Đồ án Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác

n. Còn khi cracking lớp sôi (FCC) của xúc tác ở nhiệt độ 480¸5300C thì phản ứng xảy ra ở vùng động học. Tốc độ của phản ứng cracking xúc tác, trong đa số các trường hợp được miêu tả bằng phương trình bậc một có dạng: K = V0. n.ln (1-x) - (n-1) x K- Tốc độ của phản ứng (Mol/g.h) V0- Tốc độ truyền nguyên liệu (mol/h) n- Số mol sản phẩm được tạo thành từ 1 mol nguyên liệu x - Mức độ chuyển hoá (phần mol) Đối với phân đoạn dầu trên xúc tác Zeolit, phương trình bậc 1 ta có dạng sau K = V0 / (1-x) ở đây V0 là tốc độ thể tích không gian truyền nguyên liệu (m3/m3.h) VII- SỰ BIẾN ĐỔI HOÁ HỌC CỦA HỢP CHẤT HYĐROCACBON TRONG QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC VII.1. Sự biến đổi các hydrocacbon parafin Các hợp chất parafin là cấu tử quan trọng của phân đoạn gasoil. Các nghiên cứu quá trình cracking xúc tác tác parafin sẽ cho phép tiến hành mô hình hoá các hiện tượng của quá trình. Giống như quá trình cracking nhiệt, ở quá trình cracking xúc tác, các hydrocacbon parafin cũng bị phân huỷ tạo thành phân tử olefin và parafin có trọng lượng phân tử bé hơn. Phương trình tổng quát: CnH2n+2 ® CmH2m+2 + CpH2p+2 (p, m < n ) Nếu mạch parafin càng dài thì sự phân huỷ xảy ra đồng thời một số chỗ trong mạch chứ không phải ở hai đầu mút của mạch như quá trình cracking nhiệt. Các hydrocacbon parafin có trọng lượng phân tử thấp khả năng phân huỷ kém. Ví dụ: Đối với Butan C4H10 ở nhiệt độ t0 = 5000C; V = 1h-1 chỉ có 1% trọng lượng bị phân huỷ. Tuy nhiên tốc độ phân huỷ của nó vẫn lớn hơn gấp 6 lần so với phân huỷ đơn thuần dưới tác dụng của nhiệt. Ngoài ra còn bị khử hydro ở mức thấp CH4 + C3H6 (60%) C2H6 + C2H4 (30%) C4H8 + H2 (10%) C4H16t0 (xúc tác ) Khi trọng lượng phân tử của parafin tăng lên thì khả năng phân huỷ và tốc độ phân huỷ cũng tăng lên. Tốc độ phân huỷ của parafin dưới tác dụng của xúc tác lớn hơn nhiều so với phân huỷ ở điều kiện cracking nhiệt. Tính hấp thụ chọn lọc của xúc tác trước tiên và cao nhất là đối với hydrocacbon olefin. Vì vậy parafin không nằm trong lớp hấp phụ hoá học mà nằm ở ngoài giới hạn của lớp này, song năng lượng bề mặt xúc tác vẫn có tác động đến parafin cho nên tạo ra những khu vực có nồng độ các phân tử hydrocacbon cao có liên kết C - C yếu. Nhờ vậy làm giảm năng lượng hoạt hoá khi phân huỷ. Năng lượng hoạt hoá của phản ứng cracking parafin giảm dần nếu chiều dài mạch hydrocacbon parafin tăng. nC6H14 n- C7H16 n-C8H18 EKcal/mol 36 29 24 Vì vậy khi cracking, mạch hyđrocacbon parafin càng dài, càng dễ bị bẻ gãy. Ví dụ hyđrocacbon xúc tác các parafin ở nhiệt độ 5500C như sau: nC5H12 n- C7H16 n-C12H26 n-C16H34 %cracking 1 3 18 42 Cho nên phản ứng phân huỷ của quá trình cracking xúc tác tiếp tục phân huỷ các parafin có trọng lượng phân tử nhỏ hơn và có thể bị phân huỷ tiếp tục. CH3- (CH2)12 - CH3 C9H20 + C5H10 C9H20 C5H12 + C4H8 Các parafin các cấu trúc mạch nhánh, tham gia phản ứng phân huỷ với tốc độ lớn hơn các parafin mạch thẳng. Ví dụ n C8H18 C4H8 + C4H10 (phân huỷ 42%) izoC8H18 izoC4H10 + C4H8 (phân huỷ 49%) Sự phân nhánh và số lượng nhánh của parafin có vai trò rất quan trọng trong quá trình cracking. Nó có liên quan đến khả năng tạo ion cacboni và do đó nó sẽ quyết định được tốc độ tạo thành sản phẩm. Điều này được chứng minh từ các số liệu % chuyển hoá parafin C6 khi cracking trên xúc tác Alumosilicat như dưới đây. C6 % chuyển hoá C- C - C - C- C - C 14 C- C - C - C- C C 25 C- C - C – C- C C 25 C- C - C – C C C 32 C C- C - C - C C 10 Khi cracking n- Hexan ở nhiệt độ 5500C trên xúc tác axit, sự phân bố của các sản phẩm xảy ra như sau H2 CH4 C2 C3 C4 C5 (%V) 9 12 19 49 8,5 1,6 Sự phân bố này không đối xứng qua C3. Sự có mặt một lượng lớn H2 và metan cho thấy rằng cùng một lúc xảy ra nhiều phản ứng, có thể các phản ứng cracking nhiệt cùng với các phản ứng của ion cacboni như đã nêu ở trên. Phản ứng chính tạo sản phẩm sẽ phụ thuộc vào tương quan giữa các phản ứng cracking (theo qui tắc b) và phản ứng vận chuyển hydro của ion cacboni RH + +R1 +R2 + Olefin + R1H R+ Do cracking xúc tác mà làm giảm kích thước các ion +R các ion có kích thước bé như +CH3 và +C2H5 sẽ khó tạo ra (do cắt mạch ở vị trí b so với các bon mang điện tích). Vì thế trong sản phẩm ưu tiên tạo ra C3 hay C4 nhiều hơn C1 và C2 so với quá trình cracking nhiệt. - Ngoài ra các parafin còn tham gia phản ứng đồng phân hoá chuyển dời hydro và nhóm metyl nguyên tử cac bon tích điện: n+C5H11 ® izo-+C5H11 izo+C5H11 + C4H10 ® izo+C5H12 + +C4H10 VII.2. Sự biến đổi của hydrocacbon olefin Do tính hấp thụ chọn lọc cao nhất của xúc tác là hydrocacbon olefin trong quá trình cracking xúc tác, cho nên ở điều kiện cracking xúc tác các hydrocacbon olefin chuyển hoá với tốc độ nhanh hơn hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần so với khi cracking đơn thuần dưới tác dụng nhiệt. Hydrocacbon olefin có mặt trong hỗn hợp phản ứng là do phản ứng cracking parafin, naphten trong alkyl thơm. Hydrocacbon olefin là những hợp chất hoạt động hơn, trong giai đoạn đầu tiên của quá trình chúng tham gia phản ứng tạo ion cacboni bởi quá trình hấp thụ một proton vào liên kết đôi. Ion cacbon vừa tạo ra sẽ bị cracking theo quy tắc beta, khi đó tạo thành một olefin nhẹ hơn và một ion cacbon bậc một mà ion này có thể để lại proton trên bề mặt của xúc tác hay có thể đồng phân hoá thành ion cacboni bậc 2. Ví dụ: R - CH = CH - CH2 - CH2 - R1 + H+ ® CH3- +Ch2 - R1 R1 - CH = CH2 + H2 ® R - CH2- +CH- CH2- CH2-R1 ® R- CH2- CH=CH2++CH2- CH2- R1 Các hợp chất olefin nhẹ C2 -C5 vừa tạo thành ít tham gia vào các phản ứng cracking mà chúng thường tham gia vào các phản ứng vận chuyển hydro và phản ứng đa tụ mà kết quả dẫn đến tạo ra parafin hay cốc. Khi cracking các olefin từ C5 trở lên, ngoài phản ứng cắt mạch theo quy tắc beta (b) người ta còn quan sát thấy có xảy ra phản ứng dimehoá. Ví dụ khi cracking penten đã quan sát thấy phản ứng sau: H+ + C = C - C - C - C ® CH3 - +CH - CH2 - CH2 - CH3 ® ® CH3 - CH = CH2 + +CH2 - CH3 2C5= ® C10= ® C3= + C7= C7= ® C3= + CH4= Chính xảy ra các phản ứng trên mà trong sản phẩm có tỷ lệ C3/C4 bằng 2. Phản ứng cracking penten là phản ứng lưỡng phân tử, trong đó phản ứng cracking hepten lại chỉ là phản ứng đơn phân tử, nghĩa là không có sự cạnh tranh của phản ứng dimehoá: C7= ® C3= + C4= (C3/ C4 = 1) Còn đối với hexen, tốc độ của quá trình đơn phân tử không nhanh hơn so với quá