xây dựng mô hình mô phỏng và tối ưu hóa hoạt động phân xưởng ccr platforming nhà máy lọc dầu dung quất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.59 MB, 114 trang )
NGUYỄN DUY THẮNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN DUY THẮNG
KỸ THUẬT HÓA HỌC
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƢU HÓA
HOẠT ĐỘNG PHÂN XƢỞNG CCR PLATFORMING
NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC
KHÓA 2013B
Hà Nội – Năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN DUY THẮNG
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƢU HÓA
HOẠT ĐỘNG PHÂN XƢỞNG CCR PLATFORMING
NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Chuyên ngành :
KỸ THUẬT HÓA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN THỊ MINH HIỀN
Hà Nội – Năm 2015
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Hiền.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung
thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên
Nguyễn Duy Thắng
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 1
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền đã tận tình hướng dẫn, định hướng và luôn
động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm
ơn đến kỹ sư Nguyễn Phú Huy, kỹ sư Đoàn Văn Hiến đã nhiệt tình hỗ trợ tôi
trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các Thầy cô công tác tại Viện Kỹ
thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt những
kiến thức quý báu, là nền tảng để tôi tiếp cận và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn Viện đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Xin cảm ơn gia đình và đồng nghiệp đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
tôi hoàn thành luận văn.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 2
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BPSD - Barel Per Stream Day
CCR - Catalytic Contimous
Reforming
NHT - Naphtha Hydrotreating
RON - Research Octane Number
MON - Motor Octan Number
MCP
Ai
Ni
Pi
Ci
NP
IP
LPG - Liquefied Petroleum Gas
NMLD
DQ
HC
PFR - Plug flow reactor
BTX
LHSV Liquid Hourly Space velocity
MW - Molecular weight
Wt-ppm
SV
Ke
ki
∆Ti
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Thùng / ngày
Reforming xúc tác liên tục
Phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro
Trị số octan nghiên cứu
Trị số octan động cơ
Methylcyclopentane
Aromatic có i nguyên tử carbon
Naphthene có i nguyên tử carbon
Paraffin có i nguyên tử carbon
Hydrocacbon có i nguyên tử carbon
Normal paraffin
Iso – paraffin
Khí dầu mỏ hóa lỏng
Nhà máy Lọc dầu
Nhà máy lọc dầu Dung Quất
Hydrocarbon
Mô hình thiết bị dòng đẩy liên tục
Benzene, Toluene, Xylene
Tốc độ thể tích lỏng mỗi giờ
Khối lượng phân tử
Phần triệu theo khối lượng
Space velocity
Hằng số cân bằng của phản ứng
Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng thứ i
Độ giảm nhiệt độ trong thiết bị phản ứng thứ i
Trang 3
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
DANH MỤC BẢNG
Bảng I.1: Sản phẩm Nhà máy lọc dầu Dung Quất ........................................................12
Bảng I.2: Thành phần các nhóm hydrocacbon trong nguyên liệu và sản phẩm ............15
Bảng I.3: Tính chất của xăng reforming xúc tác ...........................................................16
Bảng I.4: Đặc trưng phân bố trị số octan xăng reforming khi RON = 83 .....................17
Bảng I.5: Các phản ứng xảy ra và điều kiện thúc đẩy phản ứng ...................................19
Bảng 1.6: Thông số nhiệt động học của phản ứng reforming hydrocacbon C6. ...........24
Bảng 1.7: Vận tốc và hiệu ứng nhiệt của các phản ứng reforming quan trọng .............25
Bảng I.8: Một số đặc trưng của xúc tác reforming. .......................................................29
Bảng I.9: Ảnh hưởng của các chất gây ngộ độc xúc tác và giới hạn. ...........................31
Bảng I.10: Sự cải tiến xúc tác và công nghệ reforming xúc tác trên thế giới. ..............36
Bảng I.11: Các Nhà bản quyền đi đầu trong công nghệ reforming xúc tác ..................36
Bảng I.12: Các yêu cầu đối với nguyên liệu phân xưởng Reforming xúc tác...............47
Bảng I. 13: Thành phần của xăng reformate .................................................................47
Bảng I.14: Tính chất của xăng reformate ở nhà máy lọc dầu Dung Quất .....................47
Bảng I.15: Thành phần của khí hydro tại Phân xưởng refoming xúc tác ......................48
Bảng 1.16: Thành phần của LPG chưa ổn định ở NMLD Dung Quất ..........................48
Bảng I.17: Lượng xúc tác sử dụng cho phân xưởng CCR NMLD Dung Quất .............49
Bảng II.1: Số phản ứng và năng lượng hoạt hóa trong mô hình Krane ........................61
Bảng II. 2: Thông số nhiệt động học của các cấu tử paraffin........................................63
Bảng II. 3: Thông số ảnh hưởng của áp suất đển tốc độ phản ứng ...............................65
Bảng II. 4: Hằng số tốc độ phản ứng của mô hình tại To = 493oC...............................67
Bảng II. 5: Các thông số để tạo cấu tử giả.....................................................................68
Bảng II. 6: Các thông số ước tính RON ........................................................................70
Bảng II.7: Giá trị RON của các cấu tử ..........................................................................70
Bảng II.8: Thông số động học các phản ứng lò phản ứng thứ nhất ..............................73
Bảng II.9: Thông số động học các phản ứng lò phản ứng thứ hai ................................74
Bảng II.10: Thông số động học các phản ứng lò phản ứng thứ ba................................75
Bảng II.11: Thông số động học các phản ứng lò phản ứng thứ tư ................................76
Bảng II.12: Thành phần cấu tử của dòng nguyên liệu...................................................78
Bảng II. 13: Kích thước để mô phỏng các thiết bị PFR ................................................79
Bảng II.14: Các thông số mô phỏng tháp ổn định .........................................................80
Bảng III. 1: So sánh kết quả Reformate từ mô phỏng và NMLD Dung Quất...............84
Bảng III. 2: So sánh kết quả dòng LPG từ mô phỏng và NMLD Dung Quất ...............86
Bảng III. 3: So sánh kết quả H2 tinh khiết từ mô phỏng và NMLD Dung Quất ..........87
Bảng III. 4: Phân bố xúc tác tại các thiết bị phản ứng...................................................91
Bảng III.5: Tối ưu sản lượng xăng Reformate ............................................................106
Bảng III.6: Tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng .................................................................107
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 4
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình I.1: Phương pháp luận nghiên cứu........................................................................10
Hình I.2: Sơ đồ vị trí nhà máy .......................................................................................11
Hình I.3: Sơ đồ công nghệ NMLD Dung Quất .............................................................14
Hình I.4: Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác ........................19
Hình I.5: Cân bằng chức năng axit – kim loại và chiều hướng tạo sản phẩm ...............28
