quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

44
Tiểu luận môn chế biến dầu Mục lục Chương 1: Giới thiệu quá trình hydrocracking.............3 1.1: Mục đích..........................................3 1.2: Nguyên liệu.......................................3 1.3: Sản phẩm..........................................3 Chương 2: Quá trình hydrocracking........................5 2.1: Nhiệt động học của quá trình......................5 2.2: Động học và tốc độ phản ứng.......................7 2.3: Xúc tác cho quá trình hydrocracking...............8 2.4: Xúc tác lưỡng chức................................9 2.5: Cơ chế phản ứng hydrocracking....................14 2.5.1: Chức năng của xúc tác.........................14 2.5.2: Cơ chế phản ứng trên xúc tác..................14 2.6: Xúc tác bị mất hoạt tính và tái sinh xúc tác.....16 2.6.1: Xúc tác bị mất hoạt tính......................16 2.6.2: Tái sinh xúc tác..............................18 2.7: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình...............18 2.7.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ........................19 2.7.2: Ảnh hưởng của áp suất và lượng hydro sử dụng. 19 2.7.3: Ảnh hưởng của nguyên liệu....................19 Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54 Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 1

Upload: pmduc91

Post on 02-Jan-2016

404 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu quá trình hydrocracking...............................................................3

1.1: Mục đích...............................................................................................................3

1.2: Nguyên liệu...........................................................................................................3

1.3: Sản phẩm...............................................................................................................3

Chương 2: Quá trình hydrocracking................................................................................5

2.1: Nhiệt động học của quá trình................................................................................5

2.2: Động học và tốc độ phản ứng...............................................................................7

2.3: Xúc tác cho quá trình hydrocracking....................................................................8

2.4: Xúc tác lưỡng chức...............................................................................................9

2.5: Cơ chế phản ứng hydrocracking.........................................................................14

2.5.1: Chức năng của xúc tác..................................................................................14

2.5.2: Cơ chế phản ứng trên xúc tác.......................................................................14

2.6: Xúc tác bị mất hoạt tính và tái sinh xúc tác........................................................16

2.6.1: Xúc tác bị mất hoạt tính................................................................................16

2.6.2: Tái sinh xúc tác.............................................................................................18

2.7: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình.....................................................................18

2.7.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ...............................................................................19

2.7.2: Ảnh hưởng của áp suất và lượng hydro sử dụng.........................................19

2.7.3: Ảnh hưởng của nguyên liệu.........................................................................19

Chương 3: Công nghệ Hydrocracking..........................................................................21

3.1: Asphaltenic Bottom Cracking Process ( ABC Process).....................................22

3.2: H-Oil Process......................................................................................................23

3.3: Quá trình hydrovisbreaking................................................................................25

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 1

Page 2: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

3.4: Hyvahl-F Process................................................................................................26

3.5: IFP Hydrocracking Process................................................................................27

3.6: LC-Fining Process..............................................................................................27

3.7: Uniflex Process...................................................................................................29

3.8: Veba- Combi-Cracking Proces...........................................................................30

Tài liệu tham khảo.........................................................................................................32

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 2

Page 3: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Chương 1: Giới thiệu quá trình hydrocrackingHydrocracking là quá trình bẻ gãy mạch C - C với sự tham gia của hydro và xúc

tác, sản phẩm cuối cùng thu được là các hydrocacbon no. Đó là sự kết hợp của quá

trình cracking xúc tác các hợp chất ban đầu và hydro hóa các hợp chất không no vừa

được tạo ra.

1.1: Mục đích.Cũng như các quá trình chế biến dầu mỏ khác như reforming xúc tác, cracking,

isomer hóa,… thì quá trình hydrocracing cũng nhằm chế biến các phần cất của dầu mỏ

thành các sản phẩm nhiên liệu, các loại dầu bôi trơn và các sản phẩm trung gian cho

công nghiệp tổng hợp hóa dầu.

1.2: Nguyên liệu.Nguyên liệu cho quá trình hydrocracking rất đa dạng, nó là một phân đoạn khá

rộng, từ xăng nặng tới dầu nặng, các nguyên liệu đầu có nhiệt độ sôi cao hơn so với

nguyên liệu trong cracking xúc tác.

Đó là:

Phân đoạn xăng để sản xuất khí hóa lỏng.

Phân đoạn kerosene-diesel và distilat chân không để sản xuất xăng, nhiên liệu

phản lực và nhiên liệu diesel.

Sản phẩm cặn của các quá trình chế biến dầu.

Dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, mazut, gudron để sản xuất distilat hoặc nhiên

liệu đốt lò với hàm lượng lưu huỳnh thấp.

1.3: Sản phẩm.Đặc  điểm  của  sản  phẩm  của  quá  trình  Hydrocracking  so  với  quá  trình

Cracking thông thường là rất ít olefin, aromatíc và nhiều iso – parafin. Ví dụ như xăng

đi từ hydrocracking có chỉ số octan cao, độ ổn định cao. Phân đoạn Kerozen có chiều

cao ngọn lửa không khói cao và diesel thì có chỉ số xetan khá cao. Ngoài ra, quá trình

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 3

Page 4: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Hydrocracking còn tạo ra phân đoạn C4 với nhiều iso – butan, đây là phân đoạn rất

hữu ích cho quá trình Alkyl hóa trong nhà máy lọc dầu.

Như vậy sản phẩm chính của quá trình hydrocracking là các sản phẩm trắng như

xăng, kerosene, diesel từ dòng nguyên liệu là phần nặng.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 4

Page 5: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Chương 2: Quá trình hydrocracking

2.1: Nhiệt động học của quá trình.Phản  ứng  cracking  và  hydro  hóa:  Đây  là  hai  phản  ứng  chính  diễn  ra trong

quá trình hydrocracking. Hai phản ứng mong muốn này có tác dụng tương hỗ lẫn nhau

trong cùng một quá trình.

Phản ứng cracking sẽ tạo ra và cung cấp olefin cho quá trình hydro hoá và ngược 

lại,  phản  ứng  hydro  hoá  sẽ  cung  cấp  nhiệt  lượng  cho  quá  trình cracking. Tuy

nhiên, nhiệt tỏa ra từ quá trình hydro hóa cao hơn so với nhiệt tỏa ra từ quá trình

cracking, vì thế khi xem xét toàn bộ quá trình thì có thể xem hydrocracking là phản

ứng tỏa nhiệt.

Các phản ứng chính trong quá trình hydrocracking như:

- Hydro hóa các hợp chất dị nguyên tố.

- Hydro đồng phân hóa alkane.

- Hydro hóa vòng thơm.

