sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác

Sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác
MỞ ĐẦU
Trong công nghệ chế biến dầu mỏ. Các quá trình chuyển hoỏ hoỏ học dưới tác
dụng của nhiệt và xúc tác được 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 như : 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 lượng 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 lượng sản phẩm. Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả
năng làm giảm năng lượng 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 như nhau. Tính chất này được ứng dụng
để hướng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi để thu được sản phẩm chính của
quá trình với hiệu suất và chất lượng cao nhất.
Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo ra
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 bỏm trờn 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.
1
Trước thực trạng như vậy, yêu cầu 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
nói riêng là một đòi hỏi cần thiết.
Với mục đích như trên bản đồ án này đề cập một số nội dung chính như sau:
Cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác
Giới thiệu sơ đồ nguyên lý quỏ trình tái sinh xúc tác trong líp xúc tác giả sôi.
Tính toán và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống
cracking xúc tác.
2

PHẦN I
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Chương I. cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác cơ sở tạo cốc và tái sinh xóc tác
1.1 Giới thiệu chung

Trong công nghệ chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoỏ hoỏ học dưới 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 lượng 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 dương ( như phản ứng hydro hoá, polime hoỏ,Ankyl hoỏ )
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 hoỏ hoỏ 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 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 lùa của xúc tác. Người ta nghiên cứu kỹ
từng loại xúc tác và lợi dụng tính chất lùa chọn của nó để hướng 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, 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.
3
Trong quá trình làm việc, cốc tạo ra bỏn trờn 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 được gải quyết đối với xúc tác cracking công nghiệp .
Vỡ nú tiếp kiệm được nguyên vật liệu, lợi về kinh tế và đảm bảo được vệ sinh môi
trường.
1.2 Quá trình sử dụng các chất xúc tác cho quỏ trỡnh cracking.

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 tỏc cú tỏc dụng :
- Làm giảm năng lượng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng
- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng
- Tăng tính chất chọn lọc ( Hướng phản ứng theo hướng 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 cỏi chớnh là do sự phát triển cải tiến trong việc sử dụng chất xúc tác .
Xúc tác được dùng trong cracking thường là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiên
nhiên hay tổng hợp, với bề mặt bên trong lớn .
Vào những năm 1919 –1920 người ta đó dựng xúc tác AlCl
3
trong hệ thống
cracking để sản xuất xăng. Xúc tác AlCl
3
cho phép tiến hành cracking ở nhiệt độ thấp
200 –300
O
C. Nhưng trong quá trình sử dụng người ta thấy có những nhược điểm như:
Xúc tác bị mất mát nhiều do tạo phức với Hyđrụ Cacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếp
xúc giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lượng xăng thấp.
Về sau này người ta nghiên cứu sử dụng Alumo silicỏt vô định hình mà đầu tiên
là đất sét bentonite. Năm 1936 ở Liờn Xụ cũ đã sử dụng xúc tác Alumụsicats ở quy mô
4
công nghiệp. Sử dụng đất sét thiên nhiên làm xúc tác cracking người ta thấy hoạt tính
của nó thấp. Vì vậy người ta tiến hành tổng hợp Alumụ silicỏt trong các nhà máy chế tạo
xúc tác. Sau đó trong công nghệ chế biến dầu mỏ người ta dùng phổ biến xúc tỏc
Alumụ silicỏt tổng hợp. Vỡ nó cú hoạt tính và độ lùa chọn tương đối cao. Tuy vậy ,
hiện nay việc cải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển. Các chất xúc tác Alumụ

