Quá trình cracking xúc tác

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

1

MỤC LỤC
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………… 2
1.1. Vai trò của quá trình cracking xúc tác 3
1.2. Các chất xúc tác cracking 3
1.2.1. Aluminosilicat vô định hình 4
1.2.2. Zeolit 4
1.2.3. Xúc tác chứa zeolite 10
1.3. Cơ chế phản ứng cracking xúc tác 11
1.3.1. Giai đoạn tạo thành cacbocation 11
1.3.2. Giai đoạn biến đổi của cacbocation 13
1.3.3. Giai đoạn dừng phản ứng 17
1.4. Quy trình công nghệ cracking xúc tác 17
1.4.1. Sự phát triển của công nghệ cracking xúc tác 17
1.4.2. Giới thiệu công nghệ FCC của UOP 18
1.4.3. Ưu điểm của công nghệ cracking xúc tác FCC 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………………….22










Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

2

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
FCC: Xúc tác cracking pha lưu thể (Fluid catalytic cracking)
HCO: Dầu giàu hydrocarbon vòng thơm nặng (heavy cycle oil)
LCO: Dầu giàu hydrocarbon vòng thơm nhẹ (light cycle oil)
















Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

3

1.1. Vai trò của quá trình cracking xúc tác
Craking xúc tác là quá trình chuyển hóa các phân đoạn hydrocacbon có nhiệt độ sôi
cao, phân tử lượng lớn thành sản phẩm nhẹ hơn có giá trị kinh tế cao như : xăng, diesel,

các sản phẩm khí. Quá trình cracking xúc tác đóng vai trò rất quan trọng trong công
nghiệp dầu khí, 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 qúa 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%). Theo đánh giá của các chuyên gia, năm 1990 toàn
thế giới có công suất chế biến dầu khoảng 4 tỷ tấn thì công suất của cracking xúc tác là
540 triệu tấn, đến năm 2000 thì con số đó lên tới khoảng 800 triệu tấn.
Tầm quan trọng của quá trình cracking xúc tác còn thể hiện ở chỗ, nó là quá trình rất
dễ thích nghi với các loại nguyên liệu từ các nguồn dầu thô có thành phần và tính chất
khác nhau, đặc biệt trong bối cảnh giá dầu thô ngày càng cao và tính chất nguồn dầu thô
mới được khám phá ngày càng biến thiên về phía nặng dần và chứa nhiều tạp chất hơn.

1.2. Các chất xúc tác cracking
Vì phản ứng cracking xúc tác xảy ra với sự tham gia của các tâm axit, cho nên về
nguyên tắc một axit lỏng bất kỳ có thể được sử dụng làm chất xúc tác nếu lực axit của nó
đủ mạnh. Tuy nhiên, nhược điểm của xúc tác đồng thể là dễ bị tách pha, khó thu hồi và
gây hiện tượng ăn mòn nên xúc tác dị thể được sử dụng cho phản ứng cracking này.
Xúc tác dị thể đầu tiên được đưa vào sử dụng là khoáng sét tự nhiên. Nhưng hoạt độ
của nó giảm một cách nhanh chóng khi vận hành quá trình cracking. Sau đó, các nhà
nghiên cứu đã tạo ra một số vật liệu tổng hợp vô định hình như các tổ hợp khác nhau của
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

4

silic oxit và nhôm oxit, silic oxit và magie oxit, silic oxit và ziriconi oxit v.v…cũng thể
hiện hoạt tính xúc tác đáng kể. Cuối cùng, aluminosilicat là xúc tác tốt nhất trong số các

silicat. Trong bài viết này em sẽ nói đến xúc tác aluminosilicat vô định hình, zeolit và xúc
tác chứa zeolit
1.2.1. Aluminosilicat vô định hình
Trên bề mặt của aluminosilicat có những nhóm hydroxyl làm tâm xúc tác axit cho
quá trình cracking. Tỷ lệ SiO
2
/Al
2
O
3
= 70/30 là tối ưu để xúc tác có hoạt tính.và sức chịu
đựng cao. Tuy nhiên hoạt độ và độ chọn lọc của aluminosilicat vô định hình không cao
nên hiện nay chỉ được dùng để làm chất nền cho xúc tác chứa zeolit sẽ được nói ở phần
tiếp theo.
1.2.2. Zeolit
 Giới thiệu sơ về zeolit
- Công thức tổng quát của Zeolit: Me
2/n
O.Al
2
O
3
.xSiO
2
.yH
2
O
Me: kim loại kiềm hay kiềm thổ
n: hóa trị của kim loại.
Tỉ lệ Si/Al biến thiên trong một khoảng nhất định, tương ứng một khoảng tỉ lệ nào đó mà

zeolite có cấu trúc tinh thể tương ứng.
Có 4 loại zeolit A, X, Y và ZSM
Zeolit loại A có 3 loại (3A, 4A, 5A)
Zeolit loại 3A : có đường kính cửa sổ mao quản 3A
o
và cation bù trừ là K+

