Tìm hiểu Công nghệ RFCC

CÔNG NGHỆ RFCC
Trang 1
1
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
I. MỤC ĐÍCH CỦA CÔNG NGHỆ RFCC VÀ ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG
NGHỆ RFCC SO VỚI CÔNG NGHỆ FCC
Công nghệ lọc dầu ngày càng phải quan tâm đến nguồn nguyên liệu nặng. Bởi vì nhu
cầu nhiên liệu của xã hội ngày càng tăng, nhịp độ phát hiện các mỏ dầu mới ngày càng
giảm. Do đó, người ta chú ý đến nguồn nguyên liệu nặng. Nguồn nguyên liệu này không
những rẻ tiền mà còn dễ kiếm vì các nhu cầu khác sử dụng nguồn nguyên liệu nặng ngày
càng giảm dần.
Nguyên liệu nặng có nhiệt độ sôi cao hơn nhiên liệu nhẹ, bao gồm các polyxycloalkan,
các hydrocacbon đơn và đa nhân thơm, rất nhiều asphalten. Trong nhiên liệu nặng còn có
chứa nhiều phân tử chứa các nguyên tử khác loại chứa nhiều lưu huỳnh gây đầu độc xúc
tác. Ngoài các chất đó, trong nguyên liệu nặng còn chứa nhiều kim loại có hại cho chất
xúc tác cracking. Có những biện phát tiền xử lý như hydro-xử lý, phân riêng hóa học hay
vật lý… để giảm thiểu nồng độ các cấu tử không mong muốn. Tuy nhiên thực hiện các
công nghệ tiền xử lý luôn đòi hỏi sự lắp đặt thêm thiết bị và gia tăng giá thành chế biến.
Do đó, các nhà lọc dầu đã muốn cracking trực tiếp dầu nặng bằng các chất xúc tác thích
hơp.
Ngày nay, nhu cầu chuyển hóa các sản phẩm đáy ngày càng tăng, không chỉ số lượng
mà phải đảm bảo về chất lượng. Tức là, nhiên liệu phải sạch( hàm lượng lưu huỳnh thấp)
Vì vậy, công nghệ cracking không ngừng được nghiên cứu và cải tiến. Công nghệ
RFCC được ra đời cùng với sự có mặt của xúc tác đặt biệt nhằm giải quyết các yêu cầu
trên.
Công nghệ RFCC được áp dụng các kỹ thuật mới nhất như: sử dụng chế độ hoàn
nguyên 2 giai đoạn, sử dụng hệ thống MTC(hê thống điều khiển nhiệt độ), xử lý khử CO,
NO
x
, SO
x

cho khí thải, sử dụng thiết bị tách nhanh xúc tác ra khỏi hổn hợp sản phẩm
RTD, và thiết bị phun sương nguyên liệu.
Trang 2
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Trong đó, chế độ hoàn nguyên 2 giai đoạn đóng vai trò chủ chốt trong công nghệ
RFCC để xử lý nguyên liệu nặng chứa nhiều tạp chất và dị nguyên tố.
Khái quát về chế độ hoàn nguyên 2 giai đoạn: chất xúc tác được hoàn nguyên trong 2
giai đoạn: 50-70% trong giai đoạn 1 và đạt cân bằng trong giai đoạn 2. Sự hoàn nguyên
xúc tác trong giai đoạn 1 được thực hiện trong môi trường thiếu oxy tạo ra một lượng CO
đáng kể. Vì nhiệt cháy của cacbon thành CO nhỏ hơn 1/3 nhiệt cháy thánh CO
2
nên nhiệt
chuyển vào chất xúc tác ít hơn rất nhiều so với chế độ hoàn nguyên cháy hoàn toàn 1 giai
đoạn. Phần cacbon còn lại được đốt cháy ở giai đoạn 2 trong chế độ cháy hoàn toàn. Vì
nhiệt độ cao nên các xyclon được thiết kế bên ngoài để giảm thiểu thể tích của buồng
hoàn nguyên và có thể sử dụng thép cacbon.
So sánh sự hoàn nguyên 2 giai đoạn(được ứng dụng trong công nghệ RFCC) và hoàn
nguyên đơn- 1 giai đoạn có bộ phận làm nguội xúc tác(trong công nghệ FCC) để thấy
tính ưu việt của chế độ này như sau:
• Nguyên lý làm việc của hai hệ trên là khác nhau. Ưu điểm của hệ hoàn nguyên 2 giai
đoạn được thể hiện rõ khi chế biến các nguyên liệu nặng và hàm lượng kim loại cao.
• Nhiệt độ của hệ xúc tác thấp hơn. Với hệ hoàn nguyên một giai đoạn, nhiệt độ tỏa ra
trong thiết bị hoàn nguyên được tách ra bằng bộ phận làm nguội chất xúc tác, trong khi
đó với hệ hoàn nguyên 2 giai đoạn, nhiệt độ tỏa ra ít hơn. Vì thế, nhiệt đô của các hạt
xúc tác không cao và do đó sự suy giảm hoạt tính của hạt xúc tác cũng được hạn chế.
Vì sự cháy cốc xảy ra trong 2 giai đoạn nên độ khắc nghiệt của phản ứng oxy hóa
trong mỗi một giai đoạn đều không cao. Trong giai đoạn 1, chất xúc tác vào từng phần
từ đỉnh qua bộ phận phân phối xúc tác, trong đó không khí cháy đi vào ở dưới đáy của
buồng hoàn nguyên. Sự di chuyển ngược chiều đó của chất xúc tác và không khí ngăn
ngừa sự tiếp xúc của xúc tác đã tham gia phản ứng( nhiều cacbon) với không khí mới

