Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác liên tục CCR với năng suất chọn theo tình hình nhà máy Dung Quất.Hiện nay, quá trình chuyển hóa dưới tác dụng của xúc tác thì quá trình reforming xúc tác chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ. Quá trình này chủ yếu là chuyển hóa phân đoạn naptha có giá trị thấp thành xăng reformate có trị số octane cao. Xăng của quá trình reforming xúc tác được sử dụng cho động cơ vì chất lượng đảm bảo, ít ảnh hưởng đến môi trường. Ngoài sản phẩm chính là xăng, còn thu được các hydrocacbon thơm và nguồn khí hydro sạch và rẻ tiền. Nguồn khí hydro được sử dụng cho các quá trình xử lý hydro như HDS… trong nhà máy lọc hóa dầu.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC - o0o Đồ án chuyên ngành Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác GVHD: TS Nguyễn Tiến Thành SVTH: Hoàng Lê Duy MSSV:20180683 Lớp: CN hữu hóa dầu K63 Hà Nội - 2023 Mục lục Mục lục Mở đầu Phần 1:Tổng quan 1.Nguyên liệu sản phẩm: 1.1 Nguyên liệu:[1] 1.2.Sản phẩm: [1] 2.Phản ứng hóa học: [1] .10 2.1.Phản ứng chính: 10 2.2.Phản ứng phụ: 12 3.Điều kiện công nghệ trình reforming xúc tác:[1] 13 3.1.Nhiệt độ phản ứng: 13 3.2.Áp suất: 14 3.3.Tốc độ khơng gian thể tích khối lượng: 14 3.4.Tỷ lệ H2/RH: 14 4,Xúc tác: [1] 14 4.1.Bản chất xúc tác reforming: 14 4.2.Nguyên nhân gây ngộ độc xúc tác: 16 4.3.Tái sinh xúc tác reforming: 16 5.Công nghệ thiết bị sản xuất: .17 5.1.Quá trình reforming xúc tác cố định:[1] .18 5.2.Quá trình reforming xúc tác chuyển động: 23 5.3.Quá trình new reforming: [1] 25 Bảng 8: Các trình New reforming [1] 26 5.4.So sánh lựa chọn công nghệ: .26 Phần 2:Tính tốn 28 1.Các số liệu đầu: 28 2.Tính tốn ban đầu: 28 2.1.Các phản ứng xảy trình 29 2.2 Tính tốn lưu lượng ngun liệu vào thiết bị phản ứng 30 2.3 Tính tốn lượng khí tuần hồn cần thiết 31 2.4 Tính toán lượng xúc tác 31 2.5 Tính tốn phân bố áp suất .32 Tính cân vật chất 33 3.1 Lò phản ứng thứ 33 3.2 Lò phản ứng thứ hai 37 3.3 Lò phản ứng thứ ba .42 3.4.Tổng kết cân vật chất: 46 Tính cân nhiệt lượng 48 4.1 Lò phản ứng thứ 48 4.2 Lò phản ứng thứ hai 51 4.3 Lò phản ứng thứ ba .53 5.Tính tốn kích thước thiết bị chính: 56 5.1.Lò phản ứng thứ nhất: 57 5.2 Lò phản ứng thứ hai 58 5.3 Lò phản ứng thứ ba .59 Kết luận 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Mở đầu Hiện nay, q trình chuyển hóa tác dụng xúc tác trình reforming xúc tác chiếm vị trí quan trọng cơng nghiệp chế biến dầu mỏ Quá trình chủ yếu chuyển hóa phân đoạn naptha có giá trị thấp thành xăng reformate có trị số octane cao Xăng q trình reforming xúc tác sử dụng cho động chất lượng đảm bảo, ảnh hưởng đến mơi trường Ngồi sản phẩm xăng, cịn thu hydrocacbon thơm nguồn khí hydro rẻ tiền Nguồn khí hydro sử dụng cho q trình xử lý hydro HDS… nhà máy lọc hóa dầu Trong đồ án chuyên ngành “Thiết kế phân xưởng reforming xúc tác” gồm hai nội dung sau: - Tổng quan - Tính tốn cho q trình reforming xúc tác Phần 1:Tổng quan CCR(Continuos Catalytic Reforming) nghĩa reforming xúc tác liên tục.