Tại Việt Nam nghành dầu khí là một nghành công nghiệp còn rất non trẻ,
trong đó nghành công nghiệp lọc hóa dầu là nghành mới bắt đầu sản xuất ở Việt
Nam, tất cả mọi công đoạn của chế biến dầu mỏ và khí đều rất là phức tạp và
trải qua nhiều quá trình. Đặc biệt việc nghiên cứu nắm vững những quy trình
công nghệ trong công đoạn chế biến dầu khí nhằm khai thác và chế biến có hiệu
quả. Việc tiếp cận và thay thế các phương pháp chế biến dầu khí cũ cũng là một
vấn đề đang được quan tâm.
Việc nắm vững các công đoạn trong một quá trình chế biến dầu mỏ là
một việc vô cùng khó khăn và phức tạp vì ngoài việc nắm vững cách sử dụng
máy móc còn có phải có sự am hiểu về kiến thức chuyên môn và lòng yêu công
việc của hệ thống các kĩ sư, các chuyên gia trong nhà máy Lọc Hóa Dầu. Và
đặc biệt hơn là các sản phẩm của mỗi quá trình phải đạt được các tiêu chuẩn do
các hoạt động sản xuất kinh tế đề ra, mặc dù việc phân tích và phân tích các
thông số của một hệ thống là rất phức tạp và khó khăn. Và cũng may mắn một
điều là các nhà máy Lọc Hóa Dầu bây giờ đã sử dụng các công nghệ thiết bị
tiên tiến của thế giới, vì chúng có khả năng điều khiển và chỉnh các thông số
một cách tự động. Nhưng không phải vậy mà chúng em lơ là việc học, là một
sinh viên nghành hóa dầu em sẽ cố gắng học để có thể nắm được cơ bản các
quy trình của một phân đoạn chế biến dầu khí.
Trong bài tiểu luận này em cũng hi vọng với lượng kiến thức mà em đã
được học ở môn “ Hóa học Dầu mỏ - Khí tự nhiên” và kết hợp với những kiến
thức mà em đã học và đã tham khảo được ở trên mạng, tìm hiểu qua một số tài
liệu. Nhưng mà em cũng mạnh dạn trình bày những hiểu biết của mình về “
Quá trình biến nhiệt ” trong công đoạn chế biến dầu khí, và đây cũng được xem
là một trong những công đoạn quan trọng trong nhà máy Lọc Hóa Dầu. Và
trong bài tiểu luận này em tin rằng vẫn còn nhiều chỗ sai sót về kiến thức
chuyên môn, em mong thầy chỉ cho em biết và hoàn thiện hơn trong các bài làm
sau để có thể đạt được kết quả cao. Em xin chân thành cảm ơn đã nhiệt tình
dậy, truyền đạt kiến thức cho hai lớp bọn em trong thời gian Thầy về giảng dạy
tại Thanh Hóa.
25 trang |
Chia sẻ: nhungnt | Lượt xem: 2589 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tiểu luận Lập một quy trình công nghệ, nêu cách tiến hành để xác định các thông số hóa lý kỹ thuật của dầu mỏ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
1
Trường Đại Học Hồng Đức
Khoa kỹ thuật công nghệ
Môn: Hóa học dầu mỏ & khí tự nhiên
Đề tài: Lập một quy trình công nghệ,
nêu cách tiến hành để xác định các thông
số hóa lý kỹ thuật của dầu mỏ.
GVHD: Phạm Xuân Núi
SVTH: Lê Xuân Phúc
Mã SV: 0964040114
Thanh Hóa, ngày 5/8/2012
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
2
MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam nghành dầu khí là một nghành công nghiệp còn rất non trẻ,
trong đó nghành công nghiệp lọc hóa dầu là nghành mới bắt đầu sản xuất ở Việt
Nam, tất cả mọi công đoạn của chế biến dầu mỏ và khí đều rất là phức tạp và
trải qua nhiều quá trình. Đặc biệt việc nghiên cứu nắm vững những quy trình
công nghệ trong công đoạn chế biến dầu khí nhằm khai thác và chế biến có hiệu
quả. Việc tiếp cận và thay thế các phương pháp chế biến dầu khí cũ cũng là một
vấn đề đang được quan tâm.
