Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Mục Lục
Lời mở đầu ........................................................................................................................2
Phần 1: Tổng quan ............................................................................................................3
I.Quá trình cracking xúc tác ......................................................................................... 3
II.Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác......................................................... 4
1. Các phản ứng xảy ra trong quá trình ........................................................................ 4
a. Phản ứng phân huỷ các mạch CC, phản ứng cracking .............................................. 4
b. Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá) .................................................................. 5
c. Phản ứng chuyển dời hydro dưới tác dụng của xúc tác ........................................ 5
d. Phản ứng trùng hợp............................................................................................... 5
e. Phản ứng alkyl hoá và khử alkyl hoá .................................................................... 5
f. Phản ứng ngưng tụ tạo cốc .................................................................................... 6
2. Cơ chế của quá trình ................................................................................................. 6
a. Giai đoạn tạo ion cacboni ..................................................................................... 6
b. Giai đoạn biến đổi ion cacboni ............................................................................. 7
c. Giai đoạn dừng phản ứng ...................................................................................... 8
3. Đặc tính chi tiết dầu thô Bạch Hổ ............................................................................ 8
4. Lò phản ứng............................................................................................................ 11
Phần II: Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng ......................................................13
I.Tính cân bằng vật chất ............................................................................................. 13
II.Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng ................................................................... 16
II.1. Nhiệt lượng do khí sản phẩm mang ra ............................................................... 18
II.2 Nhiệt lượng do hơi các sản phẩm nặng hơn mang ra. ....................................... 20
III. Tính toán thiết bị phản ứng .................................................................................. 24
III.1. Tính đường kính lò phản ứng ........................................................................ 24
III.2 Tính chiều cao của lò phản ứng ...................................................................... 26
III.3 Tính toán ống đứng ......................................................................................... 27
IV.Cyclon của lò phản ứng......................................................................................... 28
Kết luận ...........................................................................................................................31
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................................32
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
1
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Lời mở đầu
Trên thế giới, tại bất kỳ một quốc gia nào xăng dầu được coi là hàng hoá đặc
biệt quan trọng, là máu huyết của nền kinh tế quốc dân và quốc phòng...
Ngày nay trong bối cảnh Việt Nam đang không ngừng phát đổi mới và
vươn lên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, với các máy móc ,
thiết bị và công nghệ mới. Vai trò của xăng dầu ngày càng được quan tâm đặc biệt
hơn.
Để đáp ứng kịp thời khối lượng xăng tiêu thụ ngày càng lớn ,người ta đã đưa
ra phương pháp cracking xúc tác vào công nghiệp chế biến dầu mỏ,vì do quá trình
chưng cất khí quyển, chưng cất chân không hay cracking nhiệt, khối lượng xăng
thu được vẫn không đáp ứng kịp thời được nhu cầu của thị trường.
Để thoả mãn nhu cầu nhiên liệu ngày một tăng. Nghành công nghiệp chế
biến dầu mỏ đã ra sức cải tiến, hoàn thiện quy trình công nghệ , đồng thời áp dụng
những phương pháp chế biến sâu trong dây chuyền sản xuất nhằm chuyển hoá dầu
thô tới mức tối ưu thành nhiên liệu và những sản phẩm quan trọng khác. Một trong
những phương pháp hiện đại được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến
dầu hiện này trên thế giới là quá trình cracking xúc tác.
Với bản đồ án môn học” Thiết kế lò phản ứng của quá trình cracking xúc tác
năng suất 3.500.000 tấn/ năm” mà em được giao.Em hy vọng rằng mình sẽ bổ
xung thêm được kiến thức để góp phần nhỏ bé vào công cuộc đổi mới đất nước.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Hiếu đã tận tình giúp đỡ em trong thời
gian qua để em có thể hoàn thành được bản đồ án này.