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

5

Zeolit loại 4A : có đường kính cửa sổ mao quản 4A
o
và cation bù trừ là Na+

Zeolit loại 5A : có đường kính cửa sổ mao quản 5A
o
và cation bù trừ là Ca+

+ Cấu trúc sơ cấp của zeolit là tứ diện SiO
4/2
và AlO
4/2

Tâm: Al hay Si
Đỉnh: O

Để tạo nên tinh thể zeolit, các tứ diện SiO
4/2
và AlO
4/2
, gọi là cấu trúc sơ cấp, liên
kết với nhau qua nguyên tử oxy. Theo quy tắc Loewenstein (trong cấu trúc mạng
aluminosilicat hai nguyên tử nhôm không được có chung một oxy), hàm lượng của nhôm
trong mạng chỉ có thể bằng hoặc nhỏ hơn hàm lượng silic.
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

6


Hình 1: Các tứ diện trên liên kết với nhau qua nguyên tử oxy tạo thành cấu trúc thứ
cấp của zeolit
 Cấu trúc zeolite loại A







Hình 2: Các soladit ghép nối với nhau bằng các mặt 4 cạnh thông qua trung gian
lăng trụ tạo thành zeolit loại A
 Cấu trúc zeolite loại X, Y
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

7

Sự khác nhau cơ bản giữa zeolit A và các zeolit X, Y là ở chỗ, do cấu trúc zeolit A
được hình thành bằng cách ghép nối các soladit thông qua các lăng trụ 4 cạnh cho nên
các hốc lớn được thông với nhau qua các vòng oxi 8 cạnh với kích thước trong
khoảng xấp xỉ 4-5A
o
. Còn trong zeolit X, Y các hốc lớn được nối thông với nhau qua
các vòng oxi 12 cạnh có kích thước lớn hơn xấp xỉ 8-10A
0
.







Hình 3: Soladit ghép với nhau tại các mặt sáu cạnh tạo thành zeolit loại X, Y
Đối với zeolit A tỉ số X= SiO
2
/Al
2
O
3
bằng xấp xỉ 2, trong zeolit X và Y (đều có cấu
trúc giống với faujasite tự nhiên) tỉ số x có giá trị trong khoảng 2,3 đến 3,0 (zeolit X), và
từ 3,1 đến 6,0 (zeolit Y), trong zeolit ZSM tỉ số đó biến thiên từ khoảng 20 đến vô hạn
cho đến tiệm cận với cấu trúc silic oxide tinh thể (silicalite).
 Xúc tác zeolite cho phản ứng cracking

Đối với phản ứng cracking xúc tác chỉ có hai loại zeolite được sử dụng nhiều là
zeolit Y và zeolit ZSM-5. Độ bền nhiệt và độ axit của zeolit càng cao nếu tỷ lệ SiO
2
/Al-
2
O
3
càng lớn và những xúc tác tốt nhất thường chứa các zeolite có tỷ số SiO
2
/Al
2
O
3
từ 5.5
trở lên.
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

8

Tâm xúc tác của zeolit cũng giống như aluminosilicat vô định hình là những tâm
acid Lewis và Bronsted. Sự hình thành các tâm axit trên bề mặt zeolit như sau :
Thực hiện trao đổi cation Na+ với dụng dịch chứa ion amoni, sau đó xử lý nhiệt để
được dạng proton. Đây chính là dạng decation của zeolit Y, kí hiệu HY.