cho vào chứa 21% oxy. Kết quả là, nhiệt đọ hạt xúc tác thấp hơn và sự suy giảm hoạt
tính xúc tác do tác dụng nhiệt nhỏ hơn trong thiết bị hoàn nguyên 2 giai đoạn.
Trang 3
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
• Sự suy giảm hoạt tính xúc tác do tác động thủy nhiệt thấp hơn. Trong giai đoạn 1, chất
xúc tác chỉ được hoàn nguyên một phần, hầu hết nước hình thành bởi phản ứng cháy
hydro của cốc được thực hiện trong giai đoạn 1.
Vì nhiệt độ của buồng hoàn nguyên giai đoạn 1 thấp, sự suy giảm hoạt tính xúc tác do
tác động thủy lực được hạn chế rỏ rệt. Trong buồng hoàn nguyên giai đoạn 2, nhiệt độ
không cao, độ ẩm là cực tiểu, và do đó, không có nguy cơ suy giảm hoạt tính do thủy
nhiệt đối với chất xúc tác.
Độ bền hoạt tính đối với kim loại tốt hơn. Khi các nhà lọc dầu sử dụng các nguyên liệu
chứa nhiều kim loại ( nghĩa là với hàm lượng kim loại cao trên bề mặt mà chất xcus tác
vẫn còn hoạt tính xúc tác tốt). Các kết quản nghiên cứu đã chứng tỏ rằng lượng kim loại
cao( đặc biệt đối với Vanidi) dẫn đén sự suy giảm hoạt tính đáng kể của chất xúc tác khi
có mặt hơi nước và oxy. Vì hầu hết hơi nước trong thiết bị hoàn nguyên được tạo ra từ
hydro của cốc, nên hàm lượng hơi ẩm có thể tính toán trực tiếp. Đối với hệ hoàn nguyên
một giai đoạn hàm lượng đó thường lớn hơn 10%. Khi có mặt oxy, hơi nước và Vanadi
phản ứng với nhau tạo thành axit vanadic. Axit này tấn công vào nhôm trong cấu trúc của
zeolit. Sự tách nhôm phát triển sẽ làm sập cấu trúc zeolit và xúc tác trở nên mất hoạt tính.
Trang 4
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Do đó, chất xúc tác trong thiết bị hoàn nguyên một giai đoạn hoạt động trong điều kiện
dư oxy và hơi ẩm thường bị axit vanadic phá vỡ cấu trúc. Phân chia sự hoàn nguyên 2
giai đoạn có thể cải thiện tình hình nói trên. Trong giai đoạn một, hầu hết hydro( và do
đó, hơi nước) được giải phóng ở nhiệt độ thấp và không có oxy. Trong giai đoạn 2, sự
cháy cốc xảy ra trong chế độ oxy hóa hoàn toàn, dư oxy, nhưng hàm lwongj ẩm rất ít. Sự
phá vỡ cấu trúc của zeolit do vanadi được hạn chế tối đa, vì trong giai đoạn 1 thiếu oxy
và nhiệt độ thấp nên V
2

O
5
rất ít, còn trong giai đoạn 2 thì axit vanadic cũng khó hình
thành vì rất ít H
2
O
Hoàn nguyên 2 giai đoạn rõ ràng là ít khắc nghiệt hơn kết hợp các thế hệ mới chất xúc
tác( thụ động hóa vanadi…) sẽ cho phép các nhà lọc dầu chế biến các dầu nặng một cách
có hiệu quả hơn mà trước đây chưa từng đạt được.
II. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ RFCC
Trong phần trình bày này xin chọn công nghê : Công nghệ IFP – Total và Stone &
Webster:
Hai hãng công nghiệp này đã hợp tác thiết kế quá trình RFCC với tái sinh xúc tác 2
cấp. Quá trình nhằm cracking xúc tác cặn nặng có tên “R.2.R process”.
Trang 5
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Hệ thống gồm: ống phản ứng, xycon, bộ phận tách, van điều chỉnh lượng xúc tác đã
phản ứng, thiết bị tái sinh hai cấp, hệ thống khí nâng, hệ thống ổn định xúc tác hoàn lưu.
Đặc điểm: lò phản ứng tái sinh hai cấp có cải tiến thiết bị phun nguyên liệu trược tiếp
vào dòng xúc tác nóng.
Trang 6
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
III. NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM
3.1 Thành phần nguyên liệu:
Nguyên liệu của RFCC là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển dầu thô MIXED
với các đặc trưng sau:
- Tỷ trọng tiêu chuẩn: S = 0.8837
- Khối lượng phân tử: M = 505.84kg/kmol.
- Độ nhớt:
* Ở 50

