Thiết kế lò phản ứng của quá trình cracking xúc tác năng suất 3.500.000 tấn/năm

 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 1

Mục Lục
 2
 3
I.Quá trình cracking xúc tác 3
 4
 4
 4
 5
 5
 5
 5
 6
 6
 6
b.  7
 8
 8
 11
 13
 13
 16
 18
 20
 24
 24
 26

 27
 28
 31
Tài liu tham kho 32

 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 2

Lời mở đầu



              



 



       





Thiết kế lò phản ứng của quá trình cracking xúc tác
năng suất 3.500.000 tấn/ năm 



gian q
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 3

Phần 1: Tổng quan
I.Quá trình cracking xúc tác


 

     




Xúc t
             
      60          
100µm.


               
cracking.
-



-


- 
0
C  550
0
C
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 4

- ng : 0,27 Mpa
-  120 m
3
/m
3
. h

-  9/1
- 




II.Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác
1. Các phản ứng xảy ra trong quá trình
a. Phản ứng phân huỷ các mạch CC, phản ứng cracking




+ 
C
n
H
2n+2
C
m
H
2m
+ C
p
H
2p+2
(n = m + p)

C
n
H
2n
C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p)

+            

ArC
n
H
2n+1
ArC
m
H
2m+1
+ C
p
H
2p
(n = m + p)

C
n
H
2n
C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p)
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 5

naphten olefin olefin
C
n
H
2n
C
6
H
12
+ C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p+ 6)
naphten xyclohexan olefin olefin
b. Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá)


n-olefin izo-olefin
n-parafin izo-parafin
c. Phản ứng chuyển dời hydro dưới tác dụng của xúc tác




Naphten + olefin hydrocacbon th
d. Phản ứng trùng hợp

C
n
H
2n
+ C
m
H
2m
C
p
H
2p
(n + m = p)
e. Phản ứng alkyl hoá và khử alkyl hoá

ArH + C
n
H
2n
Aromat C
n
H
2n+1

 



 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 6

f. Phản ứng ngưng tụ tạo cốc







 
2. Cơ chế của quá trình
a. Giai đoạn tạo ion cacboni
- 
C
n
H
2n+1
+H
2
C
n
H
2n+2
+ H

+
C
n
H
2n+3

C
m
H
2m+1
+ C
p
H
2p


C
n
H
2n+2
+L(H
+
)

+
C
n
H
2n+1
+ LH

- 
C
n
H
2n
+ H
+

+
C
n
H
2n+1

C
n
H
2n
+ L
+
C
n
H
2n+1
+ LH
- 
2
H
2

H
2
2
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 7



parafin.
- 

+






b. Giai đoạn biến đổi ion cacboni
 


- 
nhánh.

RCCCC
+
CC

+
CCR

C
3
+

2
+

3

+

- 



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

+
+
b
CH
3
CH CH
2
R
+
RCH
3
CH CH
2
+
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 8




C
+
n
H
2n+1
+ C
m
H

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

C
+
n
H
2n+1
+ C
m
H
2m+2
C
n
H
2n+2
+ C
+
m
H
2m+1
c. Giai đoạn dừng phản ứng

              

3. Đặc tính chi tiết dầu thô Bạch Hổ





0
API
38,6

0,03 - 0,05

0
C
33

0
C, cSt
9,72

0
C, cSt
6,58

0
C, cSt
4,73


0,65 -1,08
Asphanten,%tl
0,05
Wax, %tl
27

0
F,psi
2.5
V/Ni,ppm
2/2

0,067

22
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 9


0,05

5
-95
0
C)


2,3


0
C, Kg/l
0,6825

0,001
Mercaptan,%tl
0,0002
Parafin,%tl
75,2
Naphten,%tl
18,4

6,4
N-parafin,%tl
42,0

5
-149
0
C)


10,1

0
C, Kg/l
0,7285

0,001

Mercaptan,%tl
0,0002
Parafin,%tl
60,5
Naphten,%tl
31,3

8,2
N-parafin,%tl
34,9
Kerosen (149 -232
0
C)


