Tiểu luận Cracking xúc tác

Đề tài môn học Cracking xúc tác
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI MÔN HỌC
Công Nghệ Chế Biến Dầu
QUÁ TRÌNH CRACKING

XÚC TÁC



GVHD: LÊ THANH THANH
SVTH: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THÚY
LÊ TRANG ANH THƯ
DƯƠNG THỊ LONG
TRẦN HỒNG MƠ
TRẦN THỊ HỒNG SEN
Vũng Tàu, ngày 8, tháng 4, năm 2014
Đề tài môn học Cracking xúc tác
MỤC LỤC
Đề mục Trang
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1
1.1. Khái niệm 1
1.2. Mục đích 1
1.3. Ý nghĩa 1
CHƯƠNG 2. BẢN CHẤT HÓA HỌC 2
2.1. Cơ sở hóa học 2
2.2. Cơ chế phản ứng 2
CHƯƠNG 3. XÚC TÁC SỬ DỤNG 5
3.1. Các loại xúc tác 5
3.2. Vai trò xúc tác 5

3.3. Yêu cầu đối với xúc tác cracking 5
3.3.1. Độ chọn lọc phải cao 6
3.3.2. Độ ổn định phải lớn 6
3.3.3. Đảm bảo độ bền cơ, bền nhiệt 6
3.3.4. Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao 7
3.3.5. Xúc tác phải bền với chất gây ngộ độc xúc tác 7
3.3.6. Xúc tác phải có khả nằn tái sinh 7
3.3.7. Xúc tác phải dễ sản xuất 7
3.4. Tái sinh xúc tác 7
CHƯƠNG 4. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 9
4.1. Nguyên liệu 9
4.2. Sản phẩm 11
4.2.1. Sản phẩm khí cracking xúc tác 11
4.2.2. Xăng cracking xúc tác 13
4.2.3. Sản phẩm gasoil nhẹ 14
Đề tài môn học Cracking xúc tác
4.2.4. Sản phẩm gasoil nặng 15
CHƯƠNG 5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 16
5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 16
5.2. Ảnh hưởng của áp suất 16
5.3. Bội số tuần hoàn 16
CHƯƠNG 6. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 18
6.1. Sơ đồ cracking với lớp xúc tác tĩnh 18
6.2. Sơ đồ cracking với xúc tác viên cầu tuần hoàn 20
6.3. Sơ đồ cracking xúc tác lớp sôi của các hạt xúc tác vi cầu và bụi 21
6.4. Công nghệ hãng UOP 24
6.5. Công nghệ của Kellog 24
6.6. Công nghệ của hãng Shell 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
Đề tài môn học Cracking xúc tác

Lời mở đầu
Dầu mỏ được coi như là nguồn nguyên liệu chính cho mọi phương tiện giao
thông và cho nền kinh tế quốc dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng
quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới và là nguồn nguyên liệu cho công
nghiệp tổng hợp hóa dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp… Ngoài ra các
sản phẩm phi nhiên liệu của dầu mỏ như mỡ bôi trơn, nhựa đường cũng là một phần
quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp động cơ máy móc.
Một trong số các quá trình quan trọng của sự phát triển trong công nghiệp lọc
hóa dầu là quá trình cracking xúc tác. Có thể nói, công nghệ cracking xúc tác là một
trong những công nghệ quan trong nhất của công nghệ hữu cơ hóa dầu. Ngày nay, Việt
Nam đang trên con đường công nghiêp hóa, hiện đại hóa, ngành công nghiệp hóa dầu
được xếp vào một trong những ngành mũi nhọn công nghiệp của quốc gia.
Từ khi xuất hiện đến nay, cracking xúc tác đã cung cấp những sản phẩm đáng
quý cho công nghiệp, đặc biệt là xăng. Quá trình cracking xúc tác ngày càng được cải
tiến để giải quyết những bài toán về nguồn nguyên liệu dầu mỏ ngày càng có chất
lượng xấu, những yêu cầu về xăng có trị số octan cao, thay vì sử dụng xăng pha chì…
Đề tài môn học Cracking xúc tác
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Khái niệm
Cracking xúc tác là quá trình diễn ra dưới sự có mặt của xúc tác nhằm chuyển
hóa các phân đoạn dầu nhiệt độ sôi cao thành những thành phần cơ bản có chất lượng
cho xăng động cơ, xăng máy bay và distilat trung gian là gasoil. Trong các quá trình
công nghệ dựa trên cơ sở tiếp xúc nguyên liệu với xúc tác trong điều kiện tương ứng đã
chuyển hóa khoảng 40÷50% khối lượng nguyên liệu thành xăng và các sản phẩm khác.
1.2. Mục đích
Mục đích của quá trình cracking xúc tác là nhận các cấu tử có trị số octan cao
cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn, chủ yếu là phần
cất nặng hơn từ các quá trình chưng cất trực tiếp AD (Atmospheric Distillation) và
VD (Vacuum Distillation) của dầu thô. Đồng thời ngoài mục đích nhận xăng người ta
còn nhận được cả nguyên liệu có chất lượng cao cho công nghệ tổng hợp hoá dầu và

