intTypePromotion=3
Array
(
    [0] => Array
        (
            [banner_id] => 140
            [banner_name] => KM1 - nhân đôi thời gian
            [banner_picture] => 964_1568020473.jpg
            [banner_picture2] => 839_1568020473.jpg
            [banner_picture3] => 620_1568020473.jpg
            [banner_picture4] => 994_1568779877.jpg
            [banner_picture5] => 
            [banner_type] => 8
            [banner_link] => https://tailieu.vn/nang-cap-tai-khoan-vip.html
            [banner_status] => 1
            [banner_priority] => 0
            [banner_lastmodify] => 2019-09-18 11:11:47
            [banner_startdate] => 2019-09-11 00:00:00
            [banner_enddate] => 2019-09-11 23:59:59
            [banner_isauto_active] => 0
            [banner_timeautoactive] => 
            [user_username] => sonpham
        )

)

Đồ án: Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác có năng suất 1.490.000 tấn/năm

Chia sẻ: Đặng Sơn | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:126

1
200
lượt xem
75
download

Đồ án: Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác có năng suất 1.490.000 tấn/năm

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án: Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác" có năng suất 1.490.000 tấn/năm giúp sinh viên rút ra những kiến thức và những kinh nghiệm cần thiết cho những người làm công nghệ nói chung và kỹ sư hoá Dầu nói riêng; hiểu được tầm quan trọng của phân xưởng reforming trong nhà máy lọc hoá dầu; nắm được nguyên tắc hoạt động và bảng chất của quá trình công nghệ, hiểu và nắm bắt được nhiều công nghệ mới, ưu nhược điểm của từng công nghệ khác nhau.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác có năng suất 1.490.000 tấn/năm

  1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NỘI -------------------- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm. 2. Các số liệu ban đầu : Lấy theo tài liệu hướng dẫn và số liệu thực tế công nghiệp . 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán . • Phần lý thuyết : nêu tổng quan về quá trình Roforming xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu . • Phần tính toán : tính cân bằng vật chất, tính cân bằng nhi ệt lượng của phân xưởng và kích thước mỗi lò phản ứng . • Phần kinh tế • Phần xây dựng : bố trí mặt bằng phân xưởng . • Phần an toàn lao động và bảo vệ môi trường 4. Các bản vẽ (ghi số các loại bản vẽ về kích thước) . • Bản vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất . • Bản vẽ thiết bị chính . • Bản vẽ tổng quan mặt bằng nhà máy . 5.họ tên cán bộ hướng dẫn: TS .Nguyễn Hữu Trịnh phần Tên cán bộ ............................................ ................................................ ............................................ ................................................ 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:..................................................................... 7.ngày hoàn thành đồ án:............................................................................ Hµ Ngäc Thµnh 1 §HBK Hµ Néi –K45
  2. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Ngày tháng năm 2005 Chủ nhiệm khoa Cán bộ hướng dẫn (ký , ghi rõ họ tên) (ký , ghi rõ họ tên) TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp Ngày..........tháng...........năm 2005 Người duyệt ( ký , ghi rõ họ tên ) Hµ Ngäc Thµnh 2 §HBK Hµ Néi –K45
