Đồ án: Thiết kế phân xưởng Cracking xúc tác

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Lêi c¶m ¬n

Lêi ®Çu tiªn cho phÐp em göi lêi c¶m ¬n tíi c¸c thÇy gi¸o, c«

gi¸o trong Bé m«n C«ng nghÖ H÷u c¬ - Ho¸ dÇu, ®Æc biÖt lµ thÇy

gi¸o TS. NguyÔn H÷u TrÞnh, ngêi ®· tËn t×nh híng dÉn gióp ®ì em

vÒ mÆt kiÕn thøc khoa häc, víi sù gióp ®ì tËn t×nh chØ b¶o cña

thÇy ®· gióp em hiÓu ®îc nh÷ng vÊn ®Ò cÇn thiÕt vµ hoµn thµnh

b¶n ®å ¸n nµy ®óng thêi gian quy ®Þnh.

Tuy nhiªn víi khèi lîng c«ng viÖc lín hoµn thµnh trong thêi gian

cã h¹n nªn em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng sai sãt vµ víng m¾c nhÊt

®Þnh. VËy em kÝnh mong c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o bá qua cho em.

Mét lÇn n÷a em xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c tíi thÇy gi¸o

PGS.TS. NguyÔn H÷u TrÞnh cïng toµn thÓ c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o

trong Bé m«n C«ng nghÖ H÷u c¬ - Ho¸ dÇu vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp

®· t¹o ®iÒu kiÖn gióp ®ì em trong thêi gian võa qua.

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Lêi më ®Çu

Ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má ®îc ra ®êi vµo n¨m

1859 vµ tõ ®ã s¶n lîng khai th¸c dÇu má ngµy cµng ®îc ph¸t triÓn

m¹nh vÒ sè lîng còng nh vÒ chÊt lîng.

Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn vµ tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt,

dÇu má ®· trë thµnh nguyªn liÖu quan träng hµng ®Çu trong c«ng

nghÖ ho¸ häc. Trªn c¬ së nguyªn liÖu dÇu má, ngêi ta ®· s¶n xuÊt

®îc hµng ngh×n c¸c ho¸ chÊt kh¸c nhau, lµm nhiªn liÖu cho c¸c ®éng

c¬, nguyªn liÖu cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c.

Trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn

ho¸ ho¸ häc díi t¸c dông cña chÊt xóc t¸c t¸c chiÕm mét tû lÖ rÊt lín

vµ ®ãng vai trß v« cïng quan träng. ChÊt xóc t¸c trong qu¸ tr×nh

chuyÓn ho¸ cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m n¨ng lîng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng

v× vËy t¨ng tèc ®é ph¶n øng lªn rÊt nhiÒu. MÆt kh¸c khi cã mÆt

cña chÊt xóc t¸c, cã kh¶ n¨ng tiÕn hµnh ph¶n øng ë nhiÖt ®é thÊp

h¬n. §iÒu nµy cã tÇm quan träng lín ®èi víi nh÷ng ph¶n øng cã

hiÖu øng nhiÖt d¬ng (nh ph¶n øng hy®ro ho¸) alkyl ho¸, polime

ho¸...) v× ë ®é cao vÒ mÆt nhiÖt ®éng kh«ng thuËn lîi cho c¸c

ph¶n øng nµy.

Sù cã mÆt chÊt xóc t¸c trong c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ ho¸

häc võa cã t¸c dông thóc ®Èy nhanh qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ võa cã

kh¶ n¨ng t¹o ra nh÷ng nång ®é c©n b»ng cao nhÊt, cã nghÜa lµ t¨ng

®îc hiÖu suÊt s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh.

§iÒu quan träng n÷a lµ chÊt xóc t¸c cã kh¶ n¨ng t¨ng nhanh

kh«ng ®ång ®Òu gi÷a c¸c lo¹i ph¶n øng mµ vÒ ph¬ng diÖn nhiÖt

®éng cã thÓ x¶y ra trong cïng mét ®iÒu kiÖn nh nhau. TÝnh chÊt

nµy gäi lµ tÝnh chÊt chän lùa cña xóc t¸c. Ngêi ta nghiªn cøu kü

tõng lo¹i xóc t¸c vµ lîi dông tÝnh chÊt chän lùa cña nã ®Ó híng c¸c

qu¸ tr×nh chÕ biÕn theo ph¶n øng cã lîi, nh»m môc ®Ých thu ®îc

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c c¸c s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh cã chÊt lîng cao vµ hiÖu suÊt

cao.

Tuú theo lo¹i xóc t¸c sö dông mµ môc ®Ých cña qu¸ tr×nh vµo

nguyªn liÖu vµ chÕ ®é c«ng nghÖ sö dông mµ chia ra vµ gäi tªn c¸c

qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ díi t¸c dông cña xóc t¸c nh sau: Qu¸ tr×nh

cracking xóc t¸c, qu¸ tr×nh hy®ro cracking, reforming xóc t¸c, polime

ho¸, alkyl ho¸, ®ång ph©n ho¸...

Cracking xóc t¸c chiÕm mét vÞ trÝ t¬ng ®èi quan träng trong

c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má. Lîng dÇu má ®îc chÕ biÕn b»ng

qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c chiÕm t¬ng ®èi lín so víi tæng lîng dÇu ®-

îc chÕ biÕn.

Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c ®îc xem lµ mét qu¸ tr×nh chñ yÕu

®Ó s¶n xuÊt x¨ng cho « t« vµ mét sè Ýt x¨ng m¸y bay. VÒ ph¬ng

diÖn nhiÖt ®éng, nh÷ng ph¶n øng x¶y ra khi cracking nhiÖt ®Òu cã

thÓ x¶y ra trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, song khi cã mÆt cña

chÊt xóc t¸c nã cã t¸c dông thóc ®Èy chän läc mét sè ph¶n øng cã lîi

nh ph¶n øng ®ång ph©n ho¸, ph©n huû... t¹o ra c¸c izo parafin, izo

propin, hydrocacbon th¬m. Nhê cã sù tham gia cña xóc t¸c mµ qu¸

tr×nh cracking xóc t¸c tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thÊp h¬n vµ

¸p suÊt thÊp h¬n, song ®¹t ®îc tèc ®é ph¶n øng lín h¬n nhiÒu so víi

qu¸ tr×nh cracking ®¬n thuÇn díi t¸c dông cña nhiÖt.

Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ biÕn ®æi c¸c

ph©n ®o¹n dÇu má cã nhiÖt ®é s«i cao (hay cã träng lîng ph©n tö

lín) t¹o thµnh c¸c cÊu tö x¨ng cã chÊt lîng cao, ngoµi ra thu thªm mét

sè s¶n phÈm phô kh¸c nh: Gasoil nhÑ, gasoil nÆng, khÝ bÐo ( chñ

yÕu lµ khÝ hydrocacbon cã cÊu tróc nh¸nh). Qu¸ tr×nh cracking xóc

t¸c thùc chÊt lµ cho tiÕp xóc nguyªn liÖu víi xóc t¸c trong ®iÒu kiÖn

quy ®Þnh vÒ chÕ ®é c«ng nghÖ, c¸c ph¶n øng cã lîi x¶y ra nh»m

t¹o ra ®îc s¶n phÈm cã chÊt lîng tèt vµ hiÖu suÊt cao, ®ång thêi c¸c

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ph¶n øng phô cã h¹i còng x¶y ra nh ph¶n øng t¹o cèc b¸m trªn bÒ

mÆt cña xóc t¸c lµm gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c. §Ó ®¶m b¶o ho¹t

tÝnh cho xóc t¸c lµm viÖc th× ph¶i tiÕn hµnh t¸i sinh xóc t¸c.

Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ mét qu¸ tr×nh kh«ng thÓ thiÕu

trong bÊt kú nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu nµo trªn thÕ giíi, v× qu¸ tr×nh

nµy lµ mét trong c¸c qu¸ tr×nh ®Ó s¶n xuÊt x¨ng cã trÞ sè octan

cao.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

PhÇn I: Lý thuyÕt tæng quan

I. Nguyªn liÖu dïng cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

Ta cã thÓ dïng c¸c ph©n ®o¹n sau lµm nguyªn liÖu cho

cracking xóc t¸c:

C¸c ph©n ®o¹n Krosen- x«la cña qu¸ tr×nh chng cÊt trùc tiÕp

Ph©n ®o¹n x«la nÆng cã nhiÖt ®é s«i 300-5000C cña qu¸

tr×nh chng cÊt ch©n kh«ng mazut

Ph©n ®o¹n Gasoil cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn thø cÊp kh¸c.

Ta cã thÓ sö dông c¸c phÇn chiÕt th¶i ra cña qu¸ tr×nh lµm

s¹ch dÇu nhên b»ng dung m«i chän läc, mazót... Nhng sö dông

nguyªn liÖu chñ yÕu nhÊt lµ ph©n ®o¹n gasoil nÆng cã giíi h¹n

nhiÖt ®é s«i 300‚ 5500C

Tãm l¹i ta cã thÓ ph©n lo¹i nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh cracking

xóc t¸c theo 4 nhãm sau:

Nhãm I: Nhãm nguyªn liÖu nhÑ lµ ph©n ®o¹n Krrosen – x« la

lÊy tõ qu¸ tr×nh chng cÊt trùc tiÕp.

S = 260-3800C

D: 0,830-0,860

M: 190-220 ®vC

§©y lµ nguyªn liÖu tèt nhÊt cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c víi

môc ®Ých s¶n xuÊt x¨ng m¸y bay.

Nhãm II: Nhãm nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n gasoil nÆng

S = 300-5500C

D: 0,880-0,920

M: 280-330 ®vC

§©y lµ nguyªn liÖu chñ yÕu ®Ó s¶n xuÊt x¨ng « t«.

Nhãm III: Nhãm nguyªn liÖu cã thµnh phÇn ph©n ®o¹n réng,

®ã lµ hçn hîp cña 2 nhãm trªn. Nhãm nµy cã giíi h¹n nhiÖt ®é s«i

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c 210-5500C cã thÓ lÊy tõ chng cÊt trùc tiÕp hay lµ phÇn chiÕt cña

qu¸ tr×nh lµm s¹ch dÇu nhên b»ng dung m«i chän läc, petrolatun,

parafin lÊy tõ qu¸ tr×nh khö parafin... §©y lµ nguyªn liÖu võa s¶n

xuÊt x¨ng « t« vµ x¨ng m¸y bay.

Nhãm IV: Nhãm nguyªn liÖu ph©n ®o¹n trung gian lµ hçn hîp

ph©n ®o¹n krosen nÆng vµ x« la nhÑ. Nhãm nµy cã giíi h¹n nhiÖt

®é s«i hÑp h¬n 300-4300C. Nhãm nguyªn liÖu nµy dïng ®Ó s¶n

xuÊt x¨ng « t« vµ x¨ng m¸y bay.

Trong c¸c nhãm nguyªn liÖu trªn tèt nhÊt vµ chñ yÕu nhÊt cho

qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ ph©n ®o¹n karosen- x«la vµ gasoil

nÆng thu ®îc tõ chng cÊt trùc tiÕp. V× nguyªn liÖu nµy cho hiÖu

suÊt x¨ng cao vµ Ýt t¹o cèc nªn thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c dµi.

Nguyªn liÖu Ýt cã gi¸ trÞ cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ

phÇn chiÕt cña qu¸ tr×nh lµm s¹ch dÇu nhên b»ng dung m«i chän

läc, cÆn mazut, gasoil nÆng cña qu¸ tr×nh thø cÊp kh¸c cho hiÖu

suÊt x¨ng kh«ng cao vµ t¹o nhiÒu cèc. Ngoµi ra trong nguyªn liÖu

nµy chøa nhiÒu c¸c hîp chÊt cã S, N, kim lo¹i nÆng dÔ lµm ngé

®éc xóc t¸c.

Chóng ta cÇn chó ý r»ng trong nguyªn liÖu cracking xóc t¸c

kh«ng cho phÐp cã mÆt ph©n ®o¹n qu¸ nhÑ cã nhiÖt ®é s«i nhá

h¬n hoÆc b»ng 2000C. Trong ®iÒu kiÖn cracking ph©n ®o¹n nµy

mµ bÞ ph©n huû sÏ t¹o khÝ lµm gi¶m hiÖu suÊt x¨ng vµ gi¶m c¶ trÞ

sè octan cña x¨ng. MÆt kh¸c còng cÇn lu ý: trong nguyªn liÖu kh«ng

cho phÐp chøa hµm lîng lín c¸c hydrocacbon th¬m ®a vßng (v×

trong qu¸ tr×nh dÔ ngng tô cèc b¸m trªn bÒ mÆt xóc t¸c) nhùa,

asphanten vµ c¸c hîp chÊt chøa N, S... NÕu qu¸ giíi h¹n cho phÐp

trong nguyªn liÖu dïng cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c th× chóng ta

ph¶i tiÕn hµnh lµm s¹ch nguyªn liÖu tríc khi ®a nguyªn liÖu vµo qu¸

tr×nh.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

VÝ dô: NÕu dïng mazut lµm nguyªn liÖu chóng ta ph¶i tiÕn

hµnh khö asphanten b»ng propan láng. Hay nÕu dïng c¸c phÇn

chiÕt cña qu¸ tr×nh lµm s¹ch dÇu nhên b»ng dung m«i chän läc th×

ph¶i t¸ch c¸c hydrocacbon th¬m ®a vßng ra khái phÇn chiÕt b»ng

dung m«i, chän läc. Víi nguyªn chøa hµm lîng lín c¸c hîp chÊt chøa

N, S, kim lo¹i... dÔ lµm ngé ®éc xóc t¸c th× ngêi ta thêng tiÕn hµnh

lµm s¹ch nguyªn liÖu b»ng ph¬ng ph¸p hydr« ho¸.

II. s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

HiÖu suÊt vµ ®Æc tÝnh cña c¸c s¶n phÈm trong cracking xóc

t¸c phô thuéc vµo b¶n chÊt cña nguyªn liÖu, chÊt lîng xóc t¸c sö

dông vµ chÕ ®é c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh. S¶n phÈm chÝnh cña

qu¸ tr×nh lµ x¨ng, ngoµi ra cßn thu thªm mét sè s¶n phÈm phô nh:

khÝ, gasoil nÆng, gasoil nhÑ.

II.1. X¨ng cracking xóc t¸c

§©y lµ s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c. HiÖu

suÊt cña x¨ng cracking xóc t¸c thêng thu ®îc tõ 30-55% lîng nguyªn

liÖu ®em cracking. HiÖu suÊt x¨ng vµ chÊt lîng x¨ng phô thuéc vµo

nguyªn liÖu, xóc t¸c vµ chÕ ®é c«ng nghÖ.

NÕu nguyªn liÖu cã hµm lîng lín hy®rocacbon naphen th× cã

hiÖu suÊt x¨ng vµ chÊt lîng x¨ng cao.

NÕu nguyªn liÖu cã hµm lîng lín parafin th× nhËn ®îc x¨ng cã

trÞ sè octan thÊp.

NÕu trong nguyªn liÖu chøa hµm lîng lu huúnh cao th× x¨ng

thu ®îc còng cã hµm lîng lu huúnh lín thêng chiÕm 15% tæng lîng S

cã trong nguyªn liÖu.

X¨ng cracking xóc t¸c cã c¸c ®Æc trng sau:

+ Tû träng: 0,72-0,77

+ TrÞ sè octan: 89-91(theo RON)

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

+ Thµnh phÇn ho¸ häc cña x¨ng cracking xóc t¸c kh¸c h¼n víi

x¨ng cracking nhiÖt vµ x¨ng chng cÊt trùc tiÕp. X¨ng cracking xóc t¸c

cã trÞ sè octan cao h¬n. Thµnh phÇn ho¸ häc chiÕm 9-12% träng l-

îng hy®rocacbon olefin träng lîng hy®rocacbon th¬m.

X¨ng cracking xóc t¸c cã thÓ dïng lµm x¨ng m¸y bay hoÆc

x¨ng « t« víi c¸c tÝnh chÊt nh trªn.

§Ó t¨ng trÞ sè octan cho x¨ng cracking xóc t¸c ngêi ta thêng

cho pha thªm níc ch× CTEL). X¨ng dïng cho m¸y bay thêng pha thªm

2,5-3,3g níc ch× cho 1kg x¨ng vµ trÞ sè octan t¨ng lªn 10-16 ®¬n vÞ.

Møc ®é t¨ng trÞ sè octan phô thuéc vµo møc ®é tiÕp nhËn vµ

hiÖu qu¶ tiÕp nhËn níc ch× cña x¨ng. Møc ®é tiÕp nhËn níc ch×

phô thuéc vµo thµnh phÇn ho¸ häc cña x¨ng vµ vµo hµm lîng lu

huúnh trong x¨ng. NÕu x¨ng cã hµm lîng lín hy®rocacbon th¬m vµ lu

huúnh th× ®é tiÕp nhËn ch× kÐm. NÕu x¨ng cã hµm lîng lín iso-

parafin th× ®é tiÕp nhËn níc ch× sÏ t¨ng lªn. X¨ng cã pha ch× thêng

®éc, trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n ®Ó l©u th× níc ch× dÔ bÞ ph©n huû

vµ lµm cho x¨ng kh«ng ®¶m b¶o trÞ sè octan theo quy ®Þnh. Ngµy

nay ®Ó t¨ng trÞ sè octan cho x¨ng ngêi ta sö dông phô gia MTBE.

NÕu trong x¨ng cã hµm lîng olefin cao th× x¨ng cã trÞ sè octan

cao, nhng tÝnh æn ®Þnh ho¸ häc cña x¨ng kÐm.

Nãi chung x¨ng cracking xóc t¸c lµ cÊu tö c¬ b¶n ®Ó pha x¨ng

th¬ng phÈm.

II.2. S¶n phÈm: Gasoil nhÑ

Gasoil nhÑ lµ s¶n phÈm phô thu ®îc trong cracking xóc t¸c, cã

nhiÖt ®é s«i trong kho¶ng 175‚ 3500C. So s¸nh víi nhiªn liÖu diezel

th× nã cã gi¸ trÞ xetan thÊp vµ hµm lîng lu huúnh trong s¶n phÈm

cao. Tuy nhiªn chÊt lîng cña s¶n phÈm nµy cßn phô thuéc nguyªn

liÖu ®em cracking.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Víi nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n x«la tõ dÇu hä parafinic th×

Gasoil nhÑ cña cracking xóc t¸c nhËn ®îc cã trÞ sè xªtan t¬ng ®èi

cao (45‚ 46) víi nguyªn liÖu chøa nhiÒu hy®rocacbon th¬m th× trÞ

sè xªtan thÊp (25‚ 35)

ChÊt lîng cña gasoil nhÑ kh«ng chØ phô thuéc vµo thµnh

phÇn nguyªn liÖu mµ cßn phô thuéc vµo chÊt lîng cña xóc t¸c vµ

chÕ ®é c«ng nghÖ.

- NÕu cracking xóc t¸c ë ®iÒu kiÖn cøng th× hiÖu suÊt vµ

chÊt lîng gasoil nhÑ cµng thÊp

- NÕu cracking xóc t¸c ë ®iÒu kiÖn mÒm th× thu ®îc gasoil

nhÑ cã hiÖu suÊt vµ chÊt lîng cao.

Cracking xóc t¸c cã tuÇn hoµn th× hiÖu suÊt gasoil nhÑ bÞ

gi¶m vµ lµm gi¶m trÞ sè xªtan, t¨ng hµm lîng hy®rocacbon th¬m

trong gasoil nhÑ (parafin lµ cÊu tö cã trÞ sè xªtan cao nhÊt,

hy®rocacbon th¬m cã trÞ sè xªtan thÊp nhÊt lµ hy®rocacbon

naphen vµ olephin n»m trung b×nh so víi hai lo¹i trªn.

Gasoil nhÑ dïng lµm cÊu tö pha cho nhiªn liÖu diezel hay lµm

cÊu tö pha láng mazut.

§Æc tÝnh cña gasoil nhÑ thu ®îc trong qu¸ tr×nh cracking xóc

t¸c nh sau:

- Tû träng : 0,83‚ 0,94

- Thµnh phÇn ho¸ häc gåm: 1,7‚ 2,4% träng lîng lu huúnh,

hy®rocacbon olefin 6%, hy®rocacbon th¬m 30‚ 50% cßn l¹i lµ

hy®rocacbon parafin vµ naphen.

II.3. S¶n phÈm: Gasoil nÆng

S¶n phÈm gasoil nÆng lµ phÇn cÆn cßn l¹i cña qu¸ tr×nh

cracking xóc t¸c. ChÊt lîng cña nã phô thuéc vµo nguyªn liÖu chÕ

®é c«ng nghÖ vµ vµo chÊt lîng cña gasoil nhÑ, s¶n phÈm gasoil

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c nÆng cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cã nhiÖt ®é s«i lín h¬n 350 0C,

20 4

= - d , 890 0 , 990 0 cã tØ träng .

S¶n phÈm nµy díi mét lîng lín t¹p chÊt c¬ häc. Hµm lîng lu

huúnh trong s¶n phÈm nµy cao h¬n trong nguyªn liÖu ban ®Çu

kho¶ng 1,5 lÇn.

