Công nghệ của quá trình reforming xúc tác

Nhóm thực hiện:

Ngô Mạnh Tường

Nguyễn Thanh Mai

Nguyễn Thị Nguyệt

Nguyễn Thị Toan

Nguyễn Ngọc Nam

Giới thiệu chung• Quá trình reforming xúc tác với tầng xúc tác cố

định lần đầu tiên được áp dụng trong công nghiệp vào năm 1940 và khi đó dùng xúc tác molipđen.

• Song quá trình này không phát triển vì sự tạo cốc quá nhanh trên bề mặt xúc tác.

• Vào năm 1949, quá trình reforming xúc tác sử dụng xúc tác Pt ra đời và quá trình này liên tục được cải tiến. Kể từ đó đến nay nhiều nghiên cứu cải tiến đã được thực hiện theo hướng cải tiến xúc tác và cải tiến công nghệ đã mang lại những kết quả đáng kể.

Giới thiệu chung• Vào thập niên 60, xúc tác hai chức năng

và nhiều kim loại đã được phát hiện, loại này có độ bền cao, chống lại sự tạo cốc đã góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm mà chi phí đầu tư và vận hành không cao.

• Đầu những năm 70, một cải tiến nổi bật về quá trình reforming xúc tác ra đời, đó là quá trình có tái sinh liên tục của UOP và tiếp theo là IFP.

• Xúc tác bị cốc hóa được tháo ra liên tục khỏi thiết bị phản ứng và được quay lại sau khi đã được tái sinh trong thiết bị riêng. Quá trình này gọi là quá trình tái sinh liên tục CCR.

• Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị cốc hóa, quá trình CCR cho phép dùng áp suất thấp và thao tác liên tục.

• Cũng nhờ giảm áp suất mà hiệu suất hydrocarbon thơm và H2 tăng lên đáng kể

• . Ngày nay, quá trình CCR với áp suất riêng phần thấp có thể làm việc ở áp suất 3,5 at. Khi giảm áp suất làm việc đồng thời nâng cao mức độ biến đổi nguyên liệu thì kinh tế nhất là chọn CCR. Nhờ tái sinh xúc tác liên tục mà không phải dừng quá trình để tái sinh xúc tác như các dây truyền cũ, xúc tác được tái sinh liên tục chuyển vào thiết bị phản ứng.

• Điều đó làm cho xúc tác có độ hoạt tính cao và ổn định hơn, làm việc ở điều kiện khắt khe hơn mà vẫn cho hiệu suất cao hơn so với phương pháp tái sinh bán liên tục.

• Trong công nghệ phản ứng của phân xưởng reforming xúc tác thì có hai loại thiết bị phản ứng: thiết bị phản ứng xuyên tâm và thiết bị phản ứng dọc trục.

• Thiết bị phản ứng dọc trục là loại hình trụ, có vỏ làm bằng thép carbon và tiếp theo là lớp lót bằng bêtông phun, trong lò chứa đầy xúc tác, phía trên và phía dưới lớp xúc tác là lớp đệm sứ để xúc tác không bị mang theo dòng khí.

• Trong thiết bị phản ứng dọc trục, khối khí chuyển động qua lớp xúc tác dọc theo hướng trục reactor.

Thiết bị phản ứng dọc trục• Ưu điểm: Thiết bị phản ứng dọc trục có

cấu tạo đơn giản, rẻ.

• Nhược điểm: tổn hao áp suất lớn

Thiết bị phản ứng xuyên tâm• Thiết bị phản ứng xuyên tâm cũng có cấu trúc

hình trụ, vỏ cũng có lớp lót bằng bêtông phun.• Nhưng để tạo chuyển động hướng tâm của

dòng hơi khí, người ta bố trí phía trong thiết bị một cốc hai vỏ hình trụ bằng thép có đục lỗ ở thành, giữa hai lớp vỏ của cốc chứa xúc tác.

• Hỗn hợp hơi khí đi qua các lỗ này, qua lớp xúc tác theo phương vuông góc với trục của lò rồi đi vào ống trung tâm và đi ra ngoài.

