Công nghệ CCR Platforming của UOP cho NMLD Dung Quất

Hiện nay, Nhà máy Lọc Dầu Dung Quất (Quảng Ngãi-Việt Nam) áp dụng sơ đồ công nghệ CCR Platforming của UOP với các thiết bị phản ứng chồng lên nhau thành một khối. Xúc tác chuyển động từ thiết bị phản ứng trên xuống thiết bị phản ứng dưới cùng, sau đó xúc tác đã làm việc được chuyển sang thiết bị tái sinh để khôi phục lại hoạt tính rồi nạp lại thiết bị phản ứng thứ nhất tạo thành một chu kỳ khép kín.

1.Bộ phận reactor:

Nguyên liệu trộn với khí H2 tuần hoàn được đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng trong thiết bị trao đổi nhiệt và bộ phận thứ nhất của lò 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 tùy thuộc vào độ khắc khe, các điều kiện công nghệ của quá trình, tạo nên sản phẩm có trị số octane cao hơn hay hydrocarbon thơm nhiều hơn.

Khối thiết bị phản ứng gồm có 3, 4 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 thiết bị phản ứng có thiết kế 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 hóa học xảy ra.

Lượng xúc tác trong thiết bị phản ứng rất khác nhau, trong khi ở thiết bị phản ứng thứ nhất chỉ chứa 10¸ 20% lượng xúc tác thì ở thiết bị phản ứng cuối cùng chứa đến 45% xúc tác. Tỷ lệ phân bố xúc tác trong các thiết bị phản ứng với sơ đồ 4 thiết bị phản ứng thường theo tỷ lệ 1 : 1,5 : 3 : 4,5. Xúc tác đã làm việc 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 nâng lại nhiệt độ đến nhiệt độ phản ứng rồi được nạp ngay vào thiết bị phản ứng thứ hai. Cứ như vậy cho đến thiết bị phản ứng thứ 4. Sau đó, hơi-khí sản phẩm được làm lạnh do trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi ngưng tụ và làm lạnh tiếp trước khi chuyển sang bộ phận phân tách sản phẩm. Ở thiết bị tách, sản phẩm được chia thành hydrocarbon lỏng ngưng tụ và khí giàu H2. Một phần khí này được quay lại thiết bị phản ứng nhờ máy nén khí tuần hoàn, phần còn lại được trộn với bộ tái tiếp xúc rồi đi vào cột ổn định sản phẩm.

2.Bộ phận tái sinh xúc tác:

Xúc tác đã làm việc chảy từ đáy của thiết bị phản ứng cuối cùng xuống bộ phận thu xúc tác ở bunke chứa sau đó nó chảy xuống ống nâng. Người ta dùng khí H2 tuần hoàn từ máy nén đẩy xúc tác và vận chuyển nó lên đỉnh vào bộ phận phân tách bụi ở phía trên lò tái sinh. Ở bộ phận tách này, người ta bổ sung thêm một lượng khí H2 tuần hoàn để tách các hạt bụi mịn của xúc tác và mang chúng ra ngoài với khí 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 5 bước: đuổi hydrocarbon ra khỏi xúc tác bằng khí trơ, thổi không khí nóng vào để đốt cốc, tiến hành clo hoá xúc tác nhằm tăng hoạt tính xúc tác, sấy chất xúc tác, đuổi hết O2 ra khỏi xúc tác bằng luồng khí trơ N2 sau đó tiến hành hydro hoá để chuyển từ môi trường oxy hoá sang môi trường khử.

Đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác được tiến hành trong vùng cháy ở đỉnh lò tái sinh. Xúc tác được đưa vào và chảy xuống phía 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 nóng được thổi nhờ bơm, sau đó làm lạnh và tuần hoàn qua các ống trong vùng cháy. Đốt cháy cốc vẫn 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 tái sinh sẽ làm việc khi cần phải đốt nóng khí để đảm bảo nhiệt độ phía trong vùng thích hợp.

