Xem mẫu
- Ch−¬ng 4
C«ng nghÖ qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c
4.1. Më ®Çu
Cracking xóc t¸c pha l−u thÓ FCC (fluid catalytic cracking) lµ mét qu¸ tr×nh chuyÓn
ho¸ gas oil ch−ng cÊt trùc tiÕp d−íi ¸p suÊt khÝ quyÓn, gas oil ch©n kh«ng, mét sè dÇu cÆn
vµ dÇu nÆng cña nhiÒu c«ng ®o¹n kh¸c nhau trong nhµ m¸y läc dÇu ®Ó t¹o ra gasolin cã gi¸
trÞ octan cao h¬n, dÇu ®èt vµ c¸c khÝ giµu olefin nhÑ. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh FCC lµ: vèn
®Çu t− t−¬ng ®èi thÊp, ho¹t ®éng l©u dµi kh¸ æn ®Þnh vµ kh¸ ®a d¹ng (nghÜa lµ nhµ m¸y läc
dÇu cã thÓ ®iÒu chØnh hiÖu suÊt c¸c s¶n phÈm theo nhu cÇu thÞ tr−êng b»ng c¸ch thay ®æi c¸c
tham sè vËn hµnh. Gasolin cña FCC cã gi¸ trÞ octan kh¸ tèt. Ngoµi ra, c¸c gasolin ®ã cßn
®−îc bæ sung c¸c alkylat s¶n xuÊt tõ c¸c khÝ giµu olefin. C¸c alkylat cã gi¸ trÞ octan kh¸ cao
vµ ®é nh¹y octan kh¸ tèt.
Trong mét hÖ thèng FCC ®iÓn h×nh, c¸c ph¶n øng cracking ®Òu ®−îc thùc hiÖn trong
mét react¬ èng ®øng (vertical reactor riser), trong riser (raiz¬) mét dßng nguyªn liÖu láng
®−îc tiÕp xóc víi chÊt xóc t¸c nãng, d¹ng bét. Nguyªn liÖu (gas oil) bÞ ho¸ h¬i vµ cracking
thµnh c¸c s¶n phÈm nhÑ khi di chuyÓn tõ d−íi lªn phÝa trªn react¬ vµ mang theo chÊt xóc t¸c
bét. C¸c ph¶n øng x¶y ra rÊt nhanh chØ trong vµi gi©y, ®ång thêi cèc còng ®−îc h×nh thµnh,
b¸m vµo bÒ mÆt chÊt xóc t¸c lµm cho ho¹t tÝnh xóc t¸c gi¶m dÇn. ChÊt xóc t¸c ®· tham gia
ph¶n øng vµ c¸c s¶n phÈm cracking ®−îc ph©n riªng. ChÊt xóc t¸c ®−îc chuyÓn qua thiÕt b Þ
hoµn nguyªn ®Ó ®èt ch¸y cèc vµ phôc håi ho¹t tÝnh xóc t¸c. Sau ®ã, chÊt xóc t¸c l¹i ®−îc
chuyÓn ®Õn ®¸y cña react¬ èng ®øng ®Ó tiÕp tôc thùc hiÖn mét chu tr×nh cracking xóc t¸c
tiÕp theo. §Ó ®¹t ®−îc mét quy tr×nh hoµn h¶o nh− trªn, c«ng nghÖ cracking xóc t¸c ph¶i tr¶i
qua bao nhiªu thêi gian thö th¸ch, c¶i tiÕn vµ hoµn thiÖn dÇn.
• Mét vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ FCC
Cracking xóc t¸c b¾t ®Çu ph¸t triÓn trong nh÷ng n¨m cuèi cña thËp kû 30 thÕ kû tr−íc.
Trong thÕ chiÕn thø II, do yªu cÇu quèc phßng c«ng nghÖ nµy ®−îc −u tiªn ph¸t triÓn ®Æc
biÖt, h¬n 30 c¬ së cracking ®−îc x©y dùng vµ ho¹t ®éng.
Ph©n x−ëng FCC quy m« c«ng nghÖ ®Çu tiªn ®−îc ®−a vµo vËn hµnh ë Mü th¸ng 5-
1942 theo mÉu thiÕt kÕ sè 1 (kh«ng giíi thiÖu ë ®©y). MÉu nµy nhanh chãng ®−îc thay thÕ
bëi mÉu sè 2 (h×nh 4.1).
S¬ ®å nµy gåm mét react¬ d¹ng thïng réng ®−îc ®Æt gÇn mÆt sµn vµ mét thiÕt bÞ hoµn
nguyªn chÊt xóc t¸c ë vÞ trÝ cao h¬n react¬ mét Ýt. ChÊt xóc t¸c vµ hydrocacbon ®−îc ho¸
154
- h¬i ®i vµo react¬ cã líp xóc t¸c æn ®Þnh. C¸c van ®iÒu chØnh ®−îc l¾p ®Æt ë nhiÒu vÞ trÝ kh¸c
nhau trong hÖ thèng ®Ó duy tr× ¸p suÊt thÊp h¬n trong thiÕt bÞ hoµn nguyªn so víi react¬.
Thùc tÕ c«ng nghÖ ®· chøng tá r»ng, mÆc dï ®é chuyÓn ho¸ cña c¸c s¶n phÈm cracking xóc
t¸c nµy vÉn cßn thÊp (40 ®Õn 50% thÓ tÝch láng, %LV: % liquid volume) nh−ng phÇn lín c¸c
ph¶n øng cracking ®· x¶y ra trong mét kho¶ng thêi gian tiÕp xóc rÊt ng¾n gi÷a xóc t¸c vµ
hydrocacbon.
Xyclon ®a cÊp
KhÝ x ¶ s au
hoµn nguyªn Nåi h¬i tËn §Õn thiÕt bÞ ph©n
ThiÕt bÞ hoµn
dông nhiÖt ®o¹n ch− ng cÊt
nguyªn
th¶i
React¬
ThiÕt bÞ
thu håi bôi
H¬i n−íc ®Ó lµm
s¹ch chÊt xóc t¸c
DÇu
Kh«ng khÝ
nguyªn liÖu
S¶n phÈm ®¸y ch−ng cÊt
H×nh 4.1. S¬ ®å hÖ thèng cracking xóc t¸c theo mÉu thiÕt kÕ sè 2.
Buång gi¶m ¸p
KhÝ
Reactor
Kh Ý v µ x ¨ ng
Bé phËn lµm s¹ch chÊt xóc t¸c
(b»ng h¬i n− íc) Cét ch−ng cÊt chÝnh
H¬i n−íc xö lý chÊt xóc t¸c LCO
ThiÕt bÞ hoµn DÇu ®· l¾ng g¹n
Nåi h¬i HCO
nguyªn
H¬i n−íc
DÇu sÖt
N−íc
®· xö lý
Kh«ng khÝ
Nguyªn liÖu
H×nh 4.2. S¬ ®å hÖ thèng FCC theo thiÕt kÕ cña m« h×nh "nèi tiÕp"
(gi÷a react¬ vµ regenerat¬).
155
- Sau chiÕn tranh, mÉu thiÕt kÕ hÖ thèng FCC d¹ng “nèi tiÕp” ®−îc triÓn khai (h×nh 4.2)
S¬ ®å nµy gåm mét react¬ ¸p suÊt thÊp kÕt nèi trùc tiÕp phÇn phÝa trªn cña thiÕt bÞ
hoµn nguyªn chÊt xóc t¸c cã ¸p suÊt cao h¬n. MÉu thiÕt kÕ nµy lµ mét b−íc chuyÓn tiÕp
quan träng tõ c«ng nghÖ cracking trong líp chÊt xóc t¸c æn ®Þnh ®Õn cracking trong hÖ xóc
t¸c pha l−u thÓ. Gi÷a thËp kû 50 thÕ kû tr−íc mÉu thiÕt kÕ kiÓu react¬ èng ®øng (reactor
riser) ®· ®−îc giíi thiÖu (h×nh 4.3).
KhÝ x¶ ®Õn
lß ®èt CO
Kh Ý v µ x ¨ ng
Bé phËn lµm
s¹ch chÊt xóc t¸c
Reactor
Buång gi¶m ¸p (b»ng h¬i n−íc) LCO
Cét ch− ng cÊt
HCO
DÇu ®· l¾ng g¹n
H¬i n− íc
ThiÕt bÞ hoµn
DÇu sÖt
nguyªn
Kh«ng khÝ
Nguyªn liÖu
H×nh 4.3. HÖ thèng FCC theo m« h×nh"song song" cña UOP.
Trong mÉu thiÕt kÕ nµy, thiÕt bÞ hoµn nguyªn xóc t¸c ®−îc ®Æt gÇn mÆt sµn vµ react¬ ë
vÞ trÝ cao h¬n bªn c¹nh. ChÊt xóc t¸c ®· hoµn nguyªn, nguyªn liÖu míi vµ nguyªn liÖu hoµn
l−u ®−îc ®−a vµo react¬ b»ng mét èng ®øng dµi ë phÝa d−íi react¬. So víi thiÕt kÕ tr−íc, th×
hiÖu suÊt vµ ®é chän läc cña mÉu thiÕt kÕ nµy ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ.