Hình I.6: Các bước trong quá trình tái sinh xúc tác ......................................................33
Hình I.7: Sơ đồ đơn giản của công nghệ bán tái sinh ....................................................38
Hình I.9: Sơ đồ công nghệ PLATFORMING của UOP ................................................40
Hình I.8: Thiết bị phản ứng CCR ..................................................................................39
Hình I.10: Sơ đồ công nghệ OCTANIZING của IFP ....................................................41
Hình I.11. Khả năng chuyển hóa các Naphtha tại cùng điều kiện vận hành .................42
Hình I.12: Sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng vào áp suất ......................................44
Hình I.13: Ảnh hưởng của áp suất vận hành lên tốc độ tạo cốc ....................................44
Hình I.14: Ảnh hưởng của tỷ lệ H2/HC lên tốc độ tạo cốc ............................................45
Hình I.15: Sơ đồ khối phân xưởng CCR NMLD Dung Quất........................................45
....................................................52
Hình II.1: Sự phát triển các mô hình động học CCR ....................................................58
Hình II.2: Một số mô hình động học đã công bố ..........................................................59
Hình II.3: Chuỗi phản ứng của benzene ........................................................................62
Hình II.4: Mô hình các phản ứng quá trình reforming naphtha nặng ...........................66
Hình II. 5: Các thông số UniSim dự đoán cho gói cấu tử giả i-paraffin .......................69
Hình II.6: Thiết lập phản ứng isome hóa i-hexan và n-hexan .......................................77
Hình II.7: Các công cụ phản ứng trong cụm thiết bị thứ nhất .......................................80
Hình II.8: Sơ đồ mô phỏng chu trình làm lạnh propan .................................................81
Hình II.9: Sơ đồ mô phỏng cụm thiết bị Recovery Plus System...................................82
Hình II.10: Sơ đồ mô phỏng công nghệ CCR ...............................................................83
Hình III. 1: Đường cong chưng cất D86 của nguyên liệu và reformate ........................85
Hình III.2: Cân bằng vật chất ........................................................................................88
Hình III.3: Cân bằng năng lượng...................................................................................90
Hình III.4: Sự thay đổi nhiệt độ trong thiết bị phản ứng ...............................................90
Hình III.5: Sự thay đổi thành phần các hydrocarbon trong thiết bị phản ứng...............92
Hình III. 6: Sự thay đổi nồng độ các paraffin trong thiết bị phản ứng ..........................93
Hình III.7: Sự thay đổi nồng độ các naphthene trong thiết bị phản ứng .......................94
Hình III.8: Sự thay đổi thành phần các aromatic trong thiết bị phản ứng .....................94
Hình III.9: Sự thay đổi thành phần hydro và hydrocarbon trong thiết bị ......................95
Hình III.10: Sự thay đổi lưu lượng sản phẩm theo nhiệt độ đầu vào ............................96
Hình III.11: Sự thay đổi chất lượng reformate theo nhiệt độ đầu vào ..........................96
Hình III.12: Thành phần hydrocarbon sau phản ứng khi nhiệt độ vào thay đổi ...........97
Hình III.13: Sự thay đổi độ giảm nhiệt độ khi thay đổi nhiệt độ đầu vào .....................97
Hình III.14: Sự thay đổi chất lượng reformate khi áp suất thay đổi .............................98
Hình III.15: Độ giảm nhiệt độ khi áp suất thay đổi .......................................................99
Hình III.16: Sự thay đổi thành phần của sản phẩm sau phản ứng theo áp suất.............99
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 5
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
Hình III.17: Sự thay đổi lượng sản phẩm theo tốc độ nạp liệu ...................................100
Hình III.18: Sự thay đổi thành phần hydrocarbon theo tốc độ nạp liệu ......................101
Hình III.19: Sự thay đổi chất lượng reformate theo tốc độ nạp liệu ...........................101
Hình III.20: Sự thay đổi độ giảm nhiệt độ theo tốc độ nạp liệu ..................................102
Hình III.21: Sự thay đổi thành phần dòng sau phải ứng theo tỷ lệ H2/HC..................103
Hình III.22: Sự thay đổi lượng sản phẩm theo tỷ lệ H2/HC ........................................104
Hình III.23: Sự thay đổi chất lượng reformate theo tỷ lệ H2/HC ................................105
Hình III.24: Giao diện công cụ Optimiser của UniSim ...............................................106
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 6
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN…… ........................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. 3
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................. 5
......................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU………............................................................................................................. 9
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................................ 10
I.1. Phương pháp luận nghiên cứu............................................................................... 10
I.2. Tổng quan NMLD Dung Quất .............................................................................. 11
I.2.1. Địa điểm và sơ đồ bố trí Nhà máy .................................................................11
I.2.2. Nguyên liệu và sản phẩm...............................................................................12
I.2.3. Sơ đồ công nghệ ............................................................................................12
I.3. Quá trình phát triển của công nghệ Reforming..................................................... 15
I.3.1. Nguyên liệu và sản phẩm...............................................................................15
I.3.2. Cơ sở hóa học của quá trình Reforming ........................................................18
I.3.3. Nhiệt động học và điều kiện của phản ứng ...................................................24
I.3.4. Xúc tác của quá trình Reforming...................................................................25
I.3.5. Lịch sử phát triển công nghệ Reforming .......................................................35
I.3.6. Một số công nghệ Reforming ........................................................................37
I.3.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Reforming xúc tác ...............................41
I.4. Giới thiệu phân xưởng CCR NMLD Dung Quất .................................................. 45
I.4.1. Nguyên liệu....................................................................................................46
I.4.2. Sản phẩm .......................................................................................................47
I.4.3. Xúc tác ...........................................................................................................48
I.4.4. Các thiết bị chính ...........................................................................................49
I.
........................................................................ 50
...............................................50
.................................50
......................................................................52
CHƢƠNG II. MÔ PHỎNG PHÂN XƢỞNG CCR PLATFORMING .................. 54
II.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm mô phỏng .................................................... 54
II.1.1. Vai trò của phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học ........................55
II.1.2. Phần mềm UniSim .......................................................................................56
II.2. Lựa chọn mô hình động học mô phỏng quá trình phản ứng CCR ...................... 57
II.2.1. Các mô hình đã được nghiên cứu .................................................................57
II.2.2. Ưu điểm mô hình gói phản ứng (lumps) ......................................................59
II.2.3. Mô hình động học của Krane .......................................................................60
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 7
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
II.3. Xây dựng mô phỏng phân xưởng CCR NMLD Dung Quất................................ 68
II.3.1. Xây dựng các gói cấu tử ...............................................................................68
II.3.2. Xác đinh giá trị octane number (RON) ........................................................69
II.3.3. Thiết lập các phản ứng .................................................................................71
II.3.4. Xây dựng dòng nguyên liệu tại điều kiện vận hành .....................................77
II.3.5. Thiết lập các thiết bị phản ứng .....................................................................79
II.3.6. Thiết lập tháp ổn định...................................................................................80
II.3.7. Thiết lập cụm thiết bị Recovery Plus System ..............................................80
CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ......................................................... 84
III.1. Kết quả mô phỏng và so sánh với thực nghiệm ................................................. 84
III.1.1. Kết quả dòng xăng reformate ......................................................................84
III.1.2. Kết quả dòng LPG chưa ổn định.................................................................86
III.1.3. Kết quả dòng hydro kỹ thuật.......................................................................87
III.2. Cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng ........................................................ 88
III.2.1. Cân bằng vật chất ........................................................................................88
III.2.2. Cân bằng năng lượng ..................................................................................89
III.3. Khảo sát các thông số theo lưu trình các thiết bị ............................................... 90
III.3.1. Khảo sát sự thay đổi nhiệt độ ......................................................................90
III.3.2. Khảo sát sự thay đổi thành phần các cấu tử ................................................92
III.4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ............................................... 96
III.4.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ ...........................................................96
III.4.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của áp suất .............................................................98
III.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp liệu thể tích (LHSV) ........................100
III.4.4. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2/Hydrocarbon ...............................................102
III.5. Tối ưu hóa các thông số công nghệ .................................................................. 105
III.5.1. Tối ưu hóa công nghệ để tăng sản lượng xăng reformate.........................105
III.5.2. Tối ưu hóa năng lượng của phân xưởng ...................................................107
CHƢƠNG IV. KẾT LUẬN....................................................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 110
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 8
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành Dầu khí đã có những phát triển vượt bậc, nhiều nhà
máy đã lần lượt đi vào hoạt động như Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nhà máy Xơ sợi
Đình Vũ, các nhà máy sản xuất đạm, nhiên liệu sinh học đã cung ứng nhiều sản
phẩm/nguyên liệu thiết thực cho nền kinh tế quốc dân và tạo tiền đề cho nhiều ngành
công nghiệp, dịch vụ khác cùng phát triển. Nhiều dự án quy mô lớn như Liên hợp Lọc
hoá dầu Nghi Sơn, Tổ hợp Hoá dầu miền Nam, Nâng cấp mở rộng NMLD Dung Quất
đang được đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành trong giai đoạn tới.
Tuy nhiên, cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới cũng như sự sụt giảm ngoài dự báo của
giá dầu đã tác động mạnh đến hoạt động chế biến dầu khí. Các nhà máy chế biến dầu
khí đang vận hành trong điều kiện thị trường diễn biến hết sức phức tạp, chịu sức ép về
biến động thất thường của giá dầu thô, cạnh tranh mạnh mẽ về nguyên liệu, thị trường
tiêu thụ, nhân lực, dịch vụ… cũng như những yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về tiêu
chuẩn sản phẩm và môi trường. Tại Việt Nam nhiều dự án đầu tư về lọc hoá dầu mới
của các tập đoàn đa quốc gia có tiềm lực tài chính mạnh và đã phát triển lâu đời đang
được đẩy mạnh thời gian gần đây dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt trong tương lai gần.