Việc nắm vững các công đoạn trong một quá trình chế biến dầu mỏ là
một việc vô cùng khó khăn và phức tạp vì ngoài việc nắm vững cách sử dụng
máy móc còn có phải có sự am hiểu về kiến thức chuyên môn và lòng yêu công
việc của hệ thống các kĩ sư, các chuyên gia trong nhà máy Lọc Hóa Dầu. Và
đặc biệt hơn là các sản phẩm của mỗi quá trình phải đạt được các tiêu chuẩn do
các hoạt động sản xuất kinh tế đề ra, mặc dù việc phân tích và phân tích các
thông số của một hệ thống là rất phức tạp và khó khăn. Và cũng may mắn một
điều là các nhà máy Lọc Hóa Dầu bây giờ đã sử dụng các công nghệ thiết bị
tiên tiến của thế giới, vì chúng có khả năng điều khiển và chỉnh các thông số
một cách tự động. Nhưng không phải vậy mà chúng em lơ là việc học, là một
sinh viên nghành hóa dầu em sẽ cố gắng học để có thể nắm được cơ bản các
quy trình của một phân đoạn chế biến dầu khí.
Trong bài tiểu luận này em cũng hi vọng với lượng kiến thức mà em đã
được học ở môn “ Hóa học Dầu mỏ - Khí tự nhiên” và kết hợp với những kiến
thức mà em đã học và đã tham khảo được ở trên mạng, tìm hiểu qua một số tài
liệu. Nhưng mà em cũng mạnh dạn trình bày những hiểu biết của mình về “
Quá trình biến nhiệt ” trong công đoạn chế biến dầu khí, và đây cũng được xem
là một trong những công đoạn quan trọng trong nhà máy Lọc Hóa Dầu. Và
trong bài tiểu luận này em tin rằng vẫn còn nhiều chỗ sai sót về kiến thức
chuyên môn, em mong thầy chỉ cho em biết và hoàn thiện hơn trong các bài làm
sau để có thể đạt được kết quả cao. Em xin chân thành cảm ơn đã nhiệt tình
dậy, truyền đạt kiến thức cho hai lớp bọn em trong thời gian Thầy về giảng dạy
tại Thanh Hóa.
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
3
Để hoàn thành bài tiểu luận này em đã sử dụng
một vài tài liệu của các tác giả :
1) Hóa học dầu mỏ & khí tự nhiên
Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải - Tác giả: Phan Tử Bằng
2) Giáo trình Công nghệ chế biến khí & các sản phẩm lọc dầu
Nhà xuất bản Hà Nội năm 2004
3) Công nghệ chế biến dầu mỏ
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - Tác giả: Lê Văn Hiếu
4) Giáo trình Công nghệ chế biến Dầu & Khí
Nhà xuất bản xây dựng - Tác giả: Phan Tử Bằng
5) Giáo trình Cracking xúc tác
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội – Tác giả: Gs.Ts Nguyễn Hữu Phú
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
4
Mục lục
I . Giới thiệu về công nghệ chế biến nhiệt
II . Cơ sở lý thuyết của quá trình chế biến nhiệt
1 ) Sự biến đổi của các hợp chất parafin
2 ) Sự biến đổi của các hợp chất olephin
3 ) Sự biến đổi của các hợp chất naphten
4 ) Sự biến đổi của các hợp chất thơm
III . Các quá trình công nghệ chế biến nhiệt
1 ) Quá trình cracking nhiệt
2 ) Thông số của quá trình công nghệ
3 ) Sản phẩm của quá trình cracking nhiệt
4 ) Quá trình cốc hóa
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
5
I . Giới thiệu
Trong công nghiệp chế biến dầu khí các quá trình chế biến thuần túy bởi
nhiệt đã được áp dụng từ lâu nhằm chế biến các phân đoạn dầu khác nhau thành
các sản phẩm lỏng (xăng, FO), khí và cốc. Các sản phẩm khí có chứa nhiều
olephin rất thích hợp cho công nghệ tổng hợp hóa học và hóa dầu
Dựa vào nguyên liệu, sản phẩm cần thu và điều kiện chình của quá trình (
nhiệt độ, áp suất), người ta chia các quá trình chế biến nhiệt thành các quá trình
cracking nhiệt, vibreking, cốc hóa, cracking hơi.
