 6-3)
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Hình III.1. Đơn vị cấu trúc cơ bản của Zeolit
Hình III.2. Cấu trúc của Zeolit A và X, Y
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
17
Si
4+
O
2
O
2
Al
3+
Zeolit A
Zeolit X,Y
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm loại Zeolit, chúng
được đặc trưng bởi kích thước các “cửa sổ” khác nhau.
Ví dụ: Đặc trưng của một số loại Zeolit được dùng phổ biến trong
cracking xúc tác đã được dẫn ra ở bảng sau:
Bảng 4. Đặc trưng cơ bản của một vài loại Zeolit
Zeolit Thành phần hoá học Đường kính trung bình
A
0
A Na

2
O. Al
2
O
3
.2SiO
2
.4,5H
2
O
3,6÷3,9
X Na
2
O. Al
2
O
3
.2,5SiO
2
.6H
2
O 7,4
Y Na
2
O. Al
2
O
3
.4,8SiO
2

.8,9H
2
O 7,4
Mordenit Na
8
O. (Al
2
O
3
)
8
(SiO
2
)
40
.24H
2
O
6,7÷7,0(2,9÷5,7)
ZSM-5 và 11
5,4÷5,6
Khi chế độ xúc tác cracking, hàm lượng natri (Na) cần phải giảm tới
cực tiểu bởi vì sự có mặt của Na ở nhiệt độ cao và có mặt hơi nước, nó làm
giảm đi đáng kể hoạt tính cũng như độ chọn lọc của xúc tác cracking.
Khi thay thế Na bằng các catrion kim loại hoá trị lớn hơn 2 hay bằng
2, thí dụ như canxi (Ca), reni (Re) hay các nguyên tố đất hiếm, sẽ làm thay
đổi đặc trưng cấu trúc của Zeolit. Kích thước lỗ tăng lên, đồng thời khi đó
lại tạo ra các tâm axit làm hoạt tính của xúc tác tăng lên.
Người ta cho thấy rằng, Zeolit chứa oxyt silic càng nhiều, lượng oxyt
nhôm càng ít thì độ axit của nó càng tăng. Đương nhiên khi tăng tỉ số oxyt

silic/oxyt nhôm không được dẫn đến phá huỷ cấu trúc của Zeolit. Hay nói
cách khác là tỷ số này cũng chỉ tăng đến một giới hạn nhất định.
Tính chất hấp phụ của Zeolit xuất hiện sau khi chúng được tách ẩm,
bởi vì trong quá trình tổng hợp, các lỗ rỗng của tinh thể bị chất đầy bởi các
phân tử nước. Nước có thể tách khỏi tinh thể khi ta sấy khô Zeolit đến nhiệt
độ từ 300÷350
0
C. Lúc này mạng lưới tinh thể của Zeolit vẫn được bảo toàn.
Sau khi đề hydrat, Zeolit có dung lượng hấp thụ rất lớn.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Độ bền nhiệt cao cũng là một đặc trưng rất quan trọng của Zeolit thí
dụ, Zeolit naA bền đến 650
0
C, NaY bền đến 700÷750
0
C, CaY bền đến
800
0
C, LaY bền đến 850
0
C. Độ bền nhiệt của Zeolit tăng khi tăng hàm
lượng SiO
2
hay tăng kích thước của các cation kim loại.
Quá trình cracking xúc tác thường dùng Zeolit loại X, Y có chứa các
nguyên tố đất hiếm hay ở dạng đã trao đổi ion và được xử lý bằng các
phương pháp đặc biệt, đồng thời kết hợp với các phần làm tăng độ bền cơ,

bền nhiệt, điều chỉnh kích thước lỗ xốp. Zeolit có hoạt tính cracking lớn, vì
thế người ta thường dùng nó ở dạng hỗn hợp với xúc tác vô định hình hay
aluminosilicat tinh thể và được gọi là xúc tác chứa Zeolit. Trong sản xuất
xúc tác, người ta trộn 10 đến 20% (KL) Zeolit và với hợp phần như vậy,
xúc tác cũng đã rất hoạt động, hơn hẳn xúc tác aluminosilicat thông
thường. Hơn nữa các chỉ tiêu kinh tế cũng đạt loại tốt hơn.
Trong công nghiệp, người ta chế độ xúc tác chứa Zeolit ở hai dạng
chính. Xúc tác dạng cầu và xúc tác dạng bột và sau đó cải tiến thành xúc
tác vi cầu thường được áp dụng cho quá trình cracking lớp sôi (FCC), còn
xúc tác dạng cầu với kích thước hạt từ 3 đến 5mm thường được dùng cho
quá trình cracking xúc tác chuyển động (FCC)
Ngoài yêu cầu về độ hoạt tính cao, xúc tác cracking còn phải đáp
ứng các yêu cầu khác, như phải bền nhiệt, bền cơ, không gây ăn mòn hay
ăn mòn thiết bị cũng như đảm bảo dễ khuếch tán nguyên liệu tới các tâm
hoạt tính và sản phẩm từ bề mặt ra ngoài. Đảm bảo sự khuếch tán của oxy
tới bề mặt xúc tác dễ đốt cốc trong quá trình tái sinh, đồng thời giá thành
chấp nhận được. Xuất phát từ các yêu cầu trên người ta phải chọn các hợp
phần thích hợp để chế tạo xúc tác vì trong Zeolit có hai loại kích thước lỗ
xốp: kích thước “cửa sổ” và kích thước lỗ lớn, khi đưa chúng vào trộn lẫn
với aluminosilicat, chúng ta sẽ điều chỉnh được cấu trúc lỗ của chúng để
nhận được kích thước lỗ trong giới hạn thích hợp nhất, nhằm tăng độ chọn
lọc của xúc tác. Ví dụ, trong xúc tác chứa Zeolit loại A, kích thước lỗ của
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
nó không vượt quá 4 đến 5A
0
. Trong các lỗ như vậy propylen có thể
chuyển qua tự do, nhưng điều đó lại không xảy ra đối với izo-butylen. Do

đó trên xúc tác như vậy có thể tiến hành quá trình polyme hoá chọn lọc
propylen có trong hỗn hợp với izo-butylen mà không phải phân tách chúng.
Hay từ Zeolit với kích thước 5A
0
có thể dùng làm xúc tác để cracking chọn
lọc n- parafin có trong hỗn hợp với izo-parafin, vì trong điều kiện đó, izo-
parafin bị cracking không đáng kể.
Xúc tác chứa Zeolit X và Y có kích thước lỗ khoảng 8-10A
0
được
dùng để cracking nguyên liệu có thành phần phân đoạn rộng (ví dụ gazoil).
Khi đó các phân tử lớn của nguyên liệu vẫn có thể dễ dàng tới bề mặt của
xúc tác. Vì cốc là hợp chất cao phân tử nên chúng thường tập trung ở bề
mặt ngoài của xúc tác và do vậy tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đốt
cháy cốc khi tái sinh xúc tác.
Zeolit loại X, Y, 2SM-5(11) là loại có các tính chất thích hợp nhất
cho quá trình cracking xúc tác. Kích thước lỗ lớn của chúng xấp xỉ 10A
0
sẽ
cho phép khuếch tán dễ dàng các phân tử của nguyên liệu vào bề mặt lỗ
xốp của chúng cũng như khuếch tán sản phẩm ra ngoài. Vì vậy chúng được
sử dụng để chế tạo xúc tác cracking công nghiệp. Thông thường các Zeolit
này là loại đã trao đổi cation CH
+
, NH
4
+
hay cation đa hoá trị) kết hợp với
các phương pháp xử lý thích hợp và phối trộn với aluminosilicat vô định
hình. Loại xúc tác này có độ hoạt tính cao hơn hàng trăm lần và có độ chọn

