zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng Cracking nhiệt

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Báo xấu

131
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quá trình cracking nhiệt là một quá trình phân hủy dưới tác dụng đơn thuần của nhiệt, các hiđrôcacbon bị phân hủy gãy đứt mạch cacbon tạo ra những hidrocacbon có phân tử lượng bé hơn. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo "Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng Cracking nhiệt".

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng Cracking nhiệt

Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 3 PHẦN I: MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 4 PHẦN II: QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT. .............................................................. 7 I. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH VÀ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG. ............. 7 II. CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ..... 7 III. CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ........................ 9 1. SỰ BIẾN ĐỔI CÁC HYDROCACBON PARAFIN: ......................... 9 A. THUYẾT TỰ DO. ............................................................................... 11 B. THEO THUYẾT PHÂN HUỶ PHÂN TỬ............................................ 13 2. SỰ BIẾN ĐỐI CỦA CÁC HỢP CHẤT OLEFIN. ............................ 14 3. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC HYDRO CACBON NAPHTEN ............. 15 4. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC HYĐROCACBON THƠM..................... 15 5.SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC HỢP CHẤT LƢU HUỲNH..................... 16 IV. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ................ 16 V. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT .................................................................................................... 17 L. NHIỆT ĐỘ....................................................................................... 17 2. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG. ..................................................................... 18 3. THỜI GIAN PHẢN ỨNG. ............................................................... 18 4. ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT . ..................................................... 18 5. NGUYÊN LIỆU. .............................................................................. 18 VI. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ................. 19 1. SẢN PHẨM KHÍ ............................................................................. 19 2. SẢN PHẦM LỎNG: ........................................................................ 21 A. XĂNG CRACKING NHIỆT. ............................................................... 21 B. SẢN PHẨM GASOIL CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ......... 23 C. SẢN PHẨM CẶN CRACKING NHIỆT. ............................................. 23 PHẦN II : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA LÒ............................................. 24 Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 1
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt I. TÍNH QUÁ TRÌNH CHÁY . .............................................................. 25 1. XÁC ĐỊNH NHIỆT CHÁY CỦA NGUYÊN LIỆU THEO CÔNG THỨC SAU .................................................................................... 25 2. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ THEO PHẦN TRĂM TRỌNG LƢỢNG ............................................................................ 26 3. XÁC ĐỊNH LƢỢNG KHÔNG KHÍ LÝ THUYÊT CẦN ĐỂĐỐT CHÁY 1KG KHÔNG KHÍ THEO CÔNG THỨC SAU.................. 27 4. XÁC ĐỊNH LƢỢNG KHÔNG KHÍ THỰC TẾ CẦN ĐẾ ĐỐT CHÁY 1 KG KHÍ. ...................................................................................... 