Bảng 1. Các quá trình chế biến nhiệt với các điều kiện công nghệ và sản
phẩm của chúng.
Quá trình Nguyên liệu Sản phẩm chính Nhiệt độ ( C ) Áp suất kg/cm2
Cracking hơi Etan Axetilen 1000 – 1400 0,2 – 0,5
Cracking hơi Etan Etylen 800 – 850 0,2 – 2
Cracking hơi Propan – Butan Etylen – Propylen 770 – 800 0,2 – 2
Cracking hơi Xăng nhẹ Etylen – Propylen 720 – 770 0,5 – 2
Cracking hơi Gasoil nhẹ Etylen – Propylen 720 – 750 0,5 – 2
Cracking nhiệt Gasoil nhẹ Xăng 469 – 510 20 – 70
Cốc hóa Cặn nặng Cốc 480 – 530 1 – 10
Vibreking Cặn nặng Giảm độ nhớt 440 – 480 20 - 70
Quá trình cracking nhiệt cho phép thêm xăng và xăng là sản phẩm chính
của quá trình. Trong khi đó thì quá trình cốc hóa thì cốc dầu mỏ là sản phẩm
chính. Còn ở quá trình pyrolise thì sản phẩm chính lại là các khí chứa olefin,
diolefin hay axetilen.
Các quá trình được tiến hành với các công nghệ khác nhau và nguyên
liệu dùng cũng khác nhau. Trước khi đi nghiên cứu các quá trình dùng cụ thể,
chúng ta để cập tới vấn đề chung nhất, đó là cơ sở lý thuyết của các phản ứng
xảy ra khi chế biến nhiệt với nguyên liệu là hydrocacbon.
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
6
II . Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking nhiệt
Quá trình chuyển hóa hóa học các hydrocacbon của một phân đoạn đầu
dưới tác dụng của nhiệt là một quá trình hết sức phức tạp. Phức tạp trong sự tạo
thành các cấu tử trong phân đoạn. Vì thế trong quá trình xảy ra nhiều phản ứng
mà chúng khó cá thể kiểm soát nổi. Do vậy trong các công trình nghiên cứu, đã
tiến hành nghiên cứu sự biến đổi của từng loại hydrocacbon riêng lẻ. rồi từ các
kết quả nhận được, cho phép phán đoán, kết luận các ảnh hưởng đặc trưng nhất
của các thông số công nghệ tới các phản ứng của các hydrocacbon.
1. Sự biến đổi của các hydrocacbon parafin
Các hydrocacbon parafin là loại no, trong phân tử chỉ có 2 loại liên kết đó là
liên kết C-C, và C-H. Liên kết C-C thì kém bền hơn liên kết C-h, nên dưới tác
dụng của nhiệt ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra sự phân hủy, đứt mạch liên kết C-C
trước. Khi đó hình thành các hydrocacbon có trọng lượng phân tử nhỏ hơn. Ví
dụ :
22222 qqmmnn HCHCHC
Nếu phân tử parafin mới tạo thành có mạch đủ dài, thì nó lại bị phân hủy
tiếp. Chỉ khi các phân tử trong hydrocacbon nhỏ hơn 4, lúc này parafin khá bền
và khó bị đứt liên kết C-C nên khi đó có thể xảy ra sự đứt liên kết C-H tạo
thành hydro. Ví dụ :
2222 HHCHC qqqq
Ví dụ như đứt liên kết C-C phụ thuộc vào nhiều điều kiện tiến hành quá
trình như : nhiệt độ, áp suất, thời gian lưu của hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ đó.
