MỞ ĐẦU
Trong công nghệ chế biến dầu mỏ. Các quá trình chuyển hoá hoá học dưới tác
dụng của nhiệt và xúc tác được sử dụng rộng rãi để chế biến các phân đoạn dầu
mỏ khác nhau, thu các loại hợp chất hữu cơ làm nhiên liệu và nguyên liệu cho
tổng hợp hoá học như : Sản xuất chất dẻo, cao su, sợi tơ tổng hợp, phân bón, các
chất hoạt động bề mặt tẩy rửa
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng quá trình chế biến bao gồm
các quá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác, reforming, irome hoá, polime hoá đặc
biệt là quá trình cracking xúc tác và reforming xúc tác đóng vai trò quan trọng để nâng
cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả
năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng, do đó có làm tăng tốc độ phản ứng
lên cao. Xúc tác cũng làm giảm nhiệt độ phản ứng.
Ngoài ra xúc tác còn có tính chọn lọc nó có khả năng làm tăng nhanh tốc độ,
phản ứng mong muốn trong cùng một điều kiện như nhau. Tính chất này được ứng dụng
để hướng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi để thu được sản phẩm chính của
quá trình với hiệu suất và chất lượng cao nhất.
Tuy nhiên trong quá trình làm việc ngoài các phản ứng có lợi xảy ra nhằm tạo ra
sản phẩm có chất lượng tốt và hiệu suất cao đồng thời các phản ứng phụ có hại cũng xảy
ra như phản ứng tạo cốc bám trên bề mặt của xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác. để
đảm bảo hoạt tính cho xúc tác làm việc thì phải tiến hành tái sinh xúc tác.
Trước thực trạng như vậy, yêu cầu thiết kế các phân xưởng tái sinh xúc tác chung
và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác
nói riêng là một đòi hỏi cần thiết.
Với mục đích như trên bản đồ án này đề cập một số nội dung chính như sau:
1
Cơ sở tạo cốc và tái sinh xúc tác
Giới thiệu sơ đồ nguyên lý quá trình tái sinh xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi.
Tính toán và thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống
cracking xúc tác.
2
PHẦN I

Trong quá trình chế biến dầu mỏ, các quá trình có xúc tác chiếm một vị trí quan
trọng trong đó cracking xúc tác là điển hình . Xúc tác có tác dụng :
- Làm giảm năng lượng hoạt hoá, tăng tốc độ phản ứng
- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng
- Tăng tính chất chọn lọc ( Hướng phản ứng theo hướng cần thiết )
Sự phát triển và cải tiến quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp chế biến
dầu mỏ, ngoài việc cải thiện về nguyên vật liệu hệ thống thiết bị, chế độ công nghệ thì
ta thấy cái chính là do sự phát triển cải tiến trong việc sử dụng chất xúc tác .
Xúc tác được dùng trong cracking thường là xúc tác rắn, xốp, có nguồn gốc thiên
nhiên hay tổng hợp, với bề mặt bên trong lớn .
Vào những năm 1919 –1920 người ta đã dùng xúc tác AlCl
3
trong hệ thống
cracking để sản xuất xăng. Xúc tác AlCl
3
cho phép tiến hành cracking ở nhiệt độ thấp
200 –300
O
C. Nhưng trong quá trình sử dụng người ta thấy có những nhược điểm như:
Xúc tác bị mất mát nhiều do tạo phức với Hyđrô Cacbon của nguyên liệu, điều kiện tiếp
xúc giữa xúc tác và nguyên liệu không tốt, cho hiệu suất và chất lượng xăng thấp.
Về sau này người ta nghiên cứu sử dụng Alumo silicát vô định hình mà đầu tiên
là đất sét bentonite. Năm 1936 ở Liên Xô cũ đã sử dụng xúc tác Alumôsicats ở quy mô
4
công nghiệp. Sử dụng đất sét thiên nhiên làm xúc tác cracking người ta thấy hoạt tính
của nó thấp. Vì vậy người ta tiến hành tổng hợp Alumô silicát trong các nhà máy chế tạo
xúc tác. Sau đó trong công nghệ chế biến dầu mỏ người ta dùng phổ biến xúc tác Alumô
silicát tổng hợp. Vì nó có hoạt tính và độ lựa chọn tương đối cao. Tuy vậy , hiện nay
việc cải thiện xúc tác vẫn không ngừng phát triển. Các chất xúc tác Alumô silicát chứa
zeolit đã và đang được nghiên cứu và sử dụng vào quá trình cracking xúc tác.

