Đồ án Thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác - Lê Thị Tuấn Anh

ác sôi. Quá trình reforming xúc tác khi sử dụng reactor với lớp xúc tác cố định nên nó phải định kỳ dừng làm việc để tái sinh xúc tác bị cốc hóa. Một số reactor có đường van song song để dễ tái sinh xúc tác ở từng reactor riêng mà không cần phải dừng làm việc toàn bộ hệ thống. Vào thập niên 1960 xúc tác hai hay nhiều kim loại đã được phát triển và luôn được cải tiến để có độ bền cao, chống lại sự tạo cốc, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm. Sản phẩm có RON =100 mà vốn đầu tư và chi phí vận hành không cao. Đầu những năm 1970, một cải tiến nổi bật về quá trình reforming xúc tác ra đời, đó là quá trình tái sinh xúc tác liên tục của hãng UOP và tiếp theo là của hãng IFP. Trong hệ thống này, các thiết bị phản ứng được bố trí cái nọ chồng lên cái kia thành một cơ cấu chưng cất. Xúc tác đi từ thiết bị thứ nhất xuống thiết bị phản ứng thứ hai, rồi từ thiết bị thứ hai đến thiết bị thứ ba và cuối cùng xuống thiết bị thứ tư rồi đưa sang thiết bị tái sinh riêng. Xúc tác sau khi đã tái sinh được quay trở lại thiết bị thứ nhất. Quá trình này gọi là quá trình tái sinh liên tục xúc tác (CCR). Ngày nay, quá trình CCR với áp suất siêu thấp và có thể làm việc ở áp suất 3,5 atm. Hầu như tất cả các quá trình reforming xúc tác mới được xây dựng đều là quá trình CCR. V.2.2. Dây chuyền reforming với lớp xúc tác cố định: Trong công nghệ chế biến dầu, quá trình reforming với lớp xúc tác cố định vẫn còn phổ biến, ở đây điều kiện tiến hành quá trình được chọn để đảm bảo thời gian giữa các lần tái sinh lớn (thường trên 6 tháng đến một năm). Quá trình tái sinh xúc tác được tiến hành đồng thời trong tất cả reactor 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 thành hai nhóm Nhóm 1: Các hệ thống trong quá trình tái sinh xúc tác đựoc tiến hành đồng thời trong tất cả các thiết bị phản ứng .Hệ thống này được tiến hành ở chế độ cứng vừa phải, chu kì làm việc của xúc tác kéo dài trong nhiều tháng (có thể 4 đến 8 tháng). Thuộc hệ này ở các nước Liên Xô (cũ) và Mĩ đều có, ví dụ như quá trình Katforming và quá trình Guđri-forming ở Mĩ. Nhóm 2: Các hệ thống trong đó quá trình tái sinh xúc tác được thực hiện trong một thiết bị phản ứng dự trữ .Cho nên nó cho phép không cần dừng toàn bộ hệ thống Reforming để tái sinh chất xúc tác, nhưng chúng lại phức tạp hơn về mặt công nghệ. Ơ hệ thống loại này tiến hành ở chế độ cứng và chu kì làm việc của xúc tác ngắn. Thuộc hệ này là quá trình Untraforming và Paueforming. Nguyên liệu là phân đoạn naphta đã được sấy khô và làm sạch từ bộ phận hydro hoá làm sạch được trộn với khí hydro từ máy nén sau khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt, được nạp nối tiếp vào lò đốt nóng và các reactor từ thứ 1 đến thứ 3 (ngày nay thường dùng đến lò thứ 4). Sản phẩm ra khỏi lò sau khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt, được nạp tiếp vào thiết bị đốt nóng và thiết bị làm sạch .Sau đó qua thiết bị ngưng tụ, sản phẩm sẽ giữ ở nhiệt độ 38oC khí không ngưng sẽ được tách ra ở thiết bị tách khí. Phần lớn khí này được máy nén và tiếp tục tuần hoàn lại là