Quá trình cốc hóa chậm trong công nghệ lọc hóa dầu.


Trong công nghệ chế biến dầu mỏ hiện nay, quá trình sử dụng nhiệt để
biến dổi các phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ rất phổ biến. Thông
thường là cặn gudron hoặc cặn chưng cất chân không có nhiệt độ sôi rất cao,
nhiều lưu huỳnh, kim loại nặng và tạp chất, không thể dùng làm nguyên liệu cho
quá trình cracking xúc tác. Để nâng cao hiệu quả chế biến của loại cặn này có
thể sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình hydro cracking, cracking nhiệt thông
thường. tuy nhiên phương pháp cracking nhiệt thông thường cho hiệu quả không
cao, chất lượng sản phẩm lỏng thu được thấp, nên nó chỉ được sử dụng như là
một phương pháp thu hồi xăng. Phương pháp cốc hóa, trong đó công nghệ cốc
hóa chậm tỏ ra ưu việt để chế biến loại cặn này. Là phương pháp chuyển hóa
nhiệt các nguyên liệu nặng thành cốc rắn và nhiên liệu lỏng để nâng cao hiệu
quả kinh tế của phần cặn.
Vì vậy bài tập lớn này đề cập đến vấn đề: Quá trình cốc hóa chậm trong
công nghệ lọc hóa dầu.
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
I. 
1.  !"#$%
Trong bối cảnh ngày càng khó khăn về nguồn nguyên liệu, do nhu cầu sản
phẩm ngày càng tăng cao, yêu cầu về lợi nhuận trong thời buổi kinh tế thị trường, và
yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường đòi hỏi các sản phẩm lọc hóa dầu cần
được khai thác một cách triệt để. Vì vậy các quá trình nâng cấp cặn nặng ngày càng
được quan tâm và phát triền. Trong đó, cốc hóa là một quá trình đã và đang được sử
dụng tại các nhà máy lọc hóa dầu trên thế giới.
2. &$'()
Cốc hóa là một dạng của quá trình chế biến nhiệt, nhằm sản xuất cốc dầu mỏ từ
những nguyên liệu cặn nặng như cặn chưng cất chân không, cặn của cracking nhiệt
hay cặn của quá trình cracking xúc tác. Những cặn này bao gồm các cấu tử nặng nhất
và khó chuyển hóa nhất như asphanten, nhựa (có khối lượng phân tử lớn và nhiều hợp
chất thơm đa vòng, hàm lượng kim loại nặng trong phân đoạn này rất cao).
3. *+,-./0

Sản phẩm của quá trình là cốc, naphatha, LCGO (Light Cycle Gas Oil), HCGO
(Heavy Cycle Gas Oil).
Naphtha chứa hàm lượng olefin cao được xử lý hydro.
LCGO được xử lý hydro để sản xuất diesel.
HCGO được đưa tới các phân xưởng FCC/RFCC để sản xuất các sản phẩm
chưng cất có giá trị.
2
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
123)45./0
Cốc dầu mỏ là sản phẩm dạng xốp, vô định hình của carbon, có màu đen.
Cốc dầu mỏ được phân loại thành 2 nhóm chính: [7,23]
 Green Petroleum Coke (Cốc thô): Sponge Coke (Cốc xốp), Shot Coke
(Cốc bi), Needle Coke (Cốc hình kim), Fluid Coke, Flexicoke.
 Calcined Coke (Cốc nung).
3.1. 66764)68496:8;<
3.1.1. *,4$68496:8=,<
Được đặt tên theo hình dạng, cốc xốp có dạng từng miếng, hình dạng không
đồng nhất, độ xốp lớn. Cốc xốp được sản xuất từ nguyên liệu là cặn chân không có
hàm lượng asphaltene, lưu huỳnh và vết kim loại thấp hoặc vừa phải.
Cốc xốp thường được sử dụng làm chất đốt, một vài loại hàm lượng lưu huỳnh
và kim loại thấp có thể sử dụng làm anode trong sản xuất nhôm.
3.1.2. &66.)68496:89<
Cốc hình kim là loại cốc có chất lượng tốt nhất của quá trình sản xuất cốc hóa
chậm. Được đặt tên theo hình dạng, cốc hình kim được sản xuất từ những nguyên liệu
chứa hàm lượng aromatic cao.
3
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Có tỷ trọng cao, CTE (Coefficient of Thermal Expansion – Hệ số giãn nở nhiệt)
rất thấp, độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, mức độ tạp chất thấp.
Được sử dụng làm anode trong sản xuất nhôm, làm điện cực graphite cho sản