Gi÷a thËp kû 1960 viÖc øng dông chÊt xóc t¸c zeolit ë quy m« c«ng nghiÖp ®· t¹o ra
mét b−íc nh¶y vät trong c«ng nghÖ xóc t¸c cho c¸c qu¸ tr×nh läc dÇu. C¸c chÊt xóc t¸c
zeolit cã ho¹t tÝnh, ®é chän läc gasolin vµ ®é æn ®Þnh (®é bÒn xóc t¸c) rÊt cao so víi chÊt
xóc t¸c aluminosilicat v« ®Þnh h×nh. Nhê nh÷ng −u ®iÓm næi bËt cña chÊt xóc t¸c zeolit mµ
tõ ®ã ®Õn nay, nhiÒu s¸ng chÕ vµ c¶i tiÕn quy tr×nh c«ng nghÖ cracking xóc t¸c ®· liªn tôc
triÓn khai. N¨m 1971, UOP ®· th−¬ng m¹i ho¸ mét mÉu thiÕt kÕ míi, ®−îc gäi lµ mÉu riser
cracking (c¸c ph¶n øng cracking ®−îc thùc hiÖn trong mét react¬ èng ®øng chøa h¬i
hydrocacbon vµ bét xóc t¸c ®−îc chuyÓn ®éng trong tr¹ng th¸i l−u thÓ). S¬ ®å c«ng nghÖ
FCC nhanh chãng ®−îc triÓn khai trong c¸c nhµ m¸y läc dÇu míi x©y dùng vµ thËm chÝ ®−îc
thay thÕ cho c¸c s¬ ®å FCC cò ®ang tån t¹i. Thùc tÕ chøng tá r»ng, cracking react¬ èng ®øng
(riser cracking) ®· ®em l¹i ®é chän läc gasolin cao h¬n, khÝ vµ cèc gi¶m h¬n, nghÜa lµ h¹n
chÕ mét c¸ch rÊt hiÖu qu¶ c¸c ph¶n øng cracking thø cÊp.
156
- Trong nhiÒu n¨m, ng−êi ta hÕt søc quan t©m ®Õn viÖc hoµn thiÖn mét hÖ react¬
cracking, bao gåm: èng ph¶n øng, hÖ xyclon, ®Çu phun nguyªn liÖu,... Mäi c¶i tiÕn ®Òu
nh»m t¨ng c−êng sù tiÕp xóc tèt gi÷a nguyªn liÖu cracking vµ chÊt xóc t¸c, thùc hiÖn ph¶n
øng cracking hoµn toµn trong èng ph¶n øng (riser), n©ng cao hiÖu suÊt s¶n phÈm mong
muèn, gi¶m thiÓu c¸c s¶n phÈm phô kh«ng cÇn thiÕt.
Bªn c¹nh sù quan t©m c¶i tiÕn react¬ ph¶n øng, ng−êi ta cßn chó ý c¶i tiÕn hÖ thèng
hoµn nguyªn xóc t¸c. Trong thêi kú ®Çu (kho¶ng 20 n¨m) ho¹t ®éng cña c¸c nhµ m¸y läc
dÇu, c¸c thiÕt bÞ hoµn nguyªn xóc t¸c ®Òu ph¸t ra khÝ x¶ chøa chñ yÕu CO vµ CO2. Víi biÖn
ph¸p ®èt ch¸y kh«ng hoµn toµn, chÊt xóc t¸c sau khi hoµn nguyªn cßn chøa hµng chôc phÇn
tr¨m l−îng cacbon trªn bÒ mÆt cña nã. Trong nh÷ng n¨m ®Çu cña thËp kû 1970 ng−êi ta ph¶i
c¶i tiÕn viÖc chÕ t¹o chÊt xóc t¸c vµ l¾p ®Æt thªm c¸c thiÕt bÞ phô trî (lß ®èt CO) ®Ó chuyÓn
ho¸ CO thµnh CO2, nh»m gi¶m thiÓu ®é ®éc h¹i cña khÝ th¶i. N¨m 1973, mét hÖ thèng FCC
cña UOP ®−îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ hoµn nguyªn xóc t¸c míi, cã hiÖu qu¶ cao trong viÖc chuyÓn
ho¸ trùc tiÕp CO thµnh CO2. Tõ ®ã vÒ sau, c¸c c¬ së FCC ®Òu ®−îc thiÕt kÕ theo c«ng nghÖ
hoµn nguyªn xóc t¸c c¶i tiÕn, do ®ã, hiÖu suÊt cèc gi¶m, ph¸t th¶i CO thÊp h¬n (®¸p øng tiªu
chuÈn m«i tr−êng) vµ c¶i thiÖn chÊt l−îng, ®é chän läc s¶n phÈm.
S¶n phÈm ph¶n øng
React¬ èng ®øng
KhÝ x¶ sau hoµn nguyªn
ThiÕt bÞ hoµn nguyªn
xóc t¸c 2 giai ®o¹n
Kh«ng khÝ s¬ cÊp
Nguyªn liÖu vµ
pha ph©n t¸n
Kh«ng khÝ thø cÊp
Kh«ng khÝ thø cÊp
Pha ph©n t¸n
H×nh 4.4. S¬ ®å c«ng nghÖ RCC.
157
- Vµo cuèi nh÷ng n¨m 1980, do khã kh¨n vÒ nguån dÇu th«, c¸c nhµ läc dÇu b¾t ®Çu
quan t©m ®Õn viÖc chÕ biÕn nguån dÇu nÆng, ®Æc biÖt lµ dÇu cÆn tõ ch−ng cÊt ë ¸p suÊt khÝ
quyÓn. §Ó chÕ biÕn hiÖu qu¶ dÇu cÆn chøa nhiÒu t¹p chÊt, 2 h·ng UOP vµ Ashland Oil ®·
hîp t¸c víi nhau ®Ó triÓn khai mét c«ng nghÖ cracking xóc t¸c cho nhiÒu d¹ng nguyªn liÖu
kh¸c nhau. N¨m 1983, c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu th« nÆng RCC ®−îc ¸p dông quy m« c«ng
nghiÖp. Tõ ®ã vÒ sau, viÖc xö lý dÇu cÆn dÇn dÇn ph¸t triÓn, h¬n mét nöa c¸c nhµ m¸y míi
®Òu ®−îc x©y dùng theo c«ng nghÖ xö lý dÇu cÆn hoÆc dÇu chøa nhiÒu hîp phÇn nÆng. H×nh
4.4 giíi thiÖu mét m« h×nh hÖ thèng RCC ®−îc thiÕt kÕ n¨m 1983.
Trong s¬ ®å ®ã cã nhiÒu c¶i tiÕn so víi c«ng nghÖ FCC th«ng th−êng, ®Æc biÖt lµ sù
c¶i tiÕn vÒ thiÕt bÞ hoµn nguyªn hai giai ®o¹n nh»m ®èt ch¸y tèt h¬n l−îng cèc nhiÒu h¬n tõ
nguyªn liÖu dÇu cÆn. ThiÕt bÞ hoµn nguyªn xóc t¸c nµy khèng chÕ tèt h¬n sù c©n b»ng nhiÖt
cña qu¸ tr×nh, bëi v× mét giai ®o¹n ho¹t ®éng trong chÕ ®é ch¸y hoµn toµn, vµ mét giai ®o¹n
kh¸c trong chÕ ®é ch¸y kh«ng hoµn toµn. Bé phËn lµm nguéi chÊt xóc t¸c còng lµ mét c¶i
tiÕn cña c«ng nghÖ RCC. Nã kh«ng nh÷ng gãp phÇn vµo viÖc khèng chÕ nhiÖt ®é hoµn
nguyªn mµ cßn duy tr× sù tuÇn hoµn chÊt xóc t¸c trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng kh¾c nghiÖt.
Nh×n chung, trong 4 - 5 thËp kû võa qua c«ng nghÖ cracking xóc t¸c lu«n ®−îc c¶i tiÕn
vµ hoµn thiÖn.Do thùc tr¹ng ngµy cµng khã kh¨n vÒ nguån nguyªn liÖu, do nhu cÇu s¶n
phÈm vµ yªu cÇu nghiªm ngÆt vÒ b¶o vÖ m«i tr−êng mµ c«ng nghÖ cracking xóc t¸c ®ang
®−îc ph¸t triÓn theo ba h−íng sau ®©y:
- Cã kh¶ n¨ng chÕ biÕn c¸c nguån nguyªn liÖu ®a d¹ng.
- Quan t©m ®Æc biÖt ®Õn c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu nÆng.
- Cracking s©u ®Ó t¹o ra nguån olefin cho s¶n xuÊt vËt liÖu Polyme.
Do ®ã trong ch−¬ng nµy chóng t«i giíi thiÖu mét sè c«ng nghÖ ®¹i diÖn cho ba xu
h−íng ®ã.
4.2. C«ng nghÖ FCC cña UOP
4.2.1.Giíi thiÖu c«ng nghÖ FCC cña UOP
Mét hÖ thèng FCC cña UOP bao gåm c¸c bé ph©n chñ yÕu sau ®©y: Côm thiÕt bÞ ph¶n
øng (reactor) vµ hoµn nguyªn xóc t¸c (regenerator); th¸p ch−ng cÊt chÝnh vµ ph©n x−ëng khÝ
(h×nh 4.5).
Tuú thuéc vµo môc ®Ých cña nhµ läc dÇu, cã thÓ mét phÇn dÇu nÆng ®−îc hoµn l−u trë
l¹i react¬ ®Ó t¹o ra hiÖu suÊt s¶n phÈm mong muèn.
§é chuyÓn ho¸ ®−îc ®Þnh nghÜa lµ: 100% - % thÓ tÝch láng cña c¸c s¶n phÈm nÆn g
h¬n gasolin.
Nãi chung ®é chuyÓn ho¸ kh«ng bao giê ®¹t ®Õn 100%. Mét sè s¶n phÈm ®¸y th¸p
ch−ng cÊt ®−îc gäi lµ dÇu l¾ng g¹n (clarified oil) hoÆc dÇu sÖt (slurry oil) th−êng ®−îc sö
158
- dông trong viÖc pha chÕ dÇu ®èt. LCO th−êng ®−îc dïng lµm dÇu ®èt cho gia ®×nh, mét
phÇn kh¸c dïng cho nguån nhiªn liÖu diesel.
Ph©n x− ëng khÝ
KhÝ ®èt
(khÝ nhiªn liÖu)
§Õn hÖ xö lý khÝ x¶
C3 - C 4
React¬
Th¸p ch− ng
X¨ng lo¹i butan
cÊt chÝnh
T¸i sinh
Naphta
LCO
HCO
S¶n phÈm ®¸y
th¸p ch−ng cÊt chÝnh
Nguyªn liÖu míi
Kh«ng khÝ
H×nh 4.5. S¬ ®å chung cña hÖ thèng FCC cña UOP.