Quá trình oxy hóa, phân tán kim loại trên xúc tác và bổ sung thêm clo được thực hiện trong vùng clo hóa của lò tái sinh bố trí ở dưới vùng cháy. Xúc tác rơi xuống theo các lớp hình trụ, khí clo hóa nóng 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 được đốt nóng ở bộ phận gia nhiệt riêng để đảm bảo nhiệt độ vào.


Sấy khô không khí được thực hiện ở vùng sấy. Vùng sấy nằm 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 bởi 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 khỏi ba vùng trên. Khí khử nóng được thổi qua lớp xúc tác. Hệ thống tinh chế sẽ tách các hydrocarbon nhẹ từ khí này và làm tăng độ tinh khiết của H2. Khí khử được đốt nóng nhờ lò đốt nóng riêng để đảm bảo cho nhiệt độ vào vùng khử.

Sau khi khử, xúc tác được đưa theo đường dẫn xúc tác vào ống nâng thứ hai, tốc độ chảy được khống chế để đảm bảo chu trình khử và tái sinh xảy ra. Tiếp theo xúc tác được khí H2 vận chuyển và nâng lên bunke chứa đặt ở phía trên của đỉnh thiết bị phản ứng thứ nhất, tiếp tục chuyển động vào các thiết bị phản ứng làm việc. Chuyển động của xúc tác từ thiết bị phản ứng này xuống thiết bị phản ứng khác được khống chế và phân phối qua tám ống dẫn hay nhiều hơn để đảm bảo điều hòa, phân phối đều, tránh chảy tháo xúc tác hay đứt quãng lớp xúc tác.

3. Bộ phận ổn định:

Tháp ổn định sẽ tách hydrocarbon nhẹ và thu được reformate đã ổn định. Sản phẩm reformate đã ổn định được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi cho vào bể chứa.

* Những điểm cần lưu ý khi vận hành ở các bộ phận:

a. Bộ phận thiết bị phản ứng:

Bộ phận thiết bị phản ứng có các thông số cần chú ý sau:

+ Nhiệt độ.

+ Tốc độ truyền nguyên liệu theo thể tích.

+ Áp suất thiết bị phản ứng.

+ Tỷ số H2/RH.

i) Nhiệt độ thiết bị phản ứng:

Khi nhiệt độ thiết bị phản ứng tăng, trị số của octane tăng lên và năng suất của sản phẩm xăng giảm xuống. Do vậy thiết bị phản ứng cần giữ ở mức độ đủ để nhận sản phẩm có trị số octane mong muốn và không nên cao hơn.

ii) Tốc độ truyền nguyên liệu:

Tốc độ truyền nguyên liệu theo thể tích có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm. VVH càng cao thì chất lượng sản phẩm càng thấp. Khi đó muốn bù lại sự giảm chất lượng sản phẩm, ta có thể tăng nhiệt độ của thiết bị phản ứng. Khi VVH thấp, các phản ứng phụ lại xảy ra và điều đó làm giảm năng suất của reformate.

Điều cần thiết là nên giảm nhiệt độ vào của thiết bị phản ứng trước khi giảm tốc độ nạp liệu mà không nên làm ngược lại, nếu không sẽ tăng tốc độ hydrocracking, dẫn đến tiêu hao nhiều H2 và khi đó quá trình tạo cốc trên xúc tác sẽ xảy ra nhanh hơn.

iii) Áp suất thiết bị phản ứng:

Áp suất trong thiết bị phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của reformate, đến nhiệt độ thiết bị phản ứng và đến độ ổn định (độ bền) của xúc tác. Áp suất thiết bị phản ứng về mặt lý thuyết không hạn chế, tuy vậy khi thiết kế cần phải có giới hạn để đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu kinh tế.

Giảm áp suất của thiết bị phản ứng sẽ làm tăng năng suất của H2 và năng suất của reformate, giảm nhiệt độ thiết bị phản ứng cần thiết mà giữ vững chất lượng sản phẩm, nhưng dẫn đến chu kỳ làm việc của xúc tác ngắn hơn do tăng lượng cốc bám trên bề mặt xúc tác.

iv) Tỷ lệ H2/RH:

Tuần hoàn H2 trong hệ thống CCR là cần thiết để giữ xúc tác ổn định về hoạt tính. Các nguyên nhân dẫn đến tăng tỷ lệ mol H2/RH:

Khí tuần hoàn quá nhiều.