xuất thép. Vào thời điểm tháng 4/2004, cốc hình kim được bán với giá hơn 500$/tấn
tại Hoa Kỳ.
3.1.3. *48496:8.5$('><
Cốc bi có dạng viên nhỏ, là sản phẩm không mong muốn. Cốc bi được sản xuất
bởi nguyên liệu có hàm lượng asphalten cao và chỉ số API thấp.
Cốc bi là vật liệu rất cứng, chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp sản xuất
TiO
2
hoặc trộn với cốc xốp làm nhiên liệu sản xuất hơi nước.
?+$2*4@!AB=,"9
Cốc xốp Cốc hình kim
Cốc thô
Lưu huỳnh %kl < 3,0 < 1,5
Kim loại
V pp
m
< 350
Ni pp
m
< 300
Si pp
m
< 150
Fe pp
m
< 270
Chất dễ bay hơi %kl < 12 <6
3.1.4. C).8496
Fluid Coke có dạng hình cầu, được sản xuất từ quá trình cốc hóa tầng sôi,
thường có đường kính nhỏ hơn 6 mm, hàm lượng chất dễ bay hơi nhỏ hơn so với quá

trình cốc hóa chậm.
4
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
3.1.5. C)6=496
Flexicoke có dạng hình cầu, nhưng tính chất tốt hơn so với Fluid Coke, có dạng
bột mịn. Hàm lượng chất dễ bay hơi thấp hơn so với Fluid Coke.
3.2. 8)6.8496:8$<
Hàm lượng chất dễ bay hơi của cốc thô cao (đến 15%kl), do vậy không thích
hợp sử dụng làm điện cực. Để giảm hàm lượng chất dễ bay hơi và cải thiện các tính
chất, cốc thô phải được nung trong lò với nhiệt độ cao.
Sản phẩm cốc nung được dùng làm anode trong ngành công nghiệp nhôm, làm
điện cực graphite trong sản xuất thép, sản xuất TiO
2
, cũng như làm tăng hàm lượng
carbon trong sắt thép.
1D*E F$548)6.8496
5
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
?+$D*4@!AB;"$
Tính
chất
Gr
ee
n
(U
nc
alc
ine
d)
C

al
ci
n
e
d
Chất
dễ
bay
hơi,
%kl
1
11,
5
0,
4
Lưu
huỳn
h,
%kl
1
3,5 3,
0
Tro,
%kl
1
0,4 0,
4
Độ
ẩm,
%kl

1
8÷
10
0,
3
Vibr
ated
bulk
desti
ny,
g/cm
3
-
2
0
,8
4
Tỷ
trọng
thực
tế,
g/cm
3
1,3
÷1
,4
2,
0
5
÷

2,
0
8
Điện
trở
riêng
,
- 0,
0
4
2
6
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Ωinc
h
1
HGI 75
÷8
5
3
2
÷
4
0
Nguồn: Unpublished turtorial report, 2000 (Great Lakes Carbon)
Ghi chú:
1
– Maximum
2
– Minimum

?+$GH!A3@)45$IE$5
Property
Moisture
Ash
Fixed carbon
Sulfur
Real density
Vibrated bulk density
Metals
Nickel
Iron
Vanadium
Aluminum
Calcium
3.3. H!AB
Thành phần của cốc dầu mỏ phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng nguyên liệu ban
đầu và công nghệ sử dụng trong nhà máy lọc dầu.
Chất lượng cốc sản phẩm được đánh giá thông qua thành phần hóa học của cốc
như hàm lượng lưu huỳnh, các hợp chất dễ bay hơi, hàm lượng carbon, độ bền nén,
bền nhiệt, bền mài mòn.
Một tính chất quan trọng khác của cốc dầu mỏ là có thể được graphite hóa (xử
lý nhiệt dưới điều kiện áp suất nhất định để thay đổi cấu trúc của cốc gần giống với
7
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
cấu trúc tinh thể lục giác của graphite). Graphite tổng hợp từ cốc dầu mỏ này thường
được gọi là graphite tổng hợp, graphite nhân tạo.
?+$J3@",/B3@)45
Sulphur Ash
0,2÷0,6 -
2,50 0,25