trình lưỡng phân tử. Tỷ lệ của tốc độ phản ứng đơn phân tử, phản ứng đa phân tử, đối với penten, hexen, hepten tương ứng bằng 1; 0,2; 7. Giá trị này cho thấy tốc độ cracking olefin C7 lớn hơn nhiều lần so với tốc độ cracking n - heptan (là parafin) . So với quá trình cracking nhiệt, tốc độ phản ứng của olefin trong cracking xúc tác lớn hơn rất nhiều. Ngoài phản ứng cắt mạch, các hydrocacbon olefin còn tham gia phản ứng đồng phân hoá: CH3 - C = CH2 CH3 CH3 - CH = CH - CH3 CH3 - CH = CH - CH3 Tốc độ phản ứng đồng phân hoá tăng khi trọng lượng phân tử của olefin tăng. Các olefin còn tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra phân tử có trọng lượng lớn hơn. 2CH3 - CH2 -CH = CH2 ® CH3(CH2)5 - CH = CH2 CH3 - CH = CH - CH3 CH2 = CH - CH2 - CH3 CH2 = CH2 + CH2 - CH2 Các olefin còn kết hợp với hydro khi có xúc tác tạo thành parafin: R - CH = CH2 + H2 ® R - CH2 - CH3 Các olefin trong quá trình cracking xúc tác còn tham gia phản ứng ngưng tụ, đóng vòng hydrocacbon thơm đa vòng và vòng thơm đa tụ là cốc. VII.3-Sự biến đổi các hydrocacbon naphten. Các hydrocacbon naphtenic tham gia phản ứng trong quá trình cracking xúc tác với tốc độ lớn hơn 500 lần so với cracking nhiệt.Trong điều kiện cracking xúc tác naphten tham gia phản ứng alkyl, khử hydro tạo thành hyđro thơm, parafin và hydro. *Phản ứng phân huỷ vòng naphten tạo izo-parafin *Phản ứng đồng phân hoá vòng naphten Sản phẩm khi cracking naphten có tính chất no nhiều hơn so với cracking parafin. Trong các phản ứng phân huỷ, các phân tử được tạo thành đa số có số các bon nhiều hơn C3. Cracking xúc tác naphten cho hiệu suất sản phẩm lỏng cao, nghĩa là hiệu suất sẽ cao hơn, cho nên naphten là thành phần lý tưởng nhất trong nguyên liệu để cracking xúc tác. VII.4. Sự biến đổi của Hydrocacbon thơm Trong quá trình cracking xúc tác các hợp chất alkyl thơm do vòng thơm có độ bền cao hơn nên trước tiên sẽ xảy ra quá trình cắt nhánh alkyl. Nhưng toluen có độ bền rất lớn, vì thế không thể tách nhóm metyl hay etyl trong điều kiện cracking . Mạch alkyl càng dài thì càng dễ bị bẻ gãy và nếu mạch alkyl lại có nhánh thì tốc độ cắt nhánh còn lớn hơn nhiều. Điều này dễ dàng giải thích khi xem xét năng lượng hoạt hoá của hydrocacbon thơm: Loại hydrocacbon thơm Năng lượng hoạt hoá (Kcal/mol) C6H5 - C2H5 50 C6H5 - C4H9 34 C6H5 - CH - CH2 - CH3 CH3 19 C6H5 - CH - CH3 CH3 17,5 Ví dụ: Khi cracking xúc tác propylbenzen, phản ứng xảy ra như sau: C6H5 - CH2 - CH2 - CH3 ® C6H6 + CH3 - CH = CH2 Còn cracking nhiệt thì xảy ra theo hướng khác C6H5 - CH2 - CH2 - CH3 ® C6H5 - CH3 + CH = CH2 Các phản ứng khác xảy ra trong quá trình cracking xúc tác hydrocacbon thơm là: Phản ứng đồng phân hoá Các hydrocacbon thơm chứa nhiều gốc metyl dễ tham gia phản ứng đồng phân hoá do sự chuyển vị của nhóm metyl theo vòng benzen Ví dụ: Para-xylen meta-xylen octo-xylen Hydrocacbon thơm có nhánh alkyl dài có thể khép vòng tạo hyđrocacbon dị vòng: - Các hydrocacbon thơm đa vòng tham gia phản ứng ngưng tụ tạo cốc Hay Các hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ cao tạo cốc dễ hấp thụ trên bề mặt xúc tác. Vì vậy chúng kìm hãm ảnh hưởng đến quá trình cracking các hydrocacbon loại khác Trong điều kiện của cracking xúc tác, các biến đổi của hydrocacbon riêng lẻ có thể tóm tắt như sau: ® olefin và parafin ® Olefin và hydro ® izo parafin ® Các hợp chất olefin có trọng lượng nhỏ ® Parafin và Dien ® Parafin hay naphten và hydrocacbon thơm ®Polyme, cốc ® Olefin ® Cyclo hexan và Olefin ® Hydrocacbon thơm ® Olefin ® Parafin và Alkyl thơm có mạch bên ngắn ® Đồng phân hoá, chuyển vị nhóm alkyl ® Sản phẩm ngưng tụ, cốc Hydrocacbon ® thơm (alkyl thơm) Naphten ® Olefin ® Parafin ® VIII. CRACKING XÚC TÁC PHÂN ĐOẠN DẦU MỎ Để cracking xúc tác phân đoạn dầu mỏ, do quá trình rất phức tạp, nên thực tế không thể miêu tả tất cả các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình. Do đó người ta thường đưa ra sơ đồ khảo sát các hướng phản ứng chính trong quá trình cracking xúc tác. Ví dụ khi nguyên liệu là phần gasoil chưng cất chân không ta có thể dùng sơ đồ sau: LCO- Phân đoạn dầu nhẹ của cracking xúc tác HCO- Phân đoạn dầu nặng của cracking xúc tác Nhìn sơ đồ phản ứng chúng ta thấy rằng, các sản phẩm phụ là LCO và HCO cần phải tạo điều kiện thuận lợi để chúng chuyển hoá tiếp thành xăng, đồng thời cố gắng hạn chế quá trình tạo khí và cốc. Sự hình thành cốc là không mong muốn, vì cốc bám trên tâm hoạt tính của xúc tác, dẫn đến là giảm hoạt tính của xúc tác.Sản phẩm cốc được tạo ra là một hệ vòng thơm có độ ngưng tụ cao, nên khác với cacbon tự do. Sự hình thành cốc có thể do các nguyên nhân sau: Do bản chất của nguyên liệu cracking Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao Do chế độ công nghệ chưa tối ưu Cốc được tạo thành trong quá trình có thể phân chia thành 3 phần chính là: Lượng cốc do phản ứng hoá học Lượng cốc do hấp phụ hoá học trên bề mặt xúc tác Lượng cốc do nguyên nhân nhả hấp phụ chậm và tỷ lệ % tương ứng giữa chúng là 55-75/10-20/5-10 PHẦN II DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC I. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN QUÁ TRÌNH CRACKING XT Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu làm việc của quá trình cracking xúc tác không chỉ là nguyên liệu và chất xúc tác mà còn có các thông số công nghệ của quá trình. Các thông số công nghệ: Nhiệt độ, áp suất, tốc độ nạp liệu không gian thể tích hay trọng lượng (còn gọi là tốc độ nạp liệu riêng). Bội số tuần hoàn xúc tác và mức độ biến đổi hay độ sâu chuyển hoá. I.1. Mức độ chuyển hoá C Đối với hyđrocacbon tinh khiết, khi tham gia phản ứng mức độ chuyển hoá được đo bằng lượng sản phẩm tạo thành theo thời gian. Nhưng đối với phân đoạn phức tạp như phân đoạn dầu mỏ, trong cracking xúc tác. Người ta đo lượng xăng là sản phẩm chính và sản phẩm phụ như khí và cốc. Nếu gọi y là phần trăm thể tích của sản phẩm với điểm sôi cuối cao hơn điểm cuối của xăng thì độ chuyển hoá C được tính theo biểu thức. C = 100-y Đương nhiên cách xác định như vậy chưa sát thực tế. Để hiệu chỉnh theo sự biến đổi hoá lý trong quá trình tạo xăng và khí, người ta xác định mức độ biến đổi theo biểu thức sau: C = 100 – y(100-z) Trong đó: Z là % xăng có trong nguyên liệu Trong quá trình cracking xúc tác, ngoài mức độ biến đổi, còn có các thông số quan trọng khác. I.2. Tốc độ nạp liệu riêng Tốc độ nạp liệu riêng (hay tốc độ không gian nạp liệu) là tỷ số giữa lượng nguyên liệu được nạp trong một đơn vị thời gian trên lượng xúc tác trong reactor (hay tỉ lệ và thể tích của chúng) và được ký hiệu bằng M/H/M hay V/H/V (V/V/H). Nếu p là áp suất trong reator và được ký hiệu bằng at thì độ chuyển hoá có liên quan với M/H/M theo biểu thức: Phương trình biểu diễn trên áp dụng rất đúng với trường hợp xúc tác cố định, ở đây không xảy ra sự chuyển động rỗi hay sự xáo trộn của hơi nguyên liệu và sản phẩm. Trong trường hợp cracking xúc tác với lớp sôi của xúc tác (FCC), độ chuyển hoá C lại phù hợp với biểu thức sau: Hình 1: Ảnh hưởng của tốc độ nạp liệu riêng, Hình 2: Ảnh hưởng của tỉ lệ X/RH Ở đây: k là hằng số tốc độ tổng cộng Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, sẽ làm giảm độ chuyển hoá. Còn khi giảm tốc độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hoá tăng, vì rằng tốc độ nạp liệu là đại lượng ngược với thời gian phản ứng. Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao, ta có thể tăng tốc độ nạp liệu và như vậy sẽ tăng được năng suất của thiết bị. Trong thực tế, nếu dùng xúc tác aluminosilicat vô định hình, tốc độ nạp liệu thể tích chỉ đạt từ 4-5h-1. Nhưng nếu dùng xúc tác chứa Zeolit, tốc độ nạp liệu thể tích là 80-120h-1 khi tính trong ống đựng của reator và từ 20-30h1 khi tính trong lớp sôi của rector. Khi tăng tốc độ nạp liệu, nếu ta tăng nhiệt độ phản ứng, sẽ tăng trị số octan của xăng và tăng hiệu suất olefin trong khí. Đó là phương pháp chính để điều khiển chế độ sản xuất propylen và buten trong quá trình cracking xúc tác. I.3. Tỷ lệ giữa lượng xúc tác/nguyên liệu (X/RH) hay bội số tuần hoàn xúc tác Khi dùng xúc tác chứa Zeolit, cho phép giảm tỉ lệ X/RH xuống còn 10/1 so với xúc tác vô định hình là 20/1. Nếu khi dùng công nghệ xúc tác chuyển động với kích thước hạt xúc tác từ 3¸5mm, tỉ lệ X/RH còn thấp hơn nữa, chỉ khoảng 2-5/1 Khi thay đổi tỉ lệ X/RH sẽ làm thay đổi nhiệt độ của reator thay đổi thời gian lưu của xúc tác trong reactor và lò tái sinh, đồng thời cũng làm thay đổi cả lượng cốc bám trên xúc tác trong một chu trình. Nếu ở chế độ ổn định, tăng tỉ lệ X/RH sẽ làm tăng độ chuyển hoá, tăng hiệu suất cốc/nguyên liệu, nhưng hàm lượng cốc bám trên xúc tác lại giảm xuống. Điều này được giải thích là do lượng cốc đã được dàn ra ở một lượng xúc tác lớn hơn. Khi giữ tốc độ nạp liệu M/H/M là không đổi, nếu tăng tỉ lệ X/RH thì thời gian tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu giảm, và như vậy độ hoạt tính trung bình của xúc tác tăng lên. Đó là lí do đạt hiệu quả cao của quá trình với xúc tác lớp sôi (FCC). Nhờ đạt hiệu quả cao mà cho phép giảm kích thước của thiết bị. Nhưng dễ dàng nhận thấy rằng, nếu tăng cao quá mức độ tuần hoàn xúc tác, sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình tách hơi bám trên xúc tác và làm ảnh hưởng đến quá trình tái sinh ở lò tái sinh và các trang thiết bị kèm theo. I.4. Nhiệt độ trong reactor Nhiệt độ phản ứng trong reactor thường đạt từ 480-5500C. Khi tiến hành tăng nhiệt độ, lúc đầu hiệu suất xăng tăng và sau đó đạt đến cực đại rồi giảm xuống. Điều này là do quá trình phân huỷ tăng, phản ứng phân huỷ tăng nhưng đồng thời các phản ứng bậc 2 như để hyđro cũng tăng, làm tăng hiệu suất hyđrocacbon thơm và olefin. Khi đó trong sản phẩm khí hàm lượng Công nghệ-C3 tăng, còn C4 giảm, tỷ trọng và trị số octan của xăng tăng lên. Theo bảng số liệu dưới đây, hiệu suất xăng tăng giảm nhanh ở nhiệt độ cao (4700C), còn hiệu suất khí và cốc tăng, nhưng riêng hiệu suất cốc ở nhiệt độ cao thực tế là không thay đổi (470-5000C). Bảng 5. Độ chuyển hoá C, hiệu suất sản phẩm và thành phần RH của xăng phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Nhiệt độ 0C C% Kh.L SP lỏng Xăng %Kh.L Cốc Cặn Mất mát RH no %V RH0 %V Rha %V Khí% Kh.L 400 64,5 81,5 49,2 3,7 32,2 3,2 66,8 7,7 25,3 11,6 420 70,2 76,7 49,7 4,5 27,0 2,8 61,9 8,5 29,6 16,0 435 72,1 74,4 49,1 4,8 25,3 2,6 56,5 9,6 33,9 18,2 450 75,5 69,9 47,5 5,8 22,4 2,1 50,8 10,8 38,4 22,2 470 74,5 61,9 38,6 6,5 22,5 2,9 39,6 13,9 46,5 29,5 485 74,9 59,7 33,2 7,8 24,7 2,4 28,6 15,0 56,4 32,6 500 73,8 52,5 31,3 7,2 21,0 3,2 28,6 14,8 56,4 37,1 Các số liệu nhận được khi dùng nguyên liệu là phân đoạn 230-3500C với các đặc trưng sau: Tỷ trọng 0,861 Kg/dm3 S = 1,6% Kim loại 9,6-10-4 Nhiệt độ đông đặc 6oC Thành phần RH% khối lượng : RH n0 (RHp + RHn) =85;RHa=11;RH0=4. Chế độ nhiệt độ phản ứng thay đổi từ 400-500 oC Tốc độ nạp liệu thể tích V/V/H = 0,71h-1. Sự phụ thuộc hiệu suất sản phẩm cracking vào các thông số công nghệ . a) b) Hình 3. Sự phụ thuộc của hiệu suất sản phẩm cracking vào các thông số CN I.5 Ảnh hưởng của áp suất . Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất và chất lượng của xăng.Quá trình cracking xúc tác thường tiến hành ở áp suất dư 1,41,8 atm ở điều kiện này phản ứng xảy ra ở pha hơi. Khi tăng áp suất , hiệu suất xăng tăng lên , hiệu suất khí c1c3 giảm , hàm lượng olefin và hydrocacbon thơm giảm , hàm lượng hydrocacbon no tăng và do vậy chất lượng xăng giảm (trị số octan giảm) Vậy khi tăng áp suất sẽ tăng hiệu suất xăng, còn hiệu suất khí giảm , nhưng quá trình tạo cốc tăng. Việc tăng áp suất của quá trình cracking xúc tác không có hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy chỉ tiến hành ở áp suất thường. I.6. Hiệu ứng nhiệt Hiệu ứng nhiệt của quá trình bằng tổng hiệu ứng nhiệt của các phản ứng riêng biệt của quá trình, hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào độ sâu chuyển hoá. II. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CRACKING XÚC TÁC II.1. Lịch sử phát triển công nghệ cracking xúc tác. Năm 1936 dây chuyền cracking xúc tác đầu tiên được đưa vào công nghiệp chế biến dầu, hoạt động theo phương thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định do kỹ sư người Pháp tên là Houdry thiết kế. Vì còn tồn tại nhiều nhược điểm như hoạt động gián đoạn và rất phức tạp trong vận hành, nhất là khi chuyển giao giữa hai chu kỳ: phản ứng và tái sinh xúc tác trong cùng 1 thiết bị. Dây chuyền này được nhanh chóng cải tiến và hiện chỉ còn mang ý nghĩa lịch sử của quá trình cracking xúc tác. Năm 1941, xuất hiện quá trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thay thế cho quá trình Houdry. Việc tiến hành cracking và tái sinh xúc tác đã được thực hiện ở các thiết bị riêng biệt: Thiết bị phản ứng (reactor) và thiết bị tái sinh. Xúc tác từ thiết bị phản ứng vào thiết bị tái sinh và ngược lại hoặc bằng tự chảy, hoặc bằng cưỡng bức; xúc tác đã làm việc có chứa cốc chuyển động vào lò tái sinh, còn xúc tác đã tái sinh vào lò phản ứng tạo thành một chu trình liên tục. Các dây chuyền loại này khá phổ biến. Xúc tác thường có dạng hạt hình cầu với đường kính từ 3-5mm. Dây chuyền cracking xúc tác loại này ở Nga có tên là loại 43-1 và 43-102, còn ở các nước khác có tên là Thermofor (TCC) hay houdryflow. Các dây chuyền càng về sau càng liên tục được cải tiến so với các dây chuyền ban đầu ở khâu vận chuyển xúc tác (đã dùng vận chuyển bay hơi thay cho vận chuyển cơ học). Năm 1942, dây chuyền cracking xúc tác lớp sôi (FCC) đầu tiên đã được đưa vào hoạt động với công suất 12.000 thùng nguyên liệu / ngày. Loại dây chuyền này có tên là upflow (model I). Trong dây chuyền này xúc tác được đưa ra từ đỉnh lò phản ứng và lò tái sinh. Sau đó, vào năm 1944 người ta đã tăng đường kính của thiết bị phản ứng và tái sinh, quá trình tách hơi sản phẩm được thực hiện ngay trong thiết bị phản ứng, tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi và quá trình thổi cũng ngày càng được cải tiến để cho xúc tác chuyển động từ phía dưới và lấy ra ngoài ở đáy thiết bị. Dây chuyền có thiết bị hoạt động như vậy có tên là DOWFlow model II, và đó là dạng nguyên thuỷ của loại thiết bị phản ứng và tái sinh lớp sôi hiện đại ngày nay. Tiếp theo, người ta cũng cải tiến cả hình dạng của xúc tác. Xúc tác phổ biến là loại có dạng hình vi cầu, nên giảm được sự mất mát xúc tác hay sự mài mòn thiết bị, nâng cao hiệu quả tách của xyclon. Trong dây chuyền model I, tỷ lệ xúc tác / nguyên liệu dầu (X/RH) chỉ đạt giới hạn cực đại là 3, nhưng ở model II, tỷ lệ X/RH đã có thể tăng lên từ 310. Đến năm 1946, model III là loại cân bằng áp suất đã được thiết kế bởi hãng M.W.Kellog. Năm 1947, hãng UOP đã thiết kế loại FCC trong đó thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh chồng lên nhau trên cùng 1 trục. Đến năm 1951, loại orthorFlow đầu tiên của M.W.Kellog xuất hiện. Sau đó hãng Standard-Oil (NewJerrey) đã thiết kế một loại FCC mới gọi là model IV đó là cải tiến của model II và dây chuyền công nghệ của model IV đầu tiên áp dụng trong công nghiệp vào năm 1952. Cùng với thời gian, FCC ngày càng được cải tiến để có được hiệu suất, chất lượng xăng cao hơn và có thể dùng nguyên liệu ngày càng nặng hơn, với chất lượng nguyên liệu ngày càng xấu hơn. Quá trình FCC của một số hãng công nghiệp đang dẫn đầu trong lĩnh vực này được lược tả như sau: Quá trình của UOP Cải tiến công nghệ của UOP có thể tổng quát hoá theo sơ đồ: Từ loại thiết bị chồng lên nhau trên cùng một trục chuyển sang loại bố trí cạnh nhau, đến loại đốt cháy rồi đến chuyển hoá cặn nặng. Chuyển hoá cặn nặng (RCC) của UOP là quá trình được phát triển bởi công ty ashland Oil Co. Chính hãng UOP đã thiết kế hai loại FCC: loại đốt cháy hoàn toàn và loại tái sinh hai cấp. Khi nguyên liệu ngày càng nặng hơn thì loại tái sinh hai cấp rất thích hợp và là loại được ưa chọn cho công nghiệp. Cả hai loại này cũng đã được trang bị các bộ phận làm lạnh xúc tác để điều chỉnh nhiệt độ của lò tái sinh. Loại đốt cháy trong dây chuyền FCC là loại kết hợp giữa tái sinh đơn cấp với phương pháp đốt cháy hoàn toàn cốc và CO. Còn ở loại tái sinh hai cấp của RCC thường có hai buồng đốt riêng biệt, trong buồng cấp 1 của lò tái sinh, chỉ đốt cháy 1 phần và đến cấp thứ hai mới đốt cháy hết. Khi khói từ các cấp tái sinh hoặc được trộn với nhau, hoặc đi ra ngoài riêng biệt như ở quá trình đơn cấp. Như vậy, loại FCC và RCC chỉ khác nhau ở lò tái sinh xúc tác, còn ở lò phản ứng thì hoàn toàn giống nhau. Quá trình của Kellog. Sự phát triển quá trình FCC của Kellog có thể tổng quát như sau: Từ quá trình ortho – Flow => ortho – Flow model F => Ultra – ortho- Flow => cracking cặn nặng HOC. Vận chuyển xúc tác ở dây chuyền ortho-Flow theo hướng thẳng đứng, do đó tiện lợi là có thể dùng van chặn để điều khiển quá trình tuần hoàn xúc tác. Model F được công bố vào năm 1976, đã được cải tiến nhiều về công nghệ và thiết bị: cracking xảy ra ở toàn bộ ống đứng, quá trình cháy hoàn toàn được chọn cho quá trình cracking xúc tác trong lò tái sinh, xúc tác và không khí sẽ tiếp xúc ngược dòng nhau. Model RFCC (HOC) có đặc điểm chính là: Hệ thống xyclon cũng đặt ngay ở cửa ra của ống đứng, vòi phun nguyên liệu được cải tiến để tăng cường quá trình tiếp xúc giữa nguyên liệu cracking và xúc tác. Bộ phận làm nguội cũng được thay đổi từ loại đặt ở phía “pha loảng” chuyển sang bố trí ở phía “pha đặc” trong lò tái sinh, để tránh ăn mòn, mài mòn trang thiết bị bởi xúc tác và tăng tốc độ truyền nhiệt. Hình dạng của bộ phận làm nguội xúc tác được thiết kế bởi hãng Kellog cũng tương tự như của UOP, chỉ khác là kiểu bố trí các ống trao đổi nhiệt đặt ngược chiều lại. Nhà máy RFCC của Kellog mới nhất được xây dựng ở Nhật Bản vào năm 1993. Quá trình của hãng Shell Shell có nhiều đóng góp trong việc phát triển cracking xúc tác phần cặn nặng (RFCC) và dây chuyền RFCC đầu tiên của Shell được xây dựng ở Anh năm 1988. Dây chuyền thứ hai đơn giản hơn được xây dựng ở Singapore năm 1990, dây chuyền RFCC thứ ba của Shell được xây dựng ở năm 1992. Quá trình Shell LRFCC dùng để cracking xúc tác lớp sôi cặn nặng rộng cũng có bộ phận làm nguội xúc tác để tránh sự đốt cháy quá nhiệt xúc tác . Quá trình IFP-Total và Stone và Webster. Hai hãng công nghiệp IFP-Total và Stone và Webster đã hợp tác để thiết kế quá trình RFCC với tái sinh xúc tác hai cấp . Quá trình IFP-Total cracking cặn nặng măng tên “R.2.R Process”. Nó cũng được trang bị bộ phận làm nguội xúc tác và có hệ thống kiểm tra điều khiển nhiệt độ hỗn hợp của khối lò phản ứng (MTC) và day chuyền “R.2.R Process” của IFP đã được xây dựng ở Nhật Bản từ năm 1987, đến năm 1992 đã xây dựng nhà máy thứ ba. Quá trình Exxon Hơn 10 năm liên tục cải tiến và nghiên cứu công nghệ FCC, Exxon đã đưa ra model IV của FCC và ngày nay loại III.R.Flexi-cracking là loại mới nhất của hãng . Dây chuyền này có thể dùng nguyên liệu hoặc là phần cất không hoặc phần cất nặng. II.2.Lựa chọn công nghệ Cracking Xúc tác . Qua lịch sử phát triển của quá trình cracking xúc tác , đồng thời qua phân tích đánh giá các yêu cầu khác như chế độ làm việc , nguyên liệu xúc tác ...ta thấy quá trình FCC có rất nhiều ưu điểm và thuận lợi , hệ thống này được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp dầu mỏ,Kellog, Shell, IFP, Exxon ...nghiên cứu để hoàn thiện