Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

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 nhiệt 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:

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
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
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác

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 tốc độ phản 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 sản phẩm của quá trình
. Trong quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của xúc tác thì quá
trình reforming xúc tác chiếm một vị trí quan trọng 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 thể thiếu trong công nghiệp 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 số octan . Ngày nay người ta sử
dụng xăng của quá trình reforming cho động cơ thì chất lượng đảm bảo hơn
,ít ảnh hưởng đến môi trường hơn
Hµ Ngäc Thµnh 6 §HBK Hµ Néi –K45
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 sạch , rẻ

isome hóa. Ngoài ra còn các phản ứng phụ , tuy không làm ảnh nhiều đến cân
Hµ Ngäc Thµnh 8 §HBK Hµ Néi –K45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
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 , lưu huỳnh
thành H
2
S ,NH
3
, H
2
O.
 Phản ứng phân huỷ các hợp chất chứa kim loại và halogen phản ứng
ngưng tụ các hợp chất trung gian không bền như 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 thường dùng áp
suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (RCC)
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 thường là xyclopentan và
xyclohexan
Hµ Ngäc Thµnh 9 §HBK Hµ Néi –K45
M/ A

Demethylation
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.
CH
3
CH
3

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 thấy,
việc tăng tỷ số H
2
/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 vậy, 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 nhiệt độ thì cân
bằng chuyển dịch về phía tạo vòng naphten 5 cạnh.

C
9
H
18
+ H
2
C
n
H
2n +2
C
n
H
2n
+ H
2
1.1.2.phản ứng dehydro vòng hoá n-parafin:
Phương trình tổng quát có dạng:
R-C-C-C-C-C-C + 4H
2
( 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
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
0

R

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
n-C
7
H
16
→ C
7
H
8
+4H
2

6,54 .10
-10
31,77 9,03 . 10
6
n-C
8
H
18
→ C
6
H
5
C
2
H
5

2
O
3
/AL
2
O
3
Còn khi dùng xúc tác pt/AL
2
O
3
là từ 20 đến 30 Kcal / mol . Tốc
độ phản ứng tăng khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân tử 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 t
0
= 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 H
2
/ RH = 5 [ 7- 2 ]

Nguyên liệu Hydrocacbon thơm , % khối
lượng / nguyên liệu
độ chuyển hoá % V

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
Hình.2.cân bằng n-C
6
– benzen trong Hình.3.cân bằng n-C
7
-toluen
phản ứng dehydro vòng hoá trong phản 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 ΔH
298
, kcal/mol
C
5
:2-metylbutan ( isopentan)
2,2-dimetylpropan (neopentan)
C
6
: 2-metylpentan (isohexan)
3-metylpentan
2,2-dimetylbutan ( neohexan)
2,3-dimetylbutan
-1,92

60
40 20
n-C
7
0
n-C
6
P=18 kg/cm
2
18 kg/cm
2
H
2
/RH=4
H
2
/RH=10
H
2
/RH=10
100
80
60
40 20

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
với thiết bị phản ứng reforming xúc tác ở điều kiện 500
0
C và xúc tác
Pt/AL
2
O
3
, thì cân bằng đạt được trong vùng phản ứng của thiết bị như sau :
Hµ Ngäc Thµnh 15 §HBK Hµ Néi –K45
t
o
C →
t
o
C →
Iso-pentan
n-pentan
neopentan
4
5
1
2
3
C
6
100
75

5
là trên 80.
Với các n - parafin cao hơn C
5
, phản ứng isomehóa dễ xảy ra, nhưng
nó chỉ làm tăng không nhiều NO vì còn có mặt các n - parafin chưa biến đổi
trong sản phẩm phản ứng.
VD: n - C
7
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 nhẹ C
5
hoặc C
6
). 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 + H
2
→ 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 với 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