Đây phân xưởng quan trọng nhà máy lọc hóa dầu để sản xuất xăng sản phẩm khác từ nguồn nguyên liệu đa dạng 1.Nguyên liệu sản phẩm: 1.1 Nguyên liệu:[1] Ngun liệu q trình reforming xúc tác phân đoạn xăng từ chưng cất trực tiếp dầu thơ,ngồi dùng phân đoạn xăng có trị số octan thấp từ trình reforming nhiệt,visbreaking hay q trình cốc hóa.Khoảng sơi ngun liệu xăng dùng từ 62 oC đến 180oC.Trong thực tế công nghiệp để nhận cấu tử có ON cao dùng phân đoạn sơi 85 hay 105 đến 180oC.Cịn muốn nhận hydrocacbon thơm riêng biệt người ta dùng nguyên liệu phân đoạn hẹp hơn:62-85oC nhận benzene,62-105oC nhận benzene toluene,105-140oC nhận xilen Dựa theo hình ta thấy tăng ON sản phẩm ứng với ngun liệu có khoảng sơi khác hiệu suất xăng thu giảm, hiệu suất thu hydro tăng: Hình 1.1:Quan hệ thành phần cất trị số ON sản phẩm,hiệu suất thu xăng hydro [1] Ngồi thành phần cất thành phần hóa học nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến trình reforming xúc tác Trong nguyên liệu có: parafin, naphten, hydrocacbon thơm hợp chất phi hydrocacbon hợp chất nito, oxy, lưu huỳnh Nếu hàm lượng naphten cao xyclohexan dẫn xuất nhiều phản ứng dehydro hóa xảy triệt để hàm lượng hydrocacbon thơm sinh nhiều Do q trình reforming xúc tác dễ xảy cần tiến hành điều kiện mềm ,độ khắt khe nhỏ mà cho hiệu suất chất lượng xăng cao _Nếu nguyên liệu chứa nhiều hợp chất parafin parafin tạo hydrocacbon thơm phần nhỏ phản ứng dehydro vòng hóa cịn đại phận parafin tham gia phản ứng isome hóa hydrocracking _Nguyên liệu có chứa phần nhỏ hydrocacbon thơm(nếu nguyên liệu từ phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp).Hydrocacbon thơm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng dehydro hóa hay dehydro vịng hóa theo hướng ngăn cản phản ứng Nhằm đánh giá chất lượng ngun liệu ta có chuẩn số tương quan KUOP: KUOP=12,6 – ( N + 2Ar)/100 N:hàm lượng % naphten Ar:hàm lượng % hydrocacbon thơm _ KUOP=10: chứa nhiều hydrocacbon thơm _ KUOP=11 : chứa nhiều naphten hydrocacbon thơm vòng _KUOP=12 : Chứa hỗn hợp hydrocacbon vòng parafin Các hợp chất phi hydrocacbon đặc biệt hợp chất S N nguyên liệu phải giảm tới mức cực tiểu nhỏ giới hạn cho phép hợp chất làm tăng tốc phản ứng tạo nhựa và cốc,gây độc cho xúc tác,làm giảm nhanh hoạt tính xúc tác.Do trước đưa vào reforming xúc tác phải qua cơng đoạn hydro hóa làm sạch.Tùy thuộc vào chế độ công nghệ xúc tác mà q trình hydro hóa làm đạt tiêu chất lượng cho nguyên liệu reforming xúc tác sau: Bảng 1:Chỉ tiêu chất lượng nguyên liệu reforming xúc tác [1] Hàm lượng tối đa Lưu huỳnh Nito Oxy Clo Asen Chì Đồng 0.5 ppm 0.5 ppm ppm 0.5 ppm ppb 20 ppb ppb Nguyên liệu trộn với hydro để tiến hành phản ứng nhiệt độ áp suất cao.Các phản ứng xảy với trình hydrodesunfua hóa no hóa olefin thơm,demetal hóa hydrocracking.Nếu mục đích q trình xử lí ngun liệu cho reforming xúc tác hydrodesunfua hóa demetal hóa nhiệm vụ cơng đoạn này.Các hợp chất phi hydrocacbon loại dạng khí NH 3,H2S,H2O nhờ q trình hydro hóa làm sạch.Ngồi cịn có hydrogenat kim loại,các hợp chất olefin no hóa,nhờ mà cải thiện độ ổn định sản phẩm Hình sơ đồ khối phân xưởng nhà máy lọc dầu Dung Quất,có thể thấy nguyên liệu cho trình CCR phần heavy naphta từ đáy tháp tách naphta từ phân xưởng NHT.Nguyên liệu vào phân xưởng NHT lấy từ xăng phân xưởng chưng cất trực tiếp dầu thô CDU.Như nguyên liệu vào CCR có nguồn gốc từ xăng chưng cất trực tiếp Theo tài liệu vận hành suất nguyên liệu heavy naphta đầu vào 103496 kg/h,sản phẩm chủ yếu xăng reformate thu 92224 kg/h Hình 1:Sơ đồ khối nhà máy Dung Quất [2] Hình sơ đồ khối phân xưởng naphta aromatics nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.Có thể thấy nguyên liệu dùng cho CCR phần heavy naphta từ NHT,tuy nhiên sản phẩm reformate thu vào xử lý để thu hydrocacbon thơm benzene,p-xyle phần sản phẩm khác từ aromatic complex kết hợp với sản phẩm xăng isomerate,sản phẩm từ phân xưởng khác đem để pha xăng.Như nhà máy Nghi Sơn ngồi dùng