đồ án công nghệ chế biến dầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (523.51 KB, 22 trang )
MỤC LỤC
Mục lục....................................................................................................................1
Nhận xét của giáo viên ....................................................................................2
Lời mở đầu..............................................................................................................3
I, Giới thiệu chung. ..........................................................................................5
II, Nguyên lí............................................................................................................5
III, Phân loại các quá trình reforming trong công nghiệp………………...…....6
IV, Thiết bị reforming .....................................................................................7
V, Giới thiệu một số chế độ công nghệ & dây chuyền của quá trình Reforming
xúc tác ...........................................................................................................10
1, Sơ đồ công nghệ quá trình reforming với lớp xúc tác cố định của hãng UOP
(Mỹ) ....................................................................................................................10
2, Ultraforming .............................…………………………………….……... 12
3, Sơ đồ công nghệ quá trình magnaforming do hãng Chevron, sử dụng xúc
tác Pt – Re. ..........................................................................................................14
4, Dây chuyền công nghệ CCR Platforming với lớp xúc tác chuyển động của hãng
UOP (Mỹ) ............................................................................................................16
Kết luận …......................................................................................................... 21
1
NHẬN XÉT CỦA GV:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Hải Dương, ngày…..tháng…..năm 2015.
Giảng viên nhận xét
2
LỜI MỞ ĐẦU
Vào những năm 1859 ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ ra đời và từ đó sản
lượng dầu mỏ khai thác ngày càng được phát triển mạnh về số lượng cũng như về
chất lượng.
Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dầu mỏ đã trở
thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hoá học. trên cơ sở nguyên liệu dầu
mỏ, người ta đã sản xuất được hàng nghìn các hoá chất khác nhau, làm nguyên
liệu cho động cơ, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.
Ngành công nghiệp chế biến dầu ở nước ta ra đời tuy chưa lâu, nhưng nó được
đánh giá là một ngành công nghiệp mũi nhọn, đặc biệt là trong giai đoạn đất nước
ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Để đạt được những
mục tiêu mà sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đã đề ra thì cần phải đáp
ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho phát triển công nghiệp và
kinh tế.
Năm 1986 dầu thô được khai thác tại mỏ Bạch Hổ và hàng loạt các mỏ mới
được phát hiện như:Rồng, Đại Hùng, Ruby. Cho đến nay chúng ta đã khai thác
được tổng cộng hơn 60 triệu tấn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác. Nguồn
dầu thô xuất khẩu đã đem lại cho đất nước ta một nguồn ngoại tệ khá lớn. Tuy
nhiên hàng năm chúng ta cũng chi một nguồn ngoại tệ không nhỏ, để nhập khẩu
các sản phẩm từ dầu mỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển đất nước.
Nhà máy lọc dầu Cát Lái ra đời đánh dấu một bước phát triển vượt bậc của
ngành công nghiệp dầu . Ngay từ năm 1991 Chính phủ Việt Nam đã tổ chức gọi
thầu xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 công suất 6,5 triệu tấn/năm và cho đến nay
đang được xúc tiến xây dựng tại Dung Quất (Quảng Ngãi). Có thể nói rằng việc
đất nước ta xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 là một quyết định phù hợp với điều
kiện và hoàn cảnh hiện nay. Nhà máy lọc dầu số 1 ra đời không những cung cấp
những sản phẩm năng lượng quan trọng mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu quý
giá cho công nghiệp hóa dầu. Do đó việc phát triển công nghệ và quy mô nhà máy
reforming là rất cần thiết cho việc phát triển đất nước.
3
Trong quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của xúc tác thì quá trình
reforming xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ,
lượng dầu mỏ được chế biến bằng quá trình reforming chiếm tỷ lệ lớn hơn so với
các quá trình khác. Qúa trình reforming xúc tác được xem là một quá trình chủ yếu
sản xuất xăng cho động cơ, đó là một quá trình quan trọng không thể thiếu trong
công nghiệp chế biến dầu
Có thể nói quá trình reforming ra đời là một bước ngoặc lớn trong công nghệ
chế biến dầu. Trước đây người ta dùng xăng chưng cất trực tiếp có pha trộn thêm
phụ gia (chì) để làm tăng trị số octan. Ngày nay người ta sử dụng xăng của quá
trình reforming cho động cơ thì chất lượng đảm bảo hơn, ít ảnh hưởng đến môi
trường hơn.
Hơn nữa, ngoài sản phẩm chính là xăng, quá trình reforming xúc tác còn sản
xuất ra các hydrocacbon thơm và là một nguồn thu khí hydro sạch, rẻ tiền hơn các
nguồn thu khác 10-15 lần. Reforming ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong
các nhà máy chế biến dầu hiện đại.
Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ reforming xúc tác là điều hết
sức cấp thiết cho công nghiệp hoá dầu nói riêng và nền công nghiệp nước ta nói
chung.
4
-
I, Giới thiệu chung :
Reforming xúc tác là một trong số các quá trình quan trọng của công nghiệp chế
biến dầu. Vai trò của quá trình này không ngừng tăng lên do nhu cầu về xăng có
chất lượng cao và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hóa dầu ngày một nhiều.
Quá trình này cho phép sản xuất các cấu tử có chỉ số octan cao cho xăng, các hợp
chất hydrocacbon thơm (B.T.X) cho tổng hợp hóa dầu và hóa học. Ngoài ra, quá
trình cho phép nhận hydro kỹ thuật (hàm lượng H 2 chiếm tới 85%) với giá rẻ nhất
so với các quá trình điều chế hydro khác, sản phẩm hydro sinh ra đủ cung cấp cho
quá trình làm sạch nhiên liệu, xử lý hydro các phân đoạn sản phẩm trong khu liên
-
hợp lọc hóa dầu.
Quá trình Reforming thường xuyên dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có trị số
octan thấp, không đủ tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng động cơ. Đó là phân đoạn
xăng của quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô, hay từ phân đoạn xăng cracking
nhiệt, cốc hóa, hay vibreking. Quá trình refoming dùng xúc tác đa chức năng :
chức hydro – dehydro hóa do kim loại đảm nhiệm (chủ yếu là Pt), được mang trên
chất mang axit (thường dùng là các oxit nhôm – Al2O3), để tăng tốc độ các phản
ứng theo cơ chế ion cacboni như izome hóa, vòng hóa, và hydrocracking .
II. Nguyên lý :
-
Quá trình reforming xảy ra theo cơ chế khá phức tạp, thêm việc sử dụng xúc tác
cho quá trình. Vì vậy, công nghệ của quá trình đòi hỏi kĩ thuật cao. Nguyên liệu
sau khi được làm sạch sẽ được đưa vào thiết bị phản ứng (reactor) tại đây chúng
được gia nhiệt tới yêu cầu, tiếp xúc với xúc tác và xảy ra các phản ứng. Việc tuần
hoàn lại khí và nguyên liệu cũng được đảm bảo. Thiết bị tái sinh xúc tác giúp tuần
hoàn lại lượng xúc tác cho phản ứng tiếp theo cuối cùng sản phẩm thu đi qua thiết
bị tinh chế.
5
III, Phân loại các quá trình reforming trong công nghiệp :
-
Các quá trình reforming xúc tác công nghiệp thường được chia thành các
-
quá trình trên xúc tác platin và trên xúc tác không chứa kim loại quí.
Các quá trình reforming xúc tác cũng có thể chia theo phương pháp
hoàn nguyên xúc tác: có hoàn nguyên và không có hoàn nguyên. Các quá
trình hoàn nguyên lại được chia thành: quá trình hoàn nguyên gián đoạn
-
và hoàn nguyên theo chu kỳ.
Có thể phân loại công nghệ theo trạng thái xúc tác: xúc tác tĩnh và xúc
tác động. Lớp xúc tác tĩnh đặc trưng cho các quá trình hoàn nguyên theo
chu kỳ, còn lớp xúc tác động - đặc trưng cho hoàn nguyên gián đoạn.
Quá trình hoàn nguyên theo chu kỳ được chia thành các quá trình với
-
chu kỳ hoàn nguyên trên và dưới 50 ngày.
Quá trình reforming xúc tác tiến hành ở nhiệt độ cao và với hiệu ứng
nhiệt âm. Do đó phải cấp nhiệt cho vùng phản ứng hoặc bằng chất tải
nhiệt hoặc chia xúc tác thành nhiều vùng và cấp nhiệt cho từng vùng.
Phương pháp được ứng dụng phổ biến hơn: mỗi lò phản ứng chứa từ 15
đến 55% lượng xúc tác tổng. Nguyên liệu trong hỗn hợp với khí tuần
hoàn đã được gia nhiệt đến 480 ÷ 540oC trước khi đi qua từng vùng xúc
tác. Sau mỗi vùng phản ứng nguyên liệu chuyển hóa một phần và sản
phẩm lại được đưa vào lò nung để đạt được nhiệt độ cần thiết.
6
IV, Thiết bị reforming :
-
Trong những năm 1940 đến năm 1950 người ta sử dụng các chất xúc tác cho qúa
trình chủ yếu là các oxyt như (MoO 3 / Al2O3 …). Như ta đã biết thì các xúc tác oxit
trong điều kiện reforming sẽ bị mất hoạt tính rất nhanh do sự tạo cốc bám trên bề mặt
xúc tác, nên chỉ sau vài chục giờ làm việc thì hoạt tính đã giảm hẳn. Nên các loại xúc
tác đó phải tái sinh thường xuyên. Các hệ thống đầu tiên tái sinh xúc tác bằng cách
dừng định kì (chỉ sau 10 – 24 giờ đã phải tái sinh xúc tác) các xúc tác oxit lại còn có
-
điểm yếu là có độ hoạt tính và độ chọn lọc thấp.