o
C : 43.4 cSt
* Ở 100
o
C : 8.9 cSt
- Độ axít (mg KOH/mg nguyên liệu): 0.05
- Thành phần kim loại (V/Ni), ppm: 1.61/1.61
- Hàm lượng cacbon conradson (%kl): 1.74
3.2 Thành phần sản phẩm:
Sản phẩm của công nghệ cracking xúc tác RFCC gồm
 Sản phẩm khí:
Sản phẩm khí có năng suất tham khảo, tài liệu tính toán cân bằng vật chất của
VIETROSS REFINERY PROJET DUNG QUAT-IFP, là 20.155%kl của nguyên
liệu mới, trong đó LPG chiếm 17.853%kl.
Các đặc tính chất lượng của LPG:
− Tỷ trọng tiêu chuẩn 0.565
− H
2
S ppm 50
− SO
x
ppm 5
− Mercaptan ppm 78
− COS ppm 5
− S tổng ppm 3786
− Áp suất hơi psi 12
Trang 7
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
− Butadien ppm 3012
− Thành phần khối lượng: (%kl)

C
2
0.25
C
3=
23.15
C
3
9.32
iso-C
4
19.26
n-C
4
4.76
iso-C
4
39.58
C
5
+
0.67
 Sản phẩm xăng (C5-205
o
C):
Năng suất thu xăng tham khảo của phân xưởng là 49.9%kl của nguyên liệu
mới.
Các đặc tính của chất lượng:
− Tỷ trọng chuẩn 0.736
− Áp suất hơi Reid (RVP) 32 kPa

− RON 92.1
− MON 79.9
− Hàm lượng lưu huỳnh 340 ppm
− Thành phần cất (%vol):
IBP 39
o
C
5% 50
o
C
10% 55
o
C
30% 71
o
C
50% 90
o
C
70% 116
o
C
90% 160
o
C
95% 176
o
C
FP 197
o

C
Trang 8
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Xăng kém ổn định, thường chứa nhiều Mercaptan nên cần phải ngọt hoá.
 Sản phẩm LCO:
LCO có khoảng phân đoạn 205-360
o
C với năng suất tham khảo là 14.65%kl của
nguyên liệu mới.
Các đặc tính chất lượng:
− Tỷ trọng chuẩn: 0.926
− Điểm vẫn đục (
o
C): - 6.1
− Độ nhớt ở (cSt) : 100
o
C 0.99
50
o
C 1.92
− Chỉ số cetan: 24.4
− Điểm đông đặc (
o
C): -12.8
− Thành phần cất:
IBP 188
o
C
5% 221
o

C
10% 230
o
C
30% 245
o
C
50% 263
o
C
70% 287
o
C
90% 323
o
C
95% 336
o
C
FP 353
o
C
Nhận xét:
• Rất giàu hợp chất thơm nên có chỉ số cetan lớn.
• Giàu hợp chất của lưu huỳnh nên phải được đưa qua phân xưởng HDS.
• LCO có thể được pha vào nguyên liệu nặng, hoặc sau khi khử lưu huỳnh có
thể pha vào dầu hỏa dân dụng, nhiên liệu ô tô.
Trang 9
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
 Sản phẩm DO (decant oil):

Sản phẩm này có phân đoạn 360
o
C+ và có năng suất tham khảo là 7.53% kl của
nguyên liệu mới.
Các đặc tính chất lượng của DO:
− Tỷ trọng chuẩn: 1.092
− Độ axit (mg KOH/mg nguyên liệu): 0.05
− Hàm lượng lưu huỳnh (%kl) : 1.03
− Độ nhớt ở 50
o
C (cSt): 160
− Điểm đông đặc (
o
C): 15-20
 Sản phẩm Cốc:
Theo loại nguyên liệu và xúc tác đã chọn ở chế độ làm việc xác lập thì năng suất
thu cốc theo tính toán là 7.75%kl của nguyên liệu mới.
Thành phần cốc: (%kl) C : H : S = 87.04 : 11.93 : 1.03
IV. XÚC TÁC
4.1 Chất xúc tác dùng trong công nghệ RFCC
Trong công nghệ RFCC thường sử dụng loại xúc tác Zeolit. Đây là loại xúc tác axít,
dạng rắn. Kích thước hạt xúc tác phụ thuộc vào từng loại công nghệ cracking tương ứng.
 Xúc tác dạng bụi
Xúc tác dạng bụi có kích thước từ 1 ÷ 150 μm . Nhưng phần lớn xúc tác của dạng này
có kích thước 40 ÷ 80 μm.
 Xúc tác dạng vi cầu
Xúc tác dạng này có kích thược hạt từ 10 ÷ 150 μm. So với xúc tác dạng bụi, xúc tác
dạng vi cầu trong quá trình làm việc bị mài mòn ít hơn và mất mát xúc tác ít hơn. Xúc tác
dạng bụi và dạng vi cầu thường được dùng trong hệ thống cracking xúc tác với lớp xúc
tác giả sôi.

