Thiết kế các phân xưởng tái sinh xúc tác chung và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác

Mở đầu
Trong công nghệ chế biến dầu mỏ. Các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác
dụng của nhiệt và xúc tác đợc sử dụng rộng rÃi để chế biến các phân đoạn dầu
mỏ khác nhau, thu các loại hợp chất hữu cơ làm nhiên liệu và nguyên liệu cho
tổng hợp hoá học nh : Sản xuất chất dẻo, cao su, sợi tơ tổng hợp, phân bón, các
chất hoạt động bề mặt tẩy rửa...
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng quá trình chế biến bao gồm
các quá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác, reforming, irome hoá, polime hoá... đặc
biệt là quá trình cracking xúc tác và reforming xúc tác đóng vai trò quan trọng để nâng
cao hiệu suất và chất lợng sản phẩm. Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả
năng làm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng, do đó có làm tăng tốc độ phản ứng lên
cao. Xúc tác cũng làm giảm nhiệt độ phản ứng.
Ngoài ra xúc tác còn có tính chọn lọc nó có khả năng làm tăng nhanh tốc độ,
phản ứng mong muốn trong cùng một điều kiện nh nhau. Tính chất này đợc ứng dụng để
hớng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi để thu đợc sản phẩm chính của quá
trình với hiệu suất và chất lợng cao nhất.
Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo ra
sản phẩm có chất lợng tốt và hiệu suất cao đồng thời các phản ứng phụ có hại cũng xảy
ra nh 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.
Trớc thực trạng nh vậy, yêu cầu thiết kế các phân xởng tái sinh xúc tác chung và
thiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác nói
riêng là một đòi hỏi cần thiết.
Với mục đích nh trên bản đồ án này đề cập một số nội dung chính nh sau:
Cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác
Giới thiệu sơ đồ nguyên lý quá trình tái sinh xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi.
Tính toán và thiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống
cracking xúc tác.

1

Phần I
Tổng quan lý thuyết
Chơng I. cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác
1.1 Giới thiệu chung
Trong công nghệ chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dới dạng tác
dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò quan trọng. Chất xúc tác
trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng vì
vậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều. Mặt khác khi có mặt của xúc tác có khả năng tiến
hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn . Điều này có tầm quan trọng đối với những phản ứng
có hoạt ứng nhiệt dơng ( nh phản ứng hydro hoá, polime hoá,Ankyl hoá.. ) vì ở nhiệt độ
cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này.
Sự có mặt chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng nhanh
quá trình chuyển hoá vừa có khả năng tạo ra nồng độ cân bằng nhất, có nghĩa là tăng đợc
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 phơng diện nhiệt động có thể xảy ra trong cùng một điều kiện
nh nhau. Tính chất này gọi là tính chất chọn lựa của xúc tác. Ngời ta nghiên cứu kỹ từng
loại xúc tác và lợi dụng tính chất lựa chọn của nó để hớng quá trình chế biến theo phản
ứng có lợi, nhằm mục đích thu đợc các sản phẩm chính của quá trình có chất lợng cao,
hiệu suất cao.
Tóm lại, xúc tác có vai trò và ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công nghệ chế
biến dầu mỏ nói chung và trong quá trình cracking xúc tác nói riêng.
Trong quá trình làm việc, cốc tạo ra bán trên bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạt
tính của nó. Vì thế việc khôi lại hoạt tính của xúc tác bằng quá trình tái sinh xúc tác cũng
là vấn đề hết sức quan trọng cần đợc gải quyết đối với xúc tác cracking công nghiệp . Vì
nó tiếp kiệm đợc nguyên vật liệu, lợi về kinh tế và đảm bảo đợc vệ sinh môi trờng.
1.2 Quá trình sử dụng các chất xúc tác cho quá trình cracking.

