bài giảng công nghệ chế biến dầu mỏ chương 4 cracking nhiệt (thermal cracking)

CRACKING NHIỆT
CHƯƠNG 4

1. Tổng quan về Cracking nhiệt

Cracking: là quá trình chuyển
hóa các phân đoạn khác nhau
thành sp lỏng và khí

Sp chứa nhiều olefin

1. Tổng quan về Cracking nhiệt

Các quá trình Cracking:
Quá trình Nguyên liệu Sản phẩm chính Nhiệt độ ,
0
C Áp suất, kg/cm
3
Cracking hơi Etan Axetylen 1000 –1400 0,2 – 0,5
Cracking hơi Etan Etylen 800 – 850 0,2 – 2
Cracking hơi Propan – butan Etylen – propan 770 –800 0,2 – 2
Cracking hơi Xăng nhẹ Etylen –propylen 720 –770 0,5 – 2
Cracking hơi Gasoil nhẹ Etylen – propylen 720 -750 0,5 – 2
Cracking nhiệt Gasoil nhẹ Xăng 469 – 510 20 – 70
Cốc hoá Cặn nặng Cốc 480 – 530 1 – 10
Vibreking Cặn nặng Giảm độ nhớt 440 - 480 20 - 70

1. Tổng quan về Cracking nhiệt

Thermal cracking uses heat to break down the

residue from vacuum distillation.

The lighter elements produced from this process can be made
into distillate fuels and petrol.

Cracked gases are converted to petrol blending components by
alkylation or polymerisation.

Naphtha is upgraded to high quality petrol by reforming.

Gas oil can be used as diesel fuel or can be converted to petrol
by hydrocracking.

The heavy residue is converted into residual oil or coke which is
used in the manufacture of electrodes, graphite and carbides.

2. Hóa học quá trình

2.1 Cơ chế hóa học
Theo Rice nó xảy ra theo cơ chế gốc tự do
-
Phát triển chuỗi:
- Tạo gốc tự do:


-
Dừng phản ứng :
**
l
t

l
RRRR +→−
*
2
*
RHHRH +→+
*
1
*
1
RRHRHR +→+
RHHR →+
**
21
*
2
*
1
RRRR −→+
2
2 HH →
+


2. Hóa học quá trình Cracking nhiệt

2.2 sự biến đổi parafin
C
n
H

2n+2
→ C
m
H
2m
+ C
p
H
2p+2
Khi n ≤ 4 thì liên kết C – C bền hơn C – H

2. Hóa học quá trình Cracking nhiệt

2.3 sự biến đổi olefin

Nhiệt độ thấp, áp suất cao → olefin dễ
trùng hợp.

Nhiệt độ tăng → phản ứng phân huỷ tăng.

Ngưng tụ, ankyl hoá với naphten tạo thành
nhựa và cốc.

2. Hóa học quá trình Cracking nhiệt

2.4 sự biến đổi Napthen

Khử nhánh ankyl

Khử hydro → olefin vòng → Aromatic


Phân huỷ naphten đa vòng → đơn vòng.

Khử naphten đơn vòng → parafin + olefin / diolefin.

2. Hóa học quá trình Cracking nhiệt

2.5 sự biến đổi Aromatic

Khử nhánh ankyl.

Ngưng tụ vòng → cốc (cacboit)
Tác hại của cốc :

Giảm tốc độ truyền nhiệt.

Giảm năng suất bơm.

Tăng chi phí vận hành.

3. Quá trình Cracking nhiệt
3.1 Nguyên liệu

Phân đoạn mazut của AD

Gasoil nặng của FCC

Cặn nặng của quá trình làm sạch (DAO).

3. Quá trình Cracking nhiệt

3.2 Sản phẩm
Khí cracking:

Thành phần chủ yếu là các
hydrocacbon không no.

