Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng Cr-acking xúc tác (FCC) năng suất 500.000 tấn/năm
Mục lục
Mở đầu
4
Phần I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
5
I. Cơ chế của quá trình Cr-acking xúc tác 5
1. Giai đoạn tạo ion cacboni 5
2. Giai đoạn biến đổi ion cacboni 7
3. Giai đoạn dừng phản ứng 8
II. Động học cho quá trình Cr-acking xúc tác 8
III. Xúc tác cho quá trình Cr-acking 10
1. Vai trò của xúc tác trong quá trình 10
2. Những yêu cầu cần thiết đối với xúc tác 10
3. Xúc tác Cr-acking cổ điển 12
4. Zeolit và xúc tác chứa zeolit 13
5. Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc 17
6. Tái sinh xúc tác 19
7. Các dạng hình học của xúc tác 21
IV. Cr-acking xúc tác phân đoạn dầu mỏ 21
V. Nguyên liệu cho quá trình Cr-acking xúc tác 22
VI. Các sản phẩm của quá trình Cr-acking xúc tác 23
1. Khí hydrocacbon 23
2. Phân đoạn xăng 24
3. Phân đoạn sôi cao hơn 1950C
24
Phần II
DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Cr-ackING XÚC TÁC 25
I. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình Cr-acking xúc tác 25
1. Nhiệt độ 25
2. Áp suất 27
3. Mức độ chuyển hoá C 28
4. Tốc độ nạp liệu riêng 28
5. Tỷ lệ lượng xúc tác/nguyên liệu (X/RH) hay bội số tuần hoàn xúc tác 29
II. Dây chuyền công nghệ Cr-acking xúc tác 30
1. Lịch sử phát triển công nghệ Cr-acking xúc tác 30
2. Một số dây chuyền Cr-acking xúc tác tiêu biểu 32
3. Lựa chọn công nghệ Cr-acking xúc tác 35
4. Dây chuyền FCC với thời gian tiếp xúc ngắn 36
III. Hướng phát triển và cải tiến của FFC trong lọc dầu
39
Phần III
TÍNH TOÁN 40
I. Cân bằng vật chất 40
Kết luận 45
Tài liệu tham khảo 46
http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_thiet_ke_phan_xuong_Cr-acking_xuc_tac_fcc_nang_suat_500_akXMwVqqw6.png /tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-Cr-acking-xuc-tac-fcc-nang-suat-500-000-tannam-87666/ Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn. Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
n cơ, bền nhiệt hay điều chỉnh kích thước lỗ xốp.
Zeolit có hoạt tính Cr-acking lớn, vì thế người ta thường dùng nó ở dạng hỗn hợp với xúc tác vô định hình hay aluminosilicat tinh thể và được gọi là xúc tác chứa zeolit. Trong sản xuất xúc tác, người ta trộn 10 đến 20% (KL) zeolit và với thành phần như vậy, xúc tác cũng đã có hoạt tính mạnh, hơn hẳn xúc tác aluminosilicat thông thường. Hơn nữa các chỉ tiêu kinh tế cũng được cải thiện đáng kể .
Trong công nghiệp, người ta chế tạo xúc tác chứa zeolit ở hai dạng chính. Xúc tác dạng cầu và xúc tác dạng bột. Xúc tác dạng bột và sau đó cải tiến thành xúc tác vi cầu thường được áp dụng cho quá trình Cr-acking lớp sôi (FCC), còn xúc tác dạng cầu với kích thước hạt từ 3 đến 5 mm thường được dùng cho quá trình Cr-acking xúc tác chuyển động (TCC).
Ngoài yêu cầu về độ hoạt tính cao, xúc tác Cr-acking còn phải đáp ứng các yêu cầu khác, như phải bền nhiệt, bền cơ, không gây ăn mòn hay mài mòn thiết bị cũng như đảm bảo dễ khuếch tán nguyên liệu tới các tâm hoạt tính và sản phẩm từ bề mặt ra bên ngoài. Đảm bảo sự khuếch tán của oxy tới bề mặt xúc tác để dễ đốt cốc trong quá trình tái sinh, đồng thời giá thành chấp nhận được. Xuất phát từ các yêu cầu trên, người ta phải chọn các hợp phần thích hợp để chế tạo xúc tác.
+ Xúc tác chứa zeolit X và Y có kích thước lỗ khoảng 8 đến 10 Å được dùng để Cr-acking nguyên liệu có thành phần phân đoạn rộng (ví dụ gazoil). Khi đó các phân tử lớn của nguyên liệu vẫn có thể dễ dàng tới bề mặt của xúc tác, còn các phân tử nhỏ hơn có thể tiếp xúc với các tâm hoạt tính ở bề mặt trong của xúc tác. Vì cốc là hợp chất cao phân tử nên chúng thường tập trung ở bề mặt ngoài của xúc tác và do vậy tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đốt cháy cốc khi tái sinh xúc tác.
