ĐATN- Công nghệ FCC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ---------------------------------------------------------------------------------------------- 4

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH FCC ----------------------------------------------------------------- 5

1. Vai trò của quá trình FCC trong công nghệ lọc hóa dầu ------------------------------ 5

2. Cơ chế phản ứng ------------------------------------------------------------------------------ 6

2.1. Phản ứng phân huỷ các mạch CC, phản ứng cracking ----------------------------- 6

2.1. Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá) -------------------------------------------------- 7

2.2. Phản ứng chuyển dời hydro dưới tác dụng của xúc tác ------------------------------ 7

2.3. Phản ứng trùng hợp------------------------------------------------------------------------ 7

2.4. Phản ứng alkyl hoá và khử alkyl hoá ---------------------------------------------------- 7

2.5. Phản ứng ngưng tụ tạo cốc --------------------------------------------------------------- 7

3. Động học cho quá trình phản ứng -------------------------------------------------------- 12

4. Nguyên liệu, sản phẩm và xúc tác của quá trình FCC ------------------------------- 13

4.1. Nguyên liệu ------------------------------------------------------------------------------- 13

4.2. Sản phẩm ---------------------------------------------------------------------------------- 16

4.3. Xúc tác ------------------------------------------------------------------------------------- 18

5. Các thông số công nghệ trong quá trình FCC ----------------------------------------- 21

5.1. Mức độ chuyển hóa C: ------------------------------------------------------------------ 21

5.2. Bội số tuần hoàn xúc tác. --------------------------------------------------------------- 21

5.3. Tốc độ nạp liệu. -------------------------------------------------------------------------- 22

5.4. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng ------------------------------------------------------- 22

5.5. Áp suất ------------------------------------------------------------------------------------- 23

6. Một số công nghệ FCC hiện nay ---------------------------------------------------------- 23

6.1. Công nghệ của Kellog. ------------------------------------------------------------------ 24

6.2. Công nghệ của hãng Shell -------------------------------------------------------------- 24

6.3. Công nghệ IFP – Total và Stone & Webster. ---------------------------------------- 24

6.4. Công nghệ Exxon. ------------------------------------------------------------------------ 24

6.5. Công nghệ của hãng UOP -------------------------------------------------------------- 25


2

CHƯƠNG II

H NH NH CC ----------------------------------------------------------------- 30

1. h h h h CC ---------------------------------------------- 30

1.1. Mô hình hóa cụm thiết bị phản ứng ------------------------------------------------ 30

1.1.1. Mô hình Riser ---------------------------------------------------------------------- 35

1.1.2. h h h lò đốt coke ---------------------------------------------------------- 40

1.2. Mô hình hóa thiết bị CC o ường mô phỏng UNISIM ------------ 41

2. hỏ h CC H .Refinery --------------------------------------- 43

2.1. Các thông số công nghệ ---------------------------------------------------------------- 45

2.2. ệ ------------------------------------------- 47

2.2.1. Tính toán cân b ng v t ch t cụm thiết bị Riser - Regenerator ------------- 47

2.2.2. Tính toán cân b ng nhiệ ng cụm thiết bị Riser - Regenerator -------- 48

CHƯƠNG III

NGHI N C C NG NGH ----------------------------------------------------------------- 56

1. N h cứ ả h hư củ h ệ độ củ l ệ đầ o đế h --- 56

2. Ả h hư ng củ độ nhớt -------------------------------------------------------------------- 57

3. N h cứ ả h hư củ ( Riser Outlet Temperature) --------------------- 58

4. Ả h hư củ hờ hả ứ ------------------------------------------------------ 59

5. Ả h hư ng của tốc độ nạp liệu riêng[1] ------------------------------------------------- 61

6. Ả h hư ng của tỉ lệ Zeolit - Alumina trong xúc tác. --------------------------------- 62

7. Ả h hư ng của tỷ lệ hơ ước đưa vào cùng nguyên liệu --------------------------- 65

8. Tố ư h c hệ ----------------------------------------------------------------------- 67

CHƯƠNG IV

THIẾT KẾ XÂY DỰNG ------------------------------------------------------------------------ 68

1. X c đị h đị đ ểm xây dựng --------------------------------------------------------------- 68

1.1. Các cơ sở xác định địa điểm xây dựng của nhà máy: ------------------------------- 68


3

1.2. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng : --------------------------------------------- 68

1.2.1. Các yêu cầu chung đối với địa điểm xây dựng: ----------------------------------- 68

1.2.2 Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: -------------------------------------------------- 71

1.2.3. Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp: ----------------------------------------------- 71

1.2.4. Đặc điểm của địa điểm xây dựng: -------------------------------------------------- 73

2. Thiết kế tổng mặt b hâ xư ng ----------------------------------------------------- 73

2.1. Yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng cracking xúc tác: ---------------------- 73

2.1.1. Các yêu cầu chung: ------------------------------------------------------------------- 73

2.1.2. Các yêu cầu riêng: --------------------------------------------------------------------- 76

2.2. Thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng cracking xúc tác ------------------------------ 76

2.3. Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản: ----------------------------------------------- 79

3. Thiết kế xây dự hâ xư ng Cracking xúc tác ------------------------------------- 79


4

MỞ ĐẦU

Cracking xúc tác chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong công nghiệp chế biến

dầu mỏ. Lượng dầu mỏ dùng để chế biến bằng cracking xúc tác là tương đối lớn. Ví dụ

như: vào tháng một năm 1965 tổng lượng dầu mỏ nước Mỹ chế biến là 1500 tấn/ngày

trong đó có 800 tấn/ngày (tức khoảng 53%) được chế biến bằng cracking xúc tác.

Mục đích quá trình cracking xúc tác là biến đổi phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi

cao thành các sản phẩm nhẹ có chất lượng cao, có giá trị. Quá trình Cracking xúc tác là

quá trình không thể thiếu được trong bất kỳ nhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì

quá trình này là một trong các quá trình chính sản xuất xăng. Xăng thu được từ quá trình

này được dung để phối trộn với các loại xăng khác để tạo ra các mác xăng khác nhau.

Khối lượng xăng thu được từ các quá trình FCC chiếm tỉ lệ rất lớn khoảng 70 ÷ 80% so

với tổng lượng xăng thu được từ các quá trình chế biến khác. Lượng nguyên liệu được

chế biến bằng cracking xúc tác chiếm tương đối lớn, thường chiếm khoảng 50% công

suất nhà máy lọc dầu.

Tuy nhiên, quá trình Cracking xúc tác ( CC) c ng là quá trình phức tạp, nhiều quá

trình di n ra đ ng thời. o đó để tính toán quá trình là vô c ng khó khăn và phức tạp.

Hiện nay, sự phát triển của công nghệ thông tin đ giúp quá trình tính toán phức tạp trở

nên nhanh hơn, trong đó có việc ứng dụng công nghệ thông tin vào tính toán thiết kế các

quá trình CC. Một số phần mềm mô phỏng như ProII, HYSYS, UNISIM, N IM,

...đ được xây dựng và đang phục vụ h u ích. Việc sử dụng thành thạo các phần mềm

này trong công nghiệp sẽ đem lại lợi ích kinh tế to lớn. Và đặc biệt là đối với giáo dục,

chúng là nh ng công cụ giúp cho các tân kỹ sư làm quen dần với công nghệ trong thực tế

mà không mất nhiều thời gian.

Nội dung đ án bao g m:

Chương 1: Tổng quan công nghệ FCC

Chương 2 : Xây dựng mô phỏng công nghệ FCC

Chương 3 : Nghiên cứu các chế độ công nghệ.

Chương 4: Thiết kế xây dựng phân xưởng FCC


5

Chươ I

TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH CC

1. V ò củ h CC o c hệ lọc h dầ

Quá trình cracking xúc tác là quá trình không thể thiếu trong bất kỳ nhà máy

lọc dầu nào. Mục đích của quá trình cracking xúc tác là nhận thêm phân đoạn xăng

và nhiên liệu phản lực từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn, chủ yếu là phần cất

nặng hơn từ các quá trình chưng cất trực tiếp AD (Atmostpheric Distillation) và

VD (Vacuum Distillation) của dầu thô. Ngoài ra còn thu thêm một số sản phẩm

khác như gasoil nhẹ, gasoil nặng, khí là nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu.

Kể từ khi công nghệ cracking xúc tác đầu tiên được vận hành năm 1923, cho

đến nay công nghệ này đ đạt được nhiều cải tiến với xu hướng tạo ra nhiều xăng

với chất lượng xăng tốt hơn và từ nguyên liệu có chất lượng ngày càng kém. Công

nghệ cracking xúc tác đầu tiên do Houdry thiết kế làm việc gián đoạn, công suất

thấp và vận hành phức tạp. au đó công nghệ này tiếp tục được cải tiến với công

nghệ lớp xúc tác chuyển động làm việc liên tục. Đến năm 1942, công nghệ

cracking xúc tác tầng sôi (gọi tắt là CC) đầu tiên được khởi động, cùng với đó là

việc sử dụng loại xúc tác có hiệu suất làm việc tốt hơn. Hiện nay các nhà máy lọc

dầu trên thế giới đều đ áp dụng công nghệ FCC.

Xu hướng công nghệ FCC hiện nay bên cạnh việc tạo nhiều xăng chất lượng

cao, thích ứng với nhiều ngu n nguyên liệu còn phải có tính chọn lọc sản phẩm,

nghĩa là công nghệ phải có khả năng điều chỉnh để tạo ra sản phẩm mong muốn vì

dụ như công nghệ cracking xúc tác sâu (DCC) của Stone & Webster Engineering.

Corp và công nghệ MSCC của UOP,…[1]


6

2. Cơ chế hả ứ [3]

Trong điều kiện mà chúng ta tiến hành quá trình cracking xúc tác, một số

lượng lớn các phản ứng hóa học xảy ra và chúng quyết định chất lượng hiệu suất

của quá trình. Đó là các phản ứng sau:

2.1. P ả ứ p uỷ mạ CC, p ả ứ ra k

Là phản ứng phân huỷ bẻ gẫy mạch nh ng phần tử có kích thước lớn (trọng

lượng phân tử lớn) thành nh ng phần tử có kích thước nhỏ hơn (trọng lượng phân

tử nhỏ hơn). Đây là phản ứng chính của quá trình.

+ Phân huỷ parafin tạo olefin và parafin có trọng lượng phân tử nhỏ hơn

CnH2n+2 CmH2m + CpH2p+2 (n = m + p)

+ Bẻ g y mạch olefin tạo olefin nhỏ hơn

CnH2n CmH2m + CpH2p (n = m + p)

+ Hydrocacbon thơm có nhánh bên bị bẻ gẫy tạo thành parafin và

hydrocacbon thơm có nhánh nhỏ hơn

ArCnH2n+1 ArCmH2m+1 + CpH2p (n = m + p)

+ Naphten bị bẻ gẫy mở vòng tạo các olefin (trừ vòng hexan)

CnH2n CmH2m + CpH2p (n = m + p)

naphten olefin olefin

CnH2n C6H12 + CmH2m + CpH2p (n = m + p+ 6)

naphten xyclohexan olefin olefin

2.1. P ả ứ đồ p ( z me )

Là phản ứng tạo ra nh ng hydrocacbon có cấu trúc mạch nhánh (cấu tử làm

trị số octan tăng lên).

n-olefin izo-olefin

n-parafin izo-parafin


7

2.2. P ả ứ uyể dờ ydr d ớ dụ ủa xú

Nhờ có xúc tác mà có sự phân bố lại hydro cho nên đ làm no được một số

hydrocacbon đói (sản phẩm phân huỷ), vì vậy làm tăng được tính ổn định hoá học

của sản phẩm thu.

Naphten + olefin hydrocacbon thơm + parafin

2.3. P ả ứ rù p

Chủ yếu xảy ra với hydrocacbon đói.

CnH2n + CmH2m CpH2p (n + m = p)

2.4. P ả ứ a ky à k ử a ky

Phản ứng alkyl hoá xảy ra ở nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu suất khí.

ArH + CnH2n Aromat CnH2n+1

Hydrocacbon thơm olefin alkyl thơm

Phản ứng khử alkyl hoá ngược với phản ứng alkyl hoá, xảy ra ở nhiệt độ cao

và tạo nhiều khí.

2.5. P ả ứ ụ ạ ố

Phản ứng này chủ yếu xảy ra đối với các hydrocacbon thơm đa vòng, xảy ra

khi nhiệt độ cao.

2H2 H22


8

ự tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác là không mong muốn, vì cốc tạo

thành thường bám trên bề mặt xúc tác, giảm hoạt tính bề mặt xúc tác, giảm thời

gian làm việc của xúc tác.

Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng trên khác nhau về dấu c ng như về giá trị.

Đa số các phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt mạnh, còn các phản ứng như

phản ứng đ ng phân hoá, chuyển vị hydro, polyme hoá và phản ứng ngưng tụ là

các phản ứng toả nhiệt yếu. Hiệu ứng nhiệt tổng cộng của quá trình cracking xúc

tác là thu nhiệt, với giá trị thay đổi từ 100 đến 400 kJ/kg nguyên liệu, tuỳ theo bản

chất của nguyên liệu được sử dụng trong quá trình.

Hiện nay, vẫn chưa có sự nhất trí hoàn toàn trong việc giải thích cơ chế xúc

tác quá trình cracking. Nhưng nhìn chung thì phổ biến hơn là giải htích theo cơ chế

ioncacboni. Các ioncacboni này được tạo ra khi mà các phân tử hydrocacbon của

nguyên liệu tác dụng với tâm axit của xúc tác. Theo thuyết này thì quá trình

cracking xúc tác xảy ra theo 3 giai đoạn chính sau đây:

a. ạ a

Paraffin: Các hydrocacbon paraffin, trong quá trình tiến hành cracking xúc

tác, sẽ bị hấp phụ trên trung tâm axit Lewis của chất xúc tác để tạo ra ion cacboni.

Ví dụ : Cracking n-hexan

CH3-CH+-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 +H2

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

Điện tích dương không bao giờ nhận được ở cacbon bậc một.

Tổng quát có thể viết :

A (H +)

CnH2n+2 CnH2n+1 + H2

Ngoài ra, Parafin c ng có thể bị hấp phụ trên nh ng tâm axit Bronsted:


9

CnH2n+1 + H2

CnH2n+2 + H+ CnH2n+3

CmH2m+1 + CpH2p

- Olefin: Đây là thành phần không có trong nguyên liệu ban đầu của quá

trình mà nó được tạo ra do sự phân hủy các hydrocácbon thơm, parafin, naphten

,...olefin là hợp chất rất hoạt động, nhờ vậy mà nó tham gia vào phản ứng tạo Ion

cacboni do sự tác dụng của olefin với tâm axit Bronsted của xúc tác:

Ion cacboni tạo thành do tác dụng của olefin với tâm axit Lewis của xúc tác:

hoặc là:

CnH2n + H+ Cn

+H2n+1

CnH2n + L C+

nH2n+1 + LH

Ion cacboni tạo thành trong các phản ứng tuân theo quy tắc nhất định. Như

khi olefin tác dụng với H+(xt) thì xác suất tạo alkyl bậc 2 lớn hơn alkyl bậc một.

+ H+(xt)

+

R1 CH C R2 + (xt)

H

R1 CH C R2

H H

RH + R+

H Al O Si

O

Oolefin

Al O Si

O

O

CH3 CH2 CH CH2

+

CH3 CH2 CH2 CH2

+

dÔ t¹o thµnh h¬nCH3 CH2 CH CH2 H+(xt)+


10

Khi olefin có liên kết đôi ở cacbon bậc 3 thì ion cacboni bậc 3 d tạo thành

hơn ở cacbon bậc 2.

Từ hydrocacbon naphten:

Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit của xúc tác hay các ion

cacboni khác sẽ tạo ra các ion cacboni mới tương tự như quá trình xảy ra với

parafin.