  3. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mục lục Trang PHẦN MỞ ĐẦU ........5 PHẦN TỔNG QUAN..................................................................................8 I. CƠ SỞ HOÁ HỌC CỦA QUÁ TRÌNH...................................................8 1.1 Các phản ứng xảy ra trong quá trình ..............................................8 1.2 Cơ chế phản ứng Reforming xúc tác .............................................19 1.3 Nhiệt động học phản ứng và điều kiện phản ứng .......................22 II. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ........................................................26 2.1 Nguyên liệu.....................................................................................26 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu....................................................30 2.3 Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác...................................33 III. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC..................36 3.1 lịch sử phát triển.............................................................................37 3.2 vai trò của xúc tác hai chức năng...................................................38 3.3 Tính chất của chất xúc tác.............................................................41 3.4. những nguyên nhân làm giảm hoạt tính ......................................43 3.5. tái sinh xúc tác................................................................................46 3. 5.1 Sự thay đổi các chất xúc tác trong quá trình làm việc ..............46 3.5.2 Các phương pháp tái sinh chất xúc tác .......................................46 3.5.3 Tuổi thọ xúc tác và giới thiệu một số chất xúc tác ..................48 IV. CÔNG NGHỆ REFORMING XÚC TÁC...........................................50 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ...........................................50 4.2 Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ.............................................53 Hµ Ngäc Thµnh 3 §HBK Hµ Néi –K45
  4. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác 4.3 thiết kế phân xưởng........................................................................68 4.4.Các thiết bị chính của quá trình....................................................69 PHẦN TÍNH TOÁN..................................................................................72 PHẦN TÍNH TOÁN KINH TẾ.....................................................................102 PHẦN XÂY DỰNG.................................................................................107 I. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG..........................................................107 II. CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ XÂY DỰNG.........................109 III.BỐ TRÍ MẶT BẰNG XÂY DỰNG...................................................110 PHẦN AN TOÀN....................................................................................113 I. KHÁI QUÁT.............................................................................................113 1.1 Nguyên nhân kỹ thuật...................................................................113 1.2 Nguyên nhân do tổ chức...............................................................113 1.3 nguyên nhân do vệ sinh................................................................113 II. NHỮNG YÊU CẦU VỀ PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ..................................114 2.1 Phòng chống cháy........................................................................114 2.2 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn gây cháy.............114 2.3 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn cháy....................115 III. NHỮNG BIỆN PHÁP TỔ CHỨC ĐỂ BẢO ĐẢM AN TOÀN CHÁY NỔ ......116 PHẦN KẾT LUẬN.................................................................................118 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................119 Hµ Ngäc Thµnh 4 §HBK Hµ Néi –K45