2

Trong quá trình chế biến dầu mỏ, các quá trình có xúc tác chiếm một vị trí quan
trọng trong đó cracking xúc tác là điển hình . Xúc tác có tác dụng :
- Làm giảm năng lợng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng
- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng
- Tăng tính chất chọn lọc ( Hớng phản ứng theo hớng cần thiết )
Sự phát triển và cải tiến quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu
mỏ, ngoài việc cải thiện về nguyên vật liệu hệ thống thiết bị, chế độ công nghệ... thì ta
thấy cái chính là do sự phát triển cải tiến trong việc sử dụng chất xúc tác .
Xúc tác đợc dùng trong cracking thờng là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiên
nhiên hay tổng hợp, với bề mặt bên trong lớn .
Vào những năm 1919 1920 ngời ta đà dùng xúc tác AlCl3 trong hệ thống
cracking để sản xuất xăng. Xúc tác AlCl 3 cho phép tiến hành cracking ở nhiệt độ thấp
200 300 OC. Nhng trong quá trình sử dụng ngời ta thấy có những nhợc điểm nh: Xúc
tác bị mất mát nhiều do tạo phức với Hyđrô Cacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếp xúc
giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lợng xăng thấp.
Về sau này ngời ta nghiên cứu sử dụng Alumo silicát vô định hình mà đầu tiên là
đất sét bentonite. Năm 1936 ở Liên Xô cũ đà sử dụng xúc tác Alumôsicats ở quy mô
công nghiệp. Sử dụng đất sét thiên nhiên làm xúc tác cracking ngời ta thấy hoạt tính của
nó thấp. Vì vậy ngời ta tiến hành tổng hợp Alumô silicát trong các nhà máy chế tạo xúc
tác. Sau đó trong công nghệ chế biến dầu mỏ ngời ta dùng phổ biến xúc tác Alumô
silicát tổng hợp. Vì nó có hoạt tính và độ lựa chọn tơng đối cao. Tuy vậy , hiện nay việc
cải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển. Các chất xúc tác Alumô silicát chứa zeolit
đà và đang đợc nghiên cứu và sử dụng vào quá trình cracking xúc tác.
ở Mỹ vào năm 1972 đà 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
nghìn tấn là không chứa Zeolit.
Hện nay đà công bố hơn một vạn công trình nghiên cứu về Zeolit. Đà có 3 cuộc
hội thảo về chuyên đề Zeolit. Năm 1967 họp ở Luân Đôn, 1970 họp ở Worecster và năm

3


1973 họp ở Zu-rích . Ngoài ra còn có nhiều hội nghị khác cũng có nhiều báo cáo về đề
tài Zeolit.
1.3 Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác cracking
Quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu đợc trong bất kỳ nhà
máy chế biến dâù nào trên thế giới. Vì quá trình này là một trong các quá trình chính để
sản xuất xăng có trị số octan cao
Xúc tác dùng trong quá trình cracking đòi hỏi những yêu cầu sau
1. Hoạt tính xúc tác phải cao
Hoạt tính xúc tác càng cao sẽ cho hiệu suất xăng càng lớn. Khi sử dụng xúc tác có
hoạt tính cao thì thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắm vẫn có thể đảm bảo
năng suất yêu cầu. Hoạt tính xúc tác là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùng
trong quá trình Cracking.
2. Độ chọn lựa của xúc tác phải cao
Xúc tác cần có độ chọn lựa cao để cho ta chất lợng xăng cao vµ hiƯu st lín vµ
trong khÝ Cracking cã nång độ lớn hơn các Hydrocacbon có cấu trúc nhánh.

3. Độ ổn định phải lớn
Xúc tác phải giữa đợc những đặc tính chủ yếu( hoạt tính , độ chọ lựa) của nó sau
thời gian làm việc lâu dài.
4. Xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ, bền nhiệt.
Trong quá trình làm việc xúc tác cọ sát với nhau và xúc tác cọ sát với thành thiết
bị làm cho xúc tác dễ bị vỡ 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 .
Trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi. Khi nhiệt độ cao nếu xúc tác
không có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm các tính chất của
xúc tác.

5. Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao
4


Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, về cấu trúc ,về hình dạng về kích thớc.
Khi kích thớc không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khác
nhau, do có sự phân lớp theo kích thớc nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thờng của
thiết bị. Mặt khác khi kích thớc 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 mắt tiếp xúc dẫn đến làm
giảm hoạt tính xúc tác.
6. Xúc tác phải bền với những chất làm ngộ độc xúc tác.
Xúc tác phải chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của những hợp chất nh
Nitơ, Lu huỳnh, các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm việc của xúc tác.

7. 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 thì sẽ nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình lợng tiêu hao xác tác
giảm xuống.
8. Xúc tác phải rễ sản suất và rẻ tiền.
Theo những yêu cầu trên nếu không yêu cầu đòi hỏi quá khắt khe thì ta thấy
Alumosilicát vô định hình có thể đáp ứng dụng làm chất xúc tác cho quá trình Crackimg.
1.4 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
tợng này ngời ta gọi là quá trình trơ hoá xúc tác. Quá trình trơ hoá càng nhanh , nếu ta
tiến hành quá trình công nghệ ở điều kiện khó khăn , độ khắt khe tăng ( ví dụ ở nhiệt độ
quá cao thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu , ngoài ra còn xảy ra các quá trình
khác làm tăng tốc độ trơ hoá. Chúng ta có thể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai quá
trình chính đó là :
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 :

5


- Sự tác dụng của các độc tố nh NH3, CO2 của các hợp chất Lu huỳnh mà đặc
biệt là H2S ë nhiƯt ®é cao .
- Sù tÝch tơ kim loại nặng dới dạng các Oxit làm thay đổi chức năng của xúc tác
- Sự tác động của nhiệt độ cao và hơi nớc.
Các hợp chất khi tác dụng với xúc tác có thể chia thành ba nhóm. Nhóm không
tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620 oC nh CO, CO2, NH3 . Nhóm làm giảm
hoạt tính của xúc tác nhng không làm giảm độ chọn lọc nh hơi nớc. Và nhóm làm giảm
độ chọn lọc của xúc tác ( H2S ở nhiệt độ 425 oC ; NH3 SO2, SO3, ở nhiệt độ lớn hơn 620
oC ). Từ kinh nghiệm thao tác các công nghệ Cracking cho thấy rằng độ hoạt tính của
xúc tác có thể duy trì nếu ta cho thêm hơi nớc vào nguyên liệu hay việc sử lý trớc và sau
khi tái sinh xúc tác . Thêm hơi nớc khi chế biến nguyên vật liệu có Lu 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 luôn làm giảm độ hoạt tính và độ chọn lọc của
chất xúc tác .
Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và hơi nớc làm giảm độ hoạt tính tổng cộng
của xúc tác . Khi áp dụng quá trình ở lớp sôi ( FCC) do cần duy trì ở điều kiện để cốc ít
lắng đọng trên xúc tác và xúc tác không bị quá nhiệt , khi tái sinh ngời ta phải đa vào
một lợng nhỏ hơi nớc . Hơi nớc cho vào còn có nhiệm vụ đẩy khí tái sinh và khí sản
phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác và cũng để chánh phần nào sự tạo cốc . Nhng nếu cho hơi
nớc vào nhiều thì sẽ dẫn tới phá vỡ cân bằng nhiệt của hệ lò phản ứng và tái sinh 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 lợng cốc trên xúc tác khi ra khỏi có phản ứng phụ
thuộc vào lợng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống . Đối với đa số các quá trình (FCC) khi
dùng xúc tác chứa Zeolit lợng cốc tạo ra thờng chiếm vào khỏang 1,3 1,8 % khối lợng
xúc tác . Còn sau khi tái sinh là 0,1 0,05% khối lợng . Các hợp chất cơ kim và các hợp
chất có chứa Nitơ trong nguyên liệu đầu là các phần tử làm già hoá nhanh xúc tác .