+ Zeolit loại X, Y, ZSM-5 (11) là loại có các tính chất thích hợp nhất cho quá trình Cr-acking xúc tác. Kích thước lỗ lớn của chúng xấp xỉ 10 Å sẽ cho phép khuếch tán dễ dàng các phân tử của nguyên liệu vào bề mặt lỗ xốp của chúng cũng như khuếch tán sản phẩm ra ngoài. Vì vậy chúng được sử dụng để chế tạo xúc tác Cr-acking công nghiệp. Thông thường các zeolit này là loại đã trao đổi cation (H+, NH4+ hay cation đa hóa trị) kết hợp với các phương pháp xử lý thích hợp và phối trộn với aluminosilicat vô định hình. Loại xúc tác này có độ hoạt tính cao hơn hàng trăm lần và có độ chọn lọc cao hơn so với xúc tác aluminosilicat thuần khiết. [4] Hiệu suất xăng tăng lên ít nhất là 20%, trong khi đó hiệu suất cốc và khí lại giảm khi tiến hành cùng ở một điều kiện.
Các đặc trưng cơ bản của xúc tác Cr-acking là: thành phần, trọng lượng rót, cấu trúc xốp, độ hoạt tính, thành phần cỡ hạt và độ bền.
Ngoài những ưu điểm trên xúc tác chứa zeolit vẫn còn một số nhược điểm như sau:
+ Giá thành sản xuất chúng cao
+ Nếu sử dụng xúc tác zeolit nguyên chất thì tốc độ trao đổi chất của quá trình phục hồi và trao đổi nhiệt bé hơn tốc độ chính bản thân phản ứng xúc tác. Vì vậy mà ta dùng xúc tác chứa zeolit (zeolit tẩm trên chất mang, 2 á 20% trên aluminosilicat tổng hợp).
So sánh hai loại xúc tác Aluminosilicat và zeolit. [6]
Aluminosilicat Zeolit
-Là chất vô định hình -Là chất kết tinh
-Hiệu suất thu hồi xăng 55.5% -Hiệu suất xăng thu hồi được 62% tiết
kiệm 20% dự trữ dầu mỏ)
-Hàm lượng cốc 5.6% -Cốc 4,1%
Zeolit làm tăng tốc độ phản ứng, rút ngắn thời gian xử lý nguyên liệu.
So sánh tốc độ phản ứng khi sử dụng hai loại xúc tác trên: [6]
Cr-acking Aluminosilicat ZeolitX (chứa Re) Tỷ lệ
n-C16H34 60 đơn vị 1000 đơn vị 17 lần
C2 H5 C2H5
140 2370 17
C2H5
C2H5
190 2420 13
C2H5 C2H5
205 953 4,7
Nói tóm lại, xúc tác chứa zeolit cho quá trình Cr-acking có nhiều ưu điểm hơn hẳn các xúc tác khác, nên hiện giờ đây ở các nước công nghiệp chế biến dầu mỏ và khí tiên tiến, người ta lần lượt thay thế xúc tác chứa zeolit cho aluminosilicat tổng hợp. Hiện nay người ta đang sử dụng xúc tác zeolit siêu bền, nó đáp ứng được mọi yêu cầu của xúc tác trong quá trình Cr-acking.
5. Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc . [1,4,6]
Xúc tác Cr-acking trong quá trình làm việc bị giảm hoạt tính và độ chọn lọc. Hiện tượng này người ta gọi là quá trình trơ hoá xúc tác. Quá trình trơ hoá xúc tác càng nhanh nếu ta tiến hành quá trình ở điều kiện công nghệ khó khăn, độ khắt khe tăng (ví dụ ở nhiệt độ quá cao, thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu). Ngoài ra còn xảy ra các quá trình khác làm tăng tốc độ trơ hoá. Chúng ta có thể phân quá trình trơ hoá xúc tác làm hai quá trình chính, đó là sự trơ hoá do tác dụng của các chất làm ngộ độc xúc tác và sự trơ hoá do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý - hoá của xúc tác.
Nguyên nhân của sự trơ hoá xúc tác có thể là do:
- Tác dụng của các độc tố như NH3, CO2 của các hợp chất lưu huỳnh mà đặc biệt là H2S ở nhiệt độ cao.
- Sự tích tụ các kim loại nặng dưới dạng các oxyt làm thay đổi chức năng của xúc tác.
- Sự tác động của nhiệt độ cao và hơi nước.
Các hợp chất khí tác dụng với xúc tác có thể chia làm 3 nhóm:
- Nhóm không tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 6200C như CO, CO2 và NH3.
- Nhóm làm giảm hoạt tính của xúc tác nhưng không làm giảm độ chọn lọc như hơi nước.
- Nhóm làm giảm độ chọn lọc của xúc tác (H2S ở nhiệt độ trên 4250C và NH3 , SO2, SO3 ở nhiệt độ trên 6200C).
