Tìm hiểu quá trình cracking xúc tác

theo biểu thức: Phương trình này áp dụng rất đúng với trường hợp xúc tác cố định. Trong trường hợp cracking xúc tác với lớp sôi của xúc tác, độ chuyển hoá C lại phù hợp với công thức: Khi tăng tốc độ nạp liệu riêng, sẽ làm giảm độ chuyển hoá .Còn khi giảm tốc độ nạp liệu riêng thì độ chuyển hoá tăng vì tốc độ nạp liệu là đại lượng ngược với thời gian phản ứng. Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao, ta có thể tăng tốc độ nạp liệu và như vậy sẽ tăng được năng suất thiết bị. Trong thực tế nếu ta dùng xúc tác là aluminosilicat vô định hình, tốc độ nạp liệu thể tích chỉ đạt từ 4 h-1 – 5h-1. Nhưng nếu dùng xúc tác chứa zeolit, tốc độ nạp liệu thể tích là 80 -120 h-1 khi tính trong ống đứng của thiết bị phản ứng, và từ 20 – 30 h-1 khi tính trong lớp sôi của thiết bị phản ứng. Khi tăng tốc độ nạp liệu, nếu ta tăng nhiệt độ phản ứng, sẽ tăng trị số octan của xăng và tăng hiệu suất olefin trong khi. I.4. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng. Nhiệt độ phản ứng trong thiết bị phản ứng thường đạt 4800C á 5500C. Khi tiến hành tăng nhiệt độ , lúc đầu hiệu suất xăng tăng và sau đó đạt đến cực đại rồi giảm xuống. Điều này là do quá trình phân huỷ tăng làm phân huỷ các cấu tử xăng vừa được tạo thành. Khi tăng nhiệt độ, phản ứng phân huỷ tăng nhưng đồng thời các phản ứng bậc 2 như dehydro cũng tăng, làm tăng hiệu suất các hydrocacbon thơm và olefin. Khi đó trong sản phẩm khí , hàm lượng C1 – C3 tăng, còn C4 giảm, tỷ trọng và trị số octan của xăng tăng lên. I.5.ảnh hưởng của áp suất. Quá trình cracking thường được tiến hành ở áp suất 1,4 á 1,8 at. ở điều kiện này phản ứng xảy ra ở pha hơi. Khi tăng áp suất , hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất khí C1 – C3 giảm, hàm lượng olefin và hydrocacbon thơm giảm, hàm lượng hydrocacbon no tăng và do vậy chất lượng của xăng giảm.Đồng thời quá trình tạo cốc lại tăng nên việc tăng áp suất đối với quá trình cracking xúc tác không có hiệu quả kinh tế cao, vì vậy quá trình này chỉ tiến hành ở áp suất thường. II. Các dây chuyền công nghệ cracking xúc tác. II.1.Sơ lược về sự phát triển hệ thống cracking xúc tác. Năm 1936, dây chuyền cracking xúc tác đầu tiên được đưa vào công nghiệp chế biến dầu, hoạt động theo phương thức gián đoạn với lớp xúc tác cố định do kỹ sư người pháp Houdry thiết kế. Năm 1941, xuất hiện quá trình cracking với lớp xúc tác chuyển động thay thế cho quá trình Houdry.Dây chuyền cracking xúc tác loại này ở Nga có tên là loại 43 -1 và 43 -102, còn ở các nước khác có tên là TCC.Các dây truyền càng về sau càng liên tục được cải tiến so với các dây chuyền ban đầu ở khâu vận chuyển xúc tác. Năm 1942 dây chuyền cracking xúc tác lớp sôi FCC đầu tiên đã được đưa vào hoạt động với công suất 12.000 thùng nguyên liệu/ngày.Loại dây chuyền này có tên là (Up Flow).Xúc tác được đưa ra từ đỉnh của lò phản ứng và tái sinh. Năm 1944 dây chuyền mang tên là Down Flow model II.Dây chuyền có thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh có đường kính lớn hơn trước và quá trình tách hơi sản phẩm được thực hiện ngay trong thiết bị phản ứng, tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi và quá trình thổi cũng ngày càng được cải tiến để cho xúc tác chuyển động từ phía dưới và lấy ra ngoài ở đáy thiết bị và ở đây người ta cũng cải tiến cả hình dạng của xúc tác. Năm 1947, hãng UOP đã thiết kế loại FCC trong đó thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh chồng lên nhau trên cùng một trục. Năm 1951, loại Orthor Flow đầu tiên của M.W. Kellog xuất hiện. Sau đó hãng Standard – oil đã thiết kế một loại FCC mới đó là cải tiến của model II và nó được áp dụng trong công nghiệp vào năm 1952. II.2. Xu hướng phát triển của cracking xúc tác.[4,25] Kể từ khi ra đời cho đến nay, cracking xúc tác đã trải qua một thời kỳ dài gần 40 năm cải tiến và hoàn thiện dần các quy trình công nghệ cũng như các loại xúc tác sử dụng từ thiết bị cracking xúc tác đầu tiên với lớp xúc tác tĩnh hoạt động không liên tục con người đã không ngừng cải tiến thành kiểu cracking xúc tác tầng sôi hoạt động liên tục với chất xúc tác ở dạng hạt hoặc dạng bột ở trạng thái chuyển động. Dần dần người ta thay thế các loại xúc tác ở dạng hạt thành dạng bột có độ lớn vào khoảng 20 -100 micron và thu được hiệu suất cao, nâng giá trị kinh tế của một tấn dầu thô đưa vào chế biến. Ngày nay, cracking xúc tác lớp tầng sôi là một phương pháp hiện đại nhất và được áp dụng rộng dãi trên thế giới đặc biệt là ở Mỹ, tỷ lệ cracking xúc tác ở lớp tầng sôi chiếm vào khoảng 72% năm 1995 và 10 năm sau đã tăng lên tới 82% so với toàn bộ cracking xúc tác, còn ở các nước phát triển khác ở Tây âu, tỷ lệ này chiếm vào khoảng 79%. Trong 10 năm gần đây, xu hướng vẫn tiếp tục xây dựng phân xưởng cracking xúc tác lớp sôi với công suất lớn từ 4,2 đến 5,2 triệu m3/năm. Do công suất lớn nên vốn đầu tư cũng như chi phí sản xuất cho 1 m3 nguyên liệu đưa vào rẻ hơn. II.3. Các dây chuyền công nghệ cracking. II.3.1.Sơ đồ cracking xúc tác dạng cầu chuyển động.[3,108]. Sơ đồ gồm 2 phần chính : Phần xảy ra quá trình cracking và tái sinh xúc tác. Phần gia nhiệt và phân chia sản phẩm. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nguyên liệu được cho qua bơm và cho qua hệ thống trao đổi nhiệt sau đó được đưa vào lò đốt. Tại đây nguyên liệu được đốt nóng đến nhiệt độ xảy ra phản ứng và bay hơi. Hơi nguyên liệu từ lò đốt đi vào vùng phản ứng của thiết bị phản ứng. Tại đây hơi nguyên liệu tiếp xúc với xúc tác, trộn với nhau từ trên xuống dưới. Để tách hơi sản phẩm ra khỏi xúc tác người ta cho hơi nước vào và hơi sản phẩm cho qua thiết bị đặc biệt, tách ra khỏi xúc tác và cho sang tháp chưng tách hỗn hợp sản phẩm. Hơi xăng, hơi nước và khí béo đi ra ở đỉnh tháp. Hỗn hợp này cho qua ngưng tụ và làm lạnh rồi cho qua thiết bị phân ly.Tại đây tách riêng xăng, khí béo và nước. Khí nhờ máy nén cho sang phân xưởng sản xuất khí. Xăng tách ra khỏi thiết bị phân ly một phần cho hồi lưu về tháp chưng tách sản phẩm. Còn phần lớn xăng được đưa về thiết bị ổn định xăng. Còn phần gasoil nhẹ ( Ts :1950C á 3500C) được lấy ra cạnh sườn tháp chưng tách sau đó được cho vào thiết bị tái bốc hơi bằng hơi nước rồi lấy ra cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nguyên liệu sau đó đưa qua thiết bị làm lạnh rồi đưa về