Cracking xúc tác: Chúng ta đã đi một chặng đường dài hướng tới một mục tiêu lớn
Nhà máy lọc dầu Yaroslavl
Tòa nhà hùng vĩ của công nghệ lọc dầu còn có một tầng khác: cracking xúc tác. Dành cho những ai quen thuộc với nội dung của loạt bài trước, sẽ không khó để hiểu rằng đây cũng là sự phân hủy nhiệt của các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, nhưng nó xảy ra khi có chất xúc tác, giúp tăng tốc và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình này.
Ngày nay, cracking xúc tác vẫn là nền tảng của sản xuất xăng, may mắn thay, sau Thế chiến II, nhiều biến thể của nó đã xuất hiện. Nhưng trong những năm giữa hai cuộc chiến tranh và một phần trong thời kỳ chiến tranh, cracking xúc tác đã có những bước tiến đầu tiên để trở thành một công nghệ công nghiệp mạnh mẽ.
Người ta thường nhắc đến ông với vẻ nín thở, và tôi thậm chí còn đọc những bài báo đau lòng về "xăng Ipatiev", thứ được cho là đã góp phần đánh bại Hitler. Chúng ta đang nói về Trung tướng, Viện sĩ Vladimir Nikolaevich Ipatiev. Người ta viết về ông rằng chính ông đã phát minh ra phương pháp cracking xúc tác, rằng ông đã phát minh ra xăng có chỉ số octan cao, và những điều vô lý khác tương tự. Ipatiev đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất ở Nga và ngành hóa dầu. Nhưng phát minh chính của ông, được thực hiện cùng với nhà hóa học Henry Pines (một người Do Thái gốc Ba Lan chuyển đến Hoa Kỳ năm 1928), là isobutan và việc sản xuất isobutan.
Tài năng và lòng dũng cảm trong một người Pháp
Phản ứng cơ bản của quá trình cracking xúc tác đã được nghiên cứu từ năm 1877 bởi nhà hóa học người Pháp Charles Friedel và nhà hóa học người Mỹ James Crafts. Phương pháp này lần đầu tiên được Almer McAfee sử dụng vào năm 1915 tại Công ty Lọc dầu Gulf, sử dụng nhôm clorua. Phương pháp này hiệu quả, nhưng chất xúc tác lại đắt tiền.
Quy trình sau này phát triển thành công nghệ cracking xúc tác hiện đại được sáng tạo bởi kỹ sư và nhà phát minh người Pháp Eugene Goudry. Ông là một người đàn ông tuyệt vời. Ông tốt nghiệp với huy chương vàng, học tại Trường Quốc gia Nghệ thuật và Thủ công, và làm việc tại một nhà máy luyện kim do cha mình sở hữu. Trong Thế chiến I, ông gia nhập quân đội và là một pháo thủ. Năm 1917, ông được chuyển sang đội xe tăng và lập công trong trận chiến Malmaison từ ngày 23 đến 25 tháng 1917 năm 58. xe tăng, một số trong đó đã bị hư hại do hỏa lực của đối phương, và Houdry đã cố gắng sửa chữa chúng dưới làn hỏa lực, bị thương và sau đó được trao tặng Huân chương Quân sự và danh hiệu Hiệp sĩ Bắc đẩu Bội tinh.
Sau chiến tranh, Eugene Houdry bắt đầu quan tâm đến ô tô và sản xuất nhiên liệu. Để tìm kiếm giải pháp cho vấn đề nhiên liệu chất lượng cao, không dễ phát nổ, ông đã phát triển một phương pháp sản xuất xăng từ than nâu. Nhà máy của ông hoạt động vào năm 1929-1930, nhưng nhanh chóng đóng cửa. Trong quá trình thí nghiệm, Houdry phát hiện ra rằng "đất sét" hay đất sét, bao gồm aluminosilicat, được sử dụng để tẩy trắng vải, giúp chuyển đổi dầu nặng chiết xuất từ than non thành xăng. Ông tiếp tục các thí nghiệm của mình và đã thành công trong việc chuyển đổi dầu nhiên liệu bay hơi thành xăng với sự có mặt của chất xúc tác này.