• Ưu điểm: Thiết bị phản ứng xuyên tâm có tổn thất áp suất nhỏ, áp suất làm việc được giảm xuống còn 3 ¸ 10 bar.

Do những ưu điểm và nhược điểm mà ngày này thiết bị phản ứng dọc trục không còn được sử dụng nữa và được thay thế bằng thiết bị phản

ứng xuyên tâm

Hình 1: Thiết bị phản ứng dọc trục và xuyên tâm

Một số sơ đồ công nghệ của IFP và UOP

Hình 2: Sơ đồ công nghệ Dualforming của IFP

*  Công nghệ được cải tiến của IFP

Hình 3 : Sơ đồ công nghệ được cải tiến của IFP

Công nghệ Aromizing của IFP• Hình 4 : Sơ đồ công nghệ Aromizing của IFP

Công nghệ Aromizing của IFP

• Quá trình Aromizing sử dụng xúc tác AR501 có độ chọn lọc cao cho hiệu suất aromatic cao, kéo dài thời gian sống và giảm lượng tiêu thụ xúc tác.

• . Các quá trình công nghệ của IFP có hệ thống tái sinh xúc tác hiện đại, tự động hoá hoàn toàn các thao tác, cốc được đốt ở 2 tầng nên đảm bảo tái sinh triệt để.

• Hệ thống side-by-side reactor, cấu trúc đơn giản, ống dẫn giữa thiết bị phản ứng với lò đốt ngắn và hệ thống khôi phục chi phí thấp.

Công nghệ RZ Platforming của UOP

Quá trình RZ Platforming được sử dụng để sản xuất aromatic. Quá trình RZ Platforming sử dụng xúc tác RZ-100, có khả năng có chọn lọc chuyển hoá những thành phần nguyên liệu khó (C6 và C7 paraffin) thành hydrocarbon thơm.Quá trình RZ Platforming cho năng suất thu benzene, toluene và hydro cao. Thời gian tái sinh xúc tác khoảng 8 đến 12 tháng. Đặc điểm của quá trình RZ Platforming:

• Tính chọn lọc hydrocarbon thơm: độ chọn lọc hydrocarbon thơm của xúc tác RZ-100 khoảng 80% hay cao hơn thậm chí khi xử lý các thành phần nguyên liệu khó (C6 và C7 paraffin).

Hình 6 : So sánh hiệu suất thu aromatics của RZ và CCR Platforming

• Năng suất hydro cao: hình trên cho thấy năng suất hydro của xúc tác RZ-100 gấp hai lần của xúc tác CCR Platforming. Các phản ứng chuyển hoá paraffin nhẹ thành các hydrocarbon thơm ít tiêu tốn hydro hơn và sản phẩm hydro tăng.

Hình 7: So sánh hiệu suất thu hydro của RZ và CCR Platforming

Công nghệ CCR Platforming của UOP

Hình 8 : Sơ đồ công nghệ CCR Platforming của UOP

Công nghệ CCR Platforming của UOP

• Quá trình CCR Platforming được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dầu mỏ và công nghiệp hóa chất. Quá trình này sản xuất hydrocarbon thơm và hydro từ napthen và paraffin.

• Những đặc tính và những lợi ích:

• Tối ưu hóa chất xúc tác và điều kiện quá trình: sự phát triển của kỹ thuật đã cho phép cải tiến xúc tác kết hợp với cải thiện những điều kiện làm việc.

• Tính chọn lọc: của paraffin nặng và naphthene nặng 5 và 6 cạnh trong phạm vi từ 80 đến 100%.

• Cốc dễ dàng được đốt cháy ở CCR: với áp suất thấp thì sự hình thành cốc trên chất xúc tác xảy ra nhanh chóng hơn. Vì vậy, UOP đã thiết kế quá trình đốt cháy cốc và những phục hồi chất xúc tác dễ dàng hơn.

• Môi trường: CCR Platforming ít tác động đến môi trường và hiệu suất năng lượng cao. Công nghệ Chlorsorb trong CCR được sử dụng để phục hồi tính chloride.

Sơ đồ công nghệ Cyclar của UOP

Quá trình Cyclar chuyển đổi khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) thành hydrocarbon thơm. Với sự phát triển chung của BP và UOP, quá trình Cyclar mở rộng sử dụng LPG để sản xuất hydrocarbon thơm giá trị cao. LPG có thành phần chủ yếu là propane và butane.

Hóa học quá trình công nghệ Cyclar

• Quá trình đựoc tiến hành ở nhiệt độ cao hơn 425°C (800°F).

• Các phản ứng chính của quá trình là:

• dehydrogenation

• oligomerization

• cyclization.

Hóa học quá trình

• Quá trình còn thu được một lượng lớn hydro, tuy nhiên một số sản phẩm trung gian có thể tham gia phản ứng hydrocracking tạo thành methane, ethane làm giảm năng suất của quá trình.

Mô tả quá trình• Sơ đồ công nghệ Cyclar tương tự CCR

Platforming được chia thành 3 khu vực chính:

• Khu vực lò phản ứng bao gồm một chồng lò phản ứng xuyên tâm, bộ phận trao đổi nhiệt, lò đốt.

• Khu vực tái sinh bao gồm regenerator và hệ thống chuyển đổi chất xúc tác.

• Khu vực sản phẩm bao gồm tháp tách sản phẩm, máy nén, thiết bị cung cấp khí hồi lưu.

Chất lượng sản phẩm và năng suất • Những sản phẩm chất lỏng chính từ quá trình

Cyclar là benzene, toluene, xylene (BTX), và những hợp chất thơm nặng hơn.

• Năng suất các hydrocarbon thơm khoảng từ 58%m đối với nguyên liệu là propane đến 62% đối với nguyên liệu là butane đồng thời hàm lượng khí thu được cũng giảm dần.

• Với nguyên liệu là propane hay butane, sản phẩm lỏng thu được chứa khoảng 91% BTX và 9% hydrocacbon thơm nặng hơn.

* So sánh tầng xúc tác bán liên tục SRRC

và tầng xúc tác di động

SRRC RRC

P, bar 12 15 3 10

H2/RH 5 7 1,5 4

Xúc tác Pt - Re Pt - Sn

Thời gian tái sinh 6 12 tháng 2 10 ngày

%m C5+ 75 84 85 92

RON xăng 98 101 100 103

%m H2 1,5 2 2 3,6

Tầng xúc tác bán liên tục và tầng xúc tác di động

Công nghệ, xúc tác, áp suất vận hành và mức tiêu thụ hydro

Các hãng đi đầu trong quá trình reforming xúc tác.

Tên quá trình Hãng thiết kế Loại Reactor Loại xúc tác Tái sinh

PlatFormer UOP Xúc tác cố địnhR11-R12

Pt=0,375-0,75Tái sinh

gián đoạn

PowerFormer Exxon Xúc tác cố địnhKX, RO, BO (Pt,

Re)Tái sinh

gián đoạn

IFP Reformer IFP Xúc tác cố địnhRG 400

Pt (0,2-0,6)Tái sinh

gián đoạn

Maona Former Engelhard Xúc tác cố địnhRD.150 (Pt=0,6)

E.500Tái sinh

gián đoạn

Reni Former CRC Xúc tác cố định F (Pt, Re)Tái sinh

gián đoạn

CCR Platformer UOPXúc tác chuyển

độngR 16, 20Pt, Re

Tái sinh liên tục

Aromizer IFPXúc tác chuyển

độngPt, Re

Tái sinh liên tục

Vị trí của quá trình Reforming xúc tác trong nhà máy lọc dầu

Kết luận

•  Sản phẩm chủ yếu của quá trình reforming xúc tác là xăng có trị số octane cao. Ngoài ra còn có những sản phẩm thứ yếu như hydrocarbon thơm, khí hydro kỹ thuật, bên cạnh đó còn có khí hóa lỏng. Tất cả đã tạo cho phân xưởng reforming xúc tác một tính kinh tế cao, một vị trí không thể thiếu, một vai trò không thể thiếu trong nhà máy chế biến dầu mỏ hiện đại.