14,35

0
C,kg/l
0,7785

0,001

0,041
    
35
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 10

khói,mm

13,0
Gasoil (232 -432
0
C)


23,05

0
C,kg/l
0,818

0,016

0,01

47,6
 550
0
C)

0
C

14,2

0

C, Kg/l
0,811

0,07

1350
Asphanten,% Kh.l
0,05

58

15




 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 11

4. Lò phản ứng




Cấu tạo lò phản ứng

1.Hỗn hợp sản phẩm và xúc 7. Vùng rửa
2.Xyclon 8.Xúc tác sang lò tái sinh

3. Pha loãng 9.Hơi nước
4. Ống cuối của xyclon 10.Xúc tác và nguyên liệu
5.Van 11.Ống đứng
6. Pha đặc của xúc tác 12. Cửa của xyclon


 


 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 12

 
               
hydrocacbon.

  


 



không           


 


 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 13

GNL
Gk
Gx
Ggnh
Gc
Gmm
G
gn

Phần II: Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng

I.Tính cân bằng vật chất
  

vào
= G
ra
.








Cân bằng vật chất của lò phản ứng
 
G
NL
=G
k
+G
c
+G
x
+G
gnh
+G
gn
+G

mm

- G
NL
        

- G
k

- G
x

- G
gnh :



- G
gn

- G
mm

 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 14


                


 
NL
= 



= 437,5 T/h
- Chn hiu sung nguyên liu mi) là X
x
=
45,1 % trng nguyên liu mi
- Chn hiu sut cc X
c
= 1,7% trng ng nguyên liu mi
- Chn hiu sut khí khi cracking là X
k
= 17,7% trng nguyên
liu mi
- Hiu sut gasoil nh là: X
gnh
= 22% trng nguyên liu mi
- Hiu sut gasoil nng là: X
gn
= 12,5% trng nguyên liu mi
- ng mt mát là 1%
 Tng ng vt cht vào lò phn ng G
vào
= G
NL

= 437,5 T/h
 ng sn phm ra khi thit b phn ng:
- ng khí cracking là :
G
k
= G
NL
×17,7%= 437,5× 0,177= 77,438 T/h
- 
G
x
= G
NL
×45,1%=437,5×0,451= 197,313 T/h
- ng gasoil nh là:
G
gnh
= G
NL
×22%=437,5×0,22=96,25 T/h
- ng gasoil nng là:
G
gn
=G
NL
×12,5%=437,5×0,125=54,688
T/h
- ng cc là:
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 15

G
c
=G
NL
×1,7%=437,5×0,017=7,438 T/h
- ng mt mát là:
G
mm
=G
NL
×1%=437,5×0,01=4,38 T/h
Vy tng sn phm và mt mát là:
G
ra
= G
k
+G
x
+G
gnh
+G
gn
+G
c
+G
mm

=77,438+197,313+96,25+54,688+7,438+4,38=437,5 T/h

Kt qu tính toán cho cân bng vt cht cho thit b phn 
Bảng 1: Kết quả tính toán cân bằng vật chất thiết bị phản ứng
Các thành phn
Trng
(T/h)
% tr ng theo
nguyên liu mi
u vào
Nguyên liu mi
437,5
100
u ra
Sn phm khí
77,438
17,7
Sn ph
197,313
45,1
Sn phm gasoil nh
96,25
22
Sn phm gasoil
nng
54,688
12,5
Cc
7,438
1,7

ng mt mát
4,38
1
Tng
437,5
100

 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 16


 ng xúc tác tuc.
Vi h thng xúc tác dng ht cu thì bi s tun hoàn xúc tác N =
4÷9/1, ta chng xúc tác s là:
G
xúc tác
= N×G
NL
= 6× 437,5 = 2625 T/h
 c
- c s d u chnh m ca
hn h   u và xúc tác  trong ng vn chuyn   
c và nó tiêu tn khong 0,4-2,0% trng tính theo ti trng ca lò
phn ng. Ta chn tiêu t u chnh m hn hp là 1,6%
tr ng theo nguyên liu. V     ng
hp này là:
G
n1