Năm 1930, Goodry được mời đến Hoa Kỳ, đến Công ty Dầu Chân không, nơi ông đã chế tạo đơn vị cracking xúc tác công nghiệp thí điểm đầu tiên vào năm 1933. Cần lưu ý rằng thời thế lúc bấy giờ rất khó khăn. Hoa Kỳ bị ảnh hưởng bởi cuộc Đại Suy thoái. Nhưng ở đây, kinh nghiệm quân sự của Goodry dường như đã giúp ích cho ông. Sau khi sửa chữa xe tăng dưới hỏa lực của súng Đức, những khó khăn còn lại dường như đã được ông vượt qua.
Sau một thời gian gián đoạn ngắn, vào năm 1936, Công ty Dầu chân không Socono và Công ty Dầu Sun quyết định cải tiến công nghệ. Tại Paulsboro, New Jersey, một đơn vị cracking nhiệt cũ đã được cải tạo thành một đơn vị cracking xúc tác. Năm 1937, đơn vị cracking xúc tác công nghiệp đầu tiên được xây dựng tại Nhà máy Lọc dầu Marcus Hock ở Pennsylvania. Mọi thứ trở nên tốt hơn kể từ đó, và đến năm 1940 đã có 14 đơn vị với công suất 140 thùng (19 tấn) mỗi ngày hoặc 6,9 triệu tấn mỗi năm. Sau đó, một đơn vị với công nghệ tái sinh xúc tác đã được phát minh, và được tích cực xây dựng trong những năm chiến tranh.
Điều thú vị là người Đức cũng đã đứng yên một thời gian khi công nghệ cracking xúc tác ra đời. Năm 1938, một liên doanh gồm năm công ty dầu mỏ lớn, dẫn đầu bởi Standadr Oil of New Jersey, hai công ty kỹ thuật và IG Farbenindustrie của Đức Quốc xã, đã bắt đầu phát triển công nghệ cracking xúc tác, nhưng theo cách riêng của họ. Liên doanh đã thành công. Tháng 1940 năm 1942, đơn vị thí điểm đầu tiên được đưa vào hoạt động tại Baton Rouge, Louisiana. Liên doanh đã khánh thành nhà máy lọc dầu đầu tiên với một đơn vị cracking xúc tác vào tháng 11 năm 1941. Đức tuyên chiến với Hoa Kỳ vào ngày XNUMX tháng XNUMX năm XNUMX, vì vậy người Đức đã sở hữu công nghệ này.
Ethanol và chì tetraethyl
Được biết, trong động cơ đốt trong, trong một số điều kiện nhất định, hỗn hợp nhiên liệu-không khí có thể nổ, tức là quá trình cháy ở tốc độ siêu thanh và tạo ra sóng xung kích. Kết quả là tiếng gõ kim loại, động cơ rung lắc, khí thải bốc khói và công suất giảm. Hiện tượng này rất nguy hiểm, có thể làm hỏng động cơ chỉ trong vài phút.
Nikolaus Otto đã từng gặp phải hiện tượng kích nổ. Tuy nhiên, trong những ngày đầu của quá trình cơ giới hóa, vấn đề này đã có một giải pháp thỏa đáng: tỷ số nén tương đối thấp 3-4:1 và việc bổ sung etanol hoặc benzen vào xăng. Với những chất phụ gia như vậy, xăng, ngay cả loại chất lượng thấp, cũng có được khả năng chống kích nổ tốt.
Những chiếc ô tô đầu tiên trong thời kỳ đầu thường chạy bằng ethanol hoặc hỗn hợp ethanol và xăng. Ví dụ, Standard Oil đã sản xuất xăng với 6-12% ethanol. Trị số octan của ethanol là 100-105 (tùy thuộc vào phương pháp nghiên cứu). Ở Đức, benzen là một chất phụ gia truyền thống cho xăng, được các công ty luyện kim sản xuất trong các nhà máy than cốc của họ. Trị số octan của benzen là 111-116. Ethanol cũng được sử dụng, cả riêng lẻ và hỗn hợp với benzen.