reformate để pha xăng thu hydrocacbon thơm quan trọng khác Theo tài liệu vận hành suất nguyên liệu heavy naphta đầu vào 39700 BPSD,sản phẩm benzene thu 248 KTA,sản phẩm p-xylen thu 794 KTA Hình 2:Sơ đồ khối phân xưởng naphta aromatics nhà máy Nghi Sơn [3] Với tình hình cần nhập xăng để đáp ứng mức tiêu thụ,nhà máy Nghi Sơn giảm công suất ,em định thiết kế thêm phân xưởng CCR thu thêm xăng với suất HN đầu vào 200000 kg/h(bằng khoảng lần so với Dung Quất) với công nghệ quyền UOP giống với Dung Quất 1.2.Sản phẩm: [1] Sản phẩm q trình xăng có ON cao,hydrocacbon thơm khí hydro kĩ thuật 1.2.1.Xăng Chất lượng xăng nhận phụ thuộc chất lượng xúc tác,nguyên liệu chế độ cơng nghệ q trình.Tùy theo thành phần hóa học thành phần cất nguyên liệu ban đầu mà ta nhận xăng có chất lượng khác nhau.Bảng sau cho ta số liệu chất lượng xăng trình Platforming theo thành phần khác nguyên liệu: Bảng 2:Chất lượng xăng trình Platforming theo thành phần khác nguyên liệu [1] Chỉ tiêu xăng ổn định Hàm lượng parafin nguyên liệu,% kl 40 < 65 < 40 0.785 0.798 0.796 0.772 d420 ,g/cm3 Thành phần cất ,0oC Nhiệt độ sôi đầu 10% 50% 90% Nhiệt độ cuối Thành phần hóa học,% khí Olefin Hydrocacbon thơm Parafin+Naphten MON RON 49 82 135 172 202 42 76 137 170 214 58 97 141 171 199 56 110 141 168 205 2.2 59 38.8 80 89 0.9 65 33.7 85 95 1.0 62 37 80 89 0.5 68.5 31 85 95 Thành phần hóa học chủ yếu xăng reforming xúc tác hydrocacbon thơm parafin,hàm lượng olefin nhỏ,hàm lượng naphten thấp Bảng 3: Thành phần RON xăng reformate theo thành phần cất [1] Nhiệt độ sôi,oC Hiệu suất,%V Parafin, %V Olefin, %V Naphten, %V Đến 60 5.03 4.87 9.72 9.96 9.87 9.88 9.78 9.84 9.91 9.91 4.95 5.77 0.57 99.1 95.6 67.2 63.6 34.5 55.9 43.3 30.4 39.7 25.2 15.5 1.0 1.0 1.4 1.2 1.6 1.4 1.0 1.8 1.8 1.5 4.0 0.6 3.6 21.9 23.9 12.6 11.3 8.3 5.6 6.9 3.0 2.3 5.0 60-86 86-102 102-111 111-130 130-139 139-141 141-161 161-170 170-183 183 Mất mát RH thơm, %V 0.1 0.8 9.7 11.1 51.7 31.2 47.0 63.0 51.6 70.0 80.7 90.0 RON 89.6 78.9 73.2 64.0 88.3 66.0 82.0 92.5 80.0 94.7 99.1 104.5 Ta thấy RON phân bố không đồng theo thành phần cất nên người ta phải thêm thành phần nhẹ có ON cao vào để nâng cao tiêu chí 1.2.2.Hydrocacbon thơm Các sản phẩm hydrocacbon thơm nhận từ trình reforming xúc tác benzene, toluene, xylen (B,T,X) dùng làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu hóa dầu _Benzen: sản xuất phenol để làm nguyên liệu cho sản xuất sợi polyamit, capron _m-xylen: sản xuất p-xylen làm nguyên liệu cho sản xuất sợi nilon polyester _m-xylen: điều chế o-xylen làm nguyên liệu cho tổng hợp anhydric phtalic Sản phẩm B,T,X phải có độ tinh khiết cao để làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu, tách phương pháp chưng cất đẳng phí, hấp thụ sau kết tinh 1.2.3.Khí hydro kĩ thuật Khí chứa hydro với hàm lượng lớn 80% sản phẩm quan trọng q trình reforming xúc tác.Khí phần tuần hồn trở lại q trình,phần lớn dẫn sang phận làm sạch,xử lí nguyên liệu phân đoạn sản phẩm cất.Đây nguồn hydro rẻ tiền tất trình sản xuất hydro 2.Phản ứng hóa học: [1] 2.1.Phản ứng chính: a,Dehydro hóa naphten thành hydrocacbon thơm: Đây phản ứng đặc trưng q trình Phản ứng thu nhiệt mạnh,tăng thể tích nên hiệu suất thu hydrocacbon thơm tăng lên tăng nhiệt độ giảm áp suất Nếu hàm lượng naphten nguyên liệu cao trình làm tăng rõ ràng hàm lượng hydrocacbon thơm.Do ta lựa chọn xử lí ngun liệu để làm tăng hydrocacbon thơm tăng ON xăng nhận hydrocacbon thơm riêng biệt(B,T,X) b,Dehydro vịng hóa n-parafin: 10