reforming, Phần còn lại được dẫn sang bộ phận tách khí và sử dụng H2, ví dụ cho hydro hoá làm sạch. Sản phẩm đáy của thiết bị tách được đưa qua thiết bị đốt nóng bởi sản phẩm nóng của đáy cột. Sản phẩm đỉnh của cột được dẫn sang thiết bị ngưng tụ. Các hợp chất hơi sẽ tách khỏi dây chuyền, sản phẩm lỏng được hồi lưu bằng bơm. Xăng reforming ổn định ở đây được cơ hội qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi qua thiết bị làm sạch, sau đó vào bể chứa. Các dây chuyền xúc tác cố định thường dùng trong công nghiệp là: Bảng 13 Tên quá trình Hãng thiết kế Loại xúc tác Plat Former UOP R11-R12:Pt =0.375-0.75 Power Former Exxon RX,ro,BO(Pt,Re) IFP Reformer IFP RG 400Pt (0.2-0.6) Maoner Former Engelhard RD.150(Pt=0.6)E500 Reni Former CRC F(Pt, Re) + Tái sinh xúc tác: Đối với hệ thống công nghệ tái sinh đồng thời tất cả là phản ứng thì các bước tiến hành như sau : Đầu tiên ngừng bơm nguyên liệu, cho thiết bị phản ứng hydro cracking ngừng hoạt động song vẫn tiếp tục bơm khí để đuổi hết các hydro cacbon đồng thời giảm dần nhiên liệu đốt lò sau đó ngừng hẳn, nhiệt độ hạ xuống 200oC thì ngừng bơm khí hydro, thải hết khí hydro bằng cách hút chân không. Thổi và thải khí trơ, sau đó bơm khí trơ đến khoảng 10 atm, đun nóng thiết bị phản ứng từ từ, khi nhiệt độ vào khoảng 250o C thì bơm không khí vào sao cho lượng oxy vào khoảng 0,5% thể tích và tăng từ từ cho đến 2% thể tích thì kết thúc. Khi cốc đã cháy hết, nhiệt độ vào khoảng 400oC, giữ nhiệt độ trong lò không quá 500oC sau đó làm lạnh, thổi khí trơ qua và cuối cùng thổi khí chứa hydro qua. Bắt đầu khởi động lại hệ thống để làm việc. Khi sơ đồ công nghệ có sử dụng lò dự trữ thì việc tái sinh không làm gián đoạn thời gian làm việc và chỉ đơn giản là chuyển đường dẫn nguyên liệu sang lò phản ứng làm việc thế, quá trình tái sinh đối với lò phản ứng đã làm việc tương tự như đã trình bày ở trên. V.2.3. Dây chuyền công nghệ reforming xúc tác với lớp xúc tác chuyển động. Vào những năm 1970, một cải tiến nổi bật về quá trình reforming xúc tác ra đời đó là quá trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và IFP gọi là quá trình CCR. Đến năm 1996, hãng UOP đã xây dựng được 139 nhà máy CCR, còn IFP có 48 nhà máy CCR. Sau đây để minh hoạ cho quá trình CCR ta chọn quá trình của hãng UOP. Đặc biệt của dây chuyền này là các lò phản ứng chồng lên nhau thành một khối. Xúc tác chuyển động tự chảy từ reactor trên cùng xuống reactor cuối cùng, sau đó xúc tác đã làm việc được chuyển sang thiết bị tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi nạp trở lại reactor thứ nhất rồi tạo thành chu kỳ lớn. Trong các hệ thống này, quá trình tái sinh xúc tác được thực hiện trong một thiết bị tái sinh riêng. Đây là hệ thống Reforming xúc tác hiện đại nhất xuất hiện ở Mĩ năm 1971. Trong các hệ thống này, các thiết bị phản ứng được bố trí cái nọ trên cái kia làm thành một cơ cấu chung nhất xúc tác đi từ thiết bị thứ nhất, xuống thiết bị phản ứng thứ 2, rồi từ thiết bị thứ 2 xuống thiết bị thứ, 4 và cuối cùng xúc tác được đưa sang thiết bị tái sinh .Sau khi xúc tác đã tái sinh nó lại được đưa trở 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 