Vào năm 1949, reforming xúc tác trên cơ sở Pt ra đời và quá trình này liên tục được
cải tiến. Người ta xây dựng hệ thống tái sinh xúc tác liên tục trong thiết bị tái sinh
riêng. Sự tiến hành tái sinh xúc tác trong thiết bị tái sinh và liên tục cho quay lại thiết
bị phản ứng cho phép kéo dài thời gian làm việc của xúc tác và tăng công suất làm
-
-
việc của thiết bị.
Hiện nay, trên thế giới đang phổ biến hai dây chuyền công nghệ :
Dây chuyền công nghệ reforming với lớp chất xúc tác cố định.
Dây chuyền công nghệ reforming với lớp chất xúc tác chuyển động.
Đối với dây chuyền công nghệ reforming lớp xúc tác cố định tái sinh định kì bao
gồm 2 kiểu :
Tất cả các lò phản ứng cùng hoạt động một lúc.
Có một lò phản ứng dự trữ để làm việc thay thế khi cần tái sinh xúc tác của một
-
lò phản ứng nào đó để quá trình không bị gián đoạn.
Đối với hệ thống reforming xúc tác chế độ xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục,
quá trình tái sinh lấy bớt xúc tác cũ, thêm xúc tác mới vào để bảo đảm chất lượng
-
quá trình.
Ta có thể thấy, các dây chuyền reforming đều sử dụng 3 đến 4 thiết bị phản ứng
(ngày nay thường dùng 4 lò). Vì ở đây nếu ít hơn 3 lò thì chất lượng sản phẩm chưa
đạt yêu cầu. Nhưng nếu dùng nhiều hơn 4 thiết bị thì được về mặt chất lượng sản
phẩm nhưng vốn đầu tư sẽ đội lên quá cao, hiệu quả kinh tế sẽ giảm, không tối ưu.
-
Bởi vậy, thường trong công nghiệp chỉ có 3 – 4 lò phản ứng (reactor).
Thiết bị phản ứng chính của quá trình reforming xúc tác là thiết bị lò phản ứng
(reactor), phổ biến trong dây chuyền reforming với xúc tác cố định thường dùng hai
loại:
7
Lò phản ứng dọc trục : là loại hình trụ, trong đó khối khí chuyển động qua lớp xúc
tác dọc theo hướng trục của lò phản ứng (có thể từ trên xuống hay từ dưới lên).
Lò phản ứng xuyên tâm có hướng chuyển động của hơi khí qua xúc tác theo bán
kính theo tiết diện cắt ngang lò phản ứng.
-
Cấu trúc lò phản ứng thường là hình trụ được chế tạo bằng thép đặc biệt có chịu
được ăn mòn hydro ở nhiệt độ cao, có chiều dày lớn để chịu áp suất. Loại thiết bị
phản ứng dọc trục (hình 1) là loại có vỏ làmg bằng thép cacbon và tiếp theo là lớp lót
bằng bê tông phun, trong lò chứa đầy xúc tác, phía trên và phía dưới lớp xúc tác là
lớp đệm sứ để xúc tác không bị mang đi theo dòng khí.
-
Loại thiết bị xuyên tâm (hình 2) cũng có cấu trúc hình trụ, vỏ cũng có lớp lót
bằng bê tông phun. Nhưng để tạo chuyển động hướng tâm của dòng khí người ta
bố trí phía trong thiết bị một cốc hai vỏ hình trụ bằng thép có đục lỗ ở thành,
giữa hai lớp vỏ của cốc chứa xúc tác. Hỗn hợp hơi khí đi qua các lỗ này, qua lớp
xúc tác theo hướng vuông góc với trục lò rồi vào ống trung tâm và đi ra ngoài.
8
-
Hình 1. Cấu tạo lò phản ứng loại dọc
trục
Hình 2.Cấu tạo lò phản ứng loại xuyên
tâm.
1. Đỉnh lò; 2 vỏ lò; 3,11. Pin nhiệt điện;
4. Giá đỡ; 5. Lớp lót bằng samôt; 6. Cửa
tháo xúc tác; 7. Mặt bích; 8. Cửa thoát khí;
9. Lưới chịu nhiệt; 10,12,14. Bi cầu sứ;
13. Xúc tác; 15. Lớp lót chịu nhiệt;
17,19. Cửa nạp liệu và lấy sản phẩm;
18. Bộ phận phân phối.
1. Vỏ lò; 2. Lớp lót chịu nhiệt; 3. Cốc
chép có đục lõ; 4,7. Pin nhiệt điện ; 5. Bi
sứ; 6. Xúc tác; I. Nguyên liệu; II. Cửa
tháo xúc tác; III. Sản phẩm; IV. Cửa
thoát khí khi tái sinh.