bể chứa sản phẩm. Còn gasoil nặng ( có Ts >3500C).lấy ra khỏi đáy tháp chưng tách, bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt và qua thiết bị làm lạnh rồi cho về bể chứa sản phẩm. Chế độ công nghệ của tháp chưng được giữ ổn định nhờ điều chỉnh chất lỏng hồi lưu và tuần hoàn phân đoạn trung gian cho qua thiết bị trao đổi nhiệt và lại quay về tháp chưng. Xúc tác từ bunke- phân ly của ống vận chuyển bằng khí nén chuyển vào bunke của thiết bị phản ứng rồi cho vào vùng phản ứng và vào vùng tách sản phẩm ra khỏi xúc tác. Sau đó xúc tác lấy ra khỏi thiết bị phản ứng chuyển sang ống vận chuyển và nhờ khì lò cho vào bunke- phân ly. Tại đây khí lò được đưa ra ngoài , xúc tác được cho vào bunke thiết bị tái sinh. Xúc tác đi vào qua vùng tái sinh từ trên xuống dưới. Để đốt cốc bám trên xúc tác người ta cho không khí vào. Xúc tác đã tái sinh chuyển sang ống vận chuyển và vào bunke thiết bị phản ứng. II.3.2.Sơ đồ quá trình cracking xúc tác một bậc trong lớp xúc tác giả sôi.[3,113]. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Xúc tác đã tái sinh đi từ thiết bị tái sinh theo hệ thống đường ống cho xúc tác đi xuống điểm giao nhau.ở đây xúc tác được trộn với nguyên liệu đã được đốt nóng đi từ lò ống sang. Hỗn hợp nguyên liệu với xúc tác theo hệ thống đường ống đi vào thiết bị phản ứng. Hỗn hợp đi vào thiết bị phản ứng ở lối vào theo dòng tốc độ tuyến tính và rơi nhanh xuống, các phần nhỏ xúc tác tạo thành tầng sôi ở đây xảy ra quá trình cracking. Chọn chiều cao của lớp xúc tác dựa theo thời gian tiếp xúc cần cho.Khí tách ra khỏi xúc tác trong các máy hút bụi tách khí. Sản phẩm cracking lấy cho sang tháp chưng tách sản phẩm. Còn bụi xúc tác được giữ lại từ cyclon được đưa quay lại tầng sôi. Xúc tác đã làm việc được lấy ra khỏi thiết bị phản ứng cho sang tháp tái rửa hơi.Tại đây cho hơi nước quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác. Xúc tác đã làm việc từ tháp tái bốc hơi cho xuống đường ống rồi cho xuống điểm trộn. Dòng xúc tác đã làm việc cho vào tái sinh được điều chỉnh bằng van điều chỉnh. Thổi không khí từ thiết bị thổi không khí vào điểm trộn, không khí nén đẩy xúc tác theo đường ống đi lên thiết bị tái sinh, tại tầng sôi xảy ra quá trình đốt cốc, tách cốc ra khỏi bề mặt xúc tác. Xúc tác đã được đốt cốc cho qua giếng theo đường ống tháo xuống trộn với nguyên liệu.Để tách hết sản phâm cháy ra khỏi xúc tác người ta cho hơi nước vào giếng. Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí. Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụng và từ đây cho đi sang hệ thống làm sạch khí. Còn xúc tác được giữ lại và quay trở lại tầng sôi. II.3.3 Sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi(FCC) với thời gian tiếp xúc ngắn.[1,147]. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Dây truyền công nghệ FCC gồm các bộ phận chính sau : Thiết bị phản ứng. Lò tái sinh và khối tận dụng nhiệt của khí khói. Bộ phận phân chia sản phẩm. 1.Thiết bị phản ứng. Nguyên liệu mới từ bể chứa nguyên liệu 1 được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.Nguyên liệu mới có thể đem trộn với một phần tuần hoàn (HCO)( phân đoạn dầu nặng của quá trình cracking xúc tác ) và cặn đáy, sau đó cho qua lò đốt nóng nguyên liệu cracking.Nguyên liệu cracking được tiếp xúc với xúc tác nóng đã tái sinh ở đáy của ống đứng, khi đó nguyên liệu bay hơi cùng với hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác được đi lên phía trên tới đỉnh của ống đứng, đồng thời xảy ra các phản ứng cracking xúc tác. Hầu hết nguyên liệu đều tham gia phản ứng và chuyển hoá trong ống đứng, còn thiết bị phản ứng được được dùng như một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon. Một bộ phận được thiết kế đặc biệt, bố trí gần van chặn, dùng hơi nước để thổi xúc tác và dầu điều này sẽ hạn chế mức tối đa hiện tượng trộn quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc.Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng được chuyển sang cột phân đoạn. Xúc tác đã làm việc được cho qua vung tách hơi ( còn gọi là bộ phận rửa xúc tác ) bằng cách thổi hơi nước vào.Bộ phận rửa không chỉ làm nhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp phụ trên xúc tác mà còn làm tơi các hạt xúc tác để chúng không dính vào nhau trước khi sang lò tái sinh.Tốc độ hơi cần được điều chỉnh thích hợp và cần phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lưu của xúc tác trong bộ phận rửa để tránh phải dùng quá nhiều không khí trong lò tái sinh. Ap suất trong thiết bị phản ứng được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất của cột phân đoạn. 2.Lò tái sinh và khối tận dụng nhiệt của khói lò. Xúc tác có chứa cốc được chuyển qua van điều khiển và khống chế bởi độ kiểm tra mức xúc tác ở trong lò phản ứng,sau đó đi vào lò tái sinh. Xúc tác vào lò tái sinh. Xúc tác vào lò tái sinh theo hướng tiếp tuyến với thành lò. Mục đích của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy không khí, sản phẩm tạo thành là CO và CO2, hơi nước do vậy mà trả lại bề mặt hoạt tính cho xúc tác. Sau khi nén không khí để đốt được đưa vào đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để trộn có hiệu quả giữa không khí và xúc tác.Sự cháy cũng xảy ra trong lớp sôi và để đạt được điều đó thì tốc độ của không khí phải lớn hơn 1 m/s. Xúc tác đã tái sinh được chuyển vào ống đứng sau khi đã đuổi sạch khí qua một van lá mà sự hoạt động của van này được khống chế, điều khiển tự động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị phản ứng, rồi sau đó xúc tác được trộn với nguyên liệu cracking và hoàn thành một chu trình. Đồng thời ta tiến hành tháo xúc tác bẩn đã già hoá ra và tiếp tục bổ xung xúc tác mới để đảm bảo độ hoạt tính ổn định của xúc tác trong quá trình làm việc. Khí của quá trình cháy cốc và các hạt xúc tác chuyển động từ "pha đặc” vào “pha loãng" ở đỉnh lò tái sinh, qua hai cấp xyclon để giữ lại các hạt xúc tácvà khí tách. Sau đó, khí khói được qua buồng lắng để tách tiếp bụi xúc tác, rồi qua bộ phận tận dụng nhiệt, sau đó khí khói được làm sạch bụi xúc tác bằng lọc điện rồi đi ra ngoài theo ống khói. 3. Bộ phận phân chia sản phẩm. Hơi sản phẩm được nạp vào cột phân đoạn chính để chia thành các sản phẩm khác nhau: Xăng và phần nhẹ hơn được cho qua bộ phận ngưng tụ rồi vào thiết bị tách khí. Sau khi tách khí, ta nhận được phân đoạn C1 ,C2. Các sản phẩm này có thể được dùng làm khí nhiên liệu cho dây chuyền. Phân đoạn C3 ,C4 chứa nhiều propen và buten được dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá và sản phẩm tiếp theo là xăng đã khử butan. Từ cột phân đoạn chính ta còn nhận được naphta nặng , LCO, HCO. Phần HCO có thể cho tuần hoàn lại ống đứng của thiết bị phản ứng và sản phẩm cuối cùng là phần dầu cặn đã được làm sạch khỏi bùn xúc tác. III. Phân tích lựa chọn công nghệ cracking xúc tác. Qua lịch sử phát triển của quá trình cracking xúc tác, đồng thời qua phân tích đánh giá các yêu cầu khác như chế độ làm việc, nguyên liệu xúc tác... ta thấy quá trình FCC có rất nhiều ưu điểm và thuận lợi, hệ thống này được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp dầu mỏ, nó được các hãng công nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực này như UOP, Kellogg, Shell, IFP, Exxon... nghiên cứu để hoàn thiện hơn nhằm mục đich đạt năng suất hiệu quả cao nhất, sử dụng nguyên liệu nặng hơn, tiết kiệm được xúc tác... và phải là kinh tế nhất. Qua thực tế dùng hệ thống cracking xúc tác lớp sôi sử dụng xúc tác dạng bụi hay vi cầu, người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn hệ thống cracking xúc tác trong lớp xúc tác chuyển động. Những ưu điểm đó là: Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều có cấu tạo rất đơn giản, so với các dạng thiết bị khác của quá trình cracking thực tế chúng là hình rỗng. Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngược lại là nhờ sự vận chuyển liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng. Do sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng nhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị tái sinh, khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau, như từ nguyên liệu là phân đoạn kerosen đến nguyên liệu nặng là mazut, làm tăng tính vạn năng của hệ thống. Hệ thống này có công suất làm việc lớn và có thời gian tiếp xúc ngắn (thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và xúc tác là cực tiểu) dẫn đến việc đạt được hiệu suất xăng cực đại và olefin nhẹ không xảy ra phản ứng ngưng tụ bậc hai mà đã tạo xăng. ứng dụng phương pháp tái sinh (cháy hoàn toàn CO trong thiết bị tái sinh) dẫn đến đạt hàm lượng cất cặn rất thấp trong xúc tác. Với những ưu điểm nổ bật đó nên ta chọn sơ đồ công nghệ xúc tác lớp sôi FCC với thời gian tiếp xúc ngắn cho quá trình cracking xúc tác. CHƯƠNG IV Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng I.Tính cân bằng vật chất. Tổng lượng vật chất vào lò phản ứng bằng tổng lượng vật chất ra khỏi lò phản ứng :Gvào = Gra. Cân bằng vật chất của lò phản ứng Phương trình cân bằng vật liệu của lò phản ứng có dạng: GNL =Gk +Gc+G x +Ggnh +Ggn+ Gmm Trong đó : GNL : Lượng nguyên liệu mới vào trong lò phản ứng( năng suất của phân xưởng ) ,T/h. Gk : Lượng sản phẩm khí tạo thành, T/h. Gc : Lượng cốc tạo ra , T/h. Gx : Lượng sản phẩm xăng tạo thành, T/h. Ggnh : Lượng gasoil nhẹ ,T/h. Ggn : Lượng gasoil nặng, T/h. Gmm : Lượng mất mát ,T/h. Phân xưởng cracking xúc tác có năng suất 3.000.000 tấn/năm với nguyên liệu là lấy từ phần cặn của dầu thô Bạch Hổ. Ta coi thời gian làm việc của