Trang 10
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
 Xúc tác dạng hạt cầu lớn
Đường kính các hạt xúc tác dạng này từ 3 ÷ 6 mm. 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 chuyển động.
 Xúc tác dạng trụ
Dạng này có đường kính 3 ÷ 15 mm, chiều cao 3 ÷ 5 mm. Độ bền cơ loại này 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 cố định.
4.2 Lựa chọn xúc tác cho quá trình
Sự hoạt động bình thường của RFCC phụ thuộc không chỉ vào thiết kế cơ khí của thiết
bị chuyển hóa mà còn phụ thuộc vào sự lựa chọn chất xúc tác. Để xử lý nguyên liệu
RFCC có lượng cặn tối đa, cần lựa chọn một chất xúc tác có hàm lượng cốc delta thấp.
Cốc delta là một chỉ số rất phổ cập, khi cốc delta tăng có thể dẫn đến sự gia tăng đáng
kể nhiệt độ của thiết bị hoàn nguyên.
Khi chế biến nguyên liệu cặn, cốc tạo ra từ nguồn nguyên liệu đóng góp phần chủ yếu
cho cốc delta. Để giảm bớt dạng cốc delta trong vận hành hệ thống lựa chọn. ta sẽ lựa
chọn các xúc tác sau:
− Zeolit Y siêu bền (USY) có hàm lượng đất hiếm thấp.
− Hoạt tính xúc tác cân bằng theo MAT: 60 – 65.
− Pha nền có cốc delta thấp.
Khi hàm lượng kim loại cao, người vận hành có thể xem xét khả năng sử dụng chất
xúc tác có tác nhân bẫy vanadi.
Trang 11
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
4.2.1 Hoạt tính xúc tác
Cracking xúc tác là một quá trình phức tạp. Việc đánh giá hoạt tính của một
chất xúc tác thường gặp rất nhiều khó khăn vì ngoài các phản ứng cracking sơ cấp
còn có nhiều phản ứng thứ cấp, bề mặt chất xúc tác lại bị che chắn bới một lớp

phủ cốc luôn biến đổi. Hoạt độ xúc tác bị suy giảm liên tục theo thời gian phản
ứng.
Có hai loại mô hình được thừa nhận phổ biến nhất là:
- Mô hình suy giảm hoạt tính chất xúc tác do sự hình thành cốc.
- Mô hình suy giảm hoạt tính chất xúc tác theo thời gian phản ứng trong dòng.
Nguyên nhân suy giảm hoạt tính xúc tác
Sự suy giảm hoạt tính xúc tác có thể chia thành hai loại: nguyên nhân hóa học và
nguyên nhân vật lý.
Nguyên nhân vật lý: do sự tụ hợp các tâm axit xúc tác, sự bịt tắc các mao quản, tổn
thất bề mặt riêng…
Nguyên nhân hóa học:
• Ngộ độc thuận nghịch : do sự hấp phụ cạnh tranh của các tạp chất trong nguyên
liệu. Vì sự hấp phụ có tính chất thuận nghịch nên sự suy giảm hoạt tính do nguyên
nhân nay cũng có tính thuận nghịch. Nghĩa là có thể khôi phục tính chất xúc tác
bằng cách khử hấp phụ chất ngộ độc như thổi khí nito, xử lý nhiệt…
• Ngộ độc không thuận nghịch : bởi các tạp chất trong nguyên liệu. Ngộ độc bới các
kim loại trong cracking xúc tác là một ví dụ điển hình vè ngộ độc không thuận
nghịch. Sự suy giảm hoạt tính của chất xúc tác do ngộ độc bất thuận nghịch không
thể phục hồi bằng xử lý vật lý hoặc hóa học.
• Tự ngộ độc : là sự suy giảm hoạt tính xúc tác do các phản ứng mong muốn xảy ra.
Đây là nguyên nhân chính của sự suy giảm hoạt tính của chất xúc tác cracking và
do đó cũng là lý do phát triển các dạng thiết kế khác nhau về reacto và thiết bị
hoàn nguyên chất xúc tác cracking.
Trang 12
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Hiện tượng ngộ độc chất xúc tác cracking xảy ra do sự che phủ một lớp vật liệu
cacbon hóa trên bề mặt và bên trong các mao quản chất xúc tác. Người ta phân
biệt sự tạo thành cốc theo các cơ chế khác nhau:
1. Cốc do cặn: được tạo ra do dehydro hóa các phần cặn không bay hơi của
nguyên liệu.