1,00 0,10
2,5÷5,5 0,1÷0,3
8
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
1,00 0,50
2,50 0,50
1,00 0,15
5,00 0,70
1,7÷3,0 0,1÷0,3
0,05 0,50
0,09 18,50
Nguồn: The Economics of Petroleum Coke, (3
rd
edition), 1999 (Roskill); American
Petroleum Institute; Kirk-Othmer Encyclopaedia of Chemical Technology; Jaco
Metal Ltd., Canada; Concawe Petroleum Products and Health Management Groups;
CII Carbon.
Chất lượng tương đối của các loại cốc thô khác nhau có thể được đánh giá thông
qua Hệ số giãn nở nhiệt (CTE – Coeficient of Thermal Expansion), hệ số này sẽ thể hiện
cấu trúc của cốc. Nếu chỉ số CTE thấp thì chất lượng cốc cao hơn.
?+$K1@$LM8HNB3@)45
ST
T
Loại cốc Hệ số CTE
1 Cốc bi >20
2 Cốc xốp 8÷18
3 Cốc hình kim 0÷4
- Trung cấp 3,1÷4,0
- Cao cấp 2,0÷3,0
- Siêu cao cấp <2,0

3.4. 3@O$.$B
Cốc dầu mỏ được sử dụng như là nguồn nguyên liệu cho một vài ngành công
nghiệp chính như lọc dầu, xi măng, điện, sản xuất titanium dioxide.
9
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Những ứng dụng phi năng lượng: Anode hóa trong công nghiệp nhôm, sản xuất
điện cực graphite
?+$P3@O$.$ Q$B)45./09
Sponge Luyện cốc
Công nghiệp đúc
Silic carbua
Sponge/Shot Nhuộm màu, TiO
Sponge Anode carbon cho sản xuất nhôm
Needle Điện cực
Graphite tổng hợp
Sponge Sưởi ấm ở gia đình
Fluid/Flexicoke Lò nung xi măng, nung vôi
Sản xuất điện
Sponge/Shot Lò đốt công nghiệp
Lò nung xi măng, nung vôi
Sản xuất điện
Nguồn: Petroleum coke – Stature growing in key world markets by R.E Dymond (World
Coal, 17
th
October, 1998)
3.4.1. 8()
?+$RQI$BC6).68496
10
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
 Ưu điểm:

• Giá trị nhiệt lượng cao (10500÷13000 BTU/lb đối với than đen mềm).
• Hàm lượng tro thấp (10% đối với hầu hết các loại than đá).
 Nhược điểm:
• Hàm lượng các chất chất bay hơi thấp (20÷40% so với than đen mềm), ảnh
hưởng đến quá trình cháy ổn định → trộn với than đá → giới hạn tỷ lệ cốc
sử dụng (thường 20% cho nồi hơi và 50% đối với lò nung chậm).
3.4.2. 84.6
• Hàm lượng V và Ni sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lò luyện nhôm, vì nó đóng vai
trò như chất xúc tác cho quá trình oxy hóa anode, làm tăng sự tiêu thụ
anode.
• Natri có trong cốc cũng xúc tác cho quá trình oxy hóa anode.
• Tỷ trọng và kích thước của cốc là các thông số vật lý ảnh hưởng đến cấu
trúc của anode → ảnh hưởng đến tính chất cơ học.
?+$SQI$BT4.6@8496
Green Calcined
VCM, wt%,
Dry Basis
Sulfur, wt%
Ni, ppm
V, ppm
HGI
VBD, g/cm
3
Real Density,
g/cm
3
8÷10
3,0 Max
0,3 Max
200 Max

80
0,3
3,0 Max
0,3 Max
200 Max
0,78 Min
2,06 Min
Granulometry
+4 MESH

-28 MESH
40%
10%
11
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
3.5. H@+=A./0(U$
Sản lượng sản xuất cốc dầu mỏ trên thế giới dự kiến sẽ tiếp tục tăng do một số
nguyên nhân chính sau:
• Nhu cầu xăng và các nhiên liệu vận tải khác tăng.
• Chất lượng dầu thô nguyên liệu giảm (tỷ trọng cao, hàm lượng lưu huỳnh
cao).
• Những yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường, quy định đối với các loại nhiên
liệu phải sạch hơn.
1GVN8WX74.44Y.64).,64)6496Z2[[\4D\\K
:<
Nguồn: International Energy Agency, Oil Infomation 2006 and earlier
12
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
1J*TX'.@),464Y.64)>6$,46@@Z
2[SK]D\\K