Gasoil nÆng cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c dïng lµm nguyªn

liÖu cho qu¸ tr×nh cracking nhiÖt vµ cèc ho¸ hoÆc cã thÓ dïng lµm

nhiªn liÖu ®èt lß, ngµy nµy ngêi ta cßn dïng lµm nguyªn liÖu s¶n

xuÊt bå hãng hoÆc quay l¹i qu¸ tr×nh cracking.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c II.4. S¶n phÈm khÝ cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

HiÖu suÊt cña s¶n phÈm khÝ chiÕm 10-15% nguyªn liÖu

®em cracking, cã thÓ dao ®éng phô thuéc ®iÒu kiÖn cracking.

NÕu cracking ë ®iÒu kiÖn cøng (nhiÖt ®é cao, tèc ®é nguyªn liÖu

nhá, béi sè tuÇn hoµn xóc t¸c lín) th× hiÖu suÊt lín. Cßn nÕu

cracking ë ®iÒu kiÖn mÒm th× hiÖu suÊt sÏ thÊp.

Theo hai b¶ng sau, khÝ tõ C3- C5 chiÕm 70-90% trong khi ®ã

iso-C4H10 lµ chñ yÕu. So víi cracking nhiÖt th× cracking xóc t¸c

nÆng h¬n.

øng dông cña khÝ cracking xóc t¸c:

- Propan- propen: Lµm nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh polyme ho¸

vµ cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt.

- Ph©n ®o¹n khÝ propan-propen, butan- buten lµ nguyªn liÖu

cho s¶n xuÊt khÝ ho¸ láng LPG, nguyªn liÖu cho alkyl ho¸ ®Ó nhËn

cÊu tö cã trÞ sè octan cao ®Ó pha vµo x¨ng vµ lµm khÝ ®èt d©n

dông, lµm nguyªn liÖu tæng hîp ho¸ dÇu.

B¶ng 1. Sù phô thuéc thµnh phÇn khÝ cracking xóc t¸c

vµo nguyªn liÖu

CÊu tö HiÖu suÊt (%)

Khi dïng nguyªn liÖu nhÑ Khi dïng nguyªn liÖu

H2 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C3H6 nC4H10 IsoC4H10 IsoC8H10 nC5H12 IsoC5H12 Anilen 0,80 3,20 2,40 0,25 11,70 10,75 5,36 23,4 1,0 6,3 15,7 7,20 nÆng 6,65 7,0 7,0 7,0 10,85 13,3 7,75 19,75 3,65 18,55 18,55 18,55

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Tæng hîp 100 100

B¶ng 2. Thµnh phÇn khÝ cracking phô thuéc vµo xóc t¸c sö

dông

Xóc t¸c chøa zeolit 4,9 0,1 1,6 2,7 23,1 7,9 16,6 5,7 6,4 28,1 Xóc t¸c Alumasilicat 3,6 3,1 8,0 6,9 25,6 5,7 16,0 10,1 3,0 15,2 CÊu tö H2S H2 CH4 C2H4 C2H6 -C3H8 n-C4H8 IsoC4H8 nC4H10 IsoC4H10

III. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh cracking

Sù ph¸t triÓn vµ c¶i tiÕn qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c trong c«ng

nghiÖp chÕ biÕn dÇu má, ngoµi viÖc c¶i thiÖn vÒ nguyªn liÖu, hÖ

thèng thiÕt bÞ, chÕ ®é c«ng nghÖ... th× ta thÊy r»ng c¸i chÝnh lµ

do sù c¶i tiÕn trong viÖc sö dông c¸c chÊt xóc t¸c. Ph¶n øng

cracking xóc t¸c chñ yÕu x¶y ra trªn bÒ mÆt xóc t¸c chiÒu híng cña

ph¶n øng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo b¶n chÊt cña xóc t¸c. Xóc t¸c ®îc

dïng trong qu¸ tr×nh cracking thêng lµ xóc t¸c r¾n, xèp, cã nguån

gèc thiªn nhiªn hay tæng hîp, víi bÒ mÆt riªng lín. Xóc t¸c cracking

®Çu tiªn ®îc dïng lµ ®Êt sÐt thiªn nhiªn cã tÝnh axit (vÝ dô lo¹i

montnorillonit)

VÝ dô: ë Liªn X« vµo nh÷ng n¨m 1919-1920 ®· dïng xóc t¸c

AlCl3 trong hÖ thèng cracking ®Ó s¶n xuÊt x¨ng.

Xóc t¸c AlCl3 tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é thÊp 200‚ 3000C. Nhng

trong qu¸ tr×nh sö dông ngêi ta thÊy cã nhiÒu nhîc ®iÓm sau: xóc

t¸c bÞ mÊt m¸t nhiÒu do t¹o phøc víi hy®rocacbon cña nguyªn liÖu,

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ®iÒu kiÖn tiÕp xóc gi÷a xóc t¸c vµ nguyªn liÖu kh«ng tèt, cho hiÖu

suÊt vµ chÊt lîng x¨ng thÊp.

VÒ sau ngêi ta nghiªn cøu sö dông aluminosilicat v« ®Þnh

h×nh mµ ®Çu tiªn lµ ®Êt sÐt bentonit. Vµo n¨m 1936 ë Liªn X« d· sö

dông xóc t¸c aluminosilicat ë quy m« c«ng nghiÖp. Ngêi ta ®· tiÕn

hµnh tæng hîp aluminosilicat trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o xóc t¸c. Sau

®ã trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má ngêi ta ®· dïng phæ biÕn

xóc t¸c aluminosilicat tæng hîp v× nã cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc t-

¬ng ®èi cao. Xóc t¸c nµy ®· tõng ®îc sö dông trong c«ng nghiÖp

cracking suèt 30 n¨m. Tuy vËy, hiÖn nay viÖc c¶i thiÖn xóc t¸c vÉn

kh«ng ngõng ph¸t triÓn vµ ®Õn cuèi thËp niªn 60 cña thÕ kû 20, ng-

êi ta ®· chuyÓn sang chñ yÕu dïng xóc t¸c chøa Zeolit.

ë Mü vµo n¨m 1972 ®· sö dông kho¶ng 80% chÊt xóc t¸c chøa

Zeolit cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c. Hµng n¨m ë Mü tiªu thô 130

ngh×n tÊn xóc t¸c, trong ®ã chØ cã 14.000 tÊn lµ kh«ng chøa Zeolit.

III.1. Vai trß cña xóc t¸c trong qu¸ tr×nh

Xóc t¸c trong qu¸ tr×nh cã tÇm quan träng rÊt lín. Nã cã kh¶

n¨ng lµm gi¶m n¨ng lîng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng, do vËy mµ t¨ng møc

®é ph¶n øng lªn rÊt nhiÒu. Dïng xóc t¸c cho phÐp qu¸ tr×nh tiÕn

hµnh ë ®iÒu kiÖn mÒm h¬n. V× xóc t¸c cã tÝnh chän läc nªn híng

qu¸ tr×nh chÕ biÕn theo nh÷ng ph¶n øng cã lîi nh»m thu ®îc s¶n

phÈm ph¶n øng cã chÊt lîng vµ hiÖu suÊt cao.

III.2. Nh÷ng yªu cÇu cÇn thiÕt ®èi víi xóc t¸c

Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh cracking ®ßi hái nh÷ng yªu cÇu sau:

a) Ho¹t tÝnh xóc t¸c ph¶i cao

Ho¹t tÝnh xóc t¸c lµ yªu cÇu quan träng nhÊt ®èi víi xóc t¸c

dïng trong qu¸ tr×nh cracking.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

V× môc ®Ých cña cracking lµ nhËn x¨ng, nªn ph¬ng ph¸p dïng

hiÖu suÊt x¨ng thu ®îc ®Ó ®¸nh gi¸ ®é ho¹t ®éng cña xóc t¸c sÏ ®¬n

gi¶n h¬n, ho¹t tÝnh cña xóc t¸c cµng cao sÏ cho hiÖu suÊt x¨ng cµng

lín. Do vËy, ®é ho¹t tÝnh cña xóc t¸c thêng ®îc biÓu diÔn th«ng qua

chØ sè ho¹t tÝnh. §ã lµ gi¸ trÞ cña hiÖu suÊt x¨ng (%KL) khi

cracking nguyªn liÖu mÉu trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm.

Ho¹t tÝnh xóc t¸c phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý – ho¸ häc cña

xóc t¸c, mµ tríc hÕt lµ phô thuéc vµo thµnh phÇn ho¸ häc cña xóc t¸c

còng nh phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh. Trong

thùc tÕ s¶n xuÊt, dùa vµo ®é ho¹t tÝnh cña xóc t¸c, ngêi ta ph©n

xóc t¸c thµnh c¸c lo¹i nh sau:

- Xóc t¸c cã ®é ho¹t tÝnh cao, hiÖu suÊt x¨ng > 45%

- Xóc t¸c cã ho¹t tÝnh trung b×nh, hiÖu suÊt x¨ng tõ

30‚ 40%

- Xóc t¸c cã ®é ho¹t tÝnh thÊp, hiÖu suÊt x¨ng > 30%

B¶ng 3. TÝnh chÊt cña xóc t¸c FCC

Thµnh phÇn ho¸ häc

Oxyt nh«m 13

Oxyt silic

Oxyt c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm 87 2‚ 4

0,02‚ 0,2 0,8‚ 0,9 55‚ 60 75‚ 80 94‚ 96

Oxyt natri Träng lîng rãt, g/cm3 §é ho¹t tÝnh æn ®Þnh §é ho¹t tÝnh theo ASTM §é bÒn do mµi mßn,% Thµnh phÇn cì h¹t, %

§Õn 20 m m < 2‚ 3 -

15‚ 25 §Õn 40 m m -

§Õn 100 m m -

BÒ mÆt riªng, m2/g 96‚ 98 400‚ 450

b) §é chän läc xóc t¸c ph¶i cao

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Xóc t¸c cÇn cã ®é chän läc cao ®Ó cho ta x¨ng cã chÊt lîng

cao vµ hiÖu suÊt lín, trong khÝ cracking cã nång ®é lín c¸c

hy®rocacbon cã cÊu tróc nh¸nh.

Kh¶ n¨ng cña xóc t¸c lµm t¨ng tèc ®é cña c¸c ph¶n øng cã lîi,

®ång thêi lµm gi¶m tèc ®é c¸c ph¶n øng kh«ng mong muèn ®îc gäi

lµ ®é chän läc cña xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh cracking, ®é chän läc

cña xóc t¸c quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng t¹o c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ cña

nã, ®ã lµ c¸c cÊu tö x¨ng cã trÞ sè octan cao. Ngêi ta cã thÓ ®¸nh

gi¸ ®é chän läc b»ng c¸ch x¸c ®Þnh tû lÖ gi÷a hiÖu suÊt x¨ng vµ

cèc (hay khÝ) ë cïng mét ®é s©u biÕn ®æi. Xóc t¸c thêng ®îc ®¸nh

gi¸ ®ång thêi ®é ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña xóc t¸c ®Òu bÞ gi¶m

do cã nh÷ng thay ®æi vÒ tÝnh chÊt cña xóc t¸c trong ®iÒu kiÖn

lµm viÖc.

c. §é æn ®Þnh ph¶i lín

Xóc t¸c ph¶i gi÷ ®îc nh÷ng ®Æc tÝnh chñ yÕu (ho¹t tÝnh, ®é

chän läc) sau mét thêi gian lµm viÖc l©u dµi.

§é æn ®Þnh xóc t¸c ®Æc trng cho kh¶ n¨ng kh«ng thay ®æi

c¸c tÝnh chÊt trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. Xóc t¸c cã ®é æn ®Þnh

cµng cao cµng tèt trong qu¸ tr×nh sö dông.

d) §¶m b¶o ®é bÒn c¬ bÒn nhiÖt

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, xóc t¸c cä x¸t víi nhau, v× cä x¸t víi

thµnh thiÕt bÞ lµm cho xóc t¸c dÔ bÞ vì, do ®ã lµm tæn thÊt ¸p suÊt

qua líp xóc t¸c t¨ng lªn, lµm mÊt m¸t xóc t¸c lín. V× vËy xóc t¸c ph¶i

®¶m b¶o ®é bÒn c¬.

Khi lµm viÖc nhiÖt ®é cã thÓ thay ®æi, khi nhiÖt ®é cao qu¸

mµ nÕu xóc t¸c kh«ng cã ®é bÒn nhiÖt th× cã thÓ bÞ biÕn ®æi

cÊu tróc dÉn ®Õn lµm gi¶m c¸c tÝnh chÊt cña xóc t¸c.

e) Xóc t¸c ph¶i ®¶m b¶o ®é thuÇn nhÊt cao

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Xóc t¸c cÇn ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn, vÒ cÊu tróc, vÒ h×nh

d¹ng, vÒ kÝch thíc. Khi kÝch thíc kh«ng ®ång ®Òu sÏ t¹o ra nh÷ng

vïng ph©n lín vµ cã trë lùc kh¸c nhau vµ do sù ph©n lín theo kÝch

thíc nªn sÏ ph¸ vì chÕ ®é lµm viÖc b×nh thêng cña thiÕt bÞ. MÆt

kh¸c khi kÝch thíc kh«ng ®ång ®Òu lµm t¨ng kh¶ n¨ng vì vôn dÉn

®Õn mÊt m¸t xóc t¸c. CÊu tróc lç xèp kh«ng ®ång ®Òu sÏ lµm gi¶m

bÒ mÆt tiÕp xóc dÉn ®Õn lµm gi¶m ho¹t tÝnh xóc t¸c.

f) Xóc t¸c ph¶i liÒn víi c¸c chÊt lµm ngé ®éc xóc t¸c

Xóc t¸c ph¶i chèng l¹i cã hiÖu qu¶ t¸c dông g©y ngé ®éc cña

nh÷ng hîp chÊt cña nit¬, lu huúnh, c¸c kim lo¹i nÆng ®Ó kÐo dµi

thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c.

g) Xóc t¸c ph¶i cã kh¶ n¨ng t¸i sinh

§©y lµ yªu cÇu quan träng trong qu¸ tr×nh sö dông xóc t¸c.

Xóc t¸c cã kh¶ n¨ng t¸i sinh tèt sÏ n©ng cao ®îc hiÖu qu¶ vµ n¨ng

suÊt cña qu¸ tr×nh, lîng tiªu hao xóc t¸c còng gi¶m xuèng.

h) Xóc t¸c ph¶i dÔ s¶n xuÊt vµ rÎ tiÒn

§©y còng lµ yÕu tè quan träng gãp phÇn ®Þnh híng cho c¸c

nhµ nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt

III.3. Zeolit vµ xóc t¸c chøa Zeolit

Zeolit lµ hîp chÊt cña alumuni-silic, lµ chÊt tinh thÓ cã cÊu

tróc ®Æc biÖt. CÊu tróc cña chóng ®îc ®Æc trng b»ng m¹ng c¸c lç

rçng, r·nh, rÊt nhá th«ng víi nhau. C¸c chÊt Zeolit ®îc chÕ t¹o cïng

víi c¸c xóc t¸c aliminosilicat hay víi ®Êt sÐt thiªn nhiªn, råi sau ®ã ®-

îc xö lý b»ng ph¬ng ph¸p ®Æc biÖt hîp thµnh xóc t¸c chøa Zeolit.

Xóc t¸c chøa Zeolit nµy cã ho¹t tÝnh cao, v× thÕ ngµy nay chóng ®-

îc sö dông rÊt réng r·i.

VÒ thµnh phÇn ho¸ häc cña Zeolit, ngêi ta cã thÓ biÓu hiÔn

b»ng c«ng thøc ph©n tö nh sau:

Mex/n[(Al2O3).(SiO2)y]z. H2O

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Trong ®ã:

Me – Sè lîng ion chung cña kim lo¹i (hay hy®r«)

X/n- Sè cation cã kh¶ n¨ng thay thÕ, cã ho¸ trÞ n

y- Sè nguyªn tö silic

Z- Sè ph©n tö mµ khi t¸ch chóng trong Zeolit t¹o thµnh c¸c khe

hë hay r·nh.

VÒ cÊu t¹o, Zeolit ®îc t¹o thµnh tõ c¸c ®¬n vÞ cÊu tróc c¬ b¶n

gäi lµ ®¬n vÞ cÊu tróc Sodalit (h×nh 6-2). NÕu c¸c ®¬n vÞ nµy nèi

víi nhau theo c¸c mÆt 4 c¹nh, ta cã Zeolit lo¹i A. NÕu nèi víi nhau

theo mÆt 6 c¹nh, ta cã Zeolit lo¹i x hay y cã cÊu tróc t¬ng tù nh

faurazit (h×nh 6-3)

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Si4 +

Al3+

H×nh III.1. §¬n vÞ cÊu tróc c¬ b¶n cña Zeolit

Zeolit X,Y Zeolit A

H×nh III.2. CÊu tróc cña Zeolit A vµ X, Y

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Ngµy nay ngêi ta ®· chÕ t¹o ®îc hµng tr¨m lo¹i Zeolit, chóng ®-

îc ®Æc trng bëi kÝch thíc c¸c “cöa sæ” kh¸c nhau.

VÝ dô: §Æc trng cña mét sè lo¹i Zeolit ®îc dïng phæ biÕn

trong cracking xóc t¸c ®· ®îc dÉn ra ë b¶ng sau:

B¶ng 4. §Æc trng c¬ b¶n cña mét vµi lo¹i Zeolit

Zeolit Thµnh phÇn ho¸ häc §êng kÝnh trung

Na2O. Al2O3.2SiO2.4,5H2O Na2O. Al2O3.2,5SiO2.6H2O Na2O. Al2O3.4,8SiO2.8,9H2O Na8O. (Al2O3)8(SiO2)40.24H2O

A X Y Mordenit ZSM-5 vµ b×nh A0 3,6‚ 3,9 7,4 7,4 6,7‚ 7,0(2,9‚ 5,7) 5,4‚ 5,6

Khi chÕ ®é xóc t¸c cracking, hµm lîng natri (Na) cÇn ph¶i

gi¶m tíi cùc tiÓu bëi v× sù cã mÆt cña Na ë nhiÖt ®é cao vµ cã

mÆt h¬i níc, nã lµm gi¶m ®i ®¸ng kÓ ho¹t tÝnh còng nh ®é chän läc

cña xóc t¸c cracking.

Khi thay thÕ Na b»ng c¸c catrion kim lo¹i ho¸ trÞ lín h¬n 2 hay

b»ng 2, thÝ dô nh canxi (Ca), reni (Re) hay c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm,

sÏ lµm thay ®æi ®Æc trng cÊu tróc cña Zeolit. KÝch thíc lç t¨ng lªn,

®ång thêi khi ®ã l¹i t¹o ra c¸c t©m axit lµm ho¹t tÝnh cña xóc t¸c t¨ng

lªn.

Ngêi ta cho thÊy r»ng, Zeolit chøa oxyt silic cµng nhiÒu, lîng

oxyt nh«m cµng Ýt th× ®é axit cña nã cµng t¨ng. §¬ng nhiªn khi t¨ng

tØ sè oxyt silic/oxyt nh«m kh«ng ®îc dÉn ®Õn ph¸ huû cÊu tróc cña

Zeolit. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ tû sè nµy còng chØ t¨ng ®Õn mét giíi h¹n

nhÊt ®Þnh.

TÝnh chÊt hÊp phô cña Zeolit xuÊt hiÖn sau khi chóng ®îc

t¸ch Èm, bëi v× trong qu¸ tr×nh tæng hîp, c¸c lç rçng cña tinh thÓ bÞ

chÊt ®Çy bëi c¸c ph©n tö níc. Níc cã thÓ t¸ch khái tinh thÓ khi ta

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c sÊy kh« Zeolit ®Õn nhiÖt ®é tõ 300‚ 3500C. Lóc nµy m¹ng líi tinh

thÓ cña Zeolit vÉn ®îc b¶o toµn. Sau khi ®Ò hydrat, Zeolit cã dung

lîng hÊp thô rÊt lín.

§é bÒn nhiÖt cao còng lµ mét ®Æc trng rÊt quan träng cña

Zeolit thÝ dô, Zeolit naA bÒn ®Õn 6500C, NaY bÒn ®Õn

700‚ 7500C, CaY bÒn ®Õn 8000C, LaY bÒn ®Õn 8500C. §é bÒn

nhiÖt cña Zeolit t¨ng khi t¨ng hµm lîng SiO2 hay t¨ng kÝch thíc cña

c¸c cation kim lo¹i.

Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c thêng dïng Zeolit lo¹i X, Y cã chøa

c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm hay ë d¹ng ®· trao ®æi ion vµ ®îc xö lý

b»ng c¸c ph¬ng ph¸p ®Æc biÖt, ®ång thêi kÕt hîp víi c¸c phÇn lµm

t¨ng ®é bÒn c¬, bÒn nhiÖt, ®iÒu chØnh kÝch thíc lç xèp. Zeolit cã

ho¹t tÝnh cracking lín, v× thÕ ngêi ta thêng dïng nã ë d¹ng hçn hîp

víi xóc t¸c v« ®Þnh h×nh hay aluminosilicat tinh thÓ vµ ®îc gäi lµ

xóc t¸c chøa Zeolit. Trong s¶n xuÊt xóc t¸c, ngêi ta trén 10 ®Õn 20%

(KL) Zeolit vµ víi hîp phÇn nh vËy, xóc t¸c còng ®· rÊt ho¹t ®éng,

h¬n h¼n xóc t¸c aluminosilicat th«ng thêng. H¬n n÷a c¸c chØ tiªu

kinh tÕ còng ®¹t lo¹i tèt h¬n.