tác để tái sinh lên có thể duy trì mức độ hoạt tính trung bình của chất xúc tác cao hơn so với hệ thống với lớp xúc tác cố định. Do vậy mà áp suất và bội số tuần hoàn khí chứa hydro có thể giảm xuống tương ứng có thể 3,5 đến 12 at và 400 đến 500m3/m3. Việc giảm được áp suất có ảnh hưởng tốt đến quá trình, tăng được hiệu suất, tăng nồng độ hydro trong khí chứa hydro. Nói chung loại này đang được xây dựng phổ biến trên các nước. Nguyên liệu trộn với khí hydro tuần hoàn được đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng (520-5300c) trong các thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò ống rồi được nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất ở trên cùng. Sau khi tiếp xúc với xúc tác, nguyên liệu bị biến đổi tuỳ thuộc vào các điều kiện công nghệ của quá trình. Khối thiết bị phản ứng gồm bốn thiết bị chồng lên nhau theo trục thẳng đứng, kích thước tăng dần từ trên xuống dưới và đều là kiểu xuyên tâm. Trong mỗi reactor có thiết bị riêng về ống dẫn xúc tác, bộ phận phân phối, bộ phận cách ly và các thiết bị khác sao cho phù hợp với quá trình chuyển động của xúc tác và các phản ứng hoá học xẩy ra. Lượng xúc tác chứa trong reator rất khác nhau, reator thứ nhất chỉ chứa 10–20% lượng xúc tác và reactor cuối chứa khoảng 50% khối lượng xúc tác. Xúc tác đã làm việc được chuyển sang lò tái sinh xúc tác, hỗn hợp khí phản ứng đi ra khỏi reactor thứ nhất được qua lò đốt nâng lại đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp ngay vào reator thứ hai, cứ như vậy cho đến reator thứ 4. Sau reator thứ 4, hơi khí sản phẩm được ngưng tụ và và làm lạnh tiếp trước khi chuyển sang bộ phận phân tách sản phẩm. ở bị tách, sản phẩm được chia thành hydro cacbon lỏng ngưng tụ và hơi khí giàu hydro. Phần lớn khí này được quay lại reactor nhờ máy nén khí tuần hoàn, phần khí còn lại được trộn với bộ phận tái tiếp xúc rồi đi ra cột ổn định sản phẩm. Bộ phận tái sinh xúc tác: Xúc tác đã làm việc chảy từ reactor cuối cùng xuống bộ phận thu xúc tác ở bunke chứa, sau đó chảy xuống ống nâng. Người ta dùng khí chứa hydro tuần hoàn từ máy nến tuần hoàn đẩy xúc tác và vận chuyển nó lên đỉnh vào bộ phận tích bụi ở phía trên lò tái sinh. ở bộ phận này người ta bổ sung khí hydro tuần hoàn để tách các hạt bụi mịn của xúc tác và mang chúng ra ngoài với khí đi vào ống tập trung bụi còn xúc tác rơi xuống đáy bộ phận tách bụi rồi chảy xuống lò tái sinh. Tái sinh xúc tác gồm 4 bước, 3 bước đầu là đốt cháy cốc, clo hoá và làm khô. Ba bước đầu xảy ra ở vùng tái sinh, và bước thứ 4 là khử xúc tác xảy ra ở trong bộ phận khử riêng. Đốt cháy cốc bám trên xúc tác được tiến hành trong vùng cháy nằm ở đỉnh lò tái sinh. Xúc tác đưa vào và chảy xuống giữa màng chắn hình trụ đứng thẳng, không khí nóng được thổi theo hướng bán kính đi từ ngoài vào trong qua lớp xúc tác sau đó làm lạnh và tuần hoàn qua các ống trong vùng cháy, xúc tác vẫn chuyển động xuống dần và bộ phận làm lạnh tái sinh sẽ lấy nhiệt khi đốt cốc. Việc đốt cốc tuân theo chế độ đặc biệt nghiêm ngặt để đảm bảo hết cốc và không ảnh hưởng xấu đến xúc tác. Sau khi đốt cháy cốc thì xúc tác được cho qua vùng clo hoá để clo hoá và