  5. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác PHẦN MỞ ĐẦU Vào những năm 1859 ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ ra đời và từ đó sản lượng dầu mỏ khai thác ngày càng được phát triển mạnh về số lượng cũng như về chất lượng . Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa h ọc k ỹ thu ật , d ầu mỏ đã trở thành nguyên liệu quan trọng trong công ngh ệ hoá h ọc . trên c ơ sở nguyên liệu dầu mỏ , người ta đã sản xuất được hàng nghìn các hoá chất khác nhau , làm nguyên liệu cho động cơ , nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác . Ngành công nghiệp chế biến dầu ở nước ta ra đời tuy ch ưa lâu , nhưng nó được đánh giá là một ngành công nghiệp mũi nhọn , đặc biệt là trong giai đoạn đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Để đạt được những mục tiêu mà sự nghi ệp công nghi ệp hóa - hiện đại hóa đã đề ra thì cần phải đáp ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho phát triển công nghiệp và kinh tế . Năm 1986 dầu thô được khai thác tại mỏ Bạch Hổ và hàng loạt các mỏ mới được phát hiện như:Rồng, Đại Hùng, Ruby. Cho đến nay chúng ta đã khai thác được tổng cộng hơn 60 triệu tấn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác. Nguồn dầu thô xuất khẩu đã đem lại cho đất n ước ta một nguồn ngoại tệ khá lớn. Tuy nhiên hàng năm chúng ta cũng chi một nguồn ngoại tệ không nhỏ, để nhập khẩu các sản phẩm từ dầu mỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển đất nước. Nhà máy lọc dầu Cát Lái ra đời đánh dấu một bước phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp dầu . Ngay từ năm 1991 Chính ph ủ Việt Nam đã tổ chức gọi thầu xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 công su ất 6,5 tri ệu tấn/năm và cho đến nay đang được xúc tiến xây dựng tại Dung Qu ất Hµ Ngäc Thµnh 5 §HBK Hµ Néi –K45
  6. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác (Quảng Ngãi). Có thể nói rằng việc đất nước ta xây dựng nhà máy l ọc d ầu số 1 là một quyết định phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh hiện nay. Nhà máy lọc dầu số 1 ra đời không những cung cấp những sản phẩm năng lượng quan trọng mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho công nghiệp hóa dầu. Do đó việc phát triển công nghệ và quy mô nhà máy reforming là rất cần thiết cho việc phát triển đất nước. Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò vô cùng quan trọng . Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng vị vậy tăng t ốc đ ộ ph ản ứng lên rất nhiều . Mặt khác khi có mặt của xúc tác thì có khả năng tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn . Điều này có tầm quan trọng đối với các phản ứng nhiệt dương (phản ứng hydro hoá ankyl hoá , polyme hoá ) vì ở nhiệt độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này Sự có mặt của chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hoá , vừa có khả năng tạo ra những nồng độ cân bằng cao nhất , có nghĩa là tăng hiệu suất s ản ph ẩm của quá trình . Trong quá trình chuy ển hoá hoá h ọc d ưới tác d ụng c ủa xúc tác thì quá trình reforming xúc tác chiếm một vị trí quan tr ọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ , lượng dầu mỏ được chế biến bằng quá trình reforming chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các quá trình khác . Qúa trình reforming xúc tác được xem là một quá trình chủ yếu sản xuất xăng cho động cơ , đó là một quá trình quan trọng không th ể thi ếu trong công nghi ệp chế biến dầu Có thể nói quá trình reforming ra đời là một bước ngoặc lớn trong công nghệ chế biến dầu . Trước đây người ta dùng xăng chưng cất trực tiếp có pha trộn thêm phụ gia (chì ) để làm tăng trị s ố octan . Ngày nay người ta sử dụng xăng của quá trình reforming cho động cơ thì ch ất lượng đảm bảo hơn ,ít ảnh hưởng đến môi trường hơn Hµ Ngäc Thµnh 6 §HBK Hµ Néi –K45
  7. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hơn nữa , ngoài sản phẩm chính là xăng ,quá trình reforming xúc tác còn sản xuất ra các hydrocacbon thơm và là một nguồn thu khí hydro s ạch , rẻ tiền hơn các nguồn thu khác 10-15 lần Reforming ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu hiện đại . ở Tây Âu hơn 50% xăng thu đ ược là xăng c ủa quá trình reforming . Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển công ngh ệ reforming là điều hết sức cấp thiết cho công nghiệp hoá dầu nói riêng và nền công nghiệp nước ta nói chung . Hµ Ngäc Thµnh 7 §HBK Hµ Néi –K45
