Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng cracking xúc tác năng suất 3.000.000 tấn/năm

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1-K45 LỜI MỞ ĐẦU Trên thế giới, tại bất kỳ một quốc gia nào xăng dầu đƣợc coi là hàng hoá đặc biệt quan trọng, là máu huyết của nền kinh tế quốc dân và quốc phòng... Ngày nay trong bối cảnh Việt Nam đang không ngừng phát đổi mới và vƣơn lên con đƣờng công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nƣớc, với các máy móc , thiết bị và công nghệ mới. Vai trò của xăng dầu ngày càng đƣợc quan tâm đặc biệt hơn. Để đáp ứng kịp thời khối lƣợng xăng tiêu thụ ngày càng lớn ,ngƣời ta đã đƣa ra phƣơng pháp cracking xúc tác vào công nghiệp chế biến dầu mỏ,vì do quá trình chƣng cất khí quyển, chƣng cất chân không hay cracking nhiệt, khối lƣợng xăng thu đƣợc vẫn không đáp ứng kịp thời đƣợc nhu cầu của thị trƣờng. Để thoả mãn nhu cầu nhiên liệu ngày một tăng. Nghành công nghiệp chế biến dầu mỏ đã ra sức cải tiến, hoàn thiện quy trình công nghệ , đồng thời áp dụng những phƣơng pháp chế biến sâu trong dây chuyền sản xuất nhằm chuyển hoá dầu thô tới mức tối ƣu thành nhiên liệu và những sản phẩm quan trọng khác. Một trong những phƣơng pháp hiện đại đƣợc áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến dầu hiện nay trên thế giới là quá trình cracking xúc tác. Với bản đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xƣởng cracking xúc tác năng suất 3.000.000 tấn năm mà em đƣợc giao. Em hy vọng rằng mình sẽ bổ xung thêm đƣợc kiến thức để góp phần nhỏ bé vào công cuộc đổi mới đất nƣớc. Em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Hiếu đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua để em có thể hoàn thành đƣợc bản đồ án này. 1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1-K45 CHƢƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.Giới thiệu chung về quá trình cracking xúc tác. I.1.Sơ lƣợc về lịch sử phát triển của qúa trình cracking xúc tác[1,106] Qúa trình cracking xúc tác đã đƣợc nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX, nhƣng mãi đến năm 1923, một kỹ sƣ ngƣời Pháp tên là Houdry mới đề nghị đƣa qúa trình vào áp dụng trong công nghiệp. Đến năm 1936, nhà máy cracking xúc tác đầu tiên đƣợc xây dựng ở Mỹ, của công ty Houdry Process corporation. Ban đầu còn tồn tại nhiều nhƣợc điểm nhƣ là hoạt động gián đoạn và rất phức tạp cho vận hành, nhất là khi chuyển giao giữa hai chu kỳ phản ứng và tái sinh xúc tác trong cùng một thiết bị.Cho đến nay, sau hơn 60 năm phát triển, quá trình này ngày càng đƣợc cải tiến và hoàn thiện, nhằm mục đích nhận nhiều xăng hơn với chất lƣợng xăng ngày càng cao từ nguyên liệu có chất lƣợng ngày càng kém hơn (từ những phần cặn nặng hơn). Quá trình cracking đã đƣợc nghiên cứu từ lâu nhƣng giai đoạn đầu chỉ là các quá trình biến đổi dƣới tác dụng đơn thuần của nhiệt độ và áp suất (quá trình cracking nhiệt) với hiệu suất và chất lƣợng thấp,tiến hành ở điều kiện khắc nghiệt,tại nhiệt độ cao và áp suất cao tuy nhiên nó cũng có những ƣu điểm là có thể chế biến các phần cặn rất nặng của dầu mỏ mà cracking xúc tác không thực hiện đƣợc. Để nâng cao hiệu suất,chất lƣợng,cho phép tiến hành quá trình ở những điều kiện mềm mại hơn (nhiệt độ thấp hơn, áp suất thấp hơn) ngƣời ta đã đƣa vào quá trình những chất mà có khả năng làm giảm năng lƣợng hoạt hoá,tăng tốc độ phản ứng, tăng tính chất chọn lọc( hƣớng phản ứng theo hƣớng cần thiết) và nó không bị biến đổi trong quá trình phản ứng đó là chất xúc tác và quá trình đƣợc gọi là quá trình cracking xúc tác.Cho đến nay,quá trình này đã ngày càng đƣợc cài tiến, hoàn thiện về mọi mặt ( công nghệ, xúc tác, thiết bị...) cho phù hợp hơn. 2 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1-K45 I.2. Mục đích của quá trình cracking xúc tác.[1,106] Mục đích của quá trình cracking xúc tác là nhận các cấu tử có trị số octan cao cho xăng ôtô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn, chủ yếu là phần cất nặng hơn từ các quá trình chƣng cất trực tiếp AD (Atmotpheric Distillation) và VD (Vacuum Distillation) của dầu thô. Đồng thời ngoài mục đích nhận xăng ngƣời ta còn nhận đƣợc cả nguyên liệu có chất lƣợng cao cho công nghệ tổng hợp hoá dầu và hoá học. Ngoài ra còn thu thêm một số sản phẩm phụ khác nhƣ gasoil nhẹ , gasoil nặng, khí chủ yếu là các phần tử có nhánh đó là các cấu tử quý cho tổng hợp hoá dầu. I.3.Vai trò của quá trình cracking xúc tác so với các quá trình lọc dầu khác và các điều kiện công nghệ của quá trình.