phân xưởng trong 1 năm là 8000 h Năng suất của phân xưởng tính theo giờ sẽ là : GNL== 375 T / h. Chọn hiệu suất xăng ( tính theo % trọng lượng nguyên liệu mới ) là Xr = 45,1% trọng lượng nguyên liệu mới Chọn hiệu suất cốc Xc = 1,7% trọng lượng nguyên liệu mới. Chọn hiệu suất khí khi cracking là Xk = 17,7% trọng lượng nguyên liệu mới. Hiệu suất gasoil nhẹ là : Xgnh = 22% trọng lượng nguyên liệu mới Hiệu suất gasoil nặng là : Xgn = 12,5% trọng lượng nguyên liệu mới Coi lượng mất mát là 1%. Tổng lượng vật chất vào lò phản ứng Gvào = GNL = 375 ,T/h Lượng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng : Lượng khí cracking là: Gk = GNL .17,7 = 375. 0,177 = 66,375 ,T/h Lượng xăng là : Gx = GNL . 0,451 = 375 . 0,451 = 169,125 ,T/h Lượng gazoil nhẹ là : Ggnh = GNL . 0,22 = 375. 0,22 = 82,5 , T/h Lượng gazoil nặng là : Ggn = GNL . 0,125 = 375. 0,125 = 46,875 ,T/h Lượng cốc là : Gc = GNL ´ 0,017 = 375. 0,017 = 6,375 ,T/h Lượng mất mát là : Gm = GNL ´ 0,01 = 375. 0,01 = 3,75 ,T/h Vậy tổng lượng sản phẩm và mất mát là: Gra = Gk + Gx + Ggnh + Ggn + Gc + Gm = 66,375 + 169,125 + 82,5+ 46,875 + 6,375 + 3,75 = 375 , T/h kết quả tính toán cân băng vật chất cho thiết bị phản ứng như sau : Bảng 1: Kết quả tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị phản Các thành phần Trọng lượng , T/h % Trọng lượng theo nguyên liệu mới Đầu vào Nguyên liệu mới 375 100 Đầu ra Sản phẩm Khí 66,375 17,7 Sản phẩm Xăng 169,125 45,1 Sản phẩm Gasoil nhẹ 82,5 22 Sản phẩm Gasoil nặng 46,875 12,5 Cốc 6,375 1,7 Lượng mất mát 3,75 1 Tổng 375 100 Xác định lượng xúc tác tuần hoàn và tiêu hao hơi nước. Với hệ thống xúc tác dạng hạt cầu thì bội số tuần hoàn xúc tác N = 4 á 9/1 Ta chọn N = 6/1 như vậy lượng xúc tác sẽ là : GCatalyst = N. Gc = 6.375 = 2250 ,T/h Xác định lượng tiêu hao hơi nước. Hơi nước sử dụng trong quá trình là hơi quá nhiệt Để điều chỉnh mật độ của hỗn hợp hơi nguyên liệu và xúc tác ở trong ống vận chuyển ta dùng hơi nước và nó tiêu tốn khoảng 0,4 -2,0% trọng lượng tính theo tải trọng của lò phản ứng. Ta chọn tiêu tốn hơi nước để điều chỉnh mật độ hỗn hợp là 1,6% trọng lượng theo nguyên liệu. Vậy lượng hơi nước tiêu hao trong trường hợp này là : Gn1 = 0,016 .375 = 6 ,T/h. Hơi nước dùng để tách hơi sản phẩm cracking ra khỏi xúc tác trước khi đưa vào lò tái sinh trong vùng tách. Tiêu tốn trong trường hợp này vào khoảng 5 -10 kg để tách được 1 tấn xúc tác có dính cốc. Ta chọn giá trị là 7 kg /1tấn xúc tác. Như vậy lượng hơi nước tiêu tốn sẽ là : Gn2 = 7.2250 =15750 , Kg/h. Vậy lượng hơi nước tiêu tốn tổng cộng là: GH2Ohv = Gn1 + Gn2 = 6 +15,75 = 21,75 ,T/h. II. Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng. Cân bằng nhiệt của lò phản ứng Phương trình cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng có dạng: QNL + QH2Ohv1 + QH2Ohv2 + QXtv = QXtr + Qk + Qx + Qgnh + Qgn +Qcốc + QH2Ohr1 + QH2Ohr2 + Qmm + Qpứ. Trong đó : Vế trái của biểu thức biểu diễn tổng nhiệt lượng mang vào thiết bị tính bằng , Kcal/h. QNL : Nhiệt lượng do nguyên liệu mới mang vào QH2Ohv1 : Nhiệt lượng do hơi nước đưa vào ống vận chuyển QH2Ohv2 : Nhiệt lượng do hơi nước mang vào vùng tách QXtv : Nhiệt lượng do xúc