  8. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác PHẦN TỔNG QUAN I. CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC : Reforming xúc tác là một quá trình chuyển đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao .sử dụng nguyên liệu là xăng chưng cất trực tiếp và gần đây nhờ sự phát triển của các quá trình làm s ạch b ằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình l ọc d ầu khác (nh ư xăng của quá trình cốc hóa, xăng cracking nhiệt...). Quá trình này được ti ến hành trên xúc tác hai chức năng thường chứa platin (trong hỗn hợp với các kim loại quý khác và 1 halogen) được mang trên chất mang ôxit nhôm tinh khiết. Mục đích của quá trình là sản xuất xăng có trị số octan cao (RON trong khoảng từ 95 - 102) mà không phải pha thêm chì. Đồng thời, do sản phẩm chủ yếu của quá trình là hydrocacbon thơm nên quá trình còn được ứng dụng để BTX (khi nguyên liệu và phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 310 - 340oF) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hóa dầu. Ngoài ra, quá trình còn là nguồn thu hydro nhiều nhất và rẻ nhất. 1.1.Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác : Bao gồm các phản ứng:dehydro hóa, dehydro vòng hóa, hydro hoá, isome hóa. Ngoài ra còn các phản ứng phụ , tuy không làm ảnh nhi ều đ ến Hµ Ngäc Thµnh 8 §HBK Hµ Néi –K45
  9. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác cân bằng của phản ứng chính , nhưng lại ảnh hưởng lớn đến độ hoạt động và độ bền của xúc tác . Đó là các phản ứng :  Phản ứng phân huỷ và khử các hợp chất có chứa oxy, nitơ , l ưu huỳnh thành H2S ,NH3 , H2O.  Phản ứng phân huỷ các hợp chất chứa kim loại và halogen phản ứng ngưng tụ các hợp chất trung gian không bền nh ư olefin ,diolefin với các hydrocacbon thơm , dẫn đến tạo thành hợp chất nhựa và cốc bám trên bề mặt xúc tác . Vì thế để phát triển quá trình reforming xúc tác , người ta phải hạn chế tới mức tối đa quá trình tạo cốc . Trong thực tế sản xuất người ta th ường dùng áp suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (RCC) n-parafin M or A M or A M/ A sản A M M or A phẩm cyclopentan cyclohexan Aromatic Lighter A Aromatic cracking M or A M or A M/ A Iso-parafin Naphthene Dehydro- Dealkylation and isomerization genation Demethylation I II III A = Axit , M = Metan , I = Hydrocracking và Demethylation(M) , II=paraffinisomerization, III=Dehydrocyclization. Hình 1. Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác 1.1.1. Phản ứng dehydrohóa: Phản ứng dehydrohóa là loại phản ứng chính để tạo ra hydrocacbon thơm. Phản ứng này xảy ra đối với naphten th ường là xyclopentan và xyclohexan Hµ Ngäc Thµnh 9 §HBK Hµ Néi –K45
  10. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác (xyclopentan thường nhiều hơn xyclohexan), xyclohexan bị dehydro hóa trực tiếp tạo ra hợp chất thơm. CH3 CH3 + 3H2 (+50 KCal/mol) (1) Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh. Khi càng tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì hiệu suất hydrocacbon thơm sẽ tăng lên. Theo nghiên cứu cho th ấy, việc tăng tỷ số H2/RH nguyên liệu có ảnh hưởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hóa naphten và sự ảnh hưởng này có thể bù lại bằng việc tăng nhiệt độ của quá trình. Khi hàm lượng hydrocacbon naphten trong nguyên liệu cao, quá trình reforming sẽ làm tăng rõ ràng hàm lượng của hydrocacbon. Do đó cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc tăng hydrocacbon thơm có trị số octan cao cho xăng, hoặc để nhận hydrocacbon thơm riêng biệt (B, T, X). Sự tăng trị số octan của xăng cũng còn phụ thuộc vào hàm lượng n-parafin chưa bị biến đổi chứa trong sản phẩm vì chúng có trị số octan khá thấp. Vì v ậy, ngoài phản ứng dehydrohoá naphten, cũng cần phải tiến hành các phản ứng khác sao cho đảm bảo được hiệu quả của quá trình reforming. Phản ứng dehydro hóa naphten, trong đó đặc trưng nhất là phản ứng dehydro hóa xyclohexan và dẫn xuất của nó, có tốc độ khá lớn khi ta dùng xúc tác có chứa Pt. Năng lượng hoạt hóa nhỏ khoảng 20 Kcal/mol. Phản ứng đồng phân hóa naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh lại là phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp (5 Kcal/mol), nên khi tăng nhi ệt độ thì cân bằng chuyển dịch về phía tạo vòng naphten 5 cạnh. Ví dụ: CH3 + 3H2 Hµ Ngäc Thµnh 10 §HBK Hµ Néi –K45
  11. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Ở đây phản ứng chính của reforming ở 500oC, nồng độ cân bằng của metyl xyclopertan là 95%, còn của xyclohexan ch ỉ là 5%. Nh ưng t ốc đ ộ phản ứng dehydro hóa xảy ra nhanh mà cân bằng của ph ản ứng đ ồng phân hóa có điều kiện chuyển hóa thành xyclohexan và trong phản ứng, n ồng đ ộ của naphten chưa bị chuyển hóa chỉ còn 5%. Như vậy, nh ờ phản ứng dehydro hóa naphten có tốc độ cao mà trong quá trình reforming ta s ẽ nh ận được nhiều hydrocacbon thơm và hydro. Do phản ứng thu nhiệt m ạnh , người ta phải tiến hành phản ứng nối tiếp trong nhiều thiết bị phản ứng để nhận được độ chuyển hoá cao cần thiết . ngoài ra còn có các phản ứng dehydro hoá parafin tạo olefin , tuy nhiên hàm lượng không đáng kể . C9H20 C9H18 + H2 CnH2n +2 CnH2n + H2 1.1.2.phản ứng dehydro vòng hoá n-parafin: Phương trình tổng quát có dạng: R-C-C-C-C-C-C + 4H2 ( Q = 60 kcal/mol ) Phản ứng dehydro vòng hoá n-parafin xảy ra khó hơn so với phản ứng của naphten .Chỉ ở nhiệt độ cao mới có thể nhận được hiệu suất hydrocacbon thơm đáng kể . Khi tăng chiều dài mạch cacbon trong parafin ,hằng số cân bằng tạo hydrocacbon thơm cũng được tăng lên , điều đó thể hiện ở số liệu trong bảng 1 R Bảng 1 : ảnh hưởng của nhiệt độ và chiều dài mạch cacbon tới hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng hoá parafin [ 7-1 ] Phản ứng 400 0k 6000k 8000k n-C6H14 → C6H6 + 4H2 3,82 . 10-12 0,67 3, 68 . 105 n-C7H16 → C7H8 +4H2 6,54 .10-10 31,77 9,03 . 106 n-C8H18 → C6H5C2H5+H2 7,18 .10-10 39,54 1,17 . 107 Hµ Ngäc Thµnh 11 §HBK Hµ Néi –K45
  12. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác n- C9H20 → C6H5C3H7+4H2 1,42 .10-9 65,02 1,81 . 107 Khi tăng nhiệt độ ,hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng hoá parafin tăng lên rất nhanh ,nhanh hơn so với cả phản ứng dehydro hoá naphten . Nhưng tốc độ phản ứng dehydro vòng hoá lại rất nh ạy v ới s ự thay đổi áp suất hoặc tỉ số hydro trên hydrocacbon nguyên liệu . Năng lượng hoạt động của phản ứng thay đổi từ 25 đến 40 kcal / mol , khi dùng xúc tác Cr2O3 /AL2O3Còn khi dùng xúc tác pt/AL2O3 là từ 20 đến 30 Kcal / mol . Tốc độ phản ứng tăng khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân t ử parafin , điều đó dẫn tới hàm lượng hydrocacbon thơm trong sản phẩm phản ứng cũng tăng lên . Số liệu trong bảng 2 thể hiện rõ điều này . Bảng 2 :dehydro vòng hoá parafin trên xúc tác pt Loại RD . 150 ở điều kiện t0 = 496 0 C , p = 15 KG /Cm 2. tốc độ không gian thể tích truyền nguyên liệu V/ H / V bằng 2,0 – 2,6 . tỷ số H2/ RH = 5 [ 7- 2 ] Nguyên liệu Hydrocacbon thơm , % khối độ chuyển hoá % V lượng / nguyên liệu n- C7H16 39,8 57,0 n- C12H26 60,2 67,0 Dehydro vòng hoá parafin để tạo hydrocacbon thơm là một trong những phản ứng quang trọng nhất của reforming xúc tác . Nhờ phản ứng này mà cho phép biến đổi một lượng lớn các hợp chất có trị số octan th ấp của nguyên liệu thành các hydrocacbon thơm là các cấu tử có trị số octan cao . ( ví dụ : trị số octan của n-C7 = 0 còn rị số octan của toluen = 120 ). Phản ứng xảy ra ưu tiên và tạo thành các dẫn xuất của bengen với số lượng cực đại , nhóm metyl dính xung quanh , nếu nh ư nguyên li ệu cho phép . Chẳng hạn ở 465 0 C , nếu nguyên liệu là 2,3 – dimetyl hexan thì phản ứng vòng hoá xảy ra còn khó hơn nữa . Nhưng nếu ta tăng nhiệt độ lên trên 510 0 C , thì hiệu suất hydrocacbon thơm từ các hợp chất trên lại Hµ Ngäc Thµnh 12 §HBK Hµ Néi –K45