Ở nhiệt độ càng cao và áp suất càng thấp, vị trí đứt mạch có xác suất lớn hơn ở
hai đầu mạch. Do vậy ở điều kiện này thường cho sản phẩm khí nhiều hơn. Như
vậy muốn cho sản phẩm chứa nhiều olefin, ta phải chọn nhiệt độ cao và áp suất
thấp. Nhưng ở nhiệt độ vửa phải 450-530
C0
và áp suất cao thì vị trí đứt mạch
lại có xác suất lớn hơn ở giữa mạch. Do vậy ở điều kiện này sẽ tạo điều kiện
thuận lợi để tăng hiệu suất sản phẩm lỏng, giảm bớt hiệu suất sản phẩm khí. Đó
là cơ sở quyết định điều kiện công nghệ khác nhau giữa cracking nhiệt và
pyrolise và nó xảy ra theo cơ chế dây chuyền do Rice đề xướng. Theo thuyết
này, cơ chế phân hủy của các hydrocacbon parafin xảy ra theo các giai đoạn
sau:
a. Tạo gốc tự do
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
7
Do liên kết C-C kém bền , ở nhiệt độ cao thì nó bị tách và tạo ra gốc tự
do :
1.1 RRRR
Ví dụ :
9473167 HCHCHC
Ở điều kiện áp suất thường và nhiệt độ lớn hơn 600
C0
, chỉ có 2 gốc H ,
3CH
hay
52 HC
là có khả năng tồn tại trong thời gian ngắn trước khi chúng va
chạm vào nhau và gây nên phản ứng hóa học, còn các gốc lớn hơn là các gốc rất
không bền, chúng lập tức phân hủy ra tạo thành các gốc nhỏ và đồng thời tạo
olefin. Ví dụ :
384115 CHHCHC
→
HHC 105
Trong khoảng thời gian nhất định ( khoảng phần nghìn giây) nồng độ các
gốc tự do tăng lên rất nhanh.
b. Các phản ứng của gốc tự do trong giai đoạn phát triển chuỗi
Gốc tự do phản ứng với nguyên liệu ban đầu và tạo thành gốc mới:
RHHRH 2
11 RRHRHR
Do độ bền của gốc tự do bậc 3 > bậc 2 > bậc 1 mà sự giải thích nguyên tử
H ở nguyên liệu sẽ ưu tiên trước là các izo-parafin, sau đó mới đến các n-
parafin.
Các gốc lớn rất rễ phân hủy thành các gốc nhỏ và do vậy tạo ra hướng
phản ứng mới. Chính vì vậy mà người ta gọi là phản ứng dây chuyền nhánh.
Các gốc tự do có khả năng phản ứng lớn hơn nhiều lần khả năng phản
ứng trực tiếp của hydrocacbon nguyên. Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng
giữa cac gốc tự do chỉ từ 10 đến 20 kcal/kmol. Nghĩa là nhỏ hơn nhiều lần năng
lượng năng lượng hoạt hóa phân hủy trực tiếp. Các số liệu trong bảng 2 cho ta
thấy điều này. Chính vì thế mà sản phẩm cuối là hỗn hợp sản phẩm của các
phản ứng của các gốc tự do với nhau và với nguyên liệu.
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
8
Bảng 2: Cơ chế phân hủy nhiệt
62HC
theo Rice
Phản ứng Năng lượng E ( kcal/mol)
362 2CHHC
84
524623 HCCHHCCH
8
HHCHC 4252
40
25262 HHCHCH
7
6252 HCHCH
0
c. Giai đoạn dừng phản ứng
Khi tốc độ tạo thành bằng tốc độ mất đi của các gốc tự do, phản ứng
chuỗi coi như kết thúc. Sự mất đi của các gốc tự do có thể do các gốc va chạm
với nhau, phản ứng với nhau tạo thành phân tử trung hòa:
RHHR
2121 RRRR
22 HH
Ví dụ với nguyên liệu là etan, phản ứng đứt mạch có thể trình bày như
sau:
6252 HCHCH
10`4522 HCHC
43 CHCHH
22 HH
2. Sự biến đổi của các hợp chất olefin
Trong dầu thô ban đầu, hàm lượng olefin không đáng kể, nhưng dưới tác
dụng của nhiệt độ cao, các hợp chất olefin sẽ được tạo thành. Chúng có khả
năng phản ứng cao hơn so với parafin. Hydrocacbon parafin biến đổi đa dạng
hơn và cũng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tiến hành phản ứng( nhiệt độ, áp
suất). Ở nhiệt độ thấp và áp suất cao, các hydrocacbon olefin có trọng lượng
phân tử thấp sẽ rễ bị trùng hợp. Phản ứng trùng hợp càng mạnh nếu áp suất
càng cao. Nhưng nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng lại giảm xuống, nhường
chỗ cho phản ứng phân hủy. Và nếu như thời gian lưu trong vùng phản ứng
càng lâu thì sự phân hủy càng xảy ra mãnh liệt. Cơ chế phân hủy olefin cũng
giống như cơ chế phân hủy parafin, nhưng phản ứng thuận lợi là đứt mạch liên
kết C-C ở vị trí β so với nối đôi.