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
2
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Phần 1: Tổng quan
I.Quá trình cracking xúc tác
Cracking xúc tác lớp giả sôi FCC là một quá trình chuyển hoá gas oil chưng
cất trực tiếp dưới áp suất khí quyển, gas oil chân không, một số dầu cặn và dầu
nặng của nhiều công đoạn khác nhau trong nhà máy lọc dầu để tạo ra xăng có giá
trị octan cao, dầu đốt và các khí giàu olefin nhẹ.
Ngày nay người ta thường dùng các phân đoạn nặng thu được từ quá trình
cracking nhiệt, cốc hoá chậm, các phân đoạn dầu nhờn trong chưng cất chân không
và dầu mazut đó tách nhựa làm nguyên liệu cho cracking xúc tác. Để tránh hiện
tượng tạo cốc nhiều trong quá trình cracking xúc tác cũng như tránh nhiễm độc xúc
tác, nguyên liệu cần phải được tinh chế sơ bộ trước khi đưa vào chế biến.
Xúc tác của FCC chiếm khối lượng lớn trong tổng số lượng xúc tác của nhà
máy lọc dầu, gần 80% khối lượng xúc tác rắn và hơn 50% giá trị. Đường kính
trung bình của hạt xúc tác là từ 60 – 70µm, phân bố kích thước hạt từ 20 –
100µm.
Zeolite là thành phần quan trọng nhất của FCC. Chất lượng của xúc tác phụ
thuộc phần lớn vào bản chất và chất lượng của Zeolit. Kiểu cấu trúc của Zeolit, loại
Zeolit, cơ chế cracking và các tính chất khác sẽ quyết định hiệu quả quá trình
cracking.
Những kiểu Zeolit được ứng dụng trong xúc tác FCC là kiểu X, kiểu Y và ZSM5. Zeolit X và Y có cùng cấu trúc tinh thể. Kiểu X có độ bền nhiệt và thủy nhiệt thấp
hơn Y (do có nhiều Na hơn). Hiện nay trong thành phần xúc tác FCC sử dụng phần
lớn Zeolit kiểu Y. ZSM-5 là 1 loại Zeolit đa năng, làm tăng hiệu suất thu olefin và
tăng chỉ số octane của xăng.
Quá trình cracking xúc tác được tiến hành ở điều kiện công nghệ là :
- Nhiệt độ
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
: 470 0C – 5500C
3
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
- Áp suất trong vùng lắng của lò phản ứng : 0,27 Mpa
: 1 – 120 m3/m3. h
- Tốc độ không gian thể tích
(tùy thuộc vào dây truyền công nghệ)
- Tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu
: 4 – 9/1
- Bội số tuần hoàn nguyên liệu : Có thể cần hoặc không tuỳ thuộc mức độ biến
đổi
Nếu mức độ biến đổi thấp hơn 60% lượng tuần hoàn có thể tối đa là 30%
Khi mức độ chuyển hoá cao trên 70% thì phải giảm lượng tuần hoàn thậm
chí không cần tuần hoàn.
II.Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác
1. Các phản ứng xảy ra trong quá trình
a. Phản ứng phân huỷ các mạch CC, phản ứng cracking
Là phản ứng phân huỷ bẻ gẫy mạch những phần tử có kích thước lớn (trọng
lượng phân tử lớn) thành những phần tử có kích thước nhỏ hơn (trọng lượng phân
tử nhỏ hơn). Đây là phản ứng chính của quá trình.