27 5. XÁC ĐỊNH LƢỢNG SẢN PHẨM CHÁY ĐƢỢC TẠO THÀNH KHI ĐỐT CHÁY 1 KG NHIÊN LIỆU. .................................................. 27 6. XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH SẢN PHẨM CHÁY KHI ĐỐT CHÁY 1 KG NHIÊN LIỆU Ở ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN. ................................ 28 7. XÁC ĐỊNH HÀM NHIỆT CỦA CÁC SẢN PHẨM CHÁY Ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU THEO PHƢƠNG TRÌNH SAU: .......... 28 2. THÀNH PHẦN CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM NHIỆT PHÂN. ................................................................................ 30 PHẦN III: SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ CỦA PHÂN XƢỞNG CRACKING NHIỆT ........ 32 I. NGUYÊN LÝ HOẠT DỘNG CỦA SƠ ĐỒ CRACKING NHIỆT. .. 32 II. LÒ ỐNG. ............................................................................................ 33 III. THIẾT BỊ BAY HƠI. ...................................................................... 34 IV. THIẾT BỊ CHƢNG TÁCH SẢN PHẨM. ....................................... 34 KẾT LUẬN .................................................................................................................... 35 Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 2
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Hiếu, Công nghệ chế biến dầu, Nhà xuất Bản Khoa học và Kỹ thuật. 2. Trần Mạnh Trí, Hoá học Dầu mỏ và Khí, ĐHBK - Hà Nội năm 1976 3. Tính toán các quá trình công nghệ - ĐHBK - Hà Nội 4. Đinh Thị Ngọ, Hoá học dầu mỏ và khí,Nhà xuất Bản Khoa học và Kỹ thuật. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 3
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt PHẦN I: MỞ ĐẦU Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và nghành công nghiệp phát triển, đòi hỏi cao về nguyên, nhiên liệu cung cấp Cho nền kinh tế quốc dân nói chung và nghành hoá nói riêng. Nhằm thoả mãn mọi nhu cầu của xă hội phục vụ đời sống con ngƣời với phƣơng châm không dùng “động thực vật làmn nguyên liệu, sử dụng nguồn nguyên liệu, nhiên liệu làm chủ yếu” thì cho đến nay dầu mỏ là nguồn chính đáp ứng đòi hỏi trên. Chính vì vậy công nghiệp chế biến dầu mỏ có tầm quan trọng đặc biệt, nó không chỉ cung cấp nhiên liệu cho các động cơ, máy móc, mà còn cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác. Việc chế biến dầu mỏ bằng phƣơng pháp vật ly thông thƣờng không còn đáp ứng nổi vồ số lƣợng cõng nhƣ chất lƣợng. Do vậy đòi hỏi trong công nghệ lọc hoá dầu phải có các phƣơng pháp hoá học khác làm tăng hiệu suất sản phẩm dầu mỏ thƣơng phẩm, đồng thời thu đƣợc các sản phẩm dầu mỏ có chất lƣợng cần thiết. Chính vì vậy trong công nghiệp chế biến dầu mỏ và các quá trình chuyển hoá hoá học dƣới tác dụng của nhiệt đƣợc sử dụng nhằm chế biến diầu mỏ và các phân đoạn dầu mỏ khác nhau để thu các loại nhiên liệu và các loại nguyên liệu cho công nghiệp tổn hợp hoá học cũng đóng một vai trò tƣơng dối quan trọng: Tuỳ theo mục đích thu sản phẩm, nguyên liệu sử dụng và chế dộ công nghệ mà quá trình có thể chia các quá trình chuyển hoá hoá học dƣới tác dụng của nhiệt nhƣ sau: - Quá trình cracking nhiệt - Quá trình nhiệt phân ( pyrôly) - Quá tlmh cốc hoá - Quá trình vibrekirlg Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 4