tác mang vào Vế phải của phương trình biểu diễn tổng nhiệt lượng mang ra khỏi thiết bị phản ứng tính bằng (Kcal/h). QXtr : Nhiệt lượng do xúc tác mang ra Qk : Nhiệt lượng do sản phẩm khí mang ra Qx : Nhiệt lượng do hơi xăng mang ra Qgnh : Nhiệt lượng do hơi gasoil nhẹ mang ra Qgn : Nhiệt lượng do phần gasoil nặng mang ra QH2Ohr1 : Nhiệt lượng do hơi nước mang ra khỏi ống vận chuyển QH2Ohr2 : Nhiệt lượng do hơi nước mang ra khỏi vùng tách Qmm : Mất mát nhiệt vào môi trường Qpư : Nhiệt lượng tiêu hao cho phản ứng cracking. Dựa vào các tài liệu và thực tế công nghiệp ta chọn nhiệt độ của các thành phần lúc đi vào thiết bị phản ứng như sau: Nhiệt độ của xúc tác vào thiết bị phản ứng là : txtv = 6000C Nhiệt độ của hơi nước đưa vào ống vận chuyển là: tH2Ov1 = 6000C ( áp suất 40 at) Nhiệt độ của hơi nước đưa vào vùng tách: tH2Ov2 = 2300C ( áp suất 2 at) II.1. Nhiệt lượng do khí sản phẩm mang ra. Trong bảng 2 dưới đây theo tài liệu [6,118] sẽ chỉ ra thành phần của khí cracking ( Người ta xác định được bằng cách phân tích sắc ký khí của sản phẩm khí nhận được khi cracking). Với giả thiết là áp suất trong thiết bị phản ứng là tương đối nhỏ, vì vậy ảnh hưởng của áp suất lên hàm nhiệt là không đáng kể. Khi biết thành phần của khí cracking ta có thể tìm được hàm nhiệt của riêng từng cấu tử sau đó ta có thể tính được hàm nhiệt của hỗn hợp các cấu tử. Tổng hàm nhiệt riêng phần của các cấu tử sẽ là hàm nhiệt của khí cracking ở nhiệt độ đã cho. Nhờ nội suy ta có thể xác định được hàm nhiệt của khí ở các nhiệt độ trung gian. Bảng 2: Thành phần của khí cracking Cấu tử Hiệu suất % trọng lượng theo nguyên liệu Số lượng Kg/h Kmol/h H2S H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H8 C4H10 0,85 0,2 2,31 0,57 1,25 3,22 2,43 3,95 2,92 3187,5 750 8662,5 2137, 5 4687,5 12075 9112,5 14812,5 10950 93,75 375 541,4 76,34 156,25 287,5 207,1 264,5 188,79 Bảng 3: Hàm nhiệt của các cấu tử khí ở trong khoảng nhiệt độ 3000C - 5000C. Cấu tử Thành phần % trọng lượng Hàm nhiệt 3000C 4000C 5000C Riêng Riêng phần Riêng Riêng phần Riêng Riêng phần H2S 4,802 75,3 3,616 103,2 4,96 131 6,29 H2 1,13 1035,0 11,67 1383,0 15,62 1733 19,58 CH4 13,05 188,8 24,64 269,0 35,10 357 46,59 C2H4 3,22 142,9 4,60 205,0 6,601 273 8,79 C2H6 7,062 162,6 11,48 236,0 16,67 316 22,32 C3H6 18,192 141,4 25,72 204,0 37,11 272 49,48 C3H8 13,729 159,1 21,84 231,0 31,71 309 42,42 C4H8 22,316 148,9 33,23 214,0 47,76 285 63,60 C4H10 16,499 159,5 26,31 231,0 38,11 308 50,82 Tổng 100 163,10 233,64 309,89 Từ bảng trên ta xác định được hàm nhiệt của khí cracking khi ra khỏi lò phản ứng ở 5000C. Hàm nhiệt của khí cracking ở 5000C có giá trị bằng : qk = 309,89, Kcal/Kg. Như vậy nhiệt lượng do khí sản phẩm mang ra là : Qk = 66,375.103 . 309,89 = 2,057 .107 ,Kcal/h II.2 Nhiệt lượng do hơi các sản phẩm nặng hơn mang ra. Hàm nhiệt của hơi hydrocacbon được xác định theo công thức : qh = ( 50,2 + 0,109. t + 0,00014.t2 )*( 4 -g1515 ) -73,8 [6,120] Trong đó : qh : Hàm nhiệt của phân đoạn ở trạng thái hơi , Kcal/Kg g1515 : Tỷ trọng của phân đoạn lỏng t : nhiệt độ phân đoạn , 0C Hàm nhiệt của hơi sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng ở 5000C là : qh = ( 50,2 + 0,109.500 + 0,00014.5002 )*( 4 -0,76 ) -73,8 =378,83 Kcal/Kg. Nhiệt lượng do hơi xăng mang ra khỏi thiết bị phản ứng Qx = 169,125 .103 . 