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 chủ yếu được xúc tác bởi
chức năng axit của xúc tác.
n - C
9
H
20
+ H
2
→ n - C
5
H
12
+ C
4
H
10

n - C
9
H
20
+ H
2
→ n - CH
4
+ n - C
8
H
18

+ H
2
⇔ R
2
- CH
3
+ CH
4
(phản ứng hydro genolyse) .
Hµ Ngäc Thµnh 17 §HBK Hµ Néi –K45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
Naphten cũng có khả năng tham gia phản ứng hydrocracking. Giai
đoạn đầu tiên của phản ứng này là đứt vòng với sự có mặt của hydro, tạo
thành parafin
.
+ H
2
⇔ R
3
H ⇔ R
4
H + R
3
H + Σ∆Q = 20 KCal/mol
Hydrocacbon thơm cũng có thể bị hydrodealkyl hóa

+ H
2
⇔ C
6

2
→ C
5
H
12
+ NH
3
Hµ Ngäc Thµnh 18 §HBK Hµ Néi –K45
N
C-C-C-C
N
RH
R
2
R
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
pyridin
+ 4H
2
→ + NH
3
Quinolin
Hµ Ngäc Thµnh 19 §HBK Hµ Néi –K45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
C C
C C + 4H
2
→ C-C-C-C + NH
3

2
→ C-C-C-C + H
2
S
.Tách oxy:
ROH + H
2
→ RH + H
2
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 nhưng do
sự tương tác của olefin, diolefin và các hợp chất thơm đa vòng ngưng tụ trên
tâm hoạt tính xúc tác .
2 -2H
2
-2H
2Hµ Ngäc Thµnh 20 §HBK Hµ Néi –K45
CH
3
S
S
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác

n-C
6
→ benzen + H
2
Năng lượng hoạt hoá của các phản ứng có giá trị trong khoảng 20 đến
45 kcal/mol :
→ + 3H
2
E
A
= 20 kcal/mol
n-C
7
→ iso-C
7
E
A
= 25kcal/mol
Hµ Ngäc Thµnh 21 §HBK Hµ Néi –K45
CH
3
CH
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
n-C
7
→ ∑ C
1
- C
6

2
-H
2
-H
2
+ + +
-H
2
-H
2
-H
2
-H
+
-H
+
-H
+
+H
+
+H
+
+H
+
R
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
Với cơ chế đóng vòng của 3 cacboncation trên khi reforming n - C
6
,
thì không phải vòng 6 được tạo ra đầu tiên mà chính là các hợp chất vòng 5 đã

)
(đóng vòng)
C
1 ÷
C
5
Hình 7:Sơ đồ biểu diễn sự
chuyển hóa cyclohexan thành benzen
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
Hµ Ngäc Thµnh 24 §HBK Hµ Néi –K45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác
Trong đó: + Chiều thẳng đứng: phản ứng trên tâm kim loại
+ Chiều nằm ngang: phản ứng trên tâm axit.
 Phản ứng trên tâm axit:
Trong các điều kiện reforming thì trên chất mang có thể xảy ra các
phản ứng đồng phân hóa, phá vỡ hoặc đóng vòng, mở vòng hoặc thu nhỏ
vòng hydrocacbon. Tất cả các phản ứng trên đều xảy ra theo cơ chế
ioncacboni. Giai đoạn quan trọng nhất là giai đoạn tạo ioncacboni trên tâm
axit. Tốc độ tạo thành ioncacboni và sự chuyển hóa tiếp theo của nó theo
những hướng khác nhau được quyết định trước hết bởi cấu trúc hydrocacbon
tham gia phản ứng và bản chất tâm axit trên bề mặt chất mang.
*Các phản ứng trên tâm kim loại:
Theo thuyết đa vị Baladin thì hai phản ứng dehydro hóa cyclohexan
và dehydro hoá benzen đều xảy ra theo cơ chế hấp thụ liên tục trên bề mặt
một số kim loại như: Pt, Ni, Co, Pd, Rh Phân tử cyclohexan bị hấp phụ tại
tâm hoạt động gồm có 6 điểm. Phản ứng dehydro hóa sẽ xảy ra khi cả 6
nguyên tử hydro bị tách loại khỏi nguyên tử cyclohexan một cách đồng thời.
Sau này cùng với sự phát triển của lý thuyết phức π và những phương
pháp nghiên cứu hiện đại đồng thời cũng phổ biến một quan niệm khác về cơ
chế dehydro hoá cyclohexan. Theo cơ chế này phân tử cyclohexan lần lượt bị