Từ hydrocacbon thơm: người ta quan sát thấy sự tạo thành ion cacboni là

sự kết hợp trực tiếp của H+ vào nhân thơm:

Các hydrocacbon thơm có mạch bên đủ dài thì sự tạo thành ion cacboni

c ng giống như trường hợp parafin.

Thời gian sống của các ion cacboni được tạo ra dao động từ phần triệu giây

đến hàng phút. Các ion cacboni này tạo ra nằm trong lớp các phần tử hấp phụ,

chúng là nh ng hợp chất trung gian rất hoạt động đối với nhiều phản ứng xảy ra

khi cracking.

b. G a đ ạ ế đổ a

Các ion cacboni là nh ng hợp chất rất hoạt động, chính vì vậy khi được tạo

ra từ giai đoạn trên lại nhanh chóng tham gia vào các phản ứng biến đổi khác nhau

như:

- Phản ứng đ ng phân hoá, chuyển dời ion hydro, nhóm metyl tạo cấu trúc

nhánh.

RCCCC CCCCR

H+CH2 CH3

+

CH2 CH3

H+

R CH2 CH CH3

+

CH3

R C CH2

+

CH3

R CH CH2

+

++

dÔ t¹o thµnh h¬nH+(xt)+CH3 CH C CH3

CH3

CH3

CH3 CH2 C CH3

+

CH3

CH3 CH CH CH3

+


11

Độ ổn định của ion cacboni theo bậc là giảm dần như sau:

C3+ (bậc 3) > C2

+ (bậc 2) > C3

+ (bậc 1)

- Ion cacboni tác dụng với phân tử trung hoà tạo thành ion cacboni mới và

phân tử mới (hydrocacbon no hay đói) theo phản ứng vận chuyển ion hydrit.

C+

nH2n+1 + CmH2m CnH2n + C+

mH2m+1

C+

nH2n+1 + CmH2m+2 CnH2n+2 + C+

mH2m+1

- Phản ứng cracking: Các ion cacboni có số nguyên tử cacbon lớn xảy ra sự

phân huỷ và đứt mạch ở vị trí so với nguyên tử cacbon tích điện. ản phẩm phân

huỷ là một phân tử hydrocacbon trung hoà và ion cacboni mới có số nguyên tử

cacbon nhỏ hơn:

.

Nếu ba liên kết CC ở vị trí thì liên kết CC ở vị trí [A] là có xác suất đứt

mạch lớn nhất, sau đó đến vị trí [B] và cuối cùng đến vị trí [C].

Với ion cacboni mạch thẳng:

Đối với ion cacboni là đ ng đẳng của benzen, ví dụ nếu áp dụng quy tắc vị

trí bình thường thì ở vị trí đó rất bền v ng. Chính vì vậy mà người ta cho rằng

proton phải được kết hợp với một trong nh ng liên kết CC trong nhân thơm tạo

thành nh ng hợp chất trung gian, sau đó mới phân huỷ theo quy tắc nêu ở trên. Khi

phân huỷ, điện tích ion cacboni sẽ dịch chuyển theo sơ đ sau:

R C C C C C C+

C

C

[A] [B]

[C]

+

CH3 CH CH2 R+

RCH3 CH CH2

+

C

C C+

C

CH C+

+C

C C

C+

H


12

Như vậy trong hydrocacbon thơm hiệu ứng tích điện ở nhân thơm là nguyên

nhân quan trọng hơn so với nguyên nhân là sự biến đổi ion cacboni bậc hai thành

bậc ba.

Các ioncacboni là đ ng đẳng của Benzen mà có mạch nhánh càng dài thì tốc

độ xảy ra càng lớn và càng d . Ví dụ như ioncacboni izobutyl-benzen có tốc độ lớn

hơn 10 lần so với ioncacboni izopropyl-benzen .

Các nhóm metyl, etyl, rất khó bị đứt ra khỏi nhân Benzen (vì có năng lượng

liên kết lớn) và do đó khó tạo được ion CH3+ và C2H5

+. Điều này đ giải thích được

vì sao trong xăng cracking xúc tác lại có hàm lượng hydrocacbon có mạch nhánh

bên ngắn là lớn và c ng giải thích được là vì sao trong sản phẩm khí của quá trình

cracking lại nhiều hydrocacbon mạch nhánh.

. G a đ ạ dừ p ả ứ

Giai đoạn này xảy ra khi các ion cacboni kết hợp với nhau hoặc chúng

nhường hay nhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạo thành các phân tử trung hoà.

Nhìn chung, nh ng phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cracking xúc tác là rất

phức tạp.

3. Độ học cho h hả ứ [1]

Về động học, cracking xúc tác là một thí dụ điển hình về quá trình xúc tác dị

thể. Quá trình cracking xúc tác có thể xảy ra các giai đoạn sau:

1- Quá trình khuếch tán nguyên liệu đến bề mặt xúc tác (khuếch tán ngoài).

2- Khuếch tán hơi nguyên liêu đến các tâm hoạt tính trong lỗ xốp của xúc

tác (khuếch tán trong).

3- Hấp phụ nguyên liệu trên tâm hoạt hoạt tính xúc tác.

4- Các phản ứng hóa học trên bề mặt xúc tác.

5- Khử hấp phụ các sản phẩm cracking và nguyên liệu chưa tham gia phản

ứng ra khỏi bề mặt và ra khỏi lỗ xốp của xúc tác.

6- Tách các sản phẩm cracking và nguyên liệu chưa tham gia phản ứng ra

khỏi vùng phản ứng.

Tốc độ chung của quá trình như vậy sẽ được quyết định bởi giai đoạn nào

chậm nhất. Phản ứng xảy ra trong vùng động học hay vùng khuếch tán hoàn toàn

phụ thuộc vào bản chất của xúc tác được sử dụng, phụ thuộc vào bản chất của

nguyên liệu và vào chế độ công nghệ của quá trình. Các nghiên cứu đ cho thấy,

nếu quá trình cracking xúc tác nguyên liệu là gazoil nhẹ (nguyên liệu mẫu) trên

xúc tác dạng cầu khi kích thước hạt xúc tác từ 3 5 mm và nhiệt độ là 450


13

500oC thì phản ứng xảy ra ở vùng trung gian gi a động học và khuếch tán. Còn khi

cracking lớp sôi (FCC) của xúc tác ở nhiệt độ 480 530oC 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 = vo.n.ln(1 x) (n 1)x

ở đây: k: tốc độ của phản ứng (mol/g.h)

vo : tốc độ truyền nguyên liệu (mol/h)

n: số mol sản phẩm được tạo thành từ 1 mol nguyên liệu

x: mức độ chuyển hóa (phần mol).

Đối với phân đoạn dầu trên xúc tác zeolit, phương trình bậc 1 lại có dạng sau:

k=vo/(1-x)

ở đây vo là tốc độ thể tích không gian truyền nguyên liệu (m3/m

3.h).

4. N l ệ , ả hẩ xúc c của quá trình FCC[1,3]

4.1. N uyê ệu

Các nhà máy lọc dầu phải chế biến nguyên liệu từ nhiều loại dầu thô khác

nhau. Chất lượng của dầu thô thường bị biến đổi theo từng vùng khác nhau, do đó

người ta phải xác định rõ các tính chất đặc trưng của từng loại nguyên liệu để đảm

bảo vận hành ổn định của các công nghệ chế biến (cracking, reforming,…). Việc

xác định đặc trưng nguyên liệu FCC là nhiệm vụ rất quan trọng cho sự hoạt động của

quá trình FCC. Nhờ đó, người ta có thể chọn chất xúc tác, xử lý các sự cố, tối ưu hóa

quá trình cracking xúc tác.

Hai yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu FCC:

- Các hydrocacbon gồm parafin, olefin, naphtenic và các aromatic. Parafin

d bị cracking và tạo ra lượng sản phẩm lỏng nhiều nhất, ít khí nhiên liệu nhưng

sản phẩm có trị số octan thấp. Còn đối với olefin, hợp chất này không có trong dầu

thô, nó có mặt trong nhiên liệu FCC là do các quá trình xử lý trước đó (cracking

nhiệt, hydrocarcking,…), đây là hợp phần không mong muốn do nó thường bị


14

polyme hóa tạo ra cốc và nhựa. Naphtenic được xem là thành phần mong mu n bởi

sản phẩm của nó có giá trị octan cao. Trong khi đó hợp phần aromatic vừa có tác

dụng tạo sản phẩm có octan cao nhưng mặt khác chúng làm giảm độ chuyển hóa,

giảm hàm lượng gasoline, tăng sản lượng LCO, slurry và cốc. Ngày nay trong

nguyên liệu CC người ta thường hạn chế thành phần của aromatic.

- Các tạp chất: Đối với các ngu n nguyên liệu là các phân đoạn dầu nặng,

ngoài thành phần hydrocabon còn chứa nhiều hợp chất chứa lưu huỳnh, nito và

kim loại. Các tạp chất này đều nằm trong thành phần các các chất h u cơ phân tử

lớn, thường gây nhi m độc xúc tác, giảm hoạt tính và độ chọn lọc, điều này làm

giảm chất lượng sản phẩm. Thông thường nếu sản phẩm có chứa nhiều tạp chất thì

trước khi đưa vào CC, nguyên liệu cần được xử lý bằng quá trình hydrotreating

Theo lý thuyết thì bất kỳ phân đoạn chưng cất nào của dầu mỏ có điểm sôi

lớn hơn xăng đều có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác. Tuy

nhiên để đạt được hiệu quả kinh tế người ta thường chọn các phân đoạn nặng thu

được từ quá trình cracking nhiệt, cốc hóa chậm, các phân đoạn dầu nhờn trong

chưng cất chân không và dầu mazut đ được tách nhựa. Có thể phân nguyên liệu

FCC thành các nhóm sau:

- Nhóm 1: Phân đoạn Kerosen – sola nhận được từ quá trình chưng cất trực

tiếp và có giới hạn sôi từ 2100C đến 360

0C. Đây là nhóm nguyên liệu dùng tốt nhất

cho sản xuất xăng ô tô và xăng máy bay.

- Nhóm 2: Nguyên liệu lấy từ chưng cất chân không phân đoạn gasoil, có

nhiệt độ sôi từ 300oC đến 550

oC.

- Nhóm 3: Nguyên liệu có thành phần cất rộng từ 210oC đến 550

oC.

- Nhóm 4: Nguyên liệu có nhiệt độ sôi từ 300oC đến 450

oC.

Trong các nhóm nguyên liệu kể trên thì nhóm nguyên liệu lấy từ chưng cất

chân không gasoil là phổ biến nhất. Tuy nhiên do ngu n nguyên liệu tốt ngày càng

cạn dần nên trong tương lai xu hướng của quá trình cracking xúc tác là sử dụng

nh ng nguyên liệu nặng và chất lượng xấu hơn.


15

B1.1. Thành phần nguyên liệu từ cặn quá trình chưng cất dầu thô Blend và Bạch Hổ

Crude

(Sour)

Blend

100%

(Sweet)

Bach Ho

ASTM

Test method

Cut range, TBP °C 370+ 370+

Vol% on Crude 46.6 47.3

Wt% on Crude 50.0 50.1

API Gravity 26.95 28.9

SG at 15/4°C 0.893 0.882

Nitrogen wt ppm 1800 1300

Sulphur wt% 0.55 0.05 D1266

Conradson Carbon wt% 2.66 1.57 1.57 D189

Vanadium wt ppm. 10.5 0 D2787

Nickel wt ppm 5 1

Sodium wt ppm 1.6 1.6 D2788

Viscosity @ 50°C cSt 43.4 43.4 D445

Viscosity @ 100°C cSt 8.8 9

Pour point °C 50 52 D97

Asphaltenes wt% 2.0 1.0 D128

Wax content wt% N/A 41

Hydrogen wt% 12.7 12.84 D1018

Neutralization No. mg KOH/gm 0.05 0.05 D3242

Characterization "K" factor 12.58 12.78

(D1160 @ 760 mmHg) °C

IBP 263 262

10% 379 379

30% 435 437

50% 475 480

vol% above @ 550°C 32.4 32.5


16

4.2. Sả p ẩm

Chất lượng sản phẩm của quá trình CC thay đổi trong khoảng rất rộng, phụ

thuộc vào nhiều yếu tố như loại nguyên liệu, loại xúc tác và thông số công nghệ

của quá trình. Các sản phẩm chủ yếu của quá trình FCC là khí khô, LPG, gasoline,

LCO, HCO, slurry và cốc.

- Khí khô: các khí nhẹ thoát ra từ tháp hấp thụ dầu được gọi là khí khô. Các

cấu tử chính của khí khô là hydro, metan, etan, etylen và H2 . Ngay sau khi được

xử lý với amin để tách H2 , khí được trộn vào hệ khí nhiên liệu. Tùy thuộc vào

lượng hydro mà người ta có thể thu h i khí này để sử dụng cho quá trình khác. Khí

khô là sản phẩm không mong muốn, nếu nhiều quá sẽ gây quá tải cho hệ thống

máy nén ướt và thường gây bất lợi. Khí khô chủ yếu được tạo ra từ quá trình

cracking nhiệt, dehydro hóa trên tạp chất kim loại.

- LPG: dòng sản phẩm thoát ra từ trên tháp tách butan hoặc tháp ổn định,

thành phẩn chủ yếu là các hydrocacbon C3, C4. LPG thường chứa nhiều olefin

(propylen và butylen). Vì vậy, sau khi tách và thu h i olefin làm nguyên liệu cho

tổng hợp hóa dầu, các nguyên liệu này có thể được dùng làm sản phẩm hóa chất,

pha trộn vào xăng, nguyên liệu cho ankyl hóa, sản xuất MTBE,…

- Xăng: đây là sản phẩm chủ yếu và có giá trị của phân xưởng CC. Xăng

FCC có tỷ trọng nhẹ, có thể pha với nhiều loại xăng để tạo xăng thương phẩm. Tuy

nhiên, xăng CC có hàm lượng olefin cao nên d tạo phản ứng trùng ngưng, ngưng

tụ sinh ra nhựa gây tắc đường ống và tắc vòi phun, đ ng thời trong sản phẩm có

chứa hàm lượng lưu huỳnh vượt tiêu chuẩn. Vì vậy, xăng CC cần được pha trộn

với xăng reformat, ankylat,…để giảm hàm lượng lưu huỳnh và olefin.

Để tăng hiệu suất sẩn xuất xăng có thể điều chỉnh:

+ Tăng tỷ số xúc tác/nguyên liệu

+ Tăng hoạt tính của xúc tác bằng cách thay mới xúc tác hoặc sử dụng xúc

tác có hoạt tính cao.


17

+ Tăng nhiệt độ sôi cuối của xăng bằng cách giảm tốc độ h i lưu đỉnh tháp

chưng cất chính.

Chất lượng xăng được biểu thị bởi chỉ số Octan RON hoặc MON. Giá trị

này là thước đo đặc tính chống kích nổ của xăng được xác định theo tiêu chuẩn

ASTM D2699.

- LCO (light cycle oil): đây là sản phẩm thu được ở tháp chưng cất sản phẩm

FCC, có nhiệt độ sôi từ 220-350oC. Trong đó, 30 ÷ 50% aromatic t n tại dưới dạng

các phân tử chứa 2 và 3 vòng thơm. ản phẩm này chứa 50 ÷ 75% hợp chất

aromatic.

LCO được sử dụng rộng r i như là một sản phẩm để pha trộn vào dầu đốt và

nhiên liệu diezen, nhất là trong mùa đông, giá bán LCO nhiều khi lại cao hơn xăng.

o đó, các nhà máy lọc dầu thường điều chỉnh hoạt động của quá trình CC để tạo

ra hiệu suất xăng và LCO hợp lý, đáp ứng nhu cầu thị trường. Chất lượng của LCO

được đánh giá qua trị số xetan và hàm lượng lưu huỳnh. Căn cứ vào hai chỉ số này,

người ta mới biết được lượng LCO được phép pha vào dầu đốt và diezen để đảm

bảo tiêu chuẩn chất lượng đặt ra. Trị số xetan là giá trị bằng số đặc trưng cho tính

bắt lửa của nhiên liệu.