378,83 =6,4069.107 Kcal/h Nhiệt hàm của các hydrocacbon lỏng được tính theo công thức : ql = ( 0,403. t + 0,000405 .t2 ) [6,120] Trong đó : q l : là hàm nhiệt của phân đoạn hydrocacbon lỏng ở nhiệt độ t, Kcal/Kg d15,615,6 : Tỷ trọng của phân đoạn t : Nhiệt độ của phân đoạn .0C Hàm nhiệt của gasoil nhẹ ở 5000 C là : qgnh==313,43 ,Kcal/kg ( do tỷ trọng của gasoil nhẹ là : g1515 = 0,933 ) Lượng nhiệt do phần gasoil nhẹ mang ra : Qgnh = 82,5.103 . 313,43 = 2,5856 .107 ,Kcal/h Hàm nhiệt của phần gasoil nặng mang ra : qgn == 311,78 ,Kcal/kg ( tỷ trọng của gasoil nặng là : g1515 = 0,9429 ) Lượng nhiệt do phần gasoil nặng mang ra là : Qgn =46,875. 103. 311,78 = 1,4615 .107 ,Kcal/h Hàm nhiệt của cốc và xúc tác được tính theo công thức : qcốc = C.t [6,120] q cốc : hàm nhiệt của cốc hoặc xúc tác , Kcal/kg C : là nhiệt dung riêng của cốc hay nhiệt dung riêng của xúc tác và tương ứng bằng 0,6 và 0,27 ,Kcal/ Kg.độ. t : Nhiệt độ của xúc tác hay cốc. Hàm nhiệt của xúc tác đi vào ống phản ứng : qxtv =0,27. 600 = 162 ,Kcal/Kg Nhiệt lượng của xúc tác mang vào ống phản ứng QXtv = 2250. 103 .162 = 36,45 .107 ,Kcal/h Hàm nhiệt của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng : qxtr =0,27 .500 = 135 ,Kcal/kg Lượng nhiệt do xúc tác mang ra khỏi thiết bị phản ứng : QXtr = 2250. 103 .135 = 30,375. 107 Kcal/h Hàm nhiệt của cốc mang ra khỏi thiết bị phản ứng : qcốc = 0,6.500 =300 Kcal/kg Lượng nhiệt do cốc mang ra là : Qcốc = 6,375 . 103 .300 =0,19125.107 Kcal/h Hàm nhiệt của hơi nước được xác định theo [7,196] Nhiệt dung riêng của hơi nước ở 40 at , 6000C là : 0,5285 Kcal/Kg.độ ở 40 at ,2300C là : 0,293 Kcal/ Kg.độ ở 2 at ,5000C là :0,509 Kcal/Kg.độ Hàm nhiệt của hơi nước mang vào ống phản ứng : qH2Ov1 = 0,5285 .600 = 317,1 Kcal/ Kg Lượng nhiệt do hơi nước mang vào ống phản ứng là : QH2Ovl = 6.103. 317,1 = 0,19026.107 , Kcal/h Hàm nhiệt do hơi nước mang vào vùng tách là : qH2Ov2 = 0,293.230 = 67,39 Kcal/kg Nhiệt lượng do hơi nước mang vào vùng tách là : qH2Ov2 = 15,75.103 . 67,39 = 0,1061.107 Kcal/h Tổng lượng nhiệt do hơi nước mang vào là : QH2Ot = (0,19026 +0,1061 ) .107 = 0,29636 .107 Kcal/h Hàm nhiệt của hơi nước khi ra khỏi thiết bị phản ứng : qH2Or = 0,590 .500 = 254,5 ,Kcal/ Kg Lượng nhiệt do hơi nước mang ra : QH2Ohr = 21,75.103 .254,5 =0,5535. 107 ,Kcal/h Độ sâu biến đổi được xác định: 100-22-12,5= 65,5% trọng lượng tra đồ thị hình 59 (tài liệu[ 6,120]) ta được hiệu ứng nhiệt của phản ứng: DH=62, Kcal/kg Lượng nhiệt tiêu hao cho phản ứng cracking: Qpư= 375.103.62= 2,325.107 , Kcal/h Lượng nhiệt mất mát ta coi như tính bằng 5% lượng nhiệt cân bằng ( Qmm = 0,05 Qvào ) Tổng lượng nhiệt vào thiết bị phản ứng : Qvào = QNL + 0,29636.107 + 36,45 .107 =QNL + 36,74636.107 ,Kcal/h Tổng lượng nhiệt mang ra khỏi thiết bị : Qr = 2,057 .107 + 6,4069.107 + 2,5856.107 + 1,4615 .107 + 30,375. 107 + 0,19125.107 +0,5535 . 107 + 2,325.107 + Qmm Qr = 45,96 . 107 +0,05. Qvào ,Kcal/h Qvào = Qr = 48,379 .107 , Kcal/h Qmm = 0,05 . 48,379. 107 = 2,613