Tốc độ nạp nguyên liệu vào thiết bị phản ứng giảm thấp hơn khi tốc độ tuần hoàn không đổi.

Áp suất thiết bị phản ứng tăng lên.

Đó là những biện pháp và các dấu hiệu để kiểm tra tỷ lệ H2/RH. Tuy nhiên có một số tình huống có thể làm thay đổi tỷ lệ mà không phải do thay đổi điều kiện thao tác đã đặt trước, đó là:

+ Giảm độ tinh khiết của H2 trong khí tuần hoàn.

+ Tăng khả năng tụt đột ngột áp suất.

+ Máy nén kém hiệu quả vì các nguyên nhân về cơ khí.

v) Sự tạo cốc:

Trong quá trình sản xuất, khi thao tác không kịp tái sinh, mức độ lắng đọng cốc trên bề mặt xúc tác tăng lên và đến mức phải tháo xúc tác ra rất nhanh để tái sinh, làm như vậy dẫn đến hậu quả xấu là:

+ Làm giảm năng suất reformate.

+ Làm giảm năng suất H2.

+ Tăng nhiệt độ thiết bị phản ứng đến nhiệt độ cực đại.

+ Tăng nhiệt độ đốt nóng.

Tăng tốc độ lắng cốc và tăng mức độ carbon cân bằng (lượng carbon còn lại ở xúc tác đã tái sinh) là do các nguyên nhân sau:

+ Tăng nhiệt độ của xúc tác.

+ Giảm áp suất của thiết bị phản ứng.

+ Giảm tỷ lệ mol H2/RH.

+ Nguyên liệu nạp vào có điểm sôi cuối cao, nhiều cấu tử nặng.

+ Tăng tốc độ nạp liệu quá lớn.

+ Chất lượng của nguyên liệu thấp (tổng N + 2A thấp).

Nếu tiếp tục vận hành ở mức độ carbon cân bằng cao sẽ giảm thời gian làm việc xúc tác.

Khi cốc lắng đọng trên bề mặt xúc tác sẽ làm xuất hiện các hiện tượng sau:

+ Chất lượng của sản phẩm RON giảm thấp khi nhiệt độ của thiết bị phản ứng và tốc độ nạp nguyên liệu không thay đổi.

+ Độ tụt nhiệt độ ở tất cả các thiết bị phản ứng đều giảm xuống so với thiết kế.

+ Giảm khí tách ra.

+ Nồng độ H2 trong khí tuần hoàn giảm.

+ Chất lượng reformate giảm.

Xúc tác đã làm việc được chuyển sang tái sinh để loại bỏ các cốc bám trên bề mặt xúc tác và trả lại hoạt tính cho xúc tác. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành của quá trình reforming xúc tác mà thời gian làm việc của xúc tác có thể đạt từ 2 ¸ 5 năm.

b) Bộ phận tái sinh xúc tác:

Những thông số quan trọng nhất của vùng này gồm:

+ Tốc độ tuần hoàn xúc tác.

+ Hàm lượng oxy trong vùng cháy.

+ Hàm lượng cốc bám trên xúc tác đã làm việc.

+ Tốc độ khí tái sinh.

Trên thực tế, người vận hành cần phải kiểm tra thực tế hai chỉ tiêu là tốc độ tuần hoàn xúc tác và hàm lượng oxy trong vùng cháy.

Còn hai chỉ tiêu khác là lượng cốc bám trên xúc tác và tốc độ khí tái sinh không cần kiểm tra trực tiếp mà chỉ qua phân tích để xác định lượng cốc bám trên xúc tác, từ đó quy định tốc độ khí tái sinh và nồng độ oxy trong vùng tái sinh để đảm bảo sau khi tái sinh lượng cốc chỉ còn £ 0,2% khối lượng trên xúc tác.

i) Oxy trong vùng cháy:

Người vận hành kiểm tra lượng oxy trong vùng cháy khi sử dụng máy phân tích oxy. Khi vận hành bình thường, máy phân tích oxy sẽ cho biết lượng dư không khí đã được thổi từ tháp tái sinh là bao nhiêu. Khoảng nồng độ thích hợp của oxy trong vùng cháy 0,5 ¸ 0,8%mol. Nếu nồng độ oxy cao hơn sẽ làm cho quá trình cháy mãnh liệt hơn dẫn đến tăng nhiệt độ quá cao nguy hại cho xúc tác và các trang thiết bị trong vùng này. Nếu nồng độ oxy quá thấp sẽ làm giảm quá trình cháy cốc và không tách hết lượng cốc cần tách, hay nói cách khác là không thể hoàn thành quá trình cháy trong vùng này.

ii) Lượng cốc bám trên xúc tác đã làm việc:

Những điều kiện vận hành của thiết bị phản ứng nhằm kiểm tra và khống chế lượng cốc bám trên xúc tác đã làm việc. Hàm lượng cốc là một hàm số của tốc độ truyền nguyên liệu, trị số octane của sản phẩm, chất lượng nguyên liệu, áp suất thiết bị phản ứng, tốc độ tuần hoàn H2 và tốc độ vận chuyển xúc tác. Khi thao tác thông thường sẽ có 3 ¸ 7%m cốc bám trên xúc tác, chỉ trong khoảng này chất lượng xúc tác và thời gian làm việc của xúc tác mới là thích hợp nhất.

Biện pháp đánh giá lượng cốc bám trên xúc tác cho phép hiểu rằng điều kiện vận hành như vậy có cho phép hay không. Lượng cốc cho phép tối đa trên xúc tác được xác định từ đường cong vận hành chung như được chỉ ra như ví dụ sau:

Nếu điều kiện vận hành ở bộ tái sinh là:

+ Tốc độ vận chuyển xúc tác: 100% theo thiết kế.

+ Oxy trong vùng cháy: 0,8%mol.

+ Chiều dài vùng cháy: 90% của thiết kế.

thì hàm lượng cốc cho phép cực đại là 5,4%m so với lượng xúc tác .

Như vậy phải điều chỉnh điều kiện vận hành của lò phản ứng để giới hạn hàm lượng cốc bám trên bề mặt xúc tác tối đa là 5,4% khối lượng.

iii) Nhiệt độ của các lớp trong vùng cháy:

Các điều kiện vận hành trong bộ phận tái sinh được đảm bảo khi khống chế chặt chẽ nhiệt độ “từng lớp” trong vùng cháy. Nhiệt độ này sẽ cho biết dấu hiệu tốt hay xấu của sự cháy cốc trong vùng. Từ đỉnh tới đáy của vùng cháy, nhiệt độ của các lớp sẽ tạo thành một hình ảnh rất rõ ràng về tốc độ của quá trình. Thông thường có ba quy luật chung liên quan đến hình ảnh thay đổi nhiệt độ của các lớp:

+ Nhiệt độ cực đại (đỉnh đường cong) sẽ nằm trong khoảng 40% kể từ đỉnh của vùng cháy xuống phía dưới. Khi đó tốc độ cháy là lớn nhất.

+ Đỉnh nhiệt độ không xuất hiện mà cả hai đầu vùng cháy nhiệt độ như nhau. Điều này chứng tỏ sự cháy cốc chủ yếu là ở đáy vùng cháy.

+ Sự thay đổi khác nhau của đường cong nhiệt độ sẽ báo động cho người vận hành biết để thay đổi các thông số vận hành trong tháp tái sinh.

Cực đại của đỉnh nhiệt độ lớp thường là 5390C. Nếu vượt quá nhiệt độ này sẽ phá hỏng lớp xúc tác, thậm chí còn nguy hiểm cho trang thiết bị khác của thiết bị tái sinh.

iv) Vùng khử:

Vùng khử được vận hành bằng cách tự động điều khiển các thông số công nghệ để tránh xảy ra các hiện tượng nổ do sự xâm nhập của khí H2 và khí cháy hay oxy trong vùng cháy.