= 0,016×437,5 = 7 T/h
-  n phm cracking ra kh
vào lò tái sinh trong vùng tách . Tiêu tng hp này vào khong
5-  c 1 tn xúc tác có dính cc . Ta chn giá tr là 7kg/1 tn
c tiêu tn s là:
G
n2
= 7×2625 = 18375 kg/h
Vc tiêu tn tng cng là:
G
H2Ohv
= 7 + 18,375 = 25,375 kg/h


II.Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 17

QNL
QH2Ohv
Qk
Qx
QH2Ohr
Qgnh
Qc
Qmm
Q
gn

Qxtv
Q
xtr
Q
pu
(QH2 Ohv1,
QH2Ohv2, )


Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng
 ng nhing ca lò phn ng có dng:
Q
NL
+Q
H2Ohv1
+Q
H2Ohv2
+Q
xtv
=Q
xtr
+Q
k
+Q
x
+Q
gnh
+Q
gn
+Q

cc
+Q
H2Ohr1
+Q
H2Ohr2
+Q
mm
+Q



- V trái ca v trái biu din tng nhing mang vào thit b phn ng
tính bng Kcal/kg
Q
NL
: nhing do nguyên liu mi mang vào
Q
H2Ohv1
: nhit lng vn chuyn
Q
H2Ohv2
: nhi
Q
xtv
: nhing do xúc tác mang vào
- V phi cu din tng nhing mang ra khi thit b
phn ng, tính bng Kcal/kg
Q
Xtr
: nhing do xúc tác mang ra

Q
k
: nhing do sn phm khí mang ra
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 18

Q
x
: nhi
Q
gnh
: nhi mang ra
Q
gn
: nhing mang ra
Q
H2Ohr1
: nhic mang ra khi ng vn chuyn
Q
H2Ohr2
: nhic mang ra khi vùng tách
Q
mm
: mt mát nhing
Q

: nhing tiêu hao cho phn ng cracking
Da vào các tài liu và thc t công nghip ta chn nhi ca các thành

pht b phn 
- Nhi ca xúc tác vào thit b phn ng là: t
xtv
= 600
o
C
- Nhi cng vn chuyn là t
H2Ov1
= 600
o
C ( áp
sut 40 at)
- Nhi c
H2Ov2
= 230
o
C (áp sut 2at)
II.1. Nhiệt lượng do khí sản phẩm mang ra
Trong bu [6,118 ] s ch ra thành phn ca khí
c bc ký khí ca sn
phm khí khi nhc khi cracking)
Vi gi thit là áp sut trong thit b phn i nh, vì vy nh
ng ca áp sut lên hàm nhit    . Khi bit thành phn khí
cracking ta có th c hàm nhit ca riêng tng cu t  tính
c hàm nhit ca hn hp các cu t.
Tng hàm nhit riêng phn ca các cu t s là hàm nhit ca khí cracking 
nhi  Nh ni suy ta có th c hàm nhit ca khí  các nhit
 trung gian.

 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 19

Bảng 2: Thành phần của khí cracking

Cu t
Hiu sut %
trng theo
nguyên liu
S ng
Kg/h
Kmol/h
H
2
S
0,85
3187,5
93,75
H
2
0,2
750
375
CH
4
2,31
8662,5
541,4

C
2
H
2
0,57
2137,5
76,34
C
2
H
6
1,25
4687,5
156,25
C
3
H
6
3,22
12075
287,5
C
3
H
8
2,43
9122,5
207,1
C
4

H
8
3,95
14812,5
264,5
C
4
H
10
2,92
10950
188,79

Bảng 3: Hàm nhiệt của các cấu tử khí ở trong khoảng nhiệt độ 300
o
C - 500
o
C.
C

Thành

%



300
0
C
400

0
C
500
0
C

Riêng
Riêng

Riêng
Riêng

Riêng
Riêng

H
2
S
4,802
75,3
3,616
103,2
4,96
131
6,29
H
2

1,13
1035,0

11,67
1383,0
15,62
1733
19,58
CH
4
13,05
188,8
24,64
269,0
35,10
357
46,59
C
2
H
4

3,22
142,9
4,60
205,0
6,601
273
8,79
C
2
H
6

7,062
162,6
11,48
236,0
16,67
316
22,32
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 20