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Đây là các quá trình biến đổi nguyêu liệu dầu mỏ dƣới tác dụng của nhiệt độ cao thành các sản phẩm rắn, lỏng và khí. Thành phần về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng của sản phẩm cuối đƣợc quyết định bởi các thông số công nghệ của quá trình nhƣ: nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng. Quá trình biến đổi nguyên liệu là quá trình phức tạp xảy ra hàng loạt các phản ứng vừa nối 'tiếp vừa song song. Trong các quá trình chế biến nhiệt khử cấu trúc có hai vấn đề quan trọng cần phải giải quyết. + Ngăn ngừa sự tạo thành cốc trong ống phản ứng hay trong các thiết bị trao đổi nhiệt. + Đảm bảo hiệu quả sử dụng cao các trang thiết bị trong dây chuyền. Trong những qúa trình chuyển hoá hoá học dƣới lác dụng của nhiệt ở trên thì quá trình cracking nhiệt chiếm một vị trí tƣơng đói quan trọng trong công nghệ lọc dầu. Quá trình crácking nhiệl là một quá lrình phân huỷ dƣới tác dụng đơn thuần của nhiệt, các hiđrôcacbon bị phân huỷ gãy đứt mạch cacbon tạo ra những hidrocacbon có phâh tử lựong bé hơn. Quá trình có thể thực hiện ở nhiệt độ 420 ~ 5500C và ở điều kiện áp suất tƣơng đối cao: 20 - 70 at. Mục đích của quá trình này nhằm tăng hiệu suất sản phẩm trắng dầu trắng (xăng, gasoil) của mỏ chế biến, ngoài ra còn để thu một số khí chủ yếu là khí olêfin. Để điều chỉnh theo sự mong muốn tăng hiệu suất cao lên, nếu muốn tăng hiệu suất khí olêfin thì ta điều chỉnh cho áp suất thấp xuống. Trƣớc chiến tranh thế giới thứ hai cracking nhiệt độ là một quá trình hoá học chủ yếu để tăng lƣợng xăng, nhƣng trong những thập kỷ gần đây nó không còn đƣợc dùng để sản xuất xăng nữa mà chủ yếu để sản xuất các hidrocacbon để cung cấp cho công nghiệp hoá dầu. Trong đó phải kể đến CH4, C2H2, C7H6, butadien, isopre, styren hàng năm ngƣời ta sản xuất hàng triệu tấn C2H4, 6 – 7 triệu tấn dầu mỏ. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 5
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Nguyên liệu cracking nhiệt phổ biến nhất là phân đoạn gasol nặng của quá trình cracking xúc tác hay cặn của quá trình làm sạch. Chất lƣợng của nguyên liệu là thông số quan trọng xác định chất lƣợng của sản phẩm khi điều kiện cracking không thay đổi, nhƣng nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Đồng thời hàm lƣợng các RH trong nguyên liệu có ảnh hƣởng quyết định đên chất lƣợng sản phẩm. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 6
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt PHẦN II: QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT. I. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH VÀ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG. 1. Khái niệm: Cracking nhiệt là quá trình phân huỷ dƣới tác dụng của nhiệt, thực hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 470 đến 5400C, áp suất 20 đến 70at. 2. Mục đích: Mục đích quá trình nhằm thu hồi xăng từ phần nặng, một số olêfin sử dụng trong công nghiệp tổng hợp dầu. 3. Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu từ phần gasoil đến cặn nặng của dầu, cặn mazút. Thành phần về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng của sản phẩm cuối đƣợc quyết định bởi các thông sô công nghệ của quá trình nhƣ nhiệt độ , áp suất, thời gian phản ứng. Quá trình biến đổi nguyên liệu là một quá trình phức tạp, trong đó xảy ra hàng loạt các phản ứng vừa song song vừa nối tiếp. trong quá trình chế biến nhiệt khử cấu trúc có hai vấn đề quan trọng cần lƣu ý dó là: - Ngăn ngừa sự tạo cốc trong suốt phản ứng hay trong các thiết bị trao đổi nhiệt - Đảm bảo hiệu quả sử dụng cao trong các thiết bị , trong các dây truyền. Muốn vậy ta hãy nghiên cứu động học của quá trình, cơ chế của quá trình. II. CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT Phản ứng cracking nhiệt đƣợc biểu diễn bình thƣờng ở nhiệt độ thay đổi từ 850 - l3500F và ở áp suất 1000Psia.Trong các điều kiện này các phản ứng quan trọng đƣợc diễn ra bởi các hydrocacbon là các liên kết C – C, phản ứng dellydro hoá , lsornehoá và polime hoá. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 7