silicỏt chứa zeolit đã và đang được nghiên cứu và sử dông vào quá trình cracking xúc
tác.
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
nghìn tấn là không chứa Zeolit.
Hện nay đã công bố hơn một vạn công trình nghiên cứu về Zeolit. Đó cú 3 cuộc
hội thảo về chuyên đề Zeolit. Năm 1967 họp ở Luân Đôn, 1970 họp ở Worecster và năm
1973 họp ở Zu-rớch . 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 được trong bất kỳ nhà
máy chế biến dõự 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 đũi 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.
5
2. Độ chọn lùa của xúc tác phải cao
Xúc tác cần có độ chọn lùa cao để cho ta chất lượng xăng cao và hiệu suất lớn và
trong khí Cracking có nồng độ lớn hơn các Hydrocacbon có cấu trúc nhánh.
3. Độ ổn định phải lớn
Xúc tác phải giữa được những đặc tính chủ yếu( hoạt tính , độ chọ lùa) của nó sau thời
gian làm việc lâu dài. Xúc tác phải giữa được 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 líp 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 tróc dẫn đến làm giảm các tính chất của
xúc tác.
5. 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 vựng phõn lớp và có trở lực khác
nhau, do có sự phõn 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 mắt tiếp xúc dẫn đến làm
giảm hoạt tính xúc tác.
6
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 như
Nitơ, Lưu 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 lượng tiêu hao xỏc tỏc
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
Alumosilicỏt vô định hình có thể đáp ứng dụng làm chất xúc tác cho quá trình
Crackimg.
1.4 Những thay đổi tớnh 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 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 :
7
- Sù 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 .
- Sù tích tụ kim loại nặng dưới dạng các Oxit làm thay đổi chức năng của xúc
tác
- Sù tác động của nhiệt độ cao và hơi nước.
Các hợp chất khi tác dụng với xúc tác có thể chia thành ba nhúm. Nhúm không
tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620
o
C như CO, CO
2
, NH
3
. Nhóm làm giảm
hoạt tính của xỳc tỏc nhưng không làm giảm độ chọn lọc như hơi nước. Và nhóm làm
giảm độ chọn lọc của xúc tác ( H
2
S ở nhiệt độ 425
o
C ; NH

3
SO
2
, SO
3
, ở nhiệt độ lớn
hơn 620
o
C ). 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 nước vào nguyên liệu hay việc sử lý
trước và sau khi tái sinh xúc tác . Thêm hơi nước khi chế biến nguyên vật liệu có Lưu
huỳnh sẽ có tác dụng õm vỡ 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 nước làm giảm độ hoạt tính tổng
cộng của xúc tác . Khi áp dụng quá trình ở lớp sụi ( FCC) do cần duy trì ở điều kiện để
cốc Ýt 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 . Hơi nước cho vào cũn cú 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 . Nhưng
nếu cho hơi nước 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 lượng cốc trên xúc tác khi ra khỏi có 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 chứa Zeolit lượng cốc tạo ra thường chiếm vào khỏang 1,3 
8
1,8 % khối lượng xúc tác . Còn sau khi tái sinh là 0,1  0,05% khối lượng . 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 đã 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 như khi hàm
lượng 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.
Sự đầu độc xúc tác tới các kim loại cũng đã được nhiều nhà nghiên cứu đề cập tới
và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác . Sù giảm nhanh nhất hoạt tính
của xúc tác xẩy ra trong lúc tiếp xúc với các độc tố với xúc tác . Khi lắng đọng cỏc ụxit
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 lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng , thì hàm lượng
các kim loại nặng như Niken và Vanadi cũng tăng theo vì đa phần chóng đều tập trung ở
phần cân nặng và phân đoạn nhựa – Asphan ( ví dụ trong dầu mỏ có Lưu huỳnh thỡ cú
tới 90% chất phức chứa Vanađi , còn trong dầu có chứa Ýt Lưu 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 bỏm trờn bề mặt chất xúc tác
. Những sản phẩm có hại đó gọi là cốc .
Sảm phẩm cốc được tạo ra là do một hệ vũng thõn cú độ ngưng tụ cao, sự hình
thành cốc có thể do các nguyên nhân sau :
9
- Do bản chất của nguyên liệu Cracking ( nếu nguyên liệu là phân đoạn kezosen-
Xụđa và Gasoil nặng thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp thì Ýt tạo cốc ). Nếu
nguyên liệu là cặn Marut Gasoil nặng của quá trình thứ cấp khỏc thỡ khả năng tạo cốc
nhiều .
- Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao .
- Do chế độ công nghệ chưa tối ưu
Cốc được tạo thành trong quá trình Cracking xúc tác có thể chia thành ba phần
chính :
- Lượng cốc do phản ứng hoá học .
- Lượng cốc do hấp thụ hoá học trên bề mặt xúc tác .
- Lượng cốc do nhả hấp thụ chậm.

Các gốc Hydrocacbon va chạm vào nhau tạo thành phân tử ngưng tụ cỏc vũng
thơm sẽ tạo thành cac bon ( hay gọi là cốc ) .
Sơ đồ có thể biểu diễn chúng như sau cho các loại tương tự như benzen là:
Naphtaxen, antraxen, phenapxen , phản ứng chính là phản ứng ngưng tụ tạo ra sản phẩm
cốc .
10
11
12
13
Như vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhận
được khi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyờn tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon .
Trong quá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vỡ nú bỏm trờn
tõm 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 được một thời gian , cốc tạo thành do
một số phản ứng phụ có hại bỏm trờn bề mặt xúc tác che phủ cỏc tõm 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 thường ( các tính chất của xúc tác không hề thay
đổi ) thì người ta phải tiến hành tái sinh
Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bỏm trờn 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 cũn cú cỏc phản ứng khử các hợp chất lưu huỳnh . Các
phản ứng xẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả như sau :
C + O