hơn nhằm mục đích đạt năng suất hiệu quả cao nhất , sử dụng nguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm được xúc tác ...và phải là kinh tế nhất. Qua thực tế dùng hệ thống cracking xúc tác lớp sôi sử dụng xúc tác dạng bụi hay vi cầu , người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn hệ thống cracking xúc tác trong lớp xúc tác chuyển động.Những ưu điểm đó là : -Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều có cấu tạo đơn giản , so với các thiết bị khác của quá trình cracking thực tế chúng là hình rỗng . -Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngượclà nhờ sự vận chuyển liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng. -Do sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác với hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng nhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị tái sinh , khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ. - hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , như từ nguyên liệu là phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng là mazut , làm tăng tính vạn năng của hệ thống . - Hệ thống này có công suất làm việc lớn và có thời gian tiếp xúc ngắn (thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và xúc tác là cực tiểu ) dẫn đến việc đạt được hiệu suất xăng cực đại và olefin nhẹ không xảy ra phản ứng ngưng tụ bậc hai nà tạo xăng. ứng dụng phương pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO trong thiết bị tái sinh) dẫn đến đạt hàm lượng cất cặn rất thấp trong xúc tác . Qua các ưu điểm đó ta chọn sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi FCC với thời gian tiếp xúc ngắn cho quá trình cracking xúc tác . II.3 Dây chuyền FCC với thời gian tiếp xúc ngắn Trước hết nguyên lý của quá trình cracking xúc tác có thể miêu tả bằng sơ đồ: Quá trình cracking xúc tác thường được tiến hành ở điều kiện công nghệ sau: -Nhiệt độ 470550 oC - Áp suất trong vùng lắng của lò phản ứng 0,27MPa. -Tốc độ không gian thể tích truyền nguyên liệu tuỳ theo dây chuyền công nghệ có thể từ 1120m3/m3h. -Xúc tác là Zeolit mang tính axit. Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ : Nguyên liệu mới (thông thường là cặn chưng cất chân không ) từ bể chứa nguyên liệu (20) dccho qua thiết bị trao đổi ống chùm (21) để tận dụng nhiệt của các sản phẩm đi ra từ sản phẩm chưng cất chính (3) , nguyên liệu mới có thể được trộn với phần tuần hoàn HCO và cặn đáy , tất cả được đưa vào lò đốt nóng (10) để gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ cần thiết . Nguyên liệu cracking sau khi ra khỏi lò đốt (10) được đưa tới đáy ống đứng cùng dòng xúc tác nóng đã tái sinh ở nhiệt độ 600 oC , hơi nước được đưa vào đáy ống đứng , khi đó nguyên liệu bay hơi cùng hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác được đưa lên phía trên cho tới đỉnh của ống đứng đồng thời xảy ra phản ứng cracking xúc tác . Hầu hết nguyên liệu đều tham gia phản ứng và chuyển hoá trong ống đứng , còn thiết bị phản ứng được dùng để tách xúc tác và hơi hydrocacbon. Tại lối ra của ống đứng , hơi sản phẩm và xúc tác có sự chênh lệch hướng do đó xảy ra sự phân tách : xúc tác rơi xuống vùng khử hấp thụ của thiết bị phản ứng , hơi sản phẩm đi vào các cyclon. Xúc tác cuốn theo hơi sản phẩm tiếp tục được tách ra trong các cyclon . Ở cuối của ống đứng người ta dùng hơi nước để thổi xúc tác và dầu . Làm như vậy sẽ hạn chế đến mức tối đa hiện tượng trộn quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc . Vùng ống đứng và bộ phận tách hơi của thiết bị phản ứng được thiết kế cho quá trình FCC với thời gian tiếp xúc ngắn giữa xúc tác và dầu . Hơi sản phẩm sau khi tách khỏi xúc tác di chuyển tới cột phân đoạn. Xúc tác đã làm việc được cho qua vùng tách hơi (còn gọi là bộ phận rửa xúc tác ) bằng cách thổi hơi nước ở nhiệt độ 230 oC vào. Bộ phận rửa không chỉ có nhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp thụ trên xúc tác mà còn làm rơi các hạt xúc tác để chúng không dính vào nhau trước khi sang tái sinh. Cần điều chỉnh một tốc độ thích hợp cho nhiệm vụ này . Cần thiết phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lưu của xúc tác trong bộ phận rửa để tránh phải dùng quá nhiều không khí trong lò tái sinh. Áp suất trong thiết bị phản ứng được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất của cột phân đoạn . Hơi sản phẩm được đưa vào đáy cột phân đoạn chính số (3) để phân chia thành các sản phẩm khác nhau : khí hydrocacbon nhẹ , hơi xăng và hơi nước đi ra từ đỉnh tháp phân đoạn (3) qua các thiết bị làm lạnh không khí (18) và làm lạnh bằng nước (19) sau đó đi vào bồn lắng (13) . Tại đây có sự phân tách thành các lớp , nước được tách ra ở đáy ,khí đi ra từ bồn lắng một phần được sử dụng làm khí nhiên liệu cho lò đốt (10) , phần còn lại được cho qua thsản phẩm rửa khí (14) , khí sau khi rửa cho qua máy nén khí (15) thành lỏng . Xăng đi ra từ thiết bị (13) , tại đây khí không ngưng chủ yếu là C1,C2 được tách ra dùng làm khí nhiên liệu cho quá trình , nước được tách ra ở đáy bồn . Phần lỏng được đưa vào thsản phẩm tách butan (17). Sản phẩm khí trên đỉnh tháp được làm lạnh bằng không khí và làm lạnh bằng nước sau đó được đưa vào thùng tách (13), phần khí không ngưng chủ yếu là C1,C2 được tách ra , phần lỏng chủ yếu là C3,C4 được chia làm hai phần , một phần dùng làm LPG , phần còn lại hồi lưu lại đỉnh tháp . Đáy đã thu được xăng đã ổn định cho vào bể chứa (20). Cạnh tháp phân tách ta còn bố trí các tháp cạnh sườn nhằm mục đích nhận được nhiều loại sản phẩm hơn , cụ thể ta nhận được nhiều loại hơn , cụ thể ta nhận được xăng nặng LCO, HCO. Những phân đoạn này lần lượt dcqua làm lạnh bằng nước trước khi cho vào bể chứa . Một phần HCOdc dùng để tuần hoàn . Đáy tháp ta thu được dầu cặn sau khi đã làm sạch khỏi bùn xúc tác và một phần dầu cặn cũng được tuần hoàn làm nguyên liệu . Bên cạnh tháp tách ta có bố trí những hệ thống bơm làm lạnh sản phẩm để tăng hiệu quả của quá trình phân tách. Xúc tác có chứa cốc (cốc bám trên xúc tác )được chuyển qua van điều khiển và được khống chế bởi bộ phận kiểm tra mức xúc tác trong lò phản ứng . Sau đó đi vào lò tái sinh (2). Xúc tác đi vào lò tái sinh theo hướng tiếp tuyến với thành lò. Mục đích của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy của không khí , khi đó tạo thành CO, CO2 , hơi nước , nhờ vậy mà trả lại bề mặt hoạt tính cho xúc tác . Không khí sau khi nén được cho vào lò tái sinh , qua lưới phân phối để trộn có hiệu quả giữa không khí và xúc tác . Xúc tác đã tái sinh được chuyển vào ống đứng sau khi đã đuổi sạch khí qua một van lá mà sự hoạt động của van này được khống chế , điều khiển tự động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị phản ứng , rồi sau đó xúc tác được trộn với nguyên liệu cracking và hoàn thành một chu trình . Đồng thời người ta tháo xúc tác bẩn đã già hoá ra , bổ sung xúc tác mới vào để đảm bảo độ hoạt tính ổn định của xúc tác theo thời gian làm việc . Khí của quá trình đốt cháy cốc qua hai cấp cyclon để giữ lại các hạt xúc tác và tách khí rồi chuyển vào buồng lắng để tiếp tục xúc tác sau đó qua boọ phận tận dụng nhiệt , tiếp theo khí khói lò được làm sạch bụi xúc tác bằng lọc điện rồi đi ra ngoài theo ống khói . -Bộ phận chia sản phẩm : Hơi sản phẩm được nạp vào cột phân đoạn chính để chia thành các sản phẩm khác nhau, xăng và phần nhẹ hơn được cho qua bộ phận ngưng tụ rồi vào thiết bị tách khí . Sau khi tách khí , ta nhận được phân đoạn C1,C2, các sản phẩm này có thể được dùng làm khí nguyên liệu cho dây chuyền. Phân đoạn C3,C4 chứa nhiều propylen và buten được làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá và sản phẩm tiếp theo là xăng đã khử butan. Từ cột phân đoạn chính , ta còn nhận được các phân đoạn sản phẩm như naphta nặng , LCO, HCO : Phần HCO có thể cho cho tuần hoàn lại ống đứng của reactor và cuối cùng là phần dầu cặn đã được làm sạch khỏi bùn xúc tác . Một phần sản phẩm đỉnh của thiết bị tách bùn xúc tác cũng được cho tuần hoàn cùng với HCO. III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ CẢI TIẾN CỦA FCC TRONG LỌC DẦU Từ thập niên 90 trở lại đây , quá trình FCC vẫn không ngừng được cải tiến cả về công nghệ và xúc tác để tạo cho FCC trong tương lai phù hợp với yêu cầu của công nghệ lọc-hoá dầu, đồng thời cho phép sử dụng được nguyên liệu nặng hơn , nhiễm bẩn hơn , nghĩa là với chất lượng nguyên liệu ngày càng xấu hơn . Từ mục tiêu đó , các nhà thiết kế và công nghệ đã đặt ra các nhiệm vụ chính sau: 1-Cải tiến về công nghệ để thích ứng với nguyên liệu có chất lượng xấu mà hiệu suất xăng hay phần cất vẫn đạt cực đại , giảm lượng cốc , nâng cao chất lượng của xăng. 2-Chế tạo và cải tiến chất xúc tác có độ bền nhiệt , bền cơ cao , bền với các độc tố , có hoạt tính cao và ổn định, dễ tái sinh và có thời gian làm việc lâu dài hơn . 3- Chọn lựa các thông số làm việc tối ưu vbằng các công nghệ điều khiển và kiểm tra tiên tiến hiện đại. 4-Cải tiến các trang thiết bị cùng với công nghệ để không những nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn cho phép kết hợp sản xuất các nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu và hoá học . Ví dụ như nhận etylen, propylen,buten.. Chỉ trong vòng vài chục năm trở lại đây , ngoài việc nâng cao , cải tiến và áp dụng xúc tác mới có hiệu quả, người ta dã thiết kế các dây chuyền FCC hiện đại sản xuất được không những nhiều xăng với chất lượng cao hơn mà còn cho phép nhận các nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu. Thành công đó trước hết phải kể đến quá trình FCCvới thời gian cracking ngắn và siêu ngắn (MSCE), hay quá trình cracking sâu(DCC) PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG *Số liệu ban đầu : - Năng suất :1.800.000 tấn /năm - Tỷ trọng nguyên liệu :pc=0,860 Sản phẩm Hiệu suất (%TL) Trọng lượng phân tử Tỷ trọng(kg/m3) Khí Xăng Gasoil Hồi lưu Cốc Mất mát 14 40 15 26 4 1 32 120 180 260 1,22 0,750 0,830 0,860 -Thành phần hoá học của cốc là C=96%,H2=4%(TL),khí cháy thì 90% cacbon biến thành CO2, còn 10% biến thành CO. -Bội số tuần hoàn xúc tác bằng 5. -Nhiệt độ lớp sôi của xúc tác trong lò phản ứng :470 oC -Nhiệt độ lớp sôi của xúc tác trong lò tái sinh :580 oC -Nhiệt độ các sản phẩm cracking khi đi ra từ lò phản ứng là 450oC -Nhiệt phản ứng cracking xúc tác :150 kcal/1kg xăng -Tại ống vận chuyển của lò phản ứng và tại vùng khử hấp phụ có đưa vào 5 và 3% hơi nước (so với nguyên liệu ) -Hơi nước quá nhiệt đưa vào lò phản ứng có nhiệt độ là 450 oC . -Áp suất trên lớp sôi của xúc tác :1050 mmHg. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Số ngày làm việc 330 ngày Số ngày nghỉ sửa chữa lớn là 35 ngày Năng suất trong một ngày là: GNL = (tấn/ngày) - Năng suất thiết bị làm việc trong 1 giờ là: GNL = (tấn/giờ) *Năng suất của sản phẩm khí: Trong 1 năm: GK = (tấn/năm) Trong 1 ngày: GK = (tấn/ngày) Trong 1 giờ: GK = (tấn/giờ) *Năng suất của sản phẩm xăng: - Trong 1 năm: GX = (tấn/năm) - Trong 1 ngày: GX = (tấn/giờ) *Năng suất của sản phẩm gasoil - Trong 1 năm: Gg = = 270.000 (tấn/năm) - Trong 1 ngày: Gg = = 818,181 (tấn/ngày) - Trong 1 giờ: Gg = = 34,090 (tấn/giờ) *Năng suất sản phẩm hồi lưu: - Trong 1 năm: Gh = (tấn/năm) - Trong 1 ngày: Gh = =1.418,181 (tấn/ngày) - Trong 1 giờ: Gh = = 59,090 (tấn/giờ) *Năng suất sản phẩm cốc: - Trong 1 năm: GC = (tấn/năm) - Trong 1 ngày: GC = (tấn/năm) - Trong 1 giờ: GC = (tấn/giờ) *Năng suất mất mát: - Trong 1 năm: Gm = (tấn/năm) - Trong 1 ngày: Gm = x 5454,545 = 54,545 (tấn/ngày) - Trong 1 giờ: Gm = x 227,272 = 2,272 (tấn/giờ) Bảng cân bằng vật chất Thành phần % trọng lượng nguyên liệu vào Năng suất (tấn/năm) Năng suất (tấn/ngày) Năng suất (tấn/giờ) Nguyên liệu vào 100 1.800.000 5454,545 227,272 Sản phẩm ra: Khí Xăng Gasoil Hồi lưu Cốc Mất mát 14 40 15 26 4 1 252.000 720.000 270.000 468.000 72.000 18.000 763,636 2.181,818 818,181 1.418,181 218,181 54,545 31,818 90,908 34,090 59,090 9,09 2,272 Tổng 100 1.800.000 5454,545 227,27 PHẦN IV XÂY DỰNG I. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 1. Những cơ sở để xác định địa điểm xây dựng Do phân xưởng cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu. Vì vậy việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu có nghĩa là được chọn để xây dựng phân xưởng cracking. Việc chọn địa điểm xây dựng là vấn đề rất quan trọng, khó khăn với công việc thiết kế, đòi hỏi những nhà thiết kế và quản lý phải tìm hiểu và kết hợp những số liệu, những thông số kỹ thuật của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất, thuỷ văn, kinh tế, công nghiệp, xây dựng...việc xây dựng một nhà máy lọc dầu có liên quan đến chiến lược phát triển kinh tế xã hội của một vùng, một đất nước. Vì vậy việc lựa chọn địa điểm xây dựng phải thoả mãn những yêu cầu sau: - Về quy hoạch: Địa điểm xây dựng phải phù hợp với quy hoạch chung của cả vùng và có thể mở rộng hơn là các cụm kinh tế, công nghiệp của cả nước. - Về điều kiện tổ chức: + Thuận lợi cho việc cung cấp nguyên liệu + Thuận lợi cho việc tiêu thụ sản phẩm + Gần nguồn cung cấp năng lượng điện, hơi đốt, nhiên liệu - Về điều kiện kỹ thuật hạ tầng: + Địa điểm xây dựng hệ thống phải gần đường, giao thông quốc gia, quốc tế như: đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường không. + Thuận lợi về thông tin liên lạc - Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy + Địa điểm xây dựng phải đảm bảo vốn để cung cấp nguyên vật liệu vật tư xây dựng. + Có khả năng cung cấp nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy trong vận hành sau này. - Về điều kiện chính trị xã hội Địa điểm được chọn phải thuộc vùng có điều kiện chính trị xã hội ổn định * Chính phủ ta đang xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 tại Dung Quất- Quảng Ngãi, vì thế em chọn địa điểm xây dựng Dung Quất chắc hẳn sẽ thoả mãn các yêu cầu trên. 2. Đặc điểm của địa điểm xây dựng Địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu tại Dung Quất- Quảng Ngãi. Phân xưởng cracking xúc tác được xây dựng trong nhà máy lọc dầu. - Đặc điểm của khu vực Quảng Ngãi: + Nền kinh tế nhìn chung chưa phát triển, các ngành dịch vụ, thương mại chưa mạnh. + Khí hậu: Một năm thường có hai mùa là mùa mưa và mùa khô, khí hậu nói chung không ôn hoà. + Địa hình: Độ dốc nhỏ hơn 1%, không nằm trên các mỏ khoáng sản, có độ chịu nén tốt. - Ưu điểm: Dung Quất nói riêng và Quảng Ngãi nói chung nằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế của chính phủ với dự án phát triển khu công nghệ cao. Thuận lợi về giao thông đường bộ, đường thuỷ và đường hàng không. - Nhược điểm: Xa nguồn nguyên liệu, khí hậu khắc nghiệt, thường có bão lũ * Kết luận: Mặc dù còn có nhiều điểm chưa phù hợp khi chọn Dung Quất làm địa điểm xây dựng nhà máy dầu. Tuy nhiên nếu xét một cách tổng thể thì cũng có nhiều thuận lợi như: Nếu trong khu quy hoạch phát triển khu công nghiệp, có cảng nước sâu, sân bay... II. NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ XÂY DỰNG Việc xây dựng phải tuân theo những nguyên tắc sau: - Việc bố trí các hạng mục chính trong dây chuyền một cách thích hợp để đảm bảo các hạng mục đó hoạt động thuận tiện và hợp lý nhất. - Khi bố trí các công trình trên bề mặt cần phải dự kiến trước các hạng mục sẽ xây dựng ở giai đoạn sau tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng sản xuất, tránh gây ảnh hưởng đến sản xuất khi cần mở rộng và không đặt các đường ống đi quá xa. - Các công trình phu trợ cần đặt gần các công trình chính để giảm chi phí vận chuyển. - Các công trình độc hại nên bố trí riêng biệt, xa các công trình chính và cuối hướng gió, ít người qua lại. - Trạm biến thế điện nên đặt gần nơi sử dụng điện nhiều nhất như máy bơm, máy nén. - Đường giao thông trong nhà máy phải đảm bảo chiều cao, chiều rộng để xe ô tô và con người lưu thông. - Đảm bảo mỹ quan nhà máy. III. BỐ TRÍ MẶT BẰNG Trên khu đất đã chọn xây dựng , bố trí các công trình chính, các công trình phụ và các công trình phục vụ. Ngoài ra còn bố trí hệ thống đường ống, chiếu sáng, tất cả các hạng mục của công trình cần được bố trí hợp lý, đmả bảo điều kiện kỹ thuật và mỹ quan công trình 1. Đặc điểm của dây chuyền sản xuất. - Quá trình hoạt động của dây chuyền là liên tục - Trong khi vận hành có thể thải khí độc và nước ô nhiễm. - Toàn bộ dây chuyền đều lộ thiên. - Xăng cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu do đó quá trình hoạt động không thể tách riêng được. 2. Mặt bằng phân xưởng Mặt bằng phân xưởng Cracking xúc tác gồm có các hạng mục riêng Phòng bảo vệ Nhà hành chính Nhà ăn Nhà để xe Nhà xe tải Kho chứa vật tư và trang thiết bị Xưởng cơ khí Nhà thí nghiệm và phân tích Nhà điều khiển trung tâm Trạm bơm nguyên liệu Thiết bị trao đổi nhiệt Khu làm lạnh sản phẩm Tháp chưng cất phân đoạn Tháp ổn định Lò đốt nóng nguyên liệu ban đầu Lò phản ứng Thiết bị tái sinh Máy nén Thiết bị tận dụng nhiệt Khu xử lý khí thải Trạm cung cấp nước Bể chứa nguyên liệu Bồn nước Trạm điện Bể chứa sản phẩm khí Bể chứa sản phẩm xăng Bể chứa Gasoil nhẹ Bể chứa Gasoil nặng Bể chứa cặn dầu PHẦN V AN TOÀN LAO ĐỘNG I. KHÁI QUÁT Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy hóa chất nói chung và các nhà máy lọc dầu nói riêng thì vấn đề an toàn lao động và bảo vệ môi trường là hết sức quan trọng. Chi phí dành cho công tác này chiếm đến 40% chi phí vận hành. Một trong những vấn đề quan tâm nhất là an toàn cháy nổ và các nguyên nhân khác. Có thể phân chia những nguyên nhân gây tai nạn thành 3 nhóm: I.1. Nguyên nhân do kỹ thuật: Nguyên nhân này phụ thuộc vào tình trạng máy móc, thiết bị, đường ống, nơi làm việc... bao gồm: + Sự hư hỏng máy móc chính và dụng cụ, phụ tùng + Sự hư hỏng các đường ống các kết cấu thiết bị, dụng cụ, phụ tùng không hoàn chỉnh + Không đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các máy móc + Thiết rào chắn, ngăn che. I.2. Nguyên nhân do tổ chức Nguyên nhân này phụ thuộc vào việc tổ chức hoặc giao nhận công việc không đúng quy định bao gồm: + Vi phạm quy tắc quy trình kỹ thuật + Tổ chức lao động, chỗ làm việc không đúng yêu cầu + Giám sát kỹ thuật không đầy đủ + Vi phạm chế độ làm việc + Sử dụng lao động không đúng ngành nghề chuyên môn + Người lao động chưa nắm được điều lệ, quy tắc an toàn trong lao động I.3. Nguyên nhân do vệ sinh + Môi trường không khí ô nhiễm + Điều kiện khí hậu không thích nghi + Công tác chiếu sáng và thông gió không được tốt. + Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân. II. NHỮNG YÊU CẦU VỀ PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ. II.1. Phòng chống cháy Để phòng chống cháy ta thực hiện những biện pháp sau: + Ngăn ngừa khả năng tạo ra môi trường cháy + Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy trong môi trường cháy được + Duy trì nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ cho phép lớn nhất có thể cháy được + Duy trì áp suất của môi trường thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất có thể cháy được. II.2. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy Để ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy trong môi trường dễ cháy phải tuân theo những quy tắc về: + Nồng độ cho phép của những chất cháy ở dạng khí hoặc những dạng lơ lửng trong không khí. Nói cách khác phải tiến hành ngoài giới hạn cháy nổ của hỗn hợp Hydrocacbon với không khí và oxy. + Nồng độ cần thiết của các chất giảm độ nhạy trong chất cháy ở dạng khí hoặc hơi, lỏng. + Tính dễ cháy của các chất, vật liệu, thiết bị và kết cấu. III.3. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy. + Tuân theo những quy định về sử dụng, vận hành và bảo vệ máy móc, thiết bị cũng như vật liệu và các sản phẩm khác có thể là nguồn gây cháy trong môi trường cháy. + Sử dụng thiết bị điện phù hợp với loại gian phòng sử dụng điện và các thiết bị bên ngoài phù hợp với nhóm và hạng của các hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ. + Áp dụng quy trình công nghệ và sử dụng thiết bị bảo đảm không phát sinh tia lửa điện. + Có biện pháp chống sét cho nhà xưởng thiết bị. + Quy định nhiệt độ nung nóng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị, sản phẩm và vật liệu tiếp xúc với môi trường cháy. + Sử dụng những thiết bị không phát ra tia lửa điện khi làm việc với những chất dễ cháy nổ. + Loại trừ những điều kiện có thể dẫn đến tự cháy do nhiệt độ, do tác dụng hóa học và do sinh vật với các vật liệu và cơ sở sản xuất. II.4. Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ Để đảm bảo an toàn cháy nổ cần thực hiện những biện pháp sau: + Trước khi giao việc phải tổ chức cho công nhân và những người liên quan học tập và thực hành về công tác an toàn cháy nổ. Đối với những môi trường làm việc đặc biệt nguy hiểm về cháy nổ thì cán bộ và công nhân có thời gian tập dượt. + Xây dựng các phương án chữa cháy cụ thể, có kế hoạch phân chia cho từng người từng bộ phận. + Cách ly môi trường dễ cháy với các nguồn dễ gây cháy. + Với các nguồn dễ cháy phải thực hiện bằng các biện pháp sau: Cơ khí hóa, tự động hóa các quá trình công nghệ có liên quan đến sử dụng và vận chuyển chất dễ cháy. Đặt các thiết bị nguy hiểm cháy nổ nơi riêng biệt hoặc ở ngoài trời. Sử dụng những thiết bị sản xuất, bao bì kín cho những chất dễ cháy nổ Sử dụng những ngăn, vách, khoang, buồng cách ly cho những quá trình dễ cháy nổ. Bên cạnh những tai nạn có thể xảy ra do cháy nổ thì còn một vấn đề cần được quan tâm đó là “Độc tính cảu các hóa chất và cách phòng chống”. Như ta đã biết hầu hết những hóa chất trong công nghiệp ở những điều kiện nhất định đều có thể gây tác hại cho con người. Có thể phân chia những hóa chất như sau: Nhóm 1: Gồm những chất có làm cháy hoặc chủ yếu kích thích lên da và niêm mạc như Amoniac, vôi... Nhóm 2: Gồm những hóa chất gây kích thích chức năng hô hấp, những chất tan trong nước như NH3, Cl2, SO2... những chất không tan trong nước như NO2, NO3... Nhóm 3: Những chất gây ngộ độc cho máu làm biến đổi động mạch, tủy, xương. Làm giảm quá trình sinh bạch cầu như benzen, Toluen, xylen.. Những chất làm biến đổi hồng cầu thành những sắc tố không bình thường như các amin, Co, C6H5NO2... Nhóm 4: Các chất độc với hệ thần kinh như xăng, H2S, Cs, Anilin, Benzen... Quá trình nghiên cứu người ta đề ra các phương án phòng tránh sau: + Trong quá trình sản xuất phải đảm bảo an toàn trong các khâu đặc biệt là tháo nạp sản phẩm, lọc, nghiền, sấy là những khâu mà công nhân thường phải tiếp xúc trực tiếp. + Duy trì độ chân không trong sản xuất + Thay đổi chất độc dùng trong quá trình bằng những chất ít độc hại hơn nếu có thể. + Tự động hóa, bán tự động những quá trình sử dụng nhiều hóa chất độc hại + Bên cạnh những biện pháp kỹ thuật thì người lao động cần phải học tập về an toàn và có ý thức tự giác cao. KẾT LUẬN Sau hơn 2 tháng thực hiện đề tài cùng với sự cố gắng của bản thân cũng như tìm tòi tài liệu và sự hướng dẫn của thầy cô, đến nay bản đồ án của em đã hoàn thành. Qua bản đồ án này giúp em hiểu được việc đưa một thành quả của việc áp dụng nghiên cứu vào sản xuất là một quá trình hết sức phức tạp, nó đòi hỏi phải có sự liên quá trình sản xuất. Về phần lý thuyết cần phải nắm được các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, nắm được yêu cầu về xúc tác, hiểu được cơ chế phản ứng cũng như các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình. Dựa trên cơ sở lý thuyết kết hợp với các tài liệu về thiết kế cho ta phương hướng lựa chọn công nghệ thích hợp. Hiện nay trên thế giới, việc nghiên cứu các phương pháp để sản xuất xăng có trị số octan cao về chất lượng tốt vẫn là vấn đề quan trọng. Nhiều hãng đã cho ra các dạng công nghệ khác nhau. Đồng thời trên thị trường tiêu thụ xăng ngày càng tăng, sản phẩm xăng được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, an ninh quốc phòng. Do nhu cầu sử dụng xăng ngày càng tăng nên việc sản xuất xăng là một yêu cầu quan trọng, không chỉ cho ra loại xăng thường mà phải sản xuất ra xăng có trị số octan cao và chất lượng tốt. Đó cũng là một trong những nguyên nhân mà nước ta đã quyết định xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất – Quảng Ngãi và số 2 ở Nghi Sơn- Thanh Hoá. Bản đồ án này đã được hoàn thành nhưng vì điều kiện cũng như tài liệu tham khảo còn hạn chế, hơn nữa ở Việt Nam ngành hoá dầu là một trong những ngành mới và vì bước đầu làm quen với công tác thiết kế phân xưởng cho nên chắc hẳn còn thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Vậy em rất mong được sự chỉ bảo cùng những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ hoá dầu- Hữu cơ và các bạn, đặc biệt là thầy giáo T.S Nguyễn Hữu Trịnh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Mạnh Trí. Hoá hcọ và công nghệ chế biến dầu mỏ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội; 1974. 2. Trần Mạnh Trí. Dầu khí và dầu khí ở Việt Nam. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội; 1996. 3. Bộ môn nhiên liệu. Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí; trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; 1983. 4. Võ Thị Liên, Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu khí. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội; 1982. 5. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội; 1998. 6. PGS.TS Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội; 1999. 7. Kiều Đình Kiểm( Tổng công ty dầu khí Việt Nam). Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu. Nhà sản xuất khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1999 8. Bộ môn nhiên liệu. Giáo trình tính toán công nghệ các quá trình chế biến dầu mỏ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội; 1972. 9. PGS. Ngô Bình, TS. Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình Tính. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Bộ môn xây dựng công nghiệp; 1997. MỤC LỤC