LCO chứa nhiều aromatic thường có chỉ số xetan thấp, CI = 20 ÷ 30. LCO

qua các quá trình xử lý hydro có thể tăng trị số xetan. Mức độ cải thiện trị số xetan

của LCO tuỳ thuộc vào điều kiện khắc nghiệt của quá trình xử lý bằng hydro.

- HCO và slurry. HCO thường chứa nhiều vòng thơm nặng, có thể xử lý tiếp

bằng hydrocracking để cho sản phẩm khác hoặc để pha trộn với slurry. Slurry hay

dầu sệt là phần nặng nhất của công đoạn cracking xúc tác, có giá trị thấp nhất nên

người ta cố gắng hạn chế hiệu suất slurry. Hiệu suất slurry phụ thuộc nhiều vào

chất lượng nguyên liệu cracking và độ chuyển hoá. Nguyên liệu giàu naphten và

aromat có xu hướng tạo ra nhiều slurry hơn nguyên liệu giàu parafin. Khi độ

chuyển hoá từ thấp đến trung bình, bằng cách tăng tỉ số chất xúc tác/dầu hoặc sử


18

dụng chất xúc tác có pha nền hoạt động thì có thể dẫn đến giảm hiệu suất slurry.

Tăng độ chuyển hoá, làm giảm hiệu suất sản phẩm đáy.

- Cốc: Trong quá trình cracking, một phần nguyên liệu bị chuyển hoá thành

cốc do các phản ứng cracking thứ cấp, polyme hoá, ngưng tụ... Cốc được hình

thành trên bề mặt chất xúc tác dẫn đến sự suy giảm hoạt tính, độ chọn lọc của chất

xúc tác. Do vậy, để hoàn nguyên hoạt tính, độ chọn lọc của chất xúc tác, người ta

phải đốt cháy cốc trong thiết bị tái sinh (regenerator). Tuy nhiên, cốc là một sản

phẩm phụ cần thiết cho sự hoạt động bình thường cho công đoạn FCC, bởi vì nhiệt

xúc tác hấp thụ từ phản ứng đốt cháy cốc lại truyền nhiệt cho phản ứng cracking.

Sau khi cracking, các sản phẩm CC được phân riêng theo khoảng nhiệt độ

sôi: khí khô, LPG, gasoline, LCO, HCO, slurry. Trong đó, gasoline là sản phẩm

quan trọng và có giá trị nhất. Hiệu suất các sản phẩm CC đó phụ thuộc vào nhiều

yếu tố: ngu n nguyên liệu, bản chất và kiểu loại chất xúc tác, điều kiện vận hành

và ý đ kinh tế, công nghệ của nhà máy lọc dầu.

4.3. Xúc tác[1,3]

Xúc tác quá trình CC ngày nay thường sử dụng hợp chất zeolit. Các xúc tác

loại X, Y, ZMS 5 hay 11 là loại zeolit thích hợp nhất cho quá trình cracking xúc

tác. Kích thước lỗ lớn của chúng xấp xỉ 10Å. Thông thường các loại zeolit này là

loại trao đổi cation (H+, NH4

+ hay cation đa hóa trị) kết hợp với các phương pháp

xử lý thích hợp và phối trộn với aluminosilicat vô định hình.

1 Thành phần hóa học

Oxit nhôm 13

Oxit sắt 87

Oxit các nguyên tố đất hiếm 2 - 4

Oxit Natri 0,02 - 0,2

2 Trọng lượng g/cm3 0,8 - 0,9

3 Độ hoạt tính ổn định 55 - 60

B1.2. Tính chất của xúc tác FCC


19

4 Độ hoạt tính theo ASTM 75 - 80

5 Độ bền do mài mòn, % 94 - 96

6 Thành phần cỡ hạt

Đến 20µm < 2 - 3

Đến 40µm 15 - 25

Đến 100µm 96 - 98

7 Bề mặt riêng m2/g 400 - 450

* Các yêu cầu của xúc tác cracking công nghiệp:

- Hoạt tính xúc tác: Trong phương pháp cracking xúc tác, mức độ chuyển

hóa của nguyên liệu phụ thuộc vào độ hoạt tính của xúc tác. Chỉ số này lại phụ

thuộc vào tính chất lý, hóa của xúc tác, trước hết là thành phần của xúc tác. Tùy

theo hiệu suất sản phẩm xăng mà phân thành xúc tác có độ hoạt tính cao, hoạt tính

trung bình và hoạt tính thấp. Ngoài ra c ng cần lưu ý đến chỉ số hoạt tính ổn định

của xúc tác. Xúc tác mới thường có hoạt tính cao, sau một thời gian sử dụng chúng

sẽ dần ổn định đến một giá trị nhất định gọi là hoạt tính ổn định của xúc tác. Hoạt

tính là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác trong quá trình cracking.

- Độ chọn lọc của xúc tác. Chỉ số này phản ánh tác dụng của xúc tác trong

việc tạo ra một sản phẩm mong muốn, ở đây là sản phẩm xăng. Tỷ số gi a hiệu

suất xăng/cốc phản ánh độ chọn lọc của xúc tác. Sau một thời gian làm việc, độ

chọn lọc của xúc tác sẽ giảm dần.

H1.1. Cấu tạo xúc tác Zeolit


20

- Xúc tác phải có độ ổn định lớn và bền cơ, bền nhiệt

Xúc tác phải gi được nh ng đặc tính chủ yếu (như hoạt tính, độ chọn lọc)

của nó sau thời gian làm việc lâu dài.

Trong quá trình làm việc xúc tác cọ xát với nhau và xúc tác cọ xát vào thành

thiết bị làm cho xúc tác d bị vỡ, khi xúc tác bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc

tác tăng lên, làm mất mát xúc tác lớn. Do vậy mà xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ.

Đ ng thời, trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi. Khi nhiệt độ cao nếu

xúc tác không có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm các

tính chất của xúc tác.

- Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao và bền với các chất ngộ độc xúc tác.

Xúc tác cần đ ng nhất về thành phần, cấu trúc, hình dáng và kích thước. Khi

kích thước không đ ng đều sẽ tạo ra nh ng vùng phân lớp và có trở lực khác nhau

và do sự phân lớp theo kích thước nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường của

thiết bị. Mặt khác, khi kích thước không đ ng đều sẽ làm tăng khả năng vỡ vụn

dẫn đến tổn hao xúc tác, khi cấu trúc lỗ xốp không đ ng đều thì sẽ làm giảm bề

mặt tiếp xúc dẫn đến làm giảm hoạt tính xúc tác.

Xúc tác phải có khả năng chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của

nh ng hợp chất của nitơ, lưu huỳnh (NH3, H2S), các kim loại nặng để kéo dài thời

gian làm việc của xúc tác.

- Xúc tác phải có khả năng tái sinh, phải dễ sản xuất và rẻ tiền

Xúc tác có khả năng tái sinh tốt thì sẽ nâng cao được hiệu quả và năng suất

của quá trình, lượng tiêu hao xúc tác c ng giảm xuống.

Xúc tác bị mất hoạt tính trong quá trình phản ứng do nguyên nhân chính là

cốc tạo ra bám trên bề mặt hoạt động của xúc tác.Vì thế để tái sinh xúc tác, người

ta cần phải tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lò tái sinh.


21

Cùng với việc cải tiến và hoàn thiện về dây truyền công nghệ của cracking

xúc tác, người ta không ngừng nâng cao chất lượng xúc tác để tăng hiệu suất chế

biến của quá trình. Từ chỗ chỉ dùng xúc tác axít Al –Si ở dạng vô định hình, người

ta đ nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng loại xúc tác ở dạng kết tinh

zeolit. Thành tựu này có thể nói là cuộc cách mạng trong cracking xúc tác. Loại

xúc tác này cho hiệu suất xăng và diezel cao, làm giảm được tỷ lệ cốc và khí.

Trong năm 1969 có gần 90% các phân xưởng cracking xúc tác ở Mỹ và Canada đ

sử dụng xúc tác loại Zeolit X,Y, chúng rất bền v ng trong quá trình tái sinh và có

độ hoạt tính cao.

5. C c h ố c hệ trong quá trình FCC[1, 3]

5.1. Mức độ chuyển hóa C:

Đối với phân đoạn phức tạp như phân đoạn dầu mỏ, người ta thường đo độ

chuyển hóa theo sản phẩm xăng. Nếu y (%) là phần trăm thể tích của sản phẩm có

điểm sôi cuối cao hơn điểm sôi cuối của xăng, z là % xăng có trong nguyên liệu thì

C được tính theo công thức

C = 100 – y.(100 – z).

5.2. Bội số tuần hoàn xúc tác.

Là tỷ số gi a khối lượng xúc tác và khối lượng nguyên liệu (X/RH) đưa vào

thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian. Khi dùng xúc tác chứa zeolit cho

phép giảm tỷ lệ X/RH xuống còn 10/1 so với xúc tác vô định hình. Nếu khi dùng

công nghệ xúc tác tầng sôi thì tỷ lệ này còn có thể giảm xuống là 2/1 đến 5/1.

Khi thay đổi tỷ lệ X/RH sẽ làm thay đổi nhiệt độ của thiết bị phản ứng, thay

đổi thời gian lưu xúc tác trong lò phản ứng và lò tái sinh đ ng thời thay đổi cả

lượng cốc bám trên xúc tác trong một chu trình.

Bội số tuần hoàn xúc tác tăng lên thì thời gian lưu của xúc tác trong vùng

phản ứng giảm xuống, hoạt tính xúc tác trung bình của xúc tác tăng lên làm cho

hiệu suất khí, xăng, coke đều tăng lên nhưng lượng coke bám trên 1 đơn vị xúc tác


22

lại giảm xuống. Do vậy bằng cách thay đổi bội số tuần hoàn xúc tác ta có thể điều

chỉnh được hiệu suất và chất lượng sản phẩm thu. Việc tăng bội số tuần hoàn chỉ

cho phép đến mức tới hạn vì nếu tăng quá cao thì dẫn đến tăng kích thước thiết bị

tái sinh, hệ thống vận chuyển xúc tác, phải tăng khí nén và điều này không có lợi

ích về mặt kinh tế

5.3. Tốc độ nạp liệu.

Là tỷ số gi a lượng nguyên liệu nạp vào trong một đơn vị thời gian trên

lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng, ký hiệu M/H/M.

Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng sẽ làm giảm độ chuyển hóa. Còn khi giảm tốc

độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hóa tăng vì tốc độ nạp liệu là đại lượng ngược với

thời gian phản ứng. Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao sẽ có thể tăng tốc độ

nạp liệu dẫn đến tăng năng suất của thiết bị. Nếu dùng xúc tác zeolit thì tốc độ nạp

liệu khoảng 4h-1

đến 5h-1

.

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.

5.4. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng

Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng thường đạt từ 4800C đến 500

0C. Khi tiến

hành tăng nhiệt độ, lúc đầu hiệu suất xăng tăng sau đó đạt đến cực đại r i giảm

xuống. Điều này là do quá trình phân hủy tăng làm phân hủy các cấu tử xăng vừa

được tạo thành. Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân hủy tăng đ ng thời các phản ứng

bậc 2 như dehydro hóa c ng tăng, làm tăng hiệu suất của hydrocabon thơm và

olefin. Khi đó sản phẩm khí, hàm lượng C1÷C3 tăng lên, C4 giảm, tỷ trọng và trị

số octan tăng.


23

5.5. Áp suất

Quá trình cracking thường tiến hành ở áp suất 1,4÷1,8 at, phản ứng xảy ra ở

pha hơi. Khi tăng áp suất, hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất khí C1÷ C3 giảm, hàm

lượng olefin và aromatic giảm, các parafin tăng do vậy chất lượng xăng giảm.

Đ ng thời áp suất tăng khiến quá trình tạo cốc tăng nên việc tăng áp suất không có

lợi trong quá trình cracking xúc tác.

6. ộ ố c hệ CC h ện nay[1]

Năm 1936, dây chuyền xúc tác đầu tiên được đưa vào công nghiệp chế biến

dầu, hoạt động theo phương thức gián đoạn có lớp xúc tác cố định. Đến năm 1942,

dây chuyền FCC (cracking xúc tác tầng sôi) đầu tiên mới được đưa vào sử dụng.

Từ đó đến nay, công nghệ FCC liên tục được cải tiến theo nhiều hướng, nhất là

thiết bị phản ứng. Tuy nhiên, tất cả các thiết bị đều tuân theo nguyên lý chung.

Nguyên lý chung của hệ thống FCC. Các phản ứng cracking được thực hiện

trong một ống đứng (riser), trong ống đứng một dòng nguyên liệu lỏng được tiếp

xúc với chất xúc tác nóng dạng bột. Nguyên liệu bị hóa hơi và cracking thành các

sản phẩm nhẹ ngay khi di chuyển từ dưới lên phía trên riser và mang theo chất xúc

tác. Các phản ứng xảy ra rất nhanh chỉ trong 1 đến 3 giây, đ ng thời cốc c ng hình

thành trên bề mặt xúc tác làm giảm hoạt tính, độ chọn lọc xúc tác. Các sản phẩm

cracking và xúc tác cùng được đưa lên hệ thống tách cyclon. Xúc tác tách ra được

đưa quay về thiết bị tái sinh để đốt cháy cốc và sau đó được chuyển tới gần đáy

H1.2. Sơ đồ tổng quát công nghệ FCC


24

ống riser để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo, trong đó sản phẩm được tách ra sẽ

được chuyển qua thiết bị tháp chưng để tách thành các phân đoạn khác nhau.

6.1. Công nghệ của Kellog.

Sự vận chuyển xúc tác được thực hiện theo phương thẳng đứng rất thuận lợi

vì có thể dùng van chặn để điều khiển quá trình tuần hoàn của xúc tác. Đặc điểm

chính của loại lò này là vòi phun nguyên liệu được cải tiến nhằm tăng cường sự

tiếp xúc gi a xúc tác và nguyên liệu.

6.2. Công nghệ của hãng Shell

Quá trình hell LR CC dùng để cracking xúc tác lớp cặn nặng.

H1.3. Công nghệ lò FCC của Kellog và Shell


25

6.3. Công nghệ Exxon.

Loại lò này có thể sử dụng với nhiều nguyên liệu khác nhau từ các phần cất

chân không đến các loại cặn nặng.

6.4. Công nghệ của hãng UOP

H ng này đ thiết kế 2 loại lò CC: lò tái sinh đốt cháy hoàn toàn 1 cấp và

lò tái sinh hai cấp. Trong đó loại lò tái sinh đốt cháy hoàn toàn 1 cấp là loại thông

dụng trên thế giới. au đó UOP đ cải tiến hệ thống phân phối nhiên liệu phần cuối

ống riser, hệ thống tái sinh xúc tác, bộ phận làm lạnh xúc tác nhằm nâng cao tính

linh động của nguyên liệu. Đối với lò tái sinh hai cấp được dùng chủ yếu cho

nguyên liệu nặng.

- Gia nhiệt nguyên liệu đầu: Nguyên liệu từ bề chứa 1 được đưa qua thiết bị

trao đổi nhiệt ống trùm , nguyên liệu mới có thể được trộn với phần tuần hoàn

H1.4. Công nghệ FCC của IFP và Exxon


26

HCO2 và cặn đáy3. au đó toàn bộ nguyên liệu được đưa vào lò gia nhiệt tới nhiệt

độ từ 2600C đến 370

0C.

- Lò phản ứng FCC và lò tái sinh xúc tác: Đây là trái tim của quá trình FCC.