sau đó là sấy. Cuối cùng xúc tác được cho vào vùng khử tách biệt với 3 khu vực đốt clo hoá sấy trên, sau khi khử xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống xuất xăng, độ biến đổi nguyên liệu thì kinh tế nhất vẫn là dây chuyền CCR. Công nghệ của FIN được xây dựng ở Pháp vào năm1973. ở sơ đồ hình khối phản ứng có bốn thiết bị phản ứng, sắp xếp theo một dãy. ở trong thiết bị phản ứng có hệ thống nhiều lưới để tuần hoàn đều xúc tác. Số van nằm trong phần tiếp xúc đều với xúc tác phải ít nhất. Trên ống dẫn chứa xúc tác phải bố trí van tự động sơ đồ này làm việc với điều kiện áp suất tất cả 1,4 at (thậm chí có cả 1,0519 at), xúc tác chứa 0,35 và 0,5 % khối lượng Pt. Và ở sơ đồ này nhận đươc xăng có trị số octan 100-105. Khi dùng xúc tác RG-451 và dùng nguyên liệu phân đoạn 70-1540C, tỷ trọng 736 Kg/m3; thành phần hydro cacbon: parafin 51% naphten 43% và thơm 6% thể tích, tỷ lệ mol hydro/ nguyên liệu 6/1; tôc độ nạp nguyên liệu là 2,5 /giờ. Bảng 13: ảnh hưởng áp suất làm việc lên các chỉ tiêu của quá trình như sau: áp suất MPa 3,2 2,5 1,8 1-1,1 Hiệu suất, % khối lượng: -Xăng đã khử butan (C5+>C5) -Hydro 81,2,26 83,4 84 86 2,2 2,5 2,8 3 Thời gian của chu kỳ đầu: Tên (tháng) 14 12 9,5 5 Hàm lượng hydro trong Khí tuần hoàn, % thể tích 80 83 86 87 V.2.4 So sánh các quá trình công nghệ khác nhau của Reforming xúc tác : Khi thực hiên 2 công nghệ reforming xúc tác chuyển động (CCR) và reforming xúc tác cố định ta thâý điểm khác biệt trong chế độ làm việc là : áp suất của quá trình công nghệ reforming xúc tác chuyển động là thấp hơn nhiều so với quá trình reforming mà xúc tác ở trạng thái tĩnh .Điều đó dẫn đến các ưu thế sau.Tại điều kiện áp suất thấp cho phép nhận được nhiều hydro cacbon thơm, nâng cao trị số octan và nâng cao hiệu suất xăng. Nhưng nó đòi hỏi rút ngắn chu kỳ tái sinh xúc tác. Khi áp suất thấp, độ chọn lọc xúc tác tăng nhất là khi chế biến có hàm lượng hydrocacbon parafin lớn. Khi đó làm tăng vai trò của phản ứng dehydro vòng hóa parafin 50-60% Aken nhận được từ chuyển hoá parafin. Do đó trị số octan của sản phẩm rất cao. Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị cốc hoá, quá trình CCR cho phép dùng áp suất thấp, thao tác liên tục hàng năm chưa phải thay thế xúc tác mới, hiệu suất Aren và H2 tăng lên đáng kể. Nhờ tái sinh liên tục mà không phải dừng quá trình để tái sinh xúc tác như dây chuyền cũ mà do vậy xúc tác mới liên tục được chuyển vào reactor dần đến xúc tác có độ hoạt tính cao hơn và ổn định hơn, làm việc ở điều kiện khắt khe hơn mà vẫn cho hiệu quả cao hơn. Trong thời điểm hiện nay thì với mục đích tăng chỉ số octan, hiệu quả nhất vẫn là quá trình reforming. V.2.5 Dây chuyền công nghệ với lớp xúc tác chuyển động: *Bộ phận reactor (thiết bị phản ứng). Nguyên liệu trộn với khí hydro tuần hoàn được đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng (526-5300C) trong các thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò ống rồi được nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất (trên cùng), sau khi tiếp xúc với xúc tác, nguyên liệu bị biến đổi tùy thuộc vào độ khắt khe, các điều kiện công nghệ của quá trình tạo