2
 CO
2
Q = 33,927  34,069 MJ/kg
C + 1/2O
2
 CO Q = 10,692 Q = 10,692  10,314 MJ/kg
CO + 1/2O
2
 CO
2
Q = 23,650 23,755MJ/kg
H
2
+ 1/2O
2
 H
2
O Q = 1210,043  1210,252MJ/kg
S + O
2
 SO
2
Q = 9,132  9,222MJ.kg
14
SO
2
+ 1/2O
2
 SO

3
MeO + SO
3
 MeSO
4
MeSO
4
+ 4H
2
MeO + H
2
S + 3H
2
O
Me : là kim loại
Nhiệt lượng toả ra được dùng cấp nhiệt cho xúc tác vào lò phản ứng ngoài ra còn
tận dụng để sản xuất hơi nước dùng trong khu liên hợp .
Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác đang được dùng và loại lò tái
sinh . Ví dụ đối với xúc tác Alumụsilicat tổng hợp tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 540 680
o
C
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 cốc cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ , áp suất riêng phần của Oxy, hàm
lượng cốc bỏm trờn xúc tác
Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lên cường độ cháy cốc : qua nghiên cứu cho thấy
nhiệt độ khoảng 540  680
o
C tiến hành tái sinh là tốt nhất .
Nếu chóng ta tiến hành tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn ví dụ 450  500

o
C thì quá
trình tái sinh xẩy ra chậm ( cường độ cháy cốc thấp ) cốc bỏm trờn xúc tác cháy không
triệt để . Nếu tiến hành tái sinh ở nhiệt độ cao hơn 700
o
C 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 phương trình :
RTEn
OH
CPKPOKV
/
221
) 1.(.
2
−
+=

15
Trong đó :
V : Tốc độ tái sinh
2
O
P

OH
P
2
Áp suất riêng phần của Oxy và hơi nước .

C : Hàm lượng cốc trên xúc tác .
n : Bậc phản ứng theo các bon
K
1
,K
2
: 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 đường kính các hạt
xúc tác , ví dụ xúc tác dạng cầu có đường kính D = 3  3,5 mm có cường độ tái sinh cao
hơn 30  40% so với xúc tác có D = 5 mm .
Xúc tác có đường 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 nã .
Việc tái sinh xúc tác thường không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác. Cốc
còn lại gọi là cốc cặn. Cốc cặn thường còn lại từ 0,1  0,3 % trọng lượng xúc tác. Người
ta mong muốn lượng 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 trường, vì thế không
nên có mặt của CO trong khớ khúi thải. Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ở
nhiệt độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến phá huỷ xúc tác . Sau khi tái sinh , hàm
lượng cốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác .
16
Quá trình tái sinh xúc tác bằng phương pháp đốt cốc chưa giải quyết được việc
khử các kim loại nặng hấp thụ 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 được giải
quyết sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác .
17
CHƯƠNG II
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác

TRONG LÍP XÚC TÁC GIẢ SễI
Hệ thống Cracking xúc tác trong líp giả sôi được đưa vào sử dụng ở quy mô công
nghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay người ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm tốt . Hệ thống này được
sử dụng ngày càng được phổ biến trong công nghiệp chế biến dầu mỏ. Qua thực tế sử
dụng hệ thống Cracking xúc tác trong líp xúc tác giả sôi , sử dụng xúc tác dạng bụi bay
dạng vi cầu người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn hệ thống Cracking xúc tác trong líp
xúc tác tầng chặt . Những ưu 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 ngược 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 líp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị
tái sinh, khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ
4. Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , như 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.
18
THUYẾT MINH DÂY TRUYỀN
Xúc tác đã làm việc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng (1) cho sang thỏp tỏi bốc hơi
(10). Lượng xúc tác này được điều chỉnh bằng van (6). Tại thỏp tỏi bốc hơi người ta thổi
hơi nước quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác . Sau đó xúc tác
được đưa vào thiết bị tái sinh (3). Lượng xúc tác được đưa vào thiết bị tái sinh được điều
chỉnh bằng 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 đưa 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 tỏc
đó được đốt cháy cốc theo đường ống đến điểm trộn (7). Lượng xúc tác đi ra được điều