Tại thiết bị phản ứng, quá trình cracking thường xảy ra trong thời gian 1,5 đến 3

giây. Nguyên liệu cracking được tiếp xúc với xúc tác nóng đ tái sinh ở gần đáy

của ống đứng, khi đó nguyên liệu bay hơi cùng với hỗn hợp của hơi nóng và xúc

tác được đi lên phía trên tới đỉnh của ống đứng, phản ứng sảy ra ngay khi nguyên

liệu bay hơi. Tỉ lệ khối lượng xúc tác/dầu vào khoảng 4 – 9/1. Xúc tác hấp thụ

nhiệt của phản ứng đốt cháy cốc r i truyền nhiệt cho nguyên liệu. Nhiệt độ trong lò

tái sinh vào khoảng 677 oC – 732

oC. Ống đứng thường có cấu tạo hình trụ, dày từ

10 – 13cm có bọc lớp cách nhiệt và chống mài mòn. Ống đứng điển hình thường

có đường kính từ 60 – 180 cm, và cao từ 25 – 30 m. Hầu hết nguyên liệu đều tham

gia phản ứng và chuyển hoá trong ống đứng, còn thiết bị phản ứng được được dùng

LCO

HCO

Naphta nặng

Naphta nhẹ

Khí khô

Phần cặn

Nguyên liệu

Hơi nước

Lò đốt

Tháp chưng

Reactor

Lò tái sinh xt

H1.5. Quá trình FCC của UOP


27

như một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon. Một bộ phận được thiết kế đặc

biệt, bố trí gần van chặn, dùng hơi nước để thổi xúc tác và dầu điều này sẽ hạn chế

mức tối đa hiện tượng trộn quay trở lại của xúc tác và hơi khí đ làm việc. Hơi

nước thường được phun vào nguyên liệu. Hơi nước có tác dụng phân tán nguyên

liệu thành các hạt nhỏ, tăng khả năng bay hơi, tăng khả năng sẵn sàng tham gia các

phản ứng trên tâm axit của xúc tác. Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng

được chuyển sang cột phân đoạn. Xúc tác đ làm việc được cho qua vùng tách hơi

(còn gọi là bộ phận rửa xúc tác) bằng cách thổi hơi nước vào.

H1.6. Công nghệ lò FCC của

UOP

H1.7. Thiết bị tách sản phẩm và xúc tác


28

Tác dụng của bộ phận rửa xúc tác:

+ Thu h i sản phẩm lỏng: quá trình nhả hấp bằng hơi nước giúp đẩy các

hydrocacbon hấp thụ trên bề mặt xúc tác, không bị cuốn theo xúc tác sang thiết bị

tái sinh.

+ Giảm nhiệt độ trong lò tái sinh: nhiệt cháy của các hydrocacbon rất cao,

nên khi có hydrocacbon hấp phụ trên xúc tác nên làm tăng nhiệt độ trong lò tái

sinh. Nhiệt độ tăng quá cao sẽ làm hỏng xúc tác, phá vỡ cấu trúc của xúc tác.

+ Tăng hiệu quả của quá trình. Hydrocacbon cuốn theo sang thiết bị tái sinh

làm tăng nhiệt độ của thiết bị tái sinh, dẫn tới làm giảm tỉ lệ xúc tác/dầu, giảm độ

chuyển hóa của quá trình.

+ Quá trình nhả hấp phụ còn làm tơi xúc tác, giúp cho quá trình tái sinh

thuận lợi hơn.

Thông thường người ta thổi hơi nước vào vùng rửa vì có nh ng ưu điểm sau:

+ Hơi nước d dàng được tách ra khỏi sản phẩm.

+ Hơi nước được sản xuất bằng nhiệt từ quá trình cháy cốc, nên giảm giá

thành.

+ Hiệu quả nhả hấp phụ tốt.

Tốc độ hơi cần được điều chỉnh thích hợp và cần 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.

Sau khi xúc tác được “rửa”, chúng được chuyển qua thiết bị tái sinh xúc tác.

Xúc tác đi vào lò tái sinh chứa 0,4 wt% - 2,5 wt%, hàm lượng cốc phụ thuộc vào

tính chất của nguyên liệu. Nguyên liệu càng nặng hàm lượng cốc càng lớn. Thành

phần cốc g m cacbon, hydro và vết hợp chất vòng của lưu huỳnh và nitơ. au khi

nén, không khí để đốt được đưa vào đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để tăng

hiệu quả trộn gi a không khí và xúc tác. Quá trình cháy c ng xảy ra trong lớp sôi

và để đạt được điều đó thì tốc độ của không khí phải lớn hơn 1 m/s. Xúc tác tái

sinh được chuyển qua thiết bị làm mát, 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


29

nhiệt độ của thiết bị phản ứng, r i sau đó xúc tác được trộn với nguyên liệu

cracking và hoàn thành một chu trình.

- Tháp chưng tách sản phẩm: Sự hoạt động của tháp chưng này tương tự như

tháp chưng dầu thô nhưng có hai sự khác nhau. Thứ nhất, dòng khí ra từ thiết bị

phản ứng được làm lạnh trước khi đi vào tháp chưng. Thứ hai, khối lượng lớn khí

sẽ đi lên đỉnh tháp.


30

Chươ II

H NH NH CC

1. h h h h CC

Mô hình hóa (Modeling) là quá trình phân tích một quá trình phức tạp thành

các thành phần đơn giản để nghiên cứu và đánh giá đầy đủ mà không làm mất đi

tính chất của quá trình đó. Quá trình cracking xúc tác (H2.1) là một quá trình phức

tạp từ nguyên liệu đến các thông số kỹ thuật.

Đối với quá trình cracking xúc tác nói chung và quá trình FCC nói riêng thì

cụm thiết bị phản ứng là trung tâm của quá trình và c ng là công đoạn phức tạp

nhất, ảnh hưởng đến hiệu suất chung của cả quá trình.

1.1. Mô hình hóa cụm thiết bị phản ứng

Thiết bị phản ứng FCC g m hai cụm chính: tháp phản ứng và tháp tái sinh

xúc tác. Đối với tháp phản ứng, nguyên liệu được trộn với xúc tác nóng đ tái sinh

và hơi nước r i đi vào vùng phản ứng trong ống đứng (riser). Tại đây các phản ứng

cracking xảy ra. Sau khi ra khỏi vùng phản ứng, hỗn hợp sản phẩm và xúc tác (có

chứa coke) được đưa vào các xyclon để tách hỗn hợp khí – rắn. Xúc tác chứa coke

được đưa sang tháp tái sinh xúc tác, hỗn hợp khí sản phẩm được đưa tới tháp

chưng phân đoạn.

Xử lý

nguyên

liệu

Cụm thiết bị

phản ứng

Thiết bị

chưng tách

phân đoạn sản

phẩm

Nguyên liệu Sản phẩm

H2.1. Sơ đồ quá trình cracking xúc tác


31

H2.2. Sơ đồ quá trình trong thiết bị FCC.


32

Để mô hình hóa quá trình thông thường người ta phân tích quá trình xảy ra

trong thiết bị thành các quá trình đơn giản. Cụ thể, đối với thiết bị phản ứng FCC:

+ Tại tháp phản ứng xảy ra hai quá trình: Phản ứng tại khu vực ống đứng

(riser) và quá trình phân tách khí sản phẩm và xúc tác rắn có chứa coke.

Tại hình H2.3 thấy rằng khu vực phản ứng bao g m hai cụm RN và R1,

tương ứng với riser trong thiết bị thật; bộ phận pliter và Cyclone tương ứng với

hệ thống cyclon (tách khí – rắn); 02 tháp striper 0 và striper 1 tương ứng với bộ

phận xục hơi nước để thu h i sản phẩm trên xúc tác.

+ Tại tháp tái sinh xúc tác g m quá trình đốt cháy coke và quá trình tách khí

thải ra khỏi xúc tác đ tái sinh.

Tương tự như nguyên lý hoạt động của thiết bị tái sinh xúc tác, mô hình tại

hình H2.4 c ng có các bộ phận tương ứng, cụ thể: Xúc tác sau khi phản ứng được

trộn với không khí qua lưới phân phối khí (Air istributor) sau đó hỗn hợp vào

cụm bộ phận Emission Phase, B1, BN, 1, N tương ứng với khu vực đốt coke;

Xúc tác sau khi đốt sẽ qua hệ thống cyclon 1 và cyclon 2 (tách khí – rắn).

Khu vực

phản ứng

H2.3. Mô hình phần tháp phản ứng trong FCC

Bộ phận thu

h i sản phẩm

Bộ phận tách

sản phẩm -

xúc tác


33

Tuy nhiên, chuyển đổi mô hình trên sang tính toán mô phỏng là rất phức tạp

bởi: Thứ nhất, trong toàn bộ mô hình t n tại nhiều pha (pha khí của sản phẩm, pha

lỏng của hơi nước, pha rắn của xúc tác), vì vậy phải đ ng thời áp dụng nhiều hệ

phương trình cân bằng cho cả 3 pha, sự tương tác gi a các pha,…Thứ hai, đối hệ

khí – rắn, xảy ra quá trình hấp phụ của nguyên liệu, sản phẩm trên xúc tác, quá

trình giải phóng coke trên bề mặt xúc tác, đây là quá trình phức tạp, để mô phỏng

cần có nhiều số liệu thực nghiệm, trong khi đó để mô phỏng quá trình FCC ta chỉ

cần chú ý đến hiệu suất của xúc tác, tức là độ chuyển hóa, nhiệt lượng quá trình đốt

coke. Vì vậy, để mô phỏng quá trình FCC (trong công nghiệp) ta sẽ tập trung xây

dựng mô hình thiết bị CC như sau:

+ Chỉ xem xét quá trình trên một pha khí (không xét đến các quá trình hai

pha khí – rắn). Dòng nguyên liệu vào thiết bị riser chỉ là dòng khí hỗn hợp nguyên

liệu, sẽ xảy ra các phản ứng dựa trên các thông số như hằng số tốc độ phản ứng và

năng lượng hoạt hóa, cụ thể (H2.5)

H2.4. Mô hình tháp tái sinh xúc tác trong FCC

Lưới phân

phối khí

Khu vực

phản ứng

đốt coke

Tách khí

thải và xúc

tác tái sinh


34

+ Đối với tháp tái sinh xúc tác (H2.6), mô hình chỉ là dòng khí Cacbon

(tương ứng với lượng coke trên xúc tác), được đưa vào lò đốt để tính toán nhiệt

lượng cung cấp cho dòng nguyên liệu vào tháp phản ứng.

+ Như vậy quá trình FCC sẽ được đơn giản hóa bởi mô hình sau.

H2.6. Mô hình tháp tái sinh xúc

tác

Dòng Cacbon Nhiệt lượng

Q

Khí thải

Riser

H2.5. Mô hình tháp phản ứng

Dòng khí nguyên liệu Sản phẩm

Độ chuyển hóa C


35

1.1.1. Mô hình Riser

Nguyên lý

Nguyên liệu cho quá trình FCC là hỗn hợp đa cấu tử phức tạp từ parafin,

hydrocacbon vòng no, hydrocacbon đa nhân,… vì vậy tại riser sẽ xảy ra hàng

nghìn, hàng vạn phản ứng khác nhau và việc xét từng phản ứng là không thể thực

hiện được. Để nghiên cứu quá trình CC, người ta sử dụng phương pháp “cấu tử

đại diện”, xét trên cơ sở sản phẩm mong muốn để xác định số cụm phản ứng (gọi

tắt là lump) trong quá trình tính toán.

Mô hình động học cracking xúc tác đầu tiên được đưa ra năm 1968 bởi

Weekman g m 3 cụm phản ứng (gas oil, gasoline, light gas + coke). Tuy nhiên, mô

hình trên còn thiếu chính xác, đến năm 1988, en và Woei đề xuất đưa ra mô hình

4 cụm phản ứng cho quá trình cracking xúc tác tầng sôi ( CC). au đó, các mô

hình lần lượt được cải tiến thành 5 cụm phản ứng (Corella và rances năm 1991), 8

cụm phản ứng (Hagelberg năm 2002), 10 cụm phản ứng (Jacob năm 1976),…Mỗi

loại mô hình có nh ng ưu nhược điểm khác nhau, càng nhiều cụm phản ứng, độ

chính xác càng cao nhưng việc tính toán sẽ phức tạp hơn.

Do công nghệ thông tin phát triển, việc tính toán trở nên nhanh chóng vì vậy

trong các việc mô phỏng hiện nay thường áp dụng mô hình 21 cụm phản ứng

(H2.7). Mô hình này cho kết quả tương đối chính xác so với thực tế. Các phần

mềm mô phỏng như UNI M, H , Prosim, Pro II,…đều sử dụng mô hình 21

cụm phản ứng để xây dựng modun FCC.

Trong phần mô hình hóa này sẽ sử dụng mô hình 7 cụm phản ứng do Han và

Chung đề xuất năm 2001, mô hình này có ưu điểm: (1) Tính toán đơn giản hơn so

với mô hình 10 cụm phản ứng và 21 cụm phản ứng; (2) 7 cụm phản ứng tương

đương với 7 sản phẩm mong muốn (khí khô; LPG; xăng hay gasoline; LCO; HCO

và slurry; Coke; nguyên liệu hay RS) giống như trong vận hành thực tế; (3) Mô

hình này cho phép tối ưu hóa theo từng sản phẩm cụ thể.


36

Xây dựng mô hình

Mô hình 7 cụm phản ứng (H2.8).

Nguyên liệu (RS)

Coke

Khí khô (DG)

LPG Gasoline (G)

LCO

HCO

H2.8. Mô hình 7 cụm phản ứng

k1

k2

k3 k4

k5

k6

k7 k9

k13

k10

k8

k12

k11

k15

k16

k14

k18

k17

H2.7. Mô hình 21 cụm phản ứng


37

Với mô hình 7 cụm phản ứng trên sẽ có 18 phản ứng, mỗi phản ứng đại diện

cho một quá trình chuyển hóa từ phân đoạn này sang phân đoạn kia và được đặc

trưng động học bằng hằng số phản ứng k.

* Các tác giả Han và Chung [8] đ đề xuất phương trình động học của 7 cụm

phản ứng như sau:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Trong đó:

: lần lượt là phần mol của RS, HCO, LCO, Gasoline,

LPG, Dry Gas và Coke.

r, h, l, g, p, d, c: lần lượt là ký hiệu của RS, HCO, LCO, Gasoline, LPG, Dry

Gas và Coke.

: tỷ lệ khối lượng nguyên tử của sản phẩm i đối với sản phẩm j.

: Hệ số ảnh hưởng của xúc tác. o quá trình xây dựng mô hình không

nghiên cứu tác động ảnh hưởng của dòng xúc tác nên chọn

Để tính toán quá trình cần tiến hành giải quyết 7 phương trình cân bằng trên,

bao g m rất nhiều thông số về n ng độ và hằng số tốc độ phản ứng. Nếu phân tích

cụ thể, thấy rằng quá trình FCC thực chất bao g m 18 phản ứng bậc nhất từ phân


38

đoạn này sang phân đoạn kia, tương ứng với mỗi phản ứng là một hằng số tốc độ

phản ứng k (từ k1 đến k18):

Khi đó tốc độ phản ứng đơn giản bậc nhất được xác định:

: n ng độ mol của cấu tử A.

Hằng số tốc độ phản ứng được xác định theo công thức

E: năng lượng hoạt hóa của phản ứng;

T (K): Nhiệt độ phản ứng.

: Hằng số tốc độ phản ứng khi T lớn vô cùng

Do vậy, khi biết giá trị k0 và E, có thể tính được các hằng số tốc độ phản ứng

k, từ đó xác định được độ chuyển hóa của cấu tử A.

Ví dụ: với nguyên liệu là R thì xảy ra 6 phản ứng song song thành các sản

phẩm HCO, LCO, Xăng, LPG, ry Gas và Coke tương ứng với hằng số tốc độ

phản ứng k1, k2, k3, k4, k5, k6.

o đó độ giảm n ng độ R là do quá trình tạo các sản phẩm, cụ thể:

(8)

Phương trình này hoàn toàn tương tự như phương trình (1) của Han và

Chung với

Nhìn vào sơ đ có thể thấy quá trình CC được có 18 phản ứng song song,

mỗi phản ứng đại diện cho một quá trình chuyển hóa từ các phân đoạn này sang

các phân đoạn khác.