Mét hÖ thèng FCC hiÖn ®¹i bao giê còng g¾n liÒn víi mét hÖ thèng xö lý khÝ x¶ (khÝ
sau thiÕt bÞ hoµn nguyªn). KhÝ x¶ chøa nhiÒu nhiÖt d−, bôi-xóc t¸c, nit¬, oxyt cacbon (CO,
CO2), oxyt sulfua, oxyt nit¬ vµ h¬i n−íc.
Sau thiÕt bÞ hoµn nguyªn khÝ cßn cã nhiÖt ®é 700 ÷ 780oC, ¸p suÊt: 0,7 ÷ 2,8 atm.
NhiÖt ®é cña khÝ cã thÓ ®−îc sö dông trong s¶n xuÊt h¬i n−íc ch¹y tuabin ph¸t ®iÖn. CO
®−îc ®èt ch¸y thµnh CO2 ë lß ®èt CO. Bôi xóc t¸c ®−îc lo¹i bá b»ng m¸y läc bôi tÜnh ®iÖn.
• Côm thiÕt bÞ ph¶n øng Cracking- Hoµn nguyªn xóc t¸c
“Qu¶ tim” cña c«ng nghÖ FCC lµ côm thiÕt bÞ ph¶n øng vµ hoµn nguyªn xóc t¸c
(React¬-Regenerat¬, h×nh 4.6).
Trong khi vËn hµnh, nguyªn liÖu ban ®Çu vµ mét phÇn dÇu nÆng hoµn l−u (tuú thuéc
vµo môc tiªu s¶n phÈm) ®−îc ®−a vµo èng ph¶n øng riser cïng víi mét l−îng nhÊt ®Þnh chÊt
xóc t¸c ®· hoµn nguyªn. Nguyªn liÖu cã thÓ ®−îc gia nhiÖt b»ng c¸ch trao ®æi nhiÖt hoÆc
b»ng lß ®èt nhiªn liÖu. ChÊt xóc t¸c sau khi hoµn nguyªn cã nhiÖt ®é cao lµm bay h¬i
nguyªn liÖu. H¬i hydrocacbon mang theo chÊt xóc t¸c di chuyÓn trong èng ph¶n øng tõ d−íi
lªn trªn. ë ®Ønh èng riser c¸c ph¶n øng cracking cÇn thiÕt ®· ®−îc thùc hiÖn, chÊt xóc t¸c l¹i
nhanh chãng ®−îc t¸ch ra khái h¬i hydrocacbon ®Ó h¹n chÕ c¸c ph¶n øng cracking thø cÊp.
Hçn hîp chÊt xóc t¸c, hydrocacnbon di chuyÓn ra phÇn bªn ngoµi cña react¬,®i qua mét bé
phËn t¸ch hydrocacbon khái chÊt xóc t¸c. Sù ph©n t¸ch chÊt xóc t¸c vµ s¶n phÈm cracking ë
tr¹ng th¸i h¬i ®−îc thùc hiÖn b−íc cuèi cïng bëi hÖ xyclon.
159
- KhÝ tho¸t ra tõ react¬ cracking
React¬
KhÝ x¶ tõ thiÕt bÞ
hoµn nguyªn
React¬ kiÓu
èng ®ø ng
ThiÕt bÞ hoµn nguyªn
T¸ch hydrocacbon
khái chÊt xóc t¸c
Buång ®èt kiÓu èng ®øng
Bé phËn lµm nguéi
chÊt xóc t¸c
èng dÉn chÊt xóc t¸c
Buång ®èt
®· tham gia ph¶n øng
èng dÉn chÊt
èng dÉn chÊt
xóc t¸c t¸i sinh
xóc t¸c tuÇn hoµn
èng dÉn chÊt Nguy ªn liÖu
xóc t¸c nguéi
Kh«ng khÝ
oxy ho¸ cèc
KhÝ ®Èy
H×nh 4.6. S¬ ®å thiÕt bÞ ph¶n øng vµ hoµn nguyªn xóc t¸c cña c«ng nghÖ UOP.
C¸c s¶n phÈm cracking ®−îc dÉn ®Õn th¸p ch−ng cÊt chÝnh ®Ó ph©n chia thµnh khÝ
olefin nhÑ, gasolin FCC vµ c¸c s¶n phÈm nÆng h¬n. ChÊt xóc t¸c ®· tham gia ph¶n øng r¬i tõ
phÇn bao ngoµi cña react¬ vµo bé phËn stripp¬ (stripper, t¸ch khÝ hydrocacbon khái chÊt xó c
t¸c b»ng h¬i n−íc), ë ®ã mét dßng h¬i n−íc ng−îc chiÒu t¸ch bá phÇn hydrocacbon cßn hÊp
phô trªn bÒ mÆt chÊt xóc t¸c. Sau ®ã, chÊt xóc t¸c ®−îc chuyÓn ®Õn thiÕt bÞ hoµn nguyªn.
Trong qu¸ tr×nh cracking, cèc h×nh thµnh, vµ tÝch tô trªn bÒ mÆt chÊt xóc t¸c råi ®−îc ®èt
160
- ch¸y trong thiÕt bÞ hoµn nguyªn. NhiÖm vô chÝnh cña thiÕt bÞ hoµn nguyªn lµ ho¹t ho¸ chÊt
xóc t¸c ®Ó nã cã thÓ tiÕp tôc xóc t¸c cho ph¶n øng cracking khi trë vÒ react¬. Regenerat¬ ®èt
ch¸y cèc t¹o ra c¸c s¶n phÈm khÝ ®ång thêi ®ãng vai trß cung cÊp nhiÖt cho react¬ cracking
(vÊn ®Ò c©n b»ng nhiÖt sÏ ®−îc tr×nh bµy ë phÇn sau).
Tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ, thiÕt bÞ hoµn nguyªn cã thÓ ho¹t ®éng theo chÕ ®é oxy
ho¸ hoµn toµn cacbon thµnh CO2 hoÆc oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn, hoÆc chuyÓn ho¸ CO thµnh
CO2 b»ng mét lß ®èt CO bªn ngoµi regenerat¬. NÕu ®èt ch¸y CO thµnh CO2 bªn trong
regenerat¬ th× nhiÖt cña khÝ x¶ ®−îc cung cÊp cho lß h¬i. KhÝ x¶ sau regenerat¬ ®i qua
xyclon ®Ó gi¶m l−îng chÊt xóc t¸c bÞ cuèn theo tr−íc khi bÞ th¶i ra m«i tr−êng.
§Ó duy tr× ho¹t tÝnh chÊt xóc t¸c ë møc ®é cÇn thiÕt vµ ®Ó bï l¹i l−îng chÊt xóc t¸c bÞ
mÊt trong hÖ thèng khÝ x¶, mét l−îng chÊt xóc t¸c míi ®−îc bæ sung vµo hÖ thèng cung cÊp
chÊt xóc t¸c. Ngoµi ng¨n ®ùng chÊt xóc t¸c míi, cßn cã mét ng¨n kh¸c ®Ó lÊy ra chÊt xóc
t¸c ®· ho¹t ®éng nh»m ®¶m b¶o ho¹t tÝnh xóc t¸c cÇn thiÕt cho ph¶n øng cracking vµ ®Ó th¸o
toµn bé chÊt xóc t¸c khi hÖ thèng ngõng ho¹t ®éng ®Ó söa ch÷a, b¶o d−ìng v.v...
• Sù c©n b»ng nhiÖt
S¬ ®å c©n b»ng nhiÖt trong c«ng nghÖ FCC ®−îc m« t¶ nh− trªn h×nh 4.7
Xóc t¸c ®· sö dông
KhÝ x¶ QSC
T¸i sinh React¬
QP
S¶n phÈm
QFG
Tæn thÊt nhiÖt
QL2
Tæn thÊt
QRG QRX
QL1
nhiÖt
NhiÖt ®èt NhiÖt ph¶n øng
ch¸y cèc
QRC QFD
Håi l−u
QA
Xóc t¸c t¸i sinh
Nguyªn liÖu míi
Kh«ng khÝ cho t¸i sinh Gia nhiÖt s¬ bé
H×nh 4.7. S¬ ®å c©n b»ng nhiÖt cña tæ hîp FCC.
Gièng nh− mäi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c, hÖ thèng FCC vÒ c¬ b¶n lµ ®o¹n nhiÖt. BiÓu
thøc c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau:
QRG = (QP − QFD) + (QFG − QA) + QRX + (Q L 1 + Q L 2 ) (4.1)
161
- trong ®ã:
QRG : nhiÖt tho¸t ra do ®èt ch¸y cèc;
QP − QFD: biÕn thiªn entanpy gi÷a s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu;
QFG − QA: biÕn thiªn entanpy gi÷a khÝ x¶ vµ kh«ng khÝ ®−a vµo ®Ó hoµn nguyªn;
QRX: nhiÖt ph¶n øng;
Q L 1 + Q L 2 : c¸c tæn thÊt nhiÖt.
BiÓu thøc (4.1) lµ sù ®¬n gi¶n ho¸ ®Ó m« t¶ c¸c thµnh phÇn nhiÖt tham gia trong hÖ
react¬-regenerat¬. NhiÖt l−îng to¶ ra do qóa tr×nh ®èt ch¸y cèc ®¶m b¶o cho c¸c nhu cÇu
nhiÖt cña react¬ vµ regenerat¬. NhiÖt cÇn tiªu tèn ®Ó:
- N©ng nhiÖt ®é cña nguyªn liÖu ®Õn nhiÖt ®é ph¶n øng;
- Ho¸ h¬i nguyªn liÖu;
- Cung cÊp cho c¸c ph¶n øng thu nhiÖt cho c¸ c yªu cÇu nhiÖt cña c¸c bé phËn phô trî
vµ cho tæn thÊt;
- N©ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®Õn nhiÖt ®é cña khÝ x¶ vµ c¸c tæn thÊt nhiÖt cña
regenerat¬;
Sù lu©n chuyÓn cña chÊt xóc t¸c chÝnh lµ c¬ chÕ vËn chuyÓn nhiÖt l−îng tõ regenerat¬
®Õn react¬. Nh− vËy toµn bé nhiÖt l−îng cung cÊp cho react¬ lµ do biÕn thiªn entanpy gi÷a
chÊt xóc t¸c ®· hoµn nguyªn vµ ®· ph¶n øng (QRC − QSC).