Nguồn: International Energy Agency
13
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
1K^4).X764)6496,4.4,'>',,)4'Z
D\\P:2\
G
,.<
Nguồn: Oil & Gas Journal, 2005 Worldwide Refining Survey, Roskill estimates
1P^4).XV_6@,4Y,64)6496,4.4,'>'
,,)4,'ZD\\P
Nguồn: Roskill
14
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
1RVN8WX84@,44Y,64)6496))Y4@Z2[[D4D\\K
:<
Nguồn: International Energy Agency, Oil Information 2006 and earlier editions
II. 8E@M)#B
Quá trình cốc hóa là một dạng của quá trình cracking nhiệt. Sự tạo thành cốc là
do các phản ứng ngưng tụ các hydrocacbon tạo thành các hợp chất cao phân tử có
vòng thơm cao. Như vậy, nguyên liệu có chứa nhiều vòng không no, nhiều vòng thơm
ngưng tụ có mạch dài bên là các cấu tử dễ tham gia phản ứng ngưng tụ, sẽ cho hiệu
suất và chất lượng cốc tốt nhất.
Phản ứng cốc hóa xảy ra kèm theo các phản ứng khác của quá trình cracking
nhiệt. Trong quá trình cracking, các phân tử lớn bị phân thành các phân tử nhỏ hơn,
hoặc bị polime hóa tạo thành các sản phẩm nặng (cốc).
15
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Các phản ứng xảy ra trong quá trình:
• Parafin bị cracking tạo thành olefin và các paraffin nhỏ hơn:
C

n
H
2n+2
→ C
m
H
2m+2
+ C
p
H
2p
(n = m + p)
• Olefin bị cracking cho olefin nhỏ hơn:
C
n
H
2n
→ C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p)
• Các alkyl hydrocacbon aromat (ArC
n
H
2n+1

, trong đó Ar: gốc hydrocacbon
aromat, C
n
H
2n+1
là gốc alkyl):
ArC
n
H
2n+1
→ ArH + C
n
H
2n
• Thay vì phản ứng dealkyl hóa, phản ứng cracking mạch nhánh của vòng
thơm có thể xảy ra:
ArC
n
H
2n+1
→ ArC
m
H
2m-1
+ C
p
H
2p+2
(n = m + p)
Các hydrocacbon aromat không có nhóm thế tương đối khó bị cracking ở điều

kiện công nghiệp vì sự bền vững của các vòng thơm.
• Cracking naphten tạo ra các olefin:
C
n
H
2n
→ C
m
H
2m
+ C
p
H
2p
(n = m + p)
Cracking nhiệt của các phân tử mạch dài thành các phân tử mạch ngắn tuân
theo cơ chế gốc tự do.
 Ví dụ: Đối với paraffin
Giai đoạn khơi mào của cracking nhiệt một paraffin là sự phân cắt đồng ly của
liên kết C-C:
Gốc vừa được hình thành có thể bị phân cắt cho etylen và một gốc bậc một có
số nguyên tử cacbon nhỏ hơn 2 (so với gốc ban đầu). Quy tắc kinh nghiệm phân cắt β
cho rằng sự phân cắt liên kết C-C ở vị trí β đối với cacbon mang electron không có
cặp đôi:
16
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Các gốc tự do tạo thành tiếp tục phân cắt theo quy tắc β để cho etylen và các
gốc mới nhỏ hơn cho đến khi tạo ra một gốc metyl. Gốc metyl này kết hợp với một H*
của một phân tử hydrocacbon khác để tạo một metan và một gốc thứ cấp:
Gốc này lại bị phân cắt theo quy tắc β để tạo một olefin và một gốc tự do bậc

một:
Sự lặp lại các phản ứng này dẫn đến sự hình thành một lượng lớn etylen, một ít
metan và olefin.
Sau đó các gốc tự do kết hợp với H* tách ra từ một paraffin khác, hay các gốc
tự do kết hợp với nhau để tạo phân tử trung hòa.
C
n-2
H*
2n-3
+ H* C
n-2
H
2n-2
R* + R*  R-R
Các phản ứng thứ cấp xảy ra tiếp sau các phản ứng cracking sơ cấp đóng một
vai trò quan trọng trong việc xác lập thành phần sản phẩm cuối cùng trong quá trình.
Các phản ứng thứ cấp:
• Chuyển dịch hydro*:
Naphten + Olefin  Aromat + paraffin
Tiền chất cốc Aromat + Olefin  Cốc + paraffin
• Isome hóa:
Olefin  iso-olefin
• Chuyển dịch nhóm alkyl:
C
6
H
4
(CH
3
)