Trong c«ng nghiÖp, ngêi ta chÕ ®é xóc t¸c chøa Zeolit ë hai

d¹ng chÝnh. Xóc t¸c d¹ng cÇu vµ xóc t¸c d¹ng bét vµ sau ®ã c¶i tiÕn

thµnh xóc t¸c vi cÇu thêng ®îc ¸p dông cho qu¸ tr×nh cracking líp s«i

(FCC), cßn xóc t¸c d¹ng cÇu víi kÝch thíc h¹t tõ 3 ®Õn 5mm thêng

®îc dïng cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c chuyÓn ®éng (FCC)

Ngoµi yªu cÇu vÒ ®é ho¹t tÝnh cao, xóc t¸c cracking cßn ph¶i

®¸p øng c¸c yªu cÇu kh¸c, nh ph¶i bÒn nhiÖt, bÒn c¬, kh«ng g©y ¨n

mßn hay ¨n mßn thiÕt bÞ còng nh ®¶m b¶o dÔ khuÕch t¸n nguyªn

liÖu tíi c¸c t©m ho¹t tÝnh vµ s¶n phÈm tõ bÒ mÆt ra ngoµi. §¶m

b¶o sù khuÕch t¸n cña oxy tíi bÒ mÆt xóc t¸c dÔ ®èt cèc trong qu¸

tr×nh t¸i sinh, ®ång thêi gi¸ thµnh chÊp nhËn ®îc. XuÊt ph¸t tõ c¸c

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c yªu cÇu trªn ngêi ta ph¶i chän c¸c hîp phÇn thÝch hîp ®Ó chÕ t¹o

xóc t¸c v× trong Zeolit cã hai lo¹i kÝch thíc lç xèp: kÝch thíc “cöa sæ”

vµ kÝch thíc lç lín, khi ®a chóng vµo trén lÉn víi aluminosilicat,

chóng ta sÏ ®iÒu chØnh ®îc cÊu tróc lç cña chóng ®Ó nhËn ®îc

kÝch thíc lç trong giíi h¹n thÝch hîp nhÊt, nh»m t¨ng ®é chän läc cña

xóc t¸c. VÝ dô, trong xóc t¸c chøa Zeolit lo¹i A, kÝch thíc lç cña nã

kh«ng vît qu¸ 4 ®Õn 5A0. Trong c¸c lç nh vËy propylen cã thÓ

chuyÓn qua tù do, nhng ®iÒu ®ã l¹i kh«ng x¶y ra ®èi víi izo-butylen.

Do ®ã trªn xóc t¸c nh vËy cã thÓ tiÕn hµnh qu¸ tr×nh polyme ho¸

chän läc propylen cã trong hçn hîp víi izo-butylen mµ kh«ng ph¶i

ph©n t¸ch chóng. Hay tõ Zeolit víi kÝch thíc 5A0 cã thÓ dïng lµm xóc

t¸c ®Ó cracking chän läc n- parafin cã trong hçn hîp víi izo-parafin,

v× trong ®iÒu kiÖn ®ã, izo-parafin bÞ cracking kh«ng ®¸ng kÓ.

Xóc t¸c chøa Zeolit X vµ Y cã kÝch thíc lç kho¶ng 8-10A0 ®îc

dïng ®Ó cracking nguyªn liÖu cã thµnh phÇn ph©n ®o¹n réng (vÝ

dô gazoil). Khi ®ã c¸c ph©n tö lín cña nguyªn liÖu vÉn cã thÓ dÔ

dµng tíi bÒ mÆt cña xóc t¸c. V× cèc lµ hîp chÊt cao ph©n tö nªn

chóng thêng tËp trung ë bÒ mÆt ngoµi cña xóc t¸c vµ do vËy t¹o

®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh ®èt ch¸y cèc khi t¸i sinh xóc t¸c.

Zeolit lo¹i X, Y, 2SM-5(11) lµ lo¹i cã c¸c tÝnh chÊt thÝch hîp

nhÊt cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c. KÝch thíc lç lín cña chóng xÊp

xØ 10A0 sÏ cho phÐp khuÕch t¸n dÔ dµng c¸c ph©n tö cña nguyªn

liÖu vµo bÒ mÆt lç xèp cña chóng còng nh khuÕch t¸n s¶n phÈm

ra ngoµi. V× vËy chóng ®îc sö dông ®Ó chÕ t¹o xóc t¸c cracking

+ hay cation ®a ho¸ trÞ) kÕt hîp víi c¸c ph¬ng ph¸p xö lý

c«ng nghiÖp. Th«ng thêng c¸c Zeolit nµy lµ lo¹i ®· trao ®æi cation

CH+, NH4

thÝch hîp vµ phèi trén víi aluminosilicat v« ®Þnh h×nh. Lo¹i xóc t¸c

nµy cã ®é ho¹t tÝnh cao h¬n hµng tr¨m lÇn vµ cã ®é chän läc cao

h¬n so víi xóc t¸c aluminosilicat thuÇn khiÕt. HiÖu suÊt x¨ng t¨ng lªn

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c Ýt nhÊt lµ 20%, trong khi ®ã hiÖu suÊt cèc vµ khÝ l¹i gi¶m khi tiÕn

hµnh cïng ë mét ®iÒu kiÖn.

C¸c ®Æc trng c¬ b¶n cña xóc t¸c cracking lµ: thµnh phÇn,

träng lîng rãt, cÊu tróc xèp, ®é ho¹t tÝnh, thµnh phÇn cì h¹t vµ ®é

bÒn.

Ngoµi nh÷ng u ®iÓm trªn xóc t¸c chøa Zeolit vÉn cßn mét sè

nhîc ®iÓm sau:

- Gi¸ thµnh s¶n xuÊt chóng cao

- NÕu sö dông xóc t¸c Zeolit nguyªn chÊt th× tèc ®é trao ®æi

chÊt cña qu¸ tr×nh phôc håi vµ trao ®æi nhiÖt bÐ h¬n tèc ®é chÝnh

b¶n th©n ph¶n øng xóc t¸c. V× vËy mµ ta dïng xóc t¸c chøa Zeolit

(Zeolit tÈm trªn chÊt mang, 2‚ 20% trªn aluminosilicat tæng hîp)

Nãi tãm l¹i, xóc t¸c chøa Zeolit cho qu¸ tr×nh cracking cã nhiÒu

u ®iÓm h¬n h¼n c¸c xóc t¸c kh¸c, nªn hiÖn giê ®©y ë c¸c níc c«ng

nghiÖp chÕ biÕn dÇu má vµ khÝ tiªn tiÕn, ngêi ta lÇn lît thay thÕ

xóc t¸c chøa Zeolit cho aluminosilicat tæng hîp. HiÖn nay ngêi ta

®ang sö dông xóc t¸c Zeolit siªu bÒn, nã ®¸p øng ®îc mäi yªu cÇu

cña xóc t¸c trong qu¸ tr×nh cracking.

III.4. Nh÷ng thay ®æi tÝnh chÊt cña xóc t¸c khi lµm viÖc

Xóc t¸c cracking trong qu¸ tr×nh lµm viÖc bÞ gi¶m ho¹t tÝnh vµ

®é chän läc. HiÖn tîng nµy ngêi ta gäi lµ qu¸ tr×nh trë ho¸ xóc t¸c.

Qu¸ tr×nh tr¬ ho¸ xóc t¸c cµng nhanh nÕu ta tiÕn hµnh qu¸ tr×nh ë

®iÒu kiÖn c«ng nghÖ khã kh¨n, ®é kh¾t khe t¨ng (vÝ dô ë nhiÖt ®é

cao qu¸, thêi gian tiÕp xóc qu¸ dµi, nguyªn liÖu xÊu). Ngoµi ra cßn

x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh kh¸c lµm t¨ng tèc ®é tr¬ ho¸. Chóng ta cã thÓ

ph©n qu¸ tr×nh tr¬ ho¸ xóc t¸c lµm hai qu¸ tr×nh ®ã lµ sù tr¬ ho¸ do

t¸c dông cña c¸c chÊt lµm ngé ®éc xóc t¸c vµ sù tr¬ ho¸ do t¸c dông

lµm thay ®æi c¸c tÝnh chÊt lý – ho¸ cña xóc t¸c.

Nguyªn nh©n cña sù tr¬ ho¸ xóc t¸c cã thÓ do;

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

- T¸c dông cña c¸c ®éc tè nh NH3, CO2 cña c¸c hîp chÊt

lu huúnh mµ ®Æc biÖt lµ H2S ë nhiÖt ®é cao.

- Sù tÝch tô c¸c kim lo¹i nÆng díi d¹ng c¸c oxyt lµm thay

®æi chøc n¨ng cña xóc t¸c.

- Sù t¸c ®éng cña nhiÖt ®é cao víi h¬i níc

C¸c hîp chÊt khi t¸c dông víi xóc t¸c cã thÓ chia lµm 3 nhãm:

- Nhãm kh«ng t¸c dông víi xóc t¸c ë nhiÖt ®é thÊp h¬n

6200 nh CO, CO2 vµ NH3.

- Nhãm lµm gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c nhng kh«ng lµm

gi¶m ®é chän läc nh h¬i níc

- Nhãm lµm gi¶m ®é chän läc cña xóc t¸c (H2S ë nhiÖt

®é trªn 4500C vµ NH3, SO2, SO3 ë nhiÖt ®é trªn 6200C)

Ho¹t tÝnh cña xóc t¸c cã thÓ ®îc duy tr× nÕu ta thªm h¬i níc

vµo nguyªn liÖu, hay viÖc xö lý tríc vµ sau khi t¸i sinh xóc t¸c. Thªm

h¬i níc khi chÕ biÕn nguyªn liÖu cã lu huúnh sÏ cã t¸c dông ©m v×

khi ®ã l¹i lµm t¨ng qu¸ tr×nh ¨n mßn thiÕt bÞ vµ s¶n phÈm cña qu¸

tr×nh ¨n mßn l¹i lµm nhiÔm bÈn xóc t¸c, dÉn tíi lµm gi¶m ho¹t tÝnh,

®é chän läc cña xóc t¸c.

T¸c dông ®ång thêi cña nhiÖt ®é cao vµ cña h¬i níc lµm gi¶m

ho¹t tÝnh tæng céng cña xóc t¸c. Khi ¸p dông ë líp s«i (FCC), do cÇn

ph¶i duy tr× ®iÒu kiÖn ®Ó cèc Ýt l¾ng ®äng trªn xóc t¸c vµ xóc t¸c

kh«ng bÞ qu¸ nhiÖt khi t¸i sinh, ngêi ta ph¶i ®a vµo mét lîng nhá h¬i

níc. H¬n n÷a, còng cÇn ph¶i tr¸nh sù t¹o cèc qu¸ Ýt, do nhiÖt t¹o ra

trong qu¸ tr×nh t¸i sinh kh«ng ®ñ ®Ó bï nhiÖt thu vµo cña c¸c ph¶n

øng cracking trong lß ph¶n øng.

Hµm lîng cèc b¸m trªn xóc t¸c khi ra khái lß ph¶n øng phô

thuéc vµo lîng xóc t¸c tuÇn hoµn trong hÖ thèng. §èi víi ®a sè c¸c

qu¸ tr×nh FCC, khi dïng xóc t¸c Zeolit, lîng cèc t¹o ra thêng chiÕm

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c vµo kho¶ng 1,3 ®Õn 1,8% KL xóc t¸c, cßn sau khi t¸i sinh lµ 0,1

®Õn 0,05%KL.

C¸c hîp chÊt c¬ kim vµ c¸c hîp chÊt chøa Nit¬ trong nguyªn

liÖu ®Òu lµ c¸c phÇn tö lµm gia ho¸ nhanh xóc t¸c. NhiÒu nghiªn

cøu ®· chØ ra r»ng, sù cã mÆt cña c¸c hîp chÊt nit¬ trong nguyªn

liÖu lµm gi¶m hiÖu suÊt x¨ng vµ c¸c “s¶n phÈm tr¾ng”. VÝ dô, hµm

lîng nit¬ t¨ng tõ 0,1 ®Õn 0,4KL, hiÖu suÊt x¨ng bÞ gi¶m ®i tíi 2 lÇn,

cßn hiÖu suÊt cÆn nÆng vµ gasoil nÆng. Khi t¨ng nhiÖt ®é, t¸c

dông cã h¹i cña c¸c hîp chÊt nit¬ sÏ gi¶m.

Sù ®Çu ®éc xóc t¸c bëi c¸c kim lo¹i còng ®· ®îc nhiÒu nghiªn

cøu ®Ò cËp tíi vµ chØ râ c¬ chÕ t¸c dông cña chóng ®Õn ho¹t tÝnh

cña xóc t¸c. Khi l¾ng ®äng c¸c oxyt kim lo¹i nÆng trªn xóc t¸c sÏ dÉn

tíi lµm gi¶m ®é s©u cracking vµ gi¶m hiÖu suÊt x¨ng do t¨ng qu¸

tr×nh t¹o cèc.

Khi hµm lîng c¸c hîp chÊt lu huúnh trong nguyªn liÖu t¨ng th×

hµm lîng c¸c kim lo¹i nÆng nh niken vµ vana®i còng t¨ng theo, v×

®a phÇn chóng ®Òu tËp trung ë phÇn cÆn nÆng vµ ph©n ®o¹n

nhùa – asphan. VÝ dô, trong dÇu má cã lu huúnh th× cã tíi 90%

phøc chÊt prophirin chøa vana®i, cßn trong dÇu chøa Ýt lu huúnh

th× lµ phøc víi Niken.

III.5. T¸i sinh xóc t¸c

Xóc t¸c trong qu¸ tr×nh cracking lµm viÖc ®îc mét thêi gian sÏ

cã mét lîng cèc ra do mét sè ph¶n øng cã h¹i, cèc sÏ b¸m lªn bÒ mÆt

xóc t¸c lµm che phñ c¸c t©m ho¹t ®éng cña xóc t¸c. §iÒu ®ã dÉn

®Õn gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c v× vËy hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh cracking

xóc t¸c. §iÒu ®ã dÉn ®Õn gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c v× vËy hiÖu

qu¶ qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c bÞ gi¶m. §Ó xóc t¸c lµm viÖc b×nh

thêng (c¸c tÝnh chÊt cña xóc t¸c kh«ng bÞ thay ®æi) th× ngêi ta

ph¶i tiÕn hµnh t¸i sinh xóc t¸c. §Ó t¸i sinh xóc t¸c th× ngêi ta cÇn

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ph¶i tiÕn hµnh ®èt cèc b»ng kh«ng khÝ nãng trong lß t¸i sinh. KÕt

qu¶ cña qu¸ tr×nh ®èt ch¸y cèc sÏ sinh ra CO vµ CO 2. C¸c ph¶n øng

nµy to¶ nhiÒu nhiÖt. Ngoµi ra cßn cã c¸c ph¶n øng khö hîp chÊt lu

huúnh. C¸c ph¶n øng x¶y ra khi t¸i sinh cã thÓ miªu t¶ nh sau:

Q = 33,927‚ 34,069MJ/kg C + O2 ﬁ CO2

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

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

Q = 1210,043‚ 1210,252MJ/kg H2 + O2 ﬁ H2O

Q = 9,132‚ 9,222MJ/kg 1 2 S + O2 ﬁ SO2

SO2 + O2 ﬁ SO3

MeO + SO3 ﬁ MeSO4

MeSO4 + 4H2 ﬁ MeO + H2S + 2H2

NhiÖt lîng to¶ ra ®îc dïng ®Ó cÊp nhiÖt cho xóc t¸c mang vµo

lß ph¶n øng, ngoµi ra cßn tËn dông ®Ó s¶n xuÊt h¬i níc dïng trong

nhµ m¸y.

Kh¶ n¨ng t¸i sinh cã thÓ ®¸nh gi¸ b»ng cêng ®é ch¸y cèc, cêng

®é ch¸y cèc cµng cao, qu¸ tr×nh t¸i sinh cµng nhanh, thÓ tÝch thiÕt

bÞ t¸i sinh yªu cÇu cµng nhá. Cêng ®é ch¸y cèc phô thuéc vµo

nhiÒu yÕu tè: NhiÖt ®é, ¸p suÊt riªng phÇn cña oxy, hµm lîng cèc

b¸m trªn xóc t¸c, chÊt xóc t¸c...

YÕu tè nhiÖt ®é ¶nh hëng lªn cêng ®é ch¸y cèc: ta dïng nhiÖt

®é kho¶ng 540‚ 6300C tiÕn hµnh t¸i sinh xóc t¸c lµ tèt nhÊt.

NhiÖt ®é t¸i sinh phô thuéc nhiÒu vµo chÊt xóc t¸c ®îc dïng

vµo lo¹i lß t¸i sinh. Møc ®é t¸i sinh cÇn ph¶i khèng chÕ chÆt chÎ ®Ó

kh«ng chØ b¶o ®¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c mµ cßn ®¶m b¶o vÊn ®Ò

vÖ sinh m«i trêng, v× thÕ nªn kh«ng cã mÆt co trong khÝ khãi th¶i.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c H¬n n÷a, qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng ®Ó x¶y ra ë nhiÖt ®é qu¸ cao hay

tÝch nhiÖt côc bé dÉn tíi ph¸ huû xóc t¸c. Cßn nÕu nhiÖt ®é qu¸

thÊp th× tèc ®é t¸i sinh sÏ chËm, cèc b¸m trªn xóc t¸c ch¸y kh«ng

triÖt ®Ó. Sau khi t¸i sinh hµm lîng cèc cßn l¹i trªn xóc t¸c ph¶i cùc

tiÓu (lîng cèc cÆn cßn l¹i tõ 0,1 ®Õn 0,3%KL xóc t¸c ) ®Ó kh«i phôc

tíi ®a ho¹t tÝnh cña xóc t¸c.

Qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c b»ng ph¬ng ph¸p ®èt cèc cha gi¶i

quyÕt ®îc viÖc khö c¸c kim lo¹i nÆng hÊp phô trªn xóc t¸c. V× vËy

®Ó hoµn thiÖn qu¸ tr×nh t¸i sinh ngêi ta tiÕn hµnh thªm qu¸ tr×nh

trao ®æi ion ®Ó khö c¸c kim lo¹i nÆng, ®iÒu nµy gi¶i quyÕt ®îc sÏ

n©ng cao ®îc hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c.

III.6. C¸c d¹ng h×nh häc cña xóc t¸c

Xóc t¸c cracking thêng ®îc sö dông ë c¸c d¹ng sau:

- Xóc t¸c d¹ng bôi Xóc t¸c d¹ng bôi cã kÝch thíc tõ 1 ®Õn 80m m (phÇn lín lµ c¸c

phÇn xóc t¸c cã kÝch thíc 40‚ 80m m)

- Xóc t¸c d¹ng vi cÇu: Cã kÝch thíc h¹t tõ 50 ®Õn 10m m. So víi xóc t¸c d¹ng bôi xóc

t¸c d¹ng vi cÇu trong qu¸ tr×nh lµm viÖc bÞ mµi mßn Ýt h¬n. Xóc t¸c

d¹ng bôi vµ d¹ng vi cÇu thêng ®îc dïng trong hÖ thèng cracking xóc

t¸c víi c¸c líp xóc t¸c gi¶ s«i.

- Xóc t¸c d¹ng cÇu lín:

§êng kÝnh c¸c h¹t xóc t¸c tõ 3 ®Õn 6mm. §é bÒn c¬ cña lo¹i

nµy tèt, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc Ýt bÞ mµi mßn vµ Ýt bÞ vì vôn xóc

t¸c d¹ng nµy ®îc sö dông trong hÖ thèng víi líp xóc t¸c chuyÓn

®éng.

- Xóc t¸c d¹ng trô:

Cã ®êng kÝnh tõ 3 ®Õn 4mm, chiÒu cao tõ 3 ®Õn 5mm. §é

bÒn c¬ kÐm. Trong qu¸ tr×nh sö dông xóc t¸c dÔ bÞ vì vôn, lµm tiªu

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c hao xóc t¸c lín. Xóc t¸c lo¹i nµy chØ dïng trong hÖ thèng cracking víi

líp xóc t¸c tÜnh.

IV. C¬ së cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

Trong ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c ®· x¶y

ra mét sè lîng lín c¸c ph¶n øng ho¸ häc, mµ c¸c ph¶n øng ho¸ häc

nµy quyÕt ®Þnh chÊt lîng vµ hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh. Nh÷ng biÕn

®æi ho¸ häc x¶y ra trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c rÊt phøc t¹p. Nh-

ng ë ®©y chóng ta cã thÓ nªu lªn mét sè ph¶n øng chÝnh x¶y ra nh

1- Ph¶n øng ph©n huû c¾t m¹ch C- C, ph¶n øng cracking

Lµ ph¶n øng ph©n huû bÎ gÉy m¹ch nh÷ng ph©n tö cã kÝch

thíc lín (träng lîng ph©n tö lín) thµnh nh÷ng ph©n tö cã kÝch thíc

nhá h¬n (träng lîng ph©n tö nhá h¬n). §©y lµ ph¶n øng chÝnh cña

qu¸ tr×nh.