Trên cơ sở nghiên cứu, người ta đ xác định được động học của từng phản

ứng theo bảng B2.1, như sau:

B A k


39

B2.1: Động học của quá trình FCC tại 500oC

STT Phản ứng H ng số tố độ phản ứng

k (m3. (kg.cat.h)

-1)

Nă ng hoạt

hóa E (kJ.mol-1

)

1. RS HCO 14,93 50,73

2. RS LCO 5,78 50,73

3. RS G 11,69 50,73

4. RS LPG 3,59 16,15

5. RS DG 0,35 16,15

6. RS Coke 11,55 16,15

7. HCO LCO 5,78 50,73

8. HCO G 0,94 46,24

9. HCO LPG 0,135 59,75

10. HCO DG 0,0135 59,75

11. HCO Coke 0,3227 59,75

12. LCO G 0,5742 46,24

13. LCO LPG 0,0086 59,75

14. LCO DG 0,0009 59,75

15. LCO Coke 0,0596 59,75

16. G LPG 0,0003 78,49

17. G DG 0,0001 78,49

18. LPG DG 0,0033 59,75


40

Đối với Riser: sử dụng thiết bị phản ứng đẩy lý tưởng (P R) như trong hình

2.9. Kích thước của thiết bị P R được lựa chọn dựa vào thông số của Riser điển

hình có đường kính từ 60-180 cm, và cao từ 25 đến 30 m

1.1.2. h h h lò đốt coke

Nguyên lý[1]

Trong quá trình Cracking xúc tác, một phần nguyên liệu bị chuyển hoá thành

Coke do các phản ứng cracking thứ cấp, polyme hoá, ngưng tụ,…Điều này dẫn đến

suy giảm hoạt tính xúc tác. Vì vậy để hoàn nguyên thì xúc tác sau khi phản ứng sẽ

được chuyển sang lò tái sinh xúc tác (hay lò đốt coke). Các phản ứng cháy này đều

toả nhiệt mạnh:

C + O2 CO2 Q = 33,927 ÷ 34,069 MJ/kg

C + 1/2O2 CO Q = 10,629 ÷ 10,314 MJ/kg

CO + 1/2O2 CO2 Q = 23,650 ÷ 23,755 MJ/kg

Ngoài ra, trong quá trình đốt Coke c ng xảy ra quá trình khử lưu huỳnh và

các kim loại độc tố khác.

S + O2 SO2

SO2 + 1/2O2 SO3

MeO + SO3 MeSO4

H2.9. Mô hình Riser


41

Nhiệt lượng toả ra được dùng để cấp nhiệt cho xúc tác mang vào lò phản

ứng và tân dụng để sản xuất hơi nước dùng trong nhà máy. Về nguyên tắc, không

để xảy ra cháy ở nhiệt độ quá cao hoặc tích nhiệt cục bộ bởi sẽ dẫn tới phá huỷ xúc

tác. Sau khi tái sinh, hàm lượng Coke trên xúc tác còn lại phải đạt cực tiểu để khôi

phục tối đa độ hoạt tính của xúc tác.

Xây dựng mô hình

Do không nghiên cứu sâu về quá trình đốt Coke nên xem xét thiết bị này

tương tự như một chiếc lò đốt đơn giản, trong đó xảy ra quá trình đốt cacbon với

oxy không khí để tạo ra khí CO2. Ở đây chỉ quan tâm đến vấn đề nhiệt lượng toả ra

để đốt nóng sơ bộ xúc tác và nguyên liệu trước khi vào Riser.

Chính vì vậy, để mô hình lò đốt Coke ta sử dụng thiết bị phản ứng chuyển

hoá đơn giản, trong đó ngu n nguyên liệu vào g m Cacbon và oxy không khí

(H2.10).

1.2. Mô hình hóa thiết bị CC o ường mô phỏng UNISIM

Để mô hình hóa thiết bị CC trong môi trường UNISIM, tiến hành xây dựng

độc lập hai cụm thiết bị: Lò phản ứng (riser) và lò tái sinh xúc tác.

H2.10. Mô hình đốt Coke


42

H2

.9. M

ô h

ình

th

iết

bị FCC và chưng cấ

t sả

n p

hẩm


43

Đối với thiết bị tái sinh xúc tác: Như đ xem xét ở trên, do không nghiên

cứu về cơ chế, động học của phản ứng đốt coke mà chỉ quan tâm đến lượng nhiệt

sinh ra sau khi đốt để gia nhiệt cho nguyên liệu ban đầu. Sử dụng thiết bị phản ứng

loại Converter để mô phỏng thiết bị tái sinh xúc tác. Dòng không khí (20% oxy và

80% nito) sẽ qua hệ thống máy nén sẽ phản ứng với Coke (sau khi được thu gom)

sẽ thiết bị Converter. Dòng sản phẩm của quá trình đốt coke được gọi là khí thải,

có nhiệt độ cao. Dòng khí thải này sẽ quay trở lại và gia nhiệt cho nguyên liệu ban

đầu.

Như vậy, mô hình được xây dựng trên UNISIM chỉ tập trung mô phỏng riser

trong thiết bị phản ứng, đây là bộ phân trung tâm của quá trình FCC. Tại đây xảy

ra quá trình phản ứng gi a các cấu tử. Trên cơ sở mô hình xây dựng, nghiên cứu sự

thay đổi thành phần sản phẩm, sự ảnh hưởng các yếu tố (nhiệt độ, áp suất, thời

gian lưu), từ đó so sánh với mô hình thực tế để đánh giá hiệu quả và độ chính xác

của mô hình.

2. hỏ h CC H .Refinery

Xây dựng mô hình nghiên cứu dựa trên hệ thống thiết bị FCC của UOP:

Hệ thống g m 1 ống đứng, tháp tái sinh 1 cấp, thiết bị chưng cất.

Ống đứng là thiết bị hình trụ cao 30m, đường kính cao 1,4m. Hysys đưa tất

cả các thiết bị rời rạc như trên thành 1 cụm thiết bị bao g m : Riser- Reactor-

Regenelator- tháp chưng.


44

H2

.12

. M

ô p

hỏ

ng

cô

ng

ng

hệ

FC

C t

rong

Hys

ys.R

efin

ery


45

Nguyên liệu

H2.13. Tính chất nguyên liệu FCC

2.1. Các thông số công nghệ

Trong Hysys, Riser được mô phỏng là một trụ đứng cao 30m và đường kính

1,4m ( lựa chọn thời gian phản ứng là gần 2 giây). Trong Riser mô phỏng các phản

ứng hóa học xảy ra ở pha khí. Nguyên liệu được đưa vào gần đáy ống đứng ở dạng

lỏng hơi, trộn với xúc tác nóng từ thiết bị tái sinh. Phản ứng xảy ra ngay khi

nguyên liệu bay hơi. Riser là một thiết bị đẩy lý tưởng, không có hiện tượng trộn

ngược trở lại của xúc tác, nó gần giống với thiết bị thực tế.


46

Bảng 2.2 Thông số công nghệ của Riser

Total length 30

Dinameter (m) 1,4

Riser outlet temperature ( oC) 520,8

Riser plenum temperature ( oC) 520

Catalyst circulation rate ( kg/h) 2,325e6

Cat/Oil ratio 5,713

Trong reactor mô phỏng 2 quá trình: tách hỗn hợp sản phẩm - xúc tác, nhả

hấp phụ. Sau khi hỗn hợp phản ứng đi ra khỏi riser được qua xyclon tách sản phẩm

và xúc tác. Sản phẩm đi vào tháp chưng để tách thành các sản phẩm mong muốn.

Xúc tác rơi trở lại reactor, trộn cùng hơi nước, xảy ra quá trình nhả hấp.

Hydrocacbon từ quá trình nhả hấp được đưa qua tháp chưng còn xúc tác được đưa

sang lò tái sinh, kết thúc quá trình phản ứng.

Bảng 2.3 Thông số công nghệ của stripper

Height, m 8,0

Dinameter, m 3,00

Annulus dinameter, m 1,3

Stipping steam rate, kg/h 7028

Stripping steam temperature, oC 250

Stripping steam pressure ( kpa) 1000

Ratio to catalyst circulation rate (x 1000) 3,00

Lò tái sinh mô phỏng 2 quá trình: đốt cốc và tách xúc tác- khí cháy trong

cyclone.


47

Bảng 2.4 Thông số lò tái sinh

2.2. ệ

2.2.1. Tính toán cân b ng v t ch t cụm thiết bị Riser - Regenerator

Dòng vật liệu vào:

Mv = Mnguyên liệu= 375000 kg/h.

Tổng dòng vật liệu ra:

Mr = MCoke + MH2S + MFuelGas + MPropane + MPropylene + MnButane + MiButane

+ MButene +MNaphtha + MLCO + MBottom

Trong đó:

Mr : Khối lượng dòng vào

MCoke : Khối lượng Coke tạo thành; kg/h.

MH2S : Khối lượng H2 được tạo thành; kg/h.

MFuelgas : Khối lượng uel gas được tạo thành; kg/h.

MPropane : Khối lượng Propane được tạo thành; kg/h.

MPropylene: Khối lượng Propylene được tạo thành; kg/h.

MnButane : Khối lượng nButane được tạo thành; kg/h.

MiButane : Khối lượng iButane được tạo thành; kg/h.

MButene : Khối lượng Butene được tạo thành; kg/h.

MNaphtha : Khối lượng Naphtha được tạo thành; kg/h.

MLCO : Khối lượng LCO được tạo thành; kg/h.

MBottom : Khối lượng Bottom được tạo thành; kg/h.

Regenerator

Dense bed height, m 4,5

Dense bed dinameter, m 7,6

Dilute phase dinameter, m 7,6

Inter face dinameter ,m 7,6

Cyclone inlet height,m 15

Cyclone inlet dinameter,m 2,3

Cyclone outlet dinameter,m 1,3


48

Khối lượng dòng ra:

Mr = 375000 kg/h.

Vậy Mv = Mr.

Độ chuyển hóa % thể tích: 85.9776 %.

Độ chuyển hóa % khối lượng: 84.5675 %

2.2.2. Tính toán cân b ng nhiệ ng cụm thiết bị Riser - Regenerator

Trong phân xưởng FCC, nhiệt của quá trình được cung cấp bởi nhiệt cháy

của cốc bám trên bề mặt xúc tác. Nhiệt cháy của cốc được sử dụng:

Nâng nhiệt độ của xúc tác từ nhiệt độ của stripper tới nhiệt độ vào Riser.

Nâng nhiệt độ không khí từ nhiệt độ không khí vào tới nhiệt độ khí cháy

ra.

Bù lượng nhiệt do mất mát nhiệt.

Nhiệt lượng do xúc tác mang vào Riser được sử dụng:

Làm bay hơi nguyên liệu.

Nhiệt cung cấp cho phản ứng.

Bù nhiệt cho quá trình sưởi ấm trong Riser.

Bù nhiệt cho tổn thất nhiệt ở Stripper.


49

Việc tính toán cân bằng vật chất giúp tính toán được lượng cốc, tính toán

được lượng không khí cần đưa vào lò tái sinh và cân bằng nhiệt sẽ tính toán được

lượng xúc tác tuần hoàn.

“A” lưu lượng dòng không khí đưa vào lò tái sinh, kg/h.

CO, CO2, O2 là phần trăm mol trong hỗn hợp khí cháy ( coi nước ngưng tụ

hết).

Phần trăm mol của N2 trong hỗn hợp khí cháy.

N2=100 - (CO + CO2 +O2 + H2 + CH4 + C2H6)

Trong không khí

N2 = kmol/h

“N G” là lưu lượng dòng khí cháy, kmol/h.

2 0.79100 29

NFG N A

2

100 0.79

29

ANFG

N

Số mol khí cacbon trong khí cháy: 2

100

CO CONFG

kmol/h.

Khối lượng cacbon bị cháy ở trong Coke:

2

2

12 0.79

29

A CO CO

N

kg/h.

2

2

0.328 A CO COCB

N

kg/h.

Khối lượng cacbon từ Stripper:

4 2 6

2

0.328 2A CH C HCS

N

kg/h.


50

Số mol của Oxy trong không khí: 0.2129

A kmol/h.

Số mol của oxy trong khí cháy:

2 2

1

100 2

NFGO CO CO

kmol/h

Số mol oxy trong nước:

2 2

2

0.79 0.50.21

29 29

O CO COA AO

N

2 2

2

0.79 10.21

29 2

AO O CO CO

N

kmol/h.

Khối lượng của nước tạo ra từ Hydro trong cốc:

18O kg/h.

Khối lượng của Hydro bị cháy ở trong cốc:

2 182

18

OHB O

kg/h.

2 2

2

4 0.79 10.21

29 2

AHB O CO CO

N

kg/h.

Khối lượng hydro có trong Stripper:

2 4 2 62 32

100

H CH C HHS NFG

kg/h

2 4 2 6

2

2 32 0.79

29

H CH C HHS A

N

kg/h.

Khối lượng của Stripper coke:

Stripper Coke = CS + HS kg/h

Khối lượn của Coke bị cháy:

Coke burnt= CB + HB kg/h

Tổng số Coke

Total coke = CS + HS +CB + HB kg/h

Lượng xúc tác tuần hoàn:

air air 2 2 2 2 air1 W W Wp p p oH Q m C N N C O O m C T T

Với:


51

CCR : Lượng xúc tác tuần hoàn, kg/h.

CpCAT : Nhiệt dung riêng của xúc tác, kJ/kg.C

Tout : Nhiệt độ xúc tác ra khỏi lò tái sinh,oC.

Tin : Nhiệt độ xúc tác vào, oC.

Hair Enthapy cuar khoong khis, kJ/h.

Hcombustion : Enthapy của Coke, kJ/h.

Hfuelgas : Enthapy của khí cháy,kJ/h.

Loses : Tổn thất nhiệt, kJ/h.

Hcoke ;Enthapy của coke bị cháy, kJ/h.

Hdesorption : Enthapy của sự nhả hấp Coke, kJ/h.

Tính Enthapy của không khí:

air air 2 2 2 2 air1 W W Wp p p oH Q m C N N C O O m C T T

Với:

Hair ; Enthapy của không khí, kJ/h.

Qair :Lưu lượng của không khí, kg/h.

M : Hàm lượng cảu nước trong không khí,

CpN2 : Nhiệt dung riêng của N2 kJ/kg.oC.

WN2 : Hàm lượng của N2trong không khí,

CpO2 : Nhiệt dung riêng của O2, kJ/kg.oC.

WO2 : Hàm lượng của O2trong không khí

CpW : Nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kg.oC.

Tair : Nhiệt độ của không khí (oC).

To : = 0 (oC)

Tính enthapy cuar Coke:

Hcoke = Qcoke x ( 0.24x Tstripper + 12,96x10-5

xT2

stripper )

Với:

Qcoke = Cs +HS + CB + HB (kg/h).

Tstrippe : Nhiệt độ của xúc tác đi ra khỏi stripper, oC

Tính enthapy của sự cháy Coke:


52

Hcombustion= Qcoke2 x AA + BB

28869 57.11 440.78BB FH FH C

2

2

AA 7.831 2198C

FCO FCOCO CO

28869 57.11 440.78BB FH FH C

Với:

Hcombustion : Enthapy của sự cháy Coke, kJ/h.

Qcoke2 : = CB + HB kg/h.

C : Thành phần khối lượng cacbon trong coke, kg/kg.

FCO : Thành phần của CO trong khíc cháy khô, mol/mol.

FCO2 : Thành phần của CO2 trong khí cháy khô, mol/mol.

FH : Thành phần khối lượng hydro trong Coke, kg/kg

Tính Enthapy của sự giải hấp coke:

Hdesorption= 354 x Qcoke3 x C

Qcoke3 = CS + HS , kg/h.

C : Thành phần khối lượng của cacbon trong Coke, kg/kg.

Coi tổn thất nhiệt bằng 0.