Nhiều nghiên cứu đà chỉ ra rằng sự có mặt của các hợp chất Nitơ trong nhiên liệu làm
giảm hiệu suất xăng và các sản phẩm trắng .Ví dụ nh khi hàm lợng Nitơ tăng từ 0,1 đến
0,4% KL , hiệu suất xăng bị giảm đi tới hai lần , còn hiệu suất Gasoil nhẹ cũng bị giảm
đồmg thời làm hiệu suất cân nặng và Gasoil nặng tăng . Khi tăng nhiệt độ, tác dụng có
hại của các hợp chất Nitơ sẽ giảm.

6


Sự đầu độc xúc tác tới các kim loại cũng đà đợc nhiều nhà nghiên cứu đề cập tới
và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác . Sự giảm nhanh nhất hoạt tính
của xúc tác xẩy ra trong lúc tiếp xúc với các độc tố với xúc tác . Khi lắng đọng các ôxit
kim loại nặng trên xúc tác dẫn đến làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suất xăng do
tăng nhanh quá trình tạo cốc .
Khi hàm lợng các hợp chất lu huỳnh trong nguyên liệu tăng , thì hàm lợng các
kim loại nặng nh Niken và Vanadi cũng tăng theo vì đa phần chúng đều tập trung ở phần
cân nặng và phân đoạn nhựa Asphan ( ví dụ trong dầu má cã Lu hnh th× cã tíi
90% chÊt phøc chøa Vanađi , còn trong dầu có chứa ít Lu huỳnh là phức với Niken).
1.5 Cơ sở tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác
Trong quá trình làm việc của quá trình Cracking xúc tác một số phản ứng xẩy ra
và tham gia kết hợp với nhau tạo ra những sản phẩm có hại bám trên bề mặt chất xúc
tác . Những sản phẩm có hại đó gọi là cốc .
Sảm phẩm cốc đợc tạo ra là do một hệ vòng thân có độ ngng tụ cao, sự hình thành
cốc có thể do các nguyên nhân sau :
- Do bản chất của nguyên liệu Cracking ( nếu nguyên liệu là phân đoạn kezosenXôđa và Gasoil nặng thu đợc từ quá trình chng cất trực tiếp thì ít tạo cốc ). Nếu nguyên
liệu là cặn Marut Gasoil nặng của quá trình thứ cấp khác thì khả năng tạo cốc nhiều .
- Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao .
- Do chế độ công nghệ cha tối u
Cốc đợc tạo thành trong quá trình Cracking xúc tác có thể chia thành ba phần
chính :

- Lợng cốc do phản ứng hoá học .
- Lợng cốc do hấp thụ hoá học trên bề mặt xúc tác .
- Lợng cốc do nhả hấp thụ chậm.
Các gốc Hydrocacbon va chạm vào nhau tạo thành phân tử ngng tụ các vòng
thơm sẽ tạo thành cac bon ( hay gọi là cốc ) .

7


Sơ đồ có thể biểu diễn chúng nh sau cho các loại tơng tự nh benzen là:
Naphtaxen, antraxen, phenapxen , phản ứng chính là phản ứng ngng tụ tạo ra s¶n phÈm
cèc .

8


9


10


11


Nh vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhận đợc
khi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyên tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon . Trong
quá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vì nó bám trên tâm
hoạt tính của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác . Vì vậy phải tiến hành tái sinh xúc
tác .