+ Ph©n huû parafin t¹o olefin vµ parafin cã träng lîng ph©n tö

nhá h¬n

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

+ BÎ g·y m¹ch olefin t¹o olefin nhá h¬n

CnH2n ﬁ CmH2m + CpH2p (n = m + p)

+ Hydrocacbon th¬m cã nh¸nh bªn bÞ bÎ g·y t¹o thµnh parafin

vµ hydrocacbon th¬m cã nh¸nh nhá h¬n

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

+ Naphten bÞ bÎ gÉy, më vßng t¹o c¸c olefin (trõ vßng Hexan)

CnH2n ﬁ CmH2m + CpH2p (n = m + p)

Naphten olefin olefin

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

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Naphten xiclohexan olefin olefin

2- Ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ (izo me ho¸)

Lµ ph¶n øng t¹o ra nh÷ng hydrocacbon cã cÊu tróc m¹ch

nh¸nh (CÊu tö lµm trÞ sè octan t¨ng lªn)

n.olefin ﬁ izo olefin

n.parafin ﬁ izo parafin

3- Ph¶n øng chuyÓn rêi hydro díi t¸c dông cña xóc t¸c

Nhê cã xóc t¸c mµ cã sù ph©n bè l¹i hy®ro cho nªn ®· lµm no

®îc mét sè hy®rocacbon ®ãi (s¶n phÈm ph©n huû), v× vËy lµm t¨ng

®îc tÝnh æn ®Þnh cña ho¸ häc cña s¶n phÈm thu.

Naphten + olefin ﬁ hydrocacbon th¬m + parafin

4- Ph¶n øng trïng hîp

Chñ yÕu x¶y ra víi hydrocacbon ®ãi

CnH2n + CmH2m ﬁ CpH2p (n + m = p)

5-Ph¶n øng alkyl ho¸ vµ khö alkyl ho¸

Ph¶n øng alkyl ho¸ x¶y ra ë nhiÖt ®é thÊp, lµm gi¶m hiÖu

suÊt khÝ

ArH + CnH2n ﬁ ArCnH2n+1

Hydrocacbon th¬m olefin alkyl th¬m

Ph¶n øng khö alkyl ho¸ ngîc víi ph¶n øng alkyl ho¸, x¶y ra ë

nhiÖt ®é cao vµ t¹o nhiÒu khÝ.

6- Ph¶n øng ngng tô t¹o cèc

Ph¶n øng nµy chñ yÕu x¶y ra ®èi víi hy®rocacbon th¬m ®a

vßng, x¶y ra khi nhiÖt ®é cao.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

-H2 -2H2

Sù t¹o cèc trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ kh«ng mong

muèn, v× cèc t¹o thµnh thêng b¸m trªn bÒ mÆt xóc t¸c, gi¶m ho¹t

tÝnh xóc t¸c gi¶m thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c.

HiÖu øng nhiÖt cña c¸c ph¶n øng trªn kh¸c nhau vÒ dÊu còng

nh vÒ gi¸ trÞ. §a sè c¸c ph¶n øng ph©n huû lµ ph¶n øng thu nhiÖt

m¹nh, cßn c¸c ph¶n øng nh ph¶n øng ®ång ph©n ho¸, chuyÓn rêi

hydro vµ ph¶n øng ngng tô lµ c¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt yÕu. HiÖu

øng nhiÖt tæng céng cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c lµ thu nhiÖt, víi

gi¸ trÞ thay ®æi tõ 100‚ 400KJ/Kg nguyªn liÖu, tuú theo b¶n chÊt

cña nguyªn liÖu ®îc sö dông trong qu¸ tr×nh.

V. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

HiÖn nay vÉn cha cã sù nhÊt trÝ hoµn toµn trong viÖc gi¶i

thÝch b¶n chÊt cña xóc t¸c cracking nªn cßn cã nhiÒu ý kiÕn trong

viÖc gi¶i thÝch c¬ chÕ xóc t¸c trong qu¸ tr×nh cracking . Tuy vËy,

b©y giê phæ biÕn nhÊt vÉn lµ ý kiÕn gi¶i thÝch, theo c¬ chÕ ion

cacboni, chóng ®îc t¹o ra khi t¸c dông cña ph©n tö hydrocacbon cña

nguyªn liÖu t¸c dông víi t©m axit cña xóc t¸c lo¹i Brenstend (H+) hay

Lewist (L)

Theo c¬ chÕ nµy qu¸ tr×nh cracking trªn xóc t¸c Alumosilicat

x¶y ra theo c¸c giai ®o¹n sau.

1- Giai ®o¹n t¹o thµnh ion cacboni

Tõ hy®rocacbon parafin:

Ion cacboni cã thÓ ®îc t¹o thµnh do sù t¸c dông cña parafin víi

t©m axit Bronstend cña xóc t¸c

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

(xt) ﬁ R1 – CH2 – CH+ - R2 + H2 + XT

R1-CH2-CH2 – R2 + H+

Ion cacboni còng cã thÓ ®îc t¹o ra do sù t¸c dông cña parafin

víi t©m axit Lewis

O O

RH + Al O Si R+ + AlH: O Si

O O

+ CnH2n+1+H2

CnH2n+2 + H+

+ CnH2n+3

+ CmH2m+1+Cn-mH2(n-m+2)

CnH2n+2 + L(H+)

+ CnH2n+1+LH

HoÆc lµ:

- Tõ olefin:

Ion cacboni t¹o ra do sù t¸c dông cña olefin víi t©m axit

Bronsted cña xóc t¸c

R1-CH=C-R2+ H+(xt) + R1-CH-C-R2+ (xt)

H H H

Ion cacboni t¹o thµnh do sù t¸c dông cña olefin víi t©m axit

Lewis cña xóc t¸c

O O

RH + Al O Si R+ H: Al O Si

O O

HoÆc lµ:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

CnH2n + H+ + CnH2n+1

CnH2n + L + CnH2n+1+LH

Trong nguyªn liÖu ban ®Çu thêng kh«ng cã hydrocacbon

olefin, nhng olefin cã thÓ t¹o ra do sù ph©n huû c¸c hydrocacbon

parafin cã ph©n tö lîng lín. C¸c olefin t¹o thµnh ®ã lËp tøc t¸c dông

víi t©m axit råi t¹o ra ion cacboni. Ion cacboni t¹o thµnh trong c¸c

ph¶n øng tu©n theo quy t¾c nhÊt ®Þnh. Nh khi olefin t¸c dông víi H+

(xóc t¸c) th× x¸c suÊt t¹o alkyl bËc 2 lín h¬n alkyl bËc 1.

CH3-CH2-CH-CH3 dÔ t¹ o thµnh h¬n

CH3-CH2-CH=CH2 + H+(xt)

+ CH3-CH2-CH2-CH2

Khi olefin cã liªn kÕt ®«i ë cacbon bËc 3, th× ion cacboni bËc

CH3-CH2-CH-CH3

CH3

CH3-CH=C-CH3 + H+(xt)

CH3-CH-CH-CH3

CH3

3 dÔ t¹o thµnh h¬n ë cacbon bËc 2

- Tõ hy®rocacbon naphen:

Khi hy®rocacbon naphen t¸c dông víi t©m axit cña xóc t¸c hay

ion cacboni kh¸c sÏ t¹o ra c¸c ion cacboni t¬ng tù nh qu¸ tr×nh x¶y ra

parafin.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

- Tõ hy®rocacbon th¬m ngêi ta quan s¸t thÊy sù kÕt hîp trùc

tiÕp H+ vµo nh©n th¬m.

CH2-CH3 CH2-CH3

+H+ + H

C¸c hy®rocacbon th¬m cã m¹ch bªn ®ñ dµi th× sù t¹o thµnh

ion cacboni còng gièng nh trêng hîp parafin.

Thêi gian sèng cña c¸c ion cacboni ®îc t¹o thµnh dao ®éng tõ

phÇn triÖu gi©y ®Õn hµng phót. C¸c ion cacboni nµy t¹o ra n»m

trong líp c¸c phÇn tö hÊp thô, chóng lµ nh÷ng hîp chÊt trung gian rÊt

ho¹t ®éng ®èi víi nhiÒu ph¶n øng x¶y ra khi cracking.

2- Giai ®o¹n biÕn ®æi ion cacboni

C¸c ion cacboni ®îc t¹o ra tõ giai ®o¹n trªn l¹i nhanh chãng

tham gia vµo c¸c ph¶n øng biÕn ®æi kh¸c nhau nh:

- Ph¶n øng ®ång ph©n ho¸, chuyÓn dêi ion hy®ro, nhãm

metyl t¹o cÊu tróc nh¸nh.

R - C - C - C - C+ ﬁ C- C+ - C - C - R

+ + R-CH2-CH-CH3 R-CH-CH2 + R-C-CH3

CH3 CH3

Ion caboni t¸c dông víi ph©n tö trung hoµ t¹o thµnh ion cacboni

míi vµ ph©n tö míi (hy®rocacbon no hay ®ãi) theo ph¶n øng vËn

+CnH2n+1 + CmH2m ﬁ

chuyÓn ion dydrit

+CnH2n+1 + CmH2m ﬁ

CnH2n + +CmH2m+1

CnH2n+2 + +CmH2m+1

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

- Ph¶n øng cracking: c¸c ion cacboni cã sè nguyªn tö cacbon

lín x¶y ra sù ph©n huû vµ ®øt m¹ch ë vÞ trÝ b so víi nguyªn tö

cacbon tÝch ®iÖn. S¶n phÈm ph©n huû lµ mét ph©n tö

hy®rocacbon trung hoµ vµ ion cacboni míi cã sè nguyªn tö cacbon

nhá h¬n.

[B] [A]

+ R - C - C - C - C - C - C

C b b [C] b C

NÕu 3 liªn kÕt C - C ë vÞ trÝ b th× liªn kÕt C - C ë vÞ trÝ [A]

lµ cã x¸c suÊt ®øt m¹ch lín nhÊt. Sau ®ã ®Õn vÞ trÝ [B] vµ cuèi

cïng lµ vÞ trÝ [C]

Víi ion cacboni m¹ch th¼ng:

CH3 - C+H - CH2 - R CH3 - CH = CH2 + R+

+ C - C

§èi víi ion cacboni lµ ®ång ®¼ng cña benzen, vÝ dô

nhng nÕu ¸p dông qui t¾c vÞ trÝ b b×nh thêng th× ë vÞ trÝ

®ã rÊt bÒn v÷ng. Ngêi ta cho r»ng proton ®îc kÕt hîp víi mét trong

nh÷ng liªn kÕt C- C trong nh©n th¬m t¹o thµnh nh÷ng hîp chÊt

trung gian, sau ®ã míi ph©n huû theo quy t¾c nªu ë trªn. Khi ph©n

huû, ®iÖn tÝch ion cacboni sÏ dÞch chuyÓn theo s¬ ®å sau:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

+ C - C

+ C

Nh vËy trong hydrocacbon th¬m hiÖu øng tÝch ®iÖn ë nh©n

th¬m lµ nguyªn nh©n quan träng h¬n so víi nguyªn nh©n lµ sù biÕn

®æi ion cacboni bËc 2 thµnh bËc 3.

C¸c ion cacboni lµ ®ång ®¼ng cña benzen m¹ch bªn cµng dµi

th× tèc ®é ®øt m¹ch x¶y ra cµng lín cµng dÔ. Ion cacboni

izobutybenzen cã tèc ®é ®øt m¹ch lín h¬n 10 lÇn so víi

izopropylbenzen.

C¸c nhãm metyl, etyl khã bÞ ®øt m¹ch ra khái nh©n th¬m (V×

n¨ng lîng liªn kÕt lín) v× do ®ã khã t¹o ®îc +CH3 vµ +C2H5. §iÒu nµy

gi¶i thÝch ®îc t¹i sao x¨ng cracking xóc t¸c hµm lîng hydrocacbon

th¬m cã m¹ch bªn ng¾n rÊt lín vµ gi¶i thÝch ®îc t¹i sao trong khÝ

cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cã hµm lîng lín c¸c hy®rocacbon cã

cÊu tróc nh¸nh.

C¸c ion nµy l¹i cã thÓ tham gia c¸c ph¶n øng ®ång ph©n ho¸,

cracking, alkyl ho¸ hay ngng tô. BiÕn ®æi cña ion cacboni tiÕp diÔn

cho ®Õn khi nã cã cÊu tróc bÒn v÷ng nhÊt, cã ®é bÒn cao nhÊt.

Cã thÓ s¾p xÕp ®é bÒn cña ioncacboni theo thø tù sau:

Ion cacboni bËc 3 > ion cacboni bËc 2 > ion cacboni bËc 1

VÝ dô:

R1 + C - R2 R1 R + C - R2 + C - C

§é bÒn cña ioncacboni sÏ quyÕt ®Þnh møc ®é tham gia c¸c

ph¶n øng tiÕp theo cña chóng. V× ion cacboni bËc 3 cã ®é bÒn

cao nhÊt nªn sÏ cho phÐp nhËn hiÖu suÊt cao c¸c hîp chÊt izo-

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c parafin. ChÊt lîng s¶n phÈm ®îc quyÕt ®Þnh bëi c¸c ph¶n øng cña

ion cacboni mµ ®Æc biÖt lµ c¸c ph¶n øng ph©n huû, ®ång ph©n

ho¸ vµ chuyÓn bÞ hy®r«.

3- Giai ®o¹n dõng ph¶n øng

Giai ®o¹n nµy x¶y ra khi c¸c ion cacboni kÕt hîp víi nhau

hoÆc chóng nhêng hay nhËn nguyªn tö hy®ro cña xóc t¸c ®Ó t¹o

thµnh c¸c ph©n tö trung hoµ.

O O C

+ + C - C - C - C + O - S - OH C - C - C - O - S - OH

O O

VI- §éng häc qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

VÒ ®éng häc, cracking xóc t¸c lµ mét thÝ dô ®iÓn h×nh vÒ

xóc t¸c dÞ thÓ. Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cã thÓ x¶y ra c¸c giai

®o¹n sau:

1- Qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n nguyªn liÖu ®Õn bÒ mÆt xóc t¸c

(khuyÕch t¸n ngoµi)

2- KhuÕch t¸n h¬i nguyªn liÖu ®Õn c¸c t©m ho¹t tÝnh trong

lç xèp cña xóc t¸c (khuÕch t¸n trong)

3- HÊp thô nguyªn liÖu trªn t©m ho¹t tÝnh xóc t¸c

4- C¸c ph¶n øng ho¸ häc trªn bÒ mÆt xóc t¸c

5- Khö hÊp thô c¸c s¶n phÈm cracking vµ nguyªn liÖu cha

tham gia ph¶n øng ra khái bÒ mÆt vµ ra khái lç xèp cña xóc t¸c.

6- T¸ch c¸c s¶n phÈm cracking vµ nguyªn liÖu cha tham gia

ph¶n øng ra khái vïng ph¶n øng

Tèc ®é chung cña qu¸ tr×nh nh vËy sÏ ®îc quyÕt ®Þnh bëi

giai ®o¹n nµo lµ chËm nhÊt. Ph¶n øng x¶y ra trong vïng ®éng häc

hay vïng khuÕch t¸n, hoµn toµn phô thuéc vµo b¶n chÊt cña xóc t¸c

®îc sö dông , phô thuéc vµo b¶n chÊt cña nguyªn liÖu vµ vµo chÕ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ®é c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh. C¸c nghiªn cøu ®· cho thÊy r»ng nÕu

qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c nguyªn liÖu lµ gasoil nhÑ (nguyªn liÖu

mÉu) trªn xóc t¸c d¹ng cÇu khi kÝch thíc h¹t xóc t¸c tõ 3-5mm vµ

nhiÖt ®é lµ 4500‚ 5000C th× ph¶n øng x¶y ra ë vïng gi÷a ®éng häc

vµ khuÕch t¸n. Cßn khi cracking líp s«i (FCC) cña xóc t¸c ë nhiÖt ®é

480‚ 5300C th× ph¶n øng x¶y ra ë vïng ®éng häc.

Tèc ®é cña ph¶n øng cracking xóc t¸c, trong ®a sè c¸c trêng

hîp ®îc miªu t¶ b»ng ph¬ng tr×nh bËc mét cã d¹ng:

K = V0. n.ln (1-x) - (n-1) x

K- Tèc ®é cña ph¶n øng (Mol/g.h)

V0- Tèc ®é truyÒn nguyªn liÖu (mol/h)

n- Sè mol s¶n phÈm ®îc t¹o thµnh tõ 1 mol nguyªn liÖu

x - Møc ®é chuyÓn ho¸ (phÇn mol)

§èi víi ph©n ®o¹n dÇu trªn xóc t¸c Zeolit, ph¬ng tr×nh bËc 1 ta

cã d¹ng sau

K = V0 / (1-x)

ë ®©y V0 lµ tèc ®é thÓ tÝch kh«ng gian truyÒn nguyªn liÖu

(m3/m3.h)

VII- Sù biÕn ®æi ho¸ häc cña hîp chÊt hy®rocacbon trong qu¸ tr×nh

cracking xóc t¸c

VII.1. Sù biÕn ®æi c¸c hydrocacbon parafin

C¸c hîp chÊt parafin lµ cÊu tö quan träng cña ph©n ®o¹n

gasoil. C¸c nghiªn cøu qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c t¸c parafin sÏ cho

phÐp tiÕn hµnh m« h×nh ho¸ c¸c hiÖn tîng cña qu¸ tr×nh.

Gièng nh qu¸ tr×nh cracking nhiÖt, ë qu¸ tr×nh cracking xóc

t¸c, c¸c hydrocacbon parafin còng bÞ ph©n huû t¹o thµnh ph©n tö

olefin vµ parafin cã träng lîng ph©n tö bÐ h¬n.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Ph¬ng tr×nh tæng qu¸t:

CnH2n+2 ﬁ CmH2m+2 + CpH2p+2 (p, m < n )

NÕu m¹ch parafin cµng dµi th× sù ph©n huû x¶y ra ®ång thêi

mét sè chç trong m¹ch chø kh«ng ph¶i ë hai ®Çu mót cña m¹ch nh

qu¸ tr×nh cracking nhiÖt. C¸c hydrocacbon parafin cã träng lîng

ph©n tö thÊp kh¶ n¨ng ph©n huû kÐm.

VÝ dô: §èi víi Butan C4H10 ë nhiÖt ®é t0 = 5000C; V = 1h-1 chØ

cã 1% träng lîng bÞ ph©n huû. Tuy nhiªn tèc ®é ph©n huû cña nã

vÉn lín h¬n gÊp 6 lÇn so víi ph©n huû ®¬n thuÇn díi t¸c dông cña

nhiÖt.

Ngoµi ra cßn bÞ khö hydro ë møc thÊp

+ C CH (60%) H 6 4 3 (30%) H + C H 4 2 6 2

(10%) + H H 2 8 4

C t0 (xóc t¸c ) H 4

Khi träng lîng ph©n tö cña parafin t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng ph©n

huû vµ tèc ®é ph©n huû còng t¨ng lªn. Tèc ®é ph©n huû cña parafin

díi t¸c dông cña xóc t¸c lín h¬n nhiÒu so víi ph©n huû ë ®iÒu kiÖn

cracking nhiÖt. TÝnh hÊp thô chän läc cña xóc t¸c tríc tiªn vµ cao

nhÊt lµ ®èi víi hydrocacbon olefin. V× vËy parafin kh«ng n»m trong

líp hÊp phô ho¸ häc mµ n»m ë ngoµi giíi h¹n cña líp nµy, song n¨ng

lîng bÒ mÆt xóc t¸c vÉn cã t¸c ®éng ®Õn parafin cho nªn t¹o ra

nh÷ng khu vùc cã nång ®é c¸c ph©n tö hydrocacbon cao cã liªn kÕt

C - C yÕu. Nhê vËy lµm gi¶m n¨ng lîng ho¹t ho¸ khi ph©n huû. N¨ng

lîng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng cracking parafin gi¶m dÇn nÕu chiÒu dµi

m¹ch hydrocacbon parafin t¨ng.

nC6H14 n- C7H16 n-C8H18

EKcal/mol 36 29 24

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

V× vËy khi cracking, m¹ch hy®rocacbon parafin cµng dµi,

cµng dÔ bÞ bÎ g·y. VÝ dô hy®rocacbon xóc t¸c c¸c parafin ë nhiÖt

®é 5500C nh sau:

nC5H12 n- C7H16 n-C12H26 n-C16H34

%cracking 1 3 18 42

Cho nªn ph¶n øng ph©n huû cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

tiÕp tôc ph©n huû c¸c parafin cã träng lîng ph©n tö nhá h¬n vµ cã

)xt(t

thÓ bÞ ph©n huû tiÕp tôc.

)xt(t

(cid:190) (cid:190) ﬁ (cid:190) CH3- (CH2)12 - CH3 C9H20 + C5H10

(cid:190) (cid:190) ﬁ (cid:190) C9H20 C5H12 + C4H8

C¸c parafin c¸c cÊu tróc m¹ch nh¸nh, tham gia ph¶n øng ph©n

)xt(t

huû víi tèc ®é lín h¬n c¸c parafin m¹ch th¼ng.