lọc cao hơn so với xúc tác aluminosilicat thuần khiết. Hiệu suất xăng tăng
lên ít nhất là 20%, trong khi đó hiệu suất cốc và khí lại giảm khi tiến hành
cùng ở một điều kiện.
Các đặc trưng cơ bản của xúc tác cracking là: thành phần, trọng
lượng rót, cấu trúc xốp, độ hoạt tính, thành phần cỡ hạt và độ bền.
Ngoài những ưu điểm trên xúc tác chứa Zeolit vẫn còn một số nhược
điểm sau:
- Giá thành sản xuất chúng cao
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
- Nếu sử dụng xúc tác Zeolit nguyên chất thì tốc độ trao đổi chất của
quá trình phục hồi và trao đổi nhiệt bé hơn tốc độ chính bản thân phản ứng
xúc tác. Vì vậy mà ta dùng xúc tác chứa Zeolit (Zeolit tẩm trên chất mang,
2÷20% trên aluminosilicat tổng hợp)
Nói tóm lại, xúc tác chứa Zeolit cho quá trình cracking có nhiều ưu
điểm hơn hẳn các xúc tác khác, nên hiện giờ đây ở các nước công nghiệp
chế biến dầu mỏ và khí tiên tiến, người ta lần lượt thay thế xúc tác chứa
Zeolit cho aluminosilicat tổng hợp. Hiện nay người ta đang sử dụng xúc tác
Zeolit siêu bền, nó đáp ứng được mọi yêu cầu của xúc tác trong quá trình
cracking.
III.4. Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc
Xúc tác cracking trong quá trình làm việc bị giảm hoạt tính và độ
chọn lọc. Hiện tượng này người ta gọi là quá trình trở hoá xúc tác. Quá
trình trơ hoá xúc tác càng nhanh nếu ta tiến hành quá trình ở điều kiện công
nghệ khó khăn, độ khắt khe tăng (ví dụ ở nhiệt độ cao quá, 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 có thể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai
quá trình đó là sự trơ hoá do tác dụng của các chất làm ngộ độc xúc tác và

sự trơ hoá do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý – hoá của xúc tác.
Nguyên nhân của sự trơ hoá xúc tác có thể do;
- Tác dụng của các độc tố như NH
3
, CO
2
của các hợp chất lưu
huỳnh mà đặc biệt là H
2
S ở nhiệt độ cao.
- Sự tích tụ các kim loại nặng dưới dạng các oxyt làm thay
đổi chức năng của xúc tác.
- Sự tác động của nhiệt độ cao với hơi nước
Các hợp chất khi tác dụng với xúc tác có thể chia làm 3 nhóm:
- Nhóm không tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620
0
như CO, CO
2
và NH
3
.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
- Nhóm làm giảm hoạt tính của xúc tác nhưng không làm
giảm độ chọn lọc như hơi nước
- Nhóm làm giảm độ chọn lọc của xúc tác (H
2
S ở nhiệt độ

trên 450
0
C và NH
3
, SO
2
, SO
3
ở nhiệt độ trên 620
0
C)
Hoạt tính của xúc tác có thể được duy trì nếu ta thêm hơi nước vào
nguyên liệu, hay việc xử lý trước và sau khi tái sinh xúc tác. Thêm hơi
nước khi chế biến nguyên liệu có lưu huỳnh sẽ có tác dụng âm vì khi đó lại
làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩm của quá trình ăn mòn lại
làm nhiễm bẩn xúc tác, dẫn tới làm giảm hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác.
Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và của hơi nước làm giảm hoạt
tính tổng cộng của xúc tác. Khi áp dụng 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, người ta phải đưa vào một lượng nhỏ hơi nước. Hơn nữa, cũng
cần phải tránh sự tạo cốc quá ít, do nhiệt tạo ra trong quá trình tái sinh
không đủ để bù nhiệt thu vào của các phản ứng cracking trong lò phản ứng.
Hàm lượng cốc bám trên xúc tác khi ra khỏi lò phản ứng phụ thuộc
vào lượng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống. Đối với đa số các quá trình
FCC, khi dùng xúc tác Zeolit, lượng cốc tạo ra thường chiếm vào khoảng
1,3 đến 1,8% KL xúc tác, còn sau khi tái sinh là 0,1 đến 0,05%KL.
Các hợp chất cơ kim và các hợp chất chứa Nitơ trong nguyên liệu
đều là các phần tử làm gia hoá nhanh xúc tác. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra
rằng, sự có mặt của các hợp chất nitơ trong nguyên liệu làm giảm hiệu suất
xăng và các “sản phẩm trắng”. Ví dụ, hàm lượng nitơ tăng từ 0,1 đến