không có độ bền nhiệt thì có thể bị biến đổi cấu trúc dẫn đến làm giảm các tính chất của
xúc tác.
5. Xúc tác phải đảm bảo độ thuần nhất cao
Xúc tác cần đồng nhất về thành phần, về cấu trúc ,về hình dạng về kích thước.
Khi kích thước không đồng đều sẽ tạo ra những vùng phân lớp và có trở lực khác
nhau, do có sự phân lớp theo kích thước nên sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường của
thiết bị. Mặt khác khi kích thước không đồng đều làm tăng khả năng vỡ vụn dẫn đến mất
mát xúc tác. Cấu trúc lỗ xốp không đồng đều sẽ làm giảm bề mắt tiếp xúc dẫn đến làm
giảm hoạt tính xúc tác.
6. Xúc tác phải bền với những chất làm ngộ độc xúc tác.
6
Xúc tác phải chống có hiệu quả tác dụng gây ngộ độc của những hợp chất như
Nitơ, Lưu huỳnh, các kim loại nặng để kéo dài thời gian làm việc của xúc tác.
7. Xúc tác phải có khả năng tái sinh.
Đây là yêu cầu quan trọng trong quá trình sử dụng xúc tác. Xúc tác có khả
năng tái sinh thì sẽ nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình lượng tiêu hao xác tác
giảm xuống.
8. Xúc tác phải rễ sản suất và rẻ tiền.
Theo những yêu cầu trên nếu không yêu cầu đòi hỏi quá khắt khe thì ta thấy
Alumosilicát vô định hình có thể đáp ứng dụng làm chất xúc tác cho quá trình
Crackimg.
1.4 Những thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc

Xúc tác Cracking 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 càng nhanh , nếu ta
tiến hành quá trình công nghệ ở điều kiện 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 làm thay đổi các tính chất lý hoá của xúc tác . Nguyên

, SO
3
, ở nhiệt độ lớn
hơn 620
o
C ). Từ kinh nghiệm thao tác các công nghệ Cracking cho thấy rằng độ hoạt
tính của xúc tác có thể duy trì nếu ta cho thêm hơi nước vào nguyên liệu hay việc sử lý
trước và sau khi tái sinh xúc tác . Thêm hơi nước khi chế biến nguyên vật 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 luôn làm giảm độ hoạt tính và
độ chọn lọc của chất xúc tác .
Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và hơi nước làm giảm độ hoạt tính tổng
cộng của xúc tác . Khi áp dụng quá trình ở lớp sôi ( FCC) do cần duy trì ở điều kiện để
cốc Ýt 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 . Hơi nước cho vào còn có nhiệm vụ đẩy khí tái sinh
và khí sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác và cũng để chánh phần nào sự tạo cốc . Nhưng
nếu cho hơi nước vào nhiều thì sẽ 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 Cracking trong lò phản ứng . Hàm lượng cốc trên xúc tác khi ra khỏi có 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 chứa Zeolit lượng cốc tạo ra thường chiếm vào khỏang 1,3 ÷ 1,8
% khối lượng xúc tác . Còn sau khi tái sinh là 0,1 ÷ 0,05% khối lượng . Các hợp chất cơ
kim và các hợp chất có chứa Nitơ trong nguyên liệu đầu là các phần tử làm già hoá
8
nhanh xúc tác . Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự có mặt của các hợp chất Nitơ trong
nhiên liệu làm giảm hiệu suất xăng và các sản phẩm trắng .Ví dụ như khi hàm lượng
Nitơ tăng từ 0,1 đến 0,4% KL , hiệu suất xăng bị giảm đi tới hai lần , còn hiệu suất
Gasoil nhẹ cũng bị giảm đồmg thời làm hiệu suất cân nặng và Gasoil nặng tăng . Khi
tăng nhiệt độ, tác dụng có hại của các hợp chất Nitơ sẽ giảm.
Sự đầu độc xúc tác tới các kim loại cũng đã được nhiều nhà nghiên cứu đề cập tới