Ngoài ra, xu thế toàn cầu hoá và việc thực hiện các cam kết quốc tế của Việt Nam
trong thời gian tới về mở cửa hoàn toàn thị trường sản phẩm lọc hoá dầu trong nước là
các thách thức hết sức to lớn.
Để tăng khả năng cạnh tranh, các nhà máy lọc dầu phải tiến hành tối ưu hóa, tận dụng
mọi cơ hội tiết giảm chi phí sản xuất thông qua lựa chọn, pha trộn dầu thô, xác định cơ
cấu sản phẩm, tiết kiệm năng lượng…. trên cơ sở đó định hướng chế độ vận hành tốt
nhất cho mỗi quá trình. Quá trình tối ưu hóa nhà máy thường được tiến hành ở cấp
phân xưởng hoặc toàn bộ nhà máy và được hỗ trợ bởi các phần mềm mô phỏng. Vì
vậy, luận văn này tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng CCR một trong
những phân xưởng chính của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, thông qua mô hình mô
phỏng xây dựng được, đưa ra các đề xuất nhằm tối ưu hóa hoạt động của phân xưởng
CCR Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 9
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
I.1. Phƣơng pháp luận nghiên cứu
Thông tin
thương mại
(giá, khả
năng cung
cấp, khả năng
tiêu thụ)
Các ràng
buộc (công
suất, tiêu
chuẩn chất
lượng sản
phẩm…)
Thông tin
về chất
lượng nhiên
liệu, mức
tiêu thụ
năng lượng
Lựa chọn các đối tượng tối ưu
Số liệu thiết kế của Nhà
bản quyền công nghệ, số
liệu vận hành thực tế của
phân xưởng (điều kiện vận
hành, tính chất nguyên
liệu, tính chất sản phẩm)
Xây dựng mô hình mô
phỏng phân xưởng CCR
NMLD Dung Quất
Hiệu chỉnh mô hình mô
phỏng phân xưởng CCR
Thực hiện các tối ưu trên mô hình mô phỏng
phân xưởng CCR
Thực hiện các ứng dụng:
– Đánh giá khả năng tối ưu hóa sản lượng và hiệu quả kinh tế
thu được;
– Đánh giá khả năng tối ưu hóa sử dụng năng lượng và hiệu
quả kinh tế thu được;
– …
Hình I.1: Phƣơng pháp luận nghiên cứu
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 10
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
I.2. Tổng quan NMLD Dung Quất
I.2.1. Địa điểm và sơ đồ bố trí Nhà máy
I.2.1.1. Địa điểm và diện tích sử dụng:
Địa điểm: Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất đặt tại Khu kinh tế Dung Quất, thuộc
địa bàn các xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.
Diện tích sử dụng: Mặt đất khoảng 338 ha; mặt biển khoảng 471 ha, trong đó:
– Khu nhà máy chính = 110 ha;
– Khu bể chứa dầu thô = 42 ha;
– Khu bể chứa sản phẩm = 43,83 ha;
– Khu tuyến dẫn dầu thô, cấp và xả nước biển = 17 ha;
– Tuyến ống dẫn sản phẩm = 77,46 ha;
– Cảng xuất sản phẩm = 135 ha;
– Hệ thống phao rót dầu không bến, tuyến ống ngầm dưới biển và khu vực vòng
quay tàu = 336 ha.
I.2.1.2. Sơ đồ vị trí nhà máy:
Hình I.2: Sơ đồ vị trí nhà máy
Mặt bằng dự án gồm có 4 khu vực chính: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ; khu
bể chứa dầu thô; khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm; phao rót dầu không bến
và hệ thống lấy và xả nước biển. Những khu vực này được nối với nhau bằng hệ thống
ống với đường phụ liền kề.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 11
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
I.2.2. Nguyên liệu và sản phẩm
I.2.2.1. Nguyên liệu
Nhà máy được thiết kế với công suất 6,5 triệu tấn dầu thô mỗi năm và có thể vận hành
với 2 chế độ nguyên liệu khác nhau:
– Chế độ dầu thô Bạch Hổ;
– Chế độ dầu thô hỗn hợp gồm dầu thô Bạch Hổ (5,5 triệu tấn/năm) và dầu thô
Dubai (1,0 triệu tấn/năm).
Trong giai đoạn đầu, nhà máy vận hành với 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thay thế
tương đương.
I.2.2.2. Sản phẩm
Các sản phẩm của nhà máy bao gồm: Propylene, LPG, Xăng 92/95, Nhiên liệu phản
lực, Dầu diesel, FO trong đó propylene được sử dụng làm nguyên liệu cho nhà máy
sản xuất hạt nhựa PolyPropylene với công suất tương đương.