+ Phân huỷ parafin tạo olefin và parafin có trọng lượng phân tử nhỏ hơn
CnH2n+2
CmH2m + CpH2p+2 (n = m + p)
+ Bẻ gãy mạch olefin tạo olefin nhỏ hơn
CnH2n
CmH2m + CpH2p
(n = m + p)
+ Hydrocacbon thơm có nhánh bên bị bẻ gẫy tạo thành parafin và
hydrocacbon thơm có nhánh nhỏ hơn
ArCnH2n+1
ArCmH2m+1 + CpH2p (n = m + p)
+ Naphten bị bẻ gẫy mở vòng tạo các olefin (trừ vòng hexan)
CnH2n
CmH2m + CpH2p
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
(n = m + p)
4
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
naphten
olefin
CnH2n
C6H12 + CmH2m + CpH2p (n = m + p+ 6)
naphten
olefin
xyclohexan olefin
olefin
b. Phản ứng đồng phân hoá (izome hoá)
Là phản ứng tạo ra những hydrocacbon có cấu trúc mạch nhánh (cấu tử làm
trị số octan tăng lên).
n-olefin
izo-olefin
n-parafin
izo-parafin
c. Phản ứng chuyển dời hydro dưới tác dụng của xúc tác
Nhờ có xúc tác mà có sự phân bố lại hydro cho nên đã làm no được một số
hydrocacbon đói (sản phẩm phân huỷ), vì vậy làm tăng được tính ổn định hoá học
của sản phẩm thu.
Naphten + olefin
hydrocacbon thơm
+ parafin
d. Phản ứng trùng hợp
Chủ yếu xảy ra với hydrocacbon đôi.
CnH2n + CmH2m
CpH2p
(n + m = p)
e. Phản ứng alkyl hoá và khử alkyl hoá
Phản ứng alkyl hoá xảy ra ở nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu suất khí.
ArH
+
Hydrocacbon thơm
CnH2n
olefin
Aromat CnH2n+1
alkyl thơm
Phản ứng khử alkyl hoá ngược với phản ứng alkyl hoá, xảy ra ở nhiệt độ cao
và tạo nhiều khí.
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
5
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
f. Phản ứng ngưng tụ tạo cốc
Phản ứng này chủ yếu xảy ra đối với các hydrocacbon thơm đa vòng, xảy ra
khi nhiệt độ cao.
2
H2
2 H2
Sự tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác là không mong muốn, vì cốc
tạo thành thường bám trên bề mặt xúc tác, giảm hoạt tính bề mặt xúc tác, giảm
thời gian làm việc của xúc tác.
2. Cơ chế của quá trình
a. Giai đoạn tạo ion cacboni
- Từ hydrocacbon paraffin:
CnH2n+1 +H2
CnH2n+2 + H+
CnH 2n+3
CmH2m+1 + CpH2p
CnH2n+2
+L(H+)
+
CnH2n+1
+
LH
- Từ olefin
-
CnH2n + H+
+
CnH2n + L
+
CnH2n+1
CnH2n+1 + LH
Từ hydrocacbon naphten:
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
6
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit của xúc tác hay các ion
cacboni khác sẽ tạo ra các ion cacboni mới tương tự như quá trình xảy ra với
parafin.
Từ hydrocacbon thơm :người ta quan sát thấy sự tạo thành ion cacbonilà sự
-
kết hợp trực tiếp của H+ vào nhân thơm
CH2 CH3
+
H+
+
CH2 CH3
H
Các hydrocacbon thơm có mạch bên đủ dài thì sự tạo thành ion cacboni cũng
giống như trường hợp parafin.
b. Giai đoạn biến đổi ion cacboni
Các ion cacboni là những hợp chất rất hoạt động ,chính vì vậy khi được tạo
ra từ giai đoạn trên lại nhanh chóng tham gia vào các phản ứng biến đổi khác nhau
như :
-
Phản ứng đồng phân hoá, chuyển dời ion hydro, nhóm metyl tạo cấu trúc
nhánh.