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Trƣớc tiên là những phản ứng quan trọng nhất, các phản ứng cracking nhiệt thuận nghịch thu nhiệt của các phân tử parafin hoặc các mạch bên tạo ra chuỗi phân tử có khối lƣợng phân tử nhẹ hơn, thƣờng thƣờng cho ta một 1 parafin nhẹ hơn và một olêfin Ví dụ: R – CH2 – CH2 – CH2 – R’  R – CH = CH2 + CH3 – R’ Các olcfin cũng có thể đƣợc tạo ra do các phản ứng dehydro hoá của các parafin. R – CH2 – CH3 R – CH = CH2 + H2 Các phản úng này cũng là các phản ứng thu nhiệt và xảy ra theo cơ chế gốt tự do, các olêfin cũng có thể tự bẻ gãy mạch. Phán ứng izome hoá CH3 - CH2 – CH = CH2 CH3 – CH = CH2 – CH3 Phản ứng dehydro hoá. CH3 - CH2 – CH = CH2 CH2 = CH – CH = CH2 + H2 Phản ứng polillle hoá. ch3 ch3 2c h 2 c h 2 c h = c h 2 ch3 c ch2 c = ch2 ch3 ch3 Hai phản ứng đầu là hai phản ƣng thu nhiệt trong khi đó phản ứng polime hoá lại là phản ứng toả nhiệt. Các naphten vòng đơn bền vững hơn các parafin hoặc các olefin mặc dù ở nhiệt độ cao vòng đơn bị phân huỷ, các phán ứng dehydro hoá cũng có thể xuất hiện thay vì các vòng naphtenic không no hoặc các vòng thơm. Các hợp chất thơm là các hydrocacbon khó nóng chảy. và độ bền của các hợp chất thơm phụ thuộc vào độ bền của mạch bên. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 8
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Cốc hoá tạo ra trong phản ứng phụ nhƣng nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình cracking nhiệt, mặc dừ cơ chế quá trình cốc hoá tạo ra là khó hiểu. Kết quả của sự thoái biến kéo dài của các phân tử có khối lƣợng phân tử lớn tạo ra lƣợng khí tăng (khí khô) và các hợp chất policylic có tỷ lệ H2/C thấp. Ở nhiệt độ và áp suất thƣờng đƣợc ứng dụng trong quá trình cracking nhiệt các olefin tạo ra trong quá trìmh cracking nhiệt parafin có xu hƣớng đi tới phản ứng polime hoá trong sản phẩm có khối lƣợng phân tử cao. Các phân tử này chúng tự bẻ gãy mạch và poly hoá lại, thành phần H2 của chúng tiếp tục bị giảm. Ngoài ra các olefin này còn tham gia phản ứng ngƣng tụ với các hợp chất vòng. Những hợp chất này bị chuyển hoá tạo thành than có khối lƣợng phân tử cao và cốc dầu mỏ có tỷ H2/CO. III. CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT . Sự chuyển hoá hoá học các phân đoạn dầu mỏ và dầu mỏ dƣới tác dụng của nhiệt là quá trình rất phức tạp. Nguyên liệu dầu mỏ gồm số lƣợng lớn các cấu tử riêng biệt. Dƣới tác dụng của nhiệt độ cao sự biến đổi rất phức tạp nên không thể theo dõi đƣợc từng cấu tử riêng biệt của nguyên liệu. Vì vậy trên thực tế phải theo dõi hiệu suất sản phẩm có giá trị của quá trình nhƣ: sản phẩm xăng, khí gasoil, cốc hay theo thành phần nhóm của xăng. Và nghiên cứu sự chuyển hoá hoá học dƣới tác dụng của nhiệt, các hydrocacbon riêng lẻ đƣa đến kết luận đặc trƣng đối với dạng hydrocacbon của dãy hydrocacbon đó. 1. Sự biến đổi các hydrocacbon parafin: Sự tính toán nhiệt động học chỉ cho thấy rằng các hydrocacbon bắt đầu từ pentan trở lên. Khi tăng nhiệt độ phản ứng phân huỷ đút mạch ở vị trí liên kết C - C tạo thành hydrocacbon parafin mới và olêfin mới có trọng lƣợng phân tử nhỏ hơn. CnH2n+2  CmH2m + CqH2q+2 Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 9
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Nếu các parafin tạo thành còn phân huỷ đƣợc thì vẫn tiếp tục phân huỷ. Các hydrocacbon có trọng lƣợng phân tử thấp nhƣ Etan, propan, butan . . có độ bền nhiệt cao nên ở điều kiện nhiệt độ cao thì bị phân huỷ và có thể bị phân huỷ và có thể bị phân hủy thành olêfin và hydro. CnH2n+2  CqH2q+2 + H2 Sự phân huỷ các parafin có thể xảy ra ở tất cả các vị trí liên kết mạch C- C. Vị trí đứt mạch ở đầu mạch hay giữa mạch phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và áp suất nhiệt độ càng cao và áp suất càng thấp thì vị trí đứt mạch C – C càng nghiêng về cuối mạch và nhƣ vậy hiệu suất sản phẩm khí càng tăng, còn hiệu suất sản phẩm lỏng lại giảm. C – C- C – C - C – C – C - / C Khi nhiệt độ gần 4500C và áp suất tƣơng điối cao thì vị trí đứt mạch cacbon C – C- C – C -/ C – C- C – C và cho ta hiệu suất sản phẩm lỏng tăng lên.Vì thế cho nên nếu với mục đích tăng hiệu suất sản phẩm xăng thì ngƣời ta thƣờng cracking nhiệt ở điều kiện áp suất cao. Trong dẫy parafin metal là chất có độ bền cao nhất nó chỉ có liên kết C - H, phân huỷ nó để tạo thành C và hydro cần nhiệt độ rất cao (gần 15000C). 