Bảng I.1: Sản phẩm Nhà máy lọc dầu Dung Quất
Tên sản phẩm
(Nghìn tấn/năm)
Propylene/Polypropylene
110 - 150
LPG
280 - 300
Xăng Mogas 92/95
2000 - 2500
Dầu hỏa/nhiên liệu phản lực Jet A1
400 - 410
Diesel ôtô
2500 - 3000
Dầu nhiên liệu (FO)
300 - 350
Nhiên liệu cho nhà máy
470 - 490
I.2.3. Sơ đồ công nghệ
NMLD Dung Quất bao gồm 14 phân xưởng công nghệ chính như sau (hình I.3):
Các phân xƣởng bản quyền
Phân xƣởng
Công suất
Xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT)
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 12
23,500 BPSD
Bản quyền
UOP
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
Reforming xúc tác liên tục (CCR)
21,100 BPSD
UOP
Phân xưởng xử lý Kerosene (KTU)
10,000 BPSD
Merichem
Phân xưởng Cracking xúc tác (RFCC)
69,700 BPSD
IFP/AXENS
Phân xưởng xử lý LPG (LTU)
21,000 BPSD
Merichem
Xử lý Naphtha RFCC (NTU)
45,000 BPSD
Merichem
Phân xưởng trung hòa kiềm (CNU)
1.5 m3/hr
Merichem
Phân xưởng đồng phân hóa (ISOM)
6,500 BPSD
UOP
Phân xưởng xử lý LCO bằng Hydro
28,828 BPSD
IFP/AXENS
Các phân xƣởng không bản quyền
Phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU)
147,976 BPSD
Phân xưởng xử lý nước chua (SWS)
81.6 T/hr
Phân xưởng tái sinh Amin (ARU)
101.01 m3/hr
Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU)
6,000 BPSD
Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU)
5 TPSD
Các hệ thống, phân xƣởng phụ trợ
Hệ thống cấp nước (nước uống, nước công nghệ và nước khử khoáng), Hệ thống hơi
nước và nước ngưng, Phân xưởng nước làm mát, Hệ thống lấy nước biển, Phân xưởng
khí điều khiển và khí công nghệ, Phân xưởng sản xuất Nitơ, Phân xưởng Khí nhiên
liệu, Hệ thống dầu nhiên liệu, Phân xưởng cung cấp kiềm, Nhà máy điện.
Các hệ thống bên ngoài hàng rào Nhà máy:
Khu bể chứa trung gian, Khu bể chứa sản phẩm, Khu xuất xe bồn, Phân xưởng phối
trộn sản phẩm, Phân xưởng Flushing Oil, Phân xưởng dầu thải, Hệ thống đuốc đốt,
Phân xưởng xử lý nước thải, Hệ thống nước cứu hỏa, Khu bể chứa dầu thô, Hệ thống
ống dẫn sản phẩm.
Các thiết bị trên biển:
Cảng xuất sản phẩm được bảo vệ bởi Đê chắn sóng, Bến phao một điểm neo để tiếp
nhận dầu thô.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 13
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
Xử lý LPG
Tháp tách
Gas Plant
Mixed LPG
Đồng phân hóa
Xử lý Naphtha
Phân xưởng chưng cất
Reforming xúc tác
Crude Tank
Farm
Propylene
Thu hồi C3=
C4’s
Isomerate
Reformate
RFCC Naphtha
Propylene
LPG
Gasoline
Naphtha
Xử lý
Kerosene
Treated Kerosene
Jet A1 /
Kerosene
Light Gas Oil (LGO)
Auto Diesel
Heavy Gas Oil (HGO)
SPM
Xử lý Naphtha
Residue
Cracking xúc tác
Light Cycle Oil
Xử lý LCO
(LCO)
Fuel Oil
Hydrotreated LCO
DCO
Hình I.3: Sơ đồ công nghệ NMLD Dung Quất (Nguồn: Sổ tay vận hành nhà máy lọc dầu Dung Quất)
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 14
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
I.3. Quá trình phát triển của công nghệ Reforming
I.3.1. Nguyên liệu và sản phẩm
Nguyên liệu được sử dụng cho quá trình reforming là phân đoạn naphtha có khoảng
nhiệt độ sôi từ 78oC – 180oC (số nguyên tử C từ 6 -11) chứa ít dị nguyên tố như lưu
huỳnh, nitơ, oxy... chủ yếu là phân đoạn naphtha trực tiếp từ phân xưởng chưng cất
dầu thô. Các phân đoạn naphtha thu được từ các phân xưởng cracking xúc tác tầng
sôi, cốc hóa, cracking giảm độ nhớt, cracking nhiệt cũng có thể được sử dụng cho
reforming [1] [4].
Thành phần chủ yếu của nguyên liệu naphtha gồm 4 nhóm hydrocacbon chính là
parafin, olefin, naphten và vòng thơm. Bảng sau thể hiện thành phần của 4 nhóm
hydrocacbon trong nguyên liệu và sản phẩm [21]:
Bảng I.2: Thành phần các nhóm hydrocacbon trong nguyên liệu và sản phẩm
Thành phần (% thể tích)
Nguyên liệu
Sản phẩm
Parafin
30-70
30-50
Olefin
0-2
0-2
Naphten
20-60
0-3
Vòng thơm
7-20
45-60
Tuỳ thuộc vào mục đích của quá trình reforming xúc tác người ta chọn nguyên liệu
naphtha có các phân đoạn sôi khác nhau [5]:
– Để sản xuất ra xăng có trị số octan cao, sử dụng phân đoạn naphtha có giới
hạn sôi từ 85 – 180oC, phân đoạn này cho phép sản xuất xăng có trị số octan
cao và hạn chế được quá trình tạo cốc.
– Để sản xuất ra hydrocacbon riêng lẻ, sử dụng các phân đoạn naphtha hẹp:
Để sản xuất benzen dùng naphtha có nhiệt độ sôi từ 62
85oC.
Để sản xuất toluen dùng naphtha có nhiệt độ sôi từ 85
105oC.
Để sản xuất xylen dùng naphtha có nhiệt độ sôi từ 105
140oC.
Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác bao gồm xăng reformate có trị số octan
cao (hoặc các hydrocacbon thơm BTX cho hóa dầu), LPG và hydro kỹ thuật.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 15
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
a. Xăng có trị số octan cao.
Xăng reforming xúc tác là loại xăng quan trọng vì nó có hàm lượng các hợp chất
thơm có trị số octan cao và ổn định, hàm lượng lưu huỳnh và nhựa thấp nên có thể
sử dụng ngay mà không cần xử lý thêm. Chất lượng của xăng phụ thuộc vào chất
lượng nguyên liệu, tính chất xúc tác cũng như chế độ công nghệ [3][5].