hoá học. Ngoài ra còn thu thêm một số sản phẩm phụ khác như gasoil nhẹ, gasoil
nặng, khí chủ yếu là các phần tử có nhánh đó là các cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu.
1.3. Ý nghĩa
Quá trình cracking xúc tác là quá trình không thể thiếu được trong bất kỳ một
nhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các quá trình
chính sản xuất xăng có trị số octan cao. Xăng thu được từ quá trình này được dùng để
phối trộn với các loại xăng khác để tạo ra các mác xăng khác nhau. Khối lượng xăng
thu từ quá trình chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 70÷80% so với tổng lượng xăng thu từ các
quá trình chế biến khác.
Lượng dầu mỏ được chế biến bằng cracking xúc tác chiếm tương đối lớn. Ví
dụ
vào năm 1965, lượng dầu mỏ thế giới chế biến được 1.500 tấn/ngày thì trong
đó
cracking xúc tác chiếm 800 tấn (tương ứng 53%).
5
Đề tài môn học Cracking xúc tác
CHƯƠNG 2. BẢN CHẤT HÓA HỌC
2.1. Cơ sơ hóa học
Quá trình cracking xúc tác sẽ được tiến hành ở điều kiện:
- T: 450÷520°C
- P: 1,4÷1,8at
- Xúc tác sử dụng: Triclorua nhôm, aluminosilicat vô định hình, aluminosilicat
tinh thể và zeolite.
- Tốc độ không gian thể tích: 1÷120/.h (tùy theo dây chuyền công nghệ).
Nhiều phản ứng hóa học sẽ xảy ra trong quá trình và các phản ứng này sẽ quyết
định chất lượng và hiệu suất của quá trình, đó là:
- Phản ứng phân hủy cắt mạch (bẻ gãy), phản ứng cracking
- Phản ứng đồng phân hóa
- Phản ứng chuyển vị của hydro, phản ứng ngưng tụ, polyme hóa và phản ứng tạo cốc
Các phản ứng phân hủy là phản ứng thu nhiệt mạnh, phản ứng đồng phân hóa,

chuyển vị hydro, polymer hóa và phản ứng ngưng tụ là các phản ứng tỏa nhiệt yếu.
2.2. Cơ chế phản ứng
Hiện nay vẫn chưa có sự nhất trí hoàn toàn trong việc giải thích bản chất, cơ
chế
của các phản ứng cracking xúc tác nên còn nhiều ý kiến trong việc giải thích cơ
chế
xúc tác trong quá trình cracking. Tuy vậy, phổ biến nhất vẫn là cách giải thích
các
phản ứng theo cơ chế ion cacboni. Cơ sở của lý thuyết này dựa vào các tâm hoạt
tính
là các ion cacboni. Chúng được tạo ra khi các phân tử hydrocacbon của nguyên
liệu
tác dụng với tâm hoạt tính acid của xúc tác loại Bronsted (H
+
) hay Lewis (L).
Theo cơ chế này các phản ứng cracking xúc tác diễn ra theo ba giai đoạn
sau:
• Giai đoạn 1: Giai đoạn tạo ion cacboni
•
Giai đoạn 2: Các phản ứng của ion cacboni (giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo
thành các sản phẩm trung gian).
6
Đề tài môn học Cracking xúc tác
• Giai đoạn 3: Giai đoạn dừng phản ứng
Giai đoạn 1: Tạo thành ion cacboni
Ion cacboni tạo ra do sự tác dụng của olefin, hydrocacbon parafin,
hydrocacbon naphten, hydrocacbon thơm với tâm axít của xúc tác.
Ví dụ: Trong trường hợp đối với các hydrocacbon mạch thẳng (alkan):

+

C
n
H
2n+1
+ H
2
C
n
H
2n+2
+ H
+

+
C
n
H
2n+3

+
C
m
H
2m+1
+ C
n-m
H
2(n-m)
C
n

H
2n+2
+ L(H
+
) C
n
+
H
2n+1
+ LH
Trường hợp phân hủy izo–propyl–benzen:
- Trên tâm axít kiểu xúc tác Lewis:
C
3
H
7
-C
6
H
5
+ HB H:L + C
3
H
6
+ [ C
6
H
5
+
]

[C
6
H
5
+
] + H:L C
6
H
6
+ L
- Trên tâm axít kiểu xúc tác Bronsted:
C
3
H
7
-C
6
H
5
+ HB [C
3
H
7
+
] + C
6
H
6
+ B
-

[C
3
H
7
+
] + B
-
C
3
H
6
+ HB
Giai đoạn 2: Các phản ứng của ion cacboni tạo các sản phẩm
Khi các ion cacboni được tao ra sẽ lập tức tham gia vào các phản ứng
biến đổi khác như:
- Phản ứng đồng phân hóa
[R-CH
2
-CH
2
-CH
2
+
] [R-CH
2
-CH
+
-CH
3
]

[R-CH2-CH+-CH3] [R-C
+
-CH
3
]
CH
3
R-C+-CH3 R+ +i-C
3
H
6
CH
3
Phản ứng cắt mạch theo quy tắc ß (cắt mạch ở vị trí so với cacbon
mang điện tích).
7
Đề tài môn học Cracking xúc tác
R
1
-C
+
-CH
2
-CH
2
-CH
3
R
1
-CH=CH

2
+ CH
3
-C
+
H
2

CH
3
CH
3
-C
+
H
2
H
2
CH
3
-CH
3
+ H
+
Các ion tiếp tục tham gia các phản ứng đồng phân hóa, cắt mạch tiếp, alkyl hóa
hay ngưng tụ. Biến đổi các ion cacboni tiếp diễn cho đến khi có cấu trúc bền vững
nhất.
Độ bền của các ion cacboni có thể xắp xếp theo thứ tự:
ion cacboni bậc 3 > ion cacboni bậc 2 > ion cacboni bậc 1
Độ bền của cacboni sẽ quyết định mức độ tham gia các phản ứng tiếp theo của

chúng. Chất lượng sản phẩm được quyết định bởi các phản ứng của các ion cacboni,
đặc biệt là phản ứng phân hủy, đồng phân hóa và chuyển vị hydro.
Giai đoạn 3: Giai đoạn dừng phản ứng
Khi các ion cacboni kết hợp với nhau, nhường hay nhận nguyên tử hydro của
xúc tác để tạo thành phân tử trung hòa và chúng chính là cấu tử của sản phẩm cracking
xúc tác.
CHƯƠNG 3. XÚC TÁC SỬ DỤNG
3.1. Các loại xúc tác
8
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Xúc tác AlCl
3
triclorua nhôm. Cho phép tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp
200÷300°C, dễ chế tạo. Nhược điểm là xúc tác bị mất mát do tạo phức với
hydrocacbon thơm của nguyên liệu, điều kiện tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu
không tốt, cho hiệu suất và chất lượng xăng thấp.
Aluminosilicat vô định hình: Ban đầu người ta sử dụng đất sét bentonit, song
hiệu suất chuyển hóa thấp. Sau đó dùng aluminosilicat tổng hợp, xúc tác này có hoạt
tính cao hơn. Hiện nay chủ yếu sử dụng zeolit hoặc xúc tác aluminosilicat chứa zeolit.
Ưu điểm của loại xúc tác chứa zeolit là giảm được giá thành của xúc tác, do
zeolit tổng hợp rất đắt, dễ dàng tái sinh xúc tác vì trong quá trình phản ứng, cốc tạo
thành sẽ bám trên bề mặt chất mang (là aluminosilicat), chứ không chui vào mao quản
zeolit, điều đó cho phép quá trình đốt cháy cốc xảy ra thuận tiện và triệt để.
Hiện nay trong công nghiệp sử dụng chủ yếu là zeolit X, Y có kích thước mao
quản rộng (8÷10A°) để chế tạo xúc tác dùng cho cracking các phân đoạn rộng và nặng.
Ngoài ra có thể sử dụng loại zeolit mao quản trung bình như ZSM-5, ZSM-11. Các xúc
tác trên được chế tạo dưới dạng hạt vi cầu để sử dụng cho quá trình cracking với lớp
giả sôi (FCC) hoặc dạng cầu lớn cho thiết bị xúc tác chuyển động (RCC).
3.2. Vai trò của xúc tác
Xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa trong phản ứng. Ngoài ra nó còn có tính

chọn lọc, nó có khả năng làm tăng hay chậm không đồng đều các loại phản ứng, có
nghĩa là theo chiều có lợi.
3.3. Yêu cầu đối với xúc tác
Hoạt tính xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùng trong
cracking. Vì mục đích của quá trình cracking là nhận xăng nên phương pháp dùng hiệu
suất xăng để đánh giá độ hoạt động của xúc tác sẽ đơn giản hơn, hoạt tính xúc tác càng
cao thì cho hoạt tính càng lớn.
+ Xúc tác có hoạt tính càng cao, hiệu suất xăng >45%.
+ Xúc tác có hoạt tính trung bình, hiệu suất xăng 30÷40%.
9
Đề tài môn học Cracking xúc tác
+ Xúc tác có hoạt tính thấp, hiệu suất xăng <30%.
Hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào tính chất vật lý, hóa học của xúc tác, mà trước
hết là phụ thuộc vào thành phần hóa học của xúc tác và phụ thuộc vào điều kiện công
nghệ của quá trình.
3.3.1. Độ chọn lọc phải cao
 Xúc tác cần có độ chọn lọc cao để cho xăng có chất lượng cao và hiệu suất lớn.
 Là khả năng của xúc tác làm tăng tốc độ của các phản ứng có lợi, đồng thời làm
giảm tốc độ của các phản ứng không mong muốn.
 Độ chọn lọc của xúc tác quyết định khả năng tạo các sản phẩm có giá trị củ nó,
đó là các cấu tử xăng có trị số octan cao.
 Xúc tác thường đánh giá đồng thời độ hoạt tính và độ chọn lọc của nó so với
xúc tác mẫu khi tiến hành trong cùng một điều kiện cracking.
3.3.2. Độ ổn định phải lớn
Xúc tác phải giữ những đặc tính chủ yếu (hoạt tính, độ chọn lọc) sau một thời
gian làm việc lâu dài.
Độ ổn định của 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 thì càng tốt trong quá trình sử
dụng.
3.3.3. Đảm bảo độ bền cơ, bền nhiệt

Trong quá trình làm việc, xúc tác cọ sát 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 xúc tác lớn. Vì vậy,
xúc tác phải đảm bảo sự bền cơ.
Khi làm việc nhiệt độ thay đổi, khi nhiệt độ cao quá mà nếu xúc tác không có
độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc làm giảm hoạt tính xúc tác.
10
Đề tài môn học Cracking xúc tác
3.3.4. Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao
Xúc tác đồng nhất về thành phần, cấu trúc, về hình dạng và kích thước.
Kích thước không đồng đều sẽ tạo ra những phân lớp và có những trở lực khác
nhau. Đồng thời, do sự phân lớp 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 xốp không đồng đều sẽ làm giảm bề mặt tiếp xúc dẫn đến làm giảm
hoạt tính xúc tác.
3.3.5. Xúc tác phải bền với chất gây ngộ độc xúc tác
Xúc tác phải chống lại tác dụng gây ngộ độc của các hợp chất nitơ, lưu huỳnh
và các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm việc cho xúc tác.
3.3.6. Xúc tác phải có khả năng tái sinh
Xúc tác có khả năng tái sinh tốt sẽ nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình,
lượng tiêu hao xúc tác cũng giảm xuống.
3.3.7. Xúc tác phải dễ sản xuất và giá thành rẻ
Đây cũng là yếu tố quan trọng góp phần định hướng cho các nhà nghiên cứu và
sản xuất.
3.4. Tái sinh xúc tác
Xúc tác cracking sau một thời gian làm việc bị mất hoạt tính. Để sử dụng xúc
tác được lâu, trong công nghệ phải thực hiện việc tái sinh xúc tác. Nguyên nhân chính
làm mất độ hoạt tính của xúc tác là do cốc tạo thành bám kín bề mặt họat tính của xúc
tác, hoặc một số phản ứng phụ tạo polyme, che phủ các tâm hoạt tính của xúc tác.
Để tái sinh xúc tác người ta đã tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lò

tái sinh. Khi đốt cốc sẽ tạo thành CO, , các phản ứng khử các hợp chất lưu hùynh.
C + → + Q
11
Đề tài môn học Cracking xúc tác
C + 1/2 → CO + Q
CO + 1/2 → + Q
+ 1/2 → + Q
S + →
+ 1/2 →
MeO + →
+ 4 → MeO + + 3
Nhiệt lượng tỏa ra được dùng để cấp nhiệt cho xúc tác mang vào lò phản ứng
cracking. Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cường độ cháy cốc, cường độ cháy
cốc càng cao, quá trình tái sinh xúc tác càng nhanh. Người ta thấy rằng, nhiệt độ tốt
nhất để đốt cháy cốc nằm trong khoảng 540÷680°C. Nếu quá thấp, cốc không cháy hết,
nếu quá cao (700°C) xúc tác bị thiêu kết, dẫn đến giảm bề mặt, làm giảm hoạt tính của
xúc tác.
CHƯƠNG 4. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
4.1. Nguyên liệu
Theo lý thuyết thì bất kỳ phân đoạn chưng cất nào của dầu mỏ có điểm sôi lớn
hơn xăng đều có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác. Nhưng
12
Đề tài môn học Cracking xúc tác
giới hạn việc sử dụng các phân đoạn chưng cất dầu mỏ vào làm nguyên liệu cho
cracking xúc tác có một tầm quan trọng rất lớn. Nếu lựa chọn nguyên liệu không
thích hợp sẽ không đưa đến hiệu quả kinh tế cao hoặc sẽ ảnh hưởng đến độ hoạt tính
của xúc tác.
Ngày nay, người ta thường dùng các phân đoạn nặng thu được từ quá trình
cracking nhiệt, cốc hoá chậm, các phân đoạn dầu nhờn trong chưng cất chân không
và