nên sản phẩm có trị số octan cao hơn hay hydrocacbon thơm nhiều hơn. Khối thiết bị phản ứng gồm bốn cái chồng lên nhau theo một trục thẳng đứng. Kích thước tăng dần từ trên xuống dưới và đều sử dụng thiết bị xuyên tâm. trong mỗi thiết bị phản ứng có thiết kế riêng về ống xúc tác, bộ phận phân phối, bộ phận cách ly và các thiết bị khác sao cho phù hợp với quá trình chuyển động của xúc tác và các phản ứng hóa học xảy ra. Lượng xúc tác chứa trong các thiết bị rất khác nhau, ở thiết bị thứ nhất chỉ chứa 10-20% lượng xúc tác thì ở thiết bị cuối chứa 50% tổng lượng xúc tác. Tỷ lệ phân bố xúc tác trong các thiết bị phản ứng với sơ đồ gồm 4 thiết bị thường theo tỷ lệ 1/1,5/2,5/5. Xúc tác đã làm việc được chuyển sang lò tái sinh xúc tác, hỗn hợp hơi, khí phản ứng đi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất được qua lò đốt để nâng đến nhiệt độ phản ứng, rồi được nạp ngay vào thiết bị thứ hai. Cứ như vậy cho đến thiết bị phản ứng 4. sau thiết bị thứ tư, hơi khí sản phẩm được làm lạnh qua các thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu, sau đó được ngưng tụ, làm lạnh tiếp trước khi chuyển sang bộ phận phân tách sản phẩm. Ơ thiết bị tách, sản phẩm được chia thành hydro cacbon lỏng ngưng tụ và khí chứa hydro. Phần lớn khí này được tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng nhờ máy nén khí tuần hoàn, phần khí còn lại đuợc trộn với bộ phận tái tiếp xúc rồi đi vào cột ổn định sản phẩm. * Bộ phận lò tái sinh xúc tác. Xúc tác đã làm việc chảy từ thiết bị phản ứng cuối cùng xuống bộ phận cuối cùng ở bộ phận xúc tác ở bunke, sau đó nó chảy xuống ống nâng. Sử dụng khí chứa hydro tuần hoàn từ máy nén đẩy xúc tác và vận chuyển nó lên đỉnh vào bộ phận tách bụi ở trên lò tái sinh. Ơ bộ tách này ta bổ sung một lượng khí hydro tuần hoàn để tách hết các hạt bụi mịn của xúc tác và mang chúng ra ngoài với khí đi vào ống tập trung bụi rồi đi xuống lò tái sinh. Tái sinh xúc tác gồm bốn bước, ba bước đầu là đốt cháy cốc, clo hóa và làm khô. Ba bước này xảy ra trên vùng tái sinh, còn bước thứ tư là khử xúc tác xảy ra ở bộ phận khử riêng. Đốt cháy cốc bám trên xúc tác được tiến hành trong vùng cháy nằm ở đỉnh lò tái sinh. Xúc tác đưa vào và cho chảy xuống dưới giữa màng chắn hình trụ đặt thẳng đứng, không khí nóng được thổi theo hướng bán kính đi từ phía ngoài vào trong qua lớp xúc tác. Khí cháy được thổi nhờ bơm, sau đó làm lạnh và tuần hoàn qua ống trong vùng cháy. Đốt cháy cốc xảy ra trong khi xúc tác vẫn chuyển động xuống phía dưới. Bộ phận làm lạnh tái sinh sẽ lấy nhiệt khi đốt cốc. Còn bộ phận đốt nóng khi tái sinh sẽ làm việc khi cần phải đốt nóng khí để đảm bảo nhiệt bên trong vùng thích hợp. Quá trình oxi hóa, phân tán kim loại trên xúc tác và bổ sung thêm clo được thực hiện trong vùng clo hóa của lò tái sinh được bố trí ở phía dưới vùng cháy. Xúc tác cháy rơi xuống theo các lớp hình trụ. Khí clo hóa được thổi qua lớp xúc tác và đi ra vùng cháy, từ vùng sấy khô thổi qua các ống vòng tròn đi vào vùng clo hóa. Hợp chất clo hữu cơ được phun vào không khí để dẫn vào vùng clo hóa và cũng đuợc đốt nóng ở bộ phận gia nhiệt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào. Sấy