0 CH4  1500 C  C  2H2 Còn đối với êtan thì điều kiện nhiệt độ phân huỷ có thấp hơn: 0 C2H6  700 C  C2H4  H2 Khi trọng lƣợng phân tử càng tăng thì vai trò phản ứng khử hydiro càng giảm. Ví dụ đối với propan có thể xảy ra theo hai chiều hƣớng: C2H4 + CH4 6000C C2H6 C3H6 + H2 Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 10
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Đối với butan ở điều kiện nhiệt độ 500 - 6000C. Sự phân huỷ sẽ xảy ra ở tất cả các vị trí của liên kết C - C và mức độ khử H2 thì không lớn lắm: 60% CH4 + C3H6 500-6000C n – C4H10 30% C2H6 + C2H4 10% C4H8 + H2 Còn đối với izo - butan thì ngƣợc lại ở điều kiện nhiệt độ nhƣ trên nhƣng phản ứng chủ yếu là khử hydro: 70% Izo – C4H6 + H2 500-6000C Izo – C4H10 28% CH64 + C3H6 2% C2H6 +C2 H4 Nói chung đối với các hydrocacbon parafin có số cacbon trong mạch lớn hơn 4 ở điều kiện cracking nhiệt thì sự đứt mạch thƣờng xảy ra ở trung tâm mạch cacbon. Sự phân huỷ hydrocacbon parafin dƣới tác dụng của nhiệt thƣờng đƣợc giải thích theo hai thuyết sau đây: a. Thuyết tự do. Theo thuyết gốc tự do (hay thuyết chuỗi) của Raixơ và đa số các nhà bác học đều giải thích theo chiều hƣớng của thuyết này. Theo thuyết này cơ chế phân huỷ hydrocacbon parapin sẽ nhƣ sau: * Sự phân huỷ đầu tiên của một phân tử hydrocacbon parafin luôn luôn xảy ra ở liên kết C - C vì năng lƣợng phân ly của liên kết C- C yếu hơn liên kết C- H. Kết quả của sự phân huỷ theo liên kết C- C tạo thành các gốc tự do và các gốc này có trọng lƣợng phân tử khác nhau: Ví dụ: R – R’  R0 + R0' Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 11
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt C7H6  C4 H9o + C3H70 * Ở Điều kiện áp suất thƣờng hay áp suất thấp và ở điều kiện nhiệt độ 6000C chỉ có nguyên tử H0 , gốc metyl (CH3) và gốc elyl (C2H5) là có khả năng tồn tại độc lập trong một thời gian ngắn cho nên lúc gặp các phân tử ban dầu các gốc này gọi là các gốc lự do. * Các gốc có trọng lƣợng phân tử lớn hơn các gốc kể trên trong điều kiện nhƣ trên không bền mặc dù chỉ trong khoảnh khắc mà bị phân huỷ trƣớc khi chƣa kịp gặp các phân tử ban đầu và tạo thành các gốc metyl, etyl, H là các gốc tự do và một số gốc mới và olefin mới. Ví dụ: C4H8 + CH30 C5H110’ C5H10 + H0 Nhƣ vậy ta thấy rằng nồng độ các gốc tự do trong hỗn hợp phản ứng ngày càng dƣợc tăng lên. * : Các gốc tự do vừa đƣợc lạo thành nói trên gặp phải các phân tử hydrocacbon ban đầu sẽ xảy ra phản ứng với chúng và sinh ra phản ứng dây chuyền tạo các gốc mới: R'H +Ho H2 + H0 R'H + Ro  RH + R0 C4H1O + CH30  CH4 + C4H90 Kết quả của sự va đập gốc tự do với phân tử ban đầu của nguyên liệu sẽ tách hydro khỏi hydiro parafin. Sự tách này sẽ xảy ra ở bậc ba  CH và bậc hai CH2 và bậc một CH3 của nguyên tử cacbon và sinh ra các gốc có cấu trúc khác nhau. Ví dụ nhƣ khi nhiệt phân propan: Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 12
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt CH3 – CH2 – CH2 – CH3  CH3 – CH0 – CH3 + CH4 CH3 – CH2 – CH3 + CH30  CH3 – CH2 – CH20 + CH4 Ở Nhiệt độ 600oC sự tách hydro xảy ra ở vị trí bậc hai và bậc một của các nguyên tử cacbon với tỷ lệ 1:2. Thời gian tồn tại cuả các gốc tự do rất ngắn khoáng 1.10-3 + 1.10-4 giây, vì thế với thời gian ngắn này chúng chỉ đủ để gặp các phân tử ban đầu của nguyên liệu chƣa bị phân huỷ. Năng lƣợng hoạt hoá của dạng phản ứng này là 10 - 20 Kcal/mol có nghĩa là nhỏ hơn nhiều so với parafin bị phân huỷ trực tiếp. Các gốc tự do sinh ra liên tục