(cid:190) (cid:190) ﬁ (cid:190) VÝ dô n C8H18 C4H8 + C4H10 (ph©n huû

)xt(t

42%)

(cid:190) (cid:190) ﬁ (cid:190) izoC8H18 izoC4H10 + C4H8 (ph©n huû 49%)

Sù ph©n nh¸nh vµ sè lîng nh¸nh cña parafin cã vai trß rÊt

quan träng trong qu¸ tr×nh cracking. Nã cã liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng

t¹o ion cacboni vµ do ®ã nã sÏ quyÕt ®Þnh ®îc tèc ®é t¹o thµnh s¶n

phÈm. §iÒu nµy ®îc chøng minh tõ c¸c sè liÖu % chuyÓn ho¸

parafin C6 khi cracking trªn xóc t¸c Alumosilicat nh díi ®©y.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

% chuyÓn ho¸ 14

C6 C- C - C - C- C - C C- C - C - C- C 25

C C- C - C – C- C 25

C C- C - C – C 32

C C C

C- C - C - C 10

Khi cracking n- Hexan ë nhiÖt ®é 5500C trªn xóc t¸c axit, sù

ph©n bè cña c¸c s¶n phÈm x¶y ra nh sau

H2 CH4 C2 C3 C4 C5

9 12 19 49 8,5 1,6 (%V)

Sù ph©n bè nµy kh«ng ®èi xøng qua C3. Sù cã mÆt mét lîng

lín H2 vµ metan cho thÊy r»ng cïng mét lóc x¶y ra nhiÒu ph¶n øng,

cã thÓ c¸c ph¶n øng cracking nhiÖt cïng víi c¸c ph¶n øng cña ion

cacboni nh ®· nªu ë trªn. Ph¶n øng chÝnh t¹o s¶n phÈm sÏ phô

thuéc vµo t¬ng quan gi÷a c¸c ph¶n øng cracking (theo qui t¾c b ) vµ

ph¶n øng vËn chuyÓn hydro cña ion cacboni

+ R H 1 RH + +R R+ + Olefin 2

Do cracking xóc t¸c mµ lµm gi¶m kÝch thíc c¸c ion +R c¸c ion

cã kÝch thíc bÐ nh +CH3 vµ +C2H5 sÏ khã t¹o ra (do c¾t m¹ch ë vÞ trÝ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c b so víi c¸c bon mang ®iÖn tÝch). V× thÕ trong s¶n phÈm u tiªn t¹o

ra C3 hay C4 nhiÒu h¬n C1 vµ C2 so víi qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.

- Ngoµi ra c¸c parafin cßn tham gia ph¶n øng ®ång ph©n ho¸

chuyÓn dêi hydro vµ nhãm metyl nguyªn tö cac bon tÝch ®iÖn:

n+C5H11 ﬁ izo-+C5H11

izo+C5H11 + C4H10 ﬁ izo+C5H12 + +C4H10

VII.2. Sù biÕn ®æi cña hydrocacbon olefin

Do tÝnh hÊp thô chän läc cao nhÊt cña xóc t¸c lµ hydrocacbon

olefin trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, cho nªn ë ®iÒu kiÖn

cracking xóc t¸c c¸c hydrocacbon olefin chuyÓn ho¸ víi tèc ®é nhanh

h¬n hµng ngh×n ®Õn hµng chôc ngh×n lÇn so víi khi cracking ®¬n

thuÇn díi t¸c dông nhiÖt.

Hydrocacbon olefin cã mÆt trong hçn hîp ph¶n øng lµ do

ph¶n øng cracking parafin, naphten trong alkyl th¬m. Hydrocacbon

olefin lµ nh÷ng hîp chÊt ho¹t ®éng h¬n, trong giai ®o¹n ®Çu tiªn

cña qu¸ tr×nh chóng tham gia ph¶n øng t¹o ion cacboni bëi qu¸ tr×nh

hÊp thô mét proton vµo liªn kÕt ®«i. Ion cacbon võa t¹o ra sÏ bÞ

cracking theo quy t¾c beta, khi ®ã t¹o thµnh mét olefin nhÑ h¬n vµ

mét ion cacbon bËc mét mµ ion nµy cã thÓ ®Ó l¹i proton trªn bÒ

mÆt cña xóc t¸c hay cã thÓ ®ång ph©n ho¸ thµnh ion cacboni bËc

VÝ dô: R - CH = CH - CH2 - CH2 - R1 + H+ ﬁ

ﬁ R - CH2- +CH- CH2- CH2-R1 ﬁ R- CH2- CH=CH2++CH2- CH2-

R - R - +Ch CH 3 2 1 + H - CH = CH 2 2 1

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

C¸c hîp chÊt olefin nhÑ C2 -C5 võa t¹o thµnh Ýt tham gia

vµo c¸c ph¶n øng cracking mµ chóng thêng tham gia vµo c¸c ph¶n

øng vËn chuyÓn hydro vµ ph¶n øng ®a tô mµ kÕt qu¶ dÉn ®Õn t¹o

ra parafin hay cèc. Khi cracking c¸c olefin tõ C5 trë lªn, ngoµi ph¶n

øng c¾t m¹ch theo quy t¾c beta (b ) ngêi ta cßn quan s¸t thÊy cã

x¶y ra ph¶n øng dimeho¸. VÝ dô khi cracking penten ®· quan s¸t

thÊy ph¶n øng sau:

H+ + C = C - C - C - C ﬁ CH3 - +CH - CH2 - CH2 - CH3 ﬁ

= ﬁ

= ﬁ 2C5

ﬁ CH3 - CH = CH2 + +CH2 - CH3

= = + C7

= ﬁ

C10 C3

= = + CH4

C7 C3

ChÝnh x¶y ra c¸c ph¶n øng trªn mµ trong s¶n phÈm cã tû lÖ

C3/C4 b»ng 2. Ph¶n øng cracking penten lµ ph¶n øng lìng ph©n tö,

trong ®ã ph¶n øng cracking hepten l¹i chØ lµ ph¶n øng ®¬n ph©n

= ﬁ

tö, nghÜa lµ kh«ng cã sù c¹nh tranh cña ph¶n øng dimeho¸:

= = + C4

C7 C3 (C3/ C4 = 1)

Cßn ®èi víi hexen, tèc ®é cña qu¸ tr×nh ®¬n ph©n tö kh«ng

nhanh h¬n so víi qu¸ tr×nh lìng ph©n tö. Tû lÖ cña tèc ®é ph¶n øng

®¬n ph©n tö, ph¶n øng ®a ph©n tö, ®èi víi penten, hexen, hepten t-

¬ng øng b»ng 1; 0,2; 7. Gi¸ trÞ nµy cho thÊy tèc ®é cracking olefin

C7 lín h¬n nhiÒu lÇn so víi tèc ®é cracking n - heptan (lµ parafin) .

So víi qu¸ tr×nh cracking nhiÖt, tèc ®é ph¶n øng cña olefin trong

cracking xóc t¸c lín h¬n rÊt nhiÒu.

Ngoµi ph¶n øng c¾t m¹ch, c¸c hydrocacbon olefin cßn tham

gia ph¶n øng ®ång ph©n ho¸:

CH3

- C = CH CH 2 3

- CH = CH - CH 3

CH 3

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

- CH = CH - CH CH 3 3 41

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Tèc ®é ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ t¨ng khi träng lîng ph©n tö

cña olefin t¨ng. C¸c olefin cßn tham gia ph¶n øng trïng hîp t¹o ra

ph©n tö cã träng lîng lín h¬n.

2CH3 - CH2 -CH = CH2 ﬁ CH3(CH2)5 - CH = CH2

- CH = CH - CH CH 3 3 - CH + CH = CH CH 2 2 2 2

- CH = CH - CH CH 3 2 2

C¸c olefin cßn kÕt hîp víi hydro khi cã xóc t¸c t¹o thµnh parafin:

R - CH = CH2 + H2 ﬁ R - CH2 - CH3

C¸c olefin trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cßn tham gia ph¶n

øng ngng tô, ®ãng vßng hydrocacbon th¬m ®a vßng vµ vßng th¬m

-H2

CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH3

-H2

+ 2H2

CH2 = CH2 + CH2 = CH2+ CH2 = CH2

®a tô lµ cèc.

VII.3-Sù biÕn ®æi c¸c hydrocacbon naphten.

C¸c hydrocacbon naphtenic tham gia ph¶n øng trong qu¸ tr×nh

‚ cracking xóc t¸c víi tèc ®é lín h¬n 500 4000 lÇn so víi cracking

nhiÖt.Trong ®iÒu kiÖn cracking xóc t¸c naphten tham gia ph¶n øng

alkyl, khö hydro t¹o thµnh hy®ro th¬m, parafin vµ hydro.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

CH2 - CH2 - CH3

+ C3H8 + 2H2

+ 3H2

CH3

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH3

CH3

*Ph¶n øng ph©n huû vßng naphten t¹o izo-parafin

CH3

*Ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ vßng naphten

S¶n phÈm khi cracking naphten cã tÝnh chÊt no nhiÒu h¬n so

víi cracking parafin. Trong c¸c ph¶n øng ph©n huû, c¸c ph©n tö ®îc

t¹o thµnh ®a sè cã sè c¸c bon nhiÒu h¬n C3. Cracking xóc t¸c

naphten cho hiÖu suÊt s¶n phÈm láng cao, nghÜa lµ hiÖu suÊt sÏ

cao h¬n, cho nªn naphten lµ thµnh phÇn lý tëng nhÊt trong nguyªn

liÖu ®Ó cracking xóc t¸c.

VII.4. Sù biÕn ®æi cña Hydrocacbon th¬m

Trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c c¸c hîp chÊt alkyl th¬m do

vßng th¬m cã ®é bÒn cao h¬n nªn tríc tiªn sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh c¾t

nh¸nh alkyl. Nhng toluen cã ®é bÒn rÊt lín, v× thÕ kh«ng thÓ t¸ch

nhãm metyl hay etyl trong ®iÒu kiÖn cracking . M¹ch alkyl cµng dµi

th× cµng dÔ bÞ bÎ g·y vµ nÕu m¹ch alkyl l¹i cã nh¸nh th× tèc ®é c¾t

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c nh¸nh cßn lín h¬n nhiÒu. §iÒu nµy dÔ dµng gi¶i thÝch khi xem xÐt

n¨ng lîng ho¹t ho¸ cña hydrocacbon th¬m:

Lo¹i hydrocacbon th¬m N¨ng lîng ho¹t ho¸ (Kcal/mol)

50 C6H5 - C2H5

34 C6H5 - C4H9

C6H5 - CH - CH2 - CH3 19 CH3

C6H5 - CH - CH3 17,5 CH3

VÝ dô: Khi cracking xóc t¸c propylbenzen, ph¶n øng x¶y ra nh

C6H5 - CH2 - CH2 - CH3 ﬁ C6H6 + CH3 - CH = CH2

Cßn cracking nhiÖt th× x¶y ra theo híng kh¸c

C6H5 - CH2 - CH2 - CH3 ﬁ C6H5 - CH3 + CH = CH2

C¸c ph¶n øng kh¸c x¶y ra trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

hydrocacbon th¬m lµ:

- Ph¶n øng ®ång ph©n ho¸

C¸c hydrocacbon th¬m chøa nhiÒu gèc metyl dÔ tham gia

ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ do sù chuyÓn vÞ cña nhãm metyl theo

vßng benzen

VÝ dô:

CH3 CH3 CH3 t0C, xóc t¸ c t0C, xóc t¸ c CH3

CH3 CH3

Para-xylen meta-xylen octo-xylen

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Hydrocacbon th¬m cã nh¸nh alkyl dµi cã thÓ khÐp vßng t¹o

hy®rocacbon dÞ vßng:

CH2 - CH2 - CH2 - CH3

t0C, xóc t¸ c + 5H2

CH2 - CH2 - CH2 - CH3

- C¸c hydrocacbon th¬m ®a vßng tham gia ph¶n øng ngng tô

-2H2

-H2

t¹o cèc

Hay

+ CH2=CH2 2

C¸c hydrocacbon th¬m ®a vßng ngng tô cao t¹o cèc dÔ hÊp

thô trªn bÒ mÆt xóc t¸c. V× vËy chóng k×m h·m ¶nh hëng ®Õn qu¸

tr×nh cracking c¸c hydrocacbon lo¹i kh¸c

- Trong ®iÒu kiÖn cña cracking xóc t¸c, c¸c biÕn ®æi cña

Parafin ﬁ

Olefin ﬁ

olefin vµ parafin Olefin vµ hydro izo parafin C¸c hîp chÊt olefin cã träng lîng nhá Parafin vµ Dien Parafin hay naphten vµ hydrocacbon

th¬m ﬁ Polyme, cèc

Naphten ﬁ

ﬁ hydrocacbon riªng lÎ cã thÓ tãm t¾t nh sau: ﬁ ﬁ ﬁ ﬁ ﬁ

Olefin Cyclo hexan vµ Olefin Hydrocacbon th¬m Olefin Parafin vµ Alkyl th¬m cã m¹ch bªn

Hydrocacbon ﬁ th¬m (alkyl th¬m)

ng¾n

ﬁ ﬁ ﬁ ﬁ ﬁ

ﬁ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§ång ph©n ho¸, chuyÓn vÞ nhãm alkyl S¶n phÈm ngng tô, cèc

ﬁ 45

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

VIII. cracking xóc t¸c ph©n ®o¹n dÇu má

§Ó cracking xóc t¸c ph©n ®o¹n dÇu má, do qu¸ tr×nh rÊt phøc

t¹p, nªn thùc tÕ kh«ng thÓ miªu t¶ tÊt c¶ c¸c ph¶n øng ho¸ häc x¶y

ra trong qu¸ tr×nh. Do ®ã ngêi ta thêng ®a ra s¬ ®å kh¶o s¸t c¸c h-

íng ph¶n øng chÝnh trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c. VÝ dô khi

nguyªn liÖu lµ phÇn gasoil chng cÊt ch©n kh«ng ta cã thÓ dïng s¬

®å sau:

Gazoil

LCO HCO

x¨ ng

C4 vµ khÝ

cèc

LCO- Ph©n ®o¹n dÇu nhÑ cña cracking xóc t¸c

HCO- Ph©n ®o¹n dÇu nÆng cña cracking xóc t¸c

Nh×n s¬ ®å ph¶n øng chóng ta thÊy r»ng, c¸c s¶n phÈm phô

lµ LCO vµ HCO cÇn ph¶i t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó chóng chuyÓn

ho¸ tiÕp thµnh x¨ng, ®ång thêi cè g¾ng h¹n chÕ qu¸ tr×nh t¹o khÝ

vµ cèc. Sù h×nh thµnh cèc lµ kh«ng mong muèn, v× cèc b¸m trªn

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c t©m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c, dÉn ®Õn lµ gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc

t¸c.S¶n phÈm cèc ®îc t¹o ra lµ mét hÖ vßng th¬m cã ®é ngng tô

cao, nªn kh¸c víi cacbon tù do. Sù h×nh thµnh cèc cã thÓ do c¸c

nguyªn nh©n sau:

- Do b¶n chÊt cña nguyªn liÖu cracking

- Do chÊt xóc t¸c cña qu¸ tr×nh cã ®é chän läc kh«ng

cao

- Do chÕ ®é c«ng nghÖ cha tèi u

Cèc ®îc t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh cã thÓ ph©n chia thµnh 3

phÇn chÝnh lµ:

- Lîng cèc do ph¶n øng ho¸ häc

- Lîng cèc do hÊp phô ho¸ häc trªn bÒ mÆt xóc t¸c

- Lîng cèc do nguyªn nh©n nh¶ hÊp phô chËm vµ tû lÖ

% t¬ng øng gi÷a chóng lµ 55-75/10-20/5-10

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

PhÇn II

D©y chuyÒn c«ng nghÖ cracking xóc t¸c

I. C¸c yÕu tè ¶nh hëng lªn qu¸ tr×nh cracking xt

¶nh hëng ®Õn c¸c chØ tiªu lµm viÖc cña qu¸ tr×nh cracking

xóc t¸c kh«ng chØ lµ nguyªn liÖu vµ chÊt xóc t¸c mµ cßn cã c¸c

th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh. C¸c th«ng sè c«ng nghÖ: NhiÖt

®é, ¸p suÊt, tèc ®é n¹p liÖu kh«ng gian thÓ tÝch hay träng lîng (cßn

gäi lµ tèc ®é n¹p liÖu riªng). Béi sè tuÇn hoµn xóc t¸c vµ møc ®é

biÕn ®æi hay ®é s©u chuyÓn ho¸.

I.1. Møc ®é chuyÓn ho¸ C

§èi víi hy®rocacbon tinh khiÕt, khi tham gia ph¶n øng møc ®é

chuyÓn ho¸ ®îc ®o b»ng lîng s¶n phÈm t¹o thµnh theo thêi gian.

Nhng ®èi víi ph©n ®o¹n phøc t¹p nh ph©n ®o¹n dÇu má, trong

cracking xóc t¸c. Ngêi ta ®o lîng x¨ng lµ s¶n phÈm chÝnh vµ s¶n

phÈm phô nh khÝ vµ cèc. NÕu gäi y lµ phÇn tr¨m thÓ tÝch cña s¶n

phÈm víi ®iÓm s«i cuèi cao h¬n ®iÓm cuèi cña x¨ng th× ®é chuyÓn

ho¸ C ®îc tÝnh theo biÓu thøc.

C = 100-y

§¬ng nhiªn c¸ch x¸c ®Þnh nh vËy cha s¸t thùc tÕ. §Ó hiÖu

chØnh theo sù biÕn ®æi ho¸ lý trong qu¸ tr×nh t¹o x¨ng vµ khÝ, ngêi

ta x¸c ®Þnh møc ®é biÕn ®æi theo biÓu thøc sau:

C = 100 – y(100-z)

Trong ®ã: Z lµ % x¨ng cã trong nguyªn liÖu

Trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, ngoµi møc ®é biÕn ®æi, cßn

cã c¸c th«ng sè quan träng kh¸c.

I.2. Tèc ®é n¹p liÖu riªng

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Tèc ®é n¹p liÖu riªng (hay tèc ®é kh«ng gian n¹p liÖu) lµ tû sè

gi÷a lîng nguyªn liÖu ®îc n¹p trong mét ®¬n vÞ thêi gian trªn lîng

xóc t¸c trong reactor (hay tØ lÖ vµ thÓ tÝch cña chóng) vµ ®îc ký

hiÖu b»ng M/H/M hay V/H/V (V/V/H).

NÕu p lµ ¸p suÊt trong reator vµ ®îc ký hiÖu b»ng at th× ®é

chuyÓn ho¸ cã liªn quan víi M/H/M theo biÓu thøc:

C = - C P xk M/H/M 100

Ph¬ng tr×nh biÓu diÔn trªn ¸p dông rÊt ®óng víi trêng hîp xóc

t¸c cè ®Þnh, ë ®©y kh«ng x¶y ra sù chuyÓn ®éng rçi hay sù x¸o

trén cña h¬i nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm. Trong trêng hîp cracking xóc

t¸c víi líp s«i cña xóc t¸c (FCC), ®é chuyÓn ho¸ C l¹i phï hîp víi biÓu

thøc sau:

é chuy

§ é chuyÓn hãa

Ón hãa

X¨n

X¨ng

C èc

Cèc

80 70 60 50 40 30 20 10 0

C = P xk M/H/M - ) ( 100 1 C 100

0,20,40,60,8 1 2 3

80 70 60 50 40 30 20 0

H×nh 1: ¶nh hëng cña tèc ®é n¹p liÖu riªng, H×nh 2: ¶nh hëng cña tØ lÖ

X/RH

ë ®©y: k lµ h»ng sè tèc ®é tæng céng

Khi t¨ng tèc ®é n¹p liÖu riªng, sÏ lµm gi¶m ®é chuyÓn ho¸.

Cßn khi gi¶m tèc ®é n¹p liÖu riªng th× ®é chuyÓn ho¸ t¨ng, v× r»ng

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c tèc ®é n¹p liÖu lµ ®¹i lîng ngîc víi thêi gian ph¶n øng. Khi sö dông

xóc t¸c cã ®é ho¹t tÝnh cao, ta cã thÓ t¨ng tèc ®é n¹p liÖu vµ nh vËy

sÏ t¨ng ®îc n¨ng suÊt cña thiÕt bÞ.

Trong thùc tÕ, nÕu dïng xóc t¸c aluminosilicat v« ®Þnh h×nh,

tèc ®é n¹p liÖu thÓ tÝch chØ ®¹t tõ 4-5h-1. Nhng nÕu dïng xóc t¸c

chøa Zeolit, tèc ®é n¹p liÖu thÓ tÝch lµ 80-120h-1 khi tÝnh trong èng

®ùng cña reator vµ tõ 20-30h-1 khi tÝnh trong líp s«i cña rector.

Khi t¨ng tèc ®é n¹p liÖu, nÕu ta t¨ng nhiÖt ®é ph¶n øng, sÏ

t¨ng trÞ sè octan cña x¨ng vµ t¨ng hiÖu suÊt olefin trong khÝ. §ã lµ

ph¬ng ph¸p chÝnh ®Ó ®iÒu khiÓn chÕ ®é s¶n xuÊt propylen vµ

buten trong qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c.