0,4KL, hiệu suất xăng bị giảm đi tới 2 lần, còn hiệu suất cặn nặng và gasoil
nặng. Khi tăng nhiệt độ, tác dụng có hại của các hợp chất nitơ sẽ giảm.
Sự đầu độc xúc tác bởi các kim loại cũng đã được nhiều nghiên cứu
đề cập tới và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính của xúc tác.
Khi lắng đọng các oxyt kim loại nặng trên xúc tác sẽ dẫn tới làm giảm độ
sâu cracking và giảm hiệu suất xăng do tăng quá trình tạo cốc.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Khi hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng thì
hàm lượng các kim loại nặng như niken và vanađi cũng tăng theo, vì đa
phần chúng đều tập trung ở phần cặn nặng và phân đoạn nhựa – asphan. Ví
dụ, trong dầu mỏ có lưu huỳnh thì có tới 90% phức chất prophirin chứa
vanađi, còn trong dầu chứa ít lưu huỳnh thì là phức với Niken.
III.5. Tái sinh xúc tác
Xúc tác trong quá trình cracking làm việc được một thời gian sẽ có
một lượng cốc ra do một số phản ứng có hại, cốc sẽ bám lên bề mặt xúc tác
làm che phủ các tâm hoạt động của xúc tác. Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính
của xúc tác vì vậy hiệu quả quá trình cracking xúc tác. Điều đó dẫn đến
giảm hoạt tính của xúc tác vì vậy hiệu quả quá trình cracking xúc tác bị
giảm. Để xúc tác làm việc bình thường (các tính chất của xúc tác không bị
thay đổi) thì người ta phải tiến hành tái sinh xúc tác. Để tái sinh xúc tác thì
người ta cần phải tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lò tái sinh.
Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO
2
. Các phản ứng
này toả nhiều nhiệt. Ngoài ra còn có các phản ứng khử hợp chất lưu huỳnh.
Các phản ứng xảy ra khi tái sinh có thể miêu tả như sau:
C + O

2
→ CO
2
Q = 33,927÷34,069MJ/kg
C +
2
1
O
2
→ CO Q = 10,629÷10,314MJ/kg
CO +
2
1
O
2
→ CO
2
Q = 23,650÷23,755MJ/kg
H
2
+
2
1
O
2
→ H
2
O Q = 1210,043÷1210,252MJ/kg
S + O
2

→ SO
2
Q = 9,132÷9,222MJ/kg
SO
2
+ O
2
→ SO
3

MeO + SO
3
→ MeSO
4
MeSO
4
+ 4H
2
→ MeO + H
2
S + 2H
2
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc
tác
Nhiệt lượng toả ra được dùng để cấp nhiệt cho xúc tác mang vào lò
phản ứng, ngoài ra còn tận dụng để sản xuất hơi nước dùng trong nhà máy.
Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cường độ cháy cốc, cường độ
cháy cốc càng cao, quá trình tái sinh càng nhanh, thể tích thiết bị tái sinh