Bảng I.3: Tính chất của xăng reforming xúc tác
Hàm lượng parafin trong nguyên liệu(% k.lg)
Các thông số
<40%
40%
0,772
0,785
0,798
0,796
Thành phần phân đoạn(0C)
- Nhiệt độ sôi đầu
-10%
- 50%
- 90%
- Nhiệt độ sôi cuối
58
110
141
168
205
49
82
135
172
202
42
76
137
170
214
58
97
141
171
199
Thành phần hoá học (% k.lg)
- Olefin
- Hydrocacbon thơm
- Parafin + naphten
0,5
68,5
31
2,2
59,0
38,8
0,9
65
33,7
1,0
62
37
85
95
80
89
85
95
80
89
d420
Trị số octan
-MON
- RON
<65%
Ưu điểm của xăng reforming là trị số octan cao, lượng olefin thấp nên độ ổn định
oxy hoá rất cao (1700
1800 phút). Thuận lợi cho bảo quản, tồn chứa và vận
chuyển. Tuy vậy, nhược điểm của xăng là ít phần nhẹ do trong quá trình không ưu
tiên tạo ra sự cắt mạch cacbon để tạo hydrocacbon nhẹ, nên tỷ trọng xăng cao, áp
suất hơi bão hoà thấp, phân bố thành phần phân đoạn không đều nên động cơ khó
khởi động ở nhiệt độ thấp và làm việc ở chế độ không ổn định. Ngoài ra, xăng
reforming xúc tác có hàm lượng benzen cao nên cần pha với các xăng khác như
xăng cracking xúc tác để tối ưu hiệu quả kinh tế, đáp ứng tiêu chuẩn sản phẩm. Đặc
trưng phân bố trị số octan xăng reforming khi RON = 83 [3].
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 16
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
Bảng I.4: Đặc trƣng phân bố trị số octan xăng reforming khi RON = 83
Nhiệt độ
sôi,oC
Đến 60
Parafin,
Hiệu
suất, %V
%V
5,03
99,1
Olefin,
%V
-
Naphten,
%V
0,6
HC thơm,
%V
0,1
RON
89,6
4,87
95,6
-
3,6
0,8
78,9
60 - 86
9,72
67,2
10
21,9
9,7
73,2
86 - 102
9,96
63,6
1,4
23,9
11,1
64,0
102 - 111
9,87
34,5
1,2
12,6
51,7
88,3
111 - 130
9,88
55,9
1,6
11,3
31,2
66,0
130 - 139
9,78
43,3
1,4
8,3
47,0
82,0
139 - 141
9,84
30,4
1,0
5,6
63,0
92,5
141 - 161
9,91
39,7
1,8
6,9
51,6
80,0
161 - 170
9,91
25,2
1,8
3,0
70,0
94,7
170 - 183
4,95
15,5
1,5
2,3
80,7
99,1
183
5,77
1,0
4,0
5,0
90,0
104,5
Mất mát
0,57
Trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng xăng dễ bị oxy hoá bởi oxy trong
không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đa dạng, mức độ oxy hoá phụ
thuộc vào chất lượng của xăng và cụ thể là thành phần hoá học của xăng. Các hợp
chất olefin có hai nối đôi đối xứng và hydrocacbon dạng mono hoặc diolefin nối với
phần thơm là kém bền nhất. Để sản phẩm được bảo quản lâu và giữ được độ ổn định
cao cần phải cho thêm chất chống oxy hóa vào với lượng nhất định.
b. Sản phẩm hydrocacbon thơm
Hydrocacbon thơm nhận được từ quá trình reforming xúc tác là benzen, toluen,
xylen (gọi tắt là BTX), được dùng làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hoá dầu và
hoá học. Vì vậy chúng phải có độ tinh khiết cao nên thường phải tách thành các cấu
tử riêng biệt bằng các phương pháp hấp phụ, chưng trích ly, chưng đẳng phí hoặc
trích ly bằng dung môi.
+ Benzen: Benzen thường được tách bằng phương pháp trích ly dung môi hoặc
chưng cất đẳng phí vì tạo hỗn hợp đẳng phí với các hydrocacbon thơm khác.
Benzen thu được có độ tinh khiết cao, thường sử dụng trộn làm xăng thương phẩm
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 17
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
(đến giới hạn cho phép), vì nó có khả năng chống kích nổ cao, có xu hướng làm
giảm quá trình khó khởi động máy. Ngoài ra, benzen còn để điều chế phenol, sản
xuất sợi polyamit, capron, các hợp chất hoá học và dung môi công nghiệp.
+ Toluen: Thường thu được đồng thời với benzen trong quá trình reforming. Tuy
nhiên sự dehydro hoá của naphten dễ dàng hơn benzen, lượng toluen thu được từ
reforrming là rất lớn, được ứng dụng chủ yếu là pha vào xăng, làm dung môi.
+ Xylen: Xylen thu được từ quá trình với hiệu suất nhỏ hơn benzen và toluen vì vậy
trong cụm aromatics xylen được tạo ra thông qua phản ứng tái phân bố. Nhờ có quá
trình trích ly dung môi chọn lọc cao, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp như:
P-xylen được dùng làm nguyên liệu để sản xuất sợi nilon polyeste.
O-xylen được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp anhydric phtalic, từ đó có
thể dùng sản xuất nhựa PET, xơ sợi.
c. Khí hydro kỹ thuật
Trong khí reforming xúc tác chứa 70
90% thể tích hydro, một phần để tuần hoàn
lại thiết bị phản ứng, một phần đưa qua hệ thống làm sạch, tăng thành phần hydro
rồi sử dụng cho các quá trình xử lý bằng hydro như xử lý naphtha bằng hydro, xử lý
phân đoạn LCO sản xuất dầu DO, hydrocracking để sản xuất dầu nhờn.