1.6 Tái sinh xúc tác
Xúc tác trong quá trình Cracking làm việc đợc một thời gian , cốc tạo thành do
một số phản ứng phụ có hại bám trên bề mặt xúc tác che phủ các tâm hoạt động cuả xúc
tác . Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác vì vậy hiệu quả của quá trình Cracking xúc
tác bị giảm .Để xúc tác làm việc bình thờng ( các tính chất của xúc tác không hề thay đổi
) thì ngời ta phải tiến hành tái sinh
Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác
bằng không khí nóng trong lò tái sinh xúc tác . Khả năng tái sinh của xúc tác là một đặc
tính quan trong của nó.
Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO 2 . Các phản ứng cháy này
toả nhiều nhiệt . Ngoài ra còn có các phản ứng khử các hợp chất lu huỳnh . Các phản ứng
xẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả nh sau :
C + O2

 CO2

C + 1/2O2  CO

Q = 33,927  34,069 MJ/kg
Q = 10,692  10,314 MJ/kg

CO + 1/2O2  CO2

Q = 23,650 23,755MJ/kg

H2 + 1/2O2  H2O

Q = 1210,043  1210,252MJ/kg

S + O2  SO2

Q = 9,132  9,222MJ.kg

SO2 + 1/2O2  SO3
MeO + SO3  MeSO4
MeSO4 + 4H2 MeO + H2S + 3H2O
Me : lµ kim lo¹i

12


Nhiệt lợng toả ra đợc dùng cấp nhiệt cho xúc tác vào lò phản ứng ngoài ra còn tận
dụng để sản xuất hơi nớc dùng trong khu liên hợp .
Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác đang đợc dùng và loại lò tái sinh .
Ví dụ đối với xúc tác Alumôsilicat tổng hợp tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 540 680 oC
Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cờng độ cháy cốc . Cờng độ cháy cốc
càng cao, quá trình tái sinh càng nhanh, thể tích thiết bị tái sinh yêu cầu càng nhỏ. Cờng
độ cốc cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ , áp suất riêng phần của Oxy, hàm lợng
cốc bám trên xúc tác ...
Yếu tố nhiệt độ ảnh hởng lên cờng độ cháy cốc : qua nghiên cứu cho thấy nhiệt
độ khoảng 540 680 oC tiến hành tái sinh là tốt nhất .
Nếu chúng ta tiến hành tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn ví dụ 450 500 oC thì quá
trình tái sinh xẩy ra chậm ( cờng độ cháy cốc thấp ) cốc bám trên xúc tác cháy không
triệt để . Nếu tiến hành tái sinh ở nhiệt độ cao hơn 700 oC thì sẽ làm cháy cốc lớn và
cháy cả xúc tác , làm cho tính chất của xúc tác bị biến đổi và còn làm cho thiết bị tái
sinh bị biến dạng làm mất độ bền cơ và tăng quá trình Oxy hoá thiết bị .
Tốc độ tái sinh có thể biểu diễn theo phơng trình :
V K 1 .PO2 .(1 K 2 .PH 2O ).C n  E / RT

Trong đó :

V : Tốc độ tái sinh
PO2

PH 2O

áp suất riêng phần của Oxy và hơi nớc .

C : Hàm lợng cốc trên xúc tác .
n : Bậc phản ứng theo các bon
K1 ,K2 : Hằng số
Vậy để tăng tốc độ tái sinh thì phải tăng nhiệt độ tái sinh (hiệu quả nhất ở vùng
động học ), tăng áp suất riêng phần của Oxy trong không khí , giảm đờng kính các hạt

13


xúc tác , ví dụ xúc tác dạng cầu có ®êng kÝnh D = 3  3,5 mm cã cêng độ tái sinh cao
hơn 30 40% so với xúc tác có D = 5 mm .
Xúc tác có đờng kính lỗ xốp lớn và đồng đều thì quá trình tái sinh nhanh vì Oxy
dễ khuếch tán . Tuy vậy điều này bị giới hạn bởi độ bền của xúc tác và một số tính chất
khác của nó .
Việc tái sinh xúc tác thờng không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác. Cốc còn
lại gọi là cốc cặn. Cốc cặn thờng còn lại từ 0,1 0,3 % trọng lợng xúc tác. Ngời ta
mong muốn lợng cốc cặn còn lại không quá 0,1%.
Tóm lại mức độ tái sinh xúc tác cần phải khống chế chặt chẽ để không chỉ đảm
bảo độ hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trờng, vì thế không nên
có mặt của CO trong khí khói thải. Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ở nhiệt
độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến ph¸ hủ xóc t¸c . Sau khi t¸i sinh , hàm lợng
cốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác .
Quá trình tái sinh xúc tác bằng phơng pháp đốt cốc cha giải quyết đợc việc khử