2
+ C
6
H
6
 C
6
H
5
(CH
3
) + C
6
H
5
(CH
3
)
• Phản ứng ngưng tụ:
17
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
• Phản ứng tái phân bố các olefin phân tử lượng thấp:
2H
2
C=CHCH
2
CH
3
 H
2

C=CH
2
CH
3
+ H
2
C=CHCH
2
CH
2
CH
3
III. 8'U+IM$ U
Những thông số công nghệ quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình là:
 Nhiệt độ.
 Áp suất.
 Thời gian phản ứng.
 Tỷ số tuần hoàn: Tỷ lệ giữa sản phẩm đáy của tháp tách và nguyên liệu được
đưa vào lò gia nhiệt.
 Một số yếu tố khác khách quan như tốc độ gia nhiệt, hệ thống lò ống gia
nhiệt nguyên liệu
1. & 3
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ cracking tăng lên theo quy luật hàm số mũ. Mặt khác,
trong khoảng nhiệt độ cho trước sự thay đổi các thông số về nhiệt độ và thời gian phản
ứng có tác dụng tương hŠ lẫn nhau. Để giữ cho quá trình là ổn định như nhau giữa các
hệ thống lò (mục đích là để sản phẩm đồng đều) thì khi tăng nhiệt độ với mức vừa
phải trong giới hạn phản ứng tạo cốc thì ta cần giảm thời gian lưu xuống, đại lượng
nhiệt độ là một thông số rất rất quan trọng. Khi ta tăng nhiệt độ thì tốc độ phân hủy
tăng lên và ngược lại, khi giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại tăng lên rất
nhiều (phản ứng mong muốn của quá trình).

Như vậy, để tăng hiệu suất của quá trình tạo cốc và giảm hiệu suất của các sản
phẩm lỏng, khí thì nhiệt phản ứng không được quá cao, nên ở mức trung bình vừa
phải.
18
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Điều kiện tối ưu: Quá trình tiến hành ở nhiệt độ: 400÷500
o
C (có tài liệu ghi:
400÷520
o
C). Tùy vào yêu cầu của sản phẩm đầu ra mà ta khống chế các mức nhiệt độ
khác nhau nằm trong khoảng nhiệt cho phép, nhưng không được quá cao vì sẽ làm
xuất hiện nhiều sản phẩm phân hủy (khí, lỏng), trong khi phản ứng của chúng ta mong
muốn là tạo sản phẩm đa tụ (cốc).
2. `,@A
Áp suất của hệ xác định trạng thái pha cũng như chiều hướng và tốc độ của
phản ứng. Ở đây áp suất của công nghệ cần thỏa mãn 2 yếu tố hóa lý của quá trình đó
là:
 Phản ứng là tăng thể tích.
 Phản ứng có quá trình chuyển đổi pha từ lỏng sang pha rắn.
Điều kiện tối ưu đó là quá trình diễn ra ở áp suất thấp, và tách pha hơi ra khỏi
pha lỏng trong suốt quá trình cốc hóa. Trong thực tế áp suất lớn hơn hoặc bằng áp suất
khí quyển cŒ 90 psi, không được tiến hành ở áp suất cao vì sẽ xuất hiện nhiều khí làm
thể tích khí tăng lên chống lại quá trình của chúng ta là ngưng tụ cần giảm thể tích.
3. Ha$)I
Đây là yếu tố quyết định cấu trúc sản phẩm cũng như mức độ làm việc của quá
trình. Như chúng ta đã biết thì quá trình cốc hóa chậm sau khi gia nhiệt và xảy ra các
phản ứng sơ bộ thì cần một thời gian để lắng đọng tạo sản phẩm (để phản ứng ngưng
tụ tạo cốc xảy ra), vì vậy nếu thời gian lưu quá ngắn sẽ không tạo được sự ngưng tụ
cần thiết, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Mặt khác khi thời gian lưu quá dài kết

