BÁO CÁO THỰC TẬP-Thiết kế phân xưởng Refeforming xúc tác năng xuất 2,2 triệu tấn-năm với sơ đồ thiết bị xúc tác cố định

38 349 0
BÁO CÁO THỰC TẬP-Thiết kế phân xưởng Refeforming xúc tác năng xuất 2,2 triệu tấn-năm với sơ đồ thiết bị xúc tác cố định

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 1 Đề tài: Thiết kế phân xưởng Refeforming xúc tác năng xuất 2,2 triệu tấn/ năm với sơ đồ thiết bị xúc tác cố định. Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 2 Mục lục PHẦN CÔNG NGHỆ 18 II. Công nghệ Reforming 18 II.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình 18 II.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 19 II.1.2. Ảnh hưởng của áp suất 20 II.1.3. Tốc độ nạp liệu 21 II.1.4. Tỷ lệ hydro/hydrocacbon nguyên liệu 21 II.2. Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ 22 II.2.1. Giới thiệu chung 22 II.2.2 Một số sơ đồ dây chuyền công nghệ 28 II.2.2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình platforming của hãng UOP với lớp xúc tác cố định 28 II.2.2.2 Sơ đồ công nghệ quá trình magnaformig do hãng Chevron, sử dụng xúc tác Pt - Re 30 II.2.2.3 Dây chuyền reforming với lớp xúc tác chuyển động 32 II.2.2.4 Quá trình New reforming 36 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 3 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 học kỹ thuật, dầu mỏ đã trở thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hoá học. Trên cơ 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 chưa 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 nghiệp công nghiệp 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. 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. Quá trình reforming xúc tác Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 4 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. Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 5 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 sạch bằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình lọc dầu khác (như xăng của quá trình cốc hóa, xăng cracking nhiệt ). Quá trình này được tiến hành trên xúc tác hai chức năng thường chứa platin (trong hỗn hợp với các kim loại quý khác và một 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 sản xuất BTX (khi nguyên liệu và phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 310 - 340 o F) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hóa dầu. Ngoài ra, quá trình còn là nguồn thu hydro nhiều nhất và rẻ nhất. I.1. Các phản ứng xảy ra trong quá trình Reforming xúc tác Bao gồm các phản ứng: dehydro hóa các hydrocacbon naphten, dehydro vòng hóa các hydrocacbon parafin, đồng phân hóa, hydrocracking. Ngoài ra còn các phản ứng phụ, tuy không làm ảnh nhiều đến 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 , 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 . Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 6 500 0 C >500 0 C + 3 H 2 + 3 H 2 CH 3 CH 3 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.1.1. Các phản ứng dehydro hoá - Dehydro hoá cyclo alkal tạo hydro cacbon thơm: Ở 500 0 C thì năng lượng hoạt hoá của phản ứng tạo benzen là 51,6 Kcal/mol, còn tạo Cyclo hexan là 72,1 Kcal/mol. Vì vậy ở 500 0 C chỉ xảy ra phản ứng tạo benzen. Đây là những phản ứng thu nhiệt độ vì vậy khi tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì hiệu suất hydrocacbon thơm tăng lên. Ngoài ra khi hàm lượng hydrocacbon naphten tăng lên trong nguyên liệu thì quá trình Reforming sẽ tăng rõ ràng hàm lượng hydrocacbon thơm. Phản ứng tăng trị số octan của xăng còn phụ thuộc hàm lượng n-parafin chưa biến đổi trong sản phẩm vì chúng có trị số octan khá thấp (NO của n-heptan bằng 0). Do đó, ngoài phản ứng đề hydro hoá naphten còn phải tiến hành phản ứng khác sao cho đạt hiệu quả quá trình Reforming. - Dehydro hoá parafin tạo olefin: C 9 H 20 C 9 H 18 + H 2 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 7 n – C 7 H 16 + 3 H 2 CH 3 + 4 H 2 CH 3 n – C 7 H 14 - Dehydro hoá vòng hoá parafin hoặc olfin tạo chất thơm: Phản ứng dehydro vòng hoá n-parafin xảy ra khó khăn hơn so với naphten. Chỉ có ở nhiệt độ cao mới thu nhận được hiệu suất hydro cacbon tăng, hằng số cân bằng tạo hydro cacbon thơm cũng tăng lên . Bảng 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và chiều dài mạch cacbon tới hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng parafin. Phản ứng 400 0 K 600 0 K 850 0 K n - C 6 H 14 C 6 H 6 + 4H 2 3,82.10 -12 0,67 3,68.10 5 n - C 7 H 16 C 7 H 8 + 4H 2 6,54.10 -10 31,77 9,03.10 5 n - C 8 H 18 C 6 H 5 - C 2 H 5 + 4H 2 7,18.10 -10 39,54 1,17.10 7 n - C 9 H 20 C 6 H 5 – C 3 H 5 +4H 2 1,42.10 -9 65,02 1,81.10 7 Khi tăng nhiệt độ hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng hoá tăng rất nhanh, nhanh hơn naphten. Nhưng tốc độ hydro hoá lại rất nhạy so với sự thay đổi áp suất hoặc tỷ số H 2 /RH nguyên liệu. Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 8 450 500 P=18kg/cm 2 400 0 n-C 7 20 60 80 100 40 H 2 /RH=4 H 2 /RH=10 445 500 n – C 6 550 t 0 C H 2 /RH=10 18kg/cm 2 H 2 /RH=4 20 40 60 80 100 Hình 1 Hình 2 Hình 1: Cân bằng n - C 6 benzen trong phản ứng dehydro vòng hoá. Hình 2: Cân bằng n - C 7 toluen trong phản ứng dehydro vòng hoá. Dehydro vòng hoá để tạo hydro cacbon thơm là một trong những phản ứng quan trọng nhất của Reforming xúc tác vì nó biến đổi một lượng lớn các hợp chất có trị số octan thấp của nguyên liệu thành các hydrocacbon thơm là các cấu tử có trị số octan cao. I.1.2. Các phản ứng izome hoá - Izome hoá : n - parafin  izo - parafin Ví dụ: n - C 7 H 14  metyl hexan. - Hydro Izome hoá: Ví dụ: Heptan -1 + H 2  2 metyl hexan - Izome hoá alkyl: xyclopetan  xyclohexan CH 3 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 9 -Izome hoá alkyl thơm I.1.3. Các phản ứng hydro cracking parafin và naphten. - Đối với paraffin thường xảy ra phản ứng hydro cracking và hydrogemolyse: R-C-C-R 1 R-CH 3 (izo) + R 1 - CH 3 (izo) +  Q=11Kcal/mol R- C-C-R 1 R 2 -CH 3 + CH 4 : phản ứng hydrogenolyse - Đối với naphten: + H 2 R 3 H R 4 H + R 3 H +  Q = 20 Kcal/mol Ngoài ra cũng còn có các phản ứng hydrodealkyl hoá các hydrocacbon thơm: + H 2 C 6 H 6 + RH +  Q = 12 - 13 Kcal/mol I.1.4. Các phản ứng tách nguyên tố dị thể - Hydro denitơ: + 5H 2 C 5 H 12 + NH 3 C 2 H 5 CH 3 CH 3 R 2 R 1 +H 2 R R N Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 10 - Hydro desunfua: + 4H 2 C 5 H 12 + H 2 S - Tách oxy: ROH +H 2 RH +H 2 O Ngoài ra còn có các phản ứng phân huỷ các hợp chất kim loại halogen. I.1.5. Các phản ứng tạo cốc Đây là các phản ứng không mong muốn xảy ra trong quá trình Reforming nhưng do sự tương tác của olefin, diolefin và các hợp chất thơm đa vòng mà tạo thành cốc. Cốc sẽ khó tạo ra hơn ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và tỷ lệ H 2 /RH cao. Phản ứng tạo cốc là phản ứng phức tạp để hạn chế sự tạo cốc người ta phải sử dụng áp suất hydro vừa đủ sao cho cốc chỉ tạo ra khoảng 3-4% so với trọng lượng của các xúc tác trong khoảng thời gian từ 6 tháng đến 1 năm nhưng nếu tăng áp suất thì cản trở tạo các hydrocacbon thơm.Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất phải chú ý điều kiện các chức hoạc tính của xúc tác để góp phần điều khiển được quá trình tạo cốc của quá trình reforming. I.2. Cơ chế phản ứng Reforming xúc tác I.2.1.Cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon parafin: Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng phản ứng Reforming hydrocacbon parafin xảy ra theo 3 giai đoạn: - Dehydro hoá parafin. - Đóng vòng. - Dehydro hoá hydro cacbon vòng thành hydro cacbon thơm. Giai đoạn đầu và cuối xảy ra trên tâm xúc tác kim loại, còn giai đoạn giữa xảy ra trên tâm axit. Các giai đoạn có thể xảy ra xen kẽ nhau. Có nghĩa là trong khi giai đoạn này chưa kết thúc thì giai đoạn khác đã bắt đầu nhờ sự tồn tại tâm xúc tác axit bên cạnh S CH 3 [...]... CRC Xúc tác cố định UOP Xúc tác chuyển động, thiết bị phản R16 : 20 ứng chồng lên nhau pt, Re Tái sinh IFP Xúc tác chuyển động, thiết bị phản Pt, Re ứng chồng lên nhau Tái sinh FC (pt, Re) gián đoạn liên tục liên tục  Phương pháp tái sinh xúc tác của quá trình reforming xúc tác thường được chia làm 3 loại : Thiết bị bán tái sinh (xúc tác cố định) , thiết bị tái sinh tuần hoàn (có lắp đặt 1 thiết bị. .. 