Tính Enthapy của khí cháy:

/coke cokeC O

Với:

A = y x CpW1

1

W

yB

M

C =28 x CO x CpCO

D = 44 x CO2 x CpCO2

E =32 x O2 x CpO2

F = 2 x H2 x CpH2

G =16 x CH4 x CpCH4

H = 30 x C2H6 x CpC2H6


53

I = 28 x N2 x CpN2

Hfg = Enthapy cảu khí cháy, kJ/h.

Qfg : Lượng khí cháy, kg/h.

y : Thành phần khối lượng cảu nước trng khí cháy, kg/kg.

FCO : hành phần mol của CO trong khí chá, mol/mol.

FCO2 : Thành phần mol của CO2 trong khí cháy, mol/mol.

FO2 : Thành phần của O2 trong khí cháy, mol/mol.

FN2 : Thành phần mol của N2 trong khí cháy, mol/mol.

CpCO2 : Nhiệt dung riêng cảu CO2. kJ/Kg.oC.

CpCO : Nhiệt dung riêng cảu CO. kJ/Kg.oC.

CpO2 : Nhiệt dung riêng cảu O2. kJ/Kg.oC.

CpN2 : Nhiệt dung riêng cảu N2. kJ/Kg.oC.

Tfg : nhiệt độ trong lò tái sinh, oC.

MW : khối lượng mol trung bình của khí cháy.

MW = (28 x FCO) +(44 x FCO2) +(32 x FO2) +(28 x FN2) +(2x H2) +(16 x

FCH4) +(30 x FC2H6).

FH2 : thành phần mol của Hydro, mol/mol.

FCH4 : Thành phần mol của methane, mol/mol.

FC2H4 : Thành phần mol của Ethane, mol/mol.

FCpH2 : Nhiệt dung riêng của H2, kJ/kg.oC.

FCpCH4 : Nhiệt dung riêng của methane, kJ/kg.oC.

FCpC2H6 : Nhiệt dung riêng của C2H6, kJ/kg.oC.

FCpW1 : Nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.oC.

Delta coke:

2

195

bedregenT ROTcoke

coke : Delta coke (wt%).

Tbedregen2 : Nhiệt độ pha nặng lò tái sinh thứ 2,oC.

ROT : Nhiệt độ dòng ra khỏi Riser, oC.

Suy ra :


54

/coke cokeC O

Với:

coke : Sản lượng coke (wt%).

C/O : tỉ số của xúc tác/dầu.

coke : Delta coke (wt%).

Kết quả tính toán:


55

Kết quả tính toán cân bằng vật chất và cân bẳng nhiệt lượng cho toàn

bộ quá trình:


56

Chươ III

NGHI N C C NG NGH

1. N h cứ ả h hư củ h ệ độ củ l ệ đầ o đế r h

Khi tăng nhiệt độ nguyên liệu mà gi nguyên nhiệt độ trong Riser thì

giảm lượng xúc tác tuần hoàn, vì lượng xúc tác tuần hoàn cung cấp nhiệt cho

nguyên liệu từ nhiệt độ vào tới nhiệt độ phản ứng.

Qua H3.1 và H3.2 nhận thấy khi tăng nhiệt độ nguyên liệu thì giảm lượng

xúc tác tuần hoàn giúp quá trình vận chuyển xúc tác thuận lợi hơn và có lợi về kinh

tế. Tuy nhiên, lưu lượng xúc tác giảm làm giảm hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác

H3.1 nh hưởng của nhiệt độ d ng nguy n liệu đến lượng xúc tác tuần hoàn

H3.2 nh hưởng của nhiệt độ d ng nguy n liệu đến lượng Xăng-Diezel


57

do đó giảm độ chuyển hóa, giảm hàm lượng xăng trong sản phẩm, giảm năng suất

chế biến của dây chuyền. Đ ng thời làm tăng nhiệt độ trong lò tái sinh, nếu nhiệt

độ trong lò tái sinh quá cao sẽ phá hỏng cấu trúc của xúc tác.

Như vậy, tăng nhiệt độ nguyên liệu khi:

Muốn tăng lượng chế biến, gi nguyên lưu lượng không khí vào lò tái sinh.

Tăng nhiệt độ lò tái sinh.

Muốn tăng lượng chế biến, gi nguyên lượng xúc tác tuần hoàn.

Ngược lại, muốn giảm lượng xúc tác tuần hoàn hoặc lượng không khí khi

gi nguyên lượng nguyên liệu chế biến.

Muốn giảm độ chuyển hóa.

Ngược lại, giảm nhiệt độ nguyên liệu khi:

Tăng độ chuyển hóa.

Giảm khí khô hoặc khí cháy.

Giảm nhiệt độ lò tái sinh.

Tăng lượng xúc tác tuần hoàn.

2. Ả h hư ng củ độ nhớt

Ngu n nguyên liệu có API cao, hàm lượng cặn cacbon conradson thấp,

độ nhớt thấp là ngu n nguyên liệu có chứa nhiều parafin, ít cấu tử vòng.

Nguyên liệu có API thấp, cặn cacbon conradson cao và độ nhớt lớn là nguyên

liệu có chứa nhiều các cấu tử vòng, vòng thơm (hàm lượng aromatic lớn, ít

parafin). Mà các cấu tử vòng rất khó tham gia phản ứng mở vòng chính vì vậy,

nguyên liệu có hàm lượng parafin cao sẽ cho độ chuyển hóa cao và hiệu suất

thu h i xăng cao. Nguyên liệu có hàm lượng aromatic cao, chứa nhiều cấu tử

mạch vòng, độ chuyển hóa thấp hiệu suất thu h i xăng thấp, hàm lượng cốc

tăng nhưng xăng có Octan cao. Tuy nhiên chỉ số Octan của xăng cao do xăng

chứa nhiều aromatic và naphtenic. Mặt khác, nguyên liệu có hàm lượng cặn

cacbon conradson quá nhỏ tuy tăng được độ chuyển hóa và hàm lượng xăng

nhưng tỉ số C/O tăng gây khó khăn cho quá trình tái sinh và vận chuyển.

Như vậy độ nhớt tăng:

- Độ chuyển hóa giảm.


58

- Độ chọn lọc xăng giảm.

- Độ chọn lọc cốc tăng.

- Độ chọn lọc khí nhẹ tăng.

- Tỷ lệ C/O giảm.

- RON tăng.

- Nhiệt độ lò tái sinh tăng.

3. N h cứ ả h hư củ ( Riser Outlet Temperature)

Nhiệt độ trong Riser được điều chỉnh bằng lưu lượng xúc tác tuần hoàn

thông qua van trượt ( slide valve) tự động. Tăng nhiệt độ ROT thì slide valve này

mở lớn hơn để tăng lượng xúc tác nóng vào Riser.

Khi nhiệt độ tăng giúp tăng tốc độ các phản ứng Cracking và bẻ g y được

các lien kết bền, chính vì vậy giúp tăng độ chuyển hóa. Nên khi tăng nhiệt độ sẽ

tăng lượng xăng thu được. Tuy nhiên khi nhiệt độ quá cao thì tốc độ các phản ứng

chuyển hóa LCO, HCO thành xăng bé hơn rất nhiều so với phản ứng bẻ gãy các

cấu tử thuộc phân đoạn xăng tới các cấu tử nhẹ hơn (khí) nên giảm lượng xăng

H3.3 nh hưởng của OT đến lượng Xăng


59

tăng LPG và Khí. Vì vậy, hiệu suất thu sản phẩm lỏng giảm rõ rệt, không phù hợp

với mục đích thu sản phẩm lỏng.

Nhiệt độ cao phản ứng phân hủy tăng, đ ng thời các phản ứng bậc 2 như

dehydro c ng tăng làm tăng hiệu suất aromatic và olefin trị số Octan của xăng

tăng. Nhiệt độ thích hợp của ROT để thu nhiều xăng khoảng 520 oC, còn ROT

thích hợp để lấy phần cất là 510 oC.

4. Ả h hư củ hờ hả ứ

Thời gian phản ứng có thể thay đổi dựa vào:

- Thay đổi lưu lượng nguyên liệu

- Thay đổi tỉ lệ hơi nước, khí nâng/ nguyên liệu đưa vào riser.

- Thay đổi kích thước của Riser.

- Thay đổi áp suất.

Khi giảm thời gian lưu thì độ chuyển hóa giảm, nhiệt độ lò tái sinh giảm, tỉ

lệ C/O tăng, sản lượng cốc giảm, nhiệt độ lò tái sinh giảm. Ban đầu, các cấu tử

nặng như parafin, aromatic có nhánh dài,… là các cấu tử d tham gia phản ứng hơn

so với các cấu tử nhẹ. Khi tăng thời gian lưu, nguyên liệu có nhiều thời gian hơn

để tham gia các phản ứng chính vì vậy hàm lượng xăng tăng. Nhưng khi thời gian

quá dài thì xảy ra các phản ứng bậc hai. Các cấu tử thuộc phân đoạn xăng tham gia

phản ứng để tạo ra các cấu tử nhẹ hơn thuộc phân đoạn khí và LPG. Vì vậy, hàm

lượng xăng giảm, khí tăng.

Nguyên liệu

(RS)

Coke

Khí khô

(DG)

LPG Gasoline (G)

LCO

HCO

H3.4 sơ đ nguyên lý trong Riser


60

Thời gian phản ứng càng giảm thì độ chuyển hóa càng giảm vì thời gian để

các cấu tử tham gia phản ứng ít hơn. Xu hướng cảu các nhà máy lọc dầu mong

muốn giảm thời gian lưu, khi đó để bù độ chuyển hóa, có thể tăng nhiệt độ Riser

hoặc tăng hoạt tính của xúc tác. Đ ng thời để giảm thời gian lưu có thể điều chỉnh

tăng lưu lượng dòng nguyên liệu đầu vào. Khi đó vẫn đảm bảo được hiệu suất xăng

mà lại tăng sản lượng chế biến, tăng lợi nhuận.

Khi tăng áp suất thì thành phần xăng tăng, đ ng thời LPG tăng và LCO

giảm. Tuy nhiên khi áp suất tăng quá cao thì thành phần xăng lại giảm trong khi

thành phần LCO tiếp tục giảm, LPG tăng. Điều này được giải thích là do khi áp

suất làm việc tăng, khả năng bay hơi của nguyên liệu giảm, lưu lượng thể tích

giảm. Điều này dẫn đến thời gian phản ứng giảm( đ ng thời tỷ lệ C/O tăng), các

H3.5b nh hưởng của áp suất đến lượng Xăng

H3.5a nh hưởng của áp suất đến lượng Xăng


61

phản ứng cracking cấu tử nặng có thời gian phản ứng lâu hơn, lượng xăng tạo ra

nhiều hơn. Tuy nhiên khi áp suất tăng quá cao, độ bay hơi của nguyên liệu giảm

mạnh, lượng nguyên liệu tham gia phản ứng giảm, đ ng thời khả năng khuếch tán

ngược trở lại từ mao quản ra môi trường giảm, làm giảm khả năng tham gia phản

ứng trong mao quản. o đó làm giảm độ chuyển hóa.

5. Ả h hư ng của tốc độ nạp liệu riêng[1]

Tốc độ nạp liệu riêng (hay tốc độ không gian nạp liệu) là tỉ số gi a lượng

nguyên liệu được nạp trong một đơn vị thời gian trên lượng xúc tác trong

reactor(hay tỉ lệ thể tích của chúng) và được ký hiệu bằng M/H/M hay V/H/V.

Nếu p là áp suất trong reactor và được tính bằng at thì dộ chuyển hóa C có liên

quan với M/H/M theo biểu thức:

2

.

/ /100(1 )

100

C p K

C M H M

H3.6a nh hưởng của tốc độ nạp

liệu riêng

H3.6b nh hưởng tỉ lệ X/RH


62

Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, sẽ làm giảm độ chuyển hóa ( từ công thức

trên và hình 3.6a). Còn khi giảm tốc độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hóa 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 tưng tốc độ nạp liệu và như vậy sẽ tăng

được năng suất của thiết bị.

Khi tăng tốc độ nạp liệu, nếu tăng nhiệt dộ 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.

Trong thực tế, nếu dùng xúc tác aluminosilicat vô định hình, tốc đọ nạp

liệu thể tích chỉ đạt từ 4 dến 5 h-1. Nhưng nếu dùng xúc tác chứa zeolit, tốc độ

nạp liệu thể tích là 80 - 120 h-1

khi tính trong ống đứng của reactor và từ 20 đến

30 h-1

khi tính trong lớp sôi của reactor.

Khi thay dổi tỷ lệ X/RH sẽ làm thay đổi nhiệt độ của reactor, thay đổi

thời gian lưu của xúc tác trong reactor và lò tái sinh, đ ng thời c ng làm thay

đổi cả lượng cốc bám trên xúc tác trong một chu trình. Nếu ở chế độ ổn định,

tăng ti lệ X/RH sẽ làm tăng độ chuyển hóa, 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 đ được dàn ra ở một lượng xúc tác lớn hơn. Khi gi tốc

độ nạp liệu M/H/Mlà không dổi, nếu tăng tỷ lệ X/RH thì thời gian tiếp xúc gi a

xúc tác và nguyên liệu giảm, và như vậy độ hoạt tính trung bình của xúc tác

tăng lên. Đó là lý do đạt hiệu quả cao của quá trình với xúc tác tầng sôi (FCC).

Nhưng nấu 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 dến quá trình tái sinh và

trang thiết bị kèm theo.

6. Ả h hư ng của tỉ lệ Zeolit - Alumina trong xúc tác.

Phản ứng cracking xúc tác chủ yếu xảy ra trên bề mặt cảu xúc tác. Chiều

của phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của xúc tác, c ng như phụ thuộc

vào chất lượng nguyên liệu và các thông số công nghệ của quá trình .


63

Zeolit là hợp chất của alumino-silic, là chất tinh thể có cấu trúc đặc biệt.

Cấu trúc cảu chúng đặc trưng bằng mạng các lỗ rỗng, rãnh, rất nhỏ thông với nhau.

Các chất Zeolit được chế tạo cùng với các xúc tác alumino-silicat hay với đất sét

thiên nhiên, r i sau đó được xử lý bằng các phương pháp đặc biệt hợp thành xúc

tác chứa zeolit. Xúc tác chứa Zeolit này có hoạt tính cáo, có độ chọn lọc tốt và giá

thành vừa phải, vì thế chúng được sử dụng rộng rãi.

H3.7 nh hưởng của ti lệ eolit đến lượng Xăng- Diezel

H3.8 nh hưởng tỉ lệ eolit đến lượng Xăng


64

Khi tăng tỉ lệ Zeolit - Alumina dẫn tới độ chọn lọc của xúc tác tăng. Chính

vì vậy làm tăng hàm lượng xăng trong sản phẩm. Tuy nhiên, khi tăng tỉ lệ Zeolit

lên quá cao sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố sản phẩm Xăng và iezel.

Lượng xăng tăng cao nhưng lượng Diezel lại giảm nhiều c ng không mang lại hiệu

quả kinh tế cao. Vì vậy cần phải có sự điều chỉnh hợp lý tỉ lệ Zeolit để đem lại hiệu

quả kinh tế cao.

H3.9 nh hưởng tỉ lệ eolit đến lượng ightends

H3.10 nh hưởng tỉ lệ lumina đến lượng ightends


65

Khi tăng hàm lượng Alumina trong xúc tác theo H3.10 và H3.11, sản phẩm

Xăng và khí tăng còn sản phẩm Diezel giảm. Khi lượng Alumina quá cao thì lượng

xăng c ng sẽ bị chuyển hóa phần lớn sang khí nên sản lượng xăng thu được giảm

không đem lại hiệu quả kinh tế.

7. Ả h hư ng của tỷ lệ hơ ước đư o cù l ệu

H3.11 nh hưởng tỉ lệ lumina đến lượng Xăng- Diezel

H 3.12a nh hưởng của tỉ lệ hơi nước / nguyên liệu tới độ chọn lọc Xăng


66

Tăng tỉ lệ hơi nước trên nguyên liệu:

- Tăng độ chuyển hóa.

- Tăng sản lượng xăng trong sản phẩm.

- Hàm lượng cốc tăng.