Nhiệt độ trong lò và vỏ lò phản ứng được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo
vận hành ổn định và an toàn. Ngày nay người ta thường chuẩn hóa thiết bị lò có
đường kính từ 2,5 đến 3m và chiều cao từ 10 đến 15m tùy theo năng suất của
dây chuyền.
V, Giới thiệu một số chế độ công nghệ & dây chuyền của quá trình Reforming
xúc tác :
-
Trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình reforming với lớp xúc tác cố định vẫn còn
phổ biến. Ở đây điều kiện tiến hành quá trình được chọn để đảm bảo thời gian giữa
các lần tái sinh lớn (thường trên sáu tháng đến một năm). Quá trình tái sinh xúc tác
9
được tiến hành đồng thời trong tất cả thiết bị phản ứng. Thời gian tái sinh xúc tác
thường 20 – 40 ngày / năm.
Loại hệ thống xúc tác này có thể chia làm hai nhóm :
Nhóm 1: các hệ thống trong quá trình tái sinh xúc tác được tiến hành đồng thời
trong tất cả các thiết bị phản ứng. Hệ thống này được tiến hành ở chế độ cứng vừa
phải. Chu kì làm việc của xúc tác kéo dài trong nhiều tháng (có thể 4-8 tháng).
Thuộc nhóm này có thể kể đến công nghệ của các nước Liên Xô (cũ) và Mĩ như
quá trình Katforming và Gudri-forming.
Nhóm 2: các hệ thống trong đó quá trình tái sinh xúc tác được thực hiện trong một
số thiết bị dự trữ. Nó cho phép không cần dừng toàn bộ hệ thống reforming để tái
sinh xúc tác, tuy nhiên hệ thống lại phức tạp hơn về mặt công nghệ. Hệ thống nay
tiến hành ở chế độ cứng và chu kì làm việc của xúc tác ngắn. Tiêu biểu cho nhóm
này là công nghệ Ultraforming, Magna forming và Plat Reforming.
1, Sơ đồ công nghệ quá trình reforming với lớp xúc tác cố định của hãng UOP
(Mỹ): (trang 190 công nghệ chế biến dầu mỏ - Lê Văn Hiếu)
*, Một số đặc điểm cơ bản :
- Lớp xúc tác ổn định.
- Hệ thống dòng nguyên liệu được chuyển động từ thiết bị phản ứng này sang thiết
bị phản ứng khác.
- Ngưng hoạt động toàn bộ hệ thống để tái sinh xúc tác ngay tại chỗ trong thiết bị khi
lớp cốc trên lớp xúc tác chiếm 15 – 20 % khối lượng.
10
Hình 3: Công nghệ Reforming với lớp xúc tác cố định UOP
*, Nguyên tắc hoạt động:
-
Nguyên liệu là phân đoạn naphta nặng đã được xấy khô và làm sạch từ bộ phân
hydro hoá, được trộn với khí hydro từ máy nén, sau khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt
và được nạp nối tiếp vào lò đốt nóng và các thiết bị phản ứng từ 1 đến 3 (ngày nay
thờng dùng đến 4 lò) có chứa lớp xúc tác cố định. Sản phẩm ra khỏi lò sau khi qua
các thiết bị trao đổi nhiệt được nạp tiếp vào thiết bị đốt nóng và thiết bị làm lạnh. Sau
đó qua thiết bị ngưng tụ, sản phẩm lỏng sẽ giữ ở 380C, khí không ngưng sẽ được tách
11
ra ở thiết bị tách khí. Phần lớn khí này được qua máy nén và tiếp tục tuần hoàn lại lò
phản ứng.
-
Phần còn lại được dẫn sang bộ phận tách khí và sử dụng hydro sau khi tách cho
các quá trình khác, ví dụ cho hydro hoá làm sạch.
-
Phần lỏng tách ra được đưa vào tháp ổn định, thực chất là tháp chưng cất với
mục đích tách phần nhẹ (LPG) nhằm tăng độ ổn định của xăng và giảm áp suất bão
hòa. LPG tách ra được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Xăng sản phẩm sẽ thu đáy tháp,
một phần đun nóng và quay trở lại ổn định, phần lớn được làm lanh, đưa vào bể
chứa.
-
Công nghệ này vẫn rất thịnh hành ở Pháp và một số nước khác. Ví dụ như Viện
dầu mỏ Pháp (IFP) đã lắp đặt 600 phân xưởng trên thế giới so với 120 phân xưởng
CCR.