khô xúc tác được thực hiện ở vùng sấy. Vùng sấy nằm ở phía dưới vùng clo hóa, khí khô nóng được thổi qua lớp xúc tác và tách ẩm. Việc đốt nóng khí khô được thực hiện ở lò đốt không khí. Quá trình khử kim loại trên xúc tác xảy ra ở vùng khử. Vùng khử đặt phía dưới và tách biệt với ba vùng trên. Khí khử nóng được thổi qua lớp xúc tác. Hệ thống tinh chế được thổi qua lớp xúc tác. Hệ thống tinh chế sẽ tách các hydrocacbon nhẹ từ khí và làm tăng độ tinh khiết của hydro. Khí khử được đốt nóng nhờ lò đốt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào vùng khử. Sau khi khử, xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống nâng. Tốc độ chảy được khống chế để đảm bảo chu trình tái sinh và khử xảy xảy ra. Tiếp theo, xúc tác được khí hydro vận chuyển vào bunke và được đưa lên trên đỉnh thiết bị phản ứng thứ nhất, tiếp tục chuyển động vào các thiết bị phản ứng làm việc. Xúc tác được chuyển từ thiết bị phản ứng này xuống thiết bị phản ứng kia và được khống chế phân phối qua các ống dẫn để đảm bảo phân phối đều, tránh chảy tháo hay đứt quãng xúc tác. *Bộ phận ổn định Reforming từ bộ phận tách được nạp vào cột ổn định đẻ điều chỉnh áp suất hơi của nó. Reforming xúc tác sẽ đựoc tách hydrocacbon nhẹ và ta thu sản phẩm ổn định. Để điều chỉnh nhiệt độ của cột ổn định ta dùng thiết bị đốt nóng khí cần nhiệt bổ sung. Sản phẩm đáy sẽ được bơm qua vùng đối lưu của bộ phận đốt nóng cho thiết bị phản ứng, rồi sau đó mới cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt. Cột ổn định làm việc ở áp suất đủ cao để có thể thu phần hồi lưu và chỉ tách sản phẩm khí khô. Sản phẩm reforming xúc tác đã ổn định cho qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi vào bể chứa. *Lò gia nhiệt. Trong công nghiệp dầu mỏ thì gần như tất cả nhiệt lượng đều được cung cấp bởi các lò gia nhiệt. Tác dụng chủ yếu của lò gia nhiệt là nâng nhiệt độ của nguyên liệu đến nhiệt độ cần thiết. Đó thường là những lò có vỏ chịu nhiệt, cách nhiệt tốt và bền vững. Trong đó người ta đốt trực tiếp nhiên liệu như cặn chân không, phân đoạn khí nhẹ. Ngày nay người ta còn dùng khói lò và dòng điện để gia nhiệt. Trong đa số trường hợp người ta tiến hành đốt nhiên liệu bằng đèn đốt đặt ở phần dưới hay cạnh lò. Trong quá trình reforming xúc tác lò ống có cấu tạo đặc biệt thường được chia thành nhiều buồng tuỳ theo số bậc của hệ thống thiết bị phản ứng bức xạ kiểu đứng, có vỏ chịu nhiệt cao. Theo chiều cao của tường bức xạ, bố trí các đèn đốt nhiên liệu, đối diện là các ống dẫn khói của buồng đối lưu, xung quanh thành lò ở phía trong cũng như phía trên có đặt một hệ thống ống dẫn chịu nhiệt để dẫn chất cần đun nóng. Đó là những ống dày đặt song song và nối với nhau ở hai đầu bằng hộp nối vòng. Nhiên liệu khí và không khí được trộn trước trong mỏ đốt hay trộn ngay trong lò tuỳ theo tính chất cháy của khí đốt. Việc trộn trước làm cho sự cháy xảy ra nhanh hơn và triệt để hơn. Những khí có tốc độ tuyền lan ngọn lửa quá lớn như khí chứa nhiều hydro không được phép trộn trước. Nếu nhiên liệu ở dạng lỏng thì cần được giọt hóa cơ học dưới dạng xương, thường là bằng dòng hơi nước. Trong lò cấp nhiệt kiểu này thì quá trình tuyền nhiệt chủ yếu là nhờ bức xạ và có một phần nhờ dẫn nhiệt. Hệ số tác dụng hữu ích thường vào khoảng 0,6 á 0,8 phụ thuộc vào cấu trúc lò và chế độ cháy của nhiên liệu. 1 4 3 2 1 4 2 3 Hình 6. 