trong suốt quá trình phất triển phản ứng chuỗi nhƣ vậy sẽ có phần rất lớn các phân tử ban đầu là hydrocacbonpalafin lôi cuốn vào phản úng để tham gia cùng với các gốc tự do đƣợc sinh ra. Vì thế phần lớn sản phẩm của phản ứng nhận đƣợc là do sự phát triển của phản ứng chuỗi thông qua các gốc tự do chứ không phải là sự phân huỷ trực tiếp đứt lạch của các bon. Phản ứng phân huỷ trực tiếp chỉ phục vụ thời gian đầu tiên của cả quá trình chuyển hoá. Khi va chạm các gốc tự do với nhau sẽ xáy ra sự đứt mạch và tạo ra các parfin ổn định có trọng lƣợng phân tử thấp hoặc tạo thành phân tử hydro. R0 + H0  RH H0 + H0  R2 R0 + R’  RR’ Kết quả là trong sản phân của phản ứng sẽ thu góp đƣợc hydro parafin có trọng lƣợng phân tử thấp và H2. b. Theo thuyết phân huỷ phân tử Giải thích theo thuyết này thì phản ứng đầu tiên của sự chuyển hoá dƣới tác dụng của nhiệt chỉ là sự chuyển nhóm trong nội bộ phân tử, rồi sau đó mới xảy ra sự phân huỷ tạo ra phân tử mới có trọng lƣợng nhỏ hơn. Theo thuyết Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 13
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt này khi biến đổi parafin cho rằng không lạo ra hợp chất trung gian bền nào nhƣ theo thuyết gốc tự do của Raixo.... Sự chuyển nhóm trong nội bộ phân tử sẽ dẫn đến sự ion hoá trong nội bộ hai nguyên tử các bon cạnh nhau làm cho một nguyên tử cacbon sẽ mang điện tích hoá trị, khi nguyên tử cacbon mang diện tích âm giao động thì sẽ kéo theo nguyên tử hydro từ cacbon bên cạch vào mình sau đó phân tử parafin sẽ phân huỷ trực tiếp ngay thành hydro và olefin theo phƣơng trình sau: Cm+nH2(m+n)+2  CnH2n + 2 + CmH2m 2. Sự biến đối của các hợp chất olefin. Trong dầu thô ban đầu, hàm lƣợng olefin không dáng kể, nhƣng dƣới tác dụng của nhiệt độ cao các hợp chất olefin sẽ đƣợc tạo thành. Chúng có khả năng phản ứng cao hơn so với parafin. Hydrocacbon olefin biến đổi đa dạng hơn và cũng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tiến hành phản ứng (nhiệt độ, áp suất) ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao các hydrocacbon olefin có trọng lƣợng phân tử thấp dễ bị trùng hợp. Phản ứng trùng hợp càng mạnh nếu áp suất càng cao. Nhƣng nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại giảm xuống, nhƣờng chỗ cho phản ứng phân huỷ. Và nếu thời gian lƣu trong vùng phản ứng càng lâu thì sự phân huỷ xảy ra càng mãnh liệt. Cơ chế phân huỷ giống nhƣ cơ chế phản ứng phân huỷ parafin nhƣng phản ứng thuận lợi là đút mạch liên kết C – C ở vị trí  so với nối đôi . Ngoài phản ứng trùng hợp, phân huỷ, các hydrocacbon olefin còn tham gia phản ứng ngƣng tụ, alkyl hoá với các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm lạo ra các hợp chất cao phân tử và cuối cùng tạo thành nhựa và cốc. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 14
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt 3. Sự biến đổi của các hydro cacbon naphten RH naphten có độ bền nhiệt cao hơn so với parafin có cùng số nguyên tử cacbon trong mạch. Các biến đổi đặc trƣng của hydro cacbon naphten ở nhiệt độ cao là thƣờng xảy ra các phản ứng ƣu tiên theo thứ tự sau: - Phản ứng khử nhánh alky hoá. Khử hydro tạo olefin vòng và sau đó tiếp tục tạo thành hydirocacbon thơm - Phân huỷ vòng đối với các naphten đa vòng thành naphten đơn vòng. - Khử naphten đơn vòng thành parafin và olefin hay diolifin Nhƣ vậy rõ ràng là các naphten khi tham gia phản ứng phân huỷ nhiệt, và sản phẩm lạo thành có đặc trƣng no hơn so với parafin, và có xu hƣớng tạo thànil nhiều các sản phẩm có khối lƣợng trung bình, nghĩa là cho phép tạo nhiều sản phẩm lỏng hơn so với parafin .' 