2, Ultraforming
(Em tham khảo tư liệu trên mạng từ một bài giảng của Tổng cục dạy nghề)
-
-
Ultrforming là thí dụ về hệ công nghệ reforming hoàn nguyên theo chu kỳ (thời
gian làm việc của xúc tác là dưới 50 ngày) (hình 4). Nguyên liệu cùng với khí
tuần hoàn được nung nóng và lần lượt đi qua 5 lò phản ứng làm việc trong chế
độ đoạn nhiệt, có gia nhiệt trung gian trong các lò nung. Trong sơ đồ cũng có lò
phản ứng chứa (1), liên kết với hệ trong thời gian tiến hành hoàn nguyên trong
bất cứ lò phản ứng nào trong 5 lò phản ứng còn lại (trong hình lò phản ứng cuối
cùng trong 5 lò phản ứng đang trong thời kỳ hoàn nguyên).
Các lò phản ứng chính phân bố theo các đỉnh của hình sao 5 cánh, còn lò
phản ứng chứa nằm ở trung tâm. Khi hoàn nguyên khí khói nóng từ thiết bị
chuẩn bị khí hoàn nguyên 6, trong đó có nạp thêm không khí để đạt nồng độ
oxy cần thiết, đi qua lớp xúc tác để điều chỉnh nhiệt độ hoàn nguyên. Một
phần khí khói tuần hoàn trong sơ đồ, còn phần dư thải ra không khí.
12
Hình 4. Sơ đồ ultraforming
(hoàn nguyên diễn ra trong lò phản ứng 4)
1- Lò phản ứng chứa; 2- lò phản ứng đầu; 3- lò phản ứng đang diễn ra phản
ứng; 4- lò phản ứng cuối; 5- lò nung trung gian; 6- thiết bị chuẩn bị khí
hoàn nguyên; 7- máy thổi khí tuần hoàn; 8- điều chỉnh áp suất. I- Nguyên
liệu; II- khí tuần hoàn; III- không khí; IV- khí thiên nhiên (nhiên liệu); Vxăng reforming đi vào tháp tách áp suất cao; VI-khí thổi và xả áp;
(_____)Đường liền : dòng công nghệ ; (---)Đường đứt : ống dẫn cho thiết bị
hoàn nguyên.
13
3, Sơ đồ công nghệ quá trình magnaforming do hãng Chevron, sử dụng xúc
tác Pt - Re. (trang 195 sách công nghệ chế biến dầu mỏ - Lê Văn Hiếu)
5
5
4
5
4
4
3
5
4
Hơi
6
Hơi
7
8
Nguyên liệu
1
Lỏng
2
14
Hình 5 : sơ đồ công nghệ xúc tác cố định Magnaforming.
Ghi chú
1.
Bơm ;
4. Lò gia nhiệt ;
-
2. Máy nén ;
3. Thiết bị trao đổi nhiệt ;
5. Lò phản ứng ;
6. Thiết bị làm lạnh ;
Đây là quá
tiến khí
công; nghệ
7. trình
Thiếtcải
bị tách
8. Cộtreforming
ổn định truyền thống có hiệu quả nhất. Quá
trình này làm giảm lượng khí tuần hoàn vào thiết bị reforming đầu tiên và tăng lượng khí tuần hoàn vào thiết bị cuối cùng. Trong thiết bị đầu tiên, do những phản
ứng tỏa nhiệt nên phản ứng dehydro hoá giảm so với phản ứng hydrocracking. Vì
vậy, sự giảm lượng khí tuần hoàn vào thiết bị này làm giảm ảnh hưởng sản phẩm
khí do hydrocracking tạo ra. Magnaforming cũng sử dụng 4 thiết bị phản ứng thay
vì 3 thiết bị, nhiệt độ đầu vào mỗi thiết bị tăng từ thiết bị đầu tiên đến thiết bị cuối
cùng. Tỷ lệ mol khí tuần hoàn/nguyên liệu là 2,5 - 3 ở thiết bị đầu tiên và 9 - 10 ở
thiết bị cuối cùng. Hiệu suất sản phẩm lỏng tăng ít nhất 1 - 2% nhưng giá trị đầu t
-
cũng tăng 6,5% so với hệ thống 3 thiết bị.
Tái sinh xúc tác : đối với hệ thống công nghệ tái sinh đồng thời thì các bước tiến
hành như sau :
Đầu tiên ngừng bơm nguyên liệu, cho thiết bị phản ứng ngừng hoạt động xong
vẫn tiếp tục bơm khí để đuổi hết các hydrocacbon đồng thời giảm dần nguyên
liệu đốt lò sau đó ngừng hẳn.