2. Cốc do tạp chất kim loại: loại này được tạo ra do các tạp chất kim loại trong
nguyên liệu bám vào bề mặt chất xúc tác, rồi trở thành các tâm tạo cốc.
3. Cốc xúc tác: được hình thành do các quá trình xúc tác tạo ra một số sản
phẩm vì một lý do nào đó( kích thước hình học, khả năng khuếch tán…)
phải nằm lại trên bề mặt xúc tác.
4. Cốc do nguyên liệu: một số nguyên liệu không kịp cracking đọng lại trong
các mao quản chất xúc tác.
Các biện pháp ngăn ngừa sự đầu độc xúc tác
Trung hoà hoặc làm mất hoạt tính của Ni bằng cách đưa vào các hợp chất của
Pd hoặc sử dụng chất mang.
Giảm tác dụng phá huỷ cấu trúc mạng của V bằng cách cho vào các ôxít kim
loại để tạo hợp chất bền với V. Phổ biến nhất là ôxít của kim loại kiềm thổ MgO,
CaO, ôxít của kim loại đất hiếm Re
2
O
3
hoặc hổn hợp TrO
2
+CaO, SrO+BaO.
Giảm hàm lượng kim loại kiềm trong thành phần Zeolit.
4.2.2 Bổ sung chất xúc tác
Các nguyên liệu cặn thường chứa nhiều kim loại. Trong quá trình cracking, các kim
loại đều lắng đọng lên bề mặt chất xúc tác. Vì chế độ hoàn nguyên 2 giai đoạn không
khắc nghiệt nên hàm lượng kim loại của chất xúc tác có thể đạt được 10.000ppm (kl)
đối với (Ni + V) mà hiệu suất sản phẩm chưa thấy bị ảnh hưởng đáng kể. Đối với chế
độ RFCC, việc bổ sung chất xúc tác dựa trên cơ sở duy trì ổn định hoạt tính và lượng
kim loại trên chất xúc tác. Biện pháp hiệu quả nhất để duy trì mức hoạt tính với hàm
Trang 13
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
lượng kim loại cho phép là bổ xung cả chất xúc tác mới và chất xúc tác đã làm việc

lâu( đạt cân bằng). Chất xúc tác cân bằng là tác nhân phân tán kim loại hiệu quả. Tuy
nhiên, nó không ảnh hưởng gì đến hoạt tính xúc tác cracking. Do đó, chất xúc tác cân
bằng được bổ sung vào chất xúc tác mới để khống chế rất nhạy và hiệu quả hoạt tính
riêng và hàm lượng kim loại trên một đơn vị chất xúc tác.
4.2.3 Động học của quá trình cracking xúc tác.
Cracking xúc tác là một ví dụ điển hình về dị thể, quá trình cracking xúc tác có thể
xảy ra qua những giai đoạn sau:
− Khuếch tán nguyên liệu đến bề mặt của xúc tác (khuếch tán ngoài).
− Khuếch tán nguyên liệu vào các lỗ xốp của xúc tác (khuếch tán trong).
− Hấp phụ nguyên liệu lên các tâm hoạt động của xúc tác.
− Phản ứng hoá học trên các tâm hoạt động của xúc tác.
− Khử hấp phụ các sản phẩm cracking và phần nguyên liệu chưa tham gia phản ứng
ra khỏi bề mặt và ra khỏi lỗ xốp của xúc tác.
− Tách các sản phẩm cracking và nguyên liệu chưa tham gia phản ứng ra khỏi vùng
phản ứng.
Phản ứng xảy ra trong vùng động học hay vùng khuếch tán là phụ thuộc vào chế độ
công nghệ, bản chất nguyên liệu và chất xúc tác sử dụng.
Động học của quá trình cracking xúc tác có thể được biểu diễn bằng phương trình sau
η
o
.x = - β.n
o
.ln(1 - x) - α
η
o
: tốc độ nạp nguyên liệu vào thiết bị phản phản ứng.
x : tốc độ sau chuyển hoá của nguyên liệu .
α : hệ số động học hay hằng số tỷ lệ tốc độ phản ứng, nó đặc trưng cho dạng động
học của quá trình cracking xúc tác
Trang 14

Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác:
Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng lên qúa trình cracking xúc tác là: nguyên liệu, nhiệt độ,
áp suất, thời gian tiếp xúc của hơi nguyên liệu với xúc tác, tốc độ thể tích và bội số tuần
hoàn xúc tác.
4.3.1 Yếu tố nguyên liệu:
Nguyên liệu chủ yếu của công nghệ RFCC thường là cặn của quá trình chưng cất khí
quyển (RA) với điều kiện cặn này có khối lượng phân tử trung bình không lớn lắm, có
hàm lượng các dị nguyên tố (Ni, V, S, N ) thấp. Nếu hàm lượng các tạp chất lớn thì phải
tiến hành tiền xử lý nguyên liệu trước khi cho vào thiết bị phản ứng.
Nguyên liệu RA có những điểm khác so với nguyên liệu DSV (distillat của tháp chưng
cất chân không).
− Chứa nhiều hợp chất nặng (nhựa, asphalten) dễ bị chuyển thành cốc.
− Chứa nhiều kim loại nặng (Ni, V), những kim loại này sẽ hấp thụ lên bề mặt chất
xúc tác làm giảm hoạt tính chất xúc tác hoặc phá huỷ cấu trúc của chất xúc tác.
− Nhiều kim loại kiềm (Na, K) hoặc các hợp chất của nitơ sẽ làm giảm tính acide
của chất xúc tác.
− Chứa nhiều hợp chất của lưu huỳnh, tuy chúng không ảnh hưởng đến chất xúc tác
nhưng lại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và trong khói thải sẽ chứa nhiều khí
SO
x
gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy ta phải thiết kế thêm phân xưởng khử lưu
huỳnh HDS hoặc thiết kế thiết bị khử khói HDS.
4.3.2 Yếu tố nhiệt độ:
Quá trình cracking xúc tác thường tiến hành ở nhiệt độ 450 ÷520
o
C, khoảng nhiệt độ
này là thích hợp nhất cho quá trình tạo xăng.
Khi nhiệt độ của quá trình được tăng thì độ chuyển hoá của nguyên liệu cũng tăng lên
làm cho hiệu suất các sản phẩm các cracking xúc tác điều tăng lên. Nhưng nhiệt độ chỉ