Do ®ã, tèc ®é lu©n chuyÓn chÊt xóc t¸c lµ mét tham sè vËn hµnh quan träng vµ quyÕt
®Þnh, v× nã kh«ng chØ cung cÊp nhiÖt mµ cßn t¸c ®éng ®Õn ®é chuyÓn ho¸ th«ng qua nång ®é
cña chÊt xóc t¸c vµ nång ®é nguyªn liÖu (th−êng ®−îc biÓu diÔn d−íi thuËt ng÷ tØ sè chÊt
xóc t¸c/dÇu). Trong thùc tÕ, tØ sè ®ã kh«ng ph¶i lµ mét tham sè ®−îc khèng chÕ trùc tiÕp: sù
thay ®æi tØ sè chÊt xóc t¸c/dÇu lµ hÖ qu¶ cña c¸c thay ®æi cña c¸c tham sè vËn hµnh kh¸c. VÝ
dô, t¨ng tØ sè chÊt xóc t¸c/dÇu lµ do sù gia t¨ng nhiÖt ®é cña react¬, do sù gi¶m nhiÖt ®é
trong regenerat¬ hoÆc do sù t¨ng nhiÖt ®é ban ®Çu cña nguyªn liÖu. C¸c ®iÒu kiÖn qu¸ tr×nh
thay ®æi lµm cho tØ sè chÊt xóc t¸c/dÇu t¨ng th× ®é chuyÓn ho¸ cña qu¸ tr×nh cracking xóc
t¸c còng t¨ng theo.
• ThiÕt bÞ ch−ng cÊt chÝnh
S¶n phÈm cracking ë d¹ng h¬i ®−îc dÉn vµo thiÕt bÞ ch−ng cÊt chÝnh ®Ó ph©n riªng
thµnh c¸c hîp phÇn. T¹i ®ã gasolin vµ c¸c s¶n phÈm nhÑ giµu olefin vµ mét sè s¶n phÈm nhÑ
kh¸c ®−îc t¸ch ra tõ ®Ønh th¸p vµ dÉn ®Õn ph©n x−ëng khÝ. LCO ®−îc xö lý ®Ó t¸ch riªng c¸c
s¶n phÈm nhÑ vµ phÇn cßn l¹i ®−îc l−u gi÷ ë kho. C¸c s¶n phÈm ®¸y th¸p lµ dÇu sÖt hoÆc
dÇu l¾ng g¹n. V× hiÖu qu¶ ph©n t¸ch hydrocacbon vµ chÊt xóc t¸c rÊt cao ®èi víi c¸c hÖ
thèng FCC hiÖn ®¹i cña UOP nªn l−îng chÊt xóc t¸c bÞ cuèn theo ®Õn th¸p ch−ng cÊt ph©n
®o¹n lµ rÊt nhá. C¸c s¶n phÈm nÆng cßn l¹i ë ®¸y th¸p thùc ra kh«ng cÇn ph¶i l¾ng g¹n, trõ
162
- phi cÇn ph¶i sö dông trong c¸c c«ng nghÖ ®Æc biÖt, vÝ dô nh−, s¶n xuÊt muéi than, ë ®ã
ng−êi ta yªu cÇu hµm l−îng chÊt r¾n rÊt thÊp. Trong mét sè tr−êng hîp, s¶n phÈm nÆng ®¸y
th¸p ®−îc hoµn l−u ®−a vÒ react¬ cracking.
T¹i th¸p ch−ng cÊt chÝnh ng−êi ta rÊt quan t©m ®Õn viÖc tËn dông c¸c nguån nhiÖt cã
thÓ cã. VÝ dô: LCO vµ HCO ®−îc sö dông trong ph©n x−ëng khÝ víi môc ®Ých trao ®æi nhiÖt,
vµ dßng s¶n phÈm ®¸y th¸p ®−îc tuÇn hoµn trao ®æi nhiÖt ®Ó s¶n xuÊt h¬i n−íc.
• Ph©n x−ëng khÝ
Ph©n x−ëng khÝ lµ mét tËp hîp c¸c th¸p hÊp thô vµ ch−ng cÊt ph©n ®o¹n ®Ó ph©n riªng
c¸c s¶n phÈm ®Ønh th¸p cña thiÕt bÞ ch−ng cÊt chÝnh thµnh gasolin vµ c¸c s¶n phÈm nhÑ
kh¸c. §«i khi c¸c khÝ olefin tõ c¸c c«ng ®o¹n kh¸c, còng ®−îc chuyÓn ®Õn ph©n x−ëng khÝ
cña hÖ thèng FCC.
Mét ph©n x−ëng khÝ ®iÓn h×nh gåm 4 th¸p nh− ë h×nh 4-8.
KhÝ nhiªn liÖu
Th¸p hÊp
Th¸p hÊp thô s¬ cÊp
thô thø cÊp
B×nh chøa th¸p t¸ch C4
¸p s uÊ t c a o Th¸p t¸ch
LCO ®Õn vµ ®i tõ Gas o l in c ã c hÊ t
§Õn b×nh chøa
KhÝ ®Ønh
l−îng æn ®Þnh ®·
cña th¸p chÝnh hÖ thèng FCC
th ¸ p c h Ýn h
k hö C 4
gasolin cã chÊt l−îng ch− a
æn ®Þnh ®Õn tõ b×nh chøa
s¶n phÈm ®Ønh th¸p chÝnh
H×nh 4.8. S¬ ®å mét ph©n x−ëng khÝ FCC.
KhÝ tõ b×nh chøa s¶n phÈm ®Ønh th¸p chÝnh ®−îc nÐn vµ ®−a vµo b×nh chøa ¸p suÊt cao
cïng víi s¶n phÈm ®¸y cña th¸p hÊp thô s¬ cÊp vµ khÝ ®Ønh th¸p t¸ch (stripper). KhÝ tõ b×nh
chøa ¸p suÊt cao ®ã ®−îc dÉn ®Õn th¸p hÊp thô s¬ cÊp, t¹i ®ã khÝ tiÕp xóc víi gasolin ch−a
æn ®Þnh ®Õn tõ b×nh chøa cña th¸p chÝnh. KÕt qu¶ cña sù tiÕp xóc ®ã lµ ®Ó ph©n riªng c¸c
−
ph©n ®o¹n C3+ vµ C2 trong phÇn khÝ ®Õn th¸p hÊp thô s¬ cÊp. KhÝ tho¸t ra tõ th¸p hÊp thô
s¬ cÊp ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp thô thø cÊp hoÆc th¸p hÊp thô "vËt liÖu bät", t¹i ®ã dßng LCO
tuÇn hoµn hÊp thô hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm C5+ cña dßng nguyªn liÖu ®Õn th¸p hÊp thô thø cÊp.
163
- Mét sè s¶n phÈm C3 vµ C4 còng bÞ hÊp thô. DÇu thu ®−îc sau th¸p hÊp thô thø cÊp ®−îc quay
vÒ th¸p ch−ng cÊt chÝnh. S¶n phÈm ®Ønh th¸p hÊp thô thø cÊp lµ C3+ vµ khÝ H2S, ®−îc chuyÓn
®Õn bé phËn khÝ nhiªn liÖu hoÆc bé phËn chÕ biÕn kh¸c.
−
S¶n phÈm láng tõ b×nh chøa ¸p suÊt cao ®−îc dÉn ®Õn th¸p t¸ch, t¹i ®ã hÇu hÕt c¸c C2
®−îc t¸ch ra ë ®Ønh th¸p vµ chuyÓn trë vÒ b×nh chøa (b×nh t¸ch) ¸p suÊt cao. S¶n phÈm láng
ë ®¸y th¸p t¸ch ®−îc ®−a ®Õn th¸p khö C4, t¹i ®ã s¶n phÈm olefin C3 - C4 ®−îc t¸ch ra ë ®Ønh
th¸p ®−îc dÉn ®Õn bé phËn akylho¸ hoÆc ng−ng tô xóc t¸c ®Ó s¶n xuÊt gasolin. S¶n phÈm
®¸y th¸p khö C4 lµ gasolin cã chÊt l−îng æn ®Þnh, ®−îc chuyÓn ®Õn bé phËn xö lý tiÕp theo
(nÕu cÇn) hoÆc ®Õn kho l−u tr÷.
Trªn ®©y lµ s¬ ®å tèi thiÓu cña mét ph©n x−ëng khÝ. ®«i khi trong ph©n x−ëng nµy
cßn cã thªm th¸p t¸ch gasolin, ph©n chia gasolin thµnh ph©n ®o¹n nhÑ vµ nÆng. KhÝ H2S
trong khÝ nhiªn liÖu hoÆc trong s¶n phÈm C3 - C4 cã thÓ ®−îc lo¹i bá b»ng hÊp thô trong mét
hÖ chøa amin. Do ®ã ph©n x−ëng khÝ cã thÓ gåm 6 hoÆc 7 th¸p xö lý.
4.2.2. Ph©n tÝch c¸c −u ®iÓm cña hÖ thèng FCC-UOP hiÖn ®¹i
Mét hÖ thèng FCC hiÖn ®¹i ph¶n ¸nh sù kÕt hîp tèi −u nhÊt c¸c ®Æc ®iÓm c¬ khÝ vµ
c«ng nghÖ qu¸ tr×nh.