I.3. Tû lÖ gi÷a lîng xóc t¸c/nguyªn liÖu (X/RH) hay béi sè tuÇn

hoµn xóc t¸c

Khi dïng xóc t¸c chøa Zeolit, cho phÐp gi¶m tØ lÖ X/RH xuèng

cßn 10/1 so víi xóc t¸c v« ®Þnh h×nh lµ 20/1. NÕu khi dïng c«ng

nghÖ xóc t¸c chuyÓn ®éng víi kÝch thíc h¹t xóc t¸c tõ 3‚ 5mm, tØ lÖ

X/RH cßn thÊp h¬n n÷a, chØ kho¶ng 2-5/1

Khi thay ®æi tØ lÖ X/RH sÏ lµm thay ®æi nhiÖt ®é cña reator

thay ®æi thêi gian lu cña xóc t¸c trong reactor vµ lß t¸i sinh, ®ång

thêi còng lµm thay ®æi c¶ lîng cèc b¸m trªn xóc t¸c trong mét chu

tr×nh.

NÕu ë chÕ ®é æn ®Þnh, t¨ng tØ lÖ X/RH sÏ lµm t¨ng ®é

chuyÓn ho¸, t¨ng hiÖu suÊt cèc/nguyªn liÖu, nhng hµm lîng cèc b¸m

trªn xóc t¸c l¹i gi¶m xuèng. §iÒu nµy ®îc gi¶i thÝch lµ do lîng cèc ®·

®îc dµn ra ë mét lîng xóc t¸c lín h¬n. Khi gi÷ tèc ®é n¹p liÖu M/H/M

lµ kh«ng ®æi, nÕu t¨ng tØ lÖ X/RH th× thêi gian tiÕp xóc gi÷a xóc

t¸c vµ nguyªn liÖu gi¶m, vµ nh vËy ®é ho¹t tÝnh trung b×nh cña xóc

t¸c t¨ng lªn. §ã lµ lÝ do ®¹t hiÖu qu¶ cao cña qu¸ tr×nh víi xóc t¸c líp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c s«i (FCC). Nhê ®¹t hiÖu qu¶ cao mµ cho phÐp gi¶m kÝch thíc cña

thiÕt bÞ. Nhng dÔ dµng nhËn thÊy r»ng, nÕu t¨ng cao qu¸ møc ®é

tuÇn hoµn xóc t¸c, sÏ lµm ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh t¸ch h¬i b¸m trªn

xóc t¸c vµ lµm ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh t¸i sinh ë lß t¸i sinh vµ c¸c

trang thiÕt bÞ kÌm theo.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c I.4. NhiÖt ®é trong reactor

NhiÖt ®é ph¶n øng trong reactor thêng ®¹t tõ 480-5500C. Khi

tiÕn hµnh t¨ng nhiÖt ®é, lóc ®Çu hiÖu suÊt x¨ng t¨ng vµ sau ®ã ®¹t

®Õn cùc ®¹i råi gi¶m xuèng. §iÒu nµy lµ do qu¸ tr×nh ph©n huû

t¨ng, ph¶n øng ph©n huû t¨ng nhng ®ång thêi c¸c ph¶n øng bËc 2

nh ®Ó hy®ro còng t¨ng, lµm t¨ng hiÖu suÊt hy®rocacbon th¬m vµ

olefin. Khi ®ã trong s¶n phÈm khÝ hµm lîng C«ng nghÖ-C3 t¨ng,

cßn C4 gi¶m, tû träng vµ trÞ sè octan cña x¨ng t¨ng lªn.

Theo b¶ng sè liÖu díi ®©y, hiÖu suÊt x¨ng t¨ng gi¶m nhanh ë

nhiÖt ®é cao (4700C), cßn hiÖu suÊt khÝ vµ cèc t¨ng, nhng riªng

hiÖu suÊt cèc ë nhiÖt ®é cao thùc tÕ lµ kh«ng thay ®æi (470-

5000C).

B¶ng 5. §é chuyÓn ho¸ C, hiÖu suÊt s¶n phÈm vµ thµnh

NhiÖt

X¨ng

Cèc

CÆn MÊt

RH no

RH0

Rha

KhÝ

®é 0C

Kh.L

láng

%Kh.L

m¸t

Kh.L

400

64,5

81,5

49,2

3,7

32,2

3,2

66,8

7,7

25,3

11,6

420

70,2

76,7

49,7

4,5

27,0

2,8

61,9

8,5

29,6

16,0

435

72,1

74,4

49,1

4,8

25,3

2,6

56,5

9,6

33,9

18,2

450

75,5

69,9

47,5

5,8

22,4

2,1

50,8

10,

38,4

22,2

470

74,5

61,9

38,6

6,5

22,5

2,9

39,6

13,

46,5

29,5

485

74,9

59,7

33,2

7,8

24,7

2,4

28,6

15,

56,4

32,6

500

73,8

52,5

31,3

7,2

21,0

3,2

28,6

14,

56,4

37,1

phÇn RH cña x¨ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é ph¶n øng

C¸c sè liÖu nhËn ®îc khi dïng nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n 230-

3500C víi c¸c ®Æc trng sau:

Tû träng 0,861 Kg/dm3

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

S = 1,6%

Kim lo¹i 9,6-10-4

NhiÖt ®é ®«ng ®Æc 6oC

+ RHn)

Thµnh phÇn RH% khèi lîng : RH n0 (RHp

=85;RHa=11;RH0=4.

ChÕ ®é nhiÖt ®é ph¶n øng thay ®æi tõ 400-500 oC

Tèc ®é n¹p liÖu thÓ tÝch V/V/H = 0,71h-1.

Sù phô thuéc hiÖu suÊt s¶n phÈm cracking vµo c¸c th«ng sè

100

N.O

c t a

c«ng nghÖ .

% X ¨ n

è o

C h Ø s

V %

) h c ¹ s ( O N

N.O

§ é chuyÓn hãa

425 450 475

500 525

20 0

a)

b)

H×nh 3. Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt s¶n phÈm cracking vµo c¸c th«ng sè

CN

I.5 ¶nh hëng cña ¸p suÊt .

¶nh hëng cña ¸p suÊt ®Õn hiÖu suÊt vµ chÊt lîng cña x¨ng.Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c thêng tiÕn hµnh ë ¸p suÊt d 1,4 ‚ 1,8

atm ë ®iÒu kiÖn nµy ph¶n øng x¶y ra ë pha h¬i.

‚ c3

Khi t¨ng ¸p suÊt , hiÖu suÊt x¨ng t¨ng lªn , hiÖu suÊt khÝ c 1

gi¶m , hµm lîng olefin vµ hydrocacbon th¬m gi¶m , hµm lîng

hydrocacbon no t¨ng vµ do vËy chÊt lîng x¨ng gi¶m (trÞ sè octan

gi¶m)

VËy khi t¨ng ¸p suÊt sÏ t¨ng hiÖu suÊt x¨ng, cßn hiÖu suÊt khÝ

gi¶m , nhng qu¸ tr×nh t¹o cèc t¨ng. ViÖc t¨ng ¸p suÊt cña qu¸ tr×nh

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c cracking xóc t¸c kh«ng cã hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. V× vËy chØ tiÕn

hµnh ë ¸p suÊt thêng.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c I.6. HiÖu øng nhiÖt

HiÖu øng nhiÖt cña qu¸ tr×nh b»ng tæng hiÖu øng nhiÖt cña

c¸c ph¶n øng riªng biÖt cña qu¸ tr×nh, hiÖu øng nhiÖt phô thuéc vµo

®é s©u chuyÓn ho¸.

II. D©y chuyÒn c«ng nghÖ cracking xóc t¸c

II.1. LÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ cracking xóc t¸c.

N¨m 1936 d©y chuyÒn cracking xóc t¸c ®Çu tiªn ®îc ®a vµo

c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu, ho¹t ®éng theo ph¬ng thøc gi¸n ®o¹n

víi líp xóc t¸c cè ®Þnh do kü s ngêi Ph¸p tªn lµ Houdry thiÕt kÕ. V×

cßn tån t¹i nhiÒu nhîc ®iÓm nh ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n vµ rÊt phøc t¹p

trong vËn hµnh, nhÊt lµ khi chuyÓn giao gi÷a hai chu kú: ph¶n øng

vµ t¸i sinh xóc t¸c trong cïng 1 thiÕt bÞ.

D©y chuyÒn nµy ®îc nhanh chãng c¶i tiÕn vµ hiÖn chØ cßn

mang ý nghÜa lÞch sö cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c.

N¨m 1941, xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh cracking víi líp xóc t¸c chuyÓn

®éng thay thÕ cho qu¸ tr×nh Houdry. ViÖc tiÕn hµnh cracking vµ t¸i

sinh xóc t¸c ®· ®îc thùc hiÖn ë c¸c thiÕt bÞ riªng biÖt: ThiÕt bÞ

ph¶n øng (reactor) vµ thiÕt bÞ t¸i sinh. Xóc t¸c tõ thiÕt bÞ ph¶n øng

vµo thiÕt bÞ t¸i sinh vµ ngîc l¹i hoÆc b»ng tù ch¶y, hoÆc b»ng cìng

bøc; xóc t¸c ®· lµm viÖc cã chøa cèc chuyÓn ®éng vµo lß t¸i sinh,

cßn xóc t¸c ®· t¸i sinh vµo lß ph¶n øng t¹o thµnh mét chu tr×nh liªn

tôc. C¸c d©y chuyÒn lo¹i nµy kh¸ phæ biÕn. Xóc t¸c thêng cã d¹ng

h¹t h×nh cÇu víi ®êng kÝnh tõ 3-5mm. D©y chuyÒn cracking xóc t¸c

lo¹i nµy ë Nga cã tªn lµ lo¹i 43-1 vµ 43-102, cßn ë c¸c níc kh¸c cã tªn

lµ Thermofor (TCC) hay houdryflow. C¸c d©y chuyÒn cµng vÒ sau

cµng liªn tôc ®îc c¶i tiÕn so víi c¸c d©y chuyÒn ban ®Çu ë kh©u

vËn chuyÓn xóc t¸c (®· dïng vËn chuyÓn bay h¬i thay cho vËn

chuyÓn c¬ häc).

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

N¨m 1942, d©y chuyÒn cracking xóc t¸c líp s«i (FCC) ®Çu tiªn

®· ®îc ®a vµo ho¹t ®éng víi c«ng suÊt 12.000 thïng nguyªn liÖu /

ngµy. Lo¹i d©y chuyÒn nµy cã tªn lµ upflow (model I). Trong d©y

chuyÒn nµy xóc t¸c ®îc ®a ra tõ ®Ønh lß ph¶n øng vµ lß t¸i sinh.

Sau ®ã, vµo n¨m 1944 ngêi ta ®· t¨ng ®êng kÝnh cña thiÕt bÞ

ph¶n øng vµ t¸i sinh, qu¸ tr×nh t¸ch h¬i s¶n phÈm ®îc thùc hiÖn

ngay trong thiÕt bÞ ph¶n øng, t¸i sinh xóc t¸c ë d¹ng tÇng s«i vµ qu¸

tr×nh thæi còng ngµy cµng ®îc c¶i tiÕn ®Ó cho xóc t¸c chuyÓn

®éng tõ phÝa díi vµ lÊy ra ngoµi ë ®¸y thiÕt bÞ. D©y chuyÒn cã

thiÕt bÞ ho¹t ®éng nh vËy cã tªn lµ DOWFlow model II, vµ ®ã lµ

d¹ng nguyªn thuû cña lo¹i thiÕt bÞ ph¶n øng vµ t¸i sinh líp s«i hiÖn

®¹i ngµy nay. TiÕp theo, ngêi ta còng c¶i tiÕn c¶ h×nh d¹ng cña xóc

t¸c. Xóc t¸c phæ biÕn lµ lo¹i cã d¹ng h×nh vi cÇu, nªn gi¶m ®îc sù

mÊt m¸t xóc t¸c hay sù mµi mßn thiÕt bÞ, n©ng cao hiÖu qu¶ t¸ch

cña xyclon.

Trong d©y chuyÒn model I, tû lÖ xóc t¸c / nguyªn liÖu dÇu

(X/RH) chØ ®¹t giíi h¹n cùc ®¹i lµ 3, nhng ë model II, tû lÖ X/RH ®· cã thÓ t¨ng lªn tõ 3 ‚ 10. §Õn n¨m 1946, model III lµ lo¹i c©n b»ng ¸p

suÊt ®· ®îc thiÕt kÕ bëi h·ng M.W.Kellog.

N¨m 1947, h·ng UOP ®· thiÕt kÕ lo¹i FCC trong ®ã thiÕt bÞ

ph¶n øng vµ thiÕt bÞ t¸i sinh chång lªn nhau trªn cïng 1 trôc. §Õn

n¨m 1951, lo¹i orthorFlow ®Çu tiªn cña M.W.Kellog xuÊt hiÖn. Sau

®ã h·ng Standard-Oil (NewJerrey) ®· thiÕt kÕ mét lo¹i FCC míi gäi

lµ model IV ®ã lµ c¶i tiÕn cña model II vµ d©y chuyÒn c«ng nghÖ

cña model IV ®Çu tiªn ¸p dông trong c«ng nghiÖp vµo n¨m 1952.

Cïng víi thêi gian, FCC ngµy cµng ®îc c¶i tiÕn ®Ó cã ®îc hiÖu

suÊt, chÊt lîng x¨ng cao h¬n vµ cã thÓ dïng nguyªn liÖu ngµy cµng

nÆng h¬n, víi chÊt lîng nguyªn liÖu ngµy cµng xÊu h¬n. Qu¸ tr×nh

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

ThiÕt kÕ ph©n xëng Cracking

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c FCC cña mét sè h·ng c«ng nghiÖp ®ang dÉn ®Çu trong lÜnh vùc

nµy ®îc lîc t¶ nh sau:

Qu¸ tr×nh cña UOP

C¶i tiÕn c«ng nghÖ cña UOP cã thÓ tæng qu¸t ho¸ theo s¬

®å: Tõ lo¹i thiÕt bÞ chång lªn nhau trªn cïng mét trôc chuyÓn sang

lo¹i bè trÝ c¹nh nhau, ®Õn lo¹i ®èt ch¸y råi ®Õn chuyÓn ho¸ cÆn

nÆng.

ChuyÓn ho¸ cÆn nÆng (RCC) cña UOP lµ qu¸ tr×nh ®îc ph¸t

triÓn bëi c«ng ty ashland Oil Co. ChÝnh h·ng UOP ®· thiÕt kÕ hai

lo¹i FCC: lo¹i ®èt ch¸y hoµn toµn vµ lo¹i t¸i sinh hai cÊp. Khi nguyªn

liÖu ngµy cµng nÆng h¬n th× lo¹i t¸i sinh hai cÊp rÊt thÝch hîp vµ lµ

lo¹i ®îc a chän cho c«ng nghiÖp. C¶ hai lo¹i nµy còng ®· ®îc trang

bÞ c¸c bé phËn lµm l¹nh xóc t¸c ®Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña lß t¸i

®¬n cÊp víi ph¬ng ph¸p ®èt ch¸y hoµn toµn cèc vµ CO. Cßn ë lo¹i t¸i

sinh hai cÊp cña RCC thêng cã hai buång ®èt riªng biÖt, trong

buång cÊp 1 cña lß t¸i sinh, chØ ®èt ch¸y 1 phÇn vµ ®Õn cÊp thø

hai míi ®èt ch¸y hÕt. Khi khãi tõ c¸c cÊp t¸i sinh hoÆc ®îc trén víi

nhau, hoÆc ®i ra ngoµi riªng biÖt nh ë qu¸ tr×nh ®¬n cÊp. Nh vËy,

lo¹i FCC vµ RCC chØ kh¸c nhau ë lß t¸i sinh xóc t¸c, cßn ë lß ph¶n

øng th× hoµn toµn gièng nhau.

Qu¸ tr×nh cña Kellog.

Sù ph¸t triÓn qu¸ tr×nh FCC cña Kellog cã thÓ tæng qu¸t nh

Tõ qu¸ tr×nh ortho – Flow => ortho – Flow model F => Ultra –

ortho- Flow => cracking cÆn nÆng HOC.

th¼ng ®øng, do ®ã tiÖn lîi lµ cã thÓ dïng van chÆn ®Ó ®iÒu

khiÓn qu¸ tr×nh tuÇn hoµn xóc t¸c. Model F ®îc c«ng bè vµo n¨m

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c 1976, ®· ®îc c¶i tiÕn nhiÒu vÒ c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ: cracking x¶y

ra ë toµn bé èng ®øng, qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn ®îc chän cho qu¸

tr×nh cracking xóc t¸c trong lß t¸i sinh, xóc t¸c vµ kh«ng khÝ sÏ tiÕp

xóc ngîc dßng nhau.

Model RFCC (HOC) cã ®Æc ®iÓm chÝnh lµ: HÖ thèng xyclon

còng ®Æt ngay ë cöa ra cña èng ®øng, vßi phun nguyªn liÖu ®îc

c¶i tiÕn ®Ó t¨ng cêng qu¸ tr×nh tiÕp xóc gi÷a nguyªn liÖu cracking

vµ xóc t¸c. Bé phËn lµm nguéi còng ®îc thay ®æi tõ lo¹i ®Æt ë phÝa

“pha lo¶ng” chuyÓn sang bè trÝ ë phÝa “pha ®Æc” trong lß t¸i sinh,

®Ó tr¸nh ¨n mßn, mµi mßn trang thiÕt bÞ bëi xóc t¸c vµ t¨ng tèc ®é

truyÒn nhiÖt. H×nh d¹ng cña bé phËn lµm nguéi xóc t¸c ®îc thiÕt

kÕ bëi h·ng Kellog còng t¬ng tù nh cña UOP, chØ kh¸c lµ kiÓu bè

trÝ c¸c èng trao ®æi nhiÖt ®Æt ngîc chiÒu l¹i. Nhµ m¸y RFCC cña

Qu¸ tr×nh cña h·ng Shell

Shell cã nhiÒu ®ãng gãp trong viÖc ph¸t triÓn cracking xóc t¸c

Qu¸ tr×nh Shell LRFCC dïng ®Ó cracking xóc t¸c líp s«i cÆn

nÆng réng còng cã bé phËn lµm nguéi xóc t¸c ®Ó tr¸nh sù ®èt ch¸y

qu¸ nhiÖt xóc t¸c .

Qu¸ tr×nh IFP-Total vµ Stone vµ Webster.

Hai h·ng c«ng nghiÖp IFP-Total vµ Stone vµ Webster ®· hîp

t¸c ®Ó thiÕt kÕ qu¸ tr×nh RFCC víi t¸i sinh xóc t¸c hai cÊp . Qu¸

tr×nh IFP-Total cracking cÆn nÆng m¨ng tªn “R.2.R Process”. Nã

còng ®îc trang bÞ bé phËn lµm nguéi xóc t¸c vµ cã hÖ thèng kiÓm

tra ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é hçn hîp cña khèi lß ph¶n øng (MTC) vµ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

Qu¸ tr×nh exxon

H¬n 10 n¨m liªn tôc c¶i tiÕn vµ nghiªn cøu c«ng nghÖ FCC,

exxon ®· ®a ra model IV cña FCC vµ ngµy nay lo¹i III.R.Flexi-

nguyªn liÖu hoÆc lµ phÇn cÊt kh«ng hoÆc phÇn cÊt nÆng.

II.2.Lùa chän c«ng nghÖ Cracking Xóc t¸c .

Qua lÞch sö ph¸t triÓn cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c , ®ång

nguyªn liÖu xóc t¸c ...ta thÊy qu¸ tr×nh FCC cã rÊt nhiÒu u ®iÓm vµ

thuËn lîi , hÖ thèng nµy ®îc sö dông ngµy cµng phæ biÕn trong

c«ng nghiÖp dÇu má,Kellog, Shell, IFP, exxon ...nghiªn cøu ®Ó

hoµn thiÖn h¬n nh»m môc ®Ých ®¹t n¨ng suÊt hiÖu qu¶ cao nhÊt ,

sö dông nguyªn liÖu nÆng h¬n, tiÕt kiÖm ®îc xóc t¸c ...vµ ph¶i lµ

kinh tÕ nhÊt.

Qua thùc tÕ dïng hÖ thèng cracking xóc t¸c líp s«i sö dông xóc

t¸c d¹ng bôi hay vi cÇu , ngêi ta thÊy nã cã nhiÒu u ®iÓm h¬n hÖ

thèng cracking xóc t¸c trong líp xóc t¸c chuyÓn ®éng.Nh÷ng u ®iÓm

®ã lµ :

-C¸c thiÕt bÞ chÝnh cña qu¸ tr×nh lµ thiÕt bÞ ph¶n øng vµ

thiÕt bÞ t¸i sinh ®Òu cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n , so víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c

cña qu¸ tr×nh cracking thùc tÕ chóng lµ h×nh rçng .

-Sù tuÇn hoµn xóc t¸c tõ thiÕt bÞ ph¶n øng ®Õn thiÕt bÞ t¸i

sinh vµ ngîclµ nhê sù vËn chuyÓn liªn tôc cña h¬i vµ khÝ trong mét

giíi h¹n réng.