Trang 15
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
tăng đến giới hạn cho phép, nếu tăng quá cao (lớn hơn 500
o
C) thì hiệu suất thu xăng lại
giảm xuống, còn hiệu suất cốc và khí lại tăng mạnh.
Hiện tượng nay được giải thích như sau : khi nhiệt độ tăng lên cao (cao quá giới hạn
cho phép) thì nguyên liệu bị cracking ở điều kiện cứng hơn và phản ứng cracking lúc đó
xảy ra sâu hơn và xăng được tạo ra trong trường hợp này lại tiếp tục bị phân hủy vì vậy
mà hiệu suất xăng bị giảm xuống còn hiệu suất khí và cốc lại tăng lên. Như vậy khi nhiệt
độ của quá trình cracking xúc tác tăng lên thì hiệu suất xăng lúc đầu tăng lên và sẽ đi qua
một điểm cực đại lúc đó chỉ số octan cũng tăng lên. Sau đó nếu còn tăng nhiệt độ nữa thì
hiệu suất xăng sẽ giảm xuống.
4.3.3 Yếu tố áp suất
Hệ thống cracking xúc tác thường tiến hành ở áp suất dư 1,4÷1,8 at. Ở điều kiện này
phản ứng cracking sẽ xảy ra ở pha hơi.
Áp suất tăng lên sẽ làm nguyên liệu bay hơi khó khăn, lượng hơi nước quá nhiệt đưa
vào thiết bị phản ứng cùng với nguyên liệu cần phải lớn. Điều này càng thấy rõ khi chế
biến các nguyên liệu nặng. Khi tăng áp suất các sản phẩm nặng sẽ chuyển sang trạng thái
lỏng dễ xảy ra phản ứng trùng ngưng tạo cốc. Mặt khác khi tăng áp suất trong thiết bị
phản ứng làm hiệu suất hydrocacbon parafin trong xăng tăng lên, còn hiệu suất khí C1 ÷
C3, olefin và hydrocacbon thơm giảm xuống nên chỉ số octan giảm. Ta thấy việc tăng áp
suất sẽ tăng được hiệu suất xăng và hiệu suất khí giảm nhưng quá trình tạo cốc lại tăng
nên tăng áp suất đối với quá trình cracking xúc tác không có hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy
quá trình này chỉ tiến hành ở áp suất thường.
4.3.4 Yếu tố xúc tác: xem ở phần xúc tác.
4.3.5 Yếu tố tốc độ nạp nguyên liệu
Tốc độ nạp nguyên liệu thể tích là tỷ số giữa thể tích nguyên liệu được đưa vào thiết bị
phản ứng trong một đơn vị thời gian với thể tích xúc tác có ở vùng phản ứng.
Trang 16

Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng

1
3
3
/
.
−
==
h
m
hm
V
V
VVH
xt
ng

với V
ng
: lưu lượng thể tích nguyên liệu (m
3
/h)
V
xt
: thể tích xúc tác trong vùng phản ứng (m
3
)
Với hệ thống dùng xúc tác dạng bụi, người ta đưa thêm khái niệm tốc độ nạp nguyên
liệu khối lượng, là tỷ số giữa khối lượng nguyên liệu được đưa vào thiết bị phản ứng

trong một đơn vị thời gian với khối lượng xúc tác có ở vùng phản ứng.
1
'
'
−
==
h
V
V
PPH
xt
ng
V’
ng
: lưu lượng khối lượng của nguyên liệu (kg/h).
V’
xt
: khối lượng xúc tác trong vùng phản ứng (kg).