C¬ së lý thuyÕt vÒ l−u thÓ ho¸, dßng l−u thÓ, truyÒn nhiÖt, chuyÓn khèi, ®éng häc,
nhiÖt ®éng häc ph¶n øng vµ c¸c vÊn ®Ò xóc t¸c kh¸c ®−îc ¸p dông vµ ®−îc kÕt hîp víi kinh
nghiÖm thùc tiÔn vÒ thiÕt kÕ c¬ khÝ ®Ó t¹o ra mét tæ hîp FCC cùc kú æn ®Þnh hîp lý vµ ®a
n¨ng.
• React¬
−u ®iÓm cña hÖ ph¶n øng lµ thêi gian tiÕp xóc ng¾n nªn ®Æc tr−ng cho mét thiÕt kÕ
react¬ hiÖn ®¹i (h×nh 4.6). Reat¬ nµy rÊt thÝch hîp cho chÊt xóc t¸c zeolit cã ho¹t tÝnh vµ ®é
chän läc rÊt cao. Sù tiÕp xóc gi÷a chÊt xóc t¸c vµ nguyªn liÖu ®−îc ®¶m b¶o kh¸ hoµn h¶o
do chÕ ®é thuû ®éng häc cña l−u thÓ. S¶n phÈm ph¶n øng vµ chÊt xóc t¸c ®−îc t¸ch ra nhanh
chãng tr−íc khi ®−a vµo hÖ hoµn nguyªn. Ph¶n øng cracking hoµn toµn trong èng ®øng
(riser) t¹o ra hiÖu suÊt cao cho gasolin vµ olefin nhÑ C3 - C4. NhiÖt ®é ph¶n øng cao còng
®−îc ¸p dông ®Ó t¨ng gi¸ trÞ octan cña gasolin vµ hiÖu suÊt olefin nhÑ cho alkyl ho¸ vµ ete
ho¸ vÒ sau.
Nh÷ng c¶i tiÕn vÒ reat¬ kh«ng chØ ®−îc thùc hiÖn trong c¸c nhµ m¸y läc dÇu míi thiÕt
kÕ. Ngay c¶ trong rÊt nhiÒu ph©n x−ëng FCC cò, mét hoÆc nhiÒu kh©u quan träng trong d©y
chuyÒn c«ng nghÖ còng ®−îc c¶i tiÕn nh−: t¨ng c−êng kh¶ n¨ng tiÕp xóc gi÷a chÊt xóc t¸c -
nguyªn liÖu ë phÇn cuèi cña riser, hoÆc bé phËn lµm s¹ch (t¸ch hydrocacbon) chÊt xóc t¸c.
èng react¬, èng dÉn chÊt xóc t¸c vµ c¸c van ®iÒu chØnh ®−îc thay thÕ khi c¸c nhµ m¸y cò
cÇn n©ng cao c«ng suÊt ho¹t ®éng cña m×nh.
164
- • ThiÕt bÞ hoµn nguyªn (regenerator)
C«ng nghÖ FCC hiÖn ®¹i cña UOP cã mét hÖ hoµn nguyªn rÊt hiÖu qu¶, th−êng ®−îc
gäi lµ hÖ hoµn nguyªn oxy ho¸ hoµn toµn (combustor-regenerator). HÖ combustor-
regenerator cã kh¶ n¨ng ph©n bè ®ång ®Òu kh«ng khÝ vµ cèc, vµ c¶i thiÖn ®¸ng kÓ chÕ ®é
ch¸y hoµn toµn cña cèc. Trong regenerator cã hai vïng ®èt ch¸y: vïng ®èt líp tÇng s«i æn
®Þnh cña chÊt xóc t¸c cßn Ýt cèc, vµ vïng ®èt trong èng ®øng (combustor riser) cã trao ®æi
nhiÖt vµ tèc ®é chuyÓn vËn cao cña chÊt xóc t¸c. Sù kÕt hîp hai chÕ ®é ®èt ch¸y cèc ®ã ®¶m
b¶o hiÖu suÊt b¶o toµn chÊt xóc t¸c kh¸ cao vµ nhiÖt ®é nh− nhau cña khÝ x¶ vµ chÊt xóc t¸c
®· hoµn nguyªn. Nhê c¶i thiÖn hiÖu qu¶ thiÕt bÞ hoµn nguyªn mµ l−îng chÊt xóc t¸c bÞ mÊt
gi¶m ®¸ng kÓ. §iÒu ®ã kh«ng nh÷ng cã ý nghÜa kinh tÕ lín ®èi víi sù tiªu hao chÊt xóc t¸c
toµn bé mµ cßn gi¶m sù hao phÝ l−îng chÊt xóc t¸c hµng ngµy. M« h×nh thiÕt bÞ hoµn nguyªn
kiÓu combust¬ ®· ®−îc triÓn khai trong nh÷ng n¨m 1970. Tr−íc ®ã, c¸c thiÕt bÞ hoµn nguyªn
ho¹t ®éng chñ yÕu dùa trªn chÕ ®é ch¸y cèc kh«ng hoµn toµn. Mét phÇn cèc, kho¶ng vµi
chôc phÇn tr¨m, cßn b¸m l¹i trªn chÊt xóc t¸c ®· hoµn nguyªn. KhÝ x¶ tho¸t ra sau hoµn
nguyªn cßn chøa mét l−îng CO vµ CO2 t−¬ng ®−¬ng nhau. Ng−êi ta ph¶i sö dônglß ®èt CO
bæ sung ®Ó gi¶m møc ®é t¸c h¹i cña CO ®Ó ®¸p øng tiªu chuÈn m«i tr−êng vÒ khÝ th¶i. NhiÖt
to¶ ra do sù ®èt ch¸y CO thµnh CO2 còng cã t¸c ®éng ®¸ng kÓ ®Õn c©n b»ng nhiÖt cña tæ hîp
FCC. ChÕ ®é ch¸y hoµn toµn cßn lµm cho nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ hoµn nguyªn cao h¬n, vµ do
®ã l−îng chÊt xóc t¸c tõ regenerat¬ ®Õn react¬ còng Ýt h¬n do nhiÖt ®é react¬ t¨ng vµ do sù
ch¸y hoµn toµn h¬n nªn l−îng c¸c bon l−u l¹i trªn bÒ mÆt chÊt xóc t¸c gi¶m xuèng. L−îng
cacbon cßn l¹i cµng thÊp th× ho¹t tÝnh xóc t¸c cµng cao. Nh− vËy, sù ch¸y hoµn toµn cña cèc
dÉn ®Õn gi¶m tèc ®é tuÇn hoµn cña chÊt xóc t¸c nh−ng l¹i lµm t¨ng ho¹t tÝnh xóc t¸c. V×
l−îng cèc cÇn thiÕt cho c©n b»ng nhiÖt gi¶m, hiÖu suÊt cèc gi¶m dÉn ®Õn sù gia t¨ng c¸c s¶n
phÈm FCC. §Ó hç trî cho sù ch¸y cña CO, ng−êi ta th−êng cho mét l−îng nhá c¸c kim lo¹i
quý vµo chÊt xóc t¸c FCC. C¸c chÊt trî xóc t¸c ®ã ®· ®−îc sö dông réng r·i ®Ó chÕ t¹o c¸c
chÊt xóc t¸c cho nhiÒu nhµ m¸y läc dÇu cò, xem nh− lµ mét biÖn ph¸p trung gian lµm cho c¬
chÕ ch¸y cèc hoµn toµn h¬n. Trong c¸c nhµ m¸y míi víi thiÕt bÞ hoµn nguyªn kiÓu
combust¬, cèc ®−îc oxy ho¸ trong chÕ ®é ch¸y hoµn toµn kh«ng cÇn ph¶i sö dông chÊt trî
xóc t¸c ®¾t tiÒn (kim lo¹i quý Pt).
ThiÕt bÞ hoµn nguyªn - oxy ho¸ hoµn toµn (regenerator-combustor) ®· chøng tá sù −u
viÖt cña nã tr¶i qua thêi gian lµm viÖc l©u dµi. Nã thÓ hiÖn lµ mét thiÕt bÞ rÊt hiÖu qu¶ ®Ó ®èt
ch¸y cacbon vµ t¹o ra mét l−îng CO rÊt nhá. Cho dï mét nhµ m¸y nhá hay lín, ng−êi ta ®Òu
ph¶i quan t©m hµng ngµy ®Õn chÊt l−îng khÝ x¶ sau hoµn nguyªn vµ chÊt xóc t¸c ®· hoµn
nguyªn.
• Sù ®a d¹ng vÒ hiÖu suÊt s¶n phÈm
Mét trong c¸c thÕ m¹nh cña c«ng nghÖ FCC lµ kh¶ n¨ng ®a d¹ng c¸c hiÖu suÊt s¶n
phÈm mong muèn dùa trªn c¬ së ®iÒu chØnh c¸c tham sè vËn hµnh. MÆc dï hÇu hÕt c¸c nhµ
165
- m¸y ®−îc thiÕt kÕ ®Ó s¶n suÊt ra gasolin, nh−ng UOP thiÕt kÕ c¸c c¬ së cracking theo mét
trong ba m« h×nh ho¹t ®éng chÝnh sau ®©y:
- Ph−¬ng ¸n s¶n phÈm gasolin: ph−¬ng ¸n ho¹t ®éng phæ biÕn nhÊt cña mét hÖ thèng
FCC lµ s¶n xuÊt tèi ®a s¶n phÈm gasolin. Ph−¬ng ¸n nµy ®−îc thùc hiÖn trong c¸c ®iÒu kiÖn
thÝch hîp sao cho hiÖu suÊt gasolin cao nhÊt l¹i cã trÞ sè octan cña gasolin tèt nhÊt.
§iÒu kiÖn ph¶n øng ph¶i ®−îc khèng chÕ mét c¸ch nghiªm ngÆt ®Ó chuyÓn ho¸ phÇn
lín nguyªn liÖu, nh−ng kh«ng ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÊt l−îng gasolin t¹o ra. Yªu cÇu ®ã
th−êng ®¹t ®−îc b»ng c¸ch sö dông c¸c chÊt xóc t¸c rÊt ho¹t ®éng vµ chän läc, vµ nhiÖt ®é
ph¶n øng ®ñ cao ®Ó t¹o ra gi¸ trÞ octan mong muèn. Tèc ®é l−u chuyÓn chÊt xóc t¸c còng
®−îc khèng chÕ thÝch hîp ®Ó thêi gian tiÕp xóc ng¾n.
Trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng nghiªm ngÆt nh− thÕ, viÖc hoµn l−u c¸c s¶n phÈm cracking
nãi chung lµ kh«ng cÇn thiÕt.
- Ph−¬ng ¸n LPG
NÕu thùc hiÖn ph¶n øng trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt h¬n, th× sÏ t¹o ra nhiÒu olefin nhÑ
vµ gi¸ trÞ octan cña gasolin cao h¬n. Do ®ã ph−¬ng ¸n s¶n phÈm nµy ®−îc gäi lµ ph−¬ng ¸n
LPG (liquefied petroleum gas) hay lµ ph−¬ng ¸n ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt cao (hoÆc ®«i khi cßn
gäi lµ ph−¬ng ¸n FCC ho¸ dÇu). Bëi v× ph−¬ng ¸n nµy gia t¨ng l−îng c¸c s¶n phÈm nhÑ vµ
t¨ng aromat trong gasolin.
NÕu isobutan ®−îc akyl ho¸ víi olefin nhÑ hoÆc nÕu c¸c olefin ®−îc ete hãa vµ
polyme hãa thµnh c¸c s¶n phÈm cã nhiÖt ®é s«i cña gasolin, th× hiÖu suÊt tæng céng cña
gasolin vµ gi¸ trÞ octan nhËn ®−îc lµ kh¸ cao.
- Ph−¬ng ¸n s¶n phÈm ch−ng cÊt
NÕu mét tæ hîp FCC kh«ng thÓ vËn hµnh trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng kh¾c nghiÖt th×
ng−êi ta cã thÓ s¶n xuÊt theo ph−¬ng ¸n c¸c s¶n phÈm ch−ng cÊt. Thay ®æi c¸c ®iÒu kiÖn vËn
hµnh cã thÓ chuyÓn dÞch tõ sù ph©n bè s¶n phÈm gasolin b×nh th−êng ®Õn mét ph©n bè vµ
l−îng gasolin xÊp xØ víi l−îng LCO vµ HCO. §Ó thùc hiÖn ph−¬ng ¸n ®ã, ng−êi ta gi¶m
nhiÖt ®é s«i cuèi cña gasolin ®Ó chuyÓn mét phÇn s¶n phÈm vµo phÇn dÇu LCO.
Giíi h¹n sù ®iÒu chØnh ®ã ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®iÓm chíp ch¸y cña phÇn dÇu CO
(cycle oil)
Sù ph©n bè ®iÓn h×nh cho ba ph−¬ng ¸n ®−îc dÉn ra trong b¶ng 4.1.
Nguån nguyªn liÖu cho ba ph−¬ng ¸n s¶n phÈm trªn lµ gas oil ch©n kh«ng Trung
§«ng. C¸c hiÖu suÊt s¶n phÈm ®ã ®Æc tr−ng cho mét nguån nguyªn liÖu cô thÓ. Nãi chung,
sù ph©n bè hiÖu suÊt s¶n phÈm FCC lu«n phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu. VÝ dô:
nguyªn liÖu víi thõa sè KUOP thÊp h¬n, hµm l−îng hydro thÊp h¬n th× khã cracking h¬n vµ
cã sù ph©n bè s¶n phÈm h¹n chÕ h¬n.
166
- B¶ng 4.1. Sù ph©n bè c¸c s¶n phÈm vµ tÝnh chÊt s¶n phÈm
Ph−¬ng ¸n c¸c s¶n phÈm ch−ng Ph−¬ng ¸n Ph−¬ng ¸n
cÊt Gasolin olefin nhÑ
Gasolin tèi ®a Gasolin tèi thiÓu
HiÖu suÊt s¶n phÈm
H2S (%kl) 0,7 0,7 1,0 1,0
−
C2 (%kl) 2,6 2,6 3,2 4,7
C3 (%LV) 6,9 6,9 10,7 16,1
C4 (%LV) 9,8 9,8 15,4 20,5
Gasolin C+5 (%LV) 43,4 33,3 60,0 55,2
LCO (%LV) 37,5 47,6 13,9 10,1
CO (%LV) 7,6 7,6 9,2 70
Cèc (%kl) 4,9 4,9 5,0 6,4
TÝnh chÊt s¶n phÈm
LPG(%LV)
C3=/C3 no 3,4 3,4 3,2 3,6
C4=/C4 no 1,6 1,6 1,8 2,1
Gasolin
ASTM ®iÓm s«i 90% (oC) 193 132 193 193
ASTM ®iÓm s«i 90% (oF) 380 270 380 380
RONC 90,5 91,3 93,2 94,8
MONC 78,8 79,3 80,4 82,1
LCO
o
ASTM ®iÓm s«i 90% ( C) 354 354 316 316
ASTM ®iÓm s«i 90% (oF) 670 670 600 600
§iÓm chíp ch¸y, oC (oF) 97 (207) 55 (132) 97 (207) 97 (207)
§é nhít, cSt ë 50oC (100oF) 3,7 2,4 3,1 3,2
L−u huúnh (%kl) 2,9 2,4 3,4 3,7
ChØ sè xetan 34,3 31,8 24,3 20,6
DÇu g¹n
§é nhít, cSt ë 50oC (100oF) 10,9 10,9 9,0 10,1
L−u huúnh (%kl) 5,1 5,1 6,0 6,8
Ghi chó:
ASTM: American Society for Testing and Material.
RONC: RON clear, gi¸ trÞ RON trong phÐp thö cña x¨ng kh«ng ch×.
MONC: MON clear, gi¸ trÞ MON trong phÐp thö cña x¨ng kh«ng ch×.
V/V: tØ lÖ thÓ tÝch /thÓ tÝch (%).
Nguån sè liÖu lÊy tõ: D.A.Lomas vµ céng sù, ”Controlled catalytic cracking”, UOP 1990
Technology conference.
167
- C¸c sè liÖu trong b¶ng 4.1 chØ ra mét vµi nhËn xÐt:
Khi ®é kh¾c nghiÖt cracking t¨ng tõ thÊp ®Õn cao th× cèc vµ c¸c s¶n phÈm nhÑ t¨ng,
octan cña gasolin t¨ng vµ nãi chung s¶n phÈm láng cµng nghÌo hydro h¬n. Nh− vËy, ®é kh¾c
nghiÖt ph¶n øng cao dÉn ®Õn cracking s©u mét l−îng gasolin thµnh c¸c s¶n phÈm C3 - C4.
4.2.3. Kh¶ n¨ng chÕ biÕn c¸c nguån nguyªn liÖu ®a d¹ng
C¸c hÖ thèng FCC tr−íc ®©y ®−îc thiÕt kÕ ®Ó chÕ biÕn gas oil ch©n kh«ng (VGO). §ã
lµ mét nguån nguyªn liÖu cã thõa sè KUOP b»ng 12 hoÆc lín h¬n, nªn dÔ cracking. Gi÷a
nh÷ng n¨m 1990 rÊt nhiÒu nhµ läc dÇu ph¶i chÕ biÕn c¸c nguån nguyªn liÖu tåi h¬n. Thùc
vËy, c¸c nhµ läc dÇu ngµy cµng muèn chÕ biÕn nhiÒu h¬n phÇn dÇu kh«ng ch−ng cÊt ®−îc ®Ó
t¨ng c−êng kh¶ n¨ng c¹nh tranh cña m×nh.
Trong phÇn nµy chóng ta xÐt hai vÊn ®Ò quan träng: hydro-xö lý (hydro treating) c¸c
nguyªn liÖu cho FCC nh»m c¶i thiÖn hiÖu suÊt s¶n phÈm vµ gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i tr−êng;
vµ cracking c¸c dÇu cÆn, dÇu ®−îc t¸ch chiÕt b»ng c¸c dung m«i kh¸c nhau.
• Hydro-xö lý c¸c nguyªn liÖu FCC
B¶ng 4.2. Hydro-xö lý nguyªn liÖu FCC
Nguyªn liÖu ban ®Çu Khö l−u huúnh võa ph¶i Hydro-xö lý võa ph¶i
MËt ®é,oAPI 18,4 (0,944) 22,3 (0,920) 26,3 (0,897)
Thõa sè KUOP 11,28 11,4 8 11,67
o o
Ch−ng cÊt D-1160, C ( F)
5% 275 (527) 266 (510) 249 (481)
50% 410 (770) 399 (750) 375 (707)
95% 498 (928) 497 (926) 467 (873)
L−u huúnh, %kl 1,30 0,21 0,04
Nit¬, %kl 0,43 0,32 0,05
Hydro, %kl 11,42 12,07 12,74
HiÖu qu¶ cracking trong ®iÒu kiÖn pilot nh− sau:
§é chuyÓn ho¸, %LV 59,0 66,1 82,5
Gasolin, %LV 41,1 46,0 55,6
Cèc, %LV 8,8 6,1 5,6
V× nguyªn liÖu FCC cã thÓ chøa c¸c hîp chÊt l−u huúnh, nªn c¸c s¶n phÈm FCC kÓ c¶
khÝ x¶ sau thiÕt bÞ hoµn nguyªn ®Òu chøa l−u huúnh d−íi c¸c d¹ng kh¸c nhau. Do ®ã, ng−êi
ta ph¶i x©y dùng nhiÒu hÖ xö lý khÝ x¶ hoÆc ph¶i chÕ t¹o chÊt xóc t¸c ®Æc biÖt hoÆc ph¶i
hydro-xö lý nguyªn liÖu ®Ó gi¶m thiÓu møc ®é ph¸t th¶i l−u huúnh. Trong c¸c biÖn ph¸p ®ã,
chØ hydro-xö lý lµ h÷u hiÖu h¬n c¶ v× víi sù cã mÆt cña hydro kh¶ n¨ng cracking cña nhiÒu
168
- lo¹i nguyªn liÖu cã thÓ gia t¨ng. BiÖn ph¸p ®ã thùc sù cã gi¸ trÞ khi nguyªn liÖu ban ®Çu cã
chÊt l−îng kÐm hoÆc nhiÒu t¹p chÊt. B¶ng 4-2 dÉn ra c¸c kÕt qu¶ vÒ hydro-xö lý mét nguyªn
liÖu chÊt l−îng thÊp ë hai chÕ ®é H2 kh¸c nhau.