Tuy nhiên, một vấn đề thuần túy kinh tế đã sớm nảy sinh. Sự tăng trưởng nhanh chóng của động cơ và mức tiêu thụ xăng dầu đã được hỗ trợ một cách khó khăn bởi chính ethanol. Hoàn cảnh này đồng thời gây ra sự phát triển nhanh chóng của quá trình cracking nhiệt, tạo ra xăng có trị số octan cao hơn, và với việc bổ sung ethanol, nó thậm chí còn được chuyển đổi thành xăng có trị số octan cao, và việc tìm kiếm một số phụ gia chống kích nổ khác.
Năm 1921, nhà hóa học người Mỹ Thomas Midgley lần đầu tiên sử dụng tetraethyl chì. Bản thân chất này được nhà hóa học người Đức Karl Löwig phát hiện vào năm 1853. Tuy nhiên, Midgley, người tình cờ phát hiện ra rằng việc thêm iốt vào xăng làm tăng khả năng chống kích nổ vào năm 1916, đã thử nhiều hợp chất, nhưng đều không hiệu quả, đắt tiền, hoặc làm ăn mòn động cơ. Nhà hóa học cứng đầu này thậm chí còn thử diethyl telluride. Nó là một chất chống kích nổ tốt, nhưng khí thải lại có mùi tỏi nồng nặc. Cuối cùng, vào tháng 1921 năm 0,25, ông đã xác định được rằng tetraethyl chì ở nồng độ XNUMX% là chất cần thiết.
Sự khác biệt là gì? Thực tế là việc thêm một lượng không đáng kể chì tetraethyl theo trọng lượng làm tăng mạnh trị số octan của xăng thương mại. Ví dụ, xăng hàng không B-70 không có chì tetraethyl có trị số octan là 70 và với 5 ml chì tetraethyl trên 1 kg xăng - 90. Đối với xăng cracking không có chì tetraethyl - 65, với 3 ml trên 1 kg - 74. Có sự khác biệt giữa 120 gam cồn và 8,25 gam chì tetraethyl. Với khối lượng lớn, việc điều chế xăng thương mại bằng chì tetraethyl hóa ra lại có lợi nhuận cao hơn so với cồn etylic. Các nhà tư bản Mỹ rất giỏi đếm tiền, và vào năm 1923, General Motors, Du Pont và Standard Oil đã thành lập một Tập đoàn Xăng Ethyl chung. Chì tetraethyl có tuổi thọ cao và chỉ hoàn toàn không còn được sử dụng trên toàn thế giới vào năm 2021. Đúng, nó hơi độc, và Midgley biết điều đó. Nhưng tiền, như người ta vẫn nói, không có mùi.
Chuẩn bị xăng máy bay trong phòng thí nghiệm
В hàng không Với xăng, mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút, mặc dù xăng máy bay cũng bắt đầu từ etanol và benzen. Trong những năm 1920 và 1930, xăng máy bay thường được sản xuất dựa trên xăng chưng cất trực tiếp. Ví dụ, tại Liên Xô, Grozneft đã sản xuất xăng loại một với điểm sôi 1% ở nhiệt độ lên đến 40 độ và điểm sôi cuối cùng lên đến 100 độ, với trị số octan là 175. Azneft chưng cất xăng loại một từ dầu Balakhani với điểm sôi 56% ở nhiệt độ lên đến 1 độ và điểm sôi cuối cùng là 60 độ, với trị số octan là 100.
Để cải thiện chất lượng, một phần xăng có điểm sôi cuối cùng không quá 1 độ C, với trị số octan cao hơn xăng ban đầu, khoảng 130-80, đã được chưng cất từ xăng loại 82 bằng phương pháp chưng cất thứ cấp. Tuy nhiên, loại xăng này có rất ít. Ví dụ, xăng từ dầu Maikop, được sản xuất tại Nhà máy Lọc dầu Krasnodar trước chiến tranh: trị số octan 89,3 - khoảng sôi 28-85 độ C, chiếm 0,6% thể tích dầu; trị số octan 85,5 - 28-120 độ C, chiếm 1,4%; trị số octan 72 - 28-180 độ C, chiếm 6,2% thể tích dầu.
