Bài giảng công nghệ chế biến dầu mỏ - Chương 3: Cracking nhiệt

do, được tạo thành từ: - Cắt liên kết C-C ; C-C-C-C-R = R-C* + C=C-C. - Cắt liên kết C-H: R-C-C-C-CH3 = R-C-C-C=C + H*.+ Phản ứng của gốc tự do: 5Hanoi University of TechnologyTiếpVí dụ: R* + C-C-C-C-R1 = RH + R1-C-C-C-C*. R-C-C-C-C* = R-C-C* + C=C.+ Dừng phản ứng: R* + R1* = R-R1. 2 H* = H2. ..Chú ý: Với các RH khác nhau: isoparafin, naphten, aromat.(đơn hay đa vòng, nhánh phụ ngắn, dài). Sản phẩm là một hỗn hợp phức tạp: Từ khí nhẹ nhất đến các hợp chất nặng nhất là nhựa và cốc.6Hanoi University of TechnologyCracking nhiệt7Hanoi University of Technologyvibreking8Hanoi University of TechnologyCốc hóa chậm9Hanoi University of TechnologyCốc hóa lớp sôi10Hanoi University of TechnologySơ đồ NM lọc dầu11Hanoi University of Technology12Hanoi University of TechnologyPhân xưởng crackinh xúc tác13Hanoi University of TechnologyThiết bị FCC14Hanoi University of TechnologyCracking xúc tác15Hanoi University of TechnologyCơ sở hóa học của crackinh xúc tácCơ chế ion cacboni (phân biệt carbenium ion & carbonium ion ) Tạo ion cacboni : Ví dụ, ion các boni được tạo thành từ olefin R-C=C-C + H+(xúc tác) = R-C-C +-C Các phản ứng của ion cacboni: a, Phản ứng đồng phân hóa¸ b, Vận chuyển ion hydrit c, Cracking ion cacboni theo quy tắc Bêta Giai đoạn dừng phản ứng.Kết luận về chiều hướng của crackinh xúc tác.Biến đổi của hydrocacbon và phân đoạn VGO.16Hanoi University of TechnologyCracking VGOLCOHCOLCOVGOXăngKhíKhíCốC17Hanoi University of TechnologyNguyên liệu18Hanoi University of TechnologyCơ chế phản ứng xúc tác FCC19Hanoi University of Technology20Hanoi University of Technology21Hanoi University of TechnologyCracking catalytsĐể nghiên cứu xúc tác FCC, ta cần đề cập các vấn đề:- Thành phần xúc tácKỹ thuật chế tạoTính chất của xúc tác mới và xúc tác cân bằngPhụ gia trong xúc tácThành phần của xúc tác FCC công nghiệp- ZeoliteMatrixBinderFiller22Hanoi University of TechnologyCracking catalystsNgày nay đang sử dụng 1400t/d xúc tác để chế biến 12 triệu thùng VGO/ngàyXúc tác có kích thước d=8-10 nm Gồm 3 thành phần: 20% USY (Có tỷ số SiO2 /Al2O3 trên 4,8; Bề mặt riêng 600m2/g); 70% matrix (aluminosilicat vô định hình) và 3% phụ gia ( gồm ZSM-5, Sb, CeO2- MgO)Các tính chất quan trọng nhất của xúc tác : Các tính chất vật lý và hóa học: - Có hoạt tính và độ chọn lọc cao- Độ bền nhiệt và thủy nhiệt cao, bền với độc tố, dễ tái sinh23Hanoi University of Technology2. Công nghệ chế tạo xúc tác: Gồm hai bước:-Chế tạo zeolit HY. USYPhối trộn với matrix, phụ gia và bindera, Chế tạo zeolite HY,Chuyển thành USY, b, Xử lý matrix, trộn với chất kết dính và phụ gia (ZSM-5, Sb, Ce, MgO)24Hanoi University of TechnologyCấu trúc của zeolit 25Hanoi University of Technology1.Zeolite Y,USY 2. Matrix:-Có hoạt tính xúc tác nên gọi là active matrixHiệu ứng cộng hưởng hoạt tính (synergistic ) và hoàn thiện các tính chất cơ lý của xúc tác Matrix hay được sử dụng là đất sét hoạt tính¸26Hanoi University of TechnologySơ đồ công nghệ TCC27Hanoi University of TechnologySơ đồ CN FCC28Hanoi University of TechnologySơ đồ CN FCC29Hanoi University of Technology30Hanoi University of Technology31Hanoi University of Technology32Hanoi University of TechnologyNguyên lý hoạt động của FCC33Hanoi University of Technology34Hanoi University of TechnologySơ đồ FCC các thiết bị chồng trên một trục35Hanoi University of TechnologySơ đồ FCC36Hanoi University of TechnologySơ đồ CN FCC hiện đại37Hanoi University of TechnologyCông nghệ Catalytic CrackingCác loại hình CN cracking xúc tác:Công nghệ cracking xúc tác chuyển động.Công nghệ FCC: a. Vai trò và ý nghĩa của FCC trong khu lọc dầu. b.Công nghệ FCC :B1. Đốt nóng nguyên liệu: Trao đổi nhiệt và lò ống gia nhiệtB2. Lò phản ứng, ống đứng (riser) và bộ phận nhả hấp phụ (stripper)b3. Lò tái sinh. Tận dụng nhiệt lý của khói lò tái dinhb4. Cột chưng cất tách sản phẩmb5. Phân