Khi chÊt láng nguyªn liÖu ban ®Çu cµng xÊu vµ vÊn ®Ò xö lý l−u huúnh cÇn ®−îc quan
t©m th× bé phËn hydro-xö lý sÏ ®ãng vai trß ngµy cµng quan träng h¬n.
• Cracking c¸c nguyªn liÖu cã nhiÖt ®é s«i cao
Khi c¸c nhµ läc dÇu t×m c¸ch më réng kho¶ng chÊt l−îng cña nguyªn liÖu cracking th×
ng−êi ta th−êng gÆp nh÷ng d¹ng nguyªn liÖu nÆng nh− sau:
- Ph©n ®o¹n ch−ng cÊt s©u ë th¸p ch−ng cÊt ch©n kh«ng.
- C¸c dÇu chiÕt b»ng dung m«i cña s¶n phÈm ®Ønh th¸p ch©n kh«ng.
- DÇu cÆn ch−ng cÊt khÝ quyÓn.
BÊt cø xuÊt ph¸t tõ d¹ng nguyªn liÖu nµo nãi trªn, ng−êi ta ph¶i gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn
®Ò c¬ b¶n sau ®©y: (tuy nhiªn víi møc ®é kh¸c nhau tuú thuéc vµo tõng d¹ng nguyªn liÖu cô
thÓ):
• L−îng cèc t¨ng: nguyªn liÖu nÆng lu«n cã nång ®é t¹p chÊt cao, hµm l−îng cacbon
Conradson cao. C¸c t¹p chÊt nµy t¹o ra mét l−îng cèc trªn chÊt xóc t¸c lín h¬n so víi
cracking nguyªn liÖu b×nh th−êng. ViÖc ®èt ch¸y cèc ®ã ®ßi hái mét l−îng kh«ng khÝ t¨ng
c−êng cho thiÕt bÞ hoµn nguyªn. Trong nh÷ng hÖ thèng FCC th«ng th−êng, viÖc hoµn
nguyªn ®ã dÉn ®Õn sôt gi¶m n¨ng suÊt thiÕt bÞ.
• CÇn ph¶i h¹n chÕ t¹p chÊt kim lo¹i
Kim lo¹i trong nguyªn liÖu nÆng hÇu nh− ®Òu l¾ng ®äng trªn chÊt xóc t¸c. C¸c kim
lo¹i ®ã t¹o ra hai hiÖu øng quan träng.
(i) Xóc t¸c cho c¸c ph¶n øng dehydro ho¸,t¹o ra nhiÒu khÝ nhÑ (H2,..) vµ t¹o thªm mét
l−îng cèc.
(ii) Kim lo¹i ®Çu ®éc c¸c t©m ho¹t tÝnh xóc t¸c, dÉn ®Õn sù suy gi¶m ho¹t tÝnh xóc t¸c.
§Ó kh¾c phôc hiÖu øng nµy ng−êi ta ph¶i thay thÕ dÇn dÇn chÊt xóc t¸c (thªm vµ lÊy bít chÊt
xóc t¸c) trong qu¸ tr×nh cracking.
• T¹p chÊt l−u huúnh vµ nit¬
Hµm l−îng c¸c hîp chÊt l−u huúnh vµ nit¬ trong c¸c s¶n phÈm FCC, trong chÊt th¶i,
vµ trong khÝ x¶ t¨ng lªn ®¸ng kÓ khi chÕ biÕn nguyªn liÖu cã nhiÖt ®é s«i cao v× t¹p chÊt l−u
huúnh vµ nit¬ trong c¸c nguyªn liÖu ®ã cao h¬n nhiÒu so víi nguyªn liÖu th«ng th−êng. Tuy
nhiªn trong tr−êng hîp ®èi víi nit¬, vÊn ®Ò kh«ng chØ lµ nång ®é cao cña hîp chÊt nit¬ trong
s¶n phÈm, mµ chñ yÕu lµ do mét phÇn nit¬ tån t¹i d−íi d¹ng hîp chÊt nit¬ baz¬, c¸c hîp chÊt
nµy sÏ ®Çu ®éc c¸c t©m axit vµ do ®ã lµm suy gi¶m ho¹t tÝnh cña chÊt xóc t¸c.
169
- • VÊn ®Ò c©n b»ng nhiÖt: khèng chÕ c©n b»ng nhiÖt lµ vÊn ®Ò ®Çu tiªn ph¶i ®èi phã vµ
lµ r¾c rèi nhÊt khi chÕ biÕn nguyªn liÖu nÆng. V× l−îng c¸c d¹ng cacbon t¹p chÊt t¨ng lªn,
nªn nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ hoµn nguyªn gia t¨ng râ rÖt.
Ng−êi ta cã thÓ ®iÒu chØnh c¸c tham sè vËn hµnh ®Ó khèng chÕ nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ
hoµn nguyªn xóc t¸c. Song khi nhiÖt ®é ®¹t qu¸ cao so víi nhiÖt ®é ho¹t ®éng cña chÊt xóc
t¸c th× ng−êi ta ph¶i bæ sung thªm c¸c bé phËn t¶n nhiÖt phô trî bªn ngoµi ®Ó gi¶m nhiÖt ®é
cña regenerator, ch¼ng h¹n nh−, ph¶i cã bé phËn lµm nguéi chÊt xóc t¸c (catalyst cooler).
HiÖn nay kho¶ng 25 hÖ thèng FCC cña UOP ®· sö dông nguån nguyªn liÖu cã nhiÖt
®é s«i cao. VËy mµ chÊt l−îng s¶n phÈm cña c¸c hÖ thèng FCC ®ã kh«ng kh¸c g× chÊt l−îng
cña s¶n phÈm ®−îc chÕ biÕn tõ c¸c gas oil th«ng th−êng. Nãi chung gi¸ trÞ octan cña gasolin
tèt,chÊt l−îng c¸c dÇu CO (cycle oil) còng t−¬ng tù, c¸c phÇn dÇu ®èt nÆng cã ®é nhít thÊp
vµ hµm l−îng kim loaÞ thÊp.
• DÇu ®∙ xö lý kim lo¹i (demetallized oil)
Trong kho¶ng mét vµi n¨m gÇn ®©y,dÇu ®· xö lý kim lo¹i (DMO, demetallized oil) lµ
mét hîp phÇn chÝnh cña nguyªn liÖu trong mét vµi hÖ thèng FCC ®−îc thiÕt kÕ bëi UOP.
DÇu DMO nµy nhËn ®−îc tõ sù chiÕt t¸ch dßng s¶n phÈm ®¸y th¸p cÊt ch©n kh«ng
b»ng dung m«i parafin nhÑ. Qu¸ tr×nh chiÕt t¸ch dung m«i hiÖn ®¹i ®· t¹o ra hiÖu suÊt DMO
cao h¬n so víi qu¸ tr×nh t¸ch asphalten b»ng propan ®· ®−îc sö dông trong nhiÒu n¨m vµ
nhiÒu n¬i ®Ó s¶n xuÊt nguyªn liÖu cho FCC. DÇu DMO cßn chøa kh¸ nhiÒu t¹p chÊt.
Nãi chung, c¸c dÇu DMO lµ nguån nguyªn liÖu tèt cho cracking, tuy nhiªn c¸c dÇu ®ã
cÇn ®−îc hydro - xö lý tiÕp tôc ®Ó gi¶m møc ®é t¹p chÊt kim lo¹i vµ t¨ng hµm l−îng hydro
cña dÇu.
• DÇu cÆn ch−ng cÊt khÝ quyÓn (atmopheric residue)
NhiÒu nhµ läc dÇu ®· lùa chän dÇu cÆn ch−ng cÊt khÝ quyÓn lµm nguyªn liÖu bæ sung
cho c¸c hÖ thèng FCC ®· cã. Sù lùa chän ®ã xuÊt ph¸t tõ ý ®å muèn chuyÓn ho¸ hÕt c¸c
phÇn nÆng nhÊt cña dÇu th«. DÇu cÆn tõ ch−ng cÊt khÝ quyÓn ®−îc bæ sung tõ mét l−îng
t−¬ng ®èi nhá vµo nguån nguyªn liÖu tæng ®Õn thay thÕ toµn bé. §Ó c¶i thiÖn qu¸ tr×nh chÕ
biÕn nguån nguyªn liÖu cã nhiÖt ®é s«i cao ®ã, mét sè nhµ m¸y ®−îc söa ch÷a ®Ó n©ng cÊp
c«ng nghÖ. Mét sè nhµ m¸y ®· tiÕn hµnh bæ sung dÇn dÇn l−îng dÇu cÆn nhê biÕn ®æi c¸c
®iÒu kiÖn vËn hµnh vµ kÜ thuËt chÕ biÕn, vµ nhê c¨n cø vµo c¸c kinh nghiÖm tÝch lòy ®−îc
trong qu¸ tr×nh cracking dÇu cã nhiÖt ®é s«i cao.
Thùc vËy, hiÖn nay trong c¸c nhµ m¸y ®−îc thiÕt kÕ theo c«ng nghÖ cracking gas oil
th«ng th−êng, ng−êi ta ®· tiÕn hµnh chÕ biÕn nguån nguyªn liÖu cã thµnh phÇn biÕn ®æi
trong mét kho¶ng kh¸ réng. B¶ng 4.3 giíi thiÖu mét c«ng thøc pha chÕ nguyªn liÖu gåm bèn
lo¹i: tõ nguån dÇu ngät, dÇu chua ®Õn dÇu nhiÒu t¹p chÊt thËm chÝ cã ®Õn 4% cacbon
conradson.