Đây là nguồn thu hydro rẻ tiền nhất trong tất cả các quá trình sản xuất hydro, khi
quá trình reforming xúc tác phát triển thì các quá trình sử dụng hydro cũng được
thúc đẩy phát triển theo.
Thành phần và hiệu suất của khí chứa hydro trong quá trình phụ thuộc vào thành
phần hoá học và thành phần phân đoạn của nguyên liệu, phụ thuộc vào loại xúc tác
và chế độ công nghệ.
d. LPG chƣa ổn định
LPG là sản phẩm có giá trị thấp không mong muốn của quá trình, với cùng một
nguyên liệu, quá trình hydrocracking xảy ra mạnh hơn sẽ tạo ra lượng LPG lớn hơn,
làm giảm sản lượng reformate.
I.3.2. Cơ sở hóa học của quá trình Reforming
Reforming là quá trình biến đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 18
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao và cung
cấp nguồn khí hydro kỹ thuật cho công nghệ làm sạch dầu mỏ. Sơ đồ các phản ứng
chính trong quá trình reforming xúc tác có thể biểu diễn như hình I.4,[5], [42].
Hình I.4: Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác
Trong reforming, một chuỗi các phản ứng hóa học xảy ra cho những sản phẩm
mong muốn và sản phẩm phụ, các điều kiện thúc đẩy phản ứng được nêu trong bảng
I.5. Vì vậy cần lựa chọn điều kiện vận hành để thúc đẩy những phản ứng mong
muốn và hạn chế những phản ứng phụ [42]. Các phản ứng mong muốn trong quá
trình xúc tác reforming xúc tác là tạo được vòng thơm và các iso-parafin.
Bảng I.5: Các phản ứng xảy ra và điều kiện thúc đẩy phản ứng
TT
Các phản ứng
Tâm phản ứng
Nhiệt độ
Áp suất
1
Dehydro napthenes
Kim loại
Cao
Thấp
2
Đồng phân hóa napthenes
Axit
Thấp*
Không phụ thuộc
3
Đồng phân hóa parafins
Axit
Thấp*
Không phụ thuộc
4
Dehdro vòng hóa parafins
Kim loại/Axit
Cao
Thấp
5
Hydrocracking
Axit
Cao
Cao
6
Demethylation
Kim loại
Cao
Cao
7
Demethylation các Aromatic
Kim loại/Axit
Cao
Cao
* nhiệt độ thấp cho tỷ lệ iso/normal parafin cao hơn
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 19
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
I.3.2.1 Phản ứng dehydro hóa
a. Dehydro hoá cycloalkan tạo thành hydrocacbon thơm.
Phản ứng dehydro hóa là loại phản ứng chính để tạo ra hydrocacbon thơm. Phản
ứng này xảy ra đối với naphten thường là cyclopentan và cyclohexan (cyclopentan
thường nhiều hơn cyclohexan), cyclohexan bị dehydro hóa trực tiếp tạo ra hợp chất
thơm.
+ 3 H2 (+ 51,6 Kcal/mol)
CH3
CH3
+ 3H2 (+ 50 kcal/mol)
hay
R
R
+ 3H2 (+
Q kcal/mol)
Đây là phản ứng chính của quá trình reforming xúc tác, là phản ứng thu nhiệt mạnh.
b. Dehydro hoá dẫn xuất vòng 5 cạnh (cyclopentan) tạo thành hydrocacbon
thơm.
CH3
–
+
3H2
Phản ứng này có tốc độ khá lớn khi dùng xúc tác chứa Pt, năng lượng hoạt
hoá của phản ứng này nhỏ khoảng 20 kcal/mol.
–
Phản ứng đồng phân hoá naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh là phản ứng
có hiệu ứng nhiệt thấp 5 kcal/mol nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển
dịch về phía vòng 5 cạnh naphten.
–
Ở điều kiện nhiệt độ 500oC, nồng độ cân bằng của metyl cyclopentan là 95%,
còn cyclohexan là 5%. Nhưng do phản ứng dehydro hoá cyclohexan thành
benzen xảy ra với tốc độ nhanh nên cân bằng phản ứng đồng phân hoá có
điều kiện chuyển hoá thành cyclohexan.
Như vậy, nhờ phản ứng dehydro hoá naphten có tốc độ cao mà trong quá trình
reforming xúc tác ta nhận được nhiều hydrocacbon thơm và hydro.
c. Dehydro hoá parafin tạo thành olefin:
C9H20
hay
CnH2n +2
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
C9H18 + H2
CnH2n + H2
Trang 20
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
d. Dehydro hoá đóng vòng parafin hoặc olefin tạo thành hydrocacbon thơm.
CH3
nC7H16
+
4 H2
Đây là phản ứng quan trọng trong việc nâng cao trị số octan của xăng. Phản ứng này
xảy ra ở nhiệt độ cao khi có sự tham gia của xúc tác. Khi tăng nhiệt độ, hằng số cân
bằng của phản ứng dehydro vòng hoá parafin tăng lên rất nhanh (ở 500oC xảy ra
tương đối mạnh).
Tốc độ phản ứng tăng lên khi chiều dài của mạch cacbon tăng lên nên lượng
hydrocacbon thơm nhận được cũng tăng lên.