RCCCC+
CC+CCR
Độ ổn định của ion cacboni theo bậc là giảm dần như sau :
C3+ (bậc 3) > C2+ (bậc 2) >
C3 + (bậc 1)
- Phản ứng cracking theo quy tắc β( cắt mạch ở vị trí β so với cacbon mang
điện)
+
CH3 CH CH2 R
b
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
+
CH3 CH CH2 + R
7
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Với ba vị trí β(1,2,3) ở trên thì xác suất đứt mạch ở vị trí 1 lớn hơn ở vị trí 2
và lớn hơn ở vị trí 3. Đồng thời ion cacboni lại nhanh chóng tác dụng với olefin
hay với parafintheo phản ứng vận chuyển ion hydrit
C+nH2n+1 + CmH2m
CnH2n
+ C+mH2m+1
C+nH2n+1 + CmH2m+2
CnH2n+2 + C+mH2m+1
c. Giai đoạn dừng phản ứng
Giai đoạn này xảy ra khi các ion cacboni kết hợp với nhau hoặc chúng
nhường hay nhận nguyên tử hydro của xúc tác để tạo thành các phân tử trung hoà.
3. Đặc tính chi tiết dầu thô Bạch Hổ
Các đặc tính
Dầu Bạch Hổ
Dầu thô
Tỷ trọng. 0API
38,6
Lưu huỳnh,%tl
0,03 - 0,05
Điểm đông đặc,0C
33
Độ nhớt, ở 400C, cSt
9,72
Độ nhớt, ở 500C, cSt
6,58
Độ nhớt, ở 600C, cSt
Cặn cacbon,%tl
4,73
Asphanten,%tl
0,05
Wax, %tl
27
Ap suất, % hơi Reid 1000F,psi
2.5
V/Ni,ppm
2/2
Nitơ, %tl
0,067
Muối Nacl,mg/l
22
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
0,65 -1,08
8
Đồ án môn học
Độ axít, mg KOH/g
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
0,05
Naphta nhẹ (C5 -950C)
Hiệu suất trên dầu thô, %tl
2,3
Tỷ trọng ở 150C, Kg/l
0,6825
Lưu huỳnh, %tl
0,001
Mercaptan,%tl
0,0002
Parafin,%tl
75,2
Naphten,%tl
18,4
Thơm,%tl
6,4
N-parafin,%tl
42,0
Naphta nặng (C5 -1490C)
Hiệu suất trên dầu thô, %tl
10,1
Tỷ trọng ở 150C, Kg/l
0,7285
Lưu huỳnh, %tl
0,001
Mercaptan,%tl
0,0002
Parafin,%tl
60,5
Naphten,%tl
31,3
Thơm,%tl
8,2
N-parafin,%tl
34,9
Kerosen (149 -2320C)
Hiệu suất so với dầu thô, %kh.l
14,35
Tỷ trọng ở 150C,kg/l
0,7785
Lưu huỳnh, %kh.l
0,001
Độ axít, mg KOH/g
0,041
Chiều cao ngọn lửa không
35
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
9
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
khói,mm
Thơm,%kh.l
13,0
Gasoil (232 -4320C)
Hiệu suất so với dầu thô, %kh.l
23,05
Tỷ trọng ở 150C,kg/l
0,818
Lưu huỳnh, %kh.l
0,016
Độ axít, mg KOH/g
0,01
Trị số xêtan
47,6
Cặn (342 – 5500C)
Tại 5500C
Hiệu suất trên dầu thô,%V
14,2
Khối lượng riêng ở 150C, Kg/l
0,811
Lưu huỳnh,%Kh.l
0,07
Nitơ,ppm
1350
Asphanten,% Kh.l
0,05
Hợp chất no,% Kh.l
58
Hợp chất thơm,%Kh.l
15
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
10
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
4. Lò phản ứng
Cấu tạo lò phản ứng
1.Hỗn hợp sản phẩm và xúc
2.Xyclon
3. Pha loãng
4. Ống cuối của xyclon
5.Van
6. Pha đặc của xúc tác
7. Vùng rửa
8.Xúc tác sang lò tái sinh
9.Hơi nước
10.Xúc tác và nguyên liệu
11.Ống đứng
12. Cửa của xyclon
Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu cracking được tiếp xúc với xúc tác nóng đã tái sinh(10) đi vào
đáy của ống đứng(11), 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
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
11
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
ứng cracking xúc tác. Hầu hết nguyên liệu đều tham gia phản ứng và chuyển hoá
trong ống đứng, còn reactor được dùng như một thiết bị tách xúc tác và hơi
hydrocacbon.
