Đồ Án Quá trình Reforming xúc tác

Định dạng file word


A . Phần mở đầu.
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp hàng đầu thì ngành công nghiệp hoá dầu cũng phát triển mạnh và có những vai trò quan trọng trong cuộc sống.
Trong công nghiệp hóa dầu mỗi quá trình đều có những đóng góp không nhỏ cho sự phát triển của ngành xúc tác học không ngừng tăng lên khi ngày càng có những đòi hỏi cao về chất lượng của sản phẩm, khi tiến hành phản ứng. Xúc tác rất cần thiết cho phản ứng, xúc tác làm cho các phản ứng được tiến hành một cách nhanh chóng, chính xác nhất, đồng thời đem lại hiệu quả cao cho sản phẩm thu được do có tính chọn lọc. Để có được như vậy nên xúc tác không ngừng cải tiến đem lại hiệu quả cao hơn trong công nghiệp lọc hoá dầu.
Đặc biệt trong công nghiệp lọc hoá dầu đã xuất hiện quá trình Refocrming xúc tác, quá trình này cũng đã đem lại những kết quả cao để thúc đẩy sự phát triển cho ngành công nghiệp chế biến dầu. Trong các loại nhiên liệu, xăng là nhiên liệu quan trọng nhất, xăng có trị số octan cao cho phép động cơ hoạt động tốt hơn nhiều, do đó các nhà khoa học đã tìm kiếm những phương pháp tốt nhất để sản xuất xăng có trị số octan cao ngay từ những năm đầu thế kỷ này. Năm 1911 Zekisky và các cộng sự đã phát hiện ra phản ứng chuyển hoá cycloancan sáu cạnh thành aren trên xúc tác platin và paladi phản ứng này đã đặt cơ sở khoa học cho quá trình Reforming xúc tác. Trước đại chiến thế giới do nhu cầu về các hợp chất thơm và xăng máy bay cho mục đích quân sự thì quá tring Reforming đầu tiên được tiến hành ở quy mô công nghiệp, sử dụng nguyên liệu là phân đoạn gasoie. Tuy nhiên, đến năm 1950 khi Hasensel và các đồng nghiệp ở công ty Universal Oil Produets đã chứng minh rằng xúc tác platin có thể sử dụng trong công nghiệp rồi đến năm 1955, Reforming nhiệt. Quá trình xúc tác không chỉ cho phát lượng sản phẩm mà còn cho hiệu suất cao.
Ngày nay, Reforming xúc tác là một trong những quá trình quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu mỏ hiện tại. Vai trò của quá trình này không ngừng được tăng lên do nhu cầu về xăng có chất cao và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hóa dầu ngày càng phát triển nhanh trên thế giới. Quá trình này cho phép chế loại xăng có trị số octan cao và sản xuất các loại hydro cacbon thơm ( Bezen, Toluen, Xilen ), làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu. Quá trình Reforming thường dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có trị số octan thấp không đủ tiêu chuẩn cuẩ nhiên liệu cho động cơ xăng. Do là phân đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô hay từ phân đoạn xăng của qúa trình cracking nhiệt, cốc hoá hay hay vibicking. Các phản ứng xảy ra trong qúa trình isome hoá, hydro hóa, dehydro tạo vòng cho sản phẩm chính là các hợp chất thơm có trị số octan cao. Xúc tác cho phản ứng là Pt hoặc hợp kim của Pt mang trên chất mang oxy nhôm xốp và được hoạt hoá. Đây là những xúc tác hai chức năng và cả kim loại và oxy nhôm đều đóng vai trò tâm hoạt tính.
Do có vai trò quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu nên quá trình Reforming xúc tác ngày càng được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên thế giới. Hiện nay lượng xăng thu được từ qúa trình Reforming xúc tác chiếm 25% toàn bộ lượng xăng thu được tiêu thụ trên thế giới. Trong công nghiệp chế biến hoá dầu hiện đại, quá trình này càng có ý nghĩa lớn lao khi tạo ra sản phẩm có trị số octan cao mà không cần pha thêm chì, tránh ô nhiễm môi trường.
Cho nên quá trình Reforming xúc tác trong chế biến dầu có quy mô rất lớn, tạo nên những bước tiến quan trọng cho sự phát triển cuẩ ngành công nghiệp lọc hoá dầu ngày càng phục vụ nhiều hơn cho đời sống. Chính và vậy mà đồ án nhằm giới thiệu về toàn bộ quá trình Reforming xúc tác. Cơ sở hoá học, xúc tác nguyên liệu, sản phẩm, cơ chế, động học của qúa trình, các quy trình công nghệ điển hình sử dụng trong công nghiệp. Đồng thời đồ án này đánh giá toàn bộ quá trìn về vai trò của nó.