Do đó, các loại xăng hàng không đầu tiên đã được pha trộn. Đôi khi, 10% xăng khí ổn định (được sản xuất tại quỹ tín thác Grozneft từ khí dầu mỏ nhẹ; để ổn định, phần butan được chưng cất từ nó) được thêm vào xăng gốc, cũng như 40-60% benzen tinh khiết hoặc 25-50% etanol. Nhiều benzen hơn được thêm vào xăng hàng không loại mùa hè, ít hơn vào xăng mùa đông (với 20% benzen, xăng đóng băng ở 25 độ), và đối với sương giá nghiêm trọng hoặc vùng Bắc Cực thì dùng xăng khí hoặc etanol.
Ví dụ, tại Hoa Kỳ, người ta cũng áp dụng cách tiếp cận tương tự, chỉ khác là xăng cracking thường được đưa vào chưng cất lần hai, sau đó được trộn với xăng nguyên chất và/hoặc xăng tự nhiên rồi thêm benzen vào.
Cách tiếp cận này đã giải quyết được nhiều vấn đề, mặc dù động cơ máy bay nhanh chóng nâng tỷ số nén lên 5:1 hoặc cao hơn. Ví dụ, động cơ máy bay Rolls-Royce Griffon có tỷ số nén là 6:1, động cơ máy bay M-63 có tỷ số nén là 7,2:1, v.v. Nén, tăng áp và tăng tốc độ đòi hỏi xăng chất lượng cao hơn, nhưng đến một mức độ nhất định, vấn đề này đã được giải quyết bằng cách sử dụng xăng chạy thẳng gốc tốt và thêm benzen hoặc chì tetraethyl.
Ngoài ra, xăng máy bay cũng được sản xuất với số lượng nhỏ trong thời kỳ giữa hai cuộc chiến tranh. Tại Hoa Kỳ, 1932 nghìn gallon xăng máy bay (54 tấn) đã được sản xuất vào năm 181,6, trong khi tổng sản lượng xăng là 18,1 triệu gallon (60,9 nghìn tấn). Xăng máy bay chiếm 0,29% tổng sản lượng xăng. Với số lượng này, xăng máy bay có thể được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách lựa chọn các phân đoạn xăng phù hợp nhất.
Khi ngành hàng không ngày càng nhiều và tham lam hơn, một vấn đề đã nảy sinh và ngày càng lớn, và nó là vấn đề đa yếu tố. Không có nhiều loại dầu thơm hoặc naphthenic tạo thành cơ sở của xăng có chỉ số octan từ 60 đến 80. Xăng cracking, ban đầu được coi là phù hợp, đã bộc lộ xu hướng bị oxy hóa, tạo thành nhựa và bị hỏng. Cùng lúc đó, nhu cầu cũng tăng lên. Năm 1939, 132,5 nghìn gallon (415,4 tấn) xăng hàng không đã được sản xuất, trong khi tổng sản lượng xăng là 23 triệu gallon (77,3 nghìn tấn). Năm 1941, xăng hàng không - 613,2 nghìn gallon (2062,8 tấn), tổng sản lượng xăng - 25 triệu gallon (84,1 nghìn tấn). Năm 1941, xăng hàng không chiếm 2,4% sản lượng xăng. Mức tiêu thụ của hàng không quân sự đã chuyển sang nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn. Vào đầu những năm 1930, Không quân Hoa Kỳ chủ yếu tiêu thụ xăng có chỉ số octan 87, nhưng trong giai đoạn 1939–1941, 90% xăng là xăng có chỉ số octan 100.
Trong điều kiện như vậy, việc sản xuất xăng hàng không vượt ra ngoài phạm vi pha trộn trong phòng thí nghiệm các thành phần nhỏ của nhiều loại xăng khác nhau và đòi hỏi một loại xăng cơ bản đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết. Vấn đề này chủ yếu được giải quyết bằng phương pháp cracking xúc tác.
Nguyên liệu thô, nhưng không phải tất cả
Khi một công nghệ nào đó được ca ngợi với đủ loại hiệu ứng sân khấu, đừng lười kiểm tra chi tiết. Thông thường, chúng chứa đựng tất cả những điều thú vị nhất. Liên quan đến cracking xúc tác, những chi tiết thú vị bắt đầu ngay từ nguyên liệu thô - dầu hỏa và sản phẩm chưng cất từ năng lượng mặt trời.