hợp với điều kiện nhiệt độ cao gây nên quá nhiệt cục bộ trong lò cốc hóa tạo hŠn hợp
sản phẩm phức tạp, vì khi có nhiệt độ cao thì phản ứng cracking nhiệt xảy ra mạnh mẽ
tạo ra sản phẩm lỏng và khí rất nhiều, ảnh hưởng tới hiệu suất sản phẩm. Mặt khác khi
xảy ra quá nhiệt lớn thì sản phẩm cốc sẽ đóng rắn rất chắc gây khó khăn cho quá trình
tháo dŒ cốc.
4. Hb@/4"
19
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
Là tỷ lệ giữa sản phẩm đáy của tháp tách và nguyên liệu được đưa vào lò gia
nhiệt.
Bản chất của quá trình ngưng tụ tạo cốc diễn ra theo cơ chế gốc tự do và phát
triển theo chuŠi, vì vậy cần chất khơi mào phản ứng. Các isoparafin trong thành phần
gasoil nhẹ đáp ứng rất tốt, do độ bền của gốc tự do bậc 3 > bậc 2 > bậc 1 mà sự tách
nguyên tử H ở nguyên liệu sẽ ưu tiên trước tiên là các iso-parafin, sau đó mới đến n-
parafin. Vì vậy ta cần tuần hoàn sản phẩm đáy của tháp tách kết hợp với nguyên liệu
đầu vào đưa vào lò gia nhiệt để tăng hiệu suất của quá trình.
5. H 3$
Trong công nghiệp ta thường dùng lò ống để gia nhiệt cho nguyên liệu. Đặc
trưng của phản ứng tạo cốc là xảy ra rất mãnh liệt tạo thành cốc ngay trên đường ống
vận chuyển và miệng cửa vào, gây tắc đường ống và hiệu suất sản phẩm không kiểm
soát được. Khắc phục bằng cách sục hơi nước áp suất thấp vào trong lò và dòng
nguyên liệu để làm chậm sự hình thành cốc trong ống, làm cho nguyên liệu có thể
chuyển hóa tối đa cốc trong lò cốc hóa. Kết quả cốc lắng đọng trên tường, ta tiến hành
tách khí luôn trong quá trình nạp liệu vào lò.
6. 3@'U9
 Thành phần nguyên liệu: Đặc tính và hàm lượng của các cấu tử trong cặn
nguyên liệu như: Hàm lượng S, kim loại và phức của chúng, hàm lượng carbon.
Khi cặn có hàm lượng C cao và ít tạp chất thì ta thu được cốc có giá trị thương
phẩm cao.
 Các yếu tố k• thuật liên quan như : Quá trình xử lý cặn nguyên liệu, dung tích

của lò tạo cốc, phân phối nhiệt trong lò, hàm lượng cặn bẩn. Thiết bị tháo cốc
và vận chuyển.
IV. 8;$$c2ZDd
Cốc hóa chậm là công nghệ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất trong
các quá trình cốc hóa. Quá trình được sử dụng để tối thiểu hóa dầu cặn còn lại bằng
các phản ứng cracking sâu các nguyên liệu đầu vào. Trong công nghệ này, nhiệt độ
20
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
của nguyên liệu đầu vào lớn hơn nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong ống là tối
thiểu để không gây ra sự hình thành cốc đáng kể trong lò.
Công nghệ cốc hóa chậm ngày nay được phát triển và sở hữu bản quyền của
hãng CONOCOPHILLIPS. Công nghệ đã được phát triển trên 50 năm và ngày nay có
nhiều công ty sử dụng công nghệ này trong các nhà máy lọc dầu như: Lummus
Technology, Foster Wheeler
1. e';$$c2ZJd
Sơ đồ công nghệ:
1S*E FD)fcDd
21
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
1[*E FJ)fcGd
Cốc hóa chậm là quá trình bán liên tục, sử dụng từ 2-6 thiết bị cốc hóa để cung
cấp đủ thời gian để cho quá trình craking cốc diễn ra triệt để.
Công nghệ này được chia thành 3 khu vực chính: Lò đốt và tháp chưng, thiết bị
cốc hóa và hệ thống thu hồi xử lý cốc, hệ thống quét khí - tháo nước khép kín CBS
(closed blowdown system).
1.1. f ",I$c2ZKd
Nguyên liệu đầu vào là phần cặn từ chưng cất chân không hoặc nguyên liệu có
nhiệt độ sôi cao từ các phân đoạn khác trong nhà máy lọc dầu, cùng với dầu nặng từ
hệ thống CBS, được bơm vào đáy tháp chưng cất. Tại tháp chưng nguyên liệu được
gia nhiệt sơ bộ lên khoảng 530÷600°F, sau đó được bơm vào lò đốt để nâng nhiệt độ