170
- B¶ng 4.3. Nguyªn liÖu cracking pha chÕ
A B C D
o
MËt ®é, API (tØ träng) 28,2 24,5 26,4 22,4
(0,886) (0,907) (0,896) (0,919)
Thõa sè KUOP 12,1 1l, 75 12,1 11,95
L−u huúnh, %kl. 0,98 1,58 0,35 0,77
CÆn cacbon Conradson, %kl 1,01 1,25 2,47 3,95
Kim lo¹i, ppm(kl)
Niken 0,2 1,6 0,7 2,8
Vanadi 0,8 2,3 0,5 3,5
PhÇnkh«ngch−ng cÊt ®−îc ë 65oC (1050oF), %LV 10 8 13 23
• C«ng nghÖ RCC (c«ng nghÖ cracking xóc t¸c dÇu cÆn, residue catalytic cracking)
Khi nguån nguyªn liÖu cã nång ®é t¹p chÊt cao ®−îc sö dông ®Ó chÕ biÕn th× c¸c vÊn
®Ò nh− c¶i t¹o thiÕt kÕ vµ ®iÒu hµnh chÕ ®é nhiÖt trë nªn quan träng hµng ®Çu. Mét vµi vÝ dô
vÒ c¸c kiÓu nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ RCC ®−îc nªu lªn trong b¶ng 4.4.
B¶ng 4.4. C¸c nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ RCC
A B C D
o
MËt ®é, API 21,3 19,1 21,2 22,4
(0,9260) (0,9396) (0,9267) (0,9194)
Thõa sè KUOP 11,8 11,7 11,9 12,2
L−u huúnh, %kl 1,1 2,1 0,55 0,1
Nit¬, %kl 0,14 0,19 0,23
− −
CÆn cacbon Conradson, %kl 3,8 5,6
−
CÆn cacbon Rambottom, %kl 5,0 5,5
Kim lo¹i, ppm (kl)
Niken 13 15 2,5 2,2
Vanadi 31 45 3,7 1
Theo b¶ng 4.4 thÊy r»ng: c«ng nghÖ RCC cã thÓ chÕ biÕn c¶ nh÷ng nguån nguyªn liÖu
rÊt khã xö lý, chøa hµm l−îng cacbon Conradson vµ kim lo¹i t¹p chÊt kh¸ cao. Trªn bÒ mÆt
chÊt xóc t¸c c©n b»ng cã khi hµm l−îng kim lo¹i ®¹t ®Õn 10.000 ppm cña niken vµ vanadi,
®«i khi cã thÓ lªn ®Õn 15.000 ppm.
4.2.4. Gi¸ thµnh c«ng nghÖ
Vèn ®Çu t− cho mét hÖ thèng c«ng nghÖ FCC cã c«ng suÊt 35.000 thïng dÇu/ngµy lµm
viÖc (BPSD: barrels per stream day), ho¹t ®éng trong chÕ ®é cèc 5,5%kl, nguyªn liÖu míi,
®−îc dÉn ra trong b¶ng 4.5.
171
- B¶ng 4.5. Vèn ®Çu t−
Gi¸ thµnh l¾p ®Æt −íc tÝnh*, triÖu USD
ThiÕt bÞ qu¸ tr×nh gåm
Reactor-regenerator, ph©n x−ëng khÝ, hÖ thèng ch−ng cÊt vµ
103
thiÕt bÞ läc bôi tÜnh ®iÖn
C¸c thiÕt bÞ trªn + hÖ thèng thu håi n¨ng l−îng 114
± 40% .
* Gi¸ chÝnh x¸c
• Chi phÝ vËn hµnh vµ thu håi n¨ng l−îng
Chi phÝ vËn hµnh cña hÖ thèng FCC cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ nhê thùc hiÖn thu håi n¨ng
l−îng. C¸c nhµ läc dÇu tõ l©u ®· biÕt tËn dông nguån n¨ng l−îng tiÒm n¨ng trong khÝ x¶.
Sau mét sè n¨m nghiªn cøu, mét hÖ thèng thu håi n¨ng l−îng ®· ®−îc triÓn khai ®Ó chuyÓn
nhiÖt n¨ng cña khÝ x¶ thµnh c¬ n¨ng b»ng mét tuabin gi¶m ¸p (expander turbine). N¨ng
l−îng thu håi phô thuéc vµo ®é gi¶m ¸p qua tuabin. C«ng suÊt cña tuabin cã thÓ ®−îc tÝnh
to¸n theo ph−¬ng tr×nh sau ®©y (m· lùc: ml):
⎡ K −1 ⎤
⎛ K ⎞ ⎢1 − ⎛ PE ⎞ K ⎥
⎜ ⎟
ml = 2,808(EGT) ⎜ ⎟ (4.2)
⎝ K − 1 ⎠ ⎢ ⎝ P1 ⎠ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
trong ®ã E: thõa sè hiÖu dông (0,8);
G: l−u l−îng khÝ x¶ (sè mol cña mét pao khÝ x¶ (pound = 0,454 kg) trong ®¬n vÞ
thêi gian, mol/s);
R: h»ng sè khÝ;
T: nhiÖt ®é, oR;
K: thõa sè ®o¹n nhiÖt (1,313 ®èi víi khÝ x¶);
PE: ¸p suÊt khÝ sau tuabin;
PI: ¸p suÊt vµo tuabin.
Theo c¸c thiÕt kÕ hiÖn nay, trong c¸c hÖ thèng FCC hiÖn ®¹i, n¨ng l−îng thu håi ®−îc
chuyÓn ho¸ thµnh ®iÖn n¨ng ®ñ hoÆc d− thõa ®Ó cung cÊp cho hÖ thèng vËn chuyÓn kh«ng
khÝ. Ngoµi vÊn ®Ò thu håi n¨ng l−îng, hÖ thèng FCC cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ ®Ó s¶n xuÊt ra mét
l−îng lín h¬i n−íc ë ¸p suÊt cao (42 bar). Nguån h¬i n−íc chñ yÕu ®−îc t¹o ra tõ nhiÖt trao
®æi cña c¸c s¶n phÈm ®¸y cña cét ch−ng cÊt chÝnh vµ tõ nåi h¬i tËn dông nhiÖt cña khÝ x¶
sau hoµn nguyªn.
Chi phÝ vËn hµnh ®iÓn h×nh cña hÖ thèng FCC cã vµ kh«ng cã thu håi n¨ng l−îng ®−îc
tr×nh bµy trong b¶ng 4.6. C¸c sè liÖu nhËn ®−îc tõ hÖ thèng chÕ biÕn dÇu VGO Trung §«ng
theo ph−¬ng ¸n s¶n phÈm gasolin víi ph©n x−ëng khÝ cã 5 th¸p xö lý, läc bôi tÜnh ®iÖn vµ
nåi h¬i.
172
- B¶ng 4.6. Chi phÝ vËn hµnh ®iÓn h×nh
Thu håi n¨ng l−îng Kh«ng thu håi n¨ng l−îng
−300
ThiÕt bÞ ®iÖn, kWh/1000 thïng 1200
H¬i n−íc: 12 32
−14 −14
42 bar
10,5 bar 2,3 2,3
3,2 bar 34 34
N−íc ®· xö lý 175 175
N−íc lµm l¹nh
VËt liÖu:
ChÊt xóc t¸c 0,16 0,16
Gi¸ trÞ d−¬ng:tiªu thô.
Gi¸ thÞ ©m: thu håi.
4.2.5. T×nh h×nh thÞ tr−êng
FCC lµ mét trong nh÷ng qu¸ tr×nh ®−îc ¸p dông réng r·i nhÊt trong c¸c nhµ m¸y läc
dÇu. H¬n 450 hÖ thèng FCC ®· ®−îc x©y dùng nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi kÓ tõ khi c«ng nghÖ
nµy ®−îc th−¬ng m¹i ho¸. Vµo cuèi n¨m 1994, kho¶ng 350 hÖ thèng ®ang ho¹t ®éng vµ
kho¶ng 20 hÖ thèng míi ®ang ®−îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng. C«ng suÊt ho¹t ®éng cña c¸c c¬ së
FCC ®−îc giíi thiÖu trong b¶ng 4.7.
B¶ng 4.7. C«ng suÊt cña c¸c hÖ thèng FCC trªn thÕ giíi
C«ng suÊt dÇu th«, Cracking xóc t¸c
TriÖu BPCD*
TriÖu BPCD
B¾c Mü 18,8 6,0
Ch©u ¸ vµ khu vùc Th¸i B×nh D−¬ng 14,4 2,1
T©y ¢u 14,2 2,1
§«ng ¢u vµ c¸c n−íc thuéc Liªn X« (tr−íc ®©y) 12,9 0,7
Nam Mü vµ vïng Caribe 5,8 1,0
Trung §«ng 5,3 0,3
Ch©u Mü 0,8 0,2
Tæng céng 74,2 12,4
* BPCD: barrel/ngµy (theo lÞch), nguån tµi liÖu tham kh¶o: Oil and Gas Journal, December 1994.
Nãi chung, c«ng suÊt c¸c hÖ thèng FCC b»ng kho¶ng 1/3 c«ng suÊt dÇu th« chÕ biÕn,
vµ hÇu nh− nã t−¬ng øng víi phÇn thÓ tÝch cña VGO trong dÇu th«. C«ng suÊt ®ã cã thÓ cao
h¬n nÕu phÇn dÇu cÆn ch©n kh«ng ®−îc bæ sung vµo nguyªn liÖu cho FCC. Ngoµi ra, mét sè
nhµ läc dÇu l¹i muèn b¸n trùc tiÕp VGO d−íi d¹ng s¶n phÈm nhiªn liÖu trong tr−êng hîp
nµy c«ng suÊt cña FCC cßn thÊp h¬n nhiÒu.
173
nguon tai.lieu . vn