Tuy nhiên H
+
cũng có thể tác kích vào nguyên tử oxi nối Al với Si, cắt đứt liên kết Al-O
để trả lại nguyên tử Al tự do, và tạo ra nhóm OH gắn trên nguyên tử Si. Lúc này nguyên

tử Al chính là tâm acid lewis. Tuy nhiên, thực tế tâm này bị tâm Bronsted che chắn nên
khó thể hiện hoạt tính của mình.
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

9



Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng cao quá trình mất nước có thể xảy ra do hai nhóm OH nằm
gần nhau. Quá trình này xảy ra như sau :
O
Si
O O
O
H
Al
O O
O
+
O
Si
O O
O
Al
O O
O
H
O
Si
O

Al
O O O O
O
+
O
Si
O
H H
Al
O O O O
O
- H
2
O
O
Si
+
O





O
Al
O
O

O

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

10

Nhôm ở dạng này thể hiện được đầy đủ tính chất của một acid Lewis. Tuy nhiên
quá trình này khó xảy ra nếu các nhóm OH càng nằm xa nhau tức tỉ lệ Si/Al lớn. Như vậy
càng đun nóng thì số tâm acid Lewis tạo ra càng nhiều và càng nhiều số tâm acid
Bronsted bị mất đi.
Trong xúc tác zeolit thì không cần hàm lượng Al quá nhiều vì tâm proton tham gia
phản ứng nhiều hơn tâm Lewis. Nếu tinh thể zeolit bị sụp đổ do nhiệt, do tương tác acid,
bazơ thì không còn là xúc tác zeolit nữa do đó cấu trúc càng nhiều Si thì càng bền nhiệt.
Ngoài ra, zeolit Y còn có các dạng khác là dạng cation, hỗn hợp cation-decation và
dạng siêu bền (ultrastable zeolite).
1.2.3. Xúc tác chứa zeolite
Zeolite có hoạt tính xúc tác rất cao, tuy nhiên nhược điểm của nó khi đưa vào sử
dụng trong thực tế là độ bền cơ học thấp và sự hạn chế của các lỗ xốp đối với các quá
trình chuyển khối trong bình phản ứng xúc tác dị thể. Nếu sử dụng zeolit thuần túy trong
phản ứng cracking thì hầu như có một lượng lớn tâm hoạt động không tham gia phản ứng.
Lý do là, hoạt độ cao của các tâm hoạt động, phản ứng xảy ra với tốc độ rất nhanh, trong
khi các phân tử tác chất không kịp đi vào bên trong các lỗ xốp của zeolit, mà nếu như có
chui vô được và chuyển thành sản phẩm thì cũng không kịp khuếch tán ra bên ngoài. Kết
quả là quá trình chuyển hóa chỉ xảy ra trên một phần bề mặt hạn chế của zeolit. Chính vì
vậy mà các nhà nghiên cứu đã giảm lượng chất xúc tác bằng việc « pha loãng » zeolit với
chất nền là aluminosilicat. Lý do chọn aluminosilicat làm chất nền là nó có độ bền cơ học
cao, các lỗ xốp kích thước lớn đảm bảo không gây cản trở cho việc vận chuyển các phân
tử tác chất và sản phẩm trong hệ phản ứng.
Hiện nay, trong công nghiệp lọc hóa dầu xúc tác cracking chứa khoảng 15-20%

khối lượng zeolit, phần còn lại là aluminosilicat vô định hình được hoạt hóa bằng axit để
không còn chứa cation Na
+
. Aluminosilicat còn có vai trò nữa là tiếp nhận các cation Na
+

còn sót lại trong mạng zeolit trong quá trình xử lý nhiệt, nếu không có aluminosilicat vô
định hình thì cation Na
+
sẽ đầu độc các tâm axit.
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

11

1.3. Cơ chế phản ứng cracking xúc tác.
Cơ chế phản ứng cracking xúc tác hoàn toàn khác với cơ chế cracking nhiệt, đó là
cơ chế ion. Cacbocation được tạo ra khi những phân tử hydrocacbon trong nguyên liệu
tương tác với tâm axit Bronsted hoặc tâm axit Lewis.
Theo cơ chế này các phản ứng cracking xúc tác diễn ra theo ba giai đoạn sau:
Giai đoạn 1 : Giai đoạn tạo ra cacbocation (ion cacboni hoặc ion cacbeni)
Giai đoạn 2 : Các phản ứng của cacbocation (giai đoạn biến đổi ion tạo thành các
sản phẩm trung gian ).
Giai đoạn 3 : Giai đoạn dừng phản ứng.
1.3.1. Giai đoạn tạo thành cacbocation
Cabocation tạo ra do sự tương tác của olefin, parafin, naphten , hydrocacbon thơm
với tâm axít của xúc tác.
 Từ parafin:
- Tương tác với tâm axit Bronsted của xúc tác:

- Cacbocation cũng có thể được tạo ra do sự tác dụng của parafin với tâm axit

Lewis:
Ví dụ:

Hoặc có thể viết gọn như sau:
+
H
+
R
1
CH
2
CH
2
R
2
(xt)
+
R
1
CH
2
CH R
2
H
2
+
+
XT
RH
+

R
+
H Al O Si
O
O
+
Al O Si
O
O
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

12



 Từ olefin
Trong nguyên liệu ban đầu thường không có hydrocacbon olefin, nhưng
olefin có thể tạo ra do sự phân huỷ các hydrocacbon parafin có phân tử lượng lớn
trong điều kiện nhiệt độ cao. Các olefin tạo thành đó lập tức tác dụng với tâm axit
rồi tạo ra cacbocation.