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
9
Ngoài phản ứng trùng hợp, phân hủy, các olefin còn tham gia phản ứng
ngưng tụ, ankyl hóa với các hydrocacbon thơm tạo ra các hợp chất cao phân tử,
và cuối cùng tạo thành nhựa và cốc.
4. Sự biến đổi hydrocacbon naphtalen
RH naphtlen có độ bền nhiệt cao hơn so với parafin có cùng số phân tử
cacbon trong mạch. Các đặc trưng biến đổi các hydrocacbon naphtlen ở nhiệt
độ cao thường xảy ra các phản ứng ưu tiên theo thứ tự sau:
- Khử nhánh ankyl
- Khử hydro tạo olefin vòng và sau đó tiếp tục tạo hydrocacbon thơm
- Phân hủy vỏng đối với các naphtlen đa vòng thành naphtlen đơn vòng
- Khử naphtlen đa vòng thành các naphtlen đơn vòng
- Khử naphtlen đơn vòng thành parafin, olefin, hay các diolefin
Như vậy rõ ràng là các naphtlen khi tham gia phản ứng phân hủy nhiệt,
sản phẩm tạo thành có đặc trưng no hơn so với parafin, và có xu hướng tạo
thành các phân tử có trọng lượng phân tử trung bình, nghĩa là cho phép tạo
thành nhiều sản phẩm lỏng hốn với nguyên liệu là parafin.
4. Sự biến đổi của các hydrocacbon thơm
Ở nhiệt độ cao, sự biến đổi của các hydrocacbon thơm xảy ra theo quy
luật sau:
- Khử nhánh ankyl
- Các gốc thơm ngưng tụ với nhau, khử hydro tạo thành gốc mới có
phân tử lượng lớn hơn, và mang nhiều vòng thơm hơn, cuối cùng phát triển
thành hợp chất cao phân tử hay còn gọi là cacboit hay là cốc. Như vậy dầu mỏ
khác với cacbon nguyên tố là chúng ở hệ vòng thơm có độ ngưng tụ cao. Cốc
tạo ra thường lắng đọng và bám vào thành ống hay thiết bị trao đổi nhiệt, làm
giảm tốc độ truyền nhiệt cũng như tốc độ truyền của bơm, tăng chi phí vận
hành. Nếu như quá trình của chúng ta không nhằm mục địch sản suất cốc thì sự
có mắt của hydrocacbon vòng hoàn toàn không có lợi cho quá trình sản xuất.
3. Các quá trình công nghệ chế biến nhiệt
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
10
Trong công nghệ Lọc hóa dầu người ta thường sư dụng các quá trình
cracking nhiệt, cốc hóa, vibreking còn gọi là quá trình pyrolise ( quá trình
cracking hơi) được áp dụng trong công nghệ hóa dầu nhằm sản xuất olefin.
a. Quá trình cracking nhiệt
Cracking nhiệt, vibreing, cốc hóa là các quá trình biến đổi nguyên liệu
dầu mỏ dưới tác dụng của nhiệt độ cao, thành các sản phẩm rắn, lỏng, khí.