-Do sù khuÊy trén m¹nh mÏ cña xóc t¸c víi h¬i nguyªn liÖu dÉn

®Õn sù ®ång nhÊt vÒ nhiÖt ®é trong toµn bé thÓ tÝch líp xóc t¸c ë

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c thiÕt bÞ ph¶n øng còng nh thiÕt bÞ t¸i sinh , kh¾c phôc ®îc hiÖn t-

îng qu¸ nhiÖt côc bé.

- hÖ thèng nµy cã kh¶ n¨ng chÕ biÕn c¸c d¹ng nguyªn liÖu

liÖu nÆng lµ mazut , lµm t¨ng tÝnh v¹n n¨ng cña hÖ thèng .

- HÖ thèng nµy cã c«ng suÊt lµm viÖc lín vµ cã thêi gian tiÕp

xóc ng¾n (thêi gian tiÕp xóc gi÷a nguyªn liÖu vµ xóc t¸c lµ cùc

tiÓu ) dÉn ®Õn viÖc ®¹t ®îc hiÖu suÊt x¨ng cùc ®¹i vµ olefin nhÑ

kh«ng x¶y ra ph¶n øng ngng tô bËc hai nµ t¹o x¨ng. øng dông ph-

¬ng ph¸p t¸i sinh (ch¸y hoµn toµn CO trong thiÕt bÞ t¸i sinh) dÉn

®Õn ®¹t hµm lîng cÊt cÆn rÊt thÊp trong xóc t¸c .

Qua c¸c u ®iÓm ®ã ta chän s¬ ®å c«ng nghÖ xóc t¸c líp s«i

FCC víi thêi gian tiÕp xóc ng¾n cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c .

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

Tríc hÕt nguyªn lý cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c cã thÓ miªu

Nguyªn liÖu

Lß ph¶n øng

S¶n phÈm qua ch- ng t¸ ch

ChuÈn bÞ xö lý

Xóc t¸ c ®· lµm viÖc

Xóc t¸ c ®· t¸ i sinh

Lß t¸ i sinh xóc t¸ c

t¶ b»ng s¬ ®å:

Qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c thêng ®îc tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn

c«ng nghÖ sau:

-NhiÖt ®é 470 ‚ 550 oC

- ¸p suÊt trong vïng l¾ng cña lß ph¶n øng 0,27MPa.

-Tèc ®é kh«ng gian thÓ tÝch truyÒn nguyªn liÖu tuú

-Xóc t¸c lµ Zeolit mang tÝnh axit.

bÓ chøa nguyªn liÖu (20) dccho qua thiÕt bÞ trao ®æi èng chïm

(21) ®Ó tËn dông nhiÖt cña c¸c s¶n phÈm ®i ra tõ s¶n phÈm chng

cÊt chÝnh (3) , nguyªn liÖu míi cã thÓ ®îc trén víi phÇn tuÇn hoµn

HCO vµ cÆn ®¸y , tÊt c¶ ®îc ®a vµo lß ®èt nãng (10) ®Ó gia nhiÖt

nguyªn liÖu ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt . Nguyªn liÖu cracking sau khi

ra khái lß ®èt (10) ®îc ®a tíi ®¸y èng ®øng cïng dßng xóc t¸c nãng

®· t¸i sinh ë nhiÖt ®é 600 oC , h¬i níc ®îc ®a vµo ®¸y èng ®øng ,

khi ®ã nguyªn liÖu bay h¬i cïng hçn hîp cña h¬i nãng vµ xóc t¸c ®îc

®a lªn phÝa trªn cho tíi ®Ønh cña èng ®øng ®ång thêi x¶y ra ph¶n

øng cracking xóc t¸c . HÇu hÕt nguyªn liÖu ®Òu tham gia ph¶n øng

vµ chuyÓn ho¸ trong èng ®øng , cßn thiÕt bÞ ph¶n øng ®îc dïng

®Ó t¸ch xóc t¸c vµ h¬i hydrocacbon.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

T¹i lèi ra cña èng ®øng , h¬i s¶n phÈm vµ xóc t¸c cã sù chªnh

hÊp thô cña thiÕt bÞ ph¶n øng , h¬i s¶n phÈm ®i vµo c¸c cyclon.

Xóc t¸c cuèn theo h¬i s¶n phÈm tiÕp tôc ®îc t¸ch ra trong c¸c

cyclon . ë cuèi cña èng ®øng ngêi ta dïng h¬i níc ®Ó thæi xóc t¸c vµ

dÇu . Lµm nh vËy sÏ h¹n chÕ ®Õn møc tèi ®a hiÖn tîng trén quay

trë l¹i cña xóc t¸c vµ h¬i khÝ ®· lµm viÖc . Vïng èng ®øng vµ bé

phËn t¸ch h¬i cña thiÕt bÞ ph¶n øng ®îc thiÕt kÕ cho qu¸ tr×nh

FCC víi thêi gian tiÕp xóc ng¾n gi÷a xóc t¸c vµ dÇu .

®o¹n. Xóc t¸c ®· lµm viÖc ®îc cho qua vïng t¸ch h¬i (cßn gäi lµ bé

phËn röa xóc t¸c ) b»ng c¸ch thæi h¬i níc ë nhiÖt ®é 230 oC vµo. Bé

phËn röa kh«ng chØ cã nhiÖm vô ®uæi hÕt hydrocacbon hÊp thô

trªn xóc t¸c mµ cßn lµm r¬i c¸c h¹t xóc t¸c ®Ó chóng kh«ng dÝnh vµo

nhau tríc khi sang t¸i sinh. CÇn ®iÒu chØnh mét tèc ®é thÝch hîp

cho nhiÖm vô nµy . CÇn thiÕt ph¶i kiÓm tra chÆt chÏ thêi gian lu

cña xóc t¸c trong bé phËn röa ®Ó tr¸nh ph¶i dïng qu¸ nhiÒu kh«ng

khÝ trong lß t¸i sinh. ¸p suÊt trong thiÕt bÞ ph¶n øng ®îc khèng chÕ

thiÕt bÞ lµm l¹nh kh«ng khÝ (18) vµ lµm l¹nh b»ng níc (19) sau ®ã

îc t¸ch ra ë ®¸y ,khÝ ®i ra tõ bån l¾ng mét phÇn ®îc sö dông lµm

khÝ nhiªn liÖu cho lß ®èt (10) , phÇn cßn l¹i ®îc cho qua ths¶n

phÈm röa khÝ (14) , khÝ sau khi röa cho qua m¸y nÐn khÝ (15)

chñ yÕu lµ C1,C2 ®îc t¸ch ra dïng lµm khÝ nhiªn liÖu cho qu¸ tr×nh ,

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c níc ®îc t¸ch ra ë ®¸y bån . PhÇn láng ®îc ®a vµo ths¶n phÈm t¸ch

butan (17). S¶n phÈm khÝ trªn ®Ønh th¸p ®îc lµm l¹nh b»ng kh«ng

khÝ vµ lµm l¹nh b»ng níc sau ®ã ®îc ®a vµo thïng t¸ch (13), phÇn

khÝ kh«ng ngng chñ yÕu lµ C1,C2 ®îc t¸ch ra , phÇn láng chñ yÕu

lµ C3,C4 ®îc chia lµm hai phÇn , mét phÇn dïng lµm LPG , phÇn

cßn l¹i håi lu l¹i ®Ønh th¸p . §¸y ®· thu ®îc x¨ng ®· æn ®Þnh cho

vµo bÓ chøa (20).

®Ých nhËn ®îc nhiÒu lo¹i s¶n phÈm h¬n , cô thÓ ta nhËn ®îc

nhiÒu lo¹i h¬n , cô thÓ ta nhËn ®îc x¨ng nÆng LCO, HCO. Nh÷ng

chøa . Mét phÇn HCOdc dïng ®Ó tuÇn hoµn .

§¸y th¸p ta thu ®îc dÇu cÆn sau khi ®· lµm s¹ch khái bïn xóc

t¸c vµ mét phÇn dÇu cÆn còng ®îc tuÇn hoµn lµm nguyªn liÖu .

Bªn c¹nh th¸p t¸ch ta cã bè trÝ nh÷ng hÖ thèng b¬m lµm

Xóc t¸c cã chøa cèc (cèc b¸m trªn xóc t¸c )®îc chuyÓn qua van

®iÒu khiÓn vµ ®îc khèng chÕ bëi bé phËn kiÓm tra møc xóc t¸c

trong lß ph¶n øng . Sau ®ã ®i vµo lß t¸i sinh (2). Xóc t¸c ®i vµo lß t¸i

sinh theo híng tiÕp tuyÕn víi thµnh lß. Môc ®Ých cña t¸i sinh lµ ®èt

ch¸y cèc b¸m trªn xóc t¸c ®· lµm viÖc b»ng oxy cña kh«ng khÝ , khi

®ã t¹o thµnh CO, CO2 , h¬i níc , nhê vËy mµ tr¶ l¹i bÒ mÆt ho¹t

tÝnh cho xóc t¸c . Kh«ng khÝ sau khi nÐn ®îc cho vµo lß t¸i sinh ,

Xóc t¸c ®· t¸i sinh ®îc chuyÓn vµo èng ®øng sau khi ®· ®uæi s¹ch

khÝ qua mét van l¸ mµ sù ho¹t ®éng cña van nµy ®îc khèng chÕ ,

®iÒu khiÓn tù ®éng nhê bé phËn ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña thiÕt

bÞ ph¶n øng , råi sau ®ã xóc t¸c ®îc trén víi nguyªn liÖu cracking vµ

hoµn thµnh mét chu tr×nh . §ång thêi ngêi ta th¸o xóc t¸c bÈn ®· giµ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ho¸ ra , bæ sung xóc t¸c míi vµo ®Ó ®¶m b¶o ®é ho¹t tÝnh æn

®Þnh cña xóc t¸c theo thêi gian lµm viÖc .

KhÝ cña qu¸ tr×nh ®èt ch¸y cèc qua hai cÊp cyclon ®Ó gi÷ l¹i

c¸c h¹t xóc t¸c vµ t¸ch khÝ råi chuyÓn vµo buång l¾ng ®Ó tiÕp tôc

xóc t¸c sau ®ã qua boä phËn tËn dông nhiÖt , tiÕp theo khÝ khãi lß

®îc lµm s¹ch bôi xóc t¸c b»ng läc ®iÖn råi ®i ra ngoµi theo èng

khãi .

-Bé phËn chia s¶n phÈm :

thµnh c¸c s¶n phÈm kh¸c nhau, x¨ng vµ phÇn nhÑ h¬n ®îc cho qua

bé phËn ngng tô råi vµo thiÕt bÞ t¸ch khÝ . Sau khi t¸ch khÝ , ta

s¶n phÈm tiÕp theo lµ x¨ng ®· khö butan.

phÈm nh naphta nÆng , LCO, HCO : PhÇn HCO cã thÓ cho cho

tuÇn hoµn l¹i èng ®øng cña reactor vµ cuèi cïng lµ phÇn dÇu cÆn

®· ®îc lµm s¹ch khái bïn xóc t¸c . Mét phÇn s¶n phÈm ®Ønh cña

thiÕt bÞ t¸ch bïn xóc t¸c còng ®îc cho tuÇn hoµn cïng víi HCO.

III. Híng ph¸t triÓn vµ c¶i tiÕn cña FCC trong läc dÇu

®îc c¶i tiÕn c¶ vÒ c«ng nghÖ vµ xóc t¸c ®Ó t¹o cho FCC trong t¬ng

lai phï hîp víi yªu cÇu cña c«ng nghÖ läc-ho¸ dÇu, ®ång thêi cho

phÐp sö dông ®îc nguyªn liÖu nÆng h¬n , nhiÔm bÈn h¬n , nghÜa

lµ víi chÊt lîng nguyªn liÖu ngµy cµng xÊu h¬n . Tõ môc tiªu ®ã , c¸c

nhµ thiÕt kÕ vµ c«ng nghÖ ®· ®Æt ra c¸c nhiÖm vô chÝnh sau:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

1-C¶i tiÕn vÒ c«ng nghÖ ®Ó thÝch øng víi nguyªn liÖu cã

chÊt lîng xÊu mµ hiÖu suÊt x¨ng hay phÇn cÊt vÉn ®¹t cùc ®¹i ,

2-ChÕ t¹o vµ c¶i tiÕn chÊt xóc t¸c cã ®é bÒn nhiÖt , bÒn c¬

cao , bÒn víi c¸c ®éc tè , cã ho¹t tÝnh cao vµ æn ®Þnh, dÔ t¸i sinh

3- Chän lùa c¸c th«ng sè lµm viÖc tèi u vb»ng c¸c c«ng nghÖ

®iÒu khiÓn vµ kiÓm tra tiªn tiÕn hiÖn ®¹i.

4-C¶i tiÕn c¸c trang thiÕt bÞ cïng víi c«ng nghÖ ®Ó kh«ng

xuÊt c¸c nguyªn liÖu cho tæng hîp ho¸ dÇu vµ ho¸ häc . VÝ dô nh

nhËn etylen, propylen,buten..

cao , c¶i tiÕn vµ ¸p dông xóc t¸c míi cã hiÖu qu¶, ngêi ta d· thiÕt kÕ

x¨ng víi chÊt lîng cao h¬n mµ cßn cho phÐp nhËn c¸c nguyªn liÖu

cho tæng hîp ho¸ dÇu. Thµnh c«ng ®ã tríc hÕt ph¶i kÓ ®Õn qu¸

tr×nh FCCvíi thêi gian cracking ng¾n vµ siªu ng¾n (MSCE), hay qu¸

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

PHÇN III:

tÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng

*Sè liÖu ban ®Çu :

- N¨ng suÊt :1.800.000 tÊn /n¨m

- Tû träng nguyªn liÖu :pc=0,860

) 1,22 32 KhÝ 14

0,750 120 X¨ng 40

0,830 180 Gasoil 15

0,860 260 Håi lu 26

Cèc 4

MÊt m¸t 1

-Thµnh phÇn ho¸ häc cña cèc lµ C=96%,H2=4%(TL),khÝ ch¸y

th× 90% cacbon biÕn thµnh CO2, cßn 10% biÕn thµnh CO.

-Béi sè tuÇn hoµn xóc t¸c b»ng 5.

-NhiÖt ®é líp s«i cña xóc t¸c trong lß ph¶n øng :470 oC

-NhiÖt ®é líp s«i cña xóc t¸c trong lß t¸i sinh :580 oC

-NhiÖt ®é c¸c s¶n phÈm cracking khi ®i ra tõ lß ph¶n øng lµ

450oC

-NhiÖt ph¶n øng cracking xóc t¸c :150 kcal/1kg x¨ng

-T¹i èng vËn chuyÓn cña lß ph¶n øng vµ t¹i vïng khö hÊp phô

cã ®a vµo 5 vµ 3% h¬i níc (so víi nguyªn liÖu )

-H¬i níc qu¸ nhiÖt ®a vµo lß ph¶n øng cã nhiÖt ®é lµ 450 oC .

-¸p suÊt trªn líp s«i cña xóc t¸c :1050 mmHg.

Sè ngµy lµm viÖc 330 ngµy

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

- Sè ngµy nghØ söa ch÷a lín lµ 35 ngµy

- N¨ng suÊt trong mét ngµy lµ:

1 . 800 = , 545 5454 (tÊn/ngµy) GNL = . 000 330

- N¨ng suÊt thiÕt bÞ lµm viÖc trong 1 giê lµ:

1 = 227 , 272 (tÊn/giê) GNL = . . 000 800 x 330 24

*N¨ng suÊt cña s¶n phÈm khÝ:

- Trong 1 n¨m:

= .x 1 800 . 000 252 . 000 (tÊn/n¨m) GK = 14 100

- Trong 1 ngµy:

= x , 545 5454 , 636 763 (tÊn/ngµy) GK = 14 100

- Trong 1 giê:

= x 227 , 272 , 31 818 (tÊn/giê) GK = 14 10

*N¨ng suÊt cña s¶n phÈm x¨ng:

- Trong 1 n¨m:

= .x 1 800 . 000 720 . 000 (tÊn/n¨m) GX = 40 100

- Trong 1 ngµy:

= x 227 , 272 , 908 90 (tÊn/giê) GX = 40 100

*N¨ng suÊt cña s¶n phÈm gasoil

- Trong 1 n¨m:

.x 1 800 . 000 = 270.000 (tÊn/n¨m) Gg = 15 10

- Trong 1 ngµy:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

x , 545 5454 = 818,181 (tÊn/ngµy) Gg = 15 10

- Trong 1 giê:

x 227 , 272 = 34,090 (tÊn/giê) Gg = 15 10

*N¨ng suÊt s¶n phÈm håi lu:

- Trong 1 n¨m:

= .x 1 800 . 000 468 . 000 (tÊn/n¨m) Gh = 26 100

- Trong 1 ngµy:

x , 545 5454 =1.418,181 (tÊn/ngµy) Gh = 26 10

- Trong 1 giê:

x 227 , 272 = 59,090 (tÊn/giê) Gh = 26 100

*N¨ng suÊt s¶n phÈm cèc:

- Trong 1 n¨m:

= .x 1 800 . 000 72 . 000 (tÊn/n¨m) GC = 4 100

- Trong 1 ngµy:

= x , 545 5454 , 181 218 (tÊn/n¨m) GC = 4 100

- Trong 1 giê:

= x 227 , 272 , 099 (tÊn/giê) GC = 4 100

*N¨ng suÊt mÊt m¸t:

- Trong 1 n¨m:

= .x 1 800 . 000 18 . 000 (tÊn/n¨m) Gm = 1 100

- Trong 1 ngµy:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

x 5454,545 = 54,545 (tÊn/ngµy) Gm = 1 100

- Trong 1 giê:

x 227,272 = 2,272 (tÊn/giê) Gm = 1 100

% träng lîng N¨ng suÊt N¨ng suÊt N¨ng suÊt Thµnh phÇn nguyªn liÖu (tÊn/n¨m) (tÊn/ngµy) (tÊn/giê)

1.800.000 5454,545 227,272 Nguyªn liÖu vµo 100

vµo S¶n phÈm ra:

KhÝ 14 252.000 763,636 31,818

X¨ng 40 720.000 2.181,818 90,908

Gasoil 15 270.000 818,181 34,090

Håi lu 26 468.000 1.418,181 59,090

Cèc 4 72.000 218,181 9,09

MÊt m¸t Tæng 1 100 18.000 1.800.000 54,545 5454,545 2,272 227,27

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

PhÇn IV

X©y dùng

viÖc thiÕt kÕ, ®ßi hái nh÷ng nhµ thiÕt kÕ vµ qu¶n lý ph¶i t×m hiÓu

vµ kÕt hîp nh÷ng sè liÖu, nh÷ng th«ng sè kü thuËt cña nhiÒu

ngµnh, nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh: ®Þa chÊt, thuû v¨n, kinh tÕ,

quan ®Õn chiÕn lîc ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi cña mét vïng, mét ®Êt

nh÷ng yªu cÇu sau:

- VÒ quy ho¹ch:

vïng vµ cã thÓ më réng h¬n lµ c¸c côm kinh tÕ, c«ng nghiÖp cña c¶

níc.

- VÒ ®iÒu kiÖn tæ chøc:

+ ThuËn lîi cho viÖc cung cÊp nguyªn liÖu

+ ThuËn lîi cho viÖc tiªu thô s¶n phÈm

+ GÇn nguån cung cÊp n¨ng lîng ®iÖn, h¬i ®èt, nhiªn liÖu

- VÒ ®iÒu kiÖn kü thuËt h¹ tÇng:

quèc gia, quèc tÕ nh: ®êng bé, ®êng s¾t, ®êng thñy vµ ®êng

kh«ng.

+ ThuËn lîi vÒ th«ng tin liªn l¹c

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

nhµ m¸y trong vËn hµnh sau nµy.

- VÒ ®iÒu kiÖn chÝnh trÞ x· héi

§Þa ®iÓm ®îc chän ph¶i thuéc vïng cã ®iÒu kiÖn chÝnh trÞ

x· héi æn ®Þnh

QuÊt ch¾c h¼n sÏ tho¶ m·n c¸c yªu cÇu trªn.

dÇu.

- §Æc ®iÓm cña khu vùc Qu¶ng Ng·i:

+ NÒn kinh tÕ nh×n chung cha ph¸t triÓn, c¸c ngµnh dÞch vô,

th¬ng m¹i cha m¹nh.

+ KhÝ hËu: Mét n¨m thêng cã hai mïa lµ mïa ma vµ mïa kh«,

khÝ hËu nãi chung kh«ng «n hoµ.

+ §Þa h×nh: §é dèc nhá h¬n 1%, kh«ng n»m trªn c¸c má

kho¸ng s¶n, cã ®é chÞu nÐn tèt.

- ¦u ®iÓm: Dung QuÊt nãi riªng vµ Qu¶ng Ng·i nãi chung n»m

trong vïng träng ®iÓm ph¸t triÓn kinh tÕ cña chÝnh phñ víi dù ¸n

ph¸t triÓn khu c«ng nghÖ cao. ThuËn lîi vÒ giao th«ng ®êng bé, ®-

êng thuû vµ ®êng hµng kh«ng.