Từ kinh nghiệm thao tác công nghệ Cr-acking cho thấy, hoạt tính của xúc tác có thể được duy trì nếu ta thêm hơi nước vào nguyên liệu, hay việc xử lý trước và sau khi tái sinh xúc tác. Thêm hơi nước khi chế biến nguyên liệu có lưu huỳnh sẽ có tác dụng âm vì khi đó lại làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩm của quá trình ăn mòn lại làm nhiễm bẩn xúc tác, dẫn tới làm giảm hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác.
Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và của hơi nước làm giảm hoạt tính tổng cộng của xúc tác. Khi áp dụng ở lớp sôi (FCC), do cần duy trì điều kiện để cốc ít lắng đọng trên xúc tác và xúc tác không bị quá nhiệt khi tái sinh, người ta phải đưa vào một lượng nhỏ hơi nước. Hơn nữa, cũng cần tránh sự tạo cốc quá ít, vì điều đó dẫn tới phá vỡ cân bằng nhiệt của hệ lò phản ứng và tái sinh, do nhiệt tạo ra trong quá trình tái sinh không đủ để bù nhiệt thu vào của các phản ứng Cr-acking trong lò phản ứng.
Hàm lượng cốc trên xúc tác khi ra khỏi lò phản ứng phụ thuộc vào lượng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống. Đối với đa số các quá trình FCC, khi dùng xúc tác zeolit, lượng cốc tạo ra thường chiếm vào khoảng 1,3 đến 1,8% KL xúc tác, còn sau khi tái sinh là 0,1 đến 0,05% KL.
Các hợp chất cơ kim và các hợp chất chứa nitơ trong nguyên liệu đều là các phần tử làm già hoá nhanh xúc tác. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự có mặt của các hợp chất nitơ trong nguyên liệu làm giảm hiệu suất xăng và các “sản phẩm trắng”. Ví dụ, hàm lượng nitơ tăng từ 0,1 đến 0,4% KL, hiệu suất xăng bị giảm đi tới 2 lần, còn hiệu suất gazoil nhẹ cũng bị giảm, đồng thời làm tăng hiệu suất cặn nặng và gazoil nặng. Khi tăng nhiệt độ, tác dụng có hại của các hợp chất nitơ sẽ giảm.
Sự đầu độc xúc tác bởi các kim loại cũng đã được nhiều nghiên cứu đề cập tới và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính của xúc tác. Khi lắng đọng các oxyt kim loại nặng trên xúc tác sẽ dẫn tới làm giảm độ sâu Cr-acking và giảm hiệu suất xăng do tăng quá trình tạo cốc.
Khi hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng thì hàm lượng các kim loại nặng như niken và vanadi cũng tăng theo, vì đa phần chúng đều tập trung ở phần cặn nặng và phân đoạn nhựa - asphan. Ví dụ, trong dầu mỏ có lưu huỳnh thì có tới 90% phức chất porphirin chứa vanadi, còn trong dầu chứa ít lưu huỳnh thì là phức với niken.
6. Tái sinh xúc tác.
Xúc tác trong quá trình Cr-acking làm việc được một thời gian sẽ có một lượng cốc tạo ra do một số phản ứng có hại, cốc sẽ bám lên bề mặt xúc tác làm che phủ các tâm hoạt động của xúc tác. Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính của xúc tác vì vậy hiệu quả quá trình Cr-acking xúc tác bị giảm. Để xúc tác làm việc bình thường (các tính chất của xúc tác không bị thay đổi) thì người ta phải tiến hành tái sinh xúc tác. Để tái sinh xúc tác người ta cần tiến hành đốt cốc bằng không khí nóng trong lò tái sinh. Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO2. Các phản ứng này toả nhiều nhiệt. Ngoài ra còn có phản ứng khử các hợp chất lưu huỳnh. Các phản ứng xảy ra khi tái sinh có thể miêu tả như sau:
1
2
1
2
1
2
C + O2 CO2 Q = 33,927 á 34,069 MJ/kg
C + O2 CO Q = 10,629 á 10,314 MJ/kg
CO + O2 CO2 Q = 23,650 á 23,755 MJ/kg
H2 + O2 H2O Q = 1210,043 á 1210,252 MJ/kg
S + O2 SO2 Q = 9,132 á 9,222 MJ/kg
SO2 + O2 SO3
MeO + SO3 MeSO4
MeSO4 + 4H2 MeO + H2S + 3H2
Nhiệt lượng toả ra được dùng để cấp nhiệt cho xúc tác mang vào lò phản ứng, ngoài ra còn tận dụng để sản xuất hơi nước dùng trong nhà máy.
Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cường độ cháy cốc, cường độ cháy cốc càng cao, quá trình tái sinh càng nhanh, thể tích thiết bị tái sinh yêu cầu càng nhỏ. Cường độ cháy cốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, áp suất riêng phần của oxy, hàm lượng cốc bám trên xúc tác, chất xúc tác v.v...
Y...