Trong khi vẫn có thể điều chỉnh dầu thô, đặc biệt là dầu nặng và giống dầu nhiên liệu hơn, để cracking nhiệt bằng cách chưng cất sơ bộ phần xăng nhẹ, cracking xúc tác chỉ hoạt động với các sản phẩm bán thành phẩm. Chúng bao gồm các phần dầu hỏa có điểm sôi 200-360 độ, các phần năng lượng mặt trời - 300-350 độ, parafin và dầu chất lượng thấp, cũng như dầu diesel nặng chưng cất chân không. Đôi khi một phần năng lượng mặt trời rộng được sử dụng với điểm sôi ban đầu là 210-260 độ và điểm sôi cuối cùng là 550 độ. Các phần có điểm sôi dưới 200 độ, tức là xăng và ligroin, cũng như dầu nhiên liệu và hắc ín không thích hợp cho cracking xúc tác. Xăng hầu như không thay đổi trong quá trình cracking xúc tác, nhưng nhựa trong dầu nhiên liệu và hắc ín làm nhiễm độc chất xúc tác và cản trở quá trình này.
Nói cách khác, quá trình cracking xúc tác không phải thay thế cho quá trình chưng cất mà là sau quá trình chưng cất dầu thô, tức là sau tất cả các lò nung, cột, tủ lạnh và đường ống đã thảo luận ở phần trước.
Do hoàn cảnh này, các đơn vị cracking xúc tác được xây dựng bên cạnh các nhà máy lọc dầu hoặc chỉ đơn giản là đưa vào thành phần của chúng, cho phép sản phẩm chưng cất bằng năng lượng mặt trời được đưa trực tiếp từ cột chỉnh lưu khí quyển đến đơn vị cracking xúc tác.
Khi không có nhà máy lọc dầu nào gần đó, đơn vị cracking xúc tác được bổ sung thêm một cột chưng cất chân không cho dầu nhiên liệu, tại đó phần chưng cất được chưng cất, và hắc ín cùng với nhựa chứa trong đó, vốn gây độc cho chất xúc tác, được bơm ra và loại bỏ khỏi quy trình.
Đôi khi, một phương án kết hợp khác được sử dụng. Dầu nhiên liệu nóng được đưa từ tháp chưng cất dầu khí quyển đến tháp tinh chế của thiết bị cracking xúc tác, tại đây dòng khí nóng và sản phẩm cracking làm bay hơi phần dầu nhiên liệu thu được, phần này được trộn với dầu khí xúc tác - một phần có điểm sôi trên 250 độ, được thu gom ở đáy tháp tinh chế của thiết bị cracking xúc tác và ở đáy tháp tách, phần này được trộn với nguyên liệu đầu vào. Ví dụ, 989% sản phẩm chưng cất trực tiếp và 64% dầu khí xúc tác được đưa vào lò phản ứng cracking xúc tác với công suất 36 tấn mỗi ngày.
Thực tế là có hai quá trình xảy ra trong quá trình cracking xúc tác. Quá trình đầu tiên là phân hủy nhiệt, khi hydrocarbon parafin bị phân hủy thành hydrocarbon không bão hòa có liên kết đôi và ba, đặc biệt là anken (etilen), ankin (axetilen), dien (butadien), giống như trong quá trình cracking nhiệt, trong đó anken chiếm 40-50% lượng xăng thu được. Chất xúc tác đẩy nhanh và tạo điều kiện cho quá trình phân tách các hydrocarbon khác nhau. Quá trình thứ hai là tổng hợp xúc tác, khi anken trên chất xúc tác bị đồng phân hóa, trùng hợp và tạo thành các hợp chất thơm (benzen, toluen, xylen, duren, etylbenzen, cumen, naphthalen, v.v.). Xăng cracking xúc tác chứa 20-30% hydrocarbon thơm, thay vì 12-14% trong xăng cracking nhiệt. Các chất này ổn định và có trị số octan cao, điều này rất quan trọng đối với xăng chất lượng cao.