4. Sự biến đổi của các hyđrocacbon thơm. Ở nhiệt độ cao sự biến đổi của các hyarocacbon thơm xảy ra theo quy luật sau. Khử nhánh alkyl. - Các gốc thơm ngƣng tụ với nhau, khử hydro tạo thành gốc mới có phân tử lƣợng lớn hơn và nhiều vòng thơm hơn, cuối cùng phát triển thành các hợp chất cao phân tử gọi là các boit lay gọi là cốc. Nhƣ vậy cốc dầu mỏ khác với cacbon nguyên tố ở chỗ chúng là hệ vòng thơm có độ ngƣng tụ cao. Cốc tạo ra thƣờng lắng đọng, bám vào thành ống phản ứng hay thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm tốc độ truyền nhiệt cũng nhƣ làm giảm năng suất bơm, tăng chi phí vận hành. Nếu nhƣ quá trình của chúng ta không nhằm mục đích sản xuất cốc thì sự có mặt của hydrocacbon thơm đa vòng là hoàn toàn không có lợi cho quá trình. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 15
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt 5.Sự biến đổi của các hợp chất lƣu huỳnh. Các hợp chất lƣu huỳnh nằm trong nguyên liệu dƣới dạng mercaptan…. nói chung các hợp chất lƣu huỳnh có độ bền nhiệt kém, có một số hợp chất bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ 160 - 2000C nhƣng lại có một số lại rất bền nhƣ benzoliophen, khi phân huỷ các hợp chất chứa lƣu huỳnh thƣờng lạo ra H2S. Nhƣ Vậy khí Cracking nhiệt nguyên liệu có lƣu huỳnh thƣờng có lẫn H2S và phân huỷ các hợp chất lƣu huỳnh cũng lạo thành các lƣu huỳnh nguyên tố ở thể lỏng. Nhƣ Mercaptan, chúng chuyển vào trong phân đoạn xăng và cũng có thể tách ra lƣu huỳnh ở trạng thái tự do. IV. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT . ABG AR Trong đó : A là nguyên liệu cracking nhiệt B là sản phẩm xăng R là sản phầm khí G cặn cracking nhiệt và cốc. Tốc độ các giai đoạn của quá trình đƣợc biểu diễn bằng các phƣơng trình sau ( với giả thiết tất cả các giai đoạn là đơn phân tử). d  x  z  k  a   x  z  y  dt  k1  a   x  z  y  dy dt dz  k 2 .x dt Ở đây: Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 16
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt a: là số mol nguyên tử ban dầu A x y,z : số mol của A đã biến đổi thành xăng, cặn cracking, cốc tƣơng ứng. k: hằng số tốc độ biến đổi A thành xăng và khí kl hằng số biến đổi A thành cặn cracking và cốc k2 hằng số tốc độ biến đổi xăng thành khí t thời gian phản ứng Từ các phƣơng trình trên ta tìm đƣợc: x a.k k  k1  k 2  e k 2t  e  1   kk t  a.k1  e  2  kk y k  k1 x  y  z  a 1  e   k  k1  t    Thời gian phản ứng đến khi đạt hiệu suất xăng cực đại sẽ là. ln  k  k1  lnk 2  t max  k  k1  k 2 V. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT . l. Nhiệt độ. Khi ta tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng cracking tăng theo quy luật hàm số mũ, trong khoảng nhiệt độ cho trƣớc, sự thay đổi về các thông số thời gian và nhiệt độ, là có tác dụng tƣơng hỗ lẫn nhau. Để giữ cho độ sâu biến đổi là nhƣ nhau, khi tăng nhiệt độ thì cần thiết giảm thời gian phản ứng. Đại lƣợng nhiệt độ là một thông số hết sức quan trọng khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng phân huỷ tăng lên và ngƣợc lại khi giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại tăng. Giảm nhiệt độ cracking sẽ làm giảm tốc độ các phản ứng đa tụ. Nhƣ vậy để tăng các sản phẩm phân huỷ khí, lỏng và giảm hiệu suất các sản phẩm đa tụ (nhựa , cốc) thì cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng cao ứng Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 17
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt với thời gian phản ứng thích hợp. Đó là nhiệm vụ chính của quá trình cracking nhiệt còn đối với quá trình cốc hoá ở đây sản phẩm chính là cốc thì quá trình có hiệu suất tốt khi nhiệt độ phản ứng nằm trong khoảng nhiệt độ phù hợp. 2. Tốc độ phản ứng. Tốc độ phản ứng của quá trình cracking nhiệt hydrocacbon là mạnh nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Phản ứng Cracking nhiệt ban đầu ở khoảng nhiệt độ 600 – 7000F nó phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu để tiến hành cracking. 