1. Vào, 2. Ra 1. Vào, 2. Ra 3. ống khói 3. ống khói 4. Đèn đốt 4. Đèn đốt *Thiết bị trao đổi nhiệt 1 2 3 5 6 4 Theo nghĩa hẹp thì thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị mà trong đó có hai dòng chất lưu (khí, lỏng) có nhiệt độ khác nhau trao đổi nhiệt với nhau bằng sự tiép xúc gián tiếp thông qua bề mặt trao đổi nhiệt. Có hai kiểu cấu tạo cơ bản là kiểu ống lồng ống và kiểu ống chùm. Các ống thường có dạng chữ U nối tiếp hay song song. Chúng được đỡ trên hai tấm kim loại theo một thứ tự sắp xếp nhất định. Khi làm việc thì một dòng chất lưu di chuyển ở trong ống, còn dòng kia di chuyển ở ngoài ống (trong kiểu ống lồng ống) hay ở trong bình (kiểu ống chùm). Hai dòng đó có thể di chuyển cùng chiều hay ngược chiều, nhìn chung sự trao đổi nhiệt theo kiểu ngược chiều hiệu quả hơn. 1. ống ngoài 2. ống trong 3. Vào 4. Ra 5. Vào 6. Ra Hình 7. Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống 1 2 3 4 1. Nắp 2. Bích ghép 3. ống trao đổi nhiệt 4. Vỏ bình Hình 8.Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm Trao đổi nhiệt là một biện pháp rất hiệu quả để tiết kiệm nhiệt vì chi phí nhiệt chiếm từ 1/2 đến 2/3 chi phí lọc dầu . *Máy bơm Bơm là máy thuỷ lực dùng để vận chuyển và tuyền năng lượng cho chất lỏng. Trong công nghiệp chế biến dầu thì bơm được sử dụng rất rộng rãi. Sử dụng loại bơm nào là do yêu cầu kỹ thuật (năng xuất, hiệu xuất, công xuất) và yêu cầu kinh tế (rẻ tiền, làm việc an toàn)... Ngoài ra chế độ vận hành của dây chuyền (các thông số) cũng là căn cứ để chọn bơm. Lý do là sự vận hành cũng như năng xuất của bơm phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như: áp xuất, nhiệt độ... Đối với quá trình reforming xúc tác thì chất lỏng cần vận chuyển có độ nhớt nhỏ, sạch. Lưu lượng và áp xuất yêu cầu không lớn lắm, kết hợp với một số yếu tố khác ta chọn bơm ty tâm. Tất nhiên người ta cũng có thể sử dụng cả những loại bơm khác như bơm piston, bơm xoáy lốc... Dưới đây là biểu đồ cho biết vùng áp dụng các loại bơm. 1 10000 1000 100 10 10000 1000 100 10 H [mmHg] Q [m3/h] piston Li tâm Xoáy lốc Hình (18): Vùng áp dụng các loại bơm khác nhau. Bơm ly tâm có nhiều ưu điểm so với các loại bơm khác như : + Cung cấp đều . + Chạy nhanh (có thể nối trực tiếp với động cơ) . + Thiết bị đơn giản, có thể bơm các chất lỏng không sạch . trở xuNhìn chung bơm lý tâm được dùng trong phạm vi áp xuất từ trung bình ống và năng xuất trung bình trở lên . *Thuyết minh dây chuyền: Nguyên liệu được làm sạch bằng hydro ở bộ phận làm sạch, rồi trộn với hydro qua thiết bị trao đổi nhiệt (3), rồi được gia nhiệt ở bộ phận gia nhiệt thứ nhất của lò ống (4) đến nhiệt độ 5200C -5400C rồi nạp vào reactor thứ nhất trên cùng. Lượng xúc tác được phân bố ở các reactor khác nhau, thường theo tỷ lệ 1/1,5/2.5/5. Hỗn hợp hơI khí sau khi phản ứng ở thiết bị thứ nhất bị giảm nhiệt độ nên được đưa ra khỏi reactor thứ nhất cho qua lò đốt để gia nhiệt đén nhiệt độ phản ứng, sau