yêu cầu càng nhỏ. Cường độ cháy cốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Nhiệt
độ, áp suất riêng phần của oxy, hàm lượng cốc bám trên xúc tác, chất xúc
tác
Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lên cường độ cháy cốc: ta dùng nhiệt độ
khoảng 540÷630
0
C tiến hành tái sinh xúc tác là tốt nhất.
Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác được dùng vào
loại lò tái sinh. Mức độ tái sinh cần phải khống chế chặt chẻ để không chỉ
bảo đảm hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trường,
vì thế nên không có mặt co trong khí khói thải. Hơn nữa, quá trình cháy
không để xảy ra ở nhiệt độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn tới phá huỷ
xúc tác. Còn nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ tái sinh sẽ chậm, cốc bám trên
xúc tác cháy không triệt để. Sau khi tái sinh hàm lượng cốc còn lại trên xúc
tác phải cực tiểu (lượng cốc cặn còn lại từ 0,1 đến 0,3%KL xúc tác ) để
khôi phục tới đa hoạt tính của xúc tác.
Quá trình tái sinh xúc tác bằng phương pháp đốt cốc chưa giải quyết
được việc khử các kim loại nặng hấp phụ trên xúc tác. Vì vậy để hoàn thiện
quá trình tái sinh người ta tiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các
kim loại nặng, điều này giải quyết được sẽ nâng cao được hiệu quả của quá
trình tái sinh xúc tác.
III.6. Các dạng hình học của xúc tác
Xúc tác cracking thường được sử dụng ở các dạng sau:
- Xúc tác dạng bụi
Xúc tác dạng bụi có kích thước từ 1 đến 80µm (phần lớn là các phần
xúc tác có kích thước 40÷80µm)
- Xúc tác dạng vi cầu:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng Cracking xúc

tác
Có kích thước hạt từ 50 đến 10µm. So với xúc tác dạng bụi xúc tác
dạng vi cầu trong quá trình làm việc bị mài mòn ít hơn. Xúc tác dạng bụi và
dạng vi cầu thường được dùng trong hệ thống cracking xúc tác với các lớp
xúc tác giả sôi.
- Xúc tác dạng cầu lớn:
Đường kính các hạt xúc tác từ 3 đến 6mm. Độ bền cơ của loại này
tốt, trong quá trình làm việc ít bị mài mòn và ít bị vỡ vụn xúc tác dạng này
được sử dụng trong hệ thống với lớp xúc tác chuyển động.
- Xúc tác dạng trụ:
Có đường kính từ 3 đến 4mm, chiều cao từ 3 đến 5mm. Độ bền cơ
kém. Trong quá trình sử dụng xúc tác dễ bị vỡ vụn, làm tiêu hao xúc tác
lớn. Xúc tác loại này chỉ dùng trong hệ thống cracking với lớp xúc tác tĩnh.
IV. CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC
Trong điều kiện tiến hành quá trình cracking xúc tác đã xảy ra một
số lượng lớn các phản ứng hoá học, mà các phản ứng hoá học này quyết
định chất lượng và hiệu suất của quá trình. Những biến đổi hoá học xảy ra
trong quá trình cracking xúc tác rất phức tạp. Nhưng ở đây chúng ta có thể
nêu lên một số phản ứng chính xảy ra như sau:
1- Phản ứng phân huỷ cắt mạch C- C, phản ứng cracking
Là phản ứng phân huỷ bẻ gẫy mạch những phân tử có kích thước lớn
(trọng lượng phân tử lớn) thành những phân tử có kích thước nhỏ hơn
(trọng lượng phân tử nhỏ hơn). Đây là phản ứng chính của quá trình.
+ Phân huỷ parafin tạo olefin và parafin có trọng lượng phân tử nhỏ
hơn
C
n
H
2n+2
→ C

m
H
2m+2
+ C
p
H
2p+2
(n = m+ p)
+ Bẻ gãy mạch olefin tạo olefin nhỏ hơn
C
n
H
2n
→ C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p)
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
25