3. Thời gian phản ứng. Nếu nhiệt độ tăng và thời gian phản ứng tăng thì nguyên liệu dễ dàng bị phân huỷ. Tốc dộ phản ứng, phân huỷ kép Ở 280F và 8200F và 700F và 11100F.. 4. Ảnh hƣởng của áp suất . Ảnh hƣởng của áp suất là quan trọng nhất trong (quá trình cracking nhiệt là dể xác định trạng thái pha của hệ cũng nhƣ chiều hƣớng và tốc độ của phản ứng xảy ra. Ảnh hƣởng của sự phân bố sản phẩm trong quá trình cracking ở áp suất thấp (từ áp suất khí quyển đến áp suất l00Psia và ở nhiệt độ cao lớn hơn 10000F) thì phản ứng đƣợc tiến hành trong pha hơi. Áp suất khi cracking trong phân đoạn gasoil nhẹ cần phải đƣợc đảm bảo trong trạng thái lỏng của tác nhân phản ứng bởi vì trạng thái lỏng tạo điều kiện tốt cho quá trình cracking nhiệt không tạo ra sự quá nhiệt cục bộ, sự tạo cốc là cực tiểu. Nếu cracking cặn nặng phải giữ cho hệ thống ở trạng thái pha hỗn hợp hơi lỏng. 5. Nguyên liệu. Nguyên liệu của quá trình cracking nhiệt phổ biến nhất là phân đoạn Mazut của quá trình chƣng cất trực tiếp, phân đoạn gasoil nặng của quá trình Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 18
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt cracking xúc tác hay cặn nặng của quá trình làm sạch. Chất lƣợng của nguyên liệu là một thông số quan trọng xác định chất lƣợng sản phẩm tạo ra. Khì điều kiện cracking nhiệt không thay đổi, nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần cất khác nhau thì sẽ cho ta kết quả khác nhau. Khi ta tăng giới hạn nhiệt dộ sôi của nguyên liệu thì tốc độ phản ứng cũng tăng lên, điều này dƣợc chỉ ra ở bảng sau: Ảnh hƣởng giới hạn nhiệt độ sôi của phân đoạn đến hiệu suất xăng khi cracking nhiệt. Nguyên liệu Giới hạn nhiệt độ sôi 0C Hiệu suất xăng, %klg Ligroil 108 – 220 12,1 Kerosen 220 – 270 14,9 Gasoil 270 – 300 15,8 Xola 300 – 350 18 Đồng thời hàm lƣợng các hydro cacbon trong nguyên liệu có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng sản phẩm sau khi cracking nhiệt. VI. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT Sản phẩm thu đƣợc từ quá trình là sản phẩm khi đến nhiên liệu nặng nhƣng sản phẩm chính là sản phẩm xăng. 1. Sản phẩm khí Khí cracking nhiệt thành phần gồm có các hydro cacbon nhẹ sau: Metal, etal, propan, n-butan, isobutan và khí elifin nhƣ etylen propylen, butylen và có lẫn một ít khí H2S. Hàm lƣợng các cấu tử khí trong thành phần khí phụ thuộc vào chất lƣợng nguyên liệu và chế độ công nghệ nhiệt độ và áp suất của quá trình. Thành phần khí là 1 hàm số của nhiệt độ và áp suất. Dƣới đây là một ví dụ về thành phần khí trung bình của các quá trình dƣới tác dụng nhiệt. Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 19
Thiết kế phân xƣởng Cracking nhiệt Cracking nhiệt ở Cracking nhiệt ở Cấu tử khí Pyroly áp suất cao áp suất thấp H2 5 9,0 10 CH4 37 27,0 40 – 45 C2H6 18 22,0 6 – 10 C3H8 16 2,5 1–2 n-C4H10 4 1,0 - i-C4H10 2 - - C2H4 4 25,0 20 – 28 C3H6 9 15,0 12 – 15 n-C4H8 4 7,0 2–3 i-C4H8 1 - - C4H6 (divynyl) - - 1,5 So sánh thành phần của khí ở bảng trên ta rút ra kết luận 1. Trong số các hydro cacbon nằm trong khí thì metal chiếm nhiều nhất. 2. Hàm lƣợng khí etal nằm trong khí cracking nhiệt ở áp suất cao và áp suất thấp hầu nhƣ tƣơng đƣơng nhƣng trong khí pyroly thì giảm đi nhiều. Tổng hàm lƣợng propan và butan trong khí cracking nhiệt nói chung khá cao, song khi nhiệt độ tăng cao thì những cấu nhiệt độ tăng cao nhƣng quá trình poroly thì những cấu tử này hầu nhƣ bị phân huỷ hết. 4. Hàm lƣợng hydrocacbon olêfin tăng nên khi nhiệt độ của quá trình tăng đặc biệt là elylen. Cụ thể hàm lƣợng olefin ở quá trình pyroly tăng lên nhiều còn ở quá trình cracking ở điều kiện áp suất cao chúng giảm đi rất nhiều. 5. Hàm lƣợng etylen propylen trong khí pyroly và cracking nhiệt áp suất thấp rất cao trong khi dó trong khí cracking ở áp suất cao chúng chỉ chiếm Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng

172 tài liệu

841 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.