- Tương tác của olefin với tâm axít Bronsted của xúc tác.

- Tương tác của olefin với tâm axit Lewis của xúc tác:


Cacbocation tạo thành trong các phản ứng tuân theo quy tắc nhất định. Cacbocation
bậc 3 dễ tạo thành hơn bậc 2, kế đến là bậc 1.

+

H
+
(xt)
+
R
1
CH C R
2
+
(xt)
H
R
1
CH C R
2
H H
RH
+
R
+
H Al O Si
O
O
olefin
Al O Si
O
O
CH
3
CH

2
CH CH
2
+
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
+
dÔ t¹o thµnh h¬nCH
3
CH
2
CH CH
2
H
+
(xt)
+
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

13



 Từ hydrocacbon naphten:

Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit của xúc tác tương tự như quá trình
xảy ra với parafin.
 Từ hydrocacbon thơm người ta quan sát thấy sự kết hợp trực tiếp của H
+
vào nhân
thơm:

Các hydrocacbon thơm có mạch nhánh đủ dài thì sự tạo thành cacbocation cũng
giống như trường hợp parafin.
Thời gian sống của các cacbocation được tạo ra dao động từ phần triệu giây đến
hàng phút. Các ion cacboni này tạo ra nằm trong lớp các phần tử hấp phụ, chúng là những
hợp chất trung gian rất hoạt động đối với nhiều phản ứng xảy ra khi cracking.
1.3.2. Giai đoạn biến đổi của cacbocation
Tất cả cacbocation được hình thành đều có thể tham gia các chuyển hóa để sao
cho đạt được trạng thái bền vững nhất, với tốc độ chuyển hóa nhanh nhất. Các chuyển
hóa đó là:
- Chuyển dịch hydrua và nhóm alkyl
- Hình thành hoặc phá vỡ các liên kết cacbon-cacbon.
Tất cả các chuyển dịch đó có thể thực hiện ngay trong bản thân một phân tử hoặc giữa
các phân tử. Chính những chuyển dịch này là “chìa khóa” của các phản ứng isomer hóa,
polymer hóa, đóng vòng và cracking các hydrocabon.
dÔ t¹o thµnh h¬n
H
+
(xt)
+
CH
3
CH C CH
3

CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
C CH
3
+
CH
3
CH
3
CH CH CH
3
+
H
+
CH
2
CH
3
+
CH
2
CH
3
H

+
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

14


 Chuyển dịch hydrua và nhóm alkyl
Giai đoạn biến đổi cacbocation tạo thành sản phẩm trung gian có thể biến đổi theo
cơ chế chuyển đổi 1 ~2 của hydrua và của alkyl.


Sự chuyển dời cacbocation xác định được bởi độ ổn định của các ion đó. Theo nguyên tắc:
Độ ổn định của cacbocation theo bậc giảm dần như sau :
R
3
C
+

> R
2
CH
+
> > R
1
CH
2
+
>> CH
3
+

Chú ý phản ứng chuyển dịch hydrua và nhóm alkyl giữa 2 cacbeni cùng bậc xảy ra
với tốc độ rất lớn. Ngược lại khi chuyển từ một ion bậc 3 sang bậc 2 phải vượt qua một
thềm năng lượng (khoảng 13kcal/mol). Do đó chuyển dịch là rất nhỏ.
Ví dụ: phản ứng isomer hóa cacbocation 2,4,4-trimetylpentyl thành cacbocation 2,4,4-
trimetylpentyl. Để thực hiện phản ứng này cần phải vượt qua giai đoạn chuyển dịch
hydrua tạo ra một ion cacbeni bậc 2 trung gian, chính giai đoạn này là giai đoạn chậm,
quyết định chung của quá trình isomer hóa.




Ngoài ra còn có cơ chế tạo thành hợp chất trung gian cyclopropan proton hóa như sau:
R CH
2
CH CH
3
+
CH
3
R C CH
2
+
CH
3
R CH CH
2
+
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

15


Trong cơ chế này, cacbon ở vị trí β của C
+
trong mạch cacbocation kết hợp với C
+

tạo ra một vòng cyclopropan proton hóa. Mở vòng cyclopropan đó sẽ tạo ra ion cacbeni
mới có cấu trúc mạch cacbon khác với ion ban đầu: 1 nhánh thành 2 nhánh, mạch thẳng
thành mạch nhánh.
Độ bền của cacbocation sẽ quyết định mức độ tham gia các phản ứng tiếp theo của
chúng. Vì các ion bậc 3 có độ bền cao nhất nên sẽ cho phép nhận hiệu suất cao các hợp
chất iso- parafin.
Các cacbocation đồng thời lại tác dụng với các phân tử trung hoà olefin ( C
m
H
2m
)
hay parafin (C
m
H
2m +2
) tạo thành các ion mới.

 Phản ứng cắt mạch cacbon

Các cacbocation có thể tham gia phản ứng cắt mạch cacbon C-C ở vị trí β đối với C
mang điện tích dương để tạo ra một olefin và một ion cabeni nhỏ hơn

- Với cacbocation mạch thẳng:


- Với cacbocation mạch nhánh

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

16


Ba vị trí ( [A] ,[B],[C] ) ở trên thì xác suất đứt mạch ở vị trí [A] lớn hơn ở vị trí [B] và
cuối cùng là ở vị trí [C]


- Đối với cacbocation là đồng đẳng của benzen, ví dụ như :

Nếu áp dụng quy tắc vị trí  bình thường thì ở vị trí đó rất bền vững. Người ta cho
rằng proton được kết hợp với một trong những liên kết CC trong nhân thơm tạo thành
những hợp chất trung gian, sau đó mới phân huỷ theo quy tắc nêu ở trên. Khi phân huỷ,
điện tích cacbocation sẽ dịch chuyển theo sơ đồ sau:

Các ion cacboni là đồng đẳng của benzen, mạch bên càng dài thì tốc độ đứt mạch
xảy ra càng lớn và càng dễ. Ion cacbeni iso-butyl benzen có tốc độ đứt mạch lớn hơn 10
lần so với iso-propyl benzen.
Các nhóm metyl, etyl khó bị đứt ra khỏi nhân hydrocacbon thơm (vì năng lượng
liên kết lớn) và do đó khó tạo được CH
3
và C
2
H

5
. Điều này giải thích được tại sao xăng
cracking xúc tác hàm lượng hydrocacbon thơm có mạch bên ngắn rất lớn và giải thích
được tại sao trong khí của quá trình cracking xúc tác có hàm lượng lớn các hydrocacbon
có cấu trúc nhánh.

R C C C C C C
+
C
C
[A]
[B]
[C]



C
C C
+
C
C C
+
C
CH C
+
+
C
C C
C
+

H
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

17

1.3.3. Giai đoạn dừng phản ứng.
Giai đoạn này xảy ra khi các cacbocation kết hợp với nhau, hoặc chúng nhường
hay nhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạo thành các phân tử trung hoà.
1.4. Quy trình công nghệ cracking xúc tác
1.4.1. Sự phát triển của công nghệ cracking xúc tác
Năm 1936, dây chuyền cracking xúc tác đầu tiên được đưa vào công nghiệp chế
biến dầu, hoạt động theo phương thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định do kỹ sư người
pháp Houdry thiết kế.
Năm 1941, xuất hiện quá trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thay thế cho
quá trình Houdry. Các dây truyền càng về sau càng liên tục được cải tiến so với các dây
chuyền ban đầu ở khâu vận chuyển xúc tác.
Năm 1942 dây chuyền cracking xúc tác pha lưu thể (FCC) đầu tiên đã được đưa vào
hoạt động với công suất 12.000 thùng nguyên liệu/ngày. Loại dây chuyền này có tên là
(Up Flow). Xúc tác được đưa ra từ đỉnh của lò phản ứng và tái sinh.
Năm 1944 dây chuyền mang tên là Down Flow model II. Dây chuyền có thiết bị
phản ứng và thiết bị tái sinh có đường kính lớn hơn trước và quá trình tách hơi sản phẩm
được thực hiện ngay trong thiết bị phản ứng, tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi và quá trình
thổi cũng ngày càng được cải tiến để cho xúc tác chuyển động từ phía dưới và lấy ra
ngoài ở đáy thiết bị và ở đây người ta cũng cải tiến cả hình dạng của xúc tác.
Năm 1947, hãng UOP đã thiết kế loại FCC trong đó thiết bị phản ứng và thiết bị tái
sinh chồng lên nhau trên cùng một trục.
Năm 1951, loại Orthor Flow đầu tiên của M.W. Kellog xuất hiện. Sau đó hãng
Standard – oil đã thiết kế một loại FCC mới đó là cải tiến của model II và nó được áp
dụng trong công nghiệp vào năm 1952.

Để đạt được quy trình hoàn hảo như trên, công nghệ cracking xúc tác đã rất nhiều
thời gian thử thách, cải tiến và hoàn thiện. Trong bài viết này em xin giới thiệu một công
nghệ cracking xúc tác pha lưu thể (FCC) của hãng UOP được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

18

1.4.2. Giới thiệu công nghệ FCC của UOP
Một hệ thống FCC của UOP bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:
 Cụm thiết bị phản ứng
 Hoàn nguyên xúc tác
 Tháp chưng cất chính
 Phân xưởng khí


Hình 4: Sơ đồ chung của hệ thống FCC của UOP
 Cụm thiết bị phản ứng và hoàn nguyên xúc tác

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

19


Hình 5: Sơ đồ thiết bị phản ứng và hoàn nguyên xúc tác
Đây là bộ phận được xem như quả tim của công nghệ FCC (minh họa trong hình ).
Trong khi vận hành các phản ứng cracking đều được thực hiện trong một reactor ống
đứng ( vertical reactor riser), trong riser là một dòng nguyên liệu lỏng được tiếp xúc với
chất xúc tác nóng, dạng bột. Nguyên liệu bị hóa hơi và cracking thành các sản phẩm nhẹ
khi di chuyển từ dưới lên phía trên reactor và mang theo chất xúc tác dạng bột. Các phản
ứng xảy ra rất nhanh chỉ trong vài giây, cốc cũng được hình thành và bám trên bề mặt

Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

20

chất xúc tác làm cho hoạt tính xúc tác giảm dần. Chất xúc tác đã tham gia phản ứng và
các sản phẩm cracking được phân riêng. Chất xúc tác được chuyển qua thiết bị hoàn
nguyên để đốt cháy cốc và phục hồi hoạt tính xúc tác. Sau đó chất xúc tác được chuyển
đến đáy của reactor ống đứng để thực hiện một chu trình cracking xúc tác tiếp theo.
 Thiết bị chưng cất chính
Sản phẩm cracking ở dạng ở dạng hơi được dẫn vào thiết bị chưng cất chính để phân
riêng thành các hợp phần. Tại đó gasolin và các sản phẩm nhẹ giàu olefin, một số sản
phẩm nhẹ được tách ra từ đỉnh tháp rồi dẫn đến phân xưởng khí. LCO được xử lý để tách
riêng các sản phẩm nhẹ và phần còn lại được lưu giữ ở kho.
 Phân xưởng khí
Phân xưởng khí là tập hợp các tháp hấp thụ và chưng cất phân đoạn để phân riêng các
sản phẩm đỉnh tháp của thiết bị chưng cất chính thành gasolin và các sản phẩm nhẹ khác.

Hình 6: Sơ đồ một phân xưởng khí FCC
Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

21

1.4.3. Ưu điểm của công nghệ cracking xúc tác FCC
Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều có cấu
tạo rất đơn giản.
Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngược lại là nhờ sự
vận chuyển liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng.
Do 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 như thiết bị tái sinh,
khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ.

Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau, như từ nguyên
liệu là phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng là mazut, làm tăng tính vạn năng của hệ
thống.
Hệ thống này có công suất làm việc lớn và có thời gian tiếp xúc ngắn (thời gian tiếp
xúc giữa nguyên liệu và xúc tác là cực tiểu) dẫn đến việc đạt được hiệu suất xăng cực đại
và olefin nhẹ không xảy ra phản ứng ngưng tụ bậc hai mà đã tạo xăng. ứng dụng phương
pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO trong thiết bị tái sinh) dẫn đến đạt hàm lượng cất cặn
rất thấp trong xúc tác.









Quá trình cracking xúc tác Đỗ Hữu Hà

22

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TSKH Hồ Sĩ Thoảng, Xúc tác dị thể, NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh,
Hồ Chí Minh, 2007.
[2] GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc, Công nghệ lọc và chế biến dầu, NXB Đại học Quốc gia
Tp. Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh, 2010.
[3] GS.TS Nguyễn Hữu Phú, Cracking xúc tác, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Hà
Nội, 2005.