dầu mazut đã tách nhựa làm nguyên liệu cho cracking xúc tác. Để tránh hiện
tượng
tạo cốc nhiều trong quá trình cracking xúc tác cũng như tránh nhiễm độc xúc
tác,
nguyên liệu cần phải được tinh chế sơ bộ trước khi đưa vào chế biến.
Nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác thường có khoảng nhiệt độ sôi từ
300÷500
o
C, có thể từ các nguồn như sau:
- Các phân đoạn kerosen-xola của quá trình chưng cất trực tiếp.
- Phân đoạn gasoil của quá trình chế biến thứ cấp khác.
- Phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi 300÷550
o
C.
- Phần cất từ quá trình Coking của dầu thô.
- DAO ( phần cặn chân không deasphaltene) (550
o
C ).
- Cặn chưng cất khí quyển ( > 380
o
C) của vài loại dầu thô.
Trong thực tế với sự tiến bộ của công nghệ, quá trình cracking xúc tác có thể sử
dụng cặn chưng cất khí quyển làm nguyên liệu trực tiếp cho quá trình mà không phải
qua chưng cất chân không. Quá trình này gọi là quá trình cracking xúc tác cặn
(RFCC). Những lọai dầu thô parafin, ít lưu hùynh thường có ít các chất gây nhiễm
độc xúc tác và chỉ số cốc Conradson thấp rất thuân lợi cho việc dùng thẳng cặn chưng
cất khí quyển làm nguyên liệu cho quá trình RFCC.
13
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Để tăng nguồn nguyên liệu, ngay cả cặn chưng cất chân không cũng được làm

nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác sau khi đã khử nhựa và asphalten. Như
vậy, người ta có thể phân nguyên liệu cho cracking xúc tác ra làm 4 nhóm sau:
Nhóm 1: Nguyên liệu là những phần cất nhẹ sẽ cho sản phẩm có hiệu suất C3, C4
tăng còn H
2
và cốc giảm. Những phận đọan nhẹ (260÷380
o
C) nhận được từ chưng cất
trực tiếp là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất xăng ôtô và xăng máy bay.
T
o
s
= 260÷380
o
C
d = 0,830÷0,860
M = 190÷220 đvC
Nhóm 2: Phân đoạn gasoil nặng có giới hạn nhiệt độ sôi 300÷500
o
C.
d = 0,880÷0,920
M= 280÷330 đvC
Chủ yếu để sản xuất xăng ôtô.
Nhóm 3: Nhóm nguyên liệu có thành phần phân đoạn rộng, đó là hỗn hợp của 2 nhóm
trên (nhiệt độ sôi 210÷550
o
C), có thể lấy từ chưng cất trực tiếp hay là phần chiết của
quá trình làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc. Nhóm này để sản xuất xăng ôtô
và máy bay.
Nhóm 4: Nhóm nguyên liệu trung gian là hỗn hợp phân đoạn kerosen nặng và xôla

nhẹ, nhiệt độ sôi 300÷430
o
C, để sản xuất xăng ôtô và máy bay .
14
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Trong các nhóm nguyên liệu trên, tốt nhất và chủ yếu dùng cho cracking xúc tác
là phân đoạn kerosen – xôla gasoil nặng, thu được từ chưng cất trực tiếp. Phân đoạn
này cho hiệu suất xăng cao, ít tạo cốc nên thời gian làm việc của xúc tác kéo dài.
4.2. Sản phẩm
Chất lượng của sản phẩm cracking xúc tác thay đổi trong phạm vi rất rộng phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố như nguyên liệu, lọai xúc tác và các thông số công nghệ
của quá trình. Hỗn hợp sản phẩm của quá trình cracking được chuyển tiếp đến
thiết bị chưng cất để phân ra các phân đọan sản phẩm:
- Sản phẩm khí cracking xúc tác
- Các phân đọan xăng, dầu hỏa
- Các phân đọan gasoil nhẹ và nặng
- Phân đọan cặn dùng làm nhiên liệu đốt lò
4.2.1. Sản phẩm khí cracking xúc tác
Hiệu suất khí có thể từ 10÷25% nguyên liệu phụ thuộc vào nguyên liệu và điều
kiện cracking. Trong điều kiện nhiệt độ cao, tốc độ nguyên liệu nhỏ, bội số tuần hoàn
xúc tác lớn thì hiệu suất sản phẩm khí sẽ lớn và ngược lại thì hiệu suất khí
nhỏ. Nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao thì sản phẩm khí có nhiều khí H
2
S và
khi nguyên liệu có nhiều nitơ thì sản phẩm khí cracking có nhiều NH
3
.
Sản phẩm khí, khí khô được dùng làm nhiên liệu khí, Etylen và Propylen là
nguyên liệu cho sản xuất nhựa Polyetylen (PE) và Polypropylen (PP), Propan-propen
làm nguyên liệu cho quá trình polyme hóa và sản suất các chất họat động bề mặt và

làm nhiên liệu đốt (LPG).
15
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Propen, butan, buten còn làm nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa để nhận cấu tử
có trị số octan cao pha vào xăng, và làm nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp hóa
dầu.
Cấu tử
Hiệu suất (%)
Khi dùng nguyên liệu nhẹ Khi dùng nguyên liệu nặng
H
2
CH
4
C
2
H
6
C
2
H
4
C
3
H
8
C
3
H
6
n-C