chỉnh bằng van (11). Tại điểm trộn này xúc tác được trộn với nhiên liệu để đi vào thiết bị
phản ứng (1).
Để tách hết sản phẩm cháy ra khỏi xúc tác người ta thổi hơi nước vào Zon tỏch
khớ của thiết bị tái sinh . Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống mỏy hút bụi tỏch
khớ (14). Tại đõy 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 khớ. Cũn
xúc tác được giữ lại và quay trở lại tầng sôi.
Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crỏcking xúc tác.
19
20
21
Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873  883 K . Vì vậy người ta xử lý chất xúc tác
đã 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% lượng cốc nằm
trên xúc tác
2. Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 2025% lượng 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 nước.
Sau đó để đuổi hết khí tái sinh ra khỏi các mao quản của hạt xúc tác và ra khỏi
không gian giữa các hạt, người ta dùng hơi nước thu được ở giai đoạn hai của tái sinh
thổi ngược chiều với chất xúc tác
Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác được đưa từ Zon thứ hai
qua các lỗ vào vùng này. Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tỏc . Từ Zon thứ
ba này, chất xúc tác đã được tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nước đi ra
được cho qua thiết bị phản ứng trong hệ thống Crỏcking xúc tác
22
PHẦN II
thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốnG crAcking xúc
tác
Theo các số liệu đã cho :

- Lượng chất xúc tác tuần hoàn G
x
= 2578 T/h.
- Kích thước tối đa của hạt xúc tác 150m
- Khối lượng riêng của líp giả sôi ( tầng sôi ) của xúc tác 
ts
= 500 kg/m
3
.
- Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng 755 K.
- Lượng cốc ở trên xúc tác đã được tái sinh bằng 0,2 % khối lượng.
- Lượng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác 
g
=20 T/h.
- Lượng hơi nước bị hấp thụ bởi chất xúc tác G
h
= 4130 kg/h.
- Nhiệt độ ở trong thiết bị tái sinh T
p
= 837 K.
- Nhiệt độ của không khí T
k
=353K .
- Áp suất ở trên líp tầng sôi  = 0,23.10
6
Pa
Tính toán :
1. Đặc tính cháy của Cacbon. Lượng khí tái sinh
 Thành phần của cốc :
+ Thầnh phần của cốc được thể hiện ở bảng 1.

23
Nguyên tè Hàm lượng % ( % khối lượng )
C 86,0
H 8,5
S 5,5
Phụ thuộc vào độ dư không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lượng
và mức độ xử lý chất xúc tác ở trong khí tái sinh mà tỷ lệ CO
2
/CO sẽ khác nhau. Lượng
CO
2
và CO tạo ra đặc trưng cho sự cháy hoàn toàn của C.
 Sau khi biết được lượng C trong cốc ( 86% khối lượng ở bảng 1) và giả thiết tỷ
lệ theo thể tích ( ở điều kiện chuẩn ) CO
2
/CO =1,85. Ta tính được lượng C trong 1 kg
cốc biến thành CO
2
và CO từ đó xác định được lượng sản phẩm Oxy hoá.
Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có : Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên
ta có :
86,0
2
=+
COCO
CC
(*)
Trong đó :
2
CO

C
và
CO
C
là lượng C biến thành CO
2
và CO tương 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 + O
2
= CO
2
(1)
C + 1/2O
2
= CO (2)
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O (3)
24
S + O
2
= SO
2

(4)
 Xác định lượng CO
2
và CO tạo ra từ
2
CO
C
và
CO
C
kg Cacbon
Từ (1) ta thấy : Để đốt cháy 1 kmol C thì cần 1 kmol O
2
để sản phẩm tạo thành là
CO
2
.Khi đó . Khi đó .
)/(67,332.1.
12
2
2
22
kgkgC
C
Cm
CO
CO
COCO
=+=
Tương tù ta tính lượng CO.

Từ (2) ta có : Để đốt cháy 1 Kmol C tạo thành CO thì cần 1/2 Kmol O
2
.
Khi đó:
CO
CO
COCo
C
C
Cm 34,232.
2
1
.
12
=+=
(kg/kg)
Vậy lượng ( thể tích ) CO
2
và CO ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ là :
)/(.87,14,22.
44
.67,3
3
2
2
2
kgmC
C
V
CO

CO
CO
≈=
)/(.87,14,22.
28
.34,2
3
kgmC
C
V
CO
CO
CO
≈=
Từ kết quả chấp nhận trên ta có :
85,1
.87,1
87,1.
222
===
CO
CO
CO
CO
CO
CO
C
C
C
C

VC
CV
Vậy :
85,1
2
=
CO
CO
C
C
(**)
25