- Tỉ số C/O tăng do cần nhiều xúc tác hơn để nâng nhiệt độ của hơi nước tới

nhiệt độ phản ứng.

Như vậy, tỉ lệ hơi nước trên nguyên liệu tăng có lợi cho quá trình. Vì hơi

nước tăng khả năng phân tán và bay hơi của nguyên liệu, giúp khả năng phân tán

của nguyên liệu trong xúc tác tốt hơn, thúc đẩy phản ứng.

H 3.12b nh hưởng của tỉ lệ hơi nước / nguyên liệu tới độ chọn lọc Xăng

H 3.12c nh hưởng của tỉ lệ hơi nước / nguyên liệu tới độ chọn lọc Xăng -Khí


67

Tuy nhiên, khi tỉ lệ hơ nước trên nguyên liệu quá cao sẽ làm tăng lượng xúc

tác tuần hoàn, khó khăn trong vận chuyển và tái sinh. Tốn chi phí để sản xuất hơi

nước đ ng thời làm tăng kích thước thiết bị phân tách, thu h i sản phẩm. Nếu tỉ lệ

hơi nước/nguyên liệu quá cao có thể xảy ra Steam Cracking.

8. Tố ư h c hệ

Tối ưu hóa quá trình bất kỳ là tìm điểm thích hợp nhất (điểm tối ưu) của

hàm số được nghiên cứu hoặc tìm các điều kiện tối ưu tương ứng để tiến hành quá

trình đ cho.

Về nguyên tắc, phải tiến hành chọn tiêu chuẩn tối ưu, tức lựa chọn tham số

mà ta mong muốn đạt được. Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà tiêu chuẩn tối ưu

có thể là tiêu chuẩn công nghệ (năng suất cao, sản phẩm phụ ít, hiệu suất lớn,...)

hoặc là các tiêu chuẩn kinh tế.

Quá trình tối ưu hóa không phải là quá trình nhằm đưa tham số mong muốn

đạt được giá trị cực đại hoặc cực tiểu, mà đó là quá trình đưa tham số (tiêu chuẩn

tối ưu) về giá trị thích hợp nhất, đ ng thời đảm bảo dung hòa các yếu tố khác.

Do quá trình FCC là quá trình chế biến các sản phẩm nặng thành các sản

phẩm nhẹ, có giá trị kinh tế cao, đặc biệt trong đó là xăng. Vì vậy hầu hết các nhà

máy FCC hiện nay đều hoạt động với chế độ tạo ra tối đa lượng xăng.

Xét về mặt toán học, ta có thể lập hàm tổng quát:

y = f (nhiệt độ, áp suất, thành phần, chiều dài ống Riser,…).

Trong đó y: sản phẩm xăng

Như vậy bài toán tối ưu hóa sẽ trở thành tìm cực trị của y theo các thông số

trên. Sau khi giải quyết xong bài toán cực trị, các sản phẩm còn lại sẽ được tính

toán theo sản phẩm xăng.

Khí khô = f1( sản phẩm xăng)

LPG = f2 ( sản phẩm xăng)

HCO = f3 ( sản phẩm xăng)

….

Trên thực tế, việc giải quyết bài toán cực trị này sẽ rất khó khăn và phức tạp

bởi quá trình FCC có rất nhiều yếu tố tác động, theo nhiều hướng, nhiều phương

thức c ng như cường độ khác nhau. Giá trị cực đại chưa hẳn là giá trị cuối cùng


68

của quá trình tối ưu hóa. Quá trình tối ưu hóa CC sẽ tìm ra một bộ thông số phù

hợp để cho ra giá trị sản phẩm xăng là tối ưu nhất.

Tối ưu hóa có hai dạng: tối ưu hóa kinh tế và tối ưu hóa kỹ thuật.

Tối ưu hóa kinh tế là quá trình tìm chế độ hoạt động trong đó chi phí vận

hành, giá trị các sản phẩm tạo ra đạt được giá trị kinh tế cao nhất tại thời điểm nhất

định. Ví dụ, với ngu n nguyên liệu nhất định, tại thời điểm LCO có nhu cầu cao

hơn thì quá tình sẽ được chuyển sang chế độ nhiều LCO, nếu Xăng có nhu cầu lớn

hơn thì sẽ vận hành ở chế độ nhiều xăng.

Tối ưu hóa kỹ thuật: quá trình này không xét đến các yếu tố kinh tế (chi phí

vận hành, giá trị sản phẩm,..), mà điều chỉnh các thông số nhằm đạt được sản phẩm

mong muốn. Các thông số điều chỉnh bao g m nhiệt độ, áp suất, thành phần

nguyên liệu vào, cấu tạo thiết bị,…

Quá trình tối ưu hóa thực tế là tổng hợp của hai quá trình này để chọn ra một

giá trị phù hợp nhất, vừa đảm bảo hợp lý tính kinh tế và tính kỹ thuật.

Sử dụng công cụ Otimizer của phần mềm mô phỏng Hysys xác định

được điều kiện công nghệ để tối ưu sản lượng xăng đối với ngu n nguyên liệu

là cặn chưng cất của dầu thô Bạch Hổ (hình…..):

Nhiệt độ nguyên liệu vào: 315oC

Áp suất nguyên liệu : 300 kPa

Áp suất phản ứng : 542 kPa

Chiều dài ống phản ứng : 35 m

Tỉ lệ hơi nước / nguyên liệu: 0.055

ROT ( Riser Outlet Temperature): 514 oC


69

Chươ IV

THIẾT KẾ XÂY DỰNG

1. X c đị h đị đ ể xâ dự

1.1. C c cơ x c đị h đị đ ể xâ dự củ h :

- Phân xưởng cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu, nhưng

trong đ án này chúng ta xem như là một nhà máy.

- Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu là một bước đầu tiên và

khá quan trọng của việc thiết kế. Đây là công việc khó khăn và phức tạp đòi hỏi

nh ng nhà thiết kế và quản lý phải tìm hiểu và kết hợp nh ng số liệu, nh ng thông

số kỹ thuật của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất, thủy văn,

kinh tế, công nghệ, kiến trúc đô thị hóa, xây dựng, văn hóa x hội... Nhiều khi xây

dựng nhà máy còn ít nhiều có liên quan đến chiến lược phát triển kinh tế xã hội của

một vùng. o đó, để lựa chọn một địa điểm nào đó trước hết người ta phải điều tra

cơ bản, nghĩa là thu thập và xử lý các số liệu về tất cả các mặt như: tài nguyên,

khoáng chất, đất đai, dân số, ngu n nguyên liệu, nhiên liệu, ngu n nước có liên

quan đến khu vực đó.

1.2. C c cầ đố ớ đị đ ể xâ dự :

1.2.1. C yêu ầu u đố ớ địa đ ểm x y dự :

a) Về quy hoạch:

Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với quy hoạch lãnh thổ, quy

hoạch vùng, quy hoạch cụm kinh tế công nghiệp đ được các cấp có thẩm quyền

phê duyệt tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy và khả năng hợp tác

sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận.

b)Về điều kiện tổ chức sản xuất:

Địa điểm chọn xây dựng phải đảm bảo các điều kiện sau:

Phải gần các ngu n cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ

sản phẩm nhà máy.


70

Gần các ngu n cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí

nén, than, dầu,.. như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí vận chuyển, hạ giá thành sản

phẩm, góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy.

c) Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật:

Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động của nhà máy.Do vậy

cần chú ý các yếu tố sau :

+ Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao g m: đường

bộ, đường sông, đường biển và cả đường hàng không.

+ Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cung cấp điện, thông tin

liên lạc và các mạng lưới kỹ thuật khác.

+Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì phải

xét đến khả năng xây dựng của các cơ sở hạ tầng trước mắt c ng như trong tương

lai.

d) Về điều kiện xây lắp và vận hành của nhà máy:

Địa điểm xây dựng phải chú ý đến các điều kiện sau:

+ Khả năng cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí gía thành đầu

tư xây dựng cơ bản của nhà máy vì giảm chi phí đầu tư vật liệu xây dựng từ nơi xa

đến.

+ Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy c ng

như vận hành nhà máy sau này. Do vậy trong quá trình thiết kế cần xác định số

công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp công nhân của địa phương. Ngoài ra

còn phải tính khả năng cung cấp công nhân ở địa phương lân cận .

e) Về điều kiện chính trị, xã hội:

Địa điểm được chọn phải phụ thuộc vào vùng có điều kiện chính trị xã hội

ổn định.

1.2.2 C yêu ầu ề kỹ u x y dự :

a) Về địa hình:


71

Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước

mắt c ng như trong việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Kích thước , hình dạng

và quy mô của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây rất nhiều khó khăn trong quá trình

thiết kế, bố trí dây chuyền công nghệ, c ng như việc bố trí các hạng mục công

trình trên mặt bằng khu đất đó. o vậy, khu đất được lựa chọn phải đáp ứng các

yêu cầu sau:

+ Khu đất phải cao ráo để tránh ngập lụt trong mùa l , khu đất phải có mực

nước thấp để tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải và nước mặt d dàng.

+ Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên tốt nhất là 0,5

1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt bằng (thông thường chi phí này

khá lớn chiếm từ 10 15% giá trị công trình )

b) Về địa chất:

Khu đất được lựa chọn phải đáp ứng các điều kiện sau:

+ Không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn

định (như có hiện tượng động đất, xói mòn đất hay hiện tượng cát chảy)

+ Cường độ khu đất xây dựng là 1,5 2,5 KG/cm2. Nên xây dựng trên nền

đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đ i...để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của

các hạng mục công trình, nhất là hạng mục công trình có trọng tải bản thân và tải

trọng động lớn .

1.2.3. C yêu ầu ề ệ s ô ệp:

Khi chọn địa điểm xây dựng cần xét đến mối quan hệ mật thiết gi a khu dân

cư đô thị và khu công nghiệp. Đây là điều cần thiết vì trong quá trình sản xuất các

nhà máy thường thải ra các chất độc như:khí độc,nước bẩn, khói bụi tiếng n...

hoặc các yếu tố bất lợi khác như: d cháy nổ , ô nhi m môi trường... Để hạn chế tối

đa ảnh hưởng của môi trường công nghiệp tới các khu dân cư, các khu vực có di

tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần đảm bảo các điều kiện sau:

a) Đảm bảo các khoảng cách bảo vệ sinh công nghiệp thích hợp:

Địa điểm xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu quy phạm, quy định về mặt

bảo vệ môi trường công ngiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp,


72

tuyệt đối không được xây dựng các công trình xây dựng hoặc công viên. Phải tr ng

cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây ra.

b) Đảm bảo vị trí xây dựng:

Vị trí xây dựng nhà máy thường ở cuối hướng gió chủ đạo , ngu n nước thải

của nhà máy phải được xử lý ở hạ lưu và cách bến nước dùng của khu dân cư tối

thiểu là 500m.

Tóm lại, để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các

yêu cầu trên nhưng trong thực tế rất khó khăn khi lựa chọn được địa điểm thỏa

mãn các yêu cầu trên. Do vậy cần nghiên cứu , cân nhắc và ưu tiên đến địa điểm

sản xuất riêng của nhà máy để quyết định địa điểm hợp lý và tối ưu.

1.2.4. Đặ đ ểm ủa địa đ ểm x y dự :

Nhà máy lọc dầu là nhà máy hiện đại và có quy mô lớn .Nó có vai trò quan

trọng trong nền kinh tế quốc dân đ ng thời đây là một dự án mang tính chiến lược

của chính phủ, vì vậy việc chọn địa điểm xây dựng cần phải thận trọng.

Ở đây ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu tại Nam Vân Phong-

Khánh Hòa. Phân xưởng cracking xúc tác được xây dựng trong nhà máy lọc dầu.

Vịnh Vân Phong, người Pháp gọi là Port Dayot (tức Bến Gối) thuộc địa

phận hai huyện Vạn Ninh và Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa; cách thành phố Nha

Trang 50km, cách thành phố Tuy Hòa 35km, chạy từ chân núi Mã Cảnh đến chân

phía Bắc núi Phước Hà. Phía Tây vịnh Vân Phong (cách bờ vịnh 20-30km) là phần

kéo dài của d y Trường ơn. Phía Đông Nam cửa Vịnh rộng 17km thông ra biển

Đông. Phía Đông Bắc là bán đảo Hòn Gốm g m các dãy núi nhỏ và c n cát kéo

dài. Bán đảo Hòn Gốm trải dài 27,5km có hình dáng như một cánh tay vươn ra

nâng niu báu vật - đảo Hòn Lớn. Đảo Hòn Lớn nằm trong vịnh Vân Phong có

chiều dài 14,2km, chiều ngang chỗ rộng nhất 6km. Diện tích của đảo khoảng

46km2. Phía Đông Nam nằm gi a bán đảo Hòn Gốm, Hòn Lớn và đảo Cổ Cò, là

dải nước hẹp có chiều rộng 200m có độ sâu trung bình 25m, thuận lợi cho việc vào

ra của tàuthuyền.

Tổng diện tích khu vực vịnh Vân Phong khoảng 150.000ha; trong đó diện

tích mặt nước vùng vịnh khoảng 80.000ha và diện tích đất liền khoảng 70.000ha.

Khu vực này có địa hình phong phú, đặc biệt là hệ thống đảo, bán đảo, vịnh sâu và


73

kín gió, bờ và bãi biển, c n cát hấp dẫn và là khu vực có hệ sinh thái đa dạng như

rừng nhiệt đới, rừng ngập mặn, động thực vật biển nông ven bờ.

2. h ế kế ổ ặ hâ xư

2.1. Yêu ầu ế kế ổ mặ p x ở ra k xú :

2.1.1. C yêu ầu u :

Để có được phương án tối ưu khi lựa chọn và thiết kế quy hoạch tổng mặt

bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể sau:

Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng các yêu cầu cao nhất

của dây chuyền công nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất là ngắn nhất,

không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Đảm bảo mối liên hệ mật

thiết gi a các hạng mục công trình với hệ thống giao thông và các mạng lưới cung

cấp kỹ thuật khác bên trong c ng như bên ngoài nhà máy.

Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân chia thành các khu vực chức

năng theo đặc điểm sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối lượng phương

tiện vận chuyển, mật độ công nhân...Tạo điều kiện tốt nhất cho việc quản lý vận

hành của các khu vực chức năng.

Diện tích khu đất xây dựng được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của

dây chuyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng

cường khả năng hợp khối nâng tầng, sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng

để tr ng cây xanh, tổ chức môi trường công nghiệp và định hướng phát triển nhà

máy trong tương lai.

Tổ chức hệ thống giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây chuyền

công nghệ, đặc tính hàng hoá để đáp ứng mọi yêu cầu để sản xuất và quản lý.

Lu ng người và lu ng hàng hoá phải không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra cần

phải chú ý khai thác tận dụng mạng lưới giao thông quốc gia và các cụm nhà máy

lân cận.

Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản

xuất, đảm bảo vệ sinh môi trường bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí

hướng nhà hợp lý theo hướng gió chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng

mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho việc thông

thoáng tự nhiên, hạn chế bức xạ nhiệt vào trong nhà.


74

Khai thác triệt để đặc điểm địa hình tự nhiên, đặc điểm khí hậu địa phương

nhằm giảm tối thiểu các cho chi phí san nền, xử lý nền đất, tiêu và thoát nước cho

các công trình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình.

Phải đảm bảo tốt mối quan hệ mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu

công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất

thải, chống ô nhi m môi trường c ng như các công trình hành chính phục vụ công

cộng...nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và

tiết kiệm đất xây dựng.

Phân chia thời kỳ xây dựng hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sớm đưa

nhà máy vào hoạt động sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư xây dựng.

Bảo đảm các yêu cầu thẩm mỹ của từng công trình, tổng thể nhà máy. Hoà

nhập, đóng góp cảnh quan xung quanh, tạo thành khung cảnh kiến trúc công

nghiệp đô thị.