Naphtaxen, antraxen, phenapxen , phản ứng chính là phản ứng ngưng tụ tạo ra sản phẩm
cốc .
10
11
12
13
Như vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhận
được khi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyên tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon .
Trong quá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vì nó bám trên
tâm hoạt tính của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác . Vì vậy phải tiến hành tái sinh
xúc tác .
1.6 Tái sinh xúc tác

Xúc tác trong quá trình Cracking làm việc được một thời gian , cốc tạo thành do
một số phản ứng phụ có hại bám trên bề mặt xúc tác che phủ các tâm hoạt động cuả xúc
tác . Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác vì vậy hiệu quả của quá trình Cracking xúc
tác bị giảm .Để xúc tác làm việc bình thường ( các tính chất của xúc tác không hề thay
đổi ) thì người ta phải tiến hành tái sinh
Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác
bằng không khí nóng trong lò tái sinh xúc tác . Khả năng tái sinh của xúc tác là một đặc
tính quan trong của nó.
Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO
2
. Các phản ứng cháy
này toả nhiều nhiệt . Ngoài ra còn có các phản ứng khử các hợp chất lưu huỳnh . Các
phản ứng xẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả như sau :
C + O
2
→ CO
2

→ MeSO
4
MeSO
4
+ 4H
2
→MeO + H
2
S + 3H
2
O
Me : là kim loại
Nhiệt lượng toả ra được dùng cấp nhiệt cho xúc tác vào lò phản ứng ngoài ra còn
tận dụng để sản xuất hơi nước dùng trong khu liên hợp .
Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác đang được dùng và loại lò tái
sinh . Ví dụ đối với xúc tác Alumôsilicat tổng hợp tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 540 ÷680
o
C
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 cốc cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ , áp suất riêng phần của Oxy, hàm
lượng cốc bám trên xúc tác
Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lên cường độ cháy cốc : qua nghiên cứu cho thấy
nhiệt độ khoảng 540 ÷ 680
o
C tiến hành tái sinh là tốt nhất .
Nếu chóng ta tiến hành tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn ví dụ 450 ÷ 500
o
C thì quá
trình tái sinh xẩy ra chậm ( cường độ cháy cốc thấp ) cốc bám trên xúc tác cháy không

1
,K
2
: Hằng số
Vậy để tăng tốc độ tái sinh thì phải tăng nhiệt độ tái sinh (hiệu quả nhất ở vùng
động học ), tăng áp suất riêng phần của Oxy trong không khí , giảm đường kính các hạt
xúc tác , ví dụ xúc tác dạng cầu có đường kính D = 3 ÷ 3,5 mm có cường độ tái sinh cao
hơn 30 ÷ 40% so với xúc tác có D = 5 mm .
Xúc tác có đường kính lỗ xốp lớn và đồng đều thì quá trình tái sinh nhanh vì Oxy
dễ khuếch tán . Tuy vậy điều này bị giới hạn bởi độ bền của xúc tác và một số tính chất
khác của nó .
Việc tái sinh xúc tác thường không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác. Cốc
còn lại gọi là cốc cặn. Cốc cặn thường còn lại từ 0,1 ÷ 0,3 % trọng lượng xúc tác. Người
ta mong muốn lượng cốc cặn còn lại không quá 0,1%.
Tóm lại mức độ tái sinh xúc tác cần phải khống chế chặt chẽ để không chỉ đảm
bảo độ hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trường, vì thế không
nên có mặt của CO trong khí khói thải. Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ở
nhiệt độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến phá huỷ xúc tác . Sau khi tái sinh , hàm
lượng cốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác .
16
Quá trình tái sinh xúc tác bằng phương pháp đốt cốc chưa giải quyết được việc
khử các kim loại nặng hấp thụ trên xúc tác . Vì vậy để hoàn thiện quá trình tái sinh người
ta tiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các kim loại nặng , điều này được giải
quyết sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác .
17
CHƯƠNG II
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác
TRONG LỚP XÚC TÁC GIẢ SÔI
Hệ thống Cracking xúc tác trong lớp giả sôi được đưa vào sử dụng ở quy mô
công nghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay người ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạt

khí của thiết bị tái sinh . Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí
(14). Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụng
nhiệt (12). Và từ đây cho khí đi sang hệ thống lọc điện (13) để lọc sạch khí. Còn xúc tác
được giữ lại và quay trở lại tầng sôi.
♣Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crácking xúc tác.
19
20
21
Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873 ÷ 883 K . Vì vậy người ta xử lý chất xúc tác
đã bị cốc hoá ở trong thiết bị tái sinh bằng không khí theo hai giai đoạn :
1. Thổi không khí vào Zon thứ nhất để đốt , cháy từ 75 ÷ 80% lượng cốc nằm
trên xúc tác
2. Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 20÷25% lượng cốc còn lại . Nhiệt
toả ra ở giai đoạn này, để tránh quá nhiệt cho quá trình tái sinh , ta dùng một phần nhiệt
đó để sản xuất hơi nước.
Sau đó để đuổi hết khí tái sinh ra khỏi các mao quản của hạt xúc tác và ra khỏi
không gian giữa các hạt, người ta dùng hơi nước thu được ở giai đoạn hai của tái sinh
thổi ngược chiều với chất xúc tác
Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác được đưa từ Zon thứ hai
qua các lỗ vào vùng này. Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tác . Từ Zon thứ
ba này, chất xúc tác đã được tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nước đi ra
được cho qua thiết bị phản ứng trong hệ thống Crácking xúc tác
22
PHẦN II
thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốnG crAcking xúc
tác
Theo các số liệu đã cho :
- Lượng chất xúc tác tuần hoàn G
x
= 2578 T/h.

H 8,5
S 5,5
Phụ thuộc vào độ dư không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lượng
và mức độ xử lý chất xúc tác ở trong khí tái sinh mà tỷ lệ CO
2
/CO sẽ khác nhau. Lượng
CO
2
và CO tạo ra đặc trưng cho sự cháy hoàn toàn của C.
♣ Sau khi biết được lượng C trong cốc ( 86% khối lượng ở bảng 1) và giả thiết tỷ
lệ theo thể tích ( ở điều kiện chuẩn ) CO
2
/CO =1,85. Ta tính được lượng C trong 1 kg
cốc biến thành CO
2
và CO từ đó xác định được lượng sản phẩm Oxy hoá.
Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có :
86,0
2
=+
COCO
CC
(*)
Trong đó :
2
CO
C
và
CO
C

2
CO
C
và
CO
C
kg Cacbon
Từ (1) ta thấy : Để đốt cháy 1 kmol C thì cần 1 kmol O
2
để sản phẩm tạo thành là CO
2
.
Khi đó .
)/(67,332.1.
12
2
2
22
kgkgC
C
Cm
CO
CO
COCO
=+=
Tương tù ta tính lượng CO.
Từ (2) ta có : Để đốt cháy 1 Kmol C tạo thành CO thì cần 1/2 Kmol O
2
.
Khi đó:

28
.34,2
3
kgmC
C
V
CO
CO
CO
≈=
Từ kết quả chấp nhận trên ta có :
85,1
.87,1
87,1.
222
===
CO
CO
CO
CO
CO
CO
C
C
C
C
VC
CV
Vậy :
85,1