Một bộ phận được thiết kế đặc biệt, bố trí ở gần van chặn(5), dùng hơi nước
để thổi xúc tác và dầu, làm như vậy sẽ hạn chế đến mức tối đa hiện tượng trộn
quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc. Vùng ống đứng và bộ phận tách hơi
của reactor được thiết kế cho quá trình FCC với thời gian tiếp xúc ngắn giữa xúc
tác và dầu. Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng (1) được chuyển tới cột
phân đoạn. Xúc tác đã làm việc (8) được cho qua vùng 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. Cần điều chỉnh một tốc độ hơi
thích hợp cho nhiệm vụ này. Cần thiết 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. áp
suất trong reactor được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất của cột phân
đoạn.
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
12
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Phần II: 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.
Gk
Gx
Gc
GNL
Ggnh
Ggn
Gmm
Cân bằng vật chất của lò phản ứng
Phương trình cân bằng vật liệu của lò phản ứng có dạng:
GNL=Gk+Gc+Gx+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
- Gx : lượng cốc tạo ra, T/h
- Ggnh : lượng gasoil nhẹ, T/h
- Ggn : lượng gasoil nặng, T/h
- Gmm : lượng mất mát, T/h
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
13
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Phân xưởng cracking xúc tác có năng suất 3 500 000 tấn/ năm với nguyên
liệu lấy từ phần cặn của dầu thô Bạch Hổ. Ta coi thời gian làm việc của phân
xưởng trong 1 năm là 8000h.
Năng suất của phân xưởng tính theo giờ sẽ là: GNL =
= 437,5 T/h
- Chọn hiệu suất xăng ( tính theo trọng lượng nguyên liệu mới) là Xx =
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 = 437,5 T/h
Lượng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng:
- Lượng khí cracking là :
Gk= GNL×17,7%= 437,5× 0,177= 77,438
T/h
Gx= GNL×45,1%=437,5×0,451= 197,313
T/h
- Lượng xăng là :
- Lượng gasoil nhẹ là:
Ggnh= GNL×22%=437,5×0,22=96,25
T/h
- Lượng gasoil nặng là:
Ggn=GNL×12,5%=437,5×0,125=54,688
T/h
- Lượng cốc là:
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
14
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Gc=GNL×1,7%=437,5×0,017=7,438
T/h
- Lượng mất mát là:
Gmm=GNL×1%=437,5×0,01=4,38
T/h
Vậy tổng lượng sản phẩm và mất mát là:
Gra = Gk+Gx+Ggnh+Ggn+Gc+Gmm
=77,438+197,313+96,25+54,688+7,438+4,38=437,5
T/h
Kết quả tính toán cho cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng như sau:
Bảng 1: Kết quả tính toán cân bằng vật chất thiết bị phản ứng
Các thành phần
Trọng lượng
(T/h)
% trọng lượng theo
nguyên liệu mới
Đầu vào
Nguyên liệu mới
437,5
100
Đầu ra
Sản phẩm khí
77,438
17,7
Sản phẩm xăng
197,313
45,1
Sản phẩm gasoil nhẹ
96,25
22
Sản
54,688
12,5
Cốc
7,438
1,7
Lượng mất mát
4,38
1
Tổng
437,5
100
phẩm
gasoil
nặng
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
15
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
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÷9/1, ta chọn N=6/1, như vậy lượng xúc tác sẽ là:
Gxúc tác = N×GNL = 6× 437,5 = 2625
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 = 0,016×437,5 = 7
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 7kg/1 tấn