xưởng thu hồi khí b6. Treating FacilitiesMiêu tả chi tiết CN FCC38Hanoi University of TechnologyCông nghệ FCCTrao đổi nhiệt và lò ốngNguyên liệu (gas oil chân không) được trao đổi nhiệt với các dòng sản phẩm : LCO, HCO, DO . .. Sau đó qua lò gia nhiệt đước đốt đến nhiệt độ 280-3000C . Cuối cùng được phun vào ống đứng của lò phản ứng39Hanoi University of TechnologyLò phản ứng:Ở cuối ống đứng, nguên liệu được phun vào dưới dạng mù sương có kích thước rất nhỏ Xúc tác có nhiệt độ cao (650-7500C) từ thiết bị tái sinh chuyển động tiếp xúc với nguyên liệuCác phản ứng cracking xảy ra trong ống đứng giống chất lỏng sôi nên gọi là FCC. Thời gian phản ứng cỡ 1,5gy - 3gy. Tỷ lệ xúc tác trên nguyên liệu: C/O= 4/1 đến 9/1.Ống đứng có đường kính trong từ 1m đến 2m, lớp lót cách nhiệt dày 10-15 cm. Chiều cao ống đứng khoảng : 25-30m. Tốc độ hơi trong ống đứng đạt từ: 15-22 m/gy.Bộ phận tách bụi xúc tác: cyclon một cấp hoặc hai cấp hiệu quả tách đạt( 99.995%) .40Hanoi University of TechnologyBộ phận rửa xúc tác . Lượng hơi quá nhiệt dùng từ 2 tới 5 kg/1tấn xúc tác .Tốc độ hơi 0,23m/gy khi tốc độ tuần hoàn xúc tác là 2,4 – 3,4 kg/ph.m2.. Tác dụng của rửa xúc tácBộ phận lò tái sinh: Xúc tác từ lò phản ứng sang chứa khoảng 0,4 đến 2.5% kl cốc. khi vào lò tái sinh, tiếp xúc với không khí nóng sẽ cháy. Các phản ứng gồm: C + O2 - CO + 2.200 Kcal/kg C + O2 - CO2 + 7.820 .. CO + O2 - CO2 + 5.600 ... H2 + O2 - H2O + 28.900 . S + O2 - SOx+ + 2.209 . Sau khi tái sinh, lượng cốc còn lại trên xúc tác khoảng : 0,05 đến 0,01%.41Hanoi University of TechnologyAp suất không khí thổi vào lò tái sinh là từ 7 - 15 Kpa .Tốc độ thẳng của không khí là 0,6 - 1,2m/gy. Khi cháy cốc, nhiệt độ trong lò tái sinh đạt tới 700 – 8000C. Dùng hệ xyclon hai cấp để tách xúc tác và khí cháy. Sau đó qua bộ phận tận dụng nhiệt lý, qua lọc tinh rồi mới thải ra môi trường theo ống khói. Nếu trong khí, hàm lượng SO2 lớn hơn quy định, người ta phải có bộ phận thu hồi.Xúc tác sau tái sinh, qua ống dẫn xúc tác vào lò phản ứng với tốc độ 500 -1.500kg/s.m2Mật độ xúc tác trong ống dẫn là : 560-720 kg/m3, 42Hanoi University of TechnologyCác thông số của qt( processing variables factors)Cracking temperature.Catalyst/oil ratio (kg cat/kg feed)Space velocity (LHSV or WHSV) or Contact time (tg) WHSV = 1/(tg)(C/O) ; tg = 1/WHSV.(C/O).Recycle ratio :Recycle ratio = Volume recycle/ Volume fresh feed.Chú ý các khái niệm về chất xúc tác và quá trình: (Conversion, efficiency[efficiency= % gasoline . Conversion], Selectivity)43Hanoi University of Technology Đặc trưng của nguyên liệu FCCRH Parafin: RH p, từ 50% đến 65%. RH olefinRH naphtenRH aPhi RH44Hanoi University of TechnologyCác tính chất vật lý chính của nguyên liệu FCC1.API Gravity:.2.Thành phần cất3. Hàm lượng của S, N, Ni, V, S: Các hợp chất S trong nguyên liệu tuy không trực tiếp làm ngộ độc xúc tác craking nhưng thường chuyển vào sản phẩm: 50% chuyển thành H2S, 50% còn lại được phân bố như sau: 6% vào xăng; 23% vào LCO; 15% trong DO; và 6% trong cốc. Phá hỏng xúc tác Kim loại: Ni và V: 4Ni + V.45Hanoi University of TechnologyTận dụng năng lượng khí cháy FCC 46Hanoi University of TechnologyCột chưng cất của FCC 47Hanoi University of TechnologyCấu trúc thiết bị48Hanoi University of Technology49Hanoi University of Technology50Hanoi University of TechnologyMTC51Hanoi University of TechnologyCấu tạo vòi phun nguyên liệu52Hanoi University of Technology53Hanoi University of Technologyxyclon tách xúc tác54Hanoi University of Technology55Hanoi University of TechnologyThiết bị làm nguội xúc tác56Hanoi University of TechnologyCấu tạo tháp chưng tách sản phẩm FCC57Hanoi University of TechnologyCải tiến thiết bị của FCC58Hanoi University of Technology FCC của IFP59Hanoi University of Technologygas recovery unit60Hanoi University of Technology61Hanoi University of Technology62Hanoi University of Technology63Hanoi University of Technology