Nhiệt độ hạ xuống 2000c thì ngừng bơm khí hydro, thải hết khí hydro bằng
cách hút chân không. Thổi và thải khí trơ sau đó bơm khí trơ đến áp suất
khoảng 10 atm, đun nóng thiết bị phản ứng từ từ, khi nhiệt độ vào khoảng 250 0c
15
thì bơm không khí vào sao cho lượng oxy vào khoảng 0,5% thể tích và tăng từ
từ cho đến 2% thể tích thì kết thúc.
Khi cốc đã cháy hết, nhiệt độ vào khoảng 400 0c, giữ nhiệt độ trong lò không
quá 5000c sau đó làm lạnh, thổi khí trơ qua và cuối cùng thổi khí hydro qua.
Bắt đầu khởi động lại hệ thống để làm việc. Khi sơ đồ công nghệ có sử dụng
lò dự trữ thì việc tái sinh không làm gián đoạn thời gian làm việc và chỉ đơn
giản là chuyển đường dẫn nguyên liệu sang lò phản ứng làm việc thay thế, quá
trình tái sinh đối với lò phản ứng đã làm việc tương tự như đã trình bày ở trên.
4, Dây chuyền công nghệ CCR Platforming với lớp xúc tác chuyển động của
UOP : (Giáo trình + Công nghệ chế biến dầu mỏ - Lê Văn Hiếu)
-
Năm 1970, một cải tiến nổi bậc về quá trình reforming xúc tác ra đời đó là quá
trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và tiếp theo là IFP. Xúc tác bị cốc hóa
được tháo ra liên tục khỏi reactor và được đưa quay trở lại reactor sau khi đã được
tái sinh trong thiết bị riêng, quá trình này gọi là quá trình xúc tác liên tục (CCR).
Đến năm 1996, hãng UOP đã xây dựng được 139 nhà máy CCR còn IFP có 48 nhà
máy CCR.
-
Điểm đặc biệt của dây chuyền này là các lò phản ứng chồng lên nhau thành
một khối . Xúc tác chuyển động tự chảy từ thiết bị phản ứng trên cùng xuống thiết
bị phản ứng cuối cùng , sau đó xúc tác đã làm việc được chuyển sang thiết bị tái
sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi nạp trở lại thiết bị phản thứ nhất, tạo thành chu
trình lớn, khép kín.
*, Đặc điểm :
-
Lớp xúc tác chuyển động liên tục, nhẹ nhàng trong thiết bị với vận tốc vừa
phải.
-
Toàn bộ hệ thống được vận hành liên tục
Lớp xúc tác sau khi ra khỏi hệ thống được đưa ra ngoài để tái sinh trong 1 hệ
thống tái sinh riêng sau đó quay trở lại hệ thống phản ứng.
16
A, Bộ phận reactor :
-
Nguyên liệu trộn với khí H 2 tuần hoàn được đốt nóng đế nhiệt độ phản ứng
(526 – 530 0C) trong các thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò ống
rồi được nạp vào reactor thứ nhất (trên cùng). Sau khi tiếp xúc với xúc tác,
nguyên liệu bị biến đổi tùy thuộc vào độ khắt khe, các điều kiện công nghệ của
quá trình, tạo nên sản phẩm có trị số octan cao hơn hay hydrocacbon thơm cao
hơn.
-
Khối reactor gồm 4 thiết bị chồng lên nhau theo nguyên tắc trục thẳng đứng. Kích
thước tăng dần từ trên xuống dưới và đều là kiểu “ xuyên tâm ”. Sơ đồ cấu tạo của
reactor được trình bày ngay trong hình vẽ. Trong mỗi reactor có thiết kế khác sao
cho phù hợp với quá trình chuyển động của xúc tác và các phản ứng hóa học xảy
-
ra.
Lượng xúc tác chứa trong mỗi reactor là rất khác nhau, khi ở reactor thứ nhất chỉ
chứa 10 – 20 % lượng xúc tác thì ở reactor cuối chứa 50 % tổng lượng xúc tác. Tỉ
lệ phân bố xúc tác trong các reactor với sơ đồ 4 reactor thường theo tỉ số
1/ 1,5 / 2,5 / 5. Xúc tác đã làm việc được chuyển sang lò tái sinh xúc tác, hỗn hợp
hơi – khí phản ứng được qua lò đốt nâng lại đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp
ngay vào reactor thứ 2. Cứ như vậy cho đến reactor thứ 4. Sau reactor thứ 4, hơi
khí sản phẩm được làm lạnh do trao đổi nhiệt với nguyên liệu, sau đó được ngưng
tụ và làm lạnh tiếp trước khi chuyển sang bộ phận phân tách sản phẩm. Ở thiết bị
tách, sản phẩm được chia thành hydrocacbon lỏng ngưng tụ và hơi khí giàu H 2.
Phần lớn khí này được quay lại reactor nờ máy nén khí tuần hoàn, phần khí còn lại
được trộn với bộ phận tái tiếp xúc rồi đi vào cột ổn định sản phẩm.