  13. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác tăng lên nhờ phản ứng đồng phân hoá làm thay đổi cấu trúc c ủa mạch alkyl . Hµ Ngäc Thµnh 13 §HBK Hµ Néi –K45
  14. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác %mol Bennze %mol Toluen 100 18 kg/cm2 100 P=18 kg/cm2 H2/RH=10 80 H2/RH=4 80 H2/RH=4 H2/RH=4 35 ktg/cm2 35 ktg/cm2 60 60 H2/RH=10 H2/RH=10 H2/RH=4 40 40 H2/RH=10 TOC TOC 20 510 n-C 20 7 480 n-C 6 445 500 550 0 400 450 500 510 Hình.2.cân bằng n-C6 – benzen trong Hình.3.cân bằng n-C7-toluen phản ứng dehydro vòng hoá trong ph ản ứng dehydro vòng hoá 1.1.3 Phản ứng isomehoá: Người ta thường chia phản ứng hydroIsome hoá thành hai loại: a.phản ứng Isome hoá n-parafin : Các phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan là các phản ứng toả nhiệt nhẹ .Bảng 3 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các isome từ các cấu tử riêng. Cấu tử ΔH298 , kcal/mol C5:2-metylbutan ( isopentan) -1,92 2,2-dimetylpropan (neopentan) -4,67 C6 : 2-metylpentan (isohexan) -1,70 3-metylpentan -1,06 2,2-dimetylbutan ( neohexan) -4,39 2,3-dimetylbutan -2,59 Hµ Ngäc Thµnh 14 §HBK Hµ Néi –K45
  15. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Bảng 3: nhiệt phản ứng để tạo thành các isome từ các cấu t ử riêng Do các phản ứng isome hoá là toả nhiệt nên về mặt nhiệt động học , phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt đ ộ .Mặt khác , ph ản ứng isome hoá n-parafin là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng th ể tích , vì thế cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ . Nhi ệt đ ộ thấp tạo điều kiện tạo thành các isome và cho phép nh ận được h ỗn h ợp ở điều kiện cân bằng và có trị số octan cao. Đồ th ị hình 4 (a,b,c) cho th ấy s ự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của các isome vào nhi ệt độ c ủa ph ản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan được xây dựng từ tính toán và từ thực nghiệm . Từ đồ thị cho thấy khi tăng nhiệt độ , nồng đ ộ c ủa các isome đ ều giảm , còn nồng độ của các n-parafin tăng . Cũng từ đồ thị (hình 4) cho thấy , nếu to < 200 0C sẽ thiết lập được một hỗn hợp cân bằng có trị số octan cao . 100 100 C6 1.2-metylpentan C5 2.3-hexan 3.3-metylpentan 4.2,2-dimetylbutan 75 75 %mol 5.2,3-dimetylbutan Iso-pentan 50 50 4 1 n-pentan 2 25 25 3 neopentan 5 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 toC → toC → --- tính toán — thực nghiệm Hình 4: Sự phụ thuộc giữa nồng độ cân bằng của các isome vào nhiệt độ của phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan n - parafin iso - parafin + ∆Q = 2 Kcal/mol Hµ Ngäc Thµnh 15 §HBK Hµ Néi –K45
  16. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác với thiết bị phản ứng reforming xúc tác ở điều kiện 5000C và xúc tác Pt/AL2O3 , thì cân bằng đạt được trong vùng ph ản ứng của thi ết b ị nh ư sau : Với n - C6 là 30%; n - C5 là 40%; n - C4 là 60% Các phản ứng này có vai trò quan trọng trong qúa trình reforming xúc tác vì Với các n - parafin nhẹ, sự isome hóa làm cải thiện trị số octan. VD: NO của n - C5 là 62, trong khi đó NO của iso - c5 là trên 80. Với các n - parafin cao hơn C5, phản ứng isomehóa dễ xảy ra, nhưng nó chỉ làm tăng không nhiều NO vì còn có mặt các n - parafin ch ưa bi ến đ ổi trong sản phẩm phản ứng. VD: n - C7 có NO = 0; còn trimetylbutan có NO = 110 và hỗn hợp c 7 ở điều kiện cân bằng của phản ứng isomehoá chỉ có NO = 55. Do đó mà phản ứng isome hóa tốt nhất nên tiến hành với n - parafin nh ẹ C 5 hoặc C6). vì khi đó sản phẩm có trị số octan cao hơn khi tiến hành isome hoá với n- parafin cao hơn. .Olefin cũng có thể bị isome hóa nhưng thường là hydro isome hóa do sự có mặt của hydro trong môi trường phản ứng. Hepten - 1 + H2 → 2-metylhexan Phản ứng này lấy đi một lượng hydro làm giảm áp suất của quá trình , tạo điều kiện cho phản ứng chính của quá trình reforming , tuy nhiên v ới hàm lượng nhỏ nên ảnh hưởng không nhiều đến quá trình phản ứng . .phản ứng isome hoá alxyl xyClopentan thành xyclohexan: R R' ΔQ = 4 ÷ 6 KCal/mol Hµ Ngäc Thµnh 16 §HBK Hµ Néi –K45