Do đó, những hydrocarbon không bị phân hủy hoàn toàn trong quá trình này hoặc không trải qua quá trình chuyển đổi xúc tác mong muốn sẽ được thu thập dưới dạng dầu khí xúc tác và đưa trở lại vào quá trình.
Một cái bếp có những viên đá nhỏ bên trong
Phần đầu tiên của quá trình: làm nóng và bay hơi nguyên liệu thô, dẫn hơi qua chất xúc tác và tái tạo chất xúc tác.
Sơ đồ chung của quá trình cracking xúc tác
Quá trình gia nhiệt và bốc hơi nguyên liệu thô trộn với dầu khí xúc tác được thực hiện trong lò ống, một thiết bị mà chúng ta đã quen thuộc. Nguyên liệu thô đầu tiên được gia nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt bằng nhiệt của sản phẩm nóng, sau đó bằng khí tái sinh xúc tác, rồi được đưa vào lò ống để gia nhiệt đến khoảng 400-500 độ, tùy thuộc vào đặc tính của nguyên liệu thô. Gia nhiệt theo từng bước cho phép tiết kiệm nhiên liệu đốt trong lò. Nguyên liệu thô đã bốc hơi hoàn toàn được đưa vào lò phản ứng để tiếp xúc với chất xúc tác.
Chất xúc tác là các ống trụ cao 3-4 mm, các viên bi đường kính 3-6 mm, hoặc thậm chí là bột hoặc bụi aluminosilicat. Đây là những hợp chất chịu nhiệt và ổn định nhiệt, đồng thời có hoạt tính hóa học cao. Các viên bi, ống trụ và bột có cấu trúc xốp, diện tích lỗ chân lông siêu nhỏ của chúng đạt tới 600 mét vuông trên 1 gram.
Lò phản ứng, trong đó diễn ra đồng thời các quá trình phân hạch và tổng hợp, là một thùng thép thẳng đứng, cao 15-20 mét, đường kính từ 3 đến 5 mét. Nó có cấu trúc bên trong phức tạp, đảm bảo sự tiếp xúc giữa chất xúc tác và hơi của nguyên liệu thô.
Phần của lò phản ứng
Phía trên cùng là một thiết bị phân phối chất xúc tác, được đổ từ trên xuống bằng hệ thống nâng khí nén, sau đó đổ vào một hình nón và đi qua các ống dẫn vào không gian làm việc. Hơi cũng đi từ trên xuống qua các ống riêng biệt vào không gian làm việc. Trong không gian này, phản ứng xảy ra khi hơi đi qua các lỗ xốp của chất xúc tác. Đây là một không gian lớn, độ dày của lớp xúc tác có thể lên tới 4-5 mét hoặc hơn.
Điều quan trọng là phải duy trì một tốc độ cung cấp hơi nguyên liệu hoặc vận tốc thể tích lò phản ứng nhất định. Nếu cung cấp nhiều nguyên liệu hơn, thời gian tiếp xúc giảm và độ sâu chuyển đổi giảm. Nếu cung cấp ít nguyên liệu hơn, thời gian tiếp xúc và độ sâu chuyển đổi tăng. Sản phẩm chưng cất nặng được xử lý ở vận tốc thể tích cao, vì các phân tử nặng được phân tách dễ dàng và nhanh chóng hơn, và ngược lại, sản phẩm chưng cất nhẹ được xử lý ở vận tốc thể tích trung bình và thấp, vì chúng được phân tách khó khăn hơn.
Cùng với thành phần khí thu được, chất xúc tác rơi xuống thiết bị phân phối. Đây là những ống thẳng đứng, trên đó lắp các nắp hình nón, với hình nón hướng lên trên, bên dưới có các lỗ cho khí đi qua. Chất xúc tác rơi xuống, khí thoát ra qua các lỗ và ống và được dẫn vào cột tinh chế. Chất xúc tác rơi xuống sâu hơn nữa vào buồng, tại đây nó được thổi hơi nước để giải phóng khỏi hơi sản phẩm còn sót lại. Bên dưới có một thiết bị cân bằng, từ đó chất xúc tác được bơm vào thiết bị tái sinh.
