PHẦN II: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG II. MÔ TẢ MỘT SỐ DẠNG THIẾT BỊ

PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ CƠ BẢN

CHƯƠNG III. ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH

THIẾT KẾ

CHƯƠNG IV. HIỆU ỨNG NHIỆT ĐỘ

CHƯƠNG V. THIẾT KẾ HỆ PHẢN ỨNG DỊ THỂ

CHƯƠNG VI. MỘT SỐ DẠNG TBPW ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG LĨNH VỰC LỌC – HÓA DẦU

1/103

CHAPTER VI REACTORS USED IN REFINING &

PETROCHEMISTRY

1. Catalytic Cracking

2. Catalytic Reforming

3. Aliphatic Alkylation

4. Steam Cracking

2/103

1. Cracking xúc tác (Catalytic Cracking)

Nguyên liệu (VD dạng lỏng) sau khi được gia nhiệt, được đưa vào TBPW qua bộ phận phun sương Gặp CXT nóng Hóa hơi

CXT: zeolite acid, rắn, dạng bột mịn, = 20 100 m

Phản ứng dị thể giữa 2 pha K - R

Thường sử dụng công nghệ FCC (Fluid Catalytic Cracking)

Các phân đoạn nặng

(VD: Vacuum Distillate) CXT

Bẻ gãy mạch

LPG (Liquefied Petroleum Gas)

Xăng

Gasoil

3/103

Thiết bị phản ứng FCC (Entrained Fluidized bed)

Ống Riser TBPW dạng ống, 2 pha K-R, tầng XT kéo theo xảy ra các phản ứng cracking / CXT

là ống hình trụ, H 30m, H/D > 20

thường có D = const, tuy nhiên, D của phần trên của ống riser có thể lớn hơn (sự tăng nhanh số phân tử của hỗn hợp phản ứng). Phần dưới của riser có D bé hơn zôn tăng tốc do vận tốc của hỗn hợp tăng nhanh từ 4,5 6m/s khi vào ống riser đến 18m/s khi ra khỏi đỉnh

4/103

2. Reforming xúc tác (Catalytic Reforming)

Là quá trình tái tạo xăng

CXT: rắn, 2 chức: Pt (+ promotor: Re, Ir, Ge, Sn) / Al2O3

Phản ứng dị thể, 2 pha K – R

Có thể sử dụng TBPW dọc trục hay xuyên tâm với 2 CN:

Semi-regeneration: fixed bed

Continuous: Moving bed

Các phân đoạn nhẹ

P & N (6 10 C)

có RON thấp

CXT A có số C tương ứng

có RON cao

5/103

6/103

7/103

Schematic cross section of a cylindrical catalytic reactor with a fixed bed and axial flow

8/103

Schematic cross section of a spherical catalytic reactor with a fixed bed and axial flow

9/103

Schematic cross section of a

cylindrical catalytic reactor with a fixed bed and

radial flow

10/103

Schematic cross section of a cylindrical catalytic reactor with a moving bed and radial flow

Feed

Product 11/103

3. Alkyl hóa (Aliphatic Alkylation)

Sản xuất xăng có thành phần là các HC nhiều nhánh (iC8) có RON cao = alkyl hóa các iP (iC4) bởi các olefine (C4

=)

Phản ứng chính: dị thể, 2 pha Lỏng (HC)/Lỏng (Acid), tỏa nhiệt

i-C4H10 + C4H8 i-C8H18

FCC Unit Isomerization Unit

(giàu olefin) (giàu iP)

CXT lỏng

H2SO4/HF

12/103

Sơ đồ công nghệ

1. Với chất xúc tác là H2SO4

a. Công nghệ Stratco

b. Công nghệ Exxon/Kellogg

2. Với chất xúc tác là HF

a. Công nghệ Phillips

b. Công nghệ UOP

13/103

a. Công nghệ Stratco (CXT H2SO4)

14/103

a. Công nghệ Stratco (CXT H2SO4)

Loại TBPW tiếp xúc, nằm ngang

Bên trong có 1 chùm ống hình chữ U dọc theo thân TBPW,

chùm ống này chứa tác nhân làm lạnh để duy trì T 1oC.