[1,107] Quá trình cracking xúc tác là quá trình không thể thiếu đƣợc trong bất kỳ một nhà máy chế biến dầu nào trên thế giới, vì quá trình này là một trong các quá trình chính sản xuất xăng có trị số octan cao.Xăng thu đƣợc từ qúa trình này đƣợc dùng để phối trộn với các loại xăng khác để tạo ra các mác xăng khác nhau. Khối lƣợng xăng thu từ quá trình chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 70-80% so với tổng lƣợng xăng thu từ các quá trình chế biến khác. Lƣợng dầu mỏ đƣợc chế biến bằng cracking xúc tác chiếm tƣơng đối lớn.Ví dụ vào năm 1965, lƣợng dầu mỏ thế giới chế biến đƣợc 1.500 tấn/ngày thì trong đó cracking xúc tác chiếm 800 tấn ( tƣơng ứng 53%). Quá trình cracking xúc tác đƣợc tiến hành ở điều kiện công nghệ là : Nhiệt độ : 4700C – 5500C Ap suất trong vùng lắng của lò phản ứng : 0,27 Mpa Tốc độ không gian thể tích : 1 – 120 m3/m3. h (tùy thuộc vào dây truyền công nghệ) Tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu : 4 – 9/1 Bội số tuần hoàn nguyên liệu : Có thể cần hoặc không tuỳ thuộc mức độ biến đổi: 3 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1-K45 Nếu mức độ biến đổi thấp hơn 60% lƣợng tuần hoàn có thể tối đa là 30% Khi mức độ chuyển hoá cao trên 70% thì phải giảm lƣợng tuần hoàn thậm chí không cần tuần hoàn. Xúc tác cho quá trình cracking thƣờng dùng là xúc tác zeolit mang tính axít. Sản phẩm của quá trình là một hỗn hợp phức tạp của hydrocacbon các loại khác nhau , chủ yếu là hydrocacbon có số cacbon từ 3 trở lên, với cấu trúc nhánh. II.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác và cơ chế của phản ứng. II.1.Bản chất hoá học của quá trình cracking xúc tác. [2,97] Cracking là quá trình bẻ gẫy mạch cacbon – cacbon (của hydrocacbon) của những phân tử có kích thƣớc lớn ( có trọng lƣợng phân tử lớn) thành những phân tử có kích thƣớc nhỏ hơn( có trọng lƣợng phân tử nhỏ hơn ).Trong công nghệ dầu mỏ, quá trình này đƣợc ứng dụng để biến đổi các phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ, tƣơng ứng với khoảng sôi của các sản phẩm trắng nhƣ xăng, kerosen, diezen.Quá trình này có thể thực hiện dƣới tác dụng của nhiệt độ (cracking nhiệt) và xúc tác( cracking xúc tác) II.2. Cơ chế phản ứng cracking xúc tác.[3,84] Hiện nay vẫn chƣa có sự nhất trí hoàn toàn trong việc giải thích bản chất, cơ chế của các phản ứng cracking xúc tác nên còn nhiều ý kiến trong việc giải thích cơ chế xúc tác trong quá trình cracking. Tuy vậy, phổ biến nhất vẫn là cách giải thích các phản ứng theo cơ chế ion cacboni. Cơ sở của lý thuyết này dựa vào các tâm hoạt tính là các ion cacboni. Chúng đƣợc tạo ra khi các phân tử hydrocacbon của nguyên liệu tác dụng với tâm hoạt tính acid của xúc tác loại Bronsted (H+) hay Lewis (L). Theo cơ chế này các phản ứng cracking xúc tác diễn ra theo ba giai đoạn sau: Giai đoạn 1 : Giai đoạn tạo ion cacboni. 4 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đức Thịnh Hoá Dầu 1-K45 Giai đoạn 2 : Các phản ứng của ion cacboni (giai đoạn biến đổi ion cacboni tạo thành các sản phẩm trung gian ). Giai đoạn 3 : Giai đoạn dừng phản ứng. II.2.1.Giai đoạn tạo thành ion cacboni. Ion cacboni tạo ra do sự tác dụng của olefin, hydrocacbon parafin, hydrocacbon naphten , hydrocacbon thơm với tâm axít của xúc tác. Từ olefin Ion cacboni tạo ra do sự tác dụng của olefin với tâm axít Bronsted của xúc tác. R CH C R + H+ (xt) H R CH + R + (xt) H H Ion cacboni tạo thành do sự tác dụng của olefin với tâm axit Lewis của xúc tác: O RH + Al O Si olefin O O + H Al O Si O hoặc là CnH2n + H+ CnH2n+1 Trong nguyên liệu ban đầu thƣờng không có hydrocacbon olefin, nhƣng olefin có thể tạo ra do sự phân huỷ các hydrocacbon parafin có phân tử lƣợng lớn. Các olefin tạo thành đó lập tức tác dụng với tâm axit rồi tạo ra ion cacboni. Ion cacboni tạo thành trong các phản ứng tuân theo quy tắc nhất định. Nhƣ khi olefin tác dụng với H+(xt) thì xác suất tạo alkyl bậc hai lớn hơn alkyl bậc một. CH3 CH2 CH CH2 + H+ (xt) CH3 CH2 CH CH2 dÔt¹othµnhh¬n CH3 CH2 CH2 CH2 5 ... - tailieumienphi.vn