các kim loại nặng hấp thụ trên xúc tác . Vì vậy để hoàn thiện quá trình tái sinh ngời ta
tiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các kim loại nặng , điều này đợc giải quyết
sẽ nâng cao đợc hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác .

14


Chơng II
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác
trong lớp xúc tác giả sôi
Hệ thống Cracking xúc tác trong lớp giả sôi đợc đa vào sử dụng ở quy mô công
nghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay ngời ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạt hiệu quả
kinh tế cao nhất đảm bảo hiệu suất và chất lợng sản phẩm tốt . Hệ thống này đợc sử dụng
ngày càng đợc phổ biến trong công nghiệp chế biÕn dÇu má. Qua thùc tÕ sư dơng hƯ
thèng Cracking xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi , sử dụng xúc tác dạng bụi bay dạng vi
cầu ngời ta thấy nó có nhiều u điểm hơn hệ thống Cracking xúc tác trong lớp xúc tác
tầng chặt . Những u điểm lớn đó là :
1.Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều có
cấu tạo rất đơn giản :( so với các dạng thiết bị khác của quá trình Cracking thực tế chúng
là hình rỗng ).
2. Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngợc lại là nhờ
sự chuyển vận liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng.
3. Do có sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng
nhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng nh thiết bị tái
sinh, khắc phục đợc hiện tợng quá nhiệt cục bộ
4. Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , nh từ
nguyên liệu là phân đoạn Kezoxen đến nguyên liệu nặng , là Mazuts làm tăng tính vạn
năng của hệ thống
5. Hệ thống này có công suất làm việc lớn.

Thuyết minh dây truyền
Xúc tác đà làm việc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng (1) cho sang tháp tái bốc hơi
(10). Lợng xúc tác này đợc điều chỉnh bằng van (6). Tại tháp tái bốc hơi ngời ta thổi hơi
nớc quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác . Sau đó xúc tác đợc
đa vào thiết bị tái sinh (3). Lợng xúc tác đợc đa vào thiết bị tái sinh đợc điều chØnh b»ng
15


van (9). Cho thổi không khí từ thiết bị thổi không khí (8) vào thiết bị tái sinh . Không khí
này sẽ đẩy xúc tác đa qua từ tháp tái bốc hơi , tạo dạng tầng sôi trong thiết bị tái sinh , tại
tầng sôi xẩy ra quá trình đốt cháy cốc tách ra khỏi bề mặt xúc tác . Xúc tác đà đợc đốt
cháy cốc theo đờng ống đến điểm trộn (7). Lợng xúc tác đi ra đợc điều chỉnh bằng van
(11). Tại điểm trộn này xúc tác đợc trộn với nhiên liệu để đi vào thiết bị phản ứng (1).
Để tách hết sản phẩm cháy ra khỏi xúc tác ngời ta thổi hơi nớc vào Zon tách khí
của thiết bị tái sinh . Xúc tác cuốn theo khí t¸i sinh qua hƯ thèng m¸y hót bơi t¸ch khÝ
(14). Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụng
nhiệt (12). Và từ đây cho khí đi sang hệ thống lọc điện (13) để lọc sạch khí. Còn xúc tác
đợc giữ lại và quay trở lại tầng sôi.
Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hƯ thèng cr¸cking xóc t¸c.