Thành phần về số lượng cũng như chất lượng của sản phẩm cuối được quyết
định bởi các thông số công nghệ của quá trình như: nhiệt độ, áp suất, thời gian
phản ứng. Quá trình biến đổi nguyên liệu là một quá trình rất phức tạp, trong đó
xảy ra hàng loạt các phản ứng vừa nối tiếp vừa song song. Trong quá trình chế
biến nhiệt khử cấu trúc, có hai vấn đề quan trọng cần giải quyết đó là:
- Ngăn ngừa sự tạo thành cốc trong phản ứng hay các thiết bị trao đổi
nhiệt.
- Đảm bào hiệu quả sử dụng các trang thiết bị sử dụng trong dây
chuyền
Muốn vậy, các nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu động học và cơ chế
phản ứng của quá trình. Đồng thời trong các nghiên cứu cũng như các thiết kế
của quá trình người ta phải sử dụng các nguyên liệu là các cấu tử giả tương
đương hoặc về thành phần hóa học là về thành phần công nghệ cố thể hạn chế
bớt sự phức tạp do thành phần của nguyền liệu dầu. Khi đó hình thành 2 nhóm
lý thuyết và nhóm hóa học.
Theo quan điểm của nhóm công nghệ, các cấu tử dùng trong tính toán
thiết kế là các hợp chất: khí, phân đoạn xăng, cặn cracking và cốc. Phương pháp
nhóm công nghệ sử dụng sơ đồ sau dể miêu tả quá trình cracking nhiệt:
GBA kk 2
RA k 1
Ở đây:
A – là nguyên liệu cracking
B – sản phẩm xăng
G – là sản phẩm khí
R – là cặn cracking và cốc
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
11
Tốc độ các giai đoạn của quá trình được biểu dienx bằng sơ đồ sau ( với
giả thiết tất cả các giai đoạn là đơn phân tử ) :
])[(
)(
yzxak
dt
zxd
])[(1 yzxak
dt
dy
xk
dt
dz
2
Trong đó :
A – là số mol của nguyên liệu ban đầu A
x,y,z – là số mol của A đã biến đổi thành xăng, cặn cracking, cốc tương
ứng
k – là hằng số biến đổi của A thành xăng và khí
1k
- là hằng số biến đổi của A thành cặn cracking và cốc
2k
- là hằng số biến đổi của xăng thành khí
t – là thời gian phản ứng
Từ các phương trình trên, ta tìm được:
)(
. )(2
21
tkkkt qee
kkk
ka
x
tkk
et
kk
ka
y
)(
1
1 2
.
]1[
)( 1 tkkeazyx
Thời gian phản ứng tới khi đạt hiệu suất xăng cực đại là:
21
21
max
ln)ln(
kkk
kkk
t
Do phương pháp được dùng để miêu tả quá trình cracking nhiệt là
phương pháp thành phần nhóm hóa học. Khác với phương pháp nhóm công
nghệ, phương pháp thành phần nhóm hóa học đòi hỏi một số lượng lớn các
phép phân tích về thành phần hóa học của nguyên liệu và nó được áp dụng khi
nghiên cứu sâu về quá trình cracking nhiệt. Kết quả nhận được từ phương pháp
này rất thuận lợi khi miêu tả quá trình cracking cặn dầu.
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
12
a.1. Các thông số công nghệ của quá trình
a.1.1. Nhiệt độ
Những thông số công nghệ quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình
cracking nhiệt là nhiệt độ, áp xuất, và thời gian phản ứng. Khi tăng nhiệt độ, tốc
độ cracking tăng lên theo quy luật hàm mũ. Trong khoảng nhiệt độ chọn trước
sự thay đổi các thông số về nhiệt độ và thời gian phản ứng có tác dụng tương hỗ
lẫn nhau. Để giữ cho độ sâu biến đổi là như nhau, khi tăng nhiệt độ cần thiết
phải giảm nhiệt độ phản ứng. Đại lượng nhiệt độ là thông số rất quan trọng. Khi
tăng tốc độ nhiệt độ lên, tốc độ phân hủy tăng lên và ngược lại tốc độ phân hủy
tăng lên và ngược lại khi giảm nhiệt độ thì tốc độ trùng hợp lại tăng lên. Giảm
nhiệt độ cracking sẽ làm giảm nhiệt độ của các phản ứng đa tụ. Như vậy, để
tăng hiệu suất của các sản phẩm phân hủy( khí, lỏng) và giảm hiệu suất các sản
phẩm đa tụ (cặn, nhựa, cốc) cần thiết phải sử dụng nhiệt độ phản ứng cao, ứng
vời thời gian phản ứng thích hợp. Đó là nhiệm vụ chính của quá trình cracking
nhiệt, còn đối với quá trình cốc hóa, ở đây sản phẩm chính là cốc, thì có hiệu
suất tốt chỉ khi nhiệt độ phản ứng nằm trong khoảng vừa phải.