Nhiên liệu

Sử dụng cho hoá dầu, Alkyl và polymer

3. Quá trình Cracking nhiệt
3.2 Sản phẩm
Xăng cracking nhiệt:
Loại xăng Olefin Aren Naphten Parafin
Xăng chưng cất trực tiếp 12 26 62
Xăng cracking nhiệt từ mazut 25 - 35 12-17 5 - 8 40 – 45
Xăng cracking nhiệt từ gasoil 40 - 45 18 - 20 15 - 20 20 – 25
Xăng reforming 19 - 20 14 - 16 27 - 32 33 – 37

3. Quá trình Cracking nhiệt
3.2 Sản phẩm
Đặc tính của Xăng cracking:

Chứa nhiều hydrocacbon không no.

Kém ổn định

ON trung bình khá

3. Quá trình Cracking nhiệt

3.2 Sản phẩm
Gasoil cracking:

Chứa nhiều hydrocacbon vòng.

Hàm lượng S cao

Smoke point thấp

Chỉ số Cetan thấp

3. Quá trình Cracking nhiệt
3.2 Sản phẩm
Sản phẩm cặn cracking: (nhập chung với gurdon)

Nguyên liệu cho lò hơi

Nguyên liệu cho quá trình Coking

3. Quá trình Cracking nhiệt
3.2 Cân bằng vật chất
Nguyên liệu vào, % Cracking nhiệt Vibreking
Phân đoạn > 350
o
C (dầu Romakinski)
Phân đoạn > 460
o
C (dầu Arlanski)
Phân đoạn gasoil của cracking xúc
tác

100
100
100
Sản phẩm ra, %:
Khí hydrocacbon
LPG
Xăng
Kerosen – gasoil
Cặn cracking
3,5 10,7
3,6 2,3
19,7 23,3
5,3 28,5
67,9 35,5
2,3
3,0
6,7
88,0
Tổng 100 100 100


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Cracking nhiệt
4.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu Giới hạn sôi (
o
C) Hiệu xuất xăng (%khối lượng)
Phân đoạn ligroil 180 - 220 12,1
Phân đoạn kerozen 220 - 270 14,9
Phân đoạn gasoil 270 - 300 15,8

Phân đoạn sola 300 - 350 18,0
Chất lượng, hiệu suất sản phẩm và chế độ
vận hành phụ thuộc hoàn toàn vào nguyên
liệu


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Cracking nhiệt
4.2 Nhiệt độ
Cracking là phản ứng thu nhiệt
Để tăng hiệu suất các sản phẩm phân hủy (khí, lỏng)
và giảm hiệu suất các sản phẩm đa tụ (cặn nhựa, cốc)
cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng cao ứng với thời
gian phản ứng thích hợp


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Cracking nhiệt
Mối tương quan giữa hiệt độ và độ chuyển hóa phản ứng
Cracking nhiệt n-C
16
H
34
Nhiệt độ
(
0
C)
Độ chuyển
hoá (%)
Hiệu suất phản ứng (% khối

lượng)
Tỷ lệ phân
hủy/ trùng
hợp
Sản phẩm
phân hủy
(xăng khí)
Sản phẩm
trùng hợp
375 55,2 55 44,2 1,26
400 53,5 62,2 37,8 1,65
425 50,8 72,4 27,6 2,26


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Cracking nhiệt
4.3 Áp suất
Chỉ ảnh hưởng đến hỗn hợp nguyên liệu nhẹ

Đảm bảo trạng thái lỏng của hỗn hợp phản ứng

Áp suất cao, nhiệt độ cao sẽ cracking ở đầu mạch.

Áp suất cao và nhiệt độ thấp sẽ cracking ở giữa
mạch


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Cracking nhiệt
4.4 Thời gian lưu

Thời gian lưu càng lâu thì sản phẩm tạo thành dễ bị
ngưng tụ, dẫn đến tạo nhựa, tạo cốc
=> Thời gian lưu phải ngắn (nhiệt độ cao)

5. Công nghệ Cracking nhiệt tiêu biểu

Sơ đồ công nghệ Cracking nhiệt