Một đầu TBPW có gắn cánh quạt nối với turbine hơi khuấy

trộn đều hỗn hợp iC4 + C4= với H2SO4 nhũ tương

Nhũ tương chuyển động ngoại biên dọc theo thành thiết bị

(%Conv 99 %) vào trong qua hệ thống chùm ống trao

đổi nhiệt để tác nhân lạnh hấp thụ nhiệt của phản ứng lại

được hút vào cánh quạt khuấy trộn tiếp tục như vậy

Năng suất riêng = 0,39 0,44m3 alkylate/m3 TBPW/h

15/103

b- Công nghệ Exxon/Kellogg (CXT H2SO4)

TBPW loại khuấy trộn, nhiều ngăn

Thường là 5 ngăn, trong mỗi ngăn có bộ phận khuấy trộn đủ

mạnh tạo nhũ tương HC/H2SO4 có nồng độ như nhau ở

mọi điểm trong bậc đó

iC4 và H2SO4 được dẫn vào ở cùng một đầu và chuyển động

từ ngăn trước sang ngăn tiếp theo nhờ chảy tràn.

C4= được dẫn đồng thời vào 5 ngăn với tỉ lệ đã chọn trước

Năng suất riêng 0,15 0,18m3 alkylate/m3 TBPW/h

16/103

Sơ đồ cấu tạo của thiết bị phản ứng theo công nghệ Exxon/Kellogg

17/103

Close up of the contact cells

18

c- Công nghệ Phillips (CXT HF)

TBPW dạng ống với 2 pha lỏng:

dòng nguyên liệu ban đầu + iC4 hồi lưu bơm vào phần dưới của TBPW dạng ống qua hệ thống các ống nhỏ với vận tốc khá lớn.

HF chuyển động tuần hoàn trong TBPW dạng ống này.

Do được bơm vào với vận tốc > HC bị phân tán thành những hạt nhỏ/môi trường acid nhũ tương chuyển động từ dưới lên trên/TBPW dạng ống zôn lắng

20 40s

Năng suất riêng 4 7m3 alkylate/m3 TBPW/h

19/103

Sơ đồ nguyên lý TBPW dạng ống theo công nghệ Phillips

20/103

d- Công nghệ UOP (CXT HF)

TBPW là phần vỏ của 1 thiết bị TĐN thẳng đứng.

Hỗn hợp HC được bơm vào nhiều vị trí khác nhau của thiết bị TĐN qua hệ thống các ống nhỏ với vận tốc lớn để đảm bảo tạo thành nhũ tương với acide HF (được bơm vào đáy TBPW).

Nhiệt phản ứng sẽ được tác nhân làm lạnh là nước hấp thụ

Tuỳ năng suất có thể sử dụng 1 hoặc 2 TBPW

Nếu sử dụng 2 TBPW sẽ làm việc liên tục có các thiết bị lắng riêng kèm theo. HF và iC4 của TBPW I sẽ đi vào TBPW II. Ngược lại, dòng C4

= ban đầu lại chia đều vào 2 TBPW với mục đích làm tăng tỉ số iC4/C4

= lên trong mỗi TBPW

Năng suất riêng của TBPW 2m3alkylate/m3 TBPW/h

21/103

Sơ đồ nguyên lý 1 TBPW theo công nghệ UOP

Sơ đồ 2 TBPW làm việc liên tục theo công nghệ UOP

22/103

4. Quá trình cracking hơi

Đây là quá trình chính để sản xuất C2= và C3

=

2 phản ứng chính: bẻ gãy mạch C-C và khử H

Thu nhiệt, số phân tử và thuận nghịch Xảy ra thuận lợi ở điều kiện T cao và P thấp

Yêu cầu của quá trình:

Tiến hành ở T cao (>800oC)

ppHC càng thấp càng tốt

lưu ở T cao rất nhỏ để phản ứng phụ

Làm lạnh nhanh dòng SP ra để dừng phản ứng

23/103

Sketch of reaction section of a steam cracking unit

24

Different types of tubes used in Steam Cracking A. Horizontal tube B. Vertical tube with uniform diameter C. Multiple inlet tube with variable diameter D. Dual inlet tube with variable diameter, type W E. Dual inlet tube with variable diameter, type U F. Vertical small diameter tube (millisecond)

25