Không giống như cracking nhiệt, tạo ra lượng lớn, khoảng 30-55% cặn cracking, cracking xúc tác chuyển đổi hầu hết nguyên liệu thô thành sản phẩm khí. Tuy nhiên, vẫn còn một lượng nhỏ, khoảng 3-6% than cốc, còn sót lại trên chất xúc tác, trong các lỗ xốp của nó. Dần dần, than cốc sẽ làm tắc nghẽn các lỗ xốp, khiến chất xúc tác không thể sử dụng được.
Để giải quyết vấn đề này, một thiết bị tái sinh đã được phát minh. Đó là một cột thép cao 20-30 mét, bên trong được lót gạch chịu lửa. Thực chất, đây là một lò nung. Vì aluminosilicat bền nhiệt, nên than cốc trong đó có thể được đốt cháy một cách dễ dàng.
Bên trong thiết bị tái sinh, một số buồng được tạo thành với đáy là các máng đảo ngược, có khe hở nhỏ giữa các máng. Không khí nóng được đưa vào bên dưới các máng. Chất xúc tác, với than cốc cháy trong các lỗ rỗng, rơi xuống qua một số buồng như vậy. Khi than cốc cháy hết, chất xúc tác đi vào các buồng có cuộn dây được làm mát bằng nước ở đáy. Nếu trong quá trình than cốc cháy hết, nhiệt độ của nó đạt 600-680 độ F (khoảng 530-580 độ C), thì khi làm mát, nhiệt độ sẽ giảm xuống còn XNUMX-XNUMX độ F (khoảng XNUMX-XNUMX độ C).
Lượng nhiệt tỏa ra từ quá trình tái sinh rất cao, do đó hầu như toàn bộ thiết bị tái sinh được làm mát bằng nước và hệ thống làm mát, đặc biệt là ở phía dưới, về cơ bản hoạt động như một nồi hơi ống lửa.
Thiết bị tái tạo bên trong
Vì lò phản ứng và thiết bị tái sinh được kết nối chặt chẽ với nhau, chúng thường được kết hợp thành một tháp lớn, với lò phản ứng ở trên cùng và thiết bị tái sinh ở dưới cùng. Chất xúc tác được đổ vào từ trên cùng, chảy xuống qua tất cả các tầng nhờ trọng lực, và được nâng lên bằng hệ thống nâng khí nén từ bên dưới.
Sơ đồ kết hợp lò phản ứng và máy tái sinh
Chất xúc tác phải được thay mới định kỳ vì dưới tác động của nhiệt và va chạm với các bộ phận của thiết bị, chất xúc tác dần bị nứt và hư hỏng, đồng thời bị tắc nghẽn không chỉ bởi cốc mà còn bởi các kim loại (sắt, niken, đồng, vanadi, v.v.), thường có trong dầu và do đó, trong các sản phẩm chưng cất dầu.
Chưng cất, chưng cất lại...
Có nhiều loại sản phẩm thoát ra khỏi lò phản ứng dưới dạng hơi: khí ướt, xăng không ổn định, dầu khí xúc tác nhẹ và dầu khí xúc tác nặng.
Từ lò phản ứng, hơi được xả vào cột chỉnh lưu chính, đầu tiên được trang bị các khay nối tiếp và sau đó là các khay nắp, từ bên dưới. Khay trên cùng được cung cấp khí hồi lưu — xăng không ổn định. Trong cột, quá trình tách thành phần khí-hơi hoặc khí béo, thành dầu khí xúc tác nhẹ và nặng diễn ra.
Dầu khí xúc tác nặng tích tụ ở đáy tháp và được đưa vào để trộn với nguyên liệu đầu vào. Dầu khí xúc tác nhẹ được thu thập từ các khay nắp bọt và đưa vào cột tách, tại đây phần xăng còn lại được chưng cất bằng hơi nước nóng và đưa trở lại tháp chính. Dầu khí xúc tác nhẹ được sử dụng làm thành phần của nhiên liệu diesel.