đó nạp ngay vào reactor thứ hai. Cứ tiếp tục cho đến khi hỗn hợp hơi khí được nạp vào reactor thứ tư . Sản phẩm hơi sau khi ra khỏi đáy của reactor thứ tư được làm lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu để tận dụng nhiệt và tiếp tục làm lạnh trước khi chuyển sang bộ phận tách sản phẩm. Sản phẩm ở đây bao gồm hydrocacbon lỏng và khí giàu hydro. Phần lớn hydro được tuần hoàn trở lại bể chứa trung gian (12) để trộn với nguyên liệu ban đầu nhờ máy nén (14), phần hydro còn lại được trộn với bộ phận tái tiếp xúc (7) được trộn với sản phẩm lỏng đuợc lấy ra ở đáy tháp tái tiếp xúc (8). Tại tháp (7) sản phẩm khí C1, C2C5 giàu hydo tiếp tục qua máy nén và ngưng tụ làm lạnh, sau đó trộn với sản phẩm lỏng được tách ra từ đáy tháp (9) đi vào đáy tháp (8) rồi tiếp tục qua máy nén, thiết bị ngưng tụ làm lạnh và trộn với sản phẩm lỏng lấy ra từ đáy tháp tách (6) đưa vào đáy tháp tái tiếp xúc (9). Tại tháp (9) sản phẩm khí chủ yếu là hydro được lấy ra từ đỉnh. Sản phẩm lỏng ở đáy tháp (9) được tuần hoàn trở lại tháp (8), sản phẩm lỏng ở tháp (8) được tuần hoàn trở lại tháp (7). Sản phẩm lỏng ở tháp (7) được đưa sang tháp (10) qua thiết bị trao đổi nhiệt. Tại tháp (10) sản phẩm khí được tách ra ở đỉnh gồm C1,C2 và LPG đưa vào thiết bị lắng tách (16) qua thiết bị làm lạnh (19). Khí C1, C2 được lấy ra ở trên, còn LPG được lấy ra ở đáy một phần cho tuần hoàn trở lại tháp (10), phần lớn đua về bể chứa sản phẩm (17). Ơ đáy tháp (10)sản phẩm lỏng reforming được tách ra một phần qua thiết bị gia nhiệt rồi tuần hoàn trở lại, phần lớn đưa về bể chứa sản phẩm (18). Xúc tác chuyển động từ reactor thứ nhất đến reactor thứ tư. Xúc tác sau phản ứng được lấy ra từ đáy reactor thứ tư đưa vào bunke (13), được khí tuần hoàn nâng lên đỉnh lò tái sinh (2) lần luợt qua bộ phận đốt cốc, bộ phận clo hóa sau đó qua bộ phận khử bằng hydro. Xúc tác sau tái sinh được khí tuần hoàn đẩy lên đỉnh reactor thứ nhất và tiếp tục tham gia phản ứng. PhầN II tính toán công nghệ I. Các số liệu đầu Năng suất: 1.990.000 tấn/ năm. Nhiệt độ: 830oC. Tốc độ thể tích: 1.5 h-1. áp suất : 3,5 at. Tỷ lệ H2/RH: 2,5 mol. Phân bố xúc tác trong lò phản ứng lần lượt là: 1:1,5:2,5:5. Bảng 3.1: Thành phần của nguyên liệu. Khối lượng riêng Thành phần phân đoạn % khối lượng T0s đầu T0s10% T0s50% T0s90% T0scuối P N A 0,7288 3330K 3480K 3850K 4280K 4530K 50 38 12 II. Tính toán Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình reforming xúc tác: Phản ứng chuyển hoá hydrocacbon naphten thành hydrocacbon thơm: CnH2n CnH2n-6 + 3H2 (1) Phản ứng chuyển hoá hydrocacbon naphten thành parafin: CnH2n CnH2n+2 (2) Phản ứng hydrocracking parafin: CnH2n+2 + (n-3)/3.H2 n/15(CH4 + C2H6 + C3H8 + C4H10 + C5H12) (3) Sự giảm hàm lượng hydrocacbon do chuyển hoá hoá học được thể hiện bằng phương trình vi phân sau: (4) (5) (6) Trong đó: NN, NP: lần lượt là phần mol của hydrocacbon naphten và parafin trong nguyên liệu bị chuyển hoá (kmol/kmol). VR: đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol [kg xúc tác/(kmol/h) nguyên liệu]. k1: hằng số tốc độ của phản ứng (1) được xác định bằng đồ thị phụ lục (1) (kmol/h.Pa.kg.xúc tác). k2: hằng số