- Hydro phân vòng naphtene.

- Cắt mạch các paraffin và mạch nhánh alkyl.

- Cắt vòng naphten.

- Bão hòa hydro các liên kết không no mới được tạo ra.

Bên cạnh các phản ứng chính, với tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác, một số

phản ứng khác sẽ diễn ra song song đồng thời như:

- Hydro deankyl hoá aromatic.

- Phản ứng HDS, HDN.

- Phản ứng cốc hoá.

Phản ứng hydrocracking là phản ứng tỏa nhiệt và ít có sự thay đổi thể tích. Nhưng

nó được tiến hành dưới áp suất hydro rất cao với mục đích là no hóa các sản phẩm,

tránh sự ngưng tụ tạo thành cốc làm giảm hoạt tính xúc tác. Hiệu ứng nhiệt trung bình

của các phản ứng được trình bày ở bảng dưới đây.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 5

Page 6: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Các loại phản ứngNhiệt phản ứng (trung bình)

Kcal/mol Kcal/H2

1. Hydrocrracking

- Parafin:

RH + H2 R1H + R2H

- Naphten:

+ H2 + R’H

- Hydrocacbon thơm:

+ H2 R’H

2. Hydro hóa

- Olefin:

CnH2n + H2 CnH2n+2

RHa + H2 naphten

a. Dẫn xuất chứa S:

- Mercaptan:

R-SH + H2 RH + H2S

- Thioete:

R-S-R’ + H2 RH + H2S

- Thiofen:

+H2 H2S + R’H

- Desunfua:

R-S-S-R’ + H2 RH + H2S + R’H

b. Các hợp chất chứa Nitơ:

R-NH2 + H2 RH + NH3

11-14

10-12

10-11

27-31

48-52

0.49-0.625

0.45-0.54

0.45-0.49

1.2-1.4

0.71-0.77

12.5-17

13.5-17

16.25-16.7

14

19

Bảng 1: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 6

Page 7: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Từ số liệu của bảng trên ta thấy, các phản ứng bão hòa hydro thường là các phản

ứng tỏa nhiệt nhiều hơn so với phản ứng hydrocracking.

Hiệu ứng nhiệt của quá trình vào khoảng 0.55 - 1 kcal/lit H2. Các phản ứng bão

hòa liên kết thường là các phản ứng tỏa nhiệt nhiều hơn.

Do là phản ứng tỏa nhiệt, vì vậy quá trình thích hợp ở nhiệt độ thấp. Nhưng nếu

nhiệt độ quá thấp thì tốc độ phản ứng sẽ giảm, do đó nhiệt được xem như là tác nhân

duy trì hoạt tính xúc tác. Thông thường đối vối chế độ hoạt động nhẹ thì nhiệt độ của

quá trình dao động từ 6500F - 8500F.

2.2: Động học và tốc độ phản ứng.Sự biến đổi đặc trưng trong quá trình phản ứng vừa mang tính nối tiếp, vừa mang

tính song song. Thứ tự phản ứng (tốc độ phản ứng) hoàn toàn phụ thuộc vào bản chất

của hợp chất với những mức năng lượng liên kết khác nhau, phụ thuộc vào độ hoạt

động của xúc tác được sử dụng và điều kiện tiến hành quá trình hydrocracking.

Hiệu suất cực đại của các sản phẩm có ích được đảm bảo bởi sự chọn lựa xúc tác

phù hợp, bằng cách hạn chế độ sâu biến đổi của nguyên liệu và tuần hoàn phần nguyên

liệu chưa bị biến đổi. Để đạt được hiệu quả biến đổi cao, xúc tác của quá trình

hydrocracking cần có khả năng thúc đẩy mạnh quá trình cracking để có thể đảm bảo

biến đổi được các cấu tử khó chuyển hóa nhất của nguyên liệu. Đồng thời xúc tác phải

có khả năng izomer hoá cao để tăng tỷ lệ giữa izo-parafin và n-parafin trong sản phẩm

cuối. Hơn nữa xúc tác hydrocracking cần phải có hoạt tính hydro hóa nhất định để no

hóa các phẩn tử nhỏ tạo ra trong quá trình phản ứng. Do vậy giữa chức năng cracking

và chức năng hydro hóa nên chọn một điều kiện tối ưu nhất để phản ứng cracking

không nên quá mạnh, quá nhanh so với sự hydro hóa các sản phẩm của cracking. Nếu

không ngay trên bề mặt của xúc tác sẽ xảy ra sự cắt mạch tiếp các olefin để tạo khí hay

ngưng tụ cốc bám trên xúc tác.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 7

Page 8: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

2.3: Xúc tác cho quá trình hydrocracking.Đôi nét về lich sử phát triển: Đầu tiên xúc tác được sử dụng là W/đất sét. Xúc tác

này có hoạt tính tốt và sử dụng có hiệu quả trong quá trình hydro hóa xăng. Song có

nhược điểm là rất nhanh bị mất hoạt tính khi có mặt các chất nitơ. Năm 1937 hãng

Esso chế tạo xúc tác sunfit W/đất sét có bổ sung HF. Năm 1939 để nhận được xăng có

khả năng chống kich nổ cao, ở châu Âu đã dung xúc tác hai chức năng: Hydro hóa và

cracking (Fe/đất sét có bổ sung HF). Cho đến ngày nay xúc tác Ni, Pt, Pd mang trên

aluminosilicat vô định hình hoặc oxyt nhôm, zeolit là những xúc tác rất phổ biến.

Chất xúc tác sử dụng có chức năng acid được tạo ra bởi thành phần aluminosilicat,

còn chức năng hydro hóa được tạo ra bởi các kim loại. Các trình hydrocracking thông

thường là tinh thể aluminosilicat có mang các kim loại đất hiếm. Đây là xúc tác lưỡng

kim loại đất hiếm thường được sử dụng chủ yếu là Pt, Pd, Ni-Mo, Ni-W. Các kim loại

này làm xúc tác cho cả hai quá trình hydro hóa và dehydro hóa. Các chất mang thường

sử dụng là các zeolite tinh thể và aluminosilacat vô định hình.

Xúc tác cho quá trình hydrocracking rất dễ bị đầu độc bởi các tác nhân có hại

trong nguyên liệu, do đó phải xử lý nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình này. Nếu

trong nguyên liệu có một lượng lớn hydrosunfua thì xúc tác sẽ bị đầu độc bởi lưu

huỳnh, ammoniac sẽ làm giảm chức năng acid của xúc tác, chức năng hydro hóa của

kim loại sẽ bị biến mất bởi các kim loai có trong nguyên liệu. Ngoài ra, nguyên liệu

cần phải được loại trừ hơi ẩm, vì đây là tác nhân phá hủy cấu trúc tinh thể của chất xúc

tác ở nhiệt độ cao.