Khí từ đỉnh cột được dẫn qua bộ ngưng tụ-làm mát, tức là một cuộn dây đặt trong bình chứa nước, tại đây xăng được ngưng tụ. Sau đó, xăng được đưa vào bộ tách khí, vào một bình chứa, tại đây cả khí và nước đều được giải phóng. Theo mô tả, trong bộ tách khí, xăng được tách thành các phân đoạn, trong đó phân đoạn nặng hơn được đưa đến cột tinh chế để xử lý, và phân đoạn nhẹ hơn - khí béo - được đưa vào để tách khí và xăng.
Đầu tiên, khí ướt được nén hai lần trong máy nén và làm mát. Sau đó, phần lỏng được tách khỏi khí trong bình tích lũy. Từ đó, khí được đưa vào bình hấp thụ với xăng ổn định làm chất hấp thụ ở nhiệt độ 35 độ C và áp suất 9 atm. Khí khô thoát ra khỏi bình hấp thụ, và xăng không ổn định được tinh chế thêm. Tiếp theo, propan phải được tách khỏi xăng trong cột propan ở nhiệt độ 140-150 độ C và áp suất 18-19 atm. Tiếp theo, butan phải được tách khỏi xăng trong cột butan ở nhiệt độ 120-138 độ C và áp suất 5-6 atm. Chỉ sau đó mới thu được xăng ổn định - đây là sản phẩm của quá trình cracking xúc tác.
Đừng vội vàng hoàn tất, đây không phải là kết thúc của quá trình xử lý. Xăng xúc tác thu được sẽ được đưa đến quá trình làm sạch xúc tác, quá trình này tương tự như quá trình cracking xúc tác. Thông thường, quá trình này được thực hiện trên một thiết bị riêng biệt, đôi khi thiết bị xúc tác được trang bị hai lò phản ứng: một lò để cracking và lò còn lại để làm sạch xúc tác.
Sau một giai đoạn xử lý khác trong lò phản ứng xúc tác, khí giàu isopentan, sản phẩm chưng cất xăng máy bay không ổn định, ligroin, các hợp chất polyme thu được, và cốc vẫn còn trong chất xúc tác. Quá trình xử lý hỗn hợp hơi-khí trong tháp tinh cất được lặp lại, tại đây sản phẩm chưng cất xăng máy bay có nhiệt độ sôi 161-168 độ được tách ra, cũng như ligroin có hàm lượng hydrocarbon thơm cao, có nhiệt độ sôi 210-239 độ, được sử dụng làm thành phần của xăng động cơ hoặc dầu hỏa máy kéo.
Cuối cùng, xăng máy bay chưng cất được rửa bằng nước và dung dịch kiềm, sau đó mới thu được xăng máy bay cơ bản, được trộn với nhiều chất phụ gia khác nhau.
Có bao nhiêu nhiên liệu máy bay ở cuối hành trình?
Chúng ta đã hướng tới mục tiêu lớn này trong một thời gian dài... Cuối cùng, bao nhiêu loại xăng hàng không cơ bản nhất này đã được sản xuất?
Từ sản phẩm chưng cất năng lượng mặt trời, 39,4% xăng được thu được tại một trong các đơn vị ở giai đoạn đầu của quá trình cracking xúc tác. Ở giai đoạn tinh chế xúc tác thứ hai, 46,6% xăng máy bay được thu được. Tổng cộng, 22,4% nguyên liệu thô được thu được dưới dạng xăng máy bay trong hai giai đoạn.
Vậy thì, mọi thứ bắt đầu từ giếng dầu. Dầu thô cho ra 15-25% sản phẩm chưng cất từ dầu diesel, giả sử 20%. Quá trình cracking xúc tác cho ra sản lượng cuối cùng là 22% nguyên liệu thô. Tổng cộng, từ một tấn nguyên liệu thô, chúng ta thu được 44 kg xăng máy bay, tương đương 4,4% thể tích của nguyên liệu dầu thô ban đầu. Nếu lấy dầu Bashkir, với 8,5% thành phần diesel, chúng ta thu được 18,7 kg xăng máy bay từ một tấn dầu, tương đương 1,8% thể tích của nguyên liệu thô ban đầu.
Và liệu nó có xứng đáng với công sức, sự sáng chế, sản xuất và vận hành các thiết bị tinh vi không?
tin tức