xúc tác. Như vậy lượng hơi nước tiêu tốn sẽ là:
Gn2 = 7×2625 = 18375
kg/h
Vậy lượng hơi nước tiêu tốn tổng cộng là:
GH2Ohv = 7 + 18,375 = 25,375
kg/h
II.Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
16
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Qk
Qmm
tr
Qx
Qx
QNL
QH O
2
hv
Qc
(QH O QH O )
2
hv1,
2
hv2,
QH O
2
Qxtv
hr
Qgnh
Qp
u
Qgn
Cân bằng nhiệt lượng 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
+Qpư
Trong đó:
- Vế trái của vế trái biểu diễn tổng nhiệt lượng mang vào thiết bị phản ứng
tính bằng Kcal/kg
QNL
: nhiệt lượng do nguyên liệu mới mang vào
QH2Ohv1 : nhiệt lượng do hơi nước đem vào ống vận chuyển
QH2Ohv2 : nhiệt lượng do hơi nước đưa 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/kg
QXtr
: nhiệt lượng do xúc tác mang ra
Qk
: nhiệt lượng do sản phẩm khí mang ra
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
17
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Qx
: nhiệt lượng do hơi xăng mang ra
Qgnh
: nhiệt lượng do hơi gasoil nhẹ mang ra
Qgn
: nhiệt lượng do hơi 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 = 600oC
- Nhiệt độ của hơi nước đưa vào ống vận chuyển là tH2Ov1 = 600oC ( áp
suất 40 at)
- Nhiệt độ của hơi nước đưa vào vùng tách: tH2Ov2 = 230oC (áp suất 2at)
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 phương pháp phân tích sắc ký khí của sản
phẩm khí khi 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 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.
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
18
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
Bảng 2: Thành phần của khí cracking
Số lượng
Hiệu suất %
Cấu tử
trọng lượng theo
Kg/h
Kmol/h
nguyên liệu
H2S
0,85
3187,5
93,75
H2
0,2
750
375
CH4
2,31
8662,5
541,4
C2H2
0,57
2137,5
76,34
C2H6
1,25
4687,5
156,25
C3H6
3,22
12075
287,5
C3H8
2,43
9122,5
207,1
C4H8
3,95
14812,5
264,5
C4H10
2,92
10950
188,79
Bảng 3: Hàm nhiệt của các cấu tử khí ở trong khoảng nhiệt độ 300oC - 500oC.
Hàm nhiệt
C Thành
ấu tử
phần
3000C
%
trọng
Riêng
Riêng
phần
3,616
4000C
Riêng
Riêng
5000C
Riêng Riêng
phần
phần
lượng
H2S
4,802
75,3
H2
1,13
1035,0 11,67
CH4
13,05
188,8
C2H4
3,22
C2H6
7,062
131
6,29
1383,0 15,62
1733
19,58
24,64
269,0
35,10
357
46,59
142,9
4,60
205,0
6,601
273
8,79
162,6
11,48
236,0
16,67
316
22,32
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
103,2
4,96
19
Đồ án môn học
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu
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
163,10
100
233,64
309,89
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 –
15
15)
-73,8
Trong đó:
: hàm nhiệt của phân đoạn ở trạng thái hơi, Kcal/kg
q
15
15
t
: tỷ trọng của phân đoạn lỏng
: nhiệt độ phân đoạn, oC
Hàm nhiệt của hơi sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng ở 500oC 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 là:
Qx = 197,313. 103. 378,83 = 7,4748. 107
Kcal/h.
Nhiệt hàm của các hydrocacbon lỏng được tính theo công thức:
ql =
1
d
2
15, 6
. ( 0,403. t + 0,000405 .t )
15, 6
Trong đó
Q
: là hàm nhiệt của phân đoạn hydrocacbon lỏng ở nhiệt
độ t, Kcal/kg
d15,615,6 : tỷ trọng của phân đoạn
Sinh viên : Mai Ngọc Chiến
SHSV : 20090289
20
- Xem thêm -