Một số công nghệ Reforming tiêu biểu (tt): Công nghệ tái sinh liên tục (CCR)

Công nghệ tái sinh liên tục (CCR):
Đặc điểm :
− Lớp xúc tác được chuyển dộng nhẹ nhàng, liên tục trong hệ thống thiết bị phản ứng với vận tốc vừa phải (trong khoảng 3- 10 ngày).
− Toàn bộ hệ thống được vận hành liên tục.
− Lớp xúc tác sau khi ra khỏi hệ thống phản ứng được đưa ra ngoài để tái sinh trong một hệ thóng tái sinh riêng. Sau đó được quay trở lại hệ thống phản ứng.

Cấu tạo một lò phản ứng dạng ống thẳng với lớp xúc tác chuyển động dùng trong công nghệ CCR được mô tả trên hình sau:

Cấu tạo theo mặt cắt dọc lò phản ứng reforming xúc tác

Kích thước lò phản ứng thay đổi trong khoảng: Đường kính 1,5 – 3,5m, Chiều cao 4 – 12m, Thể tích lớp xúc tác 6 – 80 m3.
Chi tiết hơn chúng ta thấy cụm hệ thống thiết bị phản ứng bao gồm 3 – 4 lò phản ứng có kích thước, điều kiện vận hành, lượng xúc tác nạp vào không giống nhau, từ đó phân bố thành phần sản phẩm ra từ mỗi lò cũng không giống nhau.

Hệ thống cấu tạo từ nhiều lò phản ứng giúp cho dòng hỗn hợp nguyên liệu và khí giàu hidro (khí tuần hoàn) đạt được nhiệt độ phản ứng và bù trừ nhiệt năng từ các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình reforming. Nhiệt độ giảm nhanh trong lò thứ nhất do sự xuất hiện của các phản ứng thu nhiệt quan trọng (chủ yếu là phản ứng dehydro hóa naphten), lượng xúc tác tiêu thụ cho giai đoạn này chiếm 10-15% trọng lượng. Ở lò phản ứng thứ 2 nhiệt độ giảm ít hơn, lượng xúc tác tiêu thụ chiếm 20-30%. Tại lò phản ứng cuối cùng, nhiệt độ gần như ổn định do có sự bù trừ nhiệt giữa các phản ứng thu nhiệt nhẹ với các phản ứng tỏa nhiệt kiểu như hydrocracking…

a. Sơ đồ công nghệ PLATFORMING của UOP: Thiết bị phản ứng được xếp chồng lên nhau . Xúc tác đi từ trên xuống qua hệ thống thiết bị phản ứng, sau đó tập trung lại và được nâng lên thiết bị tái sinh nhờ khí nâng. Sau khi tái sinh, chất xúc tác được đưa trở lại thiết bị phản ứng thứ nhất. Nhờ được lấy ra từng phần và tái sinh liên tục mà hoạt tính xúc tác ổn định cao hơn so với trong trường hợp lớp xúc tác cố định (công nghệ bán tái sinh). Công nghệ này hiện nay được sử dụng phổ biến hơn cả (chiếm 70% thị phần công nghệ CCR trên thế giới). Tuy nhiên cũng có nhược điểm là vận hành khó khăn do chiều cao hệ thống thiết bị phản ứng.

b. Sơ đồ công nghệ OCTANIZING của IFP (Pháp): Hệ thống thiết bị phản ứng được sắp xếp theo hàng ngang. Tuy khắc phục được nhược điểm về chiều cao nhưng lại tốn diện tích xây dựng và đường ống dẫn lớn dẫn đến tăng giá thành xây dựng và chi phí vận hành cao.

Ngoài ra có thể kể đến công nghệ tái sinh liên tục POWERFORMING (Anh) và công nghệ hỗn hợp DUALFORMING (Pháp), trong đó kết hợp 2 hệ thống bán tái sinh và tái sinh liên tục với 2 loại xúc tác khác nhau.

Phân xưởng reforming xúc tác của nhà máy lọc dầu số 1 Dung quất Việt nam được lắp đặt theo công nghệ Platforming của UOP (Mỹ). Phân xưởng này có nhiệm vụ cung cấp hợp phần pha xăng (reformat) chất lượng cao và đáp ứng một phần nguyên liệu (BTX) cho hóa dầu.

http://www.oilgasportalvn.com

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s