Sau thời gian làm việc xúc tác có thể mất hoạt tính và cốc có thể hình thành ngay

khi có mặt hydro, do đó cần phải tái sinh xúc tác sau một chu kỳ làm việc.

Khi xúc tác ở trạng thái cố định thì thường xảy ra sự ngưng tự cốc và quá nhiệt cục

bộ do việc tạo dòng qua lớp xúc tác. Còn xúc tác tầng sôi có nhiều ưu điểm hơn về mặt

truyền nhiệt và truyền khối.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 8

Page 9: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

2.4: Xúc tác lưỡng chức.Như đã biết xúc tác cho quá trình hydrocracking là hệ xúc tác hai chức năng với

thành phần xúc tác bao gồm các tâm hoạt động axit, tâm hoạt động kim loại và chất

xúc tiến.

Tâm hoạt động acid:

Ngày nay xúc tác cho quá trinh thường sử dụng là zeolite: zeolite alumina silica,

zeolite Y. Hầu hết các công nghệ gần đây đều xử dụng zeolit Y với nhiều đặc tính nổi

trội.

Zeolit Y: Trong cấu trúc zeolit dạng Y, có hình bát diện cụt được sắp xếp theo tinh

thể kim cương. Mỗi nút mạng của zeolit Y đều là các bát diện cụt và mỗi bát diện cụt

đó lại liên kết với 4 bát diện cụt khác ở 6 mặt cạnh thông qua liên kết cầu oxy. Số mặt

6 cạnh của bát diện cụt là 10, do vậy luôn tồn tại 4 mặt, 6 cạnh còn trống của mỗi bát

diện cụt trong zeolite Y. Số tứ diện SiO4 hoặc AlO4 trong mỗi tế bào cơ bản của

zeolite Y là 192 và số nguyên tử oxy là 348 nguyên tử. Công thức hóa học của một tế

bào cơ sở loại zeolite này như sau:

Na56[(AlO2)86.(SiO2)136].260H2O

Tỷ số Si/Al của zeolit Y là 2. Với đường kính α của zeolit Y là 12,7Ao

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 9

Page 10: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Tâm hoạt động kim loại:

Chức năng kim loại được thử nghiêm đối với các kim loại như Pt, Pd, Ni-Mo, Ni-

W. Kim loại, oxit kim loại, sunfua kim loại, hoặc một sự kết hợp của những hợp chất

này có thể cung cấp chức năng kim loại của chất xúc tác. Yêu cầu quan trọng cho chức

năng kim loại là nó phải kích hoạt các hydro và là chất xúc tác khử và hydro hóa phản

ứng.

Các chức năng kim loại được sử dụng phổ biến nhất cho các chất xúc tác

hydrocracking là sự kết hợp giữa nhóm kim loại VI A (Mo, W) và nhóm VIII A (Co,

Ni) sunfua. Ưu điểm chính của sự kết hợp này của sulfua kim loại là nó chịu được lưu

huỳnh, tuy nhiên, nó chỉ hoạt động ở mức vừa phải so với Pd hoặc Pt. Sự kết hợp

thuộc nhóm VI A và Nhóm VIII A kim loại đã sulfide có đặc điểm nổi bật hơn trong

phản ứng hydrocracking. Nhóm VIII A kim loại trợ xúc tác tương tác hỗ trợ với nhóm

kim loại sunfua VI A để tạo ra một sự gia tăng đáng kể vào các hoạt động.

Trong phản ứng hydrocracking có hai phản ứng chính: phản ứng cracking và phản

ứng hydro hóa-dehydro hóa. Phản ứng cracking diễn ra trên tâm acid trong khi phản

ứng hydro-dehydro hóa diễn ra trên tâm kim loại. Do đó xúc tác hydrocracking phải là

xúc tác lưỡng chức. Trong các xúc tác hydrocraking hiện nay, phản ứng hydrocracking

được hỗ trợ bởi chất mang có tính acid như alumina, alumina silicat vô định hình,

zeolite hoặc hỗn hợp của các chất mang này. Hoạt tính cracking của ba chất mang này

được sắp xếp theo thứ tự độ giảm tính acid:

Zeolite > Alumina silicat vô định hình > alumina

Độ chọn lọc phân đoạn naptha cũng theo thứ tự giống như trên. Do đó với sự quan

trọng lớn và độ chọn lọc naptha tối ưu, người ta sẽ sử dụng một xúc tác chứa 80%

thành phần là zeolite. Ngoài ra để tăng hiệu suất distillate thì ta phải giảm thành phần

zeolite xuống. Với các xúc tác chọn lọc distillate, thành phần zeolite chiếm thành phần

rất thấp, từ 0-10% và nó được trộn lẫn với chất mang chính có thành phần là alumina

silicat vô định hình và alumina. Lấy 1 ví dụ, xúc tác thương mại alumina silicat vô

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 10

Page 11: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

định hình được sử dụng cho quá trình hydrocracking nghiêm ngặt để tối ưu sản phẩm

distillate trung bình hoặc chuyển hóa thành dầu nhờn.

Chất mang Ứng dụngTính

acid

Alumino silicat vô

định hình

Xúc tác hydrocracking có độ chọn

lọc phần cấtCao

ZeoliteXúc tác hydrocracking có độ bền

caoRất cao

Bảng 2: Các chất mang thường sử dụng trong quá trình hydrocracking

Phản ứng hydro-dehydro hóa xảy ra trên bề mặt các kim loại quý như platinum

(Pt) hoặc palladium (Pd) hoặc các kim loại thông thường khác như vonfram (W) hoặc

molybdenum (Mo) với chất xúc tiến là nickel (Ni). Xúc tác hydrocracking có chức

năng hydro hóa tốt sẽ giúp cho chất lượng distillate tốt hơn, ít khí sinh ra và ổn định

hơn. Tuy nhiên, chức năng cracking và hydro hóa phải được cân bằng và tỷ lệ giữa

tâm acid và tâm kim loại phải được điều chỉnh sao cho có hoạt tính và độ chọn lọc tối

ưu. Hoạt tính và độ chọn lọc là hai trong bốn tiêu chí để đánh giá phản ứng

hydrocracking:

- Độ hoạt hóa được tính bằng nhiệt độ cần thiết để đạt được sản phẩm mong

muốn.

- Độ ổn định, được tính bằng tốc độ gia nhiệt để giữ được quá trình chuyển hóa

mong muốn.