16


17


Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873 883 K . V× vËy ngêi ta xư lý chÊt xóc tác
đà bị cốc hoá ở trong thiết bị tái sinh bằng không khí theo hai giai đoạn :
1. Thổi không khí vào Zon thứ nhất để đốt , cháy từ 75 80% lợng cốc nằm trên
xúc tác

2. Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 2025% lợng cốc còn lại . Nhiệt
toả ra ở giai đoạn này, để tránh quá nhiệt cho quá trình tái sinh , ta dùng một phần nhiệt
đó để sản xuất hơi nớc.
Sau ®ã ®Ĩ ®i hÕt khÝ t¸i sinh ra khái c¸c mao quản của hạt xúc tác và ra khỏi
không gian giữa các hạt, ngời ta dùng hơi nớc thu đợc ở giai đoạn hai của tái sinh thổi
ngợc chiều với chất xúc tác
Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác đợc đa từ Zon thứ hai qua
các lỗ vào vùng này. Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tác . Từ Zon thứ ba
này, chất xúc tác đà đợc tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nớc đi ra đợc
cho qua thiết bị phản ứng trong hƯ thèng Cr¸cking xóc t¸c

18


Phần II
thiết kế phân xởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong
hệ thốnG crAcking xúc tác
Theo các số liệu đà cho :
- Lợng chất xúc tác tuần hoàn Gx= 2578 T/h.
- Kích thớc tối đa của hạt xúc tác 150m
- Khối lợng riêng của lớp giả sôi ( tầng sôi ) của xúc tác ts= 500 kg/m3.
- Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng 755 K.
- Lợng cốc ở trên xúc tác đà đợc tái sinh bằng 0,2 % khối lợng.
- Lợng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác g=20 T/h.
- Lợng hơi nớc bị hấp thụ bởi chất xúc tác Gh= 4130 kg/h.
- Nhiệt độ ở trong thiết bị tái sinh Tp= 837 K.
- Nhiệt độ của không khí Tk=353K .
- áp suất ở trên lớp tầng sôi = 0,23.106 Pa
Tính toán :
1. Đặc tính cháy của Cacbon. Lợng khí tái sinh

Thành phần của cốc :
+ Thầnh phần của cốc đợc thể hiện ở bảng 1.

Nguyên tố

Hàm lợng % ( % khèi lỵng )

C

86,0

H

8,5

S

5,5

19


Phụ thuộc vào độ d không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lợng và
mức độ xư lý chÊt xóc t¸c ë trong khÝ t¸i sinh mà tỷ lệ CO2/CO sẽ khác nhau. Lợng CO2
và CO tạo ra đặc trng cho sự cháy hoàn toàn của C.
Sau khi biết đợc lợng C trong cốc ( 86% khối lợng ở bảng 1) và giả thiết tỷ lƯ
theo thĨ tÝch ( ë ®iỊu kiƯn chn ) CO2/CO =1,85. Ta tính đợc lợng C trong 1 kg cốc biến
thành CO2 và CO từ đó xác định đợc lợng sản phẩm Oxy hoá.
Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có :
CCO2 CCO 0,86

(*)

Trong đó :
C CO2

và

C CO

là lợng C biến thành CO2 và CO tơng ứng trong quá trình

đốt cháy 1 kg cốc.
Trong quá trình đốt cháy cốc có rất nhiều phản ứng xẩy ra ở đây ta giả thiết
các phản ứng sau:
C + O2 = CO2 (1)
C + 1/2O2 = CO (2)
2H2 + O2 = 2H2O (3)
S + O2 = SO2 (4)
 X¸c định lợng CO2 và CO tạo ra từ C CO và
2

C CO

kg Cacbon

Từ (1) ta thấy : Để đốt cháy 1 kmol C thì cần 1 kmol O2 để sản phẩm tạo thành là CO2.
Khi đó .
mCO2 C CO2

C CO2
12

.1.32 3,67C CO2

(kg / kg )

Tơng tự ta tính lợng CO.

20