33 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Hình 6 :Sơ đồ công nghệ quá trình platforming của hãng UOP 1 -thiết bị phản ứng 2-lò gia nhiệt 3-tháp tách 4-tháp ổn định 5 -thiết bị ngưng tụ Nguyên tắc hoạt động : Sơ đồ reforming tái sinh xúc tác liên tục của hãng UOP được trình bày ở (hình 6) Đặc điểm riêng biệt của sơ đồ là các thiết bị phản ứng chồng lên nhau thành một khối Xúc tác chuyển động từ thiết bị. .. reforming xúc tác mới (new reforming) Từ năm 1950, nhiều quá trình reforming xúc tác sử dụng xúc tác Pt đã được phát triển và quá trình reforming trong khu lọc dầu là chìa khoá chính để sản suất xăng có trị số Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 22 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác octan cao cùng với quá trình cracking với lớp xúc tác sôi (FCC) Quá trình reforming xúc tác khi sử dụng thiết bị với lớp xúc tác cố. .. Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 Xúc tác cố định Loại xúc tác Loại lò tái sinh R11 - R12 Tái sinh Pt = 0,375  gián đoạn 23 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác 0,75 Powerforming (Powerformer) IFP reforming (IFP reforming) Maonaforming (Maonaformier) ReNiforming (Reniformier) CCR plat-forming (CCR platFormer) AromiZer EXXO Xúc tác cố định N IFP Xúc tác cố định Engelh Xúc tác cố định ard KX, RO, Tái sinh... các thiết bị phản ứng được bố trí chồng lên nhau làm thành một cơ cấu chung nhất Xúc tác đi từ thiết bị phản ứng thứ 1 xuống thiết bị phản ứng thứ 2, rồi lần lượt xuống thiết bị thứ 3,4 và cuối cùng xúc tác được đưa sang thiết bị tái sinh Sau khi xúc tác đã tái sinh nó lại được đưa về thiết bị phản ứng thứ nhất Như vậy quá trình reforming xúc tác được thực hiện liên tục Nhờ lấy ra liên tục một phần xúc. .. này làm giảm lượng khí tuần hoàn vào thiết bị reforming đầu tiên và tăng lượng khí tuần hoàn vào thiết bị cuối cùng Lò phản ứng Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 30 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Lò gia nhiệt Hơi Trao đổi nhiệt Làm lạnh Hơi Thiết bị tách Tháp ổn định Nguyên liệu Bơm lỏng Máy nén Hình 5: Sơ đồ công nghệ xúc tác cố định Magnaforming Trong thiết bị đâu tiên, do những phản ứng tỏa nhiệt... loại thiết bị chảy xuyên tâm xúc tác chuyển động chậm tại thiết bị đầu tiên ở đỉnh đến thiết bị ở đáy Xúc tác đã bị cốc lắng đọng được đưa tới bộ phận tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi nạp trở lại thiết bị phản ứng thứ nhất tạo thành một chu trình kín Với công nghệ này , nhờ tái sinh xúc tác liên tục mà không phải dừng quá trình để tái sinh xúc tác như các dây chuyền cũ , và do vậy xúc tác vừa... liên tục vào thiết bị phản ứng Điều đó làm cho xúc tác có độ hoạt tính cao và ổn định hơn ,và áp suất thấp thuận lợi cho quá trình Một loại khác ít phổ biến hơn là các thiết bị phản ứng đặc riêng như bán tái sinh Xúc tác đã bị lắng cốc được lắng ra ở thiết bị cuối cùng và đưa đi tái sinh Xúc tác mới và xúc tác đã tái sinh được đưa vào đỉnh của thiết bị đầu tiên để duy trì lượng xúc tác không đổi... tái sinh xúc tác đợc tiến hành đồng thời trong tấc cả thiết bị phản ứng đối với hệ thống không có các thiết bị dự trữ Hệ thống trong đó quá trình reforming xúc tác thực hiện phần tái sinh xúc tác được tiến hành định kì ngay trong thiết bị phản ứng Loại hệ thống này có thể chia làm hai nhóm : Nhóm 1: Các hệ thống trong quá trình tái sinh xúc tác được tiến hành đồng thời trong tấc cả các thiết bị phản... xuống thiết bị phản ứng cuối cùng Xúc tác đã làm việc được chuyển sang thiết bị tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi được nạp trở lại thiết bị phản ứng đầu tạo thành một chu trình kín Nhờ lấy ra liên tục một phần xúc tác để Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 34 Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác tái sinh nên nó có thể duy trì mức độ hoạt tính trung bình của chất xúc tác cao hơn so với hệ thống với lớp xúc . Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 1 Đề tài: Thiết kế phân xưởng Refeforming xúc tác năng xuất 2,2 triệu tấn/ năm với sơ đồ thiết bị xúc tác cố định. . Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác Mai Ngọc Chiến – KTHH5 – K54 16 I.4. Xúc tác Reforming Xúc tác sử dụng trong quá trình Reforming là loại xúc tác lưỡng chức năng. - Chức năng oxy. thiệu một số sơ đồ công nghệ 22 II.2.1. Giới thiệu chung 22 II.2.2 Một số sơ đồ dây chuyền công nghệ 28 II.2.2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình platforming của hãng UOP với lớp xúc tác cố định 28 II.2.2.2

Ngày đăng: 02/06/2015, 16:51

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan