cracking xúc tác fcc

8/12/2019 Cracking xúc tác FCC

http://slidepdf.com/reader/full/cracking-xuc-tac-fcc 1/61

CRACKING X CRACKING X Ú Ú C T C T Á ÁC C FCC FCC

FLUIDIZED CATALYTIC CRACKING

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



1. Mục đích của quá trình

Chuyể n hóa các phân đoạn d ầu nặng

thành sản phẩ m lỏng và khí (khí, xăng,DO, …)

Nâng cao độ chọn lọc của quá trìnhCracking

Nâng cao chấ t lượng sản phẩ m





2 . Xúc t ác • Xúc tác axít rắn

• Thành ph ần phứ c tạp





2 . Xúc t ác Cấ u trúc xúc tác Zeolit: M2/nO.Al2O3.x SiO2.y H2O





2 . Xúc t ác Cấu tạo Faujazit đượ c mô tả như hình:





2 . Xúc t ác Cơ chế hình thành tâm hoạt động: Các trung tâm hoạt

động trên bề mặt chất xúc tác là các tâm axit Bronsted và

Lewis

Bronsted





3. Cơ chế phản ứ ng3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bướ c 1. H ấ p phụ các ion Hydride trên các tâm Lewis:





3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bướ c 2. Phản ứ ng giữ a các proton t ừ Bronsted

vớ i các olefin:





3.1 Các giai đoạn phản ứng trên bề mặt XT

Bướ c 3. Phản ứ ng giữ a các ion cacboni sinh

ra t ừ bướ c 1 và 2 vớ i các hydrocacbon bằ ng

cách t ạo ra các ion hydride

các ion hydride không bề n sẽ b ị phân hủ y thành





3.1 Các giai đoạn phản ứ ng trên bề mặt XT

Bướ c 4:• Nhả hấ p phụ sản phẩm: RH, CH3CH=CH2…





3.2 Cơ chế phản ứng: ion cacboni

- Giai đọan 1: t ạo ion cacboni:Ví dụ: trong trườ ng hợ p đối vớ i các hydrocacbon

mạch thẳng (Alcan):






- Giai đọan 2: phản ứ ng của các ion cacboni t ạo cácsản phẩ m:

Phản ứng đồng phân hóa:






- Giai đọan 2: Phản ứ ng của các ion cacboni t ạocác sản phẩ m:

Phản ứng cắt mạch theo quy tắc ß






- Giai đọan 3: giai đoạn d ừ ng phản ứ ng

- Các ion cacboni k ết hợ p vớ i nhau, nhườ ng

hay nhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạothành phân tử trung hòa và chúng chính làcấu tử của sản phẩm cracking xúc tác.





4.4. HHóóaa hhọọcc ququáá trtr ì ìnhnh cracking XTcracking XT

4.14.1 PhPhảảnn ứứngng mongmong mumuốốnn

Phản ứ ng cắ t mạch (cracking ):xảy ra theo cơ chế ion cacboni.

Hoạt tính cracking của các hydrocacbon giảmdần theo thứ tự sau:Olefin Ankyl Aromatic Ankyl naphten,

isoparafin n-parafin, naphten nhân thơm.





4.14.1 PhPhảảnn ứứngng mongmong mumuốốnn

Phản ứ ng isomer hoá:Thườ ng xảy ra trướ c phản ứng cracking.





4.24.2 PhPhảảnn ứứngng khôngkhông mongmong mumuốốnn

Phản ứng chuyển vị hydro:






- Phản ứ ng tạo hydro: do phản ứ ng dehydro

hoá, xảy ra khi có mặt của Ni làm chất xúc tác.

- Phản ứ ng tạo C1 – C2: sinh ra do phản ứ ng

cracking nhiệt phân hủy






Phản ứ ng ngưng t ụ:





-Olefin-Cyclohexan và olefin

-H.C thơm

Naphten

-Parafin và dien

-Parafin, naphten và H.C thơm-Polyme, cốc

Olefin

-Olefin và parafin-Olefin và hydro

-iso-parafin

-Các hợ p chất olefin có trọng

lượ ng phân tử thấp

Parafin

Sản phẩm quá trình cracking xtNguyên liệu





-Sản phẩm ngưng tụ và cốcHydrocacbon

thơm +Olefin

-Hydrocacbon thơm-ParafinPhản ứ ng bậc 2:Naphten+ Olefin

-Parafin và alkyl có mạch bên

ngắn-Đồng phân hóa, chuyển vị nhóm

alkyl

-Sản phẩm ngưng tụ và cốc.

Hydrocacbon

thơm(alkyl thơm)

Sản phẩm quá trình cracking xtNguyên liệu





5. Nguyên liệu và sản phẩm5.1 Nguyên liệu

Phân đoạn chưng cất khí quyển của dầu thô, khỏang sôi: 380-4100

CPhân đọan cất chưng cất chân không của dầu thô: 380-5500C

Phần cất từ quá trình Coking của dầu thô

Cặn chân không deasphaltene (5500C)





5. Nguyên liệu và sản phẩm

5.2 Sản phẩm

- Sản phẩm khí,

- Các phân đọan xăng

- Các phân đọan gasoil nhẹ và nặng.- Phân đọan cặn dùng làm nhiên liệu đốt lò...





a. Khí hydrocacbon

Hiệu suấ t khí có thể t ừ 10-25% ngliệu

• Etylen và Propylen PE và PP.• Propan-propen nguyên liệu cho quá trình

polyme hóa và sản suất chất HĐBM, LPG.

• Propan-propen, butan-buten nguyên liệucho quá trình alkyl hóa

5.2 Sản phẩm



A Q O CO CO



b. Phân đoạn xăng

• nhiệt độ 40-200oC

• có tr ị số octan cao hơn xăng Crac.nhiệt• có thêm thành phần hydrocacbon olefin

5.2 Sản phẩm



WWWDAYKEMQUYNHONUCOZ COM



c. Phân đọan 200-350oC

• phân đọan 200-350oC

• sản xuất nhiên liệu diezen

5.2 Sản phẩm






d. Các phân đọan > 350o

C

• nhiên liệu đốt lò F.O

• nguyên liệu cho quá trình cốc hóa

5.2 Sản phẩm






6. Các yếu tố nhiệt động ảnh hưở ng

6.1. Nhiệt độ

6.2. Áp suất

6.3. Tốc độ nhậ p nguyên liệu riêng

6.4. tỉ lệ giữa lượ ng xúc tác / nguyên liệu






Nhiệt độ reactor: 470 – 5400C

Khi tăng nhiệt độ

Lúc đầu hiệu suất xăng tăng

Sau đó đạt đến cự c đại rồi giảm xuống

Vì khi nhiệt độ tăng, quá trình phân hủy tăng

làm phân hủy c á c cấu tử xăng vừa tạo thành

6.1. Nhiệt độ






Khi tăng nhiệt độ

Các phản ứng bậc hai như dehydro hóa tăng

Làm tăng hiệu suất RH thơm và olefin

Khi đó trong sản phẩm khí:

Hàm lượ ng C1 – C3 tăng

C4 giảm

6.1. Nhiệt độ






• Thực tế cho thấy ở nhiệt độ 4700C:

Hiệu suất xăng giảm nhanh

Hiệu suất khí tăngHiệu suất cốc không thay đổi nhiều.

6.1. Nhiệt độ






6.1. Nhiệt độ

Tăng nhiệt độ :Ko lợ i thu xăng

Hạ nhiệt độ:Ko lợ i thu khí





6.3. Tốc độ nhập liệu

• Định ngh ĩ a: tốc độ nạ p liệu riêng là tỉ lệ giữa lượ ngnguyên liệu đượ c nạ p trong một đơn vị thờ i gian trênlượ ng xúc tác trong reactor và kí hiệu M/H/M.

TRƯỜ NG HỢP XÚC TÁC CỐ ĐỊ NH:C/100-C = p.K/(M/H/M)TRƯỜ NG HỢP XÚC TÁC CHUYỂN ĐỘ NG

C/100(1 – C/100) = p.K/(M/H/M)

P: áp súât (at)

K:hằ ng số t ố c độ t ổ ng






• Khi tăng tốc độ nạ p liệu riêng

Giảm độ chuyển hóa

Vì tốc độ nạ p liệu riêng là đại lượ ng ngượ c vớ ithờ i gian phản ứng

6.3. Tốc độ nhậ p liệu






• Khi tăng tốc độ nạ p liệu riêng, nếu ta tăngnhiệt độ,

Tăng tr ị số ortan cho xăngTăng hàm lượ ng olefin trong khí

Đây là phương pháp chính để điều khiển chế độsản xuất buten và propylen trong cracking xúctác.


QU N ONUCO CO





• Khi sử dụng xúc tác có độ họat tính cao:

Ta có thể tăng tốc độ nạ p liệu riêng

Và như vậy sẽ tăng đượ c năng suất thiết bị


Q





Thực tế nếu dùng xúc tác là aluminosilicat vôđịnh hình:

Thì tốc độ nạ p liệu thể tích: 4 – 5h-1

Nếu dùng xúc tác chứa zeolit:thì tốc độ nạ p liệu riêng là 80 – 120h-1 (khi

tính trong ống đứng của reactor)

Và từ 20 – 30h-1 trong lớ p sôi của reactor.


Q





6.4. Tỉ lệ lượ ng xúc tác/nguyên liệu (X/RH)

• Khi thay đổi X/RH:

Sẽ làm thay đổi nhiệt độ của phản ứng

Thay đổi thờ i gian lưu của xúc tác trongreactor và lò tái sinh

Thay đổi cả lượ ng cốc bám trên xúc tác trên

một chu trình





• Nếu ở chế độ ổn định, tăng tỉ lệ X/RH:

Sẽ làm tăng độ chuyển hóa

Tăng hiệu suất cốc trên nguyên liệu nhưnghàm lượ ng cốc bám trên xúc tác giảm xuống






• Khi tốc độ nạ p liệu riêng không đổi, nếu tăngtỉ lệ X/RH:

Thì thờ i gian tiế p xúc giữa xúc tác và nguyênliệu giảm và như vậy họat tính trung bình củaxúc tác tăng lên

Đó là lý do đạt hiệu quả cao của quá trình vớ i

xúc tác lớ p sôi Nhờ vậy mà cho phép giảm kích thướ c thiết bị







Nhưng nếu tăng cao quá mức độ tuần hòan xt:

Sẽ làm ảnh hưở ng đến quá trình tách hơi bám

trên xúc tácLàm ảnh hưở ng đến quá trình tái sinh ở lò tái

sinh và các thiết bị kèm theo.





6.6. CôngCông nghnghệệ crackingcracking xxúúcc ttáácc

•• CrackingCracking xxúúcc ttáácc llớ ớ p p ccốố đđịịnhnh

•• CrackingCracking xxúúcc ttáácc llớ ớ p p sôisôi





6.1. Cracking xúc tác lớp cố định

• Gián đọan

• Hiệu suất chuyển hóa thấp

• Ngưng tụ cốc

• Quá nhiệt cục bộ





6.2. Cracking xúc tác chuyển động

(moving bed)





6.2. Cracking xúc tác lớp sôiThiết bị phản ứng kiểu song song

(Công nghệ IFP/Axens)





6.2. Cracking xúc tác lớp sôi

Thiết bị phản ứng vớ i tái sinh xúc tác

một bậc (công nghệ UOP)


hai bậc (công nghệ UOP)WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON






một bậc (công nghệ UOP)

cải tiến hệ thống phân phốinguyên liệu phần cuốicủa ống riser,

Xúc tác sau phản ứng được đốt ở

dạng tầng sôi, nhằm chuyển hóahòan tòan CO thành CO2không sử dụng thêm các phụ giakhác







hai bậc (công nghệ UOP)

nguyên liệu cặn nặng hơn (RFCC,vớ i 4-10% cặn cacbon conradson trongnguyên liệu).Lò tái sinh xúc tác chia làm haitầng, vớ i bộ phận làm lạnh xúc tácđượ c bố trí bên trong và đượ c cảitiến để kiểm sóat lượ ng cốc, lượ ngnhiệt cho phần phản ứng.Hàm lượ ng cacbon còn lại trên bề

mặt xúc tác luôn < 0.05% khối lượ ng.






Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác với hệ thống làm mát xúc tác (UOP)





1. Hơi; 2. Xúc tác;3 Hơi và hydrocacbon; 4. Bình phản ứng

Mô phỏng hoạt động vùng sục hơi xúc tác






Thiết bị phản ứng kiểu xế p chồng(UOP)





Hình ảnh mô phỏng cấu tạo thiết bị phản ứng cracking xúc tác cặn

tầng sôi (kiểu xế p chồng)

Vòi phun nguyên liệuđượ c cải tiến

Bộ phận làm nguội đượ cđặt ở pha đặc thay cho pha

lõang trong lò tái sinhHình dáng bộ phận làmnguội bố trí các ống trao

đổi nhiệt đặt ngượ c chiều





Hình ảnh mô phỏng cấu tạo thiết bị phản ứng cracking xúc tác cặn

tầng sôi (kiểu xế p chồng)

Sự vận chuyển xúc tác đượ c thựchiện theo phương thẳng đứng r ất thuận

lợ i vì có thể dùng van chặn để điềukhiển quá trình tuần hòan của xúc tác.

Qúa trình cracking đượ c thực hiệnhòan tòan trong lò phản ứng dạng ống

đứng (lò ống đứng).Hệ thống xyclon được đặt ngay cửa

ra của ống đứng.

Trong lò tái sinh, xúc tác và khôngkhí tiế p xúc ngượ c chiều nhau.





6.2. Cracking xúc tác lớp sôiThiết bị phản ứng kiểu xế p chồng

(Công nghệ Stone&Webster)

cracking xúc tác cặn nặng

Qúa trình cũng có trang bị bộ phận làm nguội xúc tác,

hệ thống kiểm tra và điềukhiển nhiệt độ của khối lò

phản ứng. lò đứng, tái sinh 2 cấ p, có

sự cải tiến thiết bị phunnguyên liệu tr ực tiế p vào

dòng xúc tác nóng.






Công nghệ FCC

ngày nay

cracking xúc tác fcc

Documents