4
H
10
izo-C
4
H
10
n-C
4
H
8
izo-C
4
H
8
n-C
5
H
12
izo-C
5
H
12
Anilen
0,80
3,20
2,40
0,25
11,70
10,75

5,36
23,4
12,0
1,0
6,3
15,7
7,20
6,65
7,0
7,0
7,0
10,85
13,3
7,75
19,75
11,5
3,65
18,55
18,55
18,55
16
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Tổng 100 100
Bảng 1. Sự phụ thuộc thành phần khí cracking xúc tác vào nguyên liệu
Cấu tử Xúc tác chứa zeolit Xúc tác chứa aluminosilicat
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
1,8 2,8
C
3
H
6
23,1 25,6
C
3
H
8
7,9 5,7
n-C
4
H
8
16,6 16,0
izo-C

4
H
8
5,7 10,1
17
Đề tài môn học Cracking xúc tác
n-C
4
H
10
6,4 3,0
izo-C
4
H
10
28,1 15,2
Bảng 2. Thành phần khí cracking phụ thuộc vào xúc tác sử dụng
4.2.2. Xăng cracking xúc tác
Đây là sản phẩm chính của quá trình cracking xúc tác, hiệu suất xăng cracking
xúc tác thường dao động trong khoảng từ 30 đến 35% lượng nguyên liệu đem cracking.
Hiệu suất và chất lượng xăng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác và chế độ
công nghệ.
- Nếu nguyên liệu có nhiều naphten thì xăng thu được chất lượng cao.
- Nếu nguyên liệu có nhiều parafin thì xăng thu được có trị số octan thấp.
- Nếu nguyên liệu có nhiều lưu huỳnh thì trong xăng có nhiều lưu huỳnh (thường
chiếm 15% tổng lượng lưu huỳnh có trong nguyên liệu).
 Xăng cracking xúc tác có các đặc trưng sau:
• Tỷ trọng 0,720,77
• Trị số octan 87÷91 (theo RON)
• Thành phần hóa học: 9÷10% olefin, 20÷30% aren, còn lại là naphten và izo-parafin.

Phân đọan này là cấu tử cơ bản để pha trộn với những cấu tử khác từ các quá
trình Reforming, alkylhóa, và các phân đọan naphta từ quá trình chưng cất trực tiếp
để sản xuất các lọai xăng ô tô, xăng máy bay.
4.2.3. Sản phẩm gasoil nhẹ
18
Đề tài môn học Cracking xúc tác
Gasoil nhẹ là sản phẩm phụ thu được trong cracking xúc tác, T
o
s
= 175÷350
o
C.
So sánh với nhiên liệu diezen thì nó có hệ số xetan thấp. Tuy nhiên chất lượng sản
phẩm này còn phụ thuộc nguyên liệu đem cracking.
Với nguyên liệu là phân đoạn xôla từ họ dầu parafinic thì gasloi nhẹ của
cracking xúc tác nhận được có trị số xetan tương đối cao (45÷46).
Với nguyên liệu chứa nhiều hydrocacbon thơm, naphten thì trị số xetan thấp
(2535 ).
Chất lượng 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.
- Cracking xúc tác ở điều kiện cứng: Hiệu suất và chất lượng gasoil nhẹ thấp.
- Cracking xúc tác ở điều kiện mềm: Hiệu suất và chất lượng gasoil nhẹ cao.
Sản phẩm gasoil nhẹ này thường được sử dụng để làm nhiên liệu diezen, làm
nguyên liệu pha vào mazut làm tăng chất lượng của dầu mazut.
 Đặc tính của gasoil nhẹ thu được trong quá trình cracking xúc tác như sau :
• Tỷ trọng 0,83÷0,94
• 1,7÷2,4% lưu huỳnh, 30÷50% hydrocacbon thơm, còn lại là parafin và naphten.
4.2.4. Sản phẩm gasoil nặng
Sản phẩm gasoil nặng là phần cặn còn lại của quá trình cracking xúc tác, T
o

sôi
>
350
o
C, d
20
4
= 0,89÷0,99.
Sản phẩm này chứa một lượng lớn tạp chất cơ học. Hàm lượng lưu huỳnh cao
hơn trong nguyên liệu ban đầu khoảng 1,5 lần. Nó được sử dụng làm nguyên liệu cho
19
Đề tài môn học Cracking xúc tác
cracking nhiệt và cốc hóa, hoặc làm nguyên liệu đốt lò, làm nguyên liệu sản xuất bồ
hóng, hoặc quay trờ lại quá trình cracking xúc tác.
CHƯƠNG 5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
Cracking xúc tác diễn ra ở nhiệt độ 450÷520°C, áp suất trong vùng ổn định của
lò phản ứng là 0,27 MPa và tốc độ nạp nguyên liệu phụ thuộc vào công suất của hệ
thống dao động từ 1-120m
3
nguyên liệu/m
3
. Xúc tác cho cracking thường sử dụng là
hợp chất alumino-silicat. Thời gian trước đây sử dụng alumino-silicat vô định hình,
trong thời gian sau này sử dụng xúc tác trên cơ sở zeolit tinh thể và có chứa kim loại
đất hiếm.
20
Đề tài môn học Cracking xúc tác
5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp 450÷520°C, đây là khoảng nhiệt độ thích hợp nhất để tạo
xăng.

Khi tiến hành tăng nhiệt độ, lúc đầu hiệu suất xăng tăng và sau đó đạt đến cực
đại rồi giảm xuống. Điều này là do quá trình phân hủy tăng, làm phân hủy các cấu tử
xăng vừa tạo thành.
Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân hủy tăng nhưng đồng thời các phản ứng bậc
hai như hydro cũng tăng, làm tăng hiệu suất hydrocacbon thơm và olefin. Khi đó trong
sản phẩm hàm lượng C
1
C
3
tăng còn C
4
giảm, tỷ trọng và trị số octan tăng lên.
5.2. Ảnh hưởng của áp suất
Tại áp suất 1,41,8 at, quá trình cracking xúc tác xảy ra trong pha hơi.
Khi tăng áp suất hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất khí C
1
C
3
giảm, hàm lượng
olefin và hydrocacbon thơm giảm, hàm lượng hydrocacbon no tăng và do vậy chất
lượng xăng giảm (trị số octan ON giảm).
Khi tăng áp suất của quá trình cracking xúc tác không có hiệu quả kinh tế cao.
Vì vậy chỉ tiến hành ở áp suất thường.
5.3. Bội số tuần hoàn xúc tác
Là tỷ lệ giữa lượng xúc tác trên nguyên liệu (X/RH)
- Khi dùng xúc tác zeolit, cho phép giảm tỷ lệ X/RH xuống còn 10/1 so với xúc
tác vô định hình là 20/1.
- Khi dùng công nghệ xúc tác chuyển động với kích thước hạt từ 3÷5 mm, tỷ lệ
X/RH còn thấp hơn nữa, chỉ khoảng 2÷5/1.
- Khi tăng tỷ lệ X/RH sẽ làm tăng độ chuyển hóa, tăng hiệu suất cốc trên nguyên

liệu nhưng hàm liệu cốc bám trên xúc tác lại giảm xuống.
Khi giữ tốc độ nạp liệu M/H/M không đổi, nếu tăng tỷ lệ X/RH thì thời gian tiếp
xúc giữa xúc tác và nguyên liệu giảm, khi đó độ hoạt tính trung bình của xúc tác tăng
21
Đề tài môn học Cracking xúc tác
lên. Đó là lý do đạt hiệu quả cao của quá trình với lớp xúc tác sôi FCC. Nhờ đạt hiệu
quả cao mà cho phép giảm kích thước thiết bị.
Tuy nhiên nếu tăng quá cao mức độ tuần hoàn xúc tác và làm ảnh hưởng đến
quá trình tái sinh ở lò tái sinh và các trang thiết bị kèm theo.
Như vậy thông số bội số tuần hoàn xúc tác rất quan trọng trong quá trình
cracking xúc tác, nó ảnh hưởng không những lên hiệu suất và chất lượng sản phẩm đến
các thông số khác, mà còn ảnh hưởng tới việc xác định kích thước các thiết bị chính
của quá trình. Cho nên cần phải chọn được thông số này một cách tối ưu.
CHƯƠNG 6. CÔNG NGHỆ
6.1. Sơ đồ cracking với lớp xúc tác tĩnh
Nguyên liệu (mazut) nung nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt 7 và trong lò nung
6, sau đó vào thiết bị bay hơi 3, trong đó cặn nặng được tách ra. Hơi từ thiết bị bay hơi
được đưa vào một trong các buồng phản ứng 5 chứa đầy xúc tác. Trong buồng phản
ứng 5 diễn ra quá trình cracking. Sản phẩm cracking từ buồng phản ứng qua thiết bị
trao đổi nhiệt 7 vào tháp chưng cất 10, từ đỉnh tháp hơi xăng và khí được tách ra, bên
hông - phân đoạn kerosene – gasoil nhẹ, còn từ đáy tháp – gasoil nặng. Xăng sau khi
22
Đề tài môn học Cracking xúc tác
ngưng tụ và làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ 11, tách khí trong thiết bị tách khí 12; một
phần xăng dùng làm hồi lưu cho tháp, phần còn lại được lấy ra khỏi sơ đồ.
Trong sơ đồ với lớp xúc tác tĩnh trong các buồng phản ứng lần lượt diễn ra phản
ứng cracking và hoàn nguyên xúc tác. Lò phản ứng trong trường hợp này là thiết bị
phức tạp. Kết cấu của thiết bị phải tạo điều kiện phân bố hơi đồng đều và thoát nhiệt ổn
định trong giai đoạn hoàn nguyên. Để toàn bộ sơ đồ làm việc liên tục người ta sử dụng
vài buồng phản ứng - thường là ba buồng.

Sơ đồ cracking lớp xúc tác tĩnh
1-Thiết bị tách nước, 2- thiết bị ngưng tụ, 3- thiết bị bay hơi,
23
Đề tài môn học Cracking xúc tác
4- bơm phun hơi, 5- buồng phản ứng dạng trao đổi nhiệt,
6- lò nung dạng ống, 7- thiết bị trao đổi nhiệt, 8- máy nén khí,
9- thiết bị gia nhiệt bằng không khí, 10- tháp chưng cất,
11- thiết bị ngưng tụ, 12- tách khí, 13- máy làm lạnh, 14- máy bơm.
I- Nguyên liệu; II- gasoil nặng; III- gasoil nhẹ; IV- xăng;
V- khí béo; VI- cặn nặng của nguyên liệu không bay hơi;
VII- không khí; VIII- nước; IX- hơi; X- môi trường làm lạnh (muối nóng chảy)
6.2. Sơ đồ cracking với xúc tác viên cầu tuần hoàn
Sơ đồ cracking với xúc tác viên cầu tuần hoàn
1, 16, 17, 18, 24, 29, 30- máy bơm; 2- thiết bị trao đổi nhiệt;
3- lò nung dạng ống; 4- lò phản ứng; 5- lò hoàn nguyên xúc tác;
24
Đề tài môn học Cracking xúc tác
6- phễu của lò phản ứng; 8- phễu của lò hoàn nguyên xúc tác;
9- ống thân băng nâng khí động học; 10- thiết bị phối liệu;
11- phễu- thiết bị phân riêng; 12- tháp chưng cất; 13- tháp bay hơi;
14- thiết bị làm lạnh – ngưng tụ; 15- tách khí; 19- thiết bị làm lạnh;
20,31- turbin thổi không khí; 21- buồng đốt dưới áp suất; 22- ống khói;
23- balon hơi; 25- cyclon; 26- thiết bị lọc bụi; 27- phễu hứng bụi;
28- phễu chứa xúc tácdự trữ; 32- ống nối.
Không khí cấp cho ống nâng khí động học được nạp vào ống dẫn không khí 20,
nung nóng trong lò nung dưới áp suất 21, trộn với sản phẩm cháy của nhiên liệu và đưa
vào kết cấu nạp liệu của ống vận chuyển khí động học 10. Không khí tách ra khỏi xúc
tác trong phễu 11 được thải vào không khí. Không khí dùng để đốt cốc được cấp vào lò
hoàn nguyên qua ống dẫn không khí 31, qua lò nung 21 và sau đó phân bố vào các
khoang của lò hoàn nguyên 5. Sản phẩm cháy dẫn qua ống khói 22 và thải vào không

khí. Một phần xúc tác tuần hoàn lại sơ đồ được đưa vào thiết bị lọc 26. Xúc tác được
loại sạch bụi, quay lại sơ đồ, còn hạt bụi nhỏ thu được trong cyclon, thu gom trong
phễu 27, từ đó thoát ra qua ống nối 32. Xúc tác dự trữ được lưu giữ trong phễu 28.
Nước nóng được máy bơm 24 bơm từ balon hơi 23 vào ống xoắn làm lạnh của lò hoàn
nguyên. Hỗn hợp hơi- hơi nước từ cửa ra của ống xoắn đi vào balon hơi. Từ đây hơi
nước đi vào hệ thống của nhà máy, còn nước tuần hoàn và lại trở về ống xoắn lạnh.
Máy bơm 29 cấp nước mềm cho balon, nước này trước đó đã được loại không khí.
6.3. Sơ đồ cracking xúc tác lớp sôi của các hạt xúc tác vi cầu và bụi
Từ lò phản ứng xúc tác sau khi sử dụng qua tháp bay hơi 10, vào ống thoát 11.
Trong tháp bay hơi xúc tác được thổi hơi nước trực tiếp để loại hơi hydrocacbon. Thổi
hơi kỹ để giảm thất thoát nguyên liệu và giảm tải trọng đối với lò hoàn nguyên, tuy
nhiên nếu đưa lượng lớn hơi nước vào tháp bay hơi có thể phá hủy chế độ tuần hoàn
chuẩn của xúc tác. Đáy của ống 11 được nối với góc thứ hai của cụm trộn 12. Ở đây
25