  17. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác R' + 3H2 + ΔQ = - 50 KCal/mol Ngoài ra còn có phản ứng isome hóa alkyl thơm CH3 C2H5 CH3 → 1.1.4 Phản ứng hydro hóa: Phản ứng này xảy ra với olefin trong nguyên liệu để tạo thành parafin. Phản ứng thực hiện dễ dàng trong điều kiện của quá trình reforming. Thành phần olefin cũng có thể chuyển hóa trực tiếp thành aromatic, nhưng không đáng kể. Đây cũng là một phản ứng quan trọng vì nó chuyển hóa các hydrocacbon chưa no thành hydrocacbon no làm giảm sự tạo cốc gây nên sự khử hoặc hoạt tính các xúc tác. 1.1.5 Phản ứng hydrocracking và naphten: Phản ứng hydrocracking: Đây là phản ứng cracking với sự có mặt của hydro phản ứng dễ gãy mạch tạo thành hai parafin khác. Đây là phản ứng không mong muốn của quá trình . ở các điều kiện nhất định có thể xảy ra cracking sâu tạo khí và sản phẩm nhẹ và giảm thể tích sản phẩm lỏng và đồng thời cũng làm giảm hiệu suất hydro (vì tiêu tốn trong phản ứng). Do vậy hiệu suất sẽ giảm, phản ứng này xảy ra khá chậm và ch ủ y ếu được xúc tác bởi chức năng axit của xúc tác. n - C9H20 + H2 → n - C5H12 + C4H10 n - C9H20 + H2 → n - CH4 + n - C8H18 CnH2n+2 + H2 → CmH2m +2 + CpH2p+2 Đối với parafin, thường xảy ra các phản ứng hydrocracking và hydrogenolyse. Hµ Ngäc Thµnh 17 §HBK Hµ Néi –K45
  18. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác R - C - C - R1 + H2 ⇔ R - CH3 (iso) + R1 - CH3 (iso) + ∆Q=11 Kcal/mol. R - C - C - R1 + H2 ⇔ R2 - CH3 + CH4 (phản ứng hydro genolyse) . Naphten cũng có khả năng tham gia phản ứng hydrocracking. Giai đoạn đầu tiên của phản ứng này là đứt vòng với s ự có mặt c ủa hydro, t ạo thành parafin R1 . + H2 ⇔ R3H ⇔ R4H + R3H + Σ∆Q = 20 KCal/mol R2 Hydrocacbon thơm cũng có thể bị hydrodealkyl hóa RH + H2 ⇔ C6H6 + RH + ∆Q = 12 ÷ 13 Kcal/mol Sản phẩm của quá trình là các hợp chất iso parafin chi ếm ph ần ch ủ yếu và vì phản ứng cũng xảy ra theo cơ chế ioncacboni nên sản phẩm khí thường chứa nhiều C3, C4 và C5, rất ít C1 và C2. Nhưng nếu tăng nhiệt độ cao hơn nữa thì sẽ tăng hàm lượng C 1 và C2, vì lúc này tốc độ phản ứng hydrogenolyse sẽ cạnh tranh với tốc độ phản ứng cracking xúc tác. Khi đó metan sẽ được tạo ra với số lượng đáng kể. Tác dụng của phản ứng này trong quá trình reforming là đã góp phần làm tăng NO cho sản ph ẩm vì đã tạo ra nhiều iso parafin, làm giảm thể tích sản phẩm lỏng và gi ảm hiệu suất hydro. 1.1.6 Nhóm các phản ứng tách các nguyên tố dị thể: Hµ Ngäc Thµnh 18 §HBK Hµ Néi –K45
  19. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Nếu trong nguyên liệu có các chất chứa S,N,O sẽ xảy ra các phản ứng tách các nguyên tố dị thể đó ra khỏi phân đoạn . .Tách nitơ (Hydrodenitơ): + 5H2 → C5H12 + NH3 N pyridin C-C-C-C + 4H2 → + NH3 N Quinolin Hµ Ngäc Thµnh 19 §HBK Hµ Néi –K45
  20. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác C C C C + 4H2 → C-C-C-C + NH3 N Pyrol .Tách lưu huỳnh (Hydrodesunfua): S + 4H2 → C5H12 + H2S CH3  Mecaptan R-SH + 2H2 → RH + H2S  Sunfit R-S-R + 2H2 → 2RH + H2S  Disunfit R-S-S-R + 3H2 → 2RH + 2H2S  Thiophen + 4H2 → C-C-C-C + H2S S .Tách oxy: ROH + H2 → RH + H2 O Đây là những phản ứng làm giảm hàm lượng lưu huỳnh, nitơ trong xăng, làm giảm khả năng mất hoạt tính và kéo dài tuổi thọ của xúc tác ,do đó nó là phản ứng phụ có lợi. 1.1.7 Phản ứng tạo cốc: Sự tạo cốc trong quá trình reforming là không mong muốn nh ưng do sự tương tác của olefin, diolefin và các hợp chất thơm đa vòng ngưng t ụ trên tâm hoạt tính xúc tác . 2 -2H2 -2H2 Hµ Ngäc Thµnh 20 §HBK Hµ Néi –K45

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

AMBIENT
Đồng bộ tài khoản