B, Bộ phận lò tái sinh xúc tác :
-
Xúc tác đã làm việc chảy từ đáy của reactor thứ cuối cùng xuống bộ phận thu xúc
tác ở bunke chứa, sau đó nó chảy xuống ống nâng số 1. Người ta dùng khí chứa
hydro tuần hoàn đẩy xúc tác và vận chuyển nó lên đỉnh vào bộ phận tách bụi ở phái
17
trên lò tái sinh. Ở bộ phận tách này, người ta bổ sung một lượng khí đi ào ống tập
-
trung bụi, còn xúc tác rơi xuống đáy bộ phận tách bụi rồi chảy xuống lò tái sinh.
Tái sinh xúc tác gồm 4 bước, 3 bước đầu là đốt cháy cốc, clo hóa, và làm khô. Ba
bước này xảy ra ở vùng tái sinh, còn bước thứ 4 là khử xúc tác xảy ra ở bộ phận
-
khử riêng.
Đốt cháy cốc bám trên xúc tác được tiến hành trong vùng cháy nằm ở đỉnh lò tái
sinh. Xúc tác đưa vào và chảy xuống phía dưới màng chắn hình trụ đặt thẳng đứng,
không khí nóng được thổi theo hướng bán kính di chuyển từ ngoài vào trong qua
lớp xúc tác. Khí cháy nóng được thổi nhờ bơm, sau đó làm lạnh và tuần hoàn qua
-
các ống trong vùng cháy.
Đốt cháy cốc xảy ra trong khi xúc tác vẫn chuyển động từ trên xuống phía dưới,
bộ phận làm lạnh tái sinh sẽ lấy nhiệt khi đốt cốc. Còn bộ phận đốt nóng tái sinh sẽ
-
làm việc khi cần phải đốt nóng khí để đảm bảo nhiệt độ trong vùng thích hợp.
Quá trình oxy hóa, phân tán kim loại trên xúc tác và bổ sung thêm clo được thực
hiện trong vùng clo hóa của vùng tái sinh bố trí dưới vùng cháy. Xúc tác rơi xuống
theo các lớp hình trụ. Khí clo hóa nóng được thổi qua lớp xúc tác và đi ra vùng
cháy, từ vùng sấy khô thỏi qua các ống vòng tròn đi vào vùng clo hóa. Hợp chất
clo hữu cơ được phun vào không khí để dẫn vào vùng clo hóa và cũng được đốt
-
nóng ở bộ phận gia nhiệt riêng để đảm bảo nhiệt đọ vào.
Sấy khô xúc tác thực hiện ở vùng sấy. Vùng sấy nằm dưới vùng clo hóa, khí khô
nóng được thổi qua lớp xúc tác và tách ẩm. Việc đốt nóng khí khô được thực hiện
-
bởi lò đốt không khí.
Qúa trình khử kim loại trên xsuc tác xảy ra trên vùng khử. Vùng khử đặt dưới và
tách biệt với 3 vùng trên. Khí khử nóng được thổi qua lớp xúc tác. Hệ thống tinh
chế sẽ tách các hydrocacbon nhẹ từ khí này và làm tăng độ tinh khiết của hydro.
-
Khí khử được đốt nóng nhờ lò đốt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào vùng khử.
Sau khi khử, xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống nâng 2. Tốc độ
chảy được khống chế để đảm bảo chu trình tái sinh và khử xảy ra. Tiếp theo xúc
tác được khí hydro vân chuyển và nâng lên bunke chứa đặt ở trên đỉnh của reactor
18
thứ nhất, tiếp tục chuyển động vào các reactor làm việc. Chuyển động xúc tác từ
reactor này xuống reactor kia được khống chế để và phân phối qua 8 ống dẫn hay
nhiều hơn tùy theo thiết kế để đảm bảo điều hòa, phân phối đều, tránh chảy tháo
xúc tác hay đứt quãng lớp xúc tác.
C, Bộ phận ổn định :
-
Reformat từ bộ phận tách được nạp vào cột ổn định để điều chỉnh áp suất hơi của
nó. Reformat sẽ được tách hydrocacbon nhẹ và ta thu reformat đã ổn định. Để điều
chình nhiệt độ của cột ổn định, người ta dùng thiết bị đốt nóng khi cần nhiệt bổ
sung. Sản phẩm đáy sẽ được bơm qua vùng đối lưu của bộ phận đốt nóng cho
-
reactor và sau đó mới cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt.
Cột ổn định làm việc ở áp suất đủ cao để có thể đủ phần hồi lưu và chỉ tách sản
phẩm khí khô (hydro, metan). Sản phẩm reformat đã ổn định được cho qua thiết bị
trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi vào bể chứa.