- Độ chọn lọc sản phẩm, được tính bằng khả năng xúc tác cho phản ứng tạo sản

phẩm chính.

- Chất lượng sản phẩm, được tính bằng các chỉ tiêu chất lượng như độ nhỏ giọt,

chiều cao ngọn lửa không khói và chỉ số cetane.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 11

Page 12: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Một xúc tác hydrocracking được xem là hiệu quả khi có sự chuyển phân tử cực

nhanh giữa tâm kim loại và tâm acid để tránh các phản ứng không mong muốn xảy ra.

Việc chuyển phân tử cực nhanh xảy ra khi tâm kim loại nằm rất gần tâm acid.

Bảng 3: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa tâm kim loại/tâm acid với phản ứng

hydrocracking.

Các xúc tác kim loại quý như platinum hoặc palladium thì có hoạt tính cho phản

ứng hydro hóa lớn hơn xúc tác Ni/W và Ni/Mo. Một sự khác biệt lớn giữa xúc tác kim

loại quý và xúc tác kim loại thông thường là các xúc tác kim loại quý cần phải giữ ở

trạng thái khử để duy trì hoạt tính xúc tác và kim loại quý bị đầu độc khi có lưu huỳnh

trong đó. Điều này trái ngược với các xúc tác kim loại thường vì chúng được hoạt hóa

ở dạng muối sulfide. Ở nồng độ sulfur cao, xúc tác kim loại thông thường không bị

hao hụt khi hoạt động.

Hiện nay, hầu hết các quy trình hydrocracking đều sử dụng xúc tác kim loại thông

thường chỉ có một số ít nhà máy vẫn sử dụng xúc tác kim loại quý vì sử dụng xúc tác

kim loại quý có hoạt tính cao nhất và sản phẩm naptha có chất lượng tốt hơn. Để tương

thích với xúc tác kim loại quý, thiết bị hydrocracking được thiết kế đặc biệt để vận

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 12

Page 13: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

hành trong môi trường không có hợp chất lưu huỳnh hữu cơ hoặc H2S. Không những

phải loại bỏ hầu hết lưu huỳnh trong nguyên liệu mà còn phải loại hết H2S trong khí

tuần hoàn.

Tuy nhiên kể cả khi thiết bị hydrocracking được thiết kế để hoạt động trong môi

trường không có acid, xúc tác kim loại quý vẫn có thể bị đầu độc bởi các hợp chất lưu

huỳnh. Điều này dẫn đến sản phẩm sẽ có nồng độ lưu huỳnh cao hoặc có nhiều H2S

trong khí tuần hoàn. Nếu sử dụng xúc tác kim loại thông thường, sự ảnh hưởng này sẽ

ở mức thấp nhất. Khi ta đã xác định được vấn đề thì thiết bị được vận hành bình

thường mà không gây hại cho xúc tác kim loại thường. Tuy nhiên, nếu xúc tác sử dụng

là kim loại quý thì sự biến đổi nhỏ có thể đầu độc các tâm kim loại và làm giảm tuổi

thọ xúc tác.

Sự hấp phụ lưu huỳnh của platinium có thể là thuận nghịch hoặc bất thuận nghịch.

Đôi khi, lưu huỳnh có thể được giải hấp khi cho khí hydro ở nhiệt độ cao sục qua. Tuy

nhiên khi lưu huỳnh liên kết chặt với kim loại, sự hấp phụ là bất thuận nghịch. Điều

này dẫn đến giảm hoạt tính và tuổi thọ xúc tác.

Việc sử dụng xúc tác kim loại thường được hoạt hóa ở dạng sulfide giúp cho xúc

tác bền hơn khi hoạt động với nguyên liệu nặng hơn, hàm lượng lưu huỳnh cao hơn.

Kim loại Ứng dụng chính Khả năng hydro hóa

Co-Mo HDS Trung bình

Ni-MoHDN,

hydrocrackingCao

Ni-WHDN,

hydrocrackingRất cao

Pd, Pt Hydrocracking Cao nhất

Bảng 4: Các tâm hoạt động kim loại thường dùng trong quá trình hydrocracking

Pd và Pt bị đầu độc bởi lưu huỳnh và chỉ có thể sử dụng trong môi trường có nồng

độ H2S thấp.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 13

Page 14: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Trong thiết bị hydrocracking xúc tác tầng cố định, xúc tác ngoài khả năng giúp các

phản ứng mong muốn xảy ra thì nó còn phải có diện tích bề mặt lớn và độ bền vật lý

tốt đủ để chống lại sự va đập do tác động của dòng nhiên liệu chảy tốc độ cao và do

trọng lượng bản thân xúc tác đó. Một tầng xúc tác có thể chứa đến vài trăm tấn xúc

tác.

Phản ứng hóa học xảy ra ở các lỗ xốp nhỏ thường thấy trên bề mặt xúc tác. Để thu

được phân đoạn gas oil nặng và gas oil nhẹ thì bán kính lỗ xốp xúc tác phải từ 75Ao

đến 85Ao. Với bán kính lỗ xốp từ 150Ao đến 250Ao ta sẽ thu được phân đoạn cặn

residue.

2.5: Cơ chế phản ứng hydrocracking.

2.5.1: Chức năng của xúc tác.Tâm kim loại:

Tạo olefin hoặc cyclo olefin qua phản ứng dehydro hóa

Tính Acid:

Tạo ion carbenium từ olefin nhờ quá trình chuyển proton.

Bẻ gãy ion carbenium

Chuyển proton vào ion carbenium để tạo thành olefin

Tâm kim loại:

No hóa olefin nhờ phản ứng hydro hóa.

2.5.2: Cơ chế phản ứng trên xúc tác.Sự tạo thành olefin:

Phản ứng diễn ra trên tâm kim loại hoạt động, tạo thành olefin và khí hydro.

Paraffin sau khi đã được isomer hóa trên tâm acid thành i-paraffin, nó sẽ được hấp phụ

lên tâm kim loại. Tại đây sẽ diễn ra phản ứng dehydro hóa để tạo thành olefin.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 14

Page 15: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Sự tạo thành ion tertiary carbenium:

Phản ứng diễn ra trên tâm acid. Tâm acid có 2 loại là acid Bronsted và acid Lewis.

Olefin sẽ tham gia phản ứng với tâm acid của xúc tác để tạo thành ion carbenium.

Phản ứng isomer hóa và cracking:

Các ion carbenium thông thường được isomer hóa thành các ion tertiary

carbenium bền hơn. Phản ứng cracking ion carbenium diễn ra theo quy tắc β (cắt mạch

ở vị trí β so với carbon mang điện tích).

Phản ứng hydro hóa olefin tạo thành:

Phản ứng cracking sẽ dừng lại khi ion carbenium loại bỏ proton trên tâm kim loại

tạo thành olefin và các olefin tạo thành tiến hành phản ứng hydro hóa trên tâm kim loại

để thu được các paraffin tương ứng.

Phản ứng cracking và hydro hóa là hai phản ứng chính diễn ra trong quá trình

hydrocracking. Hai phản ứng mong muốn này có tác dụng tương hỗ lẫn nhau trong

cùng một quá trình.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 15

Page 16: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Phản ứng cracking sẽ tạo ra và cung cấp olefin cho quá trình hydro hóa và ngược

lại, phản ứng hydro hóa sẽ cung cấp nhiệt lượng cho quá trình cracking. Tuy nhiên,

nhiệt tỏa ra từ quá trình hydro hóa cao hơn so với nhiệt tỏa ra từ quá trình cracking, vì

thế khi xem xét toàn bộ quá trình thì có thể xem hydrocracking là phản ứng tỏa nhiệt.

Phản ứng isomer hóa luôn diễn ra đồng hành cùng với phản ứng cracking. Trong

đó quá trình isomer hóa xảy ra trước, sau đó các liên kết C-C sẽ bị bẻ gãy bởi quá trình

cracking.

Hình 1 : Cơ chế phản ứng Hydrocracking

2.6: Xúc tác bị mất hoạt tính và tái sinh xúc tác.

2.6.1: Xúc tác bị mất hoạt tính.Sự tích tụ cốc:

Cốc hình thành là một sản phẩm phụ trong quá trinh cracking. Lớp cốc trên chất

xúc tác là một hiện tượng nhiệt độ sau thời gian dài tiếp xúc hoặc nhiệt độ phản ứng

cao hơn nhiệt độ chất xúc tác có thể chịu được, nó làm giàm chức năng hoạt hóa của

xúc tác.

Quá trình bắt đầu với hấp phụ một lượng chất cao phân tử, quá trình xảy ra với sự

mất mát tiếp theo của một hàm lượng hydro, kết quả là tích tụ cốc. Lớp cốc này có thể

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 16

Page 17: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

bao quanh các tâm hoạt động hoặc ngăn chặn hay gây tắc nghẽn các lỗ mao quản. Cốc

gây đầu độc vĩnh viễn. Chất xúc tác đã được ngừng hoạt động do cốc lắng đọng có thể

tái sinh tương đối dễ dàng.

Đầu độc thuận nghịch

Chất xúc tác bị đầu độc chủ yếu là kết quả của quá trình hấp thụ hóa học của các

tạp chất hoạt động trên xúc tác. Loại đầu độc này hồi phục được khi tác nhân khử hoạt

tính được lấy ra, tác động chức năng dần đảo ngược. Trong một số trường hợp, nâng

cao nhiệt độ chất xúc tác có thể cân bằng chức năng ảnh hưởng. Tuy nhiên, nâng cao

nhiệt độ làm tăng tỷ lệ lắng đọng than cốc. Một ví dụ của quá tình thuận nghịch đầu

độc là carbon monoxide mà nó có thể làm giảm các phản ứng hydro hóa bằng ưu tiên

hút bám lên các tâm hoạt động. Một ví dụ khác là H2S nồng độ trung bình đến nồng độ

cao có thể làm giảm tỷ lệ khử lưu huỳnh liên tục. Trong trường hợp này, việc loại bỏ

H2S từ hệ thống tái chế khí giải quyết vấn đề.

Sự thiêu kết của các thành phần hydro

Một hình thức phục hoạt tính chất xúc tác là sự thiêu kết của các thành phần hydro

hóa của chất xúc tác. Nó có thể được gây ra bởi các điều kiện hoạt hóa kém chất xúc

tác, trong đó một phần là sự kết hợp của áp suất cao một phần là nước và nhiệt độ cao

có thể tồn tại trong một thời gian dài. Tái sinh có thể khôi phục lại các hoạt tính ban

đầu của chất xúc tác.

Các kim loại tích tụ

Tích tụ các kim loại gây đầu độc và xúc tác không thể hoàn nguyên được. Các kim

loại có thể đi vào bên trong xúc tác qua các chất phụ gia, chẳng hạn như các hợp chất

silicon được sử dụng trong cốc để làm giảm chất tạo bọt, hoặc các chất gây ô nhiễm

nguyên liệu như Pb, Fe, As, P, Na, Ca, Mg... hoặc là các hợp chất hữu cơ kim loại

trong nguyên liệu chủ yếu có chứa Ni và V. Sự lắng đọng của Ni và V diễn ra tại lối

vào các tâm hoạt động hoặc gần bề mặt ngoài của chất xúc tác, tạo ra một lớp "vỏ"

ngăn xúc tác tiếp xúc với nguyên liệu. Kim loại lắng đọng có thể gây hại tâm acid, các

trung tâm kim loại, hoặc cả hai.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 17

Page 18: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Chất xúc tác hỗ trợ quá trình thiêu kết

Đây là một lý do khác về sự mất mát của hoạt tính chất xúc tác và nó cũng là

không thể phục hồi được. Điều này cũng là một kết quả của nhiệt độ cao và đặc biệt là

trong nước với áp suất riêng phần cao. Trong trường hợp này, chất xúc tác hỗ trợ cho

nguyên liệu có thể bị mất diện tích bề mặt từ một sự sụp đổ của các khe rỗng (bên

trong xúc tác), hoặc từ sự gia tăng đường kính các khe rỗng và khối lượng còn lại

không đổi.

2.6.2: Tái sinh xúc tác.Cốc thường được tái sinh bởi quá trình đốt cháy trong một dòng oxy pha loãng

hoặc không khí, mặc dù các hỗn hợp hơi nước hoặc hơi nước-không khí cũng được sử

dụng trong quá khứ. Khi đốt, cốc được chuyển đổi thành CO2 và H2O. Trong trường

hợp không có oxy dư, CO cũng có thể hình thành. Ngoại trừ các chất xúc tác kim loại

quý, các chất xúc tác hydrocracking chứa lưu huỳnh, các kim loại tồn tại ở dạng

sulfua. Trong quá trình tái sinh, lưu huỳnh được tạo ra như SO2. Nhìn chung sunfua

oxit phát thải ở nhiệt độ thấp hơn CO2. Tái sinh xúc tác có thể thực hiện tại chỗ hoặc

chuyển vị. Phần lớn của tái sinh chất xúc tác trong thương mại được thực hiện chuyển

vị vì vấn đề môi trường cũng như xúc tác tái sinh tốt hơn. Có một số công ty thực hiện

chuyển vị tái sinh bằng cách sử dụng thiết bị đốt cháy cốc khác nhau.

2.7: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình.Khả năng cracking và dòng sản phẩm mong muốn phụ thuộc vào điều kiện hoạt

động xác định của quá trình. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của quá trình có thể

kể đến như: chất xúc tác sử dụng, tốc độ dòng, áp suất tổng, áp suất riêng phần của

hydro …

2.7.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ.Đây là phản ứng toả nhiệt, vì thế quá trình thích hợp ở nhiệt độ thấp. Nhưng nếu

nhiệt độ quá thấp thì tốc độ phản ứng sẽ giảm, do đó nhiệt được xem như tác nhân duy

trì hoạt tính của xúc tác.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 18

Page 19: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Thông thường, đối với chế độ hoạt động nhẹ thì nhiệt độ của quá trình dao động từ

650oF đến 750oF, còn chế độ hoạt động khắc khe thì đòi hỏi ở khoảng nhiệt độ từ

750oF đến 850oF.

2.7.2: Ảnh hưởng của áp suất và lượng hydro sử dụng.Lượng hydro sử dụng trong quá trình vừa tham gia phản ứng và vừa có tác dụng

bảo vệ bề mặt xúc tác, hạn chế quá trình tạo cốc. Quá trình Hydrocracking là quá trình

tăng số mole nên nó thích hợp hoạt động ở áp suất thấp. Thông thường áp suất khoảng

1.200 psig, lượng hydro tiêu thụ khoảng 1000 – 2000 scf/bbl. Nhưng đối với chế độ

hoạt động khắc khe thì đòi hỏi phải phá hủy các hợp chất nặng và mở vòng nên nó cần

áp suất khoảng 2000 psig và lượng hydro tiêu thụ khoảng từ 3000 – 4000 csf/bbl trở

lên.

Lượng hydro sử dụng càng nhiều thì càng có lợi về mặt chuyển hóa, nó mất

khoảng 25% cho các phản ứng loại lưu huỳnh và bảo hòa các hợp chất olefin,

aromatic. Hàm lượng hydro tại của ra của bình phản ứng yêu cầu phải cao để ngăn

chặn quá trình tích tụ cốc và đầu độc xúc tác. Phải tiến hành làm sạch và bổ sung thêm

hydro cho dòng tuần hoàn.

Vì phản ứng chính là cracking xúc tác nên có thể xem như hàm lượng các hợp chất

C1, C2 là rất thấp, nếu có thì ta nhập chung với dòng khí H2S và NH3.

2.7.3: Ảnh hưởng của nguyên liệu.Xúc tác hydrocracking phải làm việc với nhiều nguyên liệu khác nhau, trong có

nhiều nguyên liệu nặng chứa nhiều hydrocacbon chứa phân tử lượng cao, các hợp chất

lưu huỳnh, nitơ hữu cơ, oxit và kim loại khiến cho quá trình sẽ khó khăn hơn, hoạt độ

và tuổi thọ xúc tác giảm. Trong trường hợp chế biến nguyên liệu nặng sự hiên hiện của

asphanten và kim loại trong hợp chất hữu cơ có ảnh hương xấu đến hoạt độ xúc tác.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 19

Page 20: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 20

Page 21: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Chương 3: Công nghệ HydrocrackingMột số kí hiệu trong bài viết

HDM: hydrodemetallization – loại bỏ metan bằng hydro

HDS: hydrodesunfurzation.

Qúa trình Hydrocracking là quá trình bẻ gãy mạch có sự tham gia của hydro. Lựa

chọn phương án xử lý cho quá trình Hydro cracking phụ thuộc vào nguyên liệu cũng

như yêu cầu sản phẩm. Quá trình này có thể minh họa đơn giản bằng hệ thống 1 bậc

hoặc 2 bậc

Hình 2: Quá trình hydrocracking

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 21

Page 22: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Qui trình một giai đoạn có thể được sử dụng để sản xuất xăng nhưng thường được

sử dụng để sản xuất sản phẩm chưng cất

Quá trình hai giai đoạn được phát triển chủ yếu để sản xuất sản lượng xăng cao từ

dầu khí và giai đoạn đầu tiên có thể thực sự là một bước làm sạch để loại bỏ có chứa

lưu huỳnh (cũng nhưchứa nitơ) và vật liệu hữu cơ.

Với những loại nguyên liệu khác nhau, ta có các quá trình Hydro cracking khác

nhau, trong đó bao gồm:

3.1: Asphaltenic Bottom Cracking Process ( ABC Process).Asphaltenic Bottom Cracking Processcó thể được sử dụng để sản xuất sản phẩm

chưng cất (Bảng 5), HDM, bẻ gãy asphaltene, và và HDS vừa phải, cũng như hạn chế

khả năng tạo than cốc và lắng đọng kim loại sử dụng nguyên liệu với chất xúc tác cố

định

Bảng 5: Thành phần nguyên liệu cho ABC Process

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 22

Page 23: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Trong quá trình này, nguyên liệu được bơm lên đến áp suất phản ứng và kết hợp

với hydro. Hỗn hợp này được đun nóng đến nhiệt độ phản ứng trong lò sau khi trao đổi

nhiệt và đưa vào các lò phản ứng.

Trong lò phản ứng, HDM và cracking với HDS trung bình diễn ra đồng thời trong

điều kiện tương tự như HDS nguyên liệu nặng. Khí thải lò phản ứng được làm lạnh,

làm sạch,, trong khi chất lỏng tách ra được chưng cất thành phần chưng cất chân

không và nguyên liệu nặng làtiếp tục phân tách bằng loại bỏ asphalt .

Trong trường hợp của ABC và HDS kết hợp, chất xúc tác ABC đặt cao hơn các

chất xúc tác HDS và có thể hoạt động tại một nhiệt độ cao hơn so với các chất xúc tác

HDS ở dưới

3.2: H-Oil Process.H-Oil Process (Speight, năm 2007; Speight và Ozum, 2002) là một quá trình xúc

tác có sử dụng một một giai đoạn, hai giai đoạn, hoặc ba giai đoạn lò phản ứng tầng

sôi trong đó, trong quá trình phản ứng, hydrocracking diễn ra đáng kể(hình 5.2). Quá

trình này được thiết kế cho hydro hóa nguyên liệu nặng và nguyên liệu cao khác trong

một lò phản ứng lớp xúc tác tầng sôig để sản xuất sản phẩm dầu mỏ nâng cấp

Quá trình này có thể để chuyển đổi tất cả các loại nguyên liệu cho các sản phẩm

chưng cất cũng như loại bỏ lưu huỳnh và loại bỏ metan. Một sự thay đổi của quá trình

H-oil process chuyển đổi sản phẩm chưng cất sôi cao thành sản phẩm chưng cất trung

bình và dầu hỏa

Một loạt các tùy chọn quá trình có thể được sử dụng với quá trình H-oil tùy thuộc

vào các hoạt động cụ thể. Trong mọi trường hợp, một hệ thống lò phản ứng tầng sôi

xúc tác được sử dụng để khả năng chuyển hóa đạt hiệu quả. Hệ thống này đảm bảo

phân bố đồng đều của chất lỏng khí hydro giàu, và xúc tác luân chuyển liên tục. Nhiệt

phản ứng được dùng để đưa dòng nguyên liệu lên nhiệt độ cần thiết

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 23

Page 24: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Hình 3: Quá trình H-oil

Thông số dòng nguyên liệu sử dụng với quá trình

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 24

Page 25: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Bảng 6: Thành phần nguyên liệu của H-Oil Process

3.3: Quá trình hydrovisbreaking.

Bằng cách thu hồi , visbreaking là một quá trình tương đối đơn giản,bao gồm một

lò sưởi lớn nguyên liệu cho khoảng 450- 500o C tại một áp suất vận hành khoảng 140

psi( 965 kPa). Thời gian phản ứng trong lò được giới hạn một cách cẩn thận. Nguyên

liệu vào lò được duy trì ở áp suất đủ cao để cho phép bẻ gãy các phân tử lớn nhưng

hạn chế sự hình thành than cốc . Từ khu vực phản ứng ,chất lỏng quá trình được làm

lạnh ( nguội ) để ức chế thêm sự bẻ gãy vàsau đó đưa vào một cột chưng cất để tách

thành các thành phần . Qúa trình Visbreaking thường chuyển đổi khoảng 15% nguyên

liệu để naphtha và dầu diesel dầu và sản xuất độ nhớt thấp hơn nhiên liệu còn sót lại.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 25

Page 26: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Tóm lại, các hydrovisbreakingprocess ( quá trình HYCAR ) là một quá trình

không xúc tác tiến hành trong điều kiện tương tự như visbreaking( Chương 2). Sự hiện

diện của hydro dẫn đến sản phẩm ổn định hơn hơn sản phẩm có thể thu được với

visbreaking ,có nghĩa là đạt chuyển đổi cao hơn, tạo ra một sản phẩm giảm độ nhớt.

Quá trình HYCAR bao gồm cơ bản của ba phần:

(i) visbreaking ,

(ii) HDM

(iii) hydrocracking .

Trong visbreaking, nguyên liệu nặng là đối tượng bẻ gãy do nhiệt . Dầu visbroken

được đưa vào lò phản ứng demetallization trongsự có mặt của chất xúc tác.. Các sản

phẩm từ quá trình thứ hai đưa đến lò phản ứng hydrocracking , nơi desulfurization và

denitrogenation diễn ra cùng với hydrocracking .

3.4: Hyvahl-F Process.Quá trình này được sử dụng để hydrotreat khí quyển và chân không dòng nguyên

liệu nặng để chuyển đổi nguyên liệu thành naphtha và sản phẩm chưng cất trung bình

Các tính năng chính của quá trình này là hệ thống chất xúc tác kép của nó và cố

định lớp xúc tác và khái niệm lò phản ứng xoay. Cả hai hệ thống chất xúc tác sử dụng

giường cố định có hiệu quả hơn và không tiêu hao năng lượng di chuyển xúc tác .

Thiết kế lò xoay phản ứng cho phép thực hiện phục hồi , tái sinh xúc tác, đồng thời

có thể cho dòng nguyên liệu tiếp tục phản ứng. Hơn 50% kim loại được loại bỏ từ

dòng nguyên liệu trong thiết bị này

Trong quá trình này, các nguyên liệu làm nóng trước vào một trong hai lò phản

ứng, nơi một tỷ lệ lớn các nickel và vanadium được hấp thụ và chuyển hóa các thành

phần trọng lượng phân tử lớn bắt đầu. Trong khi đó, lò phản ứng xúc tác thứ hai dưới

đi một quá trình phục hồi và sau đó được đặt ở chế độ chờ. Từ các lò phản ứng , các

nguyên liệu chảy qua một loạt các lò phản ứng HDM và loại bỏ hoàn toàn các kim loại

và bắt đầu chuyển đổi nguyên liệu

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 26

Page 27: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Giai đoạn xử lý tiếp theo, HDS, là nơi mà hầu hết lưu huỳnh, một số nitơ, và kim

loại được loại bỏ. Một số lượng hạn chế của chuyển đổi cũng diễn ra. Từ lò phản ứng

cuối cùng, pha khí được tách ra, hydro được tái tuần hoàn để phản ứng, và các sản

phẩm lỏng được gửi đến một phần phân đoạn thông thường để tách thành naphtha, sản

phẩm chưng cất trung bình, và dòng nặng hơn.

3.5: IFP Hydrocracking Process.Quá trình này có một hệ thống hai chất xúc tác: chất xúc tác đầu tiên là chất xúc

tác vô định hình. Nó hoạt động để loại bỏ lưu huỳnh và nitơ và vòng thơm. Chất xúc

tác thứ 2 là zeolit để kết thúc sự hydro hóa và thúc đẩy sự hydrocracking phản ứng

Trong quá trình hai giai đoạn, nguyên liệu và hydro đuợc đun nóng và đưa đến

thiết bi8j phản ứng, sự chuyển đổi các sản phẩm diễn ra. Các dòng ra khỏi lò phản ứng

đuợc làm lạnh và phân tách, dòng giàu hydro đuợc nén và cho hồi lưu. Chất lỏng đuợc

đem đi chưng tiếp, thành các phân đoạn, cac sản phẩm nhẹ đuợc đưa đến thùng chứa,

các sản phẩm có nhiệt độ sôi cao, đuợc đưa đến lò thứ 2, sau khi xử lý cho quay lại hồi

lưu

Trong quá trình một giai đoạn, các dòng từ lò phản ứng đư trực tiếp đến lò thứ 2,

tiếp theo là tách và các phân đoạn

3.6: LC-Fining Process.LC-Fining proces là quá trình hydrocracking để xứ lý lưu huỳnh, metan và nâng

cấp phần nguyên liệu nặngbằng cách mở rộng lớp phản ứng. Mỏ rộng diện tích lớp

phản ứng cho phép chế biến nguyên liệu nặng, chẳng hạn nguyên liệu nặng chưng khí

quyển, nguyên liệu nặng chưng chân không, dầu hoặc nhựa đuờng.