a.1.2. Áp suất
Áp suất xác định trạng thái pha của hệ cũng như chiều hướng và tốc độ
của phản ứng. Áp suất khi cracking khi phân đoạn gasoil nhẹ cần phải đảm bảo
trạng thái lỏng của tác nhân phản ứng bởi vì trạng thái lỏng tạo điều kiện tốt
cho quá trình trao đổi nhiệt, không xảy ra sự quá nhiệt cục bộ, sự tạo cốc là cực
tiểu, sự tạo xăng là cực đại. Nếu cracking cặn nặng cần phải giữ cho hỗn hợp ở
trạng thái pha hơi – lỏng. Nhiệt độ càng cao, áp suất càng thấp thì pha khí sẽ
càng nhiều tốc độ dòng trong thiết bị phản ứng sẽ càng lớn và cho phép sư lắng
đọng cốc trong các ống xoắn của lò. Nhưng trong những quá trình vibreking,
ảnh hưởng của áp suất không lớn, tăng áp suất chỉ có tác dụng làm tăng một
chút ít năng suất của thiết bị. Áp suất cao thường làm tăng nồng độ của các tác
nhân tham gia phản ứng trong pha hơi, điều kiện đó sẽ có tạo điều kiện cho các
phản ứng kết hợp như phản ứng polyme hóa, ankyl hóa, và hydro hóa.
a.1.3. Nguyên liệu
Nguyên liệu của cracking nhiệt chủ yếu là phân đoạn mazut của chưng
cất trực tiếp, phân đoạn gasoil nặng của quá trình cracking xúc tác hay cặn của
quá trình làm sạch. Chất lượng của cặn là thông số rất quan trọng xác định chất
Môn : Hóa học Dầu Mỏ & Khí Tự Nhiên
SVTH : Lê Xuân Phúc
Lớp : K54B Lọc Hóa Dầu – Thanh Hóa
13
lượng của sản phẩm. Khi điều kiện cracking không thay đổi người ta dùng
nguyên liệu có thành phần cất khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Khi tăng
giới hạn nhiệt độ sôi của nguyên liệu, tốc độ của phản ứng cũng tăng. Điều này
được chỉ ra ở bảng 3 sau đây:
Bảng 3: Ảnh hưởng giới hạn nhiệt độ sôi của phân đoạn đến hiệu suất
xăng khi cracking nhiệt
Nguyên liệu Giới hạn sôi
C0
Hiệu suất xăng, %kh.l
Phân đoạn ligroil 180 – 220 12,1
Phân đoạn kerosen 220 – 270 14,9
Phân đoạn gasoil 270 – 300 15,8
Phân đoạn xola 300 – 350 18.0
Đồng thời, hàm lượng hydrocacbon trong nguyên liệu có ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm. Điều này đã được nêu ở phần lý thuyết
b. Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ công nghệ của quá trình cracking nhiệt phụ thuộc vào mục đích
của quá trình và các yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Phổ biến rộng rãi nhất là
sơ đồ công nghệ với hai lò đốt, sơ đồ này được trình bày ở hình 1 dưới dây. Sơ
đồ được dùng linh hoạt để cracking cặn dầu hoặc ở chế độ mềm (vibreking)
hoặc ở chế độ cũng ( cracking ), hoặc nếu dùng cracking phần cất cùng với mục
đích vừa nhận xăng vừa nhận phân đoạn gasoil chứa nhiều hydrocacbon thơm
làm cho nguyên liệu