lên 480÷507°C. Quá trình craking bắt đầu xảy ra trên đường ống dẫn từ lò nung tới
thiết bị cốc hóa để tách ra các cấu tử khí và xăng, và tiếp tục xảy ra khi ở trong thiết bị
cốc hóa. Hơi nước nhiệt độ áp suất cao được bổ sung để duy trì tốc độ dòng cao và
22
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
thời gian lưu tối thiểu trong đường ống, để giảm thiểu cracking sâu nguyên liệu trên
đường ống tới khi nó nằm trong lò cốc hóa, đồng thời giảm thiểu sự đóng cặn của cốc
trong đường ống.
Quá trình cracking diễn ra trong thiết bị cốc hóa, xăng và các cấu tử nhẹ được
tách ra trong pha hơi từ trên đỉnh, được đưa sang tháp chưng để tách ra các phân đoạn
khác nhau như khí, HCGO, LCGO.
1.2. HU>g"$F=h)#c2ZKd
Thiết bị cốc hóa có 2 nhiệm vụ chính: Thứ nhất là cung cấp thời gian lưu tối đa
để phản úng cốc hóa được hoàn toàn và thứ 2 là thu hồi được cốc rắn sau khi phản ứng
kết thúc.
12\HU>g
Hai lò cốc hóa được nối với nhau bằng van xoay 3 cửa, hoạt đông theo kiểu bán
liên tục. Thuật ngữ “cốc hóa chậm” ra đời do đặc tính hoạt động của 2 lò cốc này. Có
nghĩa là: Một lò tiến hành điền đầy nguyên liệu nóng từ đáy lên đến đỉnh ở nhiệt độ
cao và áp suất thấp, và hơi sản phẩm xăng lấy ra ở trên đỉnh, trong khi đó lò còn lại
diễn ra các quá trình sục hơi nước làm mát và lấy ra sản phẩm hơi, sau đó là công
23
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
đoạn tháo cốc xuống dưới đáy bằng cách khoan đẩy áp lực cao và vận chuyển cốc đi
sấy.
Quá trình này được gọi chung là decoking, bao gồm các bước chính:
 Sục hơi: Để tách phần hơi hydrocacbon hình thành trong quá trình cracking,
phần hơi này sau đó được đưa đến tháp chưng hoặc CBS.
 Làm mát: Lò cốc hóa được điền đầy nước, mục đích là giảm nhiệt xuống
dưới 93°C.

 Rút nước: Phần nước sau làm mát được rút ra khỏi lò, sau đó được đem đi
tái sử dụng.
 Tách cốc: Sử dụng phương pháp khử cốc thủy lực bằng tia nước áp lực cao,
cùng với hệ thống giàn phía trên lò cốc hóa.
 Làm sạch: Lò cốc sau khi được rút hết cốc sẽ được làm sạch.
 Gia nhiệt: Ban đầu khi nguyên liệu chưa được đưa vào tháp chứa, toàn bộ
tháp chứa được gia nhiệt bằng các dòng hơi nóng trong vòng khoảng 5h.
Hơi nóng (khoảng 415
o
C) được sử dụng để gia nhiệt tháp chứa, chúng
ngưng tụ bên trong tháp chứa nâng nhiệt độ tháp chứa lên khoảng 340
o
C.
Hơi ngưng tụ liên tục thoát ra khỏi tháp chứa thông qua các mạch xả đáy và
sau đó đi vào tháp tách các phân đoạn. Sau khi gia nhiệt tháp chứa vài giờ,
người ta mới đưa dòng nhiên liệu đã được ra nhiệt bên ngoài (khoảng
485
o
C) vào tháp.
 Cốc hóa: Bắt đầu chu trình cốc hóa.
24
Cốc hóa chậm GVHD: Phan Thị Tố Nga
122e'.649$
Cốc được giữ trong lò cốc hóa từ 18÷24 giờ, trong khoảng thời gian đó diễn ra
các quá trình khử cốc bằng hơi nước để lấy ra hơi sản phẩm hình thành sau thời gian
lưu dài, cuối cùng cốc được tháo ra ngoài đưa đến dây chuyền xử lý bằng phương
pháp khoan đẩy thủy lực. Sau đó nước sẽ được tách ra và tuần hoàn trở lại hệ thống
chứa nước và bơm áp suất cao.
25