B. Tổng quan lý thuyết.
I. Mục đích của quá trình.
Theo lịch sử phát triển của quá trình Reforming xúc tác thì ngay từ năm đầu xuất hiện quá trình đã đem lại hiệu quả rất cao trong lọc hoá dầu mà đặc biệt là hiệu suất xăng tăng lên đồng thời chất lượng của xăng được cải thiện một cách rõ rệt.
Mục đích chính của quá trình Reforming xúc tác là nâng cao trị số octan của xăng do đó đã dẫn đến nâng cao hiệu suất sử dụng dầu mỏ từ trong công nghiệp lọc hoá dầu, đem lại vai trò quan trọng trong đời sống, ví dụ: Khi tăng trị số octan của xăng từ 66 lên 88 thì chi phí xăng cho một năm giảm đi 22%. Đồng thời quá trìng Reforming xúc tác là sản xuất hydro cacbon thơm trong đó gồm có Bezen, Toluen, Xylen . làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu và tổng hợp hữu cơ.
Ngoài ra, quá trình Reforming xúc tác còn thu được khí hydro kỹ thuật vời giá rẻ nhất so với các quá trình điều chế hydro khác. Mặt khác đây chính là nguồn thu H2 còn được ứng dụng trong nhiều quá trình làm sạch sản phẩm dầu mỏ và chế biến dầu.
Qua đó ta thấy rằng, các mục đích của quá trình Reforming xúc tác có vai trò rất quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu mỏ.
II. Cơ sở hoá học.
Reforming xúc tác là một quá trình chuyển hoá hoá học phức tạp sử dụng nguyên liệu là xăng chưng cất trực tiếp và gần đây nhờ sự phát triển của các quá trình làm sạch bằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình lọc dầu khác ( xăng của quá trình cốc hoá, xăng caracking nhiệt . ). Quá trìng này được tiến hành trên xúc tác hai chức năng, thường chứa Pt được mang trên oxyt nhôm. Trong quá trình Reforming các parafin mạch thẳng và các cyclo parafin bị chuyển hoá thành các hợp chất thơm và isoparafin làm tăng trị số octan của xăng.
Mục đích của quá trình sản xuất xăng có trị số octan cao ( RON trong khoảng từ 95102 ) mà không phải pha thêm chì. Đồng thời, do sản phẩm chủ yếu trong quá trìng là hydro cacbon thơm nên quá trình còn được ứng dụng để thu BTX ( khí nguyên liệu là phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 3103400F ) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hữu hoá dầu.
Do đó các phản ứng xảy ra trong quá trình Reforming xúc tác là những phản ứng isome hoá, hydro hoá, dehydro hoá đóng vòng, dehydro hoá và các phản ứng phụ khác.
1. Phản ứng dehydro hoá.
Đây là phản ứng nhằm tạo ra hydro cacbon thơm, đồng thời phản ứng dehydro hóa còn thu nhiệt mạnh và phản ứng xảy ra với Naphten chiếm từ 1850% trong nguyên liệu. Phản ứng dehydro hoá cyclohexan và dẫn xuất của nó có tốc độ khá lớn khi ta dùng xúc tác có chứa Pt – Hợp chất chủ yếu của Naphten là cyclopetan và cyclohexan ( trong đó cyclopetan nhiều hơn cyclohexan ) Cyclohexan bị dehydro hoá trực tiếp tạo thành hợp chất thơm.




C-Kết luận.
Nhu cầu về xăng có trị số octan cao mà không phải pha thêm chì đã làm cho quá trình Reforming trở thành một quá trình lọc dầu quan trọng và cho ta thấy tầm quan trọng của bản đồ án này.
Những kết luận có thể tổng kết từ bản đồ án này như sau:
1- Reforming là một quá trình phức tạp gồm một loạt các phảm ứng toả nhiệt và thu nhiệt, trong đó quan trọng nhất là phản ứng dehydro hoá naphta thành các hợp chất thơm. Quá trình nhằm mục đích thu xăng có chất lượng cao và các sản phẩm BTX làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu, ngoài ra hydro thu được từ quá trình Reforming cung cấp cho nhiều quá trình công nghiệp khác với số lượng nhiều nhất, rẻ nhất.
2- Xúc tác của quá trình là xúc tác 2 chức năng. Chức năng hydro hoá - dehydro hoá là nhờ kim loại, chức năng isome hoá là nhờ tính axit của chất mang. Xúc tác phổ biến là Pt/Al2O3. Còn xúc tác hai hoặc nhiều kim loại trên một số chất mang khác như oxit sillic, zeolit cũng tỏ ra có tác dụng tốt.
3- Nguyên liệu mà quá trình sử dụng tốt nhất là xăng chưng cất trực tiếp có hàm lượng naphten cao. Để thu xăng có trị số octan cao sử dụng phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 851800C còn thu BTX thì sử dụng phân đoạn hẹp hơn có nhiệt độ sôi từ 621400C.
4- Điều kiện tiến hành quá trình là ở nhiệt độ và áp suất cao thường là 5000C và 3035at. áp suất riêng phần của hydro là một nhân tố ảnh hưởng quan trọng đến quá trình. Các nhân tố vận tốc thể tích, tỷ lệ H2/HC đặc tính của thiết bị cũng ảnh hưởng quan trọng đến quá trình.
5- Sự khử hoạt tính xúc tác chủ yếu là do sự tạo cốc trên bề mặt. Do vậy, một thời gian nhất định thường phải tái sinh xúc tác bằng cách oxy hoá cốc bằng không khí, các phương pháp tái sinh khác như khử bằng hydro và Clo hoá cũng được áp dụng để hấp thụ những chất gây ngộ độc (S,N .) và cấp lại độ axit cho xúc tác.
6- Trong công nghiệp, quá trình được tiến hành trong những hệ thống bán tái sinh, tuần hoàn, tầng sôi hay lớp xúc tác chuyển động. Quá trình sản xuất liên tục bằng hệ thống xúc tác chuyển động là ưu việt hơn cả. Trong đó mỗi Công ty đều đưa ra những quy trình công nghệ khác nhau nhưng nổi tiếng nhất là Platforming của hãng UOP, Mỹ.
7- Bản đồ án này cũng đã tính toán được cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và sơ lược về kích thước của thiết bị chính trong phân xưởng Reforming xúc tác với công suất 1,2 triệu tấn/năm.