- Nhîc ®iÓm: Xa nguån nguyªn liÖu, khÝ hËu kh¾c nghiÖt, th-

êng cã b·o lò

* KÕt luËn:

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

MÆc dï cßn cã nhiÒu ®iÓm cha phï hîp khi chän Dung QuÊt

tæng thÓ th× còng cã nhiÒu thuËn lîi nh:

NÕu trong khu quy ho¹ch ph¸t triÓn khu c«ng nghiÖp, cã c¶ng

thÝch hîp ®Ó ®¶m b¶o c¸c h¹ng môc ®ã ho¹t ®éng thuËn tiÖn vµ

hîp lý nhÊt.

- Khi bè trÝ c¸c c«ng tr×nh trªn bÒ mÆt cÇn ph¶i dù kiÕn tríc

cÇn më réng vµ kh«ng ®Æt c¸c ®êng èng ®i qu¸ xa.

- C¸c c«ng tr×nh phu trî cÇn ®Æt gÇn c¸c c«ng tr×nh chÝnh

®Ó gi¶m chi phÝ vËn chuyÓn.

- C¸c c«ng tr×nh ®éc h¹i nªn bè trÝ riªng biÖt, xa c¸c c«ng

tr×nh chÝnh vµ cuèi híng giã, Ýt ngêi qua l¹i.

- Tr¹m biÕn thÕ ®iÖn nªn ®Æt gÇn n¬i sö dông ®iÖn nhiÒu

nhÊt nh m¸y b¬m, m¸y nÐn.

- §êng giao th«ng trong nhµ m¸y ph¶i ®¶m b¶o chiÒu cao,

chiÒu réng ®Ó xe « t« vµ con ngêi lu th«ng.

- §¶m b¶o mü quan nhµ m¸y.

III. Bè trÝ mÆt b»ng

c¸c c«ng tr×nh phô vµ c¸c c«ng tr×nh phôc vô. Ngoµi ra cßn bè trÝ

hÖ thèng ®êng èng, chiÕu s¸ng, tÊt c¶ c¸c h¹ng môc cña c«ng tr×nh

cÇn ®îc bè trÝ hîp lý, ®m¶ b¶o ®iÒu kiÖn kü thuËt vµ mü quan

c«ng tr×nh

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

- Trong khi vËn hµnh cã thÓ th¶i khÝ ®éc vµ níc « nhiÔm.

- X¨ng cracking xóc t¸c lµ mét phÇn cña nhµ m¸y läc dÇu do

®ã qu¸ tr×nh ho¹t ®éng kh«ng thÓ t¸ch riªng ®îc.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

1. Phßng b¶o vÖ 2. Nhµ hµnh chÝnh 3. Nhµ ¨n 4. Nhµ ®Ó xe 5. Nhµ xe t¶i 6. Kho chøa vËt t vµ trang thiÕt bÞ 7. Xëng c¬ khÝ 8. Nhµ thÝ nghiÖm vµ ph©n tÝch 9. Nhµ ®iÒu khiÓn trung t©m Tr¹m b¬m nguyªn liÖu 10. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 11. Khu lµm l¹nh s¶n phÈm 12. Th¸p chng cÊt ph©n ®o¹n 13. Th¸p æn ®Þnh 14. Lß ®èt nãng nguyªn liÖu ban ®Çu 15. Lß ph¶n øng 16. ThiÕt bÞ t¸i sinh 17. M¸y nÐn 18. ThiÕt bÞ tËn dông nhiÖt 19. Khu xö lý khÝ th¶i 20. Tr¹m cung cÊp níc 21. BÓ chøa nguyªn liÖu 22. Bån níc 23. Tr¹m ®iÖn 24. BÓ chøa s¶n phÈm khÝ 25. BÓ chøa s¶n phÈm x¨ng 26. BÓ chøa Gasoil nhÑ 27. BÓ chøa Gasoil nÆng 28. BÓ chøa cÆn dÇu 29.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

PhÇn V

An toµn lao ®éng

I. Kh¸i qu¸t

Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ë c¸c nhµ m¸y hãa chÊt nãi chung vµ

c¸c nhµ m¸y läc dÇu nãi riªng th× vÊn ®Ò an toµn lao ®éng vµ b¶o

vÖ m«i trêng lµ hÕt søc quan träng. Chi phÝ dµnh cho c«ng t¸c nµy

chiÕm ®Õn 40% chi phÝ vËn hµnh. Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan

®êng èng, n¬i lµm viÖc... bao gåm:

+ Sù h háng m¸y mãc chÝnh vµ dông cô, phô tïng

+ Sù h háng c¸c ®êng èng c¸c kÕt cÊu thiÕt bÞ, dông cô, phô

tïng kh«ng hoµn chØnh

+ Kh«ng ®¶m b¶o kho¶ng c¸ch an toµn gi÷a c¸c m¸y mãc

+ ThiÕt rµo ch¾n, ng¨n che.

nhËn c«ng viÖc kh«ng ®óng quy ®Þnh bao gåm:

+ Vi ph¹m quy t¾c quy tr×nh kü thuËt

+ Tæ chøc lao ®éng, chç lµm viÖc kh«ng ®óng yªu cÇu

+ Gi¸m s¸t kü thuËt kh«ng ®Çy ®ñ

+ Vi ph¹m chÕ ®é lµm viÖc

+ Sö dông lao ®éng kh«ng ®óng ngµnh nghÒ chuyªn m«n

+ Ngêi lao ®éng cha n¾m ®îc ®iÒu lÖ, quy t¾c an toµn trong

lao ®éng

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

+ M«i trêng kh«ng khÝ « nhiÔm

+ §iÒu kiÖn khÝ hËu kh«ng thÝch nghi

+ C«ng t¸c chiÕu s¸ng vµ th«ng giã kh«ng ®îc tèt.

II. Nh÷ng yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ.

II.1. Phßng chèng ch¸y

§Ó phßng chèng ch¸y ta thùc hiÖn nh÷ng biÖn ph¸p sau:

+ Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng t¹o ra m«i trêng ch¸y

+ Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån ch¸y trong m«i

trêng ch¸y ®îc

+ Duy tr× nhiÖt ®é m«i trêng thÊp h¬n nhiÖt ®é cho phÐp lín

nhÊt cã thÓ ch¸y ®îc

+ Duy tr× ¸p suÊt cña m«i trêng thÊp h¬n ¸p suÊt cho phÐp lín

nhÊt cã thÓ ch¸y ®îc.

+ Nång ®é cho phÐp cña nh÷ng chÊt ch¸y ë d¹ng khÝ hoÆc

nh÷ng d¹ng l¬ löng trong kh«ng khÝ. Nãi c¸ch kh¸c ph¶i tiÕn hµnh

ngoµi giíi h¹n ch¸y næ cña hçn hîp Hydrocacbon víi kh«ng khÝ vµ

oxy.

+ Nång ®é cÇn thiÕt cña c¸c chÊt gi¶m ®é nh¹y trong chÊt

ch¸y ë d¹ng khÝ hoÆc h¬i, láng.

+ TÝnh dÔ ch¸y cña c¸c chÊt, vËt liÖu, thiÕt bÞ vµ kÕt cÊu.

III.3. Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån ch¸y.

vÖ m¸y mãc, thiÕt bÞ còng nh vËt liÖu vµ c¸c s¶n phÈm kh¸c cã thÓ

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

+ Sö dông thiÕt bÞ ®iÖn phï hîp víi lo¹i gian phßng sö dông

®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ bªn ngoµi phï hîp víi nhãm vµ h¹ng cña c¸c hçn

hîp nguy hiÓm ch¸y næ.

+ ¸p dông quy tr×nh c«ng nghÖ vµ sö dông thiÕt bÞ b¶o ®¶m

kh«ng ph¸t sinh tia löa ®iÖn.

+ Cã biÖn ph¸p chèng sÐt cho nhµ xëng thiÕt bÞ.

+ Quy ®Þnh nhiÖt ®é nung nãng cho phÐp lín nhÊt cña bÒ

mÆt thiÕt bÞ, s¶n phÈm vµ vËt liÖu tiÕp xóc víi m«i trêng ch¸y.

+ Sö dông nh÷ng thiÕt bÞ kh«ng ph¸t ra tia löa ®iÖn khi lµm

viÖc víi nh÷ng chÊt dÔ ch¸y næ.

+ Lo¹i trõ nh÷ng ®iÒu kiÖn cã thÓ dÉn ®Õn tù ch¸y do nhiÖt

®é, do t¸c dông hãa häc vµ do sinh vËt víi c¸c vËt liÖu vµ c¬ së s¶n

xuÊt.

II.4. Nh÷ng biÖn ph¸p tæ chøc ®Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y næ

§Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y næ cÇn thùc hiÖn nh÷ng biÖn ph¸p

êi liªn quan häc tËp vµ thùc hµnh vÒ c«ng t¸c an toµn ch¸y næ. §èi

víi nh÷ng m«i trêng lµm viÖc ®Æc biÖt nguy hiÓm vÒ ch¸y næ th×

chia cho tõng ngêi tõng bé phËn.

+ Víi c¸c nguån dÔ ch¸y ph¶i thùc hiÖn b»ng c¸c biÖn ph¸p

- C¬ khÝ hãa, tù ®éng hãa c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cã liªn

quan ®Õn sö dông vµ vËn chuyÓn chÊt dÔ ch¸y.

- §Æt c¸c thiÕt bÞ nguy hiÓm ch¸y næ n¬i riªng biÖt hoÆc ë

ngoµi trêi.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

- Sö dông nh÷ng thiÕt bÞ s¶n xuÊt, bao b× kÝn cho nh÷ng

chÊt dÔ ch¸y næ

- Sö dông nh÷ng ng¨n, v¸ch, khoang, buång c¸ch ly cho

nh÷ng qu¸ tr×nh dÔ ch¸y næ.

Bªn c¹nh nh÷ng tai n¹n cã thÓ x¶y ra do ch¸y næ th× cßn mét vÊn

phßng chèng”. Nh ta ®· biÕt hÇu hÕt nh÷ng hãa chÊt trong c«ng

Nhãm 1: Gåm nh÷ng chÊt cã lµm ch¸y hoÆc chñ yÕu kÝch

thÝch lªn da vµ niªm m¹c nh Amoniac, v«i...

hÊp, nh÷ng chÊt tan trong níc nh NH3, Cl2, SO2... nh÷ng chÊt kh«ng

tan trong níc nh NO2, NO3...

®éng m¹ch, tñy, x¬ng. Lµm gi¶m qu¸ tr×nh sinh b¹ch cÇu nh

benzen, Toluen, xylen.. Nh÷ng chÊt lµm biÕn ®æi hång cÇu thµnh

nh÷ng s¾c tè kh«ng b×nh thêng nh c¸c amin, Co, C6H5NO2...

Nhãm 4: C¸c chÊt ®éc víi hÖ thÇn kinh nh x¨ng, H2S, Cs,

Anilin, Benzen...

Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ngêi ta ®Ò ra c¸c ph¬ng ¸n phßng tr¸nh

+ Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i ®¶m b¶o an toµn trong c¸c

+ Thay ®æi chÊt ®éc dïng trong qu¸ tr×nh b»ng nh÷ng chÊt Ýt

®éc h¹i h¬n nÕu cã thÓ.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

+ Tù ®éng hãa, b¸n tù ®éng nh÷ng qu¸ tr×nh sö dông nhiÒu

hãa chÊt ®éc h¹i

+ Bªn c¹nh nh÷ng biÖn ph¸p kü thuËt th× ngêi lao ®éng cÇn

ph¶i häc tËp vÒ an toµn vµ cã ý thøc tù gi¸c cao.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

KÕt luËn

Sau h¬n 2 th¸ng thùc hiÖn ®Ò tµi cïng víi sù cè g¾ng cña b¶n

b¶n ®å ¸n cña em ®· hoµn thµnh.

Qua b¶n ®å ¸n nµy gióp em hiÓu ®îc viÖc ®a mét thµnh qu¶

cña viÖc ¸p dông nghiªn cøu vµo s¶n xuÊt lµ mét qu¸ tr×nh hÕt søc

phøc t¹p, nã ®ßi hái ph¶i cã sù liªn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. VÒ phÇn lý

thuyÕt cÇn ph¶i n¾m ®îc c¸c tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu vµ s¶n

phÈm, n¾m ®îc yªu cÇu vÒ xóc t¸c, hiÓu ®îc c¬ chÕ ph¶n øng

còng nh c¸c yÕu tè ¶nh hëng lªn qu¸ tr×nh. Dùa trªn c¬ së lý thuyÕt

kÕt hîp víi c¸c tµi liÖu vÒ thiÕt kÕ cho ta ph¬ng híng lùa chän c«ng

nghÖ thÝch hîp.

HiÖn nay trªn thÕ giíi, viÖc nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p ®Ó s¶n

xuÊt x¨ng cã trÞ sè octan cao vÒ chÊt lîng tèt vÉn lµ vÊn ®Ò quan

träng. NhiÒu h·ng ®· cho ra c¸c d¹ng c«ng nghÖ kh¸c nhau. §ång

thêi trªn thÞ trêng tiªu thô x¨ng ngµy cµng t¨ng, s¶n phÈm x¨ng ®îc

øng dông réng r·i trong kinh tÕ, an ninh quèc phßng. Do nhu cÇu sö

dông x¨ng ngµy cµng t¨ng nªn viÖc s¶n xuÊt x¨ng lµ mét yªu cÇu

quan träng, kh«ng chØ cho ra lo¹i x¨ng thêng mµ ph¶i s¶n xuÊt ra

x¨ng cã trÞ sè octan cao vµ chÊt lîng tèt. §ã còng lµ mét trong

dÇu Dung QuÊt – Qu¶ng Ng·i vµ sè 2 ë Nghi S¬n- Thanh Ho¸.

B¶n ®å ¸n nµy ®· ®îc hoµn thµnh nhng v× ®iÒu kiÖn còng nh

tµi liÖu tham kh¶o cßn h¹n chÕ, h¬n n÷a ë ViÖt Nam ngµnh ho¸

dÇu lµ mét trong nh÷ng ngµnh míi vµ v× bíc ®Çu lµm quen víi c«ng

kh«ng thÓ tr¸nh khái. VËy em rÊt mong ®îc sù chØ b¶o cïng nh÷ng

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy c« vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®Ó b¶n

®å ¸n ®îc hoµn thiÖn h¬n.

Cuèi cïng em xin bµy tá lßng biÕt ¬n tíi c¸c thÇy c« gi¸o trong

bé m«n C«ng nghÖ ho¸ dÇu- H÷u c¬ vµ c¸c b¹n, ®Æc biÖt lµ thÇy

gi¸o T.S NguyÔn H÷u TrÞnh ®· tËn t×nh gióp ®ì em hoµn thµnh b¶n

®å ¸n nµy.

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

Tµi liÖu tham kh¶o

1. TrÇn M¹nh TrÝ. Ho¸ hcä vµ c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu má.

Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi; 1974.

2. TrÇn M¹nh TrÝ. DÇu khÝ vµ dÇu khÝ ë ViÖt Nam. Nhµ

xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt Hµ Néi; 1996.

3. Bé m«n nhiªn liÖu. C«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu má vµ khÝ;

trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi; 1983.

4. Vâ ThÞ Liªn, Lª V¨n HiÕu. C«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu khÝ.

Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi; 1982.

5. Lª V¨n HiÕu. C«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu má. Trêng §¹i Häc

B¸ch Khoa Hµ Néi; 1998.

6. PGS.TS §inh ThÞ Ngä. Ho¸ häc dÇu má, Trêng §¹i Häc

B¸ch Khoa Hµ Néi; 1999.

7. KiÒu §×nh KiÓm( Tæng c«ng ty dÇu khÝ ViÖt Nam). C¸c

s¶n phÈm dÇu má vµ ho¸ dÇu. Nhµ s¶n xuÊt khoa häc vµ kü thuËt

Hµ Néi 1999

8. Bé m«n nhiªn liÖu. Gi¸o tr×nh tÝnh to¸n c«ng nghÖ c¸c qu¸

tr×nh chÕ biÕn dÇu má. Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi; 1972.

9. PGS. Ng« B×nh, TS. Phïng Ngäc Th¹ch, NguyÔn M¹nh

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

§å ¸n tèt nghiÖp xóc t¸c

1 Lêi c¶m ¬n ............................................................................................................

2 Lêi më ®Çu ...........................................................................................................

PhÇn I: Lý thuyÕt tæng quan

5 ...............................................................................

Môc lôc

I. Nguyªn liÖu dïng cho qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c II. s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

II.1. X¨ng cracking xóc t¸c II.2. S¶n phÈm: Gasoil nhÑ II.3. S¶n phÈm: Gasoil nÆng II.4. S¶n phÈm khÝ cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

III. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh cracking

III.1. Vai trß cña xóc t¸c trong qu¸ tr×nh III.2. Nh÷ng yªu cÇu cÇn thiÕt ®èi víi xóc t¸c III.3. Zeolit vµ xóc t¸c chøa Zeolit III.4. Nh÷ng thay ®æi tÝnh chÊt cña xóc t¸c khi lµm viÖc III.5. T¸i sinh xóc t¸c III.6. C¸c d¹ng h×nh häc cña xóc t¸c IV. C¬ së cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

1- Ph¶n øng ph©n huû c¾t m¹ch C- C, ph¶n øng cracking 2- Ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ (izo me ho¸) 3- Ph¶n øng chuyÓn rêi hydro d 4- Ph¶n øng trïng hîp 5-Ph¶n øng alkyl ho¸ vµ khö alkyl ho¸ 6- Ph¶n øng ng ng tô t¹o cèc

V. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c

5 ........................ 7 .................................... 7 ............................................................ 8 ......................................................... 9 ...................................................... 11 .................. 12 ................................................. 13 ..................................... 13 ........................... 16 ............................................... 22 ........ 24 .................................................................... 26 ........................................... 27 ....................................... 27 ..... 28 ................................. 28 ............. íi t¸c dông cña xóc t¸c 28 ................................................................ 28 ....................................... 28 ...................................................... 29 .................................... 1- Giai ®o¹n t¹o thµnh ion cacboni 29 ............................................. 32 ........................................... 2- Giai ®o¹n biÕn ®æi ion cacboni 35 ...................................................... 3- Giai ®o¹n dõng ph¶n øng VI- §éng häc qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c 35 ........................................ VII- Sù biÕn ®æi ho¸ häc cña hîp chÊt hy®rocacbon trong qu¸ 36 .................................................................... tr×nh cracking xóc t¸c VII.1. Sù biÕn ®æi c¸c hydrocacbon parafin 36 ............................. 40 .............................. VII.2. Sù biÕn ®æi cña hydrocacbon olefin VII.3-Sù biÕn ®æi c¸c hydrocacbon naphten. 42 ........................... 43 .............................. VII.4. Sù biÕn ®æi cña Hydrocacbon th¬m 46 ...................................... 48 ................................................................................................................ VIII. cracking xóc t¸c ph©n ®o¹n dÇu má PhÇn II

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

48 ..........................................................

I. C¸c yÕu tè ¶nh h ëng lªn qu¸ tr×nh cracking xt

tÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng

66 ...............................................................................

PhÇn IV

70 ...............................................................................................................

48 ........................... I.1. Møc ®é chuyÓn ho¸ C 48 ......................................................... 48 ........................................................... I.2. Tèc ®é n¹p liÖu riªng îng xóc t¸c/nguyªn liÖu (X/RH) hay béi sè tuÇn I.3. Tû lÖ gi÷a l hoµn xóc t¸c 50 ................................................................................ 52 ......................................................... I.4. NhiÖt ®é trong reactor 53 I.5 ¶nh h .......................................................... ëng cña ¸p suÊt . .................................................................... 55 I.6. HiÖu øng nhiÖt 55 ................................. II. D©y chuyÒn c«ng nghÖ cracking xóc t¸c 55 ................ II.1. LÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ cracking xóc t¸c. 59 ............................. II.2.Lùa chän c«ng nghÖ Cracking Xóc t¸c . 61 ................... II.3 D©y chuyÒn FCC víi thêi gian tiÕp xóc ng¾n 64 ................. III. H íng ph¸t triÓn vµ c¶i tiÕn cña FCC trong läc dÇu 66 ............................................................................................................. PHÇN III:

An toµn lao ®éng

75 ................................................................................................

70 ........................................................ 70 ................ 71 .................................. 72 ........................................... 72 ...................................................................... 73 ................................. 1. §Æc ®iÓm cña d©y chuyÒn s¶n xuÊt. 74 ëng ........................................................... 2. MÆt b»ng ph©n x 75 PhÇn V ................................................................................................................

I. Kh¸i qu¸t

II. Nh÷ng yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ.

Tµi liÖu tham kh¶o

83 ..............................................................................................

75 ....................................................................................... I.1. Nguyªn nh©n do kü thuËt: 75 ................................................... 75 .................................................... I.2. Nguyªn nh©n do tæ chøc 75 ..................................................... I.3. Nguyªn nh©n do vÖ sinh 76 ............................... 76 ............................................................... II.1. Phßng chèng ch¸y 76 ..... II.2. Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån g©y ch¸y III.3. Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån ch¸y. 76 ........... 77 II.4. Nh÷ng biÖn ph¸p tæ chøc ®Ó ®¶m b¶o an toµn ch¸y næ 80 KÕt luËn ..............................................................................................................