C
3
H
6
18,192
141,4
25,72
204,0
37,11
272
49,48
C
3
H
8
13,729
159,1
21,84

231,0
31,71
309
42,42
C
4
H
8

22,316
148,9
33,23
214,0
47,76
285
63,60
C
4
H
10

16,499
159,5
26,31
231,0
38,11
308
50,82

100

163,10

233,64

309,89

II.2 Nhiệt lượng do hơi các sản phẩm nặng hơn mang ra.
 Hàm nhit cnh theo công thc:
q
h
= (50,2+0,109.t +0,00014. t
2
)×(4  
15
15
) -73,8

q : hàm nhit cn  tr

15
15
: t trng cn lng
t : nhi n,
o
C
 Hàm nhit cn phm ra khi thit b phn ng  500
o
C là:
q

h
= (50,2+0,109.500 +0,00014. 500
2
)×(4  0,76) -73,8 = 378,83 Kcal/kg.
Nhii thit b phn ng là:
Q
x
= 197,313. 10
3
. 378,83 = 7,4748. 10
7
Kcal/h.
 Nhit hàm ca các hydrocacbon lc tính theo công thc:
q
l
=
.
d
1
6,15
6,15
( 0,403. t + 0,000405 .t
2
)

Q : là hàm nhit cn hydrocacbon lng  nhit
 t, Kcal/kg
d
15,6
15,6

: t trng cn
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 21

t : nhi cn,
o
C
 Hàm nhit ca gasoil nh  500
o
C là:
q
gnh
=




×( 0,403.500+0,000405. 500
2
) = 313,43 Kcal/kg.
ng nhit do phn gasoil nh mang ra là:
Q
gnh
= 96,25.10
3
. 313,43 = 3,0168. 10
7
Kcal/kg.

 Hàm nhit ca phn gasoil nng mang ra là:
q
gnh
=




×( 0,403.500+0,000405. 500
2
) = 311,78 Kcal/kg.
ng nhit do phn gasoil nng mang ra là:
Q
gn
= 54,688.10
3
.311,78 = 1,7051.10
7
Kcal/kg
 Hàm nhit ca cc tính theo công thc:
q
cc
= C.t

q
cc
: hàm nhit ca cc hoc xúc tác, Kcal/kg.
C : là nhit dung riêng ca cc hay nhit dung riêng ca xúc tác
ng b.
t : nhi ca xúc tác hay cc.

 Hàm nhit cng phn ng:
q
xtv
= 0,27×600 = 162 Kcal/kg.
Nhing ca xúc tác mang vào ng phn ng:
Q
Xtv
= 2625.10
3
×162 = 42,53.10
7
Kcal/h.
 Hàm nhit ca xúc tác ra khi thit b phn ng:
q
xtr
= 0,27×500 = 135 Kcal/kg.
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 22

ng nhit do xúc tác mang ra khi thit b phn ng :
Q
Xtr
= 2625.10
3
×135 = 35,44.10
7
Kcal/h.
 Hàm nhit ca cc mang ra khi thit b phn ng:

q
cc
= 0,6×500 = 300 Kcal/kg.
ng nhit do cc mang ra:
Q
cc
= 7,438.10
3
×300 = 0,22314.10
7
Kcal/h.

- Nhit dung riêng cc  40 at, 600
o
C l
- Nhit dung riêng cc  40 at, 230
o

- Nhit dung riêng cc  2 at , 500
o

 Hàm nhit cc mang vào ng phn ng :
q
H2Ov1
= 0,5285 ×600 = 317,1 Kcal/kg.
ng nhic mang vào ng phn ng là:
Q
H2Ohv1
= 7.10
3

×317,1 = 0,22197.10
7
Kcal/kg.
 Hàm nhic mang vào vùng tách là:
q
H2Ohv2
= 0,293×230 = 67,39 Kcal/kg
Nhic mang vào vùng tách là:
Q
H2Ohv2
=18,375.10
3
×67,39 = 0,1238.10
7
Kcal/h
Vy tng nhic mang vào là:
Q
H2Ot
= (0,22197+0,1238).10
7
= 0,34577.10
7
Kcal/h
 Hàm nhit cc khi ra khi thit b phn ng:
q
H2Or
= 0,509×500 = 254,5 Kcal/kg
ng nhic mang ra là:
Q
H2Or

=25,375.10
3
× 254,5 = 0,6458.10
7
Kcal/h
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 23

 sâu binh : 100-22-12,5 = 65,5% tr th
hình 59 tài lic hiu ng nhit ca phn ng:  
 ng nhit tiêu hao cho phn ng cracking là:
Q

= 437,5.10
3
×62 =0,27125.10
7
Kcal/h
ng nhit m   ng nhit cân bng:
Q
mm
= 5% Q
vào
Vy tng nhit vào thit b phn ng:
Q
vào
= Q
NL

+Q
Xtv
+Q
H2Ot
= Q
NL
+ 0,34577.10
7
+42,53.10
7
= Q
NL
+ 42,87577.10
7

Kcal/h
Tng nhing mang ra khi thit b phn ng là:
Q
ra
=Q
Xtr
+Q
k
+Q
x
+Q
gnh
+Q
gn
+Q

cc
+Q
H2Ohr
+Q
mm
+Q


=35,44.10
7
+2,4.10
7
+7,4748.10
7
+3,0168.10
7
+1,7051.10
7
+0,22314.10
7
+0,6458.10
7

+Q
mm
=50,90.10
7
+0,05Q
vào
Kcal/h.

Ta có : Q
vào
= Q
ra
= 50,90.10
7
+0,05Q
vào

Suy ra : Q
vào
= 53,58.10
7
,Kcal/h
Q
mm
= 0,05×53,58.10
7
= 2,678.10
7
Kcal/h.
 ng nhit do nguyên liu mi mang vào là:
Q
NL
= (53,58- 42,87577).10
7
= 10,70423.10
7
Kcal/h.

 Hàm nhit ca nguyên liu:
q
NL
=





=




244,7 Kcal/kg
Ta có bng cân bng nhit sau:


 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 24

Bảng 4: Bảng cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng
Tên
Nhi
(
o
C)
S ng

(T/h)
Hàm nhit
(Kcal/kg)
ng nhit
(10
7
Kcal/h)
Vào
Q
NL

437,5
244,7
10,70423
Q
Xtv
600
2625
162
42,53
Q
H2Ohv1
600
7
317,1
0,22197
Q
H2Ohv2
230
18,375

67,39
0,1238
Cng



53,58
Ra
Q
x
500
197,313
378,83
7,4748
Q
k
500
77,438
309,89
2,4
Q
gnh
500
96,25
313,43
3,0168
Q
gn
500
54,688

311,78
1,7051
Q
Xtr
500
2625
135
35,44
Q
cc
500
7,483
300
0,22314
Q
H2Ohr
500
25,375
254,5
0,6458
Q

500

62
0,27125
Q
mm

2,678
Cng



53,58

III. Tính toán thiết bị phản ứng
III.1. Tính đường kính lò phản ứng
ng kính ca lò phn nh theo công thc:
D = 1,128.

 [6,122]
 án môn hc u

Sinh viên 
SHSV : 20090289 25


ng kính lò phn ng, m.
S : là din tích tit din ngang ca lò phn ng, m
2

c tính theo công thc: S =




V : là th t ct ngang ca lò phn ng, m

3
/h.
Vn tc cho phép c trong tit din t do ca lò phn i
vi thit b cracking xúc tác thì vn tc trung bình ct din t do
ca lò phn nh theo công thc:
V =








[6,123]






ng hn h trong lò phn ng, Kmol/h.
t
p
: là nhi  trong lò phn ng,
o
C.
t tuyi  bên trên lp gi sôi ca lò phn ng, ta ly
bng 2at
Trng phân t trung bình ca khí cracking :

Mi =



=
c:



=



+



+



+



+
+




= 6122,Kmol/h.