R
R-C-C-C-C-C-C
+ 4H2 (Q = 60 kcal/mol)
Phản ứng ngưng tụ và phản ứng phân huỷ xảy ra song song làm xúc tác dễ mất hoạt
tính. Vì vậy, nguyên liệu cho quá trình Reforming xúc tác không được chứa olefin
mà phải được làm sạch trước khi đưa vào chế biến. Tốc độ phản ứng dehydro vòng
hoá rất nhạy với sự thay đổi áp suất hoặc tỷ lệ H2/HC nguyên liệu.
I.3.2.2 Phản ứng isome hóa
a. Phản ứng isome hoá n-parafin tạo thành iso-parafin.
n - C7H16
2 metylhexan
n - parafin
iso - parafin
Q = 2 kcal/mol
Tại điều kiện nhiệt độ vận hành, cân bằng động học phản ứng không thúc đẩy nhiều
cho phản ứng tạo ra các mạch nhánh có trị số octan cao. Phản ứng xảy ra trên tâm
axit nên áp suất vận hành ít ảnh hưởng đến phản ứng.
b. Phản ứng hydro isome hoá:
Hepten - 1 + H2
2 metylhexan
Phản ứng này xảy ra với olefin trong nguyên liệu để tạo thành parafin. Phản ứng
thực hiện dễ dàng trong điều kiện của quá trình Reforming. Thành phần olefin có
thể chuyển hoá trực tiếp thành aromatic, nhưng không đáng kể. Đây là phản ứng
quan trọng vì nó chuyển hóa các hydrocacbon không no thành hydrocacbon no, làm
giảm sự tạo cốc gây nên sự mất hoạt tính của xúc tác.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 21
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
c. Phản ứng isome hoá alkyl cyclopentan thành cyclohexan.
CH3
R
+
R2
R1
Hay tổng quát
3H2
+
d. Phản ứng isome hoá alkyl thơm.
C2H5
CH3
CH3
CH3
I.3.2.3 Phản ứng hydrocracking
3 H2
CH3
CH3
CH3
Đây là phản ứng không mong muốn, các hydrocacbon có trong phân đoạn bị bẻ gẫy
tạo thành các hydrocacbon no có số cacbon nhỏ hơn.
C9H20 + H2
C5H12 + C4H10
C9H20 + H2
CH4
CnH2n + 2+ H2
+ C8H18
CmH2m +2 + CpH2p + 2 ( n = m + p)
R1
đối với naphten:
+ H2
R 3H
+H2
R4H + R3H
Q = 20 KCal/mol
R2
Ở điều kiện nhất định, có thể xảy ra cracking sâu, tạo khí và sản phẩm nhẹ. Ngoài ra
còn có các phản ứng hydrodealkyl hoá các hydrocacbon thơm.
R
+ H2
C6H6 + RH +
Q = 12
13 kcal/mol
Độ axit của xúc tác ảnh hưởng đến quá trình cracking. Độ axit càng mạnh thì phản
ứng hydrocracking xảy ra càng mãnh liệt, vì vậy trong vận hành cần kiểm soát độ
axit của xúc tác thông qua kiểm soát hàm lượng clo trên xúc tác trong khoảng 1.01.1% khối lượng.
I.3.2.4 Nhóm các phản ứng tách các nguyên tố dị thể
Trong nguyên liệu có các hợp chất chứa S, N, O sẽ xảy ra các phản ứng tách các
nguyên tố dị thể đó ra khỏi phân đoạn.
+ Hydrodenitơ hoá:
N
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
+
5H2
C5H12 +
NH3
Trang 22
Lớp: Cao học KTHH 2013B
Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng công nghệ CCR
+ Tách oxy
ROH +
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền
H2
RH
+
H2O
C5H12 +
H2S
+ Hydrodesunfua hoá.
+
S
4 H2
CH3
Các hợp chất chứa O, S, N trong nguyên liệu đều có hại đến xúc tác và sản phẩm
của quá trình. Vì vậy, phần lớn các hợp chất này được loại bỏ đến hàm lượng thích
hợp trong quá trình xử lý nguyên liệu cho reforming xúc tác.
I.3.2.5 Phản ứng tạo cốc
Sự tạo thành cốc trong quá trình Reforming xúc tác là không mong muốn, do cốc
tạo thành sẽ bám trên bề mặt của xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác và làm hao
tổn nguyên liệu.
- H2
- 2H2
H
Nhiệt độ càng cao thì olefin tạo thành càng nhiều, phản ứng trùng hợp xảy ra càng
mạnh hơn nên lượng cốc tạo ra càng nhiều.
Ở nhiệt độ thấp, áp suất cao, tỷ lệ H2/HC cao sẽ hạn chế rất nhiều phản ứng ngưng
tụ dẫn đến lượng cốc tạo thành sẽ giảm xuống.
Sự tạo cốc phụ thuộc vào các yếu tố như:
+ Nhiệt độ phản ứng.
+ Các hợp chất dị nguyên tố, olefin và các hợp chất hydrocacbon thơm.
+ Áp suất hydro: áp suất hydro cao sẽ hạn chế quá trình tạo cốc, nhưng nếu
tăng áp suất quá cao thì phản ứng hydrocracking sẽ xảy ra mạnh và ảnh hưởng xấu
đến phản ứng dehydro hoá tạo hợp chất thơm của quá trình.
Cơ chế của quá trình mất hoạt tính xúc tác như sau:
Parafin
- H2
hydrocacbon thơm
cốc.
Vì vậy, cần chọn điều kiện vận hành tại áp suất hydro và nhiệt độ thích hợp sao cho
cốc tạo ra khoảng 4-5% khối lượng xúc tác phù hợp với quá trình tái sinh xúc tác.
Học viên: Nguyễn Duy Thắng
Trang 23
Lớp: Cao học KTHH 2013B