ng
xt
PPHVVH
ρ
ρ
.
=
ρ
ng
: khối lượng riêng của nguyên liệu (kg/m
3

).
ρ
xt
: khối lượng riêng của xúc tác (kg/m
3
).
VVH= 0,5÷2,5 (h
-1
) : phụ thuộc vào đặc tính nguyên liệu và xúc tác.
Khi VVH giảm, độ sâu chuyển hoá của quá trình tăng lên dẫn đến tăng hiệu suất xăng,
khí, cốc, còn hiệu suất gazoil thay đổi không đáng kể. Điều này có thể giải thích, khi
giảm VVH thì thời gian lưu lại của các hydrocacbon nguyên liệu trong vùng phản ứng
tăng lên, nghĩa là tăng thời gian tiếp xúc giữa chất tham gia phản ứng với chất xúc tác.
Nếu xúc tác dùng trong dùng trong quá trình cracking có hoạt tính lớn, nhiệt độ quá
cao thì độ chuyển hoá nguyên liệu sẽ lớn và cho phép hệ thống cracking xúc tác làm việc
tốc độ nạp nguyên liệu lớn dẫn đến năng suất của hệ thống cao.
Trang 17
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Khi VVH tăng lên, độ chuyển hoá của nguyên liệu giảm xuống, trong trường hợp này
muốn tăng độ chuyển hoá của nguyên liệu thì ta có thể tăng nhiệt độ của quá trình
cracking xúc tác.
4.3.6 Yếu tố bội số tuần hoàn xúc tác
Bội số tuần hoàn xúc tác là tỉ số giữa khối lượng xúc tác và khối lượng nguyên liệu
đưa vào thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu là N.

O
C
N
=

Với, C : lưu lượng khối lượng xúc tác đưa vào thiết bị phản ứng (kg/h).
O : lưu lượng khối lượng nguyên liệu đưa vào thiết bị phản ứng (kg/h).
Nếu biểu thị bằng thể tích thì bội số thể tích tuần hoàn xúc tác kí hiệu N
o
và biểu diễn
như sau :

hm
hm
O
C
N
/
/
3
3
0
==
Quan hệ giữa N và N
0
:

NN
xt
ng
.
0
ρ
ρ
=

với ρ
ng
: khối lượng riêng nguyên liệu (kg/m
3
).
ρ
xt
: khối lượng riêng xúc tác (kg/m
3
).
Bội số tuần hoàn xúc tác tăng lên thì thời gian lưu lại của xúc tác trong vùng phản ứng
giảm xuống, hoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên làm cho hiệu suất thu khí, xăng,
cốc đều tăng lên, nhưng lượng cốc bám trên xúc tác sau một lần tuần hoàn lại giảm
xuống.
Trang 18
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Bằng cách thay đổi bội số tuần hoàn xúc tác ta có thể điều chỉnh chế độ nhiệt độ trong
thiết bị phản ứng, mức độ chuyển hoá của nguyên liệu, mức độ bám cốc trên xúc tác và
hoạt tính cân bằng của xúc tác; có nghĩa là ta có thể điều chỉnh được hiệu suất và chất
lượng của sản phẩm thu. Việc tăng bội số tuần hoàn xúc tác chỉ tăng đến giới hạn cho
phép, nếu tăng cao quá về quan điểm hiệu quả kinh tế thì không có lợi vì sẽ dẫn đến tăng
kích thước của thiết bị tái sinh và hệ thống vận chuyển xúc tác, phải tăng khí nén cần
thiết để vận chuyển xúc tác và năng lượng tiêu tốn vận chuyển xúc tác tăng.
Trong các hệ thống cracking xúc tác người ta thường khống chế bội số tuần hoàn xúc
tác như sau :
- Với xúc tác dạng bột và vi cầu thì N = 7 ÷ 20.
- Với xúc tác dạng hạt cầu (3÷6mm) thì N = 2 ÷ 7.
Nói chung bội số tuần hoàn xúc tác rất quan trọng trong quá trình cracking xúc tác, nó
ảnh hưởng không những lên hiệu suất, chất lượng sản phẩm và các thông số khác mà còn
ảnh hưởng đến việc xác định kích thước của các thiết bị chính của quá trình. Vì vậy ta

phải chọn thông số này một cách tối ưu.
V. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
5.1 Sơ đồ công nghệ:
Thiết bị công nghệ bao gồm hệ thống phun nguyên liệu(feed infectiong system), ống
phản ứng(riser), cơ cấu phần cuối ống phản ứng(riser outlet separator system), bộ phận
tách chất xúc tác(stripper), buồng hoàn nguyên xúc tác giai đoạn 1(first stage
regenerator), buồng hoàn nguyên giai đoạn 2(second stage regenerator), thùng chứa xúc
tác(catalyst withdrawal well), các ống dẫn xúc tác(catalyst transfer lines) và hệ thống
điều khiển. Sơ đồ dây chuyền công nghệ hoàn nguyên theo mô hình “song song”.
Công nghệ bao gồm 4 khu vực:
- Khu vực phản ứng.
Trang 19
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
- Khu vực phân tách sản phẩm.
- Khu vực điều phối xúc tác.
- Khu vực xử lí khí thải.
TB phản ứng
Xúc tác đã sử dụng
Xúc tác đã tái sinh
TB tái sinh
Không khí đốt
Sản phẩm qua tháp chưng cất
Nguyên liệu
Khói đi xử lý
Trang 20
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Trang 21
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
Trang 22
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng

5.1.1 Khu vực phản ứng
Nguyên lý hoạt động
Trong vận hành, nguyên liệu ban đầu và một phần dầu nặng hoàn lưu( tùy
thuộc vào mục tiêu sản phẩm) được đưa vào ống phản ứng riser cùng với một
lượng nhất định chất xúc tác đã hoàn nguyên. Nguyên liệu được gia nhiệt bằng
cách trao đổi nhiệt hoặc bằng lò đốt nhiên liệu. Chất xúc tác sau khi hoàn nguyên
có nhiệt độ cao làm bay hơi nguyên liệu. Hơi hydrocacbon mang theo chất xúc tác
di chuyển trong ống phản ứng từ dưới lên trên. Ở đỉnh ống riser các phản ứng
cracking cần thiết đã được thực hiện, chất xúc tác lại nhanh chóng được tách ra
khỏi hơi hydrocacbon để hạn chế các phản ứng cracking thứ cấp.Hỗn hợp chất xúc
tác, hydrocacbon di chuyển ra phần bên ngoài của reactor, đi qua một bộ phận tách
hydrocacbon khỏi chát xúc tác. Sự phân tách chất xúc tác và sản phẩm cracking ở
trạng thái hơi được thực hiện bước cuối cùng bởi hệ xyclon. Thời gian có mặt xúc
tác trong riser chỉ khoảng 2 giây theo điều kiện thiết kế. Đặc biết, hệ thống phun
sương nguyên liệu giúp cho phản ứng đạt hiệu quả cao, hạn chế tối đa khả năng
tạo cốc, gas và slurry oil.
Nguyên lý cơ bản của sự vận hành quá trình RFCC là cân bằng nhiệt được
thiết lập cho thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh. Sự chuyển động tuần hoàn của
chất xúc tác đã cung cấp cho thiết bị phản ứng một lượng nhiệt cần thiết để hoá
Trang 23
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
hơi và cracking nguyên liệu. Lượng nhiệt này có được do quá trình đốt cốc để tái
sinh xúc tác.
Cân bằng năng lượng giữa thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh:

)()()(
21 LLRXAFGFDPRG
QQQQQQQQ
+++−+−=
Trong đó:

Q
RG
: Nhiệt tái sinh.
(Q
P
- Q
FD
) : Chênh lệch enthanpie giữa sản phẩm và nguyên liệu
(Q
FG
- Q
A
) : Chênh lệch enthalpie giữa khói và không khí đốt cốc.
Q
RX
: Nhiệt phản ứng.
Q
L1
+ Q
L2
: Nhiệt mất mát.
Hệ thống điều khiển
Sự chuyển động của xúc tác nói chung được điều khiển bởi hai van trượt
được gắn với hai thiết bị điều khiển. Van điều khiển lưu lượng xúc tác tái sinh
được sử dụng để điều khiển nhiệt độ ra của thiết bị phản ứng. Van điều khiển lưu
lượng xúc tác bị cốc hoá được dùng để khống chế xúc tác trong vùng stripping
của thiết bị phản ứng. Phương pháp điều khiển này đảm bảo được sự chính xác
cần thiết.
Áp suất của thiết bị phản ứng nói chung được điều khiển bằng áp suất của
ballon sau tháp phân đoạn sơ cấp, còn áp suất của thiết bị tái sinh được điều khiển

bằng một van trược thường kết hợp với một bộ phận có nhiều tấm chắn hay có
một tấm chắn thay đổi.
Thiết bị phản ứng
Gồm các bộ phận sau:
Trang 24
Công nghệ RFCC GVHD: Thầy Andrew Hoàng
• Ống nâng Riser, đây là bộ phận chính của thiết bị phản ứng, được coi là
thiết bị phản ứng ba pha (khí - lỏng - rắn) với tầng xúc tác kéo theo. Ống
Riser có kích thước như sau: đường kính D ≈ 1 m, chiêu cao L ≥ 30 m, tỉ số
L/D ≥ 20. Thông thường, đường kính của Riser được mở rộng thêm ở phần
trên do người ta tính đến sự tăng số phân tử (vì bị cracking). Phần dưới của
Riser qua hệ thống các vòi phun sương.
• Bộ phận tách sơ cấp khí - rắn nhằm tách nhanh sản phẩm phản ứng và xúc
tác.
• Hệ thống cyclon nhằm tách triệt để các hạt bụi xúc tác bị kéo theo sản
phẩm.
• Bộ phận stripping bằng hơi nước để tách triệt để các hydrocacbon bị kéo
theo xúc tác hoặc bị hấp thụ lên bề mặt xúc tác.
• Ống truyền xúc tác (đã bị cốc hoá) để điều chỉnh lượng cốc bằng van trượt
nhằm tối ưu hoá quá trình hoạt động của quá trình Stripping.
Thiết bị tái sinh
• Đường kính: D = 6 ÷ 10 m.
• Bộ thổi không khí: để cung cấp ôxi cho quá trình đốt cốc, đồng thời duy trì trạng
thái tầng sôi cho xúc tác.
• Hệ thống xyclon 2 bậc: nhằm tách triệt để hạt bụi xúc tác kéo theo khí thải tránh
thất thoát xúc tác, cốc và giảm ô nhiễm môi trường.
• Ống vận chuyển xúc tác từ thiết bị tái sinh sang thiết bị phản ứng. Trên đường ống
này có van trượt nhằm điều khiển nhiệt độ của thiết bị phản ứng bằng cách điều
khiển lưu lượng dòng xúc tác nóng.
5.1.2 Khu vực phân tách sản phẩm

Tháp tách:
Trang 25