Lò phản ứng đuợc làm việc ở điều kiện gần đăng nhiệt, vì nhiệt phản ứng đuợc

hấp thụ bởi các dòng nguyên liẹu lạnh ngay lập tức đuợc trộn đều vào lò phản ứng

Trong quá trình này nguyên liệu và hydro được đun nóng riêng biệt và sau đó lên

trong lò phản ứng hydrocracking qua một lớp mở rộng của chất xúc tác Sản phẩm lò

phản ứng chảy vào tháp tách nhiệt độ cao áp suất cao. Hơi nước thải từ phần tách được

cho xuống bởi áp lực và sau đó đi đến trao đổi nhiệt và sau đó đến một phần dành cho

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 27

Page 28: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

việc loại bỏ các sản phẩm ngưng tụ, và thanh lọc. Chất lỏng giảm áp lực và tái chs

bằng rửa. Đây là một phần quan trọng nhất của quá trình chuyển đổi

Hình 7: LC-Fining process

Chất lỏng hồi lưu được điều chỉnh theo khoảng sôi thích hợp để quay lại lò phản

ứng. Bằng cách này, nồng độ đáy lò phản ứng,và việc phân phối các sản phẩm, có thể

được kiểm soát. sau khi tách.. Các sản phẩm từ phía trên của tháp rửa đi tiếp đến phân

đoạn chưng cất và phần nặng đuợc xả ra ở đáy.Thời gian phan ứng tại các lò phản ứng

được điều chỉnh để cung cấp các mức độ chuyển đổimong muốn

. Các hạt chất xúc tác liên tục rút khỏilò phản ứng, tái sinh và tái sử dụng vào lò

phản ứng, trong đó có khả năng linh hoạt để xử lý một loạt các nguyên liệu nặng

nhưkhí quyển và cặn chưng chân không, chất lỏng có nguồn gốc than đá, vàbitum.

Thành phần dòng nguyên liệu và sản phẩm của quá trình đuợc thể hiện ở bảng

duới

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 28

Page 29: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Bảng 8: Thành phần và nguyên liệu của quá trình LC-Fining

3.7: Uniflex Process.Quá trình Uniflex (trước đây là quá trình hydrocracking CANMET) phù hợp để

chuyển đổi dầu nặng, dầu siêu trọng, nhựa đường , nguyên liệu nặng chưng khí quyển,

và nguyên liệu nặng chân không , sử dụng chất phụ gia để ức chế sự hình thành than

cốc, đạt được chuyển đổi của hydrocarbon điểm sôi cao vào sản phẩm nhẹ hơn.

Dòng lỏng và khí hồi lưu đuợc gia nhiệt trong thiết bị riêng biệt, với lưu luợng

dòng khí nhỏ và 1 luợng vừa đủ xúc tác trong thiết bị đun nóng. Dòng ra từ hai thiết bị

này đuợc đưa xuống đáy của lò phản ứng

Dòng ra đuợc đưa qua thiết bị phân tách, phần đỉnh đuợc đưa quay lại hồi lưu vào

tháp phản ứng, phần đáy đuợc dẫn ra tháp chưng, thu đuợc các sản phẩm như xăng,

diesel, VGO, và phần cặn nặng

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 29

Page 30: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Trung tâm của quá trình là lò phản ứng hoạt động ở nhiệt độ 815-880 F, áp suất

2000 psi

Quá trình Uniflex sử dụng một độc quyền, kích thước nano xúc tác rắn được pha

trộn với thức ăn để tối đa hóa chuyển đổi của các thành phần nặng và ức chế sự hình

thành than cốc. Yêu cầu chất xúc tác cụ thể phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và

mức độ sản phẩm yêu cầu. Chất xúc tác là hai chức năng, với chức năng chính của nó

là để thực hiện phản ứng hydro nhẹ cho sự ổn định của sản phẩm khi bẻ gãy trong khi

cũng hạn chế sự bão hòa của vòng thơm.

Hình 8: Uniflex Process

3.8: Veba- Combi-Cracking Proces.Qúa trình Veba-Combi Cracking là một quá trình hydrỏcacking nhiệt .quá trình

hydro hóa để chuyển đổi nguyên liệu nặng . Qúa trình dựa trên nền tảng của công nghệ

BErgiusPier, sử dụng cho hydro hóa than ở Đức tới năm 1945. Dòng nguyên liệu nặng

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 30

Page 31: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

đuợc hydro hóa sử dụng xúc tác thuơng mại và pha lỏng ỷdro trong lò phan ứng ở

nhiệt độ 440-485 độ C và áp suất 2175-4350 psi.Dòng sản phẩm từ tháp phản ứng

đuợc đưa đến tháp tách nóng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ lò phản ứng. Tiếp tục đuợc

dẫn vào tháp chưng chân không. Nhiệt độ cao, áp suất cao cùng với yêu cầu cung cấp

Hydro là một vấn đề lớn về kinh tế

Với quá trình này , dòng nguyên liệu nặng đuợc tạo huyền phù với một luợng nhỏ

của phụ gia dạng bột với hydro và khí hồi lưu truớc khi đuợc gia nhiệt. Phản ứng đựoc

điều chỉnh ở chế dộ upflow . Trong suốt quá trình phản ứng, độ chuyển hóa luôn đạt >

95%. Nhiệt độ phản ứng đuọc điều chỉnh bởi dòng khí hồi lưu

Dòng từ tháp phản ứng đuợc đưa đến tháp tcáh nóng, ở đây khí và lỏng đuợc tách .

1 tháp chưng chân không đuợc sử dụng để tách nốt dòng đáy của tháp tách nóng

Phần đỉnh tháp tách nóng, cùng với phần hồi lưu tháp chưng cất,đi vào lò phản

ứng hydro khí, nhiệt độ phần này đuợc điều chỉnh như phần phản ứng hydro lỏng, và

chứa lớp xúc tác thuơng mại cho quá trình hydrotreating. Nhiệt độ phần này khỏang

340-420 độ C

Qúa trình này không phù hợp với 1 số luợng lớn nguyên liệu nặng

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 31

Page 32: Quá trình hydrocracking là quá trình có lợi nhuận cao trong nhà máy lọc dầu

Tiểu luận môn chế biến dầu

Tài liệu tham khảo1: Lê Văn Hiếu, Công Nghệ Chế Biến Dầu Mỏ, Hà Nội, 2006.

2: James Speight, Heavy and Extra-heavy Oil, 2013.

Phạm Minh Đức – KSTN – HD – K54Trịnh Quang Thanh – KSTN – HD – K54 32