75

Bảng 4.1: Các hạng mụ r p x ởng cracking xúc tác[16]

ST

T Tên công trình

Kích thước Diện tích (m

2)

Dài (m) Rộng (m)

1 Phòng bảo vệ 6 x 4 6 x 4 144

2 Phòng thay quần áo 18 12 216

3 Nhà để xe đạp xe máy 24 18 432

4 Hội trường 36 12 432

5 Nhà hành chính (tầng 2) 36 12 -

6 Nhà ăn 18 12 216

7 Nhà y tế 12 9 108

8 Phòng hoá nghiệm 18 12 216

9 Nhà cung cấp nước 30 20 600

10 Nhà điều khiển 24 12 288

11 Tua bin khí 12 6 72

12 Trao đổi nhiệt 18 12 216

13 Làm lạnh 18 12 216

14 Lò đốt CO 12 6 72

15 Nhà cơ khí 24 12 288

16 Tháp chưng phân đoạn 18 12 216

17 Lò phản ứng 18 12 216

18 Lò tái sinh 18 15 270

19 Sản xuất hơi nước 12 6 72

20 Nhà máy bơm và máy nén 24 12 288


76

21 Ống khói 12 6 72

22 Trạm điện 12 6 72

23 Nhà xử lý nước thải 18 12 216

24 Bể chứa nguyên liệu 40 x 6 40 x 6 9600

25 Trạm cứu hỏa 30 20 600

26 Bể chứa xăng 40 x 3 40 x 3 4800

27 Bể chứa gasoil nhẹ 40 x 2 40 x 2 3200

28 Bể chứa gasoil nặng 40 x 2 40 x 2 3200

29 Bể chứa cặn dầu 40 40 1600

2.1.2. C yêu ầu r ê :

Dựa vào phương án bố trí công nghệ và các tài liệu cơ sở liên quan mà tiến

hành điều chỉnh bố trí lại công nghệ cho hợp lý hơn và đảm các yêu cầu:

Thoả mãn yêu cầu công nghệ, bố trí đường sản xuất hợp lý, bố trí thiết bị đủ

diện tích để công nhân thao tác. Các bộ phận liên hệ trực tiếp với nhau, đảm bảo

trong và ngoài nhà thuận tiện phù hợp với dây chuyền sản xuất chung của nhà máy.

Đảm bảo điều kiện làm việc tốt, triệt để chiếu sáng tự nhiên, thải được hơi

độc, bụi ra ngoài. Bảo đảm vệ sinh trong công nghiệp và an toàn trong sản xuất

Xác định hình dáng mặt bằng, hệ thống lưới cột theo yêu cầu thống nhất hoá

trong xây dựng.

Bảo đảm yêu cầu phát triển mở rộng sản xuất trong tương lai của nhà máy,

có dự kiến trước hướng mở rộng để khi quá trình công nghệ thay đổi nhưng vẫn sử

dụng được, ít phải sửa ch a lại.

2.2. ế kế ổ mặ p x ở ra k xú e uyê ắ

phân vùng:

Đặc điểm của dây chuyền sản xuất:

+ Quá trình cracking xúc tác là quá trình sản xuất liên tục.


77

+ Trong khi vận hành có thể thải ra khí độc, bụi và nước ô nhi m.

+ Toàn bộ dây chuyền đều lộ thiên.

+ Cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu, do đó quá trình

này phải bố trí nằm trong khu liên hợp, hoạt động không thể tách riêng với các

phân xưởng khác.

Các hạng mục công trong phân xưởng cracking xúc tác được trình bày ở

bảng 19

Bố trí các hạng mục trong phân xưởng cracking xúc tác theo nguyên tắc

phân vùng:

+ Vùng trước nhà máy nên bố trí ở đầu hướng gió chủ đạo. Vùng trước nhà

máy nên bố trí phòng bảo vệ, hội trường, nhà để xe, nhà hành chính, nhà ăn, nhà

sinh hoạt. Còn nhà để xe cơ giới và xe đạp cần bố trí sao cho thuận tiện cho việc

vận chuyển ra vào nên bố trí nó ở gần cổng phụ.

+ Vùng sản xuất:

Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy do đó được bố trí theo nguyên tắc

là: Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất c ng như về hướng. Các

nhà sản xuất chính, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí ở phía gần cổng

chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. Các nhà xưởng trong quá trình

sản xuất gây ra các tác động xấu như tiếng n lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều

hoặc d có sự cố (dể cháy nổ, rò rỉ các hoá chất bất lợi, độc hại). Nên đặt cuối

hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy định an toàn về vệ sinh công nghiệp. Bố

trí phải đảm bảo dây chuyền sản xuất ngắn và thuận lợi, phù hợp và liên hợp với

các phân xưởng sản xuất khác trong tổng mặt bằng nhà máy.

Theo nguyên tắc trên trong vùng sản xuất của các phân xưởng cracking xúc

tác bố trí các hạng mục công trình sau: Nhà cơ khí, nhà máy bơm và máy nén, nhà

điều khiển, lò tái sinh, lò phản ứng, tháp chưng cất chính, tua bin khí, sản xuất hơi

nước, lò đốt CO, ống khói và bố trí gần bộ phận xử lý nhiệt là các nhà trao đổi

nhiệt, làm lạnh.

+ Vùng các công trình phụ: nhà sản xuất nước, cứu hoả, xử lý nước thải,

trạm điện. Khi bố trí vùng các công trình phụ cần chú ý: hạn chế tối đa chiều dài


78

của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý gi a nơi cung cấp và nơi

tiêu thụ năng lượng. Tận dụng các khu đất không lợi về hướng để bố trí các công

trình phụ.

+ Vùng cuối hướng gió thì bố trí các bể chứa nguyên liệu, bể xăng, bể đựng

gasoil nặng và bể đựng cặn dầu. Các bể chứa nguyên liệu nên đặt ở sau so với các

bể chứa sản phẩm, vì nếu có xảy ra sự cố về lửa đối với bể chứa nguyên liệu thì ít

ảnh hưởng tới bể chứa sản phẩm, còn nếu bố trí ngược lại thì rất khó để bảo vệ bể

chứa sản phẩm. Tại mỗi bể chứa thì cần phải lắp đặt hệ thống đường ống ch a

cháy để khi có sự cố thì ngay lập tức hoạt động. Vùng phía sau nên tr ng nhiều cây

xanh để giảm bớt các chất độc hại, và giảm bớt bụi.

+ Các phòng bảo vệ nên đặt ở ngay cổng ra vào phân xưởng và vào khu sản

xuất. Các khu vực còn lại thì tr ng cây xanh để tạo cảnh quan cho nhà máy. Đường

giao thông phục vụ đi lại cần đổ nhựa và dẫn đến tận các khu sản xuất.

* Ư đ ểm của việc bố trí mặt b hư l :

+ D quản lý theo nghành , theo các phân xưởng , theo các công đoạn của

dây chuyền sản xuất của nhà máy.

+Thích hợp với các nhà máy có nh ng xưởng , nh ng công đoạn có các đặc

điểm và điều kiện sản xuất khác nhau.

+Đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp , d dàng xử lý các bộ phận

phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc , bụi , cháy ,

nổ...

+ D dàng bố trí hệ thống giao thông và sắp xếp các thiết bị trong nhà máy.

+ Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy.

+ Giảm được tải trọng công trình như kết cấu bao che, tải trọng gió ngang,

cầu trục trong nhà...do vậy giảm được khối lượng xây dựng, tiết kiệm được vật liệu

xây dựng từ đó giảm được chi phí cho xây dựng.

+ Giảm thời gian xây dựng, tiết kiệm được mặt bằng.

* Nhược đ ểm:


79

+ Dây chuyền sản xuất kéo dài.

+Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng.

+Hệ số xây dựng và sử dụng thấp.

2.3. ỉ êu kỹ u ơ ả :

Diện tích chiếm đất của các nhà và công trình (A): A= 27410 [m2]

Tổng diện tích phân xưởng (F): F = A x4 = 109640 [m2]

Diện tích kho, bãi lộ thiên(B): B= 19406 [m2]

Diện tích chiếm đất của đường giao thông, của hệ thống ống vận chuyển vật

chất, r nh thoát nước, vỉa hè: C = 30.000[m2]

- Xác định hệ số xây dựng ( Kxd):

%7,42100.109640

1940627410100.

F

BAK xd

- Xác định hệ số sử dụng ( Ksd):

%1,70100.109640

300001940627410100.

F

CBAK sd

3. h ế kế xâ dự hâ xư C ck xúc c

* Xây dựng lộ thiên phân xưởng cracking xúc tác:

Nhà công nghiệp có các bao che cho thiết bị máy móc của máy móc của quá

trình sản xuất và đảm bảo về khí hậu tốt nhất cho sản xuất và con người. Tuy nhiên

do khoa học kỹ thuật phát triển, ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ có trình độ tự

động hoá cao, quá trình sản xuất được tiến hành liên tục trong các thiết bị kín, có

kích thước (đường kính và chiều cao) lớn, các quá trình vận chuyển chủ yếu bằng

đường ống, thiết bị chịu đựng ăn mòn môi trường. Con người chủ yếu làm việc

trong các phòng kiểm tra, điều khiển, khi có sự cố mới ra ngoài kiểm tra, xem xét

và xử lý. o đó một xu hướng thiết mới ra đời là bố trí thiết bị của quá trình sản

xuất ra ngoài trời trên mặt bằng lộ thiên hoặc khung sàn lộ thiên (khung sàn không

có tường và mái) mà không cần bao che, nghĩa là bộ phận xây dựng sản xuất xây

dựng lộ thiên. Đây là hình thức có nhiều ý nghĩa to lớn về mặt tiến bộ khoa học kỹ

thuật c ng như về mặt kinh tế trong xây dựng và sử dụng.


80

* Ý nghĩa và tác dụng của hình thức xây dựng lộ thiên:

+ Giảm tải trọng tác dụng lên công trình như kết cấu bao che, tải trọng, cần

trục trong nhà. o đó giảm được khối lượng xây dựng từ 20 40%, tiết kiệm được

vật liệu xây dựng.

+ Giảm thời gian thiết kế, thời gian chuẩn bị và thi công, sớm đưa công trình

vào sử dụng.

+Tiết kiệm diện tích trên mặt bằng khi bố trí lộ thiên từ 10 50% diện tích

đất xây dựng do đó tiết kiệm được đất xây dựng nhà máy.

+ Nâng cao tính linh hoạt vạn năng của công trình, d dàng bố trí, lắp ráp

sửa ch thiết bị, d dàng mở rộng và cải tạo xí nghiệp trong tương lai.

+ Giảm điện chiếu sáng, giảm thiết bị thông gió nhân tạo, giảm được nguy

cơ cháy nổ vì bố trí thông thoáng và hợp lý. Giảm chi phí để bảo quản sử dụng sửa

ch a công trình. Công nhân làm việc tốt hơn và cảm thấy an toàn hơn.

o các ý nghĩa to lớn trên nên đ thu được hiệu quả kinh tế sau:

- Giảm tổng số đầu tư xây dựng từ 5 20% so với xây dựng kín.

- Giảm giá thành xây xựng từ 8 50%, do đó giảm được giá thành sản phẩm

từ 8 18%

Qua phần thiết kế xây dựng đ xác định được kích thước, cách bố trí các

nhà, các công trình theo đúng quy định. Khi bố trí ta cần chú ý đến làm sao dây

chuyền sản xuất liên tục và thuận lợi. Khoảng cách gi a các thiết bị hợp lý: đủ điều

kiện cho công nhân thao tác, điều hành và sửa ch a thiết bị. Giao thông trong và

ngoài phân xưởng phải thuận tiện cho việc đi lại của các loại xe ra vào nhà máy.

Sự hoạt động của các thiết bị của dây chuyền, đối với nh ng nơi cần độ tin cậy cao

và chính xác thì nên tự động hoá các bộ phận đó.


81

KẾ L ẬN

Trong đ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu xây dựng mô phỏng quá trình FCC”

đã nghiên cứu và giải quyết được các vấn đề sau:

ử dụng phương pháp mô hình hóa để phân tích quá trình CC thành các

quá trình đơn giản mà không ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác của quá

trình.

ựa trên yêu cầu về sản phẩm, sử dụng mô hình 7 Lump g m Coke, Khí

khô, LPG, xăng, LCO, HCO và lurry. Sử dụng phần mềm UNISIM mô

phỏng Riser bằng thiết bị phản ứng PFR cho kết quả tính toán phù hợp với

mô hình trong Hysys.Refinery.

Xây dụng mô phỏng tĩnh quá tình CC để thu sản phẩm chính là xăng và có

thể điều chỉnh thu olefin nhẹ cho hóa dầu bẳng HYSYS.Refinery.

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình FCC:

- Khi thay đổi thành phần nghuyên liệu từ dầu nhẹ sang dầu nặng thì

tăng chỉ số Octan, tuy nhiên hàm lượng cốc tăng nên hoạt tính và độ

chọn lọc của xúc tác giảm, nhiệt độ trong lò tái sinh cao, đòi hỏi xúc

tác phải có hoạt tính và độ chọn lọc, độ bền nhiệt cao hơn.

- Khi thay đổi thành phần xúc tác: hàm lượng Zeolit tăng lên thì làm

tăng hoạt tính của xúc tác, tăng dộ chuyển hóa, tăng hàm lượng xăng

và khí. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng Zeolit thì hàm lượng chất

mang giảm, làm giảm khả năng tham gia các phản ứng của các cấu tử

nặng, do đó Octan của xăng giảm. Mặt khác, khi tăng hàm lượng

Zeolit lớn hơn 30% thì hiệu suất xăng và độ chuyển hóa tăng không

đáng kể, mà lại khó tái sinh do bền nhiệt của Zeolit kém hơn chất

mang.


82

- Thay đổi nhiệt độ nguyên liệu: khi tăng nhiệt độ của nguyên liệu từ

270÷330 oC thì làm giảm tỉ số C/O nhưng lại làm giảm độ chuyển hóa

và hàm lượng xăng.

- Thay đổi nhiệt độ dòng ra khỏi Riser (ROT): khi ROT tăng thì tăng độ

chuyển hóa của quá trình, tăng sản lượng xăng và khí. Tuy nhiên khi

ROT quá cao (lớn hơn 520oC) thì xảy ra các phản ứng bậc 2 với các

cấu tử trong phân đoạn xăng nên làm giảm hàm lượng xăng, tăng sản

lượng khí, không có lợi cho qua trình FCC. Khi nhiệt độ tăng làm tăng

các phản ứng như dehydro làm tăng sản lượng Aromatic và olefin làm

tăng trị số Octan của xăng.

- Thay đổi tỉ lệ C/O: Khi tăng chỉ số C/O làm tăng hoạt tính c ng như

độ chọn lọc xăng, do đó độ chuyển hóa tăng, hàm lượng xăng tăng.

Tuy nhiên khi tỉ số C/O tăng quá cao làm giảm nhiệt độ lò tái sinh làm

khẳng cháy của cốc giảm và đ ng thời khả năng vận chuyển xúc tác

khó khăn hơn. Tỉ số C/O nằm trng khoảng 4-9/1 về khối lượng.

- Thay đổi tỉ lệ hơi nước đưa vào cùng nguyên liệu: Tỉ lệ hơi nước đưa

vào cùng nguyên liệu là một thông số linh hoạt để điều chỉnh thời gian

lưu giúp điều chỉnh công suất của nhà máy để phù hợp với tình hình

tiêu thụ sản phẩm. Mặt khác, hơi nước làm tăng khả năng phân tán và

bay hơi của nguyên liệu, làm tăng độ chuyển hóa và sản lượng xăng.

Tuy nhiên tỉ lệ hơi nước/nguyên liệu quá cao có thể xảy ra Steam

Cracking và đ ng thời làm tăng kích thước thiết bị tách sản phẩm, làm

tăng chi phí đầu tư.

- Tối ưu hóa các chế độ công nghệ để thu được sản phẩm mong muốn

từ cặn chưng cất khí quyển của dầu thô Bạch Hổ.

Documents

ĐATN- Công nghệ FCC