19
Hình 6 : Sơ đồ công nghệ quá trình platforming của hãng UOP (Mỹ)
KẾT LUẬN
-
Reforming xúc tác là một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ sản
suất và chế biến dầu mỏ. Quá trình này bao gồm nhiều phản ứng xảy ra với cơ chế
phức tạp, quy trình công nghệ không dễ để nắm bắt. Vì vậy việc nghiên cứu quá
trình và nắm bắt công nghệ là vô cùng cần thiết cho các sinh viên công nghệ, đặc
biệt là sinh viên công nghệ hóa dầu. Qua quá trình nghiên cứu về mặt lí thuyết,
tham khảo các tài liệu chuyên ngành đã giúp em nắm bắt được những vấn đề sau:
Hiểu được bản chất của quá trình reforming xúc tác
Biết được nguyên lí hoạt động, cấu tạo thiết bị của công nghệ reforming và
dây chuyền reforming xúc tác được dùng phổ biến
20
Nắm vững yêu cầu về chất lượng sản phẩm, hiệu quả của công nghệ và thiết
bị trong chế biến dầu, xu hướng phát triển trong cải tiến xúc tác, công nghệ
-
và thiết bị....
Đồng thời, theo em thấy công nghệ reforming với lớp xúc tác chuyển động có ưu
điểm hơn so với công nghệ reforming lớp xúc tác cố định. Ta có thể thấy rõ điều
này qua phân tích những ưu nhược điểm của 2 quá trình này :
Quá trình
reforming
Xúc tác cố định
Nguyên lí làm việc, vận
hành đơn giản
Chất lượng sản phẩm
tương đối cao
Ổn định nhất là khi xúc
tác được cải tiến làm cho chu kỳ
làm việc của xúc tác tăng lên.
-
Ưu
điểm
Xúc tác chuyển động
Sơ đồ công nghệ đơn
giản, tốn ít diện tích mặt bằng
xây dựng do các thiết bị phản
ứng chồng lên nhau. Xúc tác tự
chảy xuống thiết bị dưới nên có
lợi về mặt năng lượng và vật
liệu chế tạo, điều kiện vận hành
thuận lợi.
Có thể làm việc ở áp suất
thấp (3,5at)
Chất lượng reformat cao
và ổn định, hiệu suất sản phẩm
lỏng cao, hydro ít bị mất do các
phản ứng hydrocracking
-
21
Áp suất làm việc thiết bị
cao (20-45at), sau khi cải tiến
giảm xuống 10-16at nhưng vẫn
cao
Giảm hiệu suất chuyển
hóa phản ứng dehydro hóa và
dehydro
vòng
hóa
tạo
hydrocacbon thơm, tăng phản
ứng hydrocracking nên hiệu suất
sản phẩm lỏng giảm, hiệu quả
kinh tế không cao.
Hệ thống phải ngừng làm
việc để tái sinh xúc tác, phải có
2 bộ phận đặt song song, gây
tốn kém kinh tế, khả năng tự
động hóa không cao, chiếm diện
tích sản xuất, không gian hoạt
động của máy
-
Nhược
điểm
Nhược
điểm
-
Quá trình sử dụng xúc tác
mới, xúc tác đa kim loại nên
giá thành cao.
Xúc tác bị giảm dần hoạt
tính khi qua các thiết bị phản
ứng nên mức chuyển hóa
nguyên liệu giảm
Hiện nay đã cải tiến công
nghệ này bằng cách tách riêng
thiết bị phản ứng thứ 4 còn 3
thiết bị còn lại vẫn đặt chồng
lên nhau( gọi là NEW
REFORMING). Nó đã phát
huy ưu điểm của công nghệ
UOP trước đó và cả những ưu
điểm của công nghệ IFP.
-
Chính vì những nhược điểm trên của lớp xúc tác cố định nên công nghệ này đã ít
được phát triển. Thay vào đó là công nghệ hoạt động ở áp suất thấp hơn, mức độ
chuyển hóa của phản ứng chính cao hơn, cho hiệu quả kinh tế tổ hơn
Đó chính là công nghệ reforming lớp xúc tác chuyển động và tái sinh liên tục,
-
gọi tắt là CCR được phát triển bởi 2 hãng là UOP và IFP.
Ngoài ra, do việc thu thập và tổng hợp các kiến thức của em chưa thực sự tốt và
hiệu quả , kĩ năng trình bày còn sơ sài và thiếu mạch lạc nên không tránh khỏi
những sai sót và lủng củng trong bài tập. Kính mong thầy giáo thông cảm và tạo
điều kiện để bài tập này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy đã nhiệt tình chỉ bảo và tận tình
hướng dẫn em trong quá trình làm bài tập này.
Kính chúc thầy & gia đình sức khỏe, công tác tốt !
22
