Thiết Kế Phân Xưởng Cracking Nhiệt Năng Suất 1,2 Triệu Tân Năm

1. Trêng §¹i Häc b¸ch khoa Hµ Néi
Khoa c«ng nghÖ ho¸ häc
Bé m«n c«ng nghÖ h÷u c¬ - hoa dÇu
§å ¸n tèt nghiÖp
§Ò tµi: THiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt
Gi¸o viªn híng dÉn : TS. NguyÔn H÷u TrÞnh
Sinh viªn thùc hiÖn : tèng v¨n hµ
Líp : Ho¸ DÇu ii k46
–

2. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
HÀ NỘI
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Họ và tên : Đoàn Trần Quốc Vọng Khoá K 44 - QN
Ngành học : Công nghệ Hữu cơ - Hóa dầu
1. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế phân xưởng cracking nhiệt năng suất 1,2 triệu tân/năm
2. Nội dung các phần thiết minh và tính toán:
+ Tổnh quan về cracking nhiệt
+ Tính toán :
 Cân bằng vật chất.
 Cân bằng nhiệt lượng.
 Thiết bị chính .
 Xây dựng
 An toàn
 Tính kinh tế
4. Các bản vẽ đồ thị : ( ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước các bản vẽ):
Vẽ: ( Trên khổ Ao,A1)
 Dây chuyền sản xuất ( A0)
 Thiết bị chính. (A1)
 Mặt bằng phân xưởng (A0)
5.Cán bộ hướng dẫn:
Phần: Họ tên cán bộ
Công nghệ TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Kinh tế
Xây dựng
2

3. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
môc lôc trang
Lêi nãi ®Çu 6
PhÇn I
Tæng quan vÒ qu¸ tr×nh cracking nhiÖt 8
Ch¬ng I
Giíi thiÖu chung vÒ qóa tr×nh cracking nhiÖt 8
I. kh¸i niÖm 8
II. ý nghÜa 8
III. X¨ng cracking nhiÖt 8
Ch¬ng II
C¬ s¬ lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt 9
I.§Æt ®iÓm nhiÖt ®éng häc vµ ®éng häc cña ph¶n øng 9
1. §Æt ®iÓm nhiÖt ®éng häc 10
2. §Æt ®iÓm ®éng häc 13
II. Sù biÕn ®æi cña cña c¸c hydrocacbon trong qu¸ qóa tr×nh cracking
nhiÖt 15
1. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon paraffin 15
2. Sù biÕn ®æi cña cac hydrocacbon olefin 19
3. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon naphten 22
4. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon th¬m 24
5. Sù biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt cña lu huúnh 26
Ch¬ng III
Qóa tr×nh c«ng nghÖ cracking nhiÖt 26
I. S¬ lîc vÒ c«ng nghÖ cracking nhiÖt 26
II. C¸c yÕu tè ¶nh hëng lªn qu¸ tr×nh cracking nhiÖt 29
1. NhiÖt ®é vµ thêi gian lu 29
2. ¸p suÊt 31
3. Nguyªn liÖu 33
4. Møc ®é chuyÓn hãa 34
III.Nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña qóa tr×nh cracking nhiÖt 34
1. Nguyªn liÖu 34
2. S¶n phÈm 35
a. S¶n phÈm khÝ 35
b. S¶n phÈm x¨ng 36
c. S¶n phÈm gasoil-kerosen 37
d. S¶n phÈm cÆn Cracking nhiÖt 38
3. HiÖu øng nhiÖt cña c¸c ph¶n øng cña c¸c qóa tr×nh 38
3

4. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
4. Sù t¹o cèc vµ khÝ trong qóa tr×nh cracking nhiÖt 40
5. D©y chuyÒn c«ng nghÖ cña qóa tr×nh cracking nhiÖt 40
a. LÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ cracking nhiÖt 41
b. S¬ ®å nguyªn lý cracking nhiÖt nguyªn liÖu lµ kerosen 42
c. S¬ ®å nguyªn lý cracking nhiÖt nguyªn liÖu lµ ma zót 44
PhÇn II
tÝnh to¸n c«ng nghÖ 50
I. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt 50
1. Nguyªn liÖu Vµo 50
2. S¶n phÈm ra 51
II. TÝnh lß èng 53
II.1 TÝnh qóa tr×nh ch¸y 53
1. X¸c ®Þnh nhiÖt ch¸y cña nhiªn liÖu 53
2. X¸c ®Þnh thµnh phÇn nguyªn tè cña nguyªn liÖu 54
3. X¸c ®Þnh lîng kh«ng khÝ lý thuyÕt c©n thiÕt 55
4. X¸c ®Þnh lîng kh«ng khÝ thùc tÕ ®Ó ®èt ch¸y 55
5. X¸c ®Þnh lîng s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh khi ®èt 55
6. X¸c ®Þnh thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y khi ®èt ch¸y 55
7. X¸c ®Þnh hµm nhiÖt ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau 56
II.2 TÝnh hiÖu suÊt t¶i träng vµ tiªu hao nhiªn liÖu cña 56
II.3 X¸c ®Þnh bÒ mÆt ®un nèng cña èng bøc x¹ 58
II.4 KiÓm tra tèc ®é cña nguyªn liÖu lóc ®i vµo èng xo¾n 60
II.5 TÝnh bÒ mÆt ®èi lu ®un nãng cña lß 61
II.6 Thêi gian lu cña hæn hîp h¬i - khÝ 65
a. X¸c ®Þnh thêi gian lu cña hçn hîp h¬i - khÝ 65
b. Tû träng cña hçn hîp h¬i - khÝ ë ®Çu èng xo¾n 66
c. Tû träng cña hçn hîp h¬i - khÝ ë cuèi 66
d. Tèc ®é th¼ng cña hæn hîp h¬i - khÝ 67
II.7 MÊt m¸t ¸p lùc trong èng xo¾n 67
II.8 C©n b»ng nhiÖt lîng cña lß ph¶n øng 69
a. X¸c ®Þnh nhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo 69
b. X¸c ®Þnh nhiÖt lîng cung cÊp cho ph¶n øng cracking 70
c. X¸c ®Þnh nhiÖt lîng cung cÊp cho lß ph¶n øng cracking 70
d. X¸c ®Þnh nhiÖt lîng do khÝ nhiªn liÖu mang vµo 75
e. X¸c ®Þnh nhiÖt lîng do kh«ng khÝ mang vµo lß ph¶n øng . . 76
g. X¸c ®Þnh lîng nhiÖt do s¶n phÈm cracking mang ra 76
PhÇn III
4

5. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
X©y dùng 78
I. Chän ®Þa ®iÓm x©y dùng 78
1. Nh÷ng c¬ së ®Ó x¸c ®Þnh ®Þa ®iÓm x©y dùng 78
2. §Æt ®iÓm cña ®Þa ®iÓm x©y dùng 79
II. C¸c nguyªn t¸c khi thiÕt kÕ x©y dùng 80
III. Bè trÝ mÆt b»ng 80
1. §Æt ®iÓm cña d©y chuyÒn 80
2. MÆt b»ng ph©n xëng 81
3. TÝnh to¸n c¸c chØ tiªu kü thuËt 81
PhÇn IV
An toµn 84
1. Yªu cÇu vÖ sinh ®èi víi mÆt b»ng nhµ m¸y 84
2. Yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ trong nhµ m¸y 84
3. C¸c yªu cÇu an toµn giao th«ng trong nhµ m¸y 86
4. Nh÷ng yªu cÇu kh¸c 86
a. Chèng ®éc h¹i cho c«ng nh©n 86
b. BiÖn ph¸p an toµn vÒ ®iÖn 86
PhÇn V
tÝnh kinh tÕ 87
I. Môc ®Ých 87
II. ChÕ ®é c«ng t¸c cña ph©n xëng 87
III. Nh÷ng yªu cÇu vÒ nguyªn liÖu vµ n¨ng lîng 89
1. Nguyªn liÖu 89
2. Nhu cÇu vÒ n¨ng lîng 89
IV. X¸c ®Þnh nhu cÇu c«ng nh©n cho ph©n xëng 89
V. TÝnh khÊu hao cho ph©n xëng 91
VI. C¸c chØ tiªu kh¸c 91
VII. X¸c ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ 92
KÕt luËn 94
TµI liÖu tham kh¶o 95
5

6. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
6

7. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Lêi nãi ®Çu
Ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má ®îc ra ®êi vµo n¨m 1859 vµ tõ ®ã s¶n
lîng dÇu má khai th¸c ngµy cµng ®îc ph¸t triÓn m¹nh vÒ sè lîng còng nh vÒ chÊt
lîng.
Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn vµ tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt, dÇu má ®· trë
thµnh nguyªn liÖu quan träng hµng ®Çu trong c«ng nghÖ ho¸ häc. Trªn c¬ së
nguyªn liÖu dÇu má, ngêi ta ®· s¶n xuÊt ®îc hµng ngh×n c¸c ho¸ chÊt kh¸c nhau,
lµm nhiªn liÖu cho c¸c ®éng c¬, nguyªn liÖu cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c.
Nhu cÇu cÊp b¸ch vÒ c¸c s¶n phÈm cña läc ho¸ dÇu ngµy cµng t¨ng khi nÒn
c«ng nghiÖp cµng lín m¹nh, ®Æc biÖt lµ nhu cÇu vÒ c¸c lo¹i s¶n phÈm tr¾ng bao
gåm x¨ng kerosen vµ dÇu diezen, mµ c¸c s¶n phÈm nµy thu ®îc ë nhµ m¸y läc
dÇu chØ chiÕm phÇn khiªm tèn cha ®ñ ®Ó cung cÊp cho nÒn kinh tÕ quèc d©n.
V× vËy mét yªu cÇu cÇn ®Æt ra cho c¸c nhµ c«ng nghÖ cã mét qu¸ tr×nh
nh»m chÕ biÕn phÇn cÆn trong nhµ m¸y läc dÇu thµnh c¸c s¶n phÈm tr¾ng cã ®îc
sö dông nhiÒu h¬n trong thùc tÕ.
§Ó gi¶i quyÕt ®îc vÊn ®Ò nµy ngµy nay trong c¸c nhµ m¸y ho¸ dÇu cã hai
qu¸ tr×nh chÕ biÕn ®· ®îc ¸p dông phæ biÕn lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn díi t¸c dông
cña nhiÖt ®é (cracking nhiÖt) vµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn díi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ
xóc t¸c (cracking xóc t¸c).
Trong hai ph¬ng ph¸p ®ã, cracking xóc t¸c tá ra u viÖt h¬n v× ph¶n øng cã
tÝnh chän läc cao, t¹o ra nhiÒu cÊu tö cã trÞ sè octan cao trong x¨ng. Lîng s¶n
phÈm dÇu má ®îc chÕ biÕn b»ng cracking xóc t¸c ngµy cµng lín, ngµy cµng ph¸t
triÓn vÒ sè lîng, chÊt lîng vµ c¶i tiÕn c«ng nghÖ.
Tuy nhiªn, cracking nhiÖt còng cã nh÷ng u ®iÓm cña nã, nh nã cã thÓ chÕ
biÕn c¸c phÇn r©t nÆng cña dÇu má mµ cracking xóc t¸c kh«ng thÓ thùc hiÖn ®îc.
ChÝnh v× vËy mµ mét ph©n xëng cracking nhiªt lµ kh«ng thÓ thiÕu ®îc trong
c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu hiÖn ®¹i ngµy nay.
Víi ®å ¸n ®îc dao lµ thiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt c«ng suÊt
1.200.000 tÊn/n¨m nµy t«i hy väng sÏ bæ sung thªm c¸c kiÕn thøc ®Ó cã thÓ gãp
phÇn nhá bÐ vµo c«ng cuéc x©y dùng nÒn c«ng nghiÖp ho¸ dÇu níc nhµ
Xin tr©n träng göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh ®Õn c¸c thÇy, c« gi¸o trong bé
m«n c«ng nghÖ H÷u C¬ - Ho¸ DÇu, Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, ®Æc biÖt
lµ em xin göi lêi c¶m ¬n ®Õn TS. NguyÔn H÷u TrÞnh ®· tËn t×nh híng dÉn cho em
hoµn thµnh ®å ¸n nµy.
§ång thêi xin c¶m ¬n tÊt c¶ b¹n bÌ , anh chÞ em, thÇy c« gi¸o vµ gia ®×nh
®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp vµ lµm ®å ¸n .
7

8. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Hµ Néi 6/2004.
Sinh viªn
8

9. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
PhÇn i
Tæng quan vÒ qu¸ tr×nh cracking nhiÖt
Ch¬ng I
Giíi thiÖu chung vÒ qu¸ tr×nh cracking nhiÖt
I. Kh¸i niÖm.
Cracking lµ qu¸ tr×nh ph©n hñy díi t¸c dông cña nhiÖt, thùc hiÖn ë ®iÒu
kiÖn nhiÖt ®é kho¶ng 470 ®Õn 5400C, ¸p suÊt 20 ®Õn 70 at. Môc tiªu cña qu¸ tr×nh
lµ nh»m thu håi x¨ng tõ phÇn nÆng, thu mét sè olefin sö dông trong c«ng nghiÖp
ho¸ dÇu, phæ biÕn hay sö dông nguyªn liÖu lµ ma zót, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh
cracking nhiÖt tõ nguyªn liÖu lµ ma zót bao gåm khÝ chøa nhiÒu olefin vµ x¨ng.
II. ý nghÜa.
Cracking nhiÖt lµ qu¸ tr×nh chÕ biÕn s©u trong c«ng nghÖ läc ho¸ dÇu, tõ
nh÷ng nguån nguyªn liÖu Ýt cã gi¸ trÞ kinh tÕ h¬n vµ Ýt cã øng dông h¬n, b»ng
c«ng nghÖ cracking nhiÖt ®· t¹o ra ®îc nhiÒu s¶n phÈm cã gi¸ trÞ ®¸p øng ®ßi hái
cña nÒn kinh tÕ quèc d©n. Cracking nhiÖt lµ mét qu¸ tr×nh quan träng cña c«ng
nghiÖp chÕ biÕn dÇu. Vai trß cña qu¸ tr×nh ngµy cµng t¨ng cao do nhu cÇu vÒ c¸c
lo¹i s¶n phÈm tr¾ng ngµy cµng cao vµ nguyªn liÖu cho tæng hîp ho¸ dÇu ngµy
cµng nhiÒu. Qu¸ tr×nh nµy cho phÐp s¶n xuÊt ra x¨ng tõ c¸c phÇn nÆng nh cÆn cña
qu¸ tr×nh chng cÊt trùc tiÕp, ph©n ®o¹n gasoil.
III . X¨ng cracking nhiÖt.
B¶ng 1 Thµnh phÇn cña mét sè lo¹i x¨ng (% träng lîng).
Lo¹i x¨ng Olefin Aren Naphten Parafin
1. X¨ng chng cÊt trùc tiÕp (vïng Tacta) 12 36 62
2. X¨ng cracking nhiÖt tõ ma zót. 25-35 12-17 5-8 40-45
3. X¨ng cracking nhiÖt tõ gasoil. 40-45 18-20 15-20 20-25
4. X¨ng reforming nhiÖt. 19-20 14-16 27-32 33-37
X¨ng cracking nhiÖt cã thµnh phÇn kh¸c x¨ng chng cÊt trùc tiÕp (b¶ng 1).
Tõ b¶ng trªn ta thÊy r»ng, trong x¨ng chng cÊt trùc tiÕp, hµm lîng parafin
lµ chñ yÕu, cßn trong x¨ng cracking cã nhiÒu olefin, trong ®ã olefin cã mét nèi
®«i hoÆc aren cã nh¸nh olefin (styren) chiÕm ®a phÇn. Do vËy x¨ng cracking cã
trÞ sè èctan cao h¬n (60-68) so víi x¨ng chng cÊt trùc tiÕp (30-60). Tuy nhiªn trÞ
sè «ctan cña x¨ng cracking nhiÖt vÉn cha ®¶m b¶o yªu cÇu x¨ng th«ng dông (lín
h¬n 70).
9

10. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
V× x¨ng cracking nhiÖt cã chøa nhiÒu olefin nªn ®é bÒn kÐm, díi t¸c dông
cña ¸nh s¸ng, nhiÖt ®é c¸c ph©n tö olefin dÔ bÞ ngng tô, polyme ho¸ trïng hîp ho¸
t¹o nhùa dÉn ®Õn ch¸y kh«ng hoµn toµn trong xylanh. X¨ng chøa nhiÒu olefin dÔ
bÞ ®æi thµnh mµu sÉm. Tuy nhiªn lµ lo¹i x¨ng nµy còng cã u ®iÓm lµ dÔ khëi ®éng
m¸y.
Hµm lîng lu huúnh trong x¨ng dao ®éng trong kho¶ng 0,5 ®Õn 1,2% (cao
gÊp 5 lÇn cho phÐp ®èi víi x¨ng «t«).
Nãi chung x¨ng cracking cha ®¶m b¶o chÊt lîng sö dông cho ®éng c¬
x¨ng, thêng ph¶i xö lý lµm s¹ch b»ng hydro hoÆc cho qua reforming xóc t¸c ®Ó
nhËn ®îc x¨ng cã ®é æn ®Þnh vµ trÞ sè «ctan cao.
Ch¬ng II
c¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt
I. §Æc ®iÓm nhiÖt ®éng häc vµ ®éng häc c¸c ph¶n øng chÝnh x¶y
ra díi t¸c dông cña nhiÖt.
C¸c hydrocacbon n»m trong dÇu má vµ c¸c ph©n ®o¹n dÇu má díi t¸c dông
cña nhiÖt c¸c ph¶n øng x¶y ra rÊt phøc t¹p, cã nhiÒu kiÓu ph¶n øng kh¸c nhau vµ
theo nhiÒu híng kh¸c nhau, c¸c ph¶n øng x¶y ra víi x¸c suÊt nhiÖt ®éng häc kh¸c
nhau vµ víi tèc ®é kh¸c nhau. YÕu tè nhiÖt ®é lµ yÕu tè chñ yªó ¶nh hëng lªn
chiÒu ph¶n øng, tèc ®é ph¶n øng vµ ®é s©u chuyÓn ho¸. Nghiªn cøu nhiÖt ®éng
häc vµ ®éng häc cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc møc ®é chuyÓn hãa, hãa häc cña nguyªn
liÖu ®Çu ®Õn khi ®¹t c©n b»ng (tøc lµ cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc hiÖu suÊt c¸c s¶n phÈm
cña ph¶n øng).
1. §Æc ®iÓm nhiÖt ®éng häc.
X¸c suÊt nhiÖt ®éng häc cña mét ph¶n øng (ký hiÖu lµ ∆z) ®Æc trng b»ng ®é
lín cña biÕn ®æi n¨ng lîng tù do cña hÖ do ph¶n øng x¶y ra.
∆z = zcuèi - z®Çu (1)
∆z : Lµ n¨ng lîng tù do hay néi n¨ng cña hÖ.
Z®Çu, zcuèi : Lµ n¨ng lîng tù do cña hÖ (ë thÕ ®¼ng ¸p, ®¼ng nhiÖt) tøc lµ
néi n¨ng cña hÖ ë tr¹ng th¸i cuèi vµ tr¹ng th¸i ®Çu cña ph¶n øng cã thÓ tiÕn hµnh
thµnh c«ng.
NÕu trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nµo ®ã mµ ph¶n øng x¶y ra theo
chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i th× phÇn dù tr÷ n¨ng lîng tù do sÏ gi¶m mét phÇn cña nã
®Ó chuyÓn thµnh c«ng, khi ®ã ∆z <0 vµ khi ph¶n øng x¶y ra ®¹t c©n b»ng th× ∆z =
0. Khi ph¶n øng x¶y ra chuyÓn dÞch tõ ph¶i sang tr¸i th× ∆z > 0, cã nghÜa lµ khi ®ã
10

11. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
ph¶n øng chuyÓn dÞch theo chiÒu t¹o thµnh s¶n phÈm ban ®Çu. Khi ∆z cµng d¬ng
th× kh¶ n¨ng thùc hiÖn ph¶n øng theo chiÒu thuËn cµng khã x¶y ra. NÕu tõ cïng
mét lo¹i chÊt ban ®Çu nh nhau, nhng cã thÓ cã hµng lo¹t ph¶n øng song song kh¸c
nhau, ph¶n øng nµo trong sè ®ã cã trÞ sè ∆z cµng ©m, ph¶n øng ®ã sÏ cã nhiÒu kh¶
n¨ng x¶y ra nhÊt theo chiÒu thuËn t¹o ra s¶n phÈm cuèi, nãi c¸ch kh¸c lµ x¸c suÊt
nhiÖt ®éng cña ph¶n øng nµy sÏ lín nhÊt.
Do ®ã ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ph¶n øng nµo cã kh¶ n¨ng x¶y ra trong ®iÒu
kiÖn díi t¸c dông ®¬n thuÇn cña nhiÖt, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh dÊu vµ ®é lín cña ∆z. V×
n¨ng lîng tù do tuyÖt ®èi (z) cña mçi chÊt ®Òu kh«ng tÝnh ®îc, do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh
∆z cña ph¶n øng ph¶i th«ng qua viÖc tÝnh to¸n dùa vµo gi¸ trÞ n¨ng lîng tù do t¹o
thµnh c¸c chÊt ban ®Çu vµ c¸c chÊt sau ph¶n øng ë c¸c ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn (nhiÖt
®é 298,160K vµ ¸p suÊt 1at).
§èi víi kho¶ng nhiÖt ®é th«ng thêng trong c«ng nghÖ hãa häc, ®é biÕn
thiªn n¨ng lîng tù do phô thuéc theo nhiÖt ®é víi quan hÖ gÇn nh tuyÕn tÝnh:
∆zT = A + BT (2)
Trong ®ã: A, B lµ c¸c hÖ sè cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc b»ng c¸ch tÝnh ∆z ë hai
nhiÖt ®é kh¸c nhau.
Trªn c¬ së nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc nhiÖt ®é T nµo ®ã mµ ∆z = 0. Nh vËy cã
thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh ®îc ë miÒn nhiÖt ®é nµo, ph¶n øng cã thÓ x¶y ra.
Râ rµng lµ ë miÒn nhiÖt ®é nµo mµ ∆z < 0 ph¶n øng sÏ dÔ cã kh¶ n¨ng x¶y
ra vµ ngîc l¹i ph¶n øng sÏ khã x¶y ra ë nhiÖt ®é mµ ë ®ã cã trÞ sè ∆z > 0.
MÆt kh¸c ∆z cßn liªn quan ®Õn c¸c hµm sè nhiÖt ®éng kh¸c nhau qua c¸c
ph¬ng tr×nh sau:
∆z = -RTlnkP (3)
∆z = ∆H - T∆S (4)
Trong ®ã:
∆H : Lµ biÕn thiªn hµm nhiÖt cña hÖ khi ph¶n øng x¶y ra ë ¸p suÊt kh«ng ®æi.
T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi.
∆S : HiÖu sè entropy gi÷a chÊt t¹o thµnh sau ph¶n øng vµ chÊt ban ®Çu.
KP : H»ng sè c©n b»ng.
R : H»ng sè khÝ (R = 1987 cal/mol).
Nh vËy khi ®· x¸c ®Þnh ®îc ∆z cña ph¶n øng, vµ dùa trªn c¬ së ph¬ng tr×nh
(3) cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc h»ng sè c©n b»ng KP cña ph¶n øng, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc
11

12. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
nång ®é c¸c chÊt tham gia ph¶n øng vµ t¹o thµnh sau ph¶n øng khi c©n b»ng, tøc
lµ x¸c ®Þnh ®îc hiÖu suÊt ph¶n øng hay ®é chuyÓn ho¸.
Tõ ph¬ng tr×nh (4) ta cã thÓ tÝnh ®îc ∆H tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc hiÖu øng nhiÖt
cña ph¶n øng. B»ng c¸ch tÝnh to¸n nhiÖt ®éng nh trªn cho c¸c ph¶n øng x¶y ra díi
t¸c dông ®¬n thuÇn cña nhiÖt, ta cã thÓ rót ra nh÷ng kÕt luËn quan träng sau:
a). Ph¶n øng ph©n hñy díi t¸c dông cña nhiÖt ®èi víi c¸c hydrocacbon nãi
chung lµ lo¹i ph¶n øng x¶y ra víi ®é chuyÓn ho¸ cao, trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao
còng nh ¸p suÊt thÊp, c©n b»ng ph¶n øng chuyÓn hoµn toµn vÒ phi¸ hydrocacbon
cã träng lîng ph©n tö thÊp, thËm chÝ cã thÓ t¹o thµnh hydro. §èi víi c¸c parafin
vµ olefin cã träng lîng ph©n tö thÊp (C2, C3, C4) ph¶n øng ph©n hñy x¶y ra trong
®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao h¬n.
b). C¸c hydrocacbon olefin cã träng lîng ph©n tö thÊp cã thÓ tham gia c¸c
ph¶n øng trïng hîp ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao kho¶ng trªn 15 at vµ nhiÖt ®é díi
5000C. VÒ ph¬ng diÖn nhiÖt ®éng cña ph¶n øng trïng hîp kh«ng thÓ x¶y ra ë ¸p
suÊt thÊp (gÇn ¸p suÊt khÝ quyÓn) vµ nhiÖt ®é cao h¬n 5000C, nÕu cã x¶y ra th× ®é
chuyÓn ho¸ kh«ng ®¸ng kÓ.
c).C¸c hydrocacbon naphten cã thÓ bÞ khö hydro t¹o thµnh hydrocacbon
th¬m, nhng ph¶n øng hydro ho¸ hydrocacbon th¬m vÒ ph¬ng diÖn nhiÖt ®éng häc
kh«ng thÓ x¶y ra ®îc trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao.
§èi víi c¸c ph¶n øng ph©n hñy (ph¶n øng thu nhiÖt) díi t¸c dông cña nhiÖt
khi ta t¨ng nhiÖt ®é lªn ®Õn qu¸ giíi h¹n x¸c ®Þnh (∆z = 0) th× c©n b»ng ph¶n øng
chuyÓn dÞch tõ tr¸i sang ph¶i, cã nghÜa lµ vÒ phÝa t¹o s¶n phÈm cuèi (thÓ hiÖn ë
h×nh 1) Cã nghÜa lµ nhiÖt ®é cµng t¨ng ph¶n øng ph©n hñy cµng dÔ x¶y ra.
Ngîc l¹i ®èi víi ph¶n øng táa nhiÖt (nh ph¶n øng hydro ho¸, alkyl ho¸ polymer
ho¸ …v.v.v díi t¸c dông cña nhiÖt ®é th× ®å thÞ biÓu diÔn ngîc l¹i so víi ®å thÞ
cña c¸c ph¶n øng thu nhiÖt (H×nh 2).
12
H×nh 1 : ®å thÞ biÓu diÔn phô thuéc
gi÷a ∆Z vµo nhiÖt ®é víi ph¶n øng
thu nhiÖt
H×nh 2: ®å thÞ biÓu diÔn sù phô
thuéc gi÷a n¨ng lîng Giss xa nhiÖt
®é ®èi víi ph¶n øng táa nhiÖt
∆Z
O
∆Z
ZZ
T
T

13. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
§èi víi c¸c ph¶n øng táa nhiÖt, khi nhiÖt ®é gi¶m thÊp h¬n, giíi h¹n x¸c
®Þnh (∆z = 0), th× gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña x¸c xuÊt nhiÖt ®éng häc t¨ng lªn vµ khi ®ã
ph¶n øng trªn cã thÓ x¶y ra.
¸p suÊt còng ¶nh hëng tíi tèc ®é, ®é lín cña n¨ng lîng tù do Giss xa, sù
¶nh hëng nµy cã thÓ biÓu diÔn qua c«ng thøc sau :
∆ZP = ∆ZO + 4,75 lgPT
∆ZO :N¨ng lîng Giss ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt 1 at
∆ZP : N¨ng lîng tù do ë ¸p suÊt P
Nãi chung ¸p suÊt ¶nh hëng tíi c¸c ph¶n øng cã thay ®æi thÓ tÝch (t¨ng hay
gi¶m thÓ tÝch ). ®èi víi c¸c ph¶n øng t¨ng thÓ tÝch nh ph¶n øng ph©n hñy, ph¶n
øng khö hydro v.v.v. khi gi¶m ¸p suÊt th× x¸c suÊt nhiÖt ®éng häc t¨ng lªn. Cßn
®èi víi c¸c ph¶n øng ®ång ph©n ho¸ hay mét sè ph¶n øng kh¸c x¶y ra mµ kh«ng
thay ®æi thÓ tÝch, ¸p suÊt kh«ng ¶nh hëng lªn x¸c suÊt nhiÖt ®éng häc cña ph¶n
øng
Nh vËy khi ph©n tÝch nhiÖt ®éng häc cña ph¶n øng ta cã thÓ biÕt ®îc híng
ph¶n øng. ë c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cho ta kh¶ n¨ng tÝnh ®îc nång ®é c©n b»ng
cña c¸c s¶n phÈm cña ph¶n øng tõ c¸c hÖ sè c©n b»ng ph¶n øng (tÝnh theo lý
thuyÕt).
2. §Æc ®iÓm ®éng häc.
Ph¶n øng chñ yÕu cña c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ díi t¸c dông cña nhiÖt cña
c¸c hydrocacbon riªng lÎ ®Òu lµ ph¶n øng ph©n hñy. §Ó lµm râ ®Æc ®iÓm nhiÖt
®éng häc cÇn ph¶i nghiªn cøu ®éng häc cña ph¶n øng cã nghÜa lµ xÐt ®Õn tèc ®é
cña ph¶n øng.
Tèc ®é cña ph¶n øng hãa häc ®o b»ng lîng vËt chÊt ph¶n øng trong mét
®¬n vÞ thêi gian vµ nã tû lÖ víi nång ®é chÊt ph¶n øng.
n
Kc
d
dc
=
τ
K- H»ng sè tèc ®é ph¶n øng.
n- bËc ph¶n øng.
c- nång ®é.
τ- thêi gian ph¶n øng.
Tèc ®é ph©n huû c¸c hydrocacbon riªng lÎ cã thÓ tÝnh theo ph¬ng tr×nh sau
®èi víi c¸c ph¶n øng ®¬n ph©n tö (ph¶n øng bËc 1).
13

14. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
)
( x
a
K
d
dx
−
=
τ
x- PhÇn nguyªn liÖu chuyÓn ho¸ (tham gia ph¶n øng).
τ- kho¶ng thêi gian ph¶n øng.
a- lîng nguyªn liÖu ban ®Çu.
K- H»ng sè tèc ®é ph¶n øng.
Chó ý r»ng ®a sè c¸c ph¶n øng hãa häc díi t¸c dông cña nhiÖt ®Òu lµ c¸c
ph¶n øng bËc 1 vµ bËc 2, c¸c ph¶n øng bËc 1 lµ c¸c ph¶n øng ®¬n ph©n tö gåm
c¸c lo¹i ph¶n øng sau: ph©n hñy, ®ång ph©n hãa, khö hydro. Cßn c¸c ph¶n øng
bËc 2 lµ c¸c ph¶n øng alkyl hãa, hydro hãa, polimer ho¸.v.v....
H»ng sè tèc ®é ph¶n øng K, sè lîng b»ng tèc ®é ph¶n øng, nhng x¶y ra víi
mét mol vËt chÊt. Gi¸ trÞ K x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng tr×nh tÝch ph©n tèc ®é.
Víi ph¶n øng bËc 1:
C
C
K 0
ln
1
τ
=
C0- Nång ®é cña vËt chÊt ban ®Çu.
C- Nång ®é tÝnh ®Õn thêi ®iÓm τ.
§èi víi ph¶n øng bËc 2:
C
C
C
C
K
−
= 0
0
.
1
τ
Gi¸ trÞ (C0-C)/C gäi lµ ®é s©u chuyÓn hãa.
Khi biÕt K vµ C ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc tèc ®é ph¶n øng.
VÝ dô: ®èi víi mét ph¶n øng ph©n hñy chÊt A th× tèc ®é ph¶n øng
VA=KO.CA
KO : h»ng sè tèc ®é ph¶n øng khi thÓ tÝch kh«ng ®æi. ®èi víi c¸c chÊt n»m
trong tr¹ng th¸i khÝ th× nång ®é cã thÓ thay b»ng ¸p suÊt riªng phÇn khi ®ã vËn tèc
cña ph¶n øng ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau :
VA= KP.PA
KP : Lµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng khi ¸p suÊt kh«ng ®æi
PA : Lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña chÊt A
NÕu NA- sè mol cña cÊu tö A
V : thÓ tÝch hçn hîp khÝ, theo ®Þnh luËt khÝ lý tëng cã thÓ viÕt :
RT
P
V
n
C A
a
A =
=
14

15. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
RT
Kc
KP =
¸p suÊt kh«ng ¶nh hëng lªn tèc ®é ph¶n øng ®¬n ph©n tö. §èi víi c¸c
ph¶n øng hai ph©n tö t¨ng ¸p suÊt sÏ t¨ng kh¶ n¨ng va ch¹m c¸c ph©n tö sÏ t¸c
dông víi nhau nªn lµm t¨ng tèc ®é ph¶n øng. ®a sè c¸c ph¶n øng hydrocacbon cña
dÇu má ®Òu cã tèc ®é kh«ng lín l¾m v× vËy ®Ó ®¹t nång ®é c©n b¾ng c¸c s¶n phÈm
cuèi th× rÊt khã. §Ó t¨ng tèc ®é ph¶n øng th× ph¶i t¨ng nhiÖt ®é vµ ph¶i dïng xóc
t¸c. Tèc ®é cña bÊt kú mét ph¶n øng ho¸ häc nµo mµ t¨ng nhiÖt ®é khi t¨ng lªn
10oC th× tèc ®é ph¶n øng t¨ng lªn 2 ®Õn 4 lÇn. H»ng sè tèc ®é ph¶n øng t¨ng t¬ng
øng khi t¨ng nhiÖt ®é lªn 10oC lµ hÖ sè nhiÖt ®é cña tèc ®é ph¶n øng ( γ )
T
T
K
K 10
+
=
γ
Khi t¨ng nhiÖt ®é lµm t¨ng n¨ng lîng c¸c ph©n tö tham gia ph¶n øng, Tõ
®éng häc hãa häc ta biÕt râ r»ng bÊt kú mét ph¶n øng hãa häc nµo ®Æc trng b»ng
mét n¨ng lîng hãa häc x¸c ®Þnh b»ng n¨ng lîng cÇn thiÕt ®Ó chi phÝ cho viÖc lµm
®øt m¹ch liªn kÕt trong ph©n tö chØ cã c¸c ph©n tö ho¹t hãa míi cã thÓ tham gia
vµo sù chuyÓn hãa, hãa häc. N¨ng lîng ho¹t hãa kh«ng ph¶i ®Æt trng cho vËt chÊt
mµ ®Æt trng cho ph¶n øng hãa häc ®· cho vµ biÓu thÞ sù phô thuéc tèc ®é cña nã
vµo nhiÖt ®é. Trong thùc tÕ thõ¬ng gÆp trêng hîp tæn thÊt x¸c suÊt nhiÖt ®éng häc
vµ gi¸ trÞ c©n b»ng dÉn ®Õn viÖc t¨ng nhiÖt ®é ®Ó t¨ng tèc ®é ph¶n øng
II. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon trong qu¸ tr×nh cracking
nhiÖt.
Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa hãa häc c¸c hydroc¸cbon cña mét ph©n ®o¹n dÇu díi
t¸c dông cña nhiÖt lµ mét qu¸ tr×nh hÕt søc phøc t¹p. Phøc t¹p do thµnh phÇn cña
c¸c cÈu tö trong ph©n ®o¹n. V× thÕ trong qu¸ tr×nh ®· diÔn ra nhiÒu ph¶n øng mµ
chóng ta khã cã thÓ kiÓm so¸t næi. Do vËy trong c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu, ®·
nghiªn cøu sù biÕn ®æi cña tõng lo¹i hydrocacbon riªng lÎ råi tõ c¸c kÕt qu¶ nhËn
®îc, cho phÐp ph¸n ®o¸n, kÕt luËn c¸c ¶nh hëng ®Æc trng nhÊt cña c¸c th«ng sè
c«ng nghÖ tíi c¸c ph¶n øng cña c¸c hydrocacbon.
1. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon parafin.
C¸c hydrocacbon parafin lµ lo¹i no, trong ph©n tö chØ cã hai lo¹i liªn kÕt
chÝnh, ®ã lµ liªn kÕt C - C vµ liªn kÕt C- H. Liªn kÕt C - C kÐm bÒn nhiÖt h¬n liªn
kÕt C - H, nªn díi t¸c dông cña nhiÖt ë nhiÖt ®é cao sÏ x¶y ra sù ph©n hñy, ®øt
m¹ch liªn kÕt C - C tríc. Khi ®ã t¹o thµnh c¸c hydrocacbon cã trong lîng ph©n tö
nhá h¬n.
VÝ dô: CnH2n+2 CmH2m + CpH2p+2
15

16. CH4
1500O
C C + 2H2
ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
NÕu ph©n tö parafin t¹o thµnh cã m¹ch ®ñ dµi, nã l¹i bÞ ph©n hñy tiÕp. ChØ
khi sè nguyªn tö c¸c bon trong ph©n tö nhá h¬n 4, lóc n¸y parafin bÒn vµ khã bÞ
®øt liªn kÕt C - C, nªn khÝ ®ã cã thÓ x¶y ra sù ®øt liªn kÕt C - H t¹o thµnh hydro.
VÝ dô: CqH2q+2  CqH2q + H2
VÞ trÝ ®øt m¹ch C - C phô thuéc nhiÒu vµo ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh qu¸ tr×nh nh
nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ thêi gian lu cña hçn hîp ph¶n øng ë nhiÖt ®é ®ã. ë nhiÖt ®é
cµng cao vµ ¸p suÊt cµng thÊp, vÞ trÝ ®øt m¹ch cã x¸c suÊt lín lµ ë hai ®Çu m¹ch.
Do vËy mµ ë ®iÒu kiÖn nµy thêng cho s¶n phÈm khÝ nhiÒu h¬n. Nh vËy, nÕu muèn
nhËn nhiÒu s¶n phÈm khÝ chøa olefin ta ph¶i chän nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt thÊp.
Nhng ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é võa ph¶i (450-5300C) vµ ¸p suÊt cao th× vÞ trÝ ®øt m¹ch
l¹i cã x¸c suÊt ë gi÷a m¹ch. Do vËy mµ ë ®iÒu kiÖn nay sÏ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi
®Ó t¨ng hiÖu suÊt s¶n phÈm láng, gi¶m bít hiÖu suÊt khÝ.
Khi nhiÖt ®é gÇn 450oC vµ ¸p suÊt t¬ng ®èi cao th× vÞ trÝ ®øt m¹ch x¶y ra ë
gi÷a m¹ch cacbon vµ cho ta hiÖu suÊt s¶n phÈm láng t¨ng lªn. V× thÕ cho nªn nÕu
víi môc ®Ých t¨ng hiÖu suÊt s¶n phÈm x¨ng th× ngêi ta thêng cracking nhiÖt ë ®iÒu
kiÖn ¸p suÊt cao. Trong d·y parafin, metan lµ chÊt cã ®é bÒn nhiÖt cao nã chØ cã
liªn kÕt C - H ph©n hñy nã t¹o thµnh cacbon vµ hydro ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é rÊt cao
( gÇn 1500OC )
Cßn ®èi víi etan th× ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é ph©n hñy cã phÇn thÊp h¬n. Khi träng
lîng ph©n tö cµng t¨ng th× vai trß ph¶n øng khö hydro gi¶m .
VÝ dô ®èi víi propan cã thÓ x¶y ra theo hai chiÒu híng
§èi víi n-butan ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 500OC ®Õn 600OC sù ph©n hñy l¹i x¶y
ra ë tÊt c¶ c¸c vÞ trÝ cña liªn kÕt C - C vµ møc ®é khö hydro th× kh«ng lín l¾m.
Cßn ®èi víi iso-butan th× ngîc l¹i ë ®iÒu kiÖn nh trªn th× ph¶n øng chñ yÕu
lµ khö hydro.
16
C2
H4
+ CH4
C3
H8
C3
H6
+ H2
60%
CH4
+ C3
H6
n-C4
H10
30%
C2
H6
+ C2
H4
10%
C4
H8
+H2
70%
iso – C4
H8
+ H2
iso – C4
H10
28%
CH4
+ C3
H6
2%
C2
H6
+ C2
H4

17. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh nµy ®îc nhiÒu nhµ nghiªn cøu c«ng nhËn ®ã lµ c¬
chÕ gèc d©y do Rice ®Ò xíng. Theo thuyÕt nµy c¬ chÕ ph©n hñy c¸c hydrocacbon
parafin x¶y ra qua c¸c giai ®o¹n sau:
a). T¹o gèc tù do.
Do liªn kÕt C - C kÐm bÒn, ë nhiÖt ®é cao nã bÞ t¸ch vµ t¹o ra gèc tù do:
VÝ dô: R - R1  R* + R1
*
C7H16  C4
*H9 + C3
*H7
ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thêng vµ nhiÖt ®é lín h¬n 6000C, chØ cã c¸c gèc H*,
C*H3 hay C2
*H5 lµ cã kh¶ n¨ng tån t¹i trong kho¶ng thêi gian ng¾n tríc khi chóng
va ch¹m vµo nhau vµ g©y nªn ph¶n øng ho¸ häc. Cßn c¸c gèc lín h¬n, rÊt kh«ng
bÒn, chóng lÊp tøc bÞ ph©n huû t¹o ra c¸c gèc nhá vµ ®ång thêi t¹o ra olefin.
VÝ dô: C5
*H11  C4H8 + C*H3
C5
*H11  C5H10 + H*
Trong kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh (vµi phÇn ngh×n gi©y) nång ®é c¸c gèc tù
do t¨ng Lªn rÊt nhanh.
b). C¸c ph¶n øng cña gèc tù do trong giai ®o¹n ph¸t triÓn chuçi.
Gèc tù do ph¶n øng víi nguyªn liÖu ban ®Çu vµ t¹o thµnh gèc míi:
RH + H*  H2 + R*
R1H + R*  RH + R1
*
Do ®é bÒn cña gèc tù do bËc 3 > bËc 2 > bËc 1 mµ sù t¸ch nguyªn tö H ë
nguyªn liÖu sÏ u tiªn tríc hÕt lµ c¸c izo - parafin, sau ®ã míi ®Õn n-parafin.
C¸c gèc lín rÊt dÔ bÞ ph©n hñy thµnh c¸c gèc nhá vµ do vËy t¹o ra híng
ph¶n øng míi. ChÝnh v× thÓ mµ ngêi ta gäi lµ ph¶n øng d©y chuyÒn ph©n nh¸nh.
C¸c gèc tù do cã kh¶ n¨ng ph¶n øng lín h¬n nhiÒu lÇn kh¶ n¨ng ph¶n øng
trùc tiÕp cña hydrocacbon nguyªn liÖu. N¨ng lîng ho¹t hãa cña c¸c ph¶n øng gi÷a
c¸c gèc tù do chØ vµo kho¶ng 10 ®Õn 20 kcal/mol, nghÜa lµ nhá h¬n nhiÒu lÇn
n¨ng lîng ho¹t hãa cña ph¶n øng trùc tiÕp. C¸c sè liÖu trong B¶ng 1 cho thÊy râ
®iÒu nµy.
B¶ng 2 : C¬ chÕ ph©n huû nhiÖt C2H6 (theo Rice).
C2H6  2 C*H3 E = 84 kcalmol
CH3
* + C2H6  CH4 + C2
*H5 E = 8 kcal/mol
C2
*H5  C2H4 + H* E = 40 kcal/mol
H* + C2H6  C2
*H5+ H2 E = 7 kcal/mol
H* + C2
*H5  C2H6 E = 0 kcal/mol
c). Giai ®o¹n dõng ph¶n øng.
17

18. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Khi tèc ®é t¹o thµnh b»ng tèc ®é mÊt ®i cña c¸c gèc tù do, ph¶n øng chuçi
coi nh kÕt thóc. Sù mÊt c¸c gèc tù do cã thÓ do c¸c gèc va ch¹m víi nhau, ph¶n
øng víi nhau t¹o thµnh ph©n tö trung hoµ.
R* + H*  RH
R1
* + R2
*  R1 – R2
2H*  H2
VÝ dô: vÒ c¬ chÕ ph©n huû butan ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 460-5600C.
1. giai ®o¹n t¹o gèc tù do: metyl, etyl, propyl.
C4H10  C*H3 + C3
*H7
C4H10  C2
*H5 + C2
*H5
2. Giai ®o¹n ph¸t triÓn chuçi.
C4H10 + C*H3  C4
*H9 + CH4
C4H10 + C2
*H5  C4
*H9 + C2H6
C2H5
*  C2H4 + H*
C3
*H7  C3H6 + H*
C3
*H7  C2H4 + C*H3
C4
*H9  C4H8 + H*
C4
*H9  C2H4 + C2
*H5
C4H10 + H*  C4
*H9 + H2
3. Giai ®o¹n t¸i hîp c¸c gèc tù do.
H* + H*  H2
H* + C*H3  CH4
H* + C2
*H5  C2H6
C*H3 + C*H3  C2H6
C2
*H5 + C2
*H5  C4H10
C2
*H5 + C*H3  C3H8
Theo vÝ dô trªn kÕt qu¶ s¶n phÈm cuèi cïng nhËn ®îc do sù ph¸t triÓn m¹ch
vµ theo lý thuyÕt sÏ nhËn ®îc s¶n phÈm cuèi lµ: H2, CH4, C2H6, C2H4, C3H6, vµ
C4H8. ë ®©y ta lÊy vÝ dô vÒ butan nªn sù biÕn ®æi møc ®é kh«ng lín vµ kh«ng
phøc t¹p nªn s¶n phÈm thu ®¬n gi¶n
2. Sù biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt olefin.
Trong dÇu th« vµ trong ph©n ®o¹n dÇu má chng cÊt vµ trong cÆn chng cÊt
hÇu nh kh«ng cã olefin. Xong trong c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn hãa díi t¸c dông cña
18

19. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
nhiÖt ta cßn sö dông nguyªn liÖu lµ c¸c s¶n phÈm nÆng thu ®îc cña c¸c qu¸ tr×nh
thø cÊp kh¸c nh qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, cèc ho¸ vvv. Trong ®ã cã chøa hµm l-
îng olefin vµ ngoµi ra khi ph©n hñy c¸c d·y hydrocacbon kh¸c ®Òu t¹o thµnh
hydrocacbon olefin. V× vËy cÇn thiÕt ph¶i nghiªn cøu sù biÕn ®æi olefin trong ®iÒu
kiÖn chuyÓn ho¸ díi t¸c dông cña nhiÖt.
Díi t¸c dông cña nhiÖt c¸c hydrocacbon olefin biÕn ®æi ®a d¹ng nhÊt vµ
phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. VÝ dô: ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é
thÊp vµ ¸p suÊt cao th× cac olefin cã träng lîng ph©n tö thÊp dÔ bÞ trïng hîp
mCnH2n  (CnH2n)m
¸p suÊt cµng cao th× sù trïng hîp cµng xÊu. Nhng khi t¨ng nhiÖt ®é th× x¸c
suÊt, nhiÖt ®éng häc ph¶n øng trïng hîp gi¶m xuèng rÊt nhanh vµ c©n b»ng sÎ
chuyÓn vÒ híng ngîc l¹i. Cã nghÜa lµ khi ta t¨ng nhiÖt ®é vµ gi¶m ¸p suÊt th× c¸c
hydrocacbon cao ph©n tö l¹i bÞ ph©n hñy l¹i vµ t¹o ra c¸c parafin vµ olefin.
Thêi gian lu nguyªn liÖu ë trong vïng nhiÖt ®é cao cµng l©u th× sù ph©n
huû c¸c s¶n phÈm bÞ trïng hîp cµng s©u
Trong ®iÒu kiÖn cracking b×nh thêng (nhiÖt ®é gÇn 500OC, ¸p suÊt gÇn 70
at) c¸c olefin t¹o thµnh khi ph©n hñy c¸c parafin cña nguyªn liÖu.
ë ®iÒu kiÖn cracking sù ph©n hñy c¸c olefin cã thÓ x¶y ra theo nhiÒu híng kh¸c
nhau :
CnH2n  2CmH2m (khö trïng hîp)
CnH2n  CmH2m + CpH2p (ph©n hñy)
CnH2n  CmH2m-2 + CpH2p+2 (ph©n huû)
CnH2n  CmH2m+2 + CpH2p + CpH2p-2
CnH2n  CmH2m-2 + H2
Ph©n tÝch ®Æc biÖt cña ph©n tö olefin thÊy r»ng n¨ng lîng ph©n ly thÊp nhÊt
lµ liªn kÕt C - C n»m ë vÞ trÝ β so víi liªn kÕt nèi ®«i. V× vËy sù ph©n hñy olefin sÏ
bÞ ®øt ë vÞ trÝ β vµ t¹o thµnh hai gèc míi.
vÝ dô :
C¬ chÕ ph©n hñy cña c¸c olefin còng gièng c¬ chÕ ph©n hñy cña c¸c
parafin lµ theo c¬ chÕ ph©n hñy chuæi. Sù ph©n hñy ®Çu tiªn x¶y ra ë vÞ trÝ β vµ
t¹o thµnh hai gèc.
VÝ dô : ®èi víi pentan
CH3-CH2-CH2-CH=CH2  CH3-C*
H2+CH2=CH-C*
H2
TiÕp tôc
19
C – C – C = C – C - C
γ β α α β γ

20. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
C5H10 + R’
 RH + CH3 – CH2 – CH*
– CH = CH2
Gèc C5
*H9 kh«ng bÒn vµ lËp tøc bÞ ph©n hñy
CH3 – CH2 – CH*
CH = CH2  CH2 = CH – CH = CH+ CH3
*
TiÕp tôc ph¸t triÓn ph¶n øng chuæi th«ng qua gèc metyl C*H3 , v× vËy cã thÓ
gi¶i thÝch râ t¹i sao tö pentan ta nhËn ®îc divinyl vµ metan
C5H10  C4H6
Khö ngng tô : ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é t¬ng ®èi cao (600 oC ®Õn 700oC) ®èi
víi c¸c ph©n tö olefin cã trong lîng ph©n tö thÊp C2 ®Õn C4 ph¶n øng còng x¶y ra
t¬ng tù nh trªn.
VÝ dô : ®èi víi etylen
CH2 = CH2  CH2 = C*
H + H*
Liªn kÕt C = C bÒn h¬n liªn kÕt C - H nªn ®Çu tiªn ph¶n øng t¸ch ra lµ
hydro t¹o gèc vinyl gèc nµy l¹i t¸c dông víi etylen
CH2 = CH2 + CH2 = C*
H  CH2 = CH2 + CH2 = C*
H
CH2 = CH2 + H*
 CH2 = C*
H + H*
Vµ cuèi cïng hai gèc vinyl va ch¹m vµo nhau t¹o thµnh
CH2 = C*
H + CH2 = C*
H  CH2 = CH – CH = CH2
Tæng ph¶n øng ®îc biÓu diÓn b»ng ph¶n øng sau
2C2H4  C4H6 + H2
§èi víi propylene vµ butylen còng t¬ng tù
3C3H6  CH4 + C2H4 + C6H10
ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é kh«ng cao l¾m vµ t¨ng ¸p suÊt cao olefin cã kh¨ n¨ng
vßng hãa t¹o thµnh hydrocacbon naphten 6 c¹nh.
ë ®iÒu kiÖn poroly (nhiÖt ®é x¾p xØ 700oC vµ ¸p suÊt thÊp ) x¶y ra ph¶n øng khö
hydro olefin
C4H8  C4H6 + H2
Nh vËy ta thÊy kÕt qu¶ cña ph¶n øng ph©n hñy khö ngng tô vµ khö hydro
trong s¶n phÈm ®Òu thu gãp mét lîng diolefin. c¸c diolefin nµy ë nhiÖt ®é gÇn
700oC sÏ x¶y ra trïng hîp (I) vµ ngng tô (II) t¹o thµnh c¸c hydrocacbon vßng
20
– CH = CH2
CH2
= CH – CH = CH2
+ CH2
=CH2
(I I)
2CH2
= CH – CH = CH2
(I)
Vinyl xyclogekxen
-H2
CH2
= CH - CH2
- CH2
- CH2
– CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2

21. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Khi ngng tô c¸c diolefin sÏ t¹o thµnh c¸c olefin vßng sau ®ã khö hydro sÏ
t¹o thµnh hydrocacbon th¬m. C¸c hydrocacbon th¬m x¶y ra ph¶n øng alkyl hãa
víi olefin, ®ång thêi ngng tù víi diolefin
3. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon naphten.
RH naphten cã ®é bÒn nhiÖt cao h¬n so víi parafin cã cïng sè nguyªn tö
c¸c bon trong m¹ch. C¸c biÕn ®æi ®Æc trng cña hydrocacbon naphten ë nhiÖt ®é
cao lµ thêng x¶y ra c¸c ph¶n øng u tiªn theo thø tù sau:
- Khö nh¸nh alkyl.
- Khö hydro t¹o olefin vßng sau ®ã tiÕp tôc t¹o hydrocacbon th¬m.
- Ph©n hñy vßng ®èi víi c¸c naphten ®a vßng thµnh naphten ®¬n vßng.
- Khö naphten ®¬n vßng thµnh parafin vµ olefin hay diolefin.
Nh vËy, râ rµng lµ c¸c naphten khi tham gia ph¶n øng ph©n hñy nhiÖt, s¶n
phÈm t¹o thµnh cã ®Æc trng “no” h¬n so víi parafin, vµ cã xu híng t¹o thµnh
nhiÒu c¸c ph©n tö cã träng lîng trung b×nh, nghÜa lµ cho phÐp t¹o nhiÒu s¶n phÈm
láng h¬n so víi nguyªn liÖu parafin.
a). Ph¶n øng khö alkyl c¸c naphten.
Ph¶n øng nµy còng gièng nh sù ph©n hñy ®øt m¹ch parafin. §é bÒn nhiÖt
cña m¹ch nh¸nh parafin nhá h¬n so víi ®é bÒn nhiÖt cña vßng naphen. V× vËy khi
ph©n hñy ®Çu tiªn lµ lµm ®øt m¹ch nh¸nh. ë nhiÖt ®é kho¶ng 5000C sù ®øt m¹ch
x¶y ra chñ yÕu ë gi÷a m¹ch nh¸nh. NhiÖt ®é cµng t¨ng vµ thêi gian ®èt nãng duy
tr× nhiÖt ®é cµng l©u th× m¹ch bªn cµng ng¾n ®i. M¹ch nh¸nh khã ®øt nhÊt lµ
nhãm metyl vµ nhãm etyl. Sù khö alkyl x¶y ra hoµn toµn ë nhiÖt ®é rÊt cao. Sù
t¨ng ¸p suÊt cã t¸c dông h¹n chÕ sù khö alkyl.
21
Cn
H2n+1
+ Cn
H2n
+ CH2
= CH – CH = CH2
-H2
CH2
- CH2
–CH2
-CH3
C2
H4
+
CH2
- CH3

22. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
b). Ph¶n øng khö hydro vßng ho¸ t¹o hydrocacbon th¬m.
Ph¶n øng nµy x¶y ra ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt thÊp.
c). Khö vßng c¸c naphten ®a vßng.
Ph¶n øng nµy x¶y ra ®ång thêi víi ph¶n øng khö alkyl.
NÕu ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao sÏ ®ång thêi x¶y ra ph¶n øng khö hydro.
d). Ph¶n øng ph©n huû naphten ®¬n vßng.
ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao kho¶ng 5500C ®Õn 6000C c¸c naphten ®¬n vßng sÎ
ph©n hñy t¹o thµnh olefin.
VÝ dô:
Sù ph©n hñy nµy kh«ng mang ®Æc tÝnh chuçi. NhiÖt ®éng häc vµ ®éng häc
ph¶n øng ph©n hñy c¹nh tranh víi ph¶n øng khö hydro. Cho nªn trong s¶n phÈm
võa cã hydrocacbon th¬m võa cã olefin. ë nhiÖt ®é 7000C - 8000C xyclohecxan
cã thÓ bÞ ph©n hñy t¹o thµnh divynyl.
C6H12  C2H6 + C4H6
4. Sù biÕn ®æi cña c¸c hydrocacbon th¬m.
§é bÒn nhiÖt cña c¸c hydrocacbon th¬m lµ cao nhÊt so víi c¸c d·y
hydrocacbon kh¸c. Lo¹i hydrocacbon th¬m mét vßng nh Bezen lµ rÊt bÒn, nhng ë
nhiÖt ®é cao chóng cã thÓ bÞ ph©n hñy t¹o thµnh hydro vµ difenyl. Qua ph©n tÝch
s¶n phÈm cña cracking hydrocacbon th¬m ta thÊy cã mÆt CH4 vµ C2H2 vµ c¸c
olefin, ®iÒu ®ã chøng tá r»ng díi t¸c dông cña nhiÖt, tuy hydrocacbon th¬m rÊt
22
-H2
-H2
-H2
-H2
-H2
R
R’
R
R”
Khö vßng Khö alkyl
+ Cn
H2n+2
+ Cn
H2n
C2
H4
+ C3
H6
Ph©n hñy
Ph©n hñy
C3
H6
+ C3
H6
Ph©n hñy
C2
H4
+ C4
H8

23. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
bÒn nhng còng vÉn bÞ ph©n hñy. Vµ sù ph©n hñy nµy ®îc gi¶i thÝch theo c¬ chÕ
chuçi, sù gi¶i thÝch nµy kh¸ phï hîp víi kÕt qu¶ thùc nghiÖm.
Vi dô: Khi ph©n hñy benzen, ta thÊy n¨ng lîng liªn kÕt C - H bÒn h¬n liªn
kÕt C - C, nªn sù ph©n hñy ®Çu tiªn x¶y ra ë liªn kÕt C - C, v× vËy sÏ t¹o ra c¸c
gèc tù do HC ≡ hay - HC ≡ HC - . Nh÷ng gèc nµy khi gÆp ph©n tö benzen ban
®Çu, sÎ lÊy hydro cña chóng ®Ó t¹o thµnh c¸c ph©n tö t¬ng øng CH4, C2H6 hay
C2H4. §ång thêi biÕn ph©n tö benzen ®ã thµnh gèc phenyl C6H5- , gèc phenyl nµy
nÕu gÆp c¸c ph©n tö benzen sÏ t¸ch hydro nguyªn tö ra vµ t¹o thµnh diphenyl,
hydro nguyªn tö t¸ch ra lµ gèc tù do vµ tiÕp tôc ph¸t triÓn ph¶n øng chuçi.
S¬ ®å ph©n hñy benzen nh sau.
C6H6  C*
H3 + CH2=C*
H
C*
H3 + C6H6  CH4 + C*
6H5
C*
H=CH2 + 4C6H6  C2H6 +4C*
6H5
C*
6H5 + C6H6  C6H5 - C6H5 + H*
H*
+ C6H6  C*
6H5 + H2
ë nhiÖt ®é cao, sù biÕn ®æi cña hydrocacbon th¬m x¶y ra theo quy luËt sau:
- Khö nh¸nh alkyl.
- C¸c gèc th¬m ngng tô víi nhau, khö hydro t¹o thµnh gèc míi cã ph©n tö
lîng lín h¬n vµ nhiÒu vßng th¬m h¬n, cuèi cïng ph¸t triÓn thµnh hîp chÊt cao
ph©n tö gäi lµ cacbonit hay cßn gäi lµ cèc.
Nh vËy cèc dÇu má kh¸c víi c¸c bon nguyªn tè ë chç chóng cã hÖ vßng
th¬m víi ®é ngng tô cao. C«c t¹o ra thêng l¾ng ®äng, b¸m vµo thµnh èng hay
thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, lµm gi¶m tèc ®é truyÒn nhiÖt còng nh gi¶m n¨ng suÊt cña
b¬m, t¨ng chi phÝ vËn hµnh.
NÕu nh qu¸ tr×nh cña chóng ta kh«ng nh»m môc ®Ých s¶n xuÊt cèc th× sù cã
mÆt cña hydrocacbon th¬m lµ hoµn toµn kh«ng cã lîi cho qu¸ tr×nh. S¬ ®å cã thÓ
biÓu diÔn chung nh sau cho c¸c lo¹i t¬ng tù nh benzen lµ naphtalen, antraxen,
phenantren, ph¶n øng chÝnh lµ ph¶n øng ngng tô t¹o ra s¶n phÈm cèc
23
- H2
Naphtalen
Dinaphtalen Perylen
Antraxen
Diantraxen Phenantreperylen

24. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
-H2
dibutylbenzol phenantren
Khi cracking c¸c hydrocacbon th¬m cã m¹ch nh¸nh, m¹ch nµy sÏ bÞ ®øt ë
liªn kÕt C - C n»m ë vÞ trÝ β so víi c¸c bon ë vßng th¬m. V× ta thÊy r»ng n¨ng l-
îng liªn kÕt Cvßng- Cth¼ng bÒn h¬n liªn kÕt Cth¼ng- Cth¼ng. Do ®ã trong s¶n phÈm th-
êng cã mÆt hydrocacbon th¬m cã chøa gèc metyl.
CH2
CH2
CH3 CH3
+ C2H4
5) Sù biÕn ®æi c¸c hîp chÊt cña lu huúnh.
C¸c hîp chÊt lu huúnh n»m trong nguyªn liÖu díi d¹ng mercaptan,
thiophen, thiophan.... Nãi chung c¸c hîp chÊt lu huúnh cã ®é bÒn nhiÖt kÐm, cã
mét sè hîp chÊt b¾t ®Çu ph©n hñy ë nhiÖt ®é 180-2000C. Nhng cã mét sè l¹i rÊt
bÒn vÒ nhiÖt nh benzothiophen. Khi ph©n hñy c¸c hîp chÊt cã chøa lu huúnh th-
êng t¹o ra vµ t¸ch ra díi d¹ng H2S:
VÝ dô: khi ph©n hñy sunfid.
R – S – R’  H2S + olefin
V× vËy khi cracking nhiÖt nguyªn liÖu cã chøa lu huúnh thêng cã lÉn H2S
vµ ph©n hñy c¸c hîp chÊt lu huúnh còng t¹o ra c¸c cÊu tö lu huúnh ë thÓ láng.
VÝ dô: Mercaptan chóng t¹o thµnh chuyÓn vµo trong ph©n ®o¹n x¨ng. Vµ
còng cã thÓ t¸ch ra lu huúnh ë d¹ng nguyªn tè tù do.
24

25. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
ch¬ng III
Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cracking nhiÖt
I. S¬ lîc vÒ c«ng nghÖ cracking nhiÖt.
Cracking nhiÖt, lµ c¸c qu¸ tr×nh biÕn ®æi nguyªn liÖu dÇu má díi t¸c dông
cña nhiÖt ®é cao thµnh c¸c s¶n phÈm láng, khÝ. Thµnh phÇn vÒ sè lîng còng nh
chÊt lîng cña s¶n phÈm cuèi ®îc quyÕt ®Þnh bëi c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸
tr×nh nh nhiÖt ®é ¸p suÊt, thêi gian ph¶n øng. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi nguyªn liÖu lµ
mét qu¸ tr×nh biÕn ®æi rÊt phøc t¹p trong ®ã x¶y ra hµng lo¹t c¸c ph¶n øng võa
nèi tiÕp võa song song. Trong c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn nhiÖt khö cÊu tróc, cã hai
vÊn ®Ò quan träng cÇn gi¶i quyÕt ®ã lµ.
- Ng¨n ngõa sù t¹o thµnh cèc trong èng ph¶n øng hay trong c¸c thiÕt bÞ trao
®æi nhiÖt.
- §¶m b¶o hiÖu qu¶ sö dông cao c¸c trang thiÕt bÞ trong d©y chuyÒn.
Muèn vËy, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· tËp trung nghiªn cøu vÒ ®éng häc vµ c¬
chÕ cña qu¸ tr×nh . §ång thêi trong nghiªn cøu còng nh trong thiÕt kÕ qu¸ tr×nh
ngêi ta ph¶i dïng nguyªn liÖu lµ c¸c “cÊu tö gi¶” t¬ng ®¬ng hoÆc lµ vÒ thµnh phÇn
hãa häc hoÆc lµ vÒ thµnh phÇn c«ng nghÖ ®Ó cã thÓ h¹n chÕ bít sù phøc t¹p do
thµnh phÇn cña nguyªn liÖu ®Çu. Khi ®ã h×nh thµnh hai nhãm lý thuyÕt: “nhãm
c«ng nghÖ” vµ nhãm “ho¸ häc”.
Theo quan ®iÓm cña “nhãm c«ng nghÖ” c¸c cÊu tö riªng biÖt dïng trong
tÝnh to¸n thiÕt kÕ lµ c¸c hîp chÊt: khÝ, ph©n ®o¹n x¨ng, cÆn cracking vµ cèc. Ph-
¬ng ph¸p “nhãm c«ng nghÖ” sö dông s¬ ®å sau ®Ó miªu t¶ qu¸ tr×nh cracking
nhiÖt:
AB G
AR
ë ®©y:
A- nguyªn liÖu cracking.
B- S¶n phÈm x¨ng.
G- s¶n phÈm khÝ.
R- CÆn cracking vµ cèc.
Tèc ®é c¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh ®îc biÓu diÔn b»ng c¸c ph¬ng tr×nh sau
(Víi gi¶ thiÕt tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n lµ ®¬n ph©n tö)
25

26. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
])
[
(
)
(
y
z
x
a
k
dt
z
x
d
+
+
−
=
+
x
k
dt
dz
y
z
x
a
k
dt
dy
2
1 ])
[
(
=
+
+
−
=
ë ®©y:
a- sè mol cña nguyªn liÖu A ban ®Çu.
x,y,z - Sè mol cña A ®· biÕn ®æi thµnh x¨ng, cÆn cracking cèc t¬ng øng:
k - h»ng sè tèc ®é biÕn ®æi A thµnh x¨ng vµ khÝ:
k1- h»ng sè tèc ®é biÕn ®æi A thµnh cÆn cracking vµ cèc:
k2- h»ng sè tèc ®é biÕn ®æi x¨ng thµnh khÝ:
t- thêi gian ph¶n øng:
Tõ c¸c ph¬ng tr×nh trªn ta t×m ®ù¬c:
]
1
[
)
1
(
.
)
(
)
(
)
(
1
1
)
(
2
1
1
2
1
2
t
k
k
t
k
k
t
k
k
t
k
e
a
z
y
x
e
k
k
k
a
y
e
e
k
k
k
ak
x
+
−
+
−
+
−
−
−
=
+
+
−
+
=
−
−
+
=
Thêi gian t¬ng øng tíi khi ®¹t hiÖu suÊt x¨ng cùc ®¹i sÏ lµ:
2
1
2
1
max
)
ln(
)
ln(
k
k
k
k
k
k
t
−
+
−
+
=
Ph¬ng ph¸p kh¸c ®îc dïng ®Ó miªu t¶ cracking nhiÖt lµ ph¬ng ph¸p thµnh
phÇn nhãm ho¸ häc. Kh¸c víi ph¬ng ph¸p nhãm c«ng nghÖ, ph¬ng ph¸p thµnh
phÇn nhãm ho¸ häc ®ßi hái mét sè lîng lín c¸c phÐp ph©n tÝch vÒ thµnh phÇn ho¸
häc cña nguyªn liÖu, vµ nã ®îc ¸p dông khi nghiªn cøu s©u qu¸ tr×nh cracking
nhiÖt. KÕt qu¶ nhËn ®îc tõ ph¬ng ph¸p nµy rÊt thuËn lîi khi miªu t¶ qu¸ tr×nh
cracking cÆn dÇu.
II. c¸c yªó tè ¶nh hëng lªn qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.
Trong bÊt cø qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ díi t¸c dông cña nhiÖt nµo th× hiÖu suÊt
vµ chÊt lîng cña c¸c s¶n phÈm t¹o thµnh ®Òu phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c
26

27. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
nhau nhng chñ yÕu nhÊt lµ yÕu tè nhiÖt ®é, ¸p suÊt, thêi gian ph¶n øng vµ chÊt l-
îng nguyªn liÖu.
1. NhiÖt ®é vµ thêi gan lu cña nguyªn liÖu
YÕu tè nhiÖt ®é vµ thêi gian lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng ¶nh hëng
trùc tiÕp lªn hiÖu suÊt vµ chÊt lîng cña s¶n phÈm. §Þnh híng cña nhiÖt ®é lªn qóa
tr×nh cracking nhiÖt lµ yÕu tè ¶nh hëng trùc tiÕp lªn :
+ Tèc ®é ph©n hñy
+ Tr¹ng th¸i pha cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm. qóa tr×nh cracking
gåm tæng hîp c¸c ph¶n øng ph©n hñy vµ trïng hîp phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn nhiÖt
®é vµ thµnh phÇn cña nguyªn liÖu x¶y ra lo¹i ph¶n øng nµo tréi h¬n. Ta thÊy r»ng
ë ®iÒu kiÖn cracking nhiÖt ®é cao ph¶n øng ph©n hñy l¹i chiÕm u thÕ h¬n khi mµ
t¨ng nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh th× tèc ®é ph¶n øng cña hai lo¹i trªn ®Òu t¨ng. Nhng
møc ®é t¨ng ph¶n øng ph©n hñy t¨ng nhanh h¬n tèc ®é ph¶n øng trïng hîp. HiÖn
nµy sÏ cµng t¨ng khi nhiÖt ®é nµy cµng t¨ng cao.
Theo ®Þnh luËt vant-hoffa: tèc ®é ph¶n øng ho¸ häc t¨ng lªn hai lÇn khi
t¨ng nhiÖt ®é lªn 10oC. Qua thùc nghiÖm cho thÊy r»ng ®èi víi c¸c ph¶n øng cña
qu¸ tr×nh cracking nhiÖt chØ øng dông ®óng trong giíi h¹n nhiÖt ®é x¸c ®Þnh vµ
giíi h¹n nhiÖt ®é nµy gäi lµ gradient cña tèc ®é ph¶n øng vµ ký hiÖu lµ α
NÕu thêi gian lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng ë nhiÖt ®é t0 b»ng 0
τ , vµ
®Ó ®¹t ®îc ®é s©u ph©n hñy nh trªn th× thêi gian lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n
øng ë nhiÖt ®é t1 lµ b»ng :
2
0
1
τ
τ = ; t1- t0=α
Khi t¨ng nhiÖt ®é lªn ®Õn nhiÖt ®é t2 th× thêi gian lu cña nguyªn liÖu trong
vïng ph¶n øng cña qóa tr×nh cracking nhiÖt lµ :
2
1
2
τ
τ =
Cã nghÜa lµ ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é n
τ nµo ®ã biÓu thøc ®¬n gi¶n ®Ó tÝnh thêi
gian lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng cña qóa tr×nh cracking nhiÖt lµ:
α
τ
τ 2
.
0
t
tn
n
−
=
27

28. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
ë ®©y α lµ gradient nhiÖt ®é trong kho¶ng tõ to ®Õn tn ta thÊy r»ng thêi gian
lu nguyªn liÖu ë trong vïng ph¶n øng cµng l©u th× s¶n phÈm t¹o thµnh dÔ bÞ ngng
tô vµ ph¶n øng trïng hîp x¶y ra víi tèc ®é nhanh. Nh vËy ®Ó t¹o cèc vµ gi¶m hiÖu
suÊt s¶n phÈm x¨ng vµ khÝ. Nh vËy ®Ó t¨ng hiÖu suÊt s¶n phÈm x¨ng vµ khÝ tøc lµ
t¨ng hiÖu suÊt s¶n phÈm ph©n hñy vµ ®ång thêi gi¶m hiÖu suÊt ph¶n øng trïng
hîp th× ë vïng ph¶n øng duy tr× nhiÖt ®é vµ thêi gian lu nguyªn liÖu á vïng ph¶n
øng ph¶i Ýt
VÝ dô: sù ¶nh hëng cña nhiÖt ®é lªn hiÖu suÊt s¶n phÈm ph©n hñy vµ trïng
hîp khi cracking nguyªn liÖu n - C16H34
B¶ng 3 : ¶nh hëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt s¶n phÈm ph©n hñy
NhiÖt ®é OC
§é s©u
chuyÓn
ho¸ %
HiÖu suÊt ph¶n øng khÝ
cracking n - C16H34 % khèi l-
îng
TØ lÖ s¶n
phÈm ph©n
hñy: s¶n
phÈm trïng
hîp
S¶n phÈm
ph©n hñy
S¶n phÈm trïng
hîp
375
400
425
52,2
53,5
50,8
55,8
62,2
72,2
44,2
37,8
27,6
1,26
1,65
2,62
Tõ vÝ dô b¶ng trªn ta thÊy khi nhiÖt ®é t¨ng lªn vµ ®é s©u chuyÓn ho¸ t¬ng ®-
¬ng gÇn nh nhau th× hiÖu suÊt cña s¶n phÈm ph¶n øng ph©n hñy t¨ng lªn cßn hiÖu
suÊt s¶n phÈm trïng hîp bÞ gi¶m xuèng.
V× vËy ®èi víi mçi d¹ng nguyªn liÖu kh¸c nhau ta cÇn nghiªn cøu ®Ó chän
nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh tèi u. Trong c¸c qu¸ tr×nh cracking nhiÖt c«ng nghiÖp cho
thÊy r»ng cèc chñ yÕu bÞ t¹o thµnh vµ l¾ng ®äng ë vïng nhiÖt ®é võa ph¶i chø
kh«ng ë vïng nhiÖt ®é tèi ®a.
NhiÖt ®é cßn lµ yÕu tè x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i pha cho nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm
cña qu¸ tr×nh. §èi víi nguyªn liÖu ph©n ®o¹n chng cÊt nhÑ, khi nhiÖt ®é cña qóa
tr×nh cao h¬n nhiÖt ®é dÓ bay h¬i hoµn toµn cña nguyªn liÖu, th× trong vïng ph¶n
øng nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña ph¶n øng n»m ë tr¹ng th¸i hæn hîp c¶ pha láng
vµ pha h¬i. NÕu nhiÖt ®é cµng cao th× pha h¬i cµng nhiÒu h¬n vµ thÓ tÝch riªng
phÇn hæn hîp ph¶n øng ngµy cµng t¨ng (m3/kg)
NÕu ký hiÖu thÓ tÝch ph¶n øng lµ V (m3) vµ thÓ tÝch trung b×nh cña nguyªn
liÖu vµ s¶n phÈm ph¶n øng sau mét ®¬n vÞ thêi gian lµ v th× thêi gian ph¶n øng lµ:
28

29. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
v
V
v
V
.
τ
τ =
→
=
Khi t¨ng phÇn h¬i th× gi¸ trÞ V t¨ng vµ nh vËy yªu cÇu thÓ tÝch ph¶n øng
ph¶i t¨ng. Trong thùc tÕ phÇn h¬i thay ®æi tuyÕn tÝnh theo nhiÖt ®é, cßn thêi gian
ph¶n øng khi t¨ng nhiÖt ®é theo qui luËt hµm sè mñ, tæng hiÖu øng nhiÖt ®é sÏ
lu«n lu«n d¬ng. Cã nghÜa lµ khi t¨ng nhiÖt ®é th× thÓ tÝch ph¶n øng cÇn thiÕt lu«n
lu«n ®îc gi¶m xuèng.
Khi chÕ biÕn nguyªn liÖu cÆn nÆng trong vïng ph¶n øng quan s¸t chÕ ®é
pha hçn hîp th× ®éng häc cña qu¸ tr×nh hÕt søc phøc t¹p. Nhng khi cracking cÆn
nÆng th× ®é s©u chuyÓn ho¸ kh«ng lín v× vËy h»ng sè tÝnh to¸n theo ph¬ng tr×nh
ph¶n øng ®¬n ph©n tö lµ cã thÓ hîp lý cho tÝnh to¸n kü thuËt.
2. ¸p suÊt.
YÕu tè ¸p suÊt ¶nh hëng lªn tèc ®é ph¶n øng vµ híng ph¶n øng. Khi t¨ng
¸p suÊt th× nhiÖt ®é s«i cña s¶n phÈm thu ®îc cña qu¸ tr×nh còng t¨ng lªn. V× vËy
¸p suÊt cµng t¨ng th× thÓ tÝch pha láng cµng lín. Sù thay ®æi ¸p suÊt cã ¶nh hëng
®Õn tr¹ng th¸i pha trong vïng ph¶n øng. Qu¸ tr×nh cracking cã thÓ thùc hiÖn ë pha
h¬i vµ c¶ pha láng vµ c¶ hçn hîp pha.
Khi cracking nhiÖt ph©n ®o¹n x¨ng, kerosen- gasoil th× thêng tiÕn hµnh ë
pha h¬i vµ nhiÖt ®é cracking cao h¬n nhiÖt ®é tíi h¹n. T¨ng ¸p suÊt khi cracking
tiÕn hµnh ë tr¹ng th¸i pha h¬i th× lµm gi¶m thÓ tÝch h¬i cña nguyªn liÖu vµ thÓ tÝch
cña s¶n phÈm thu, ®iÒu ®ã lµm t¨ng c«ng suÊt cu¶ nhµ m¸y hay lµm t¨ng thêi gian
lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng.
Khi cracking ë tr¹ng th¸i pha h¬i ¸p suÊt ¶nh hëng lªn thµnh phÇn cña s¶n
phÈm thu.
Khi cracking x¶y ra ë trong pha láng nguyªn liÖu nÆng nh mazót, gudron
th× ¶nh hëng cña ¸p suÊt lªn qóa tr×nh kh«ng lín l¾m.
Khi cracking ë tr¹ng th¸i hçn hîp võa pha h¬i võa pha láng th× ¸p suÊt ¶nh
hëng ®Õn sù ®ång thÓ hãa nguyªn liÖu mét phÇn khÝ hßa tan trong chÊt láng vµ
lµm gi¶m tû träng cña chÊt láng cßn pha khÝ tù nÐn chÆt. Sù thay ®æi c¸c ®iÒu kiÖn
pha nh vËy lµm t¨ng thêi gian lu cña nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng vµ dÉn tíi
viÖc gi¶m mÊt m¸t ë dßng khÝ .
Nh ë phÇn c¬ chÕ ®· ph©n tÝch ta thÊy râ lµ ¸p suÊt ¶nh hëng lªn thµnh phÇn
s¶n phÈm thu cña qu¸ tr×nh. Khi cracking nhiÖt ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thÊp vµ nhiÖt
®é cao th× vÞ trÝ ®øt m¹ch cacbon( C - C ) cµng nghiªng vÒ phÝa cuèi m¹ch ®iÒu ®ã
29

30. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
dÉn ®Õn hiÖu suÊt s¶n phÈm khÝ cµng t¨ng th× hiÖu suÊt s¶n phÈm láng gi¶m. Vµ
ngîc l¹i khi cracking ë ¸p suÊt cao th× vÞ trÝ ®øt m¹ch cacbon ( C - C ) x¶y ra ë
gi÷a m¹ch. Nªn dÉn ®Õn hiÖu suÊt s¶n phÈm láng t¨ng lªn vµ hiÖu suÊt s¶n phÈm
khÝ gi¶m .
Vµ khi t¨ng ¸p suÊt th× t¨ng tèc ®é ph¶n øng ph©n hñy c¸c s¶n phÈm ph¶n
øng bËc hai (polimer hãa , alkyl hãa vµ hydro hãa). Cracking ¸p suÊt thÊp gäi lµ
cracking pha h¬i. Cracking ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao gäi lµ cracking ¸p suÊt. VÝ
dô :vÒ c©n b»ng vËt chÊt qu¸ tr×nh cracking nhiÖt cïng mét lo¹i nguyªn liÖu ë hai
®iÒu kiÖn ¸p suÊt kh¸c nhau thÊy kÕt qu¶ s¶n phÈm kh¸c nhau râ rÖt cracking
nhiÖt nguyªn liÖu kerosen cã : ρ20
4=0,82
B¶ng 4: C©n b»ng vËt chÊt cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt nguyªn liÖu kerosen
cã : ρ20
4=0,82
Cracking ë ¸p suÊt cao Cracking pha h¬i
NhiÖt ®é oC
¸p suÊt d, at
c©n b»ng vËt chÊt % khèi
lîng khÝ
x¨ng
cÆn
550 ®Õn 560
2 ®Õn 5
32 ®Õn 32,3
48,5 ®Õn 62,5
10,4 ®Õn 13,1
500 ®Õn 510
40 ®Õn 50
15,0
75,0
10,0
Thµnh phÇn khÝ cracking ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao Ýt hydrocacbon olefin h¬n
chiÕm 15% ®Õn 20% cßn khÝ cracking ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thÊp chøa nhiÒu olefin
h¬n (chiÕm 40% ®Õn 50%)
3)Nguyªn liÖu.
ChÊt lîng nguyªn liÖu lµ mét th«ng sè quan träng x¸c ®Þnh chÊt lîng s¶n
phÈm. Khi ®iÒu kiÖn cracking kh«ng thay ®æi, nÕu ta dïng nguyªn liÖu cã thµnh
phÇn cÊt kh¸c nhau sÏ cho ta kÕt qu¶ kh¸c nhau. Khi t¨ng giíi h¹n nhiÖt ®é s«i cña
nguyªn liÖu, tèc ®é ph¶n øng còng t¨ng lªn. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch bëi ®é bÒn
nhiÖt cña c¸c hydrocacbon trong nguyªn liÖu. Khi giíi h¹n nhiÖt ®é s«i cña
nguyªn liÖu t¨ng cã nghÜa lµ hµm lîng c¸c hydrocacbon parafin cã träng lîng
ph©n tö cao t¨ng vµ hµm lîng hydrocacbon th¬m cã m¹ch parafin ë c¹nh sên dµi
t¨ng, nh÷ng hydrocacbon cã ®é bÒn nhiÖt kÐm dÓ bÞ ph©n hñy h¬n so víi
hydrocacbon cã träng lîng ph©n tö thÊp. §iÒu nµy ®îc cho thÊy ë b¶ng 5.
B¶ng 5. ¶nh hëng giíi h¹n nhiÖt ®é s«i cña ph©n ®o¹n ®Õn hiÖu suÊt x¨ng khi
cracking nhiÖt.
Nguyªn liÖu Gíi h¹n s«i, 0C HiÖu suÊt x¨ng, %kh.l
30

31. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Ph©n ®o¹n lirgoil 180-220 12,1
Ph©n ®o¹n kerosene 220-270 14,9
Ph©n ®o¹n gasoil 270-300 15,8
Ph©n ®o¹n xola 300-350 18,0
Tõ b¶ng trªn ta thÊy r»ng nguyªn liÖu cµng cã giíi h¹n s«i t¨ng (cµng
nÆng) th× ®é bÒn nhiÖt cña nguyªn liÖu cµng kÐm, qu¸ tr×nh ph©n hñy x¶y ra cµng
dÓ h¬n, nh vËy tèc ®é ph¶n øng ph©n hñy x¶y ra cµng m¹nh, vµ cho ta hiÖu suÊt
x¨ng thu ®îc cµng cao.
NÕu qu¸ tr×nh cracking nhiÖt x¶y ra ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é võa ph¶i th× ta
thÊy sù ph©n hñy x¶y ra ®Ó thay ®æi cÊu tróc rÊt Ýt, nh khi cracking nguyªn liÖu
mang ®Æc tÝnh parafin r¾n th× s¶n phÈm thu ®îc chñ yÕu cã thµnh phÇn parafin vµ
olefin m¹ch th¼ng. NÕu cracking nguyªn liÖu lµ gasoil chøa hµm lîng lín c¸c
hydrocacbon vßng th× x¨ng thu ®îc chøa hµm lîng lín hydrocacbon naphten vµ
hydrocacbon th¬m.
4. Møc ®é chuyÓn ho¸ C.
§èi víi hydrocacbon tinh khiÕt, khi tham gia ph¶n øng, møc ®é chuyÓn hãa
®îc ®o b»ng lîng s¶n phÈm t¹o thµnh theo thêi gian. Nhng ®èi víi ph©n ®o¹n
phøc t¹p nh ph©n ®o¹n dÇu má, trong cracking nhiÖt ngêi ta ®o lîng x¨ng lµ s¶n
phÈm chÝnh vµ s¶n phÈm phô lµ khÝ vµ cèc hay olefin. NÕu gäi y lµ % thÓ tÝch cña
s¶n phÈm víi ®iÓm s«i cuèi cao h¬n ®iÓm s«i cuèi cña x¨ng, th× ®é chuyÓn hãa C
®îc tÝnh theo c«ng thøc:
C = 100 – y
§¬ng nhiªn c¸ch lµm nh vËy lµ cha s¸t víi thùc tÕ. §Ó hiÖu chØnh theo sù
biÕn ®æi lý, hãa trong qu¸ tr×nh t¹o x¨ng vµ khÝ, ngêi ta x¸c ®Þnh møc ®é chuyÓn
ho¸ theo c«ng thøc sau:
C = 100 – y(100-z).
ë ®©y z lµ % x¨ng cã trong nguyªn liÖu.
III. Nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.
1. Nguyªn liÖu.
Trong qu¸ tr×nh cracking nhiÖt cã thÓ sö dông nguyªn liÖu tõ phÇn gasoil
nÆng cña qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, phæ biÕn lµ ph©n ®o¹n ma zót cña chng cÊt
khÝ quyÓn. Ngoµi ra cracking cßn ®îc dïng ®Ó chÕ biÕn ph©n ®o¹n cÆn nÆng (cÆn
gudron) cã nhiÖt ®é s«i lín h¬n 5000C gåm c¸c hydrocacbon cã sè nguyªn tö c¸c
bon lín h¬n C4 giíi h¹n cuèi cïng cã thÓ lªn ®Õn C80. Trong ph©n ®o¹n cÆn nÆng
31

32. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
nµy chóng ta chØ quan t©m ®Õn nhãm chÊt dÇu cã ph©n tö lîng lín, trong ®ã tËp
trung nhiÒu c¸c chÊt th¬m cã ®é ngng tô cao, cÊu tróc hçn hîp nhiÒu vßng gi÷a
th¬m vµ naphten, ®©y lµ nhãm hîp chÊt nhÑ nhÊt trong cÆn, cã tû träng xÊp xØ
b»ng 1, hßa tan trong x¨ng, n-pentan, CS2, nhng kh«ng hßa tan trong cån. Trong
ph©n ®o¹n cÆn, nhãm dÇu chiÕm kho¶ng 45 ®Õn 46%. Ngoµi nhãm dÇu ra trong
ph©n ®o¹n cÆn cßn cã nhãm chÊt nhùa vµ nhãm asphanten, nhng c¸c nhãm nµy ë
d¹ng keo vµ qu¸nh, ®ãng gãp kh«ng ®¸ng kÓ vµo viÖc t¹o ra thµnh phÇn cña x¨ng
nªn kh«ng ®îc quan t©m ®Õn nhiÒu.
Tãm l¹i cã thÓ dïng c¸c ph©n ®o¹n sau lµm nguyªn liÖu cho cracking nhiÖt.
- C¸c ph©n ®o¹n kerosen-xola cña qu¸ tr×nh chng cÊt trùc tiÕp.
- Ph©n ®o¹n mazut cã nhiÖt ®é s«i 350 - 5000C
- Ph©n ®o¹n gasoil cña qóa tr×nh chÕ biÕn thø cÊp kh¸c.
- Ph©n ®o¹n gasoil nÆng cã nhiÖt ®é s«i 300 ®Õn 5500C.
- Ph©n ®o¹n cÆn nÆng cña qu¸ tr×nh chng cÊt ch©n kh«ng cã nhiÖt ®é s«i lín
h¬n 5000C
2. S¶n phÈm
HiÖu suÊt vµ ®Æc tÝnh s¶n phÈm trong cracking nhiÖt phô thuéc vµo b¶n chÊt
cña nguyªn liÖu vµ chÕ ®é c«ng nghÖ. Trong b¶n ®å ¸n thiÕt kÕ nµy ta chän
nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n ma zót, tõ ®ã ta cã thÓ thu ®îc c¸c lo¹i s¶n phÈm nh
sau.
a) S¶n phÈm khÝ
KhÝ cracking nhiÖt thµnh phÇn gåm c¸c hydrocacbon nhÑ sau: metan, etan,
propan, n-butan, izo-butan vµ khÝ olefin nh etylen, propylen, butylen, vµ cã lÉn
mét Ýt khÝ H2S. Hµm lîng cÊu tö khÝ trong thµnh phÇn khÝ phô thuéc vµo chÊt lîng
nguyªn liÖu vµ chÕ ®é c«ng nghÖ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt qu¸ tr×nh.
Víi lo¹i nguyªn liÖu ®· ®îc chän ta cã thµnh phÇn khÝ thu ®îc nh sau(ë b¶ng
6)
So s¸nh thµnh phÇn khÝ trong b¶ng 6 ta rót ra kÕt luËn sau:
-Trong sè c¸c hydrocacbon n»m trong khÝ th× khÝ metan chiÕm nhiÒu nhÊt.
- Hµm lîng khÝ etan n»m trong khÝ cracking nhiÖt ¸p su©t cao vµ ¸p suÊt thÊp
hÇu nh t¬ng ®¬ng nhau.
- Tæng hµm lîng khÝ propan vµ butan trong khÝ cracking nhiÖt nãi chung kh¸
cao.
32

33. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
- Hµm lîng hydrocacbon olefin t¨ng lªn khi nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh t¨ng, ®Æc
biÖt lµ etylen.
KhÝ cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt sau khi ph©n t¸ch khÝ th× khÝ kh« cßn l¹i lµ
ph©n ®o¹n propan-propylen vµ butan-butylen sö dông lµm nhiªn liÖu vµ nguyªn
liÖu cho mét sè qu¸ tr×nh chÕ biÕn tݪp.
B¶ng 6. B¶ng thµnh phÇn khÝ thu ®îc trong qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.
b). S¶n phÈm x¨ng
X¨ng lµ s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh, x¨ng cracking nhiÖt chøa nhiÒu
olefin nªn thêng ph¶i qua giai ®o¹n sö lý b»ng hydro ho¸ lµm s¹ch vµ cho qua
reforming xóc t¸c ®Ó nhËn x¨ng cã trÞ sè octan cao vµ cã ®é æn ®Þnh tèt.
NÕu trong x¨ng chng cÊt trùc tiÕp hµm lîng chñ yªó lµ hydrocacbon parafin
vµ naphten th× trong x¨ng cracking nhiÖt l¹i chiÕm hµm lîng lín hydrocacbon
th¬m vµ olefin.
Hµm lîng olefin trong x¨ng cracking nhiÖt cã nh÷ng d¹ng sau:
- Olefin chØ cã 1 nèi ®«i.
- Olefin vßng.
- Hydrocacbon th¬m mµ m¹ch bªn lµ olefin, chñ yÕu lµ styren vµ ®ång ®¼ng
cña nã vµ cßn cã c¸c hydrocacbon th¬m kh¸c nh benzen, toluen, xylen.v.v..
Sù cã mÆt c¸c hydrocacbon th¬m vµ olefin nhiÒu cã thÓ gi¶i thÝch bëi ®iÒu
kiÖn nhiÖt ®é cao x¶y ra sù ph©n hñy trong qóa tr×nh cracking nhiÖt. V× cã thµnh
phÇn nh vËy nªn x¨ng cracking nhiÖt cã trÞ sè octan cao h¬n x¨ng chng cÊt trùc
tiÕp, vµ trÞ sè octan n»m trong kho¶ng 66 ®Õn 68. Tuy cao h¬n x¨ng chng cÊt trùc
33
CÊu tö khÝ Cracking nhiÖt ë ¸p
suÊt cao
Cracking nhiÖt ë ¸p
suÊt thÊp
Pyroly
H2 5 9,0 10
CH4 37 27,0 40 → 45
C2H6 18 22,0 6 → 10
C3H8 16 2,5 1 → 2
n-C4H10 4 7,0 2 → 3
iso-C4H10 1 - -
C4H6 - - 15

34. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
tiÕp, nhng víi trÞ sè «ctan nh vËy vÉn cha ®¸p øng ®îc yªu cÇu chÊt lîng cho
x¨ng, « t« ®ßi hái trÞ sè octan 85 90.
V× cã mÆt cña hydrocacbon olefin nªn x¨ng cracking nhiÖt cã ®é æn ®Þnh
hãa häc kÐm, nªn díi t¸c dông cña ¸nh s¸ng, nhiÖt, oxy th× dÔ bÞ ngng tô, oxy hãa
t¹o thµnh nhùa, nhÊt lµ ®èi víi sù cã mÆt cña olefin hai nèi ®«i. V× sù cã mÆt cña
nhùa vµ polyme trong x¨ng sÏ lµm cho cracking nhiÖt dÔ t¹o muéi trong ®éng c¬
khi lµm viÖc. §ã lµ ®iÓm dÔ g©y tai n¹n cho m¸y.
Hµm lîng lu huúnh trong x¨ng cracking nhiÖt tõ dÇu lu huúnh cã thÓ chøa
0,5 ®ªn 1,2 % träng lîng, cao gÊp 5 lÇn so víi hµm l¬ng lu huúnh cho phÐp. §Æc
biÖt lµ lu huúnh d¹ng H2S vµ mecaptan, cho nªn ph¶i lµm s¹ch x¨ng cracking
nhiÖt khái lu huúnh.
Nãi chung x¨ng cracking nhiÖt kh«ng ®¶m b¶o chÊt lîng yªu cÇu cho x¨ng
«t« vµ hiÖu suÊt ®¹t kh«ng cao, nªn c¸c qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c, hydrocacbon
cracking v.v.. ®· vµ thay thÕ qu¸ tr×nh cracking nhiÖt, c¸c qu¸ tr×nh nµy võa ®¶m
b¶o chÊt lîng võa ®¶m b¶o t¨ng hiÖu suÊt x¨ng ®¸p øng cho nhu cÇu cÇn thiÕt cña
con ngêi.
c) S¶n phÈm gasoil.
Ph©n ®o¹n cã nhiÖt ®é s«i 200-3500C t¸ch ra tõ hçn hîp s¶n phÈm cracking
nhiÖt lµ s¶n phÈm gasoil cracking nhiÖt. Nã ®îc dïng lµm cÊu tö pha vµo nhiªn
liÖu mazut cho tµu biÓn. Cßn nÕu ®em hydro hãa lµm s¹ch chän läc sÏ ®îc dïng
®Ó chÕ t¹o nhiªn liÖu diezen.
d). S¶n phÈm cÆn cracking nhiÖt.
Lµ ph©n ®o¹n ®îc t¸ch ra tõ hçn hîp s¶n phÈm cracking nhiÖt cã nhiÖt ®é
s«i lín h¬n 5000C. Nã ®îc dïng lµm nguyªn liÖu ®Ó chÕ t¹o nguyªn liÖu FO cho
tr¹m nhiÖt ®iÖn, tµu biÓn, lß c«ng nghiÖp
3. HiÖu øng nhiÖt c¸c ph¶n øng cña qu¸ tr×nh
C¸c ph¶n øng ph©n hñy, c¸c ph©n tö cña nguyªn liÖu x¶y ra kÌm theo sù
thu nhiÖt, cßn c¸c ph¶n øng ngng tô kÌm theo sù táa nhiÖt, c¸c ph¶n øng cracking
lµ gåm c¸c ph¶n øng ph©n hñy vµ trïng hîp, tæng hiÖu øng nhiÖt sÏ phô thuéc vµo
lo¹i ph¶n øng x¶y ra trong qu¸ tr×nh.
VÝdô: Nh trong qu¸ tr×nh cèc ho¸ th× vai trß c¸c ph¶n øng trïng hîp lµ
chiÕm ®a sè nªn tæng hiÖu øng nhiÖt cña qu¸ tr×nh cèc hãa sÏ thÊp h¬n cña qu¸
tr×nh cracking nhiÖt ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao. Nhng trong trêng hîp cèc ho¸ tæng
hiÖu øng nhiÖt ph¶n øng c¸c ph¶n øng vÉn ©m cã nghÜa lµ ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh
34

35. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
cracking nhiÖt cÇn cung cÊp nhiÖt kh«ng chØ ®Ó ®èt nãng nguyªn liÖu ®Õn nhiÖt ®é
cracking mµ cãn cung cÊp cho sù chuyÓn hãa hãa häc cña chÝnh qóa tr×nh.
BiÕt gi¸ trÞ hiÖu øng nhiÖt cã thÓ thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ ph¶n øng cña qu¸
tr×nh. HiÖu øng nhiÖt cña c¸c ph¶n øng cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm b»ng
nhiÖt lîng kÕ. Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy phøc t¹p vµ kh«ng thùc hiÖn thêng xuyªn,
sö dông phæ biÕn lµ x¸c ®Þnh nhiÖt ph¶n øng nhê ®Þnh luËt Gesse.
Theo ®Þnh luËt Gesse, hiÖu øng nhiÖt cña c¸c ph¶n øng kh«ng phô thuéc
vµo ph¬ng ph¸p chuyÓn hãa tõ vËt chÊt nµy sang vËt chÊt kh¸c vµ chØ phô thuéc
vµo tr¹ng thai ®Çu vµ cuèi cña vËt chÊt. VÝ dô nÕu cacbon ch¸y hoµn toµn th× lîng
nhiÖt gi¶i phãng sÏ nh nhau, kh«ng phô thuéc sù x¶y ra qu¸ tr×nh ch¸y theo ph¬ng
tr×nh
C + O2 = CO2 + QP
Hay theo ph¬ng tr×nh sau :
C + 1/2O2 = CO + QP’ vµ CO + 1/2O2 =CO2 +Q’’P
Tõ ®ã ta thÊy nhiÖt ch¸y lµ : QP = QP’ + QP’’
Khi sö dông ®Þnh luËt Gesse th× cÇn ph¶i tÝnh ®Õn hîp thÓ tr¹ng th¸i vËt
chÊt ban ®Çu vµ vËt chÊt t¹o thµnh. øng dông cña ®Þnh luËt gesse ®èi víi qu¸ tr×nh
cracking cã thÓ dïng c¸c sè liÖu thùc nghiÖm theo nhiÖt ch¸y cña nguyªn liÖu ban
®Çu vµ s¶n phÈm cracking. NÕu kÕt qu¶ cracking nhËn khÝ, x¨ng vµ ph©n ®o¹n
trung gian vµ cÆn cracking th× ký hiÖu nhiÖt ch¸y c¸c s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu Q
víi c¸c ký hiÖu bªn c¹nh t¬ng øng nh sau:
Q khÝ + Qx¨ng + Q F® trung gian - QnguyÖn liÖu = Q ph¶n øng
Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nay lµ gi¸ trÞ nhiÖt ch¸y lín chØ biÓu thÞ b»ng 4
vµ 5 ch÷ sè sai sè t¬ng ®èi nhá trong tÝnh to¸n sÏ dÉn ®Õn sai sè lín trong ®¬n vÞ
tuyÖt ®èi. NÕu thay ®æi x¸c ®Þnh nhiÖt ch¸y b»ng ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm b»ng
c¸ch sö dông c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm, th× tÝnh theo ph¬ng tr×nh cña Gesse
hoµn toµn kh«ng chÝnh x¸c kÕt qu¶ chÝnh x¸c h¬n cã thÓ sö dông trong ph¬ng
tr×nh Gesse vÞ trÝ nhiÖt ch¸y cña nguyªn liÖu vµ nhiÖt t¹o thµnh s¶n phÈm. NhiÖt
t¹o thµnh s¶n phÈm gäi lµ hiÖu øng, nhiÖt cña c¸c ph¶n øng gi¸ tri nhiÖt t¹o thµnh
nhá h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ch¸y
vÝ dô: nhiÖt ch¸y cña metan gÇn 13.300 kcal/kg. Cßn nhiÖt t¹o thµnh cña
metan 1.117 kcal/kg. NÕu biÕt c©n b»ng vËt chÊt cña c¸c thiÕt bÞ ph¶n øng vµ biÕt
chÕ ®é c«ng nghÖ chÝnh x¸c cã thÓ lËp c©n b»ng nhiÖt cña thiÕt bÞ ®ã. HiÖu øng
nhiÖt cña cracking nhiÖt tÝnh theo hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng trªn 1kg nguyªn
liÖu chuyÓn ho¸ hay tÝnh theo 1kg x¨ng t¹o thµnh.
35

36. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
B¶ng 7 hiÖu øng nhiÖt cña mét qu¸ tr×nh nhiÖt c¬ b¶n
Qu¸ tr×nh Nguyªn liÖu
HiÖu øng nhiÖt kcal
Ph¬ng ph¸p
tÝnh
Theo 1 kg
nguyªn liÖu
tÝnh theo
1kg x¨ng
Cracking ë ¸p suÊt cao
Visbreking
Poroly khö hydro
Poroly
Cèc ho¸ chËm
Cèc ho¸ chËm
Cèc ho¸ tiÕp xóc
Mazót vµ gasoil
CÆn nÆng
Etan
N_butan
CÆn nÆng
CÆn nÆng
CÆn nÆng
-
28 - 56
1067
300
20 - 40
20 - 25
50
300 →400
-
-
-
-
-
-
NhiÖt lîng kÕ
tÝnh to¸n
-
-
-
Theo sè liÖu
c«ng nghiÖp
4). Sù t¹o cèc vµ khÝ trong qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.
C¸c ph¶n øng polyme vµ ngng tô c¸c hydrocacbon cã nèi ®«i vµ c¸c
hydrocacbon th¬m x¶y ra trong qóa tr×nh cracking nhiÖt t¹o thµnh cèc, ®ã lµ s¶n
phÈm kh«ng mong muèn, v× nã ¶nh hëng lªn thêi gian lµm viÖc cña qu¸ tr×nh vµ
ph¶i lµm s¹ch thêng xuyªn cèc t¹o thµnh b¸m trªn èng xo¾n trong c¸c lß ®èt.
ViÖc t¹o cèc phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu vµ phô thuéc vµo c¸c
th«ng sè kü thuËt cña qu¸ tr×nh nh: NhiÖt ®é, ¸p suÊt, thêi gian lu cña nguyªn liÖu
trong vïng ph¶n øng.
ViÖc t¨ng nhiÖt ®é vµ thêi gian lu nguyªn liÖu trong vïng ph¶n øng sÏ lµm
t¨ng sù t¹o cèc.
Khi cracking dïng nguyªn liÖu nÆng trung b×nh lµ mazót th× s¶n phÈm cèc
vµ khÝ kh«ng lín l¾m, ®¶m b¶o cho hiÖu suÊt x¨ng cao. HiÖu suÊt khÝ t¹o thµnh
lóc ®Çu tû lÖ thuËn víi hiÖu suÊt x¨ng, sau khi qu¸ tr×nh cracking s©u th× hiÖu suÊt
khÝ t¨ng lªn nhanh, cµng l©u th× tèc ®é t¹o khÝ cµng nhanh vµ nhanh h¬n tèc ®é
t¹o x¨ng.
ViÖc t¹o cèc vµ khÝ lµm gi¶m hiÖu suÊt x¨ng vµ chÊt lîng cu¶ x¨ng, vµ mét
phÇn nguyªn liÖu kh«ng ®îc chuyÓn ho¸ nªn phÇn nguyªn liÖu nµy sÏ ®îc cho
quay trë l¹i qu¸ tr×nh ®Ó t¨ng thªm hiÖu suÊt x¨ng.
36

37. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
5). D©y chuyÒn c«ng nghÖ qu¸ tr×nh cracking nhiÖt.
a) LÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ cracking nhiÖt.
Qu¸ tr×nh cracking nhiÖt ®îc x©y dùng ®Çu tiªn ë liªn x« n¨m 1930. Qu¸
tr×nh ®Çu tiªn gäi lµ vinkler-kox. Vµo thêi ®iÓm ®ã th× qu¸ tr×nh nµy ®îc xem lµ
hoµn thiÖn vµ tiÕn bé nhÊt. VÒ sau nµy qu¸ tr×nh cracking nhiÖt lo¹i s¬ ®å vinkler-
kox ®· ®i vµo lÞch sö nhêng chæ cho lo¹i s¬ ®å ph¸t triÓn h¬n. Nhng cã mét sè
lo¹i s¬ ®å tuy kh¸c h¼n nhng vÉn mang tªn “vinkler-kox” ®ã lµ chØ lÊy tªn gäi
truyÒn thèng lµm kû niÖm.
Qu¸ tr×nh cracking nhiÖt sö dông nguyªn liÖu kh¸c nhau. Cã thÓ tõ x¨ng
chng cÊt trùc tiÕp ®Õn cÆn gudron vµ c¸c ph©n ®o¹n nÆng cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn
thø cÊp nh cèc ho¸ vµ cracking xóc t¸c. V× vËy ®Ó chän s¬ ®å cho thÝch hîp th×
viÖc ®Çu tiªn ta ph¶i xÐt xem dïng nguyªn liÖu lo¹i g× vµ nghiªn cøu kü lìng chÊt
lîng cña nguyªn liÖu dïng..
C¸c d¹ng s¬ ®å ë c¸c níc trªn thÕ giíi thêng dïng nh sau:
- Lo¹i s¬ ®å dïng mét lß ®èt dïng ®Ó cracking nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n
gasoil hay xolar.
- Lo¹i s¬ ®å dïng hai lß ®èt chñ yªó dïng ®Ó cracking nguyªn liÖu lµ mazut.
- Lo¹i s¬ ®å nhiÒu lß ®èt (trªn ba lß) dïng ®Ó cracking b¸n mazut hay
mazut.
VÒ sau s¬ ®å tiÕn bé vÒ cracking nhiÖt cã tuÇn hoµn nh sau:
Khi ph©n xëng b¾t ®Çu lµm viÖc th× sÏ cho nguyªn liÖu míi vµo lß ®Ó ®èt
nãng nguyªn liÖu ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt vµ cung cÊp nhiÖt cho ph¶n øng x¶y ra.
Vµ sau ®ã míi cho thªm vµo nguyªn liÖu míi phÇn ph©n ®o¹n tuÇn hoµn. Khi chÕ
®é c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh æn ®Þnh th× tû lÖ gi÷a nguyªn liÖu míi vµ ph©n ®o¹n
tuÇn hoµn sÏ kh«ng ®æi. Tû lÖ nµy phô thuéc vµo ®é s©u chuyÓn hãa cña nguyªn
liÖu.
Cracking nguyªn liÖu mét lÇn cµng s©u th× hÖ sè tuÇn hoµn cµng bÐ vµ
c«ng suÊt cña qu¸ tr×nh t¬ng øng cµng cao (theo nguyªn liÖu míi). Nhng khi t¨ng
37
Nguyªn
liÖu míi cracking
khÝ
X¨ng
PhÇn cho tuÇn hoµn
CÆn cracking
cracking
khÝ
X¨ng
PhÇn cho tuÇn hoµn
CÆn cracking
cracking

38. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
®é s©u cracking nguyªn liÖu mét lÇn dÉn ®Õn viÖc gi¶m hiÖu suÊt x¨ng, t¨ng sù
t¹o cèc vµ khÝ, t¨ng ®é bay h¬i ph©n ®o¹n x¨ng
b) S¬ ®å nguyªn lý cracking nhiÖt nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n kerosen-
gasoil
 S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 3)
Chó thÝch:
1: B¬m 3: Th¸p chng
2: ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 5: ThiÕt bÞ bay h¬i
4: Lß ®èt nhiªn liÖu 7: Th¸p t¸ch khÝ
6: ThiÕt bÞ lµm l¹nh 9: BÓ chøa x¨ng
8: ThiÕt bÞ lµm l¹nh 11: BÓ chøa cÆn
10: bÓ chøa nguyªn liÖu 13: BÓ chøa gasoil-kerosen
12: BÓ chøa khÝ
H×nh 3 s¬ ®å cracking nhiÖt lo¹i mét lß ®èt
 thuyÕt minh d©y chuyÒn:
Nguyªn liÖu ( ph©n ®o¹n kerogen – gasoil) cho qua b¬m (1) vµ sau ®ã ®èt
nãng s¬ bé ë thiÕt bÞ (2) sau ®ã cho sang th¸p chng (3) t¹i th¸p nµy trén ®Òu gi÷a
nguyªn liÖu míi víi ph©n ®o¹n cho tuÇn hoµn lÊy tõ thiÕt bÞ bay h¬i (5) sang. Hçn
hîp nguyªn liÖu míi vµ thµnh phÇn tuÇn hoµn lÊy ra ë ®¸y th¸p (3) cho qua b¬m
(1) vµ qua lß (4) ë ®©y ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é 505oC ®Õn 510 oC s¶n phÈm
cracking lÊy ra khái lß (4) cho lµm l¹nh tøc thêi ë thiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng c¸ch
cho trao ®æi víi nguyªn liÖu ban ®Çu hay cÆn cracking cã nhiÖt ®é thÊp lµm l¹nh
ngay lèi ra khái lß (4) ®Ó tr¸nh khái cracking nhiÖt ë nhiÖt ®é thÊp, qua thiÕt bÞ
bay h¬i (5) thiÕt bÞ nµy lµm nhiªm vô t¸ch riªng phÇn h¬i cho tuÇn hoµn trë l¹i ®Ó
trén víi nguyªn liÖu míi vµ t¸ch riªng phÇn cÆn cracking hçn hîp ë thiÕt bÞ (5) lµ
khÝ, x¨ng vµ s¶n phÈm trung gian qua l¹i thiÕt bÞ (3) trén víi nguyªn liÖu. T¹i th¸p
38
1 1
2 4 5
3
8
6
7
8
9
11 12 13
8

39. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
chng (3) ®Ønh th¸p lÊy ra khÝ vµ x¨ng. §©y lµ hæn hîp nguyªn liÖu míi vµ phÇn
láng tuÇn hoµn phÇn khÝ vµ x¨ng cho qua thiÕt bÞ ngng tô lµm l¹nh (6) råi cho qua
th¸p t¸ch (7) t¹i ®©y sÏ t¸ch riªng khÝ ra ë ®Ønh th¸p vµ ®¸y th¸p lµ x¨ng vµ mét
phÇn x¨ng cho håi lu trë l¹i ®Ønh th¸p chng phÇn chÝnh lÊy ra ë bÓ chøa s¶n phÈm
vµ c¹nh sêng th¸p chng trªn lèi vµo nguyªn liÖu ta lÊy ra ph©n ®o¹n gasoil
S¬ ®å nµy ta cracking nguyªn liÖu t¬ng ®èi nhÑ nªn chØ dïng mét lß ®èt,
®é s©u chuyÓn ho¸ cña nguyªn liÖu lµ 75% cßn ®èi víi nguyªn liÖu nÆng s¬ ®å sÏ
phøc t¹p h¬n nÕu chung ta dïng s¬ ®å cho loai nguyªn liÖu cã giíi h¹n ®é s«i
réng cã nghÜa lµ dïng cho c¶ nguyªn liÖu nhÑ vµ nguyªn liÖu nÆng th× viÖc ®èt
nãng nguyªn liÖu ë giíi h¹n nhiÖt ®é s«i réng kh«ng thÓ nµo hîp lý ®îc v× cho
nguyªn liÖu nhÑ vµ nguyªn liÖu nÆng. Nh vËy ®é s©u chuyÓn hãa cña nguyªn liÖu
sÏ kh«ng lín vµ lµm t¨ng hÖ sè tuÇn hoµn. Ngoµi ra ®èi víi nguyªn liÖu cã giíi
h¹n nhiÖt ®é s«i réng chÕ ®é c«ng nghÖ kh«ng thÓ chän tèi u ®îc v× vËy ta ph¶i
chän thÝch hîp cho tõng loai nguyªn liÖu nÆng, vµ nhÑ riªng.
c) S¬ ®å nguyªn lý cracking nhiÖt nguyªn liÖu lµ phÇn nÆng (mazótt hay gudr«n)
 s¬ ®å nguyªn lý (h×nh 4.)
Chó thÝch:
1 : Lß ®èt thø nhÊt 2 : Lß ®èt thø hai
3 : Buång ph¶n øng 4 : ThiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt cao
5 : Th¸p chng 6 : ThiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt thÊp
7 : Th¸p æn ®Þnh 8 : ThiÕt bÞ lµm l¹nh
9 : Th¸p t¸ch khÝ 10: ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt
11 : BÓ chøa LPG 12: B¬m pitt«ng
13 : B¬m li t©m 14: ThiÕt bÞ ®un nãng ®¸y th¸p
15 : Van 16: BÓ chøa nguyªn liÖu
17 : BÓ chøa gasoil-kerosen 18: BÓ chøa cÆn
19 : BÓ chøa x¨ng 20 : BÓ chøa khÝ
h×nh 4: S¬ ®å cracking nhiÖt lo¹i hai lß ®èt
39
1 2 3 4
5 6
7
10
8 8 8
9 9 9
10
12
8
8
8
13
13
13
13
13
13
13
8
16 18 17 11
19 20

40. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
 thuyÕt minh d©y chuyÒn:
Nguyªn liÖu lµ ph©n ®o¹n dÇu nÆng (mazót hay gudron) tõ bÓ chøa nguyªn
liÖu ®îc b¬m (12) b¬m vµ cho qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (10). Khi ®ã nguyªn liÖu
®¬c ®èt nãng, vµ ®îc chia lµm hai dßng, dßng thø nhÊt ®îc ®a vµo phÇn trªn cña
®Üa “®i ªc” cña thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt thÊp (6). PhÇn thø hai ®îc ®a vµo phÇn díi
cña ®Üa “®i ªc” cña th¸p chng (5).
Dßng nguyªn liÖu vµo th¸p (6) cïng trén víi ph©n ®o¹n gasoil ®îc hèi lu tõ
th¸p (9) sang van (15) vµ tuÇn hoµn l¹i th¸p chng (5) phÇn nÆng ë th¸p chng nhê
b¬m (13) hót vµ ®a vµo lß ®èt (1) (lß ®èt nguyªn liÖu nÆng). Th¸p chng (5) ®îc
chia lµm hai phÇn bëi c¸i ®Üa ‘®i Õc’, qua ®Üa nµy h¬i ®i tõ phÇn díi lªn phÇn trªn.
Cßn chÊt láng ë phÇn trªn kh«ng xuèng ®îc phÇn díi mµ thu thËp ë mçi ®Üa ‘®i
Õc’vµ phÇn chÊt láng nµy ®îc b¬m (13) hót vµ cho vµo lß ®èt (2) (lß nguyªn liÖu
nhÑ ).
S¶n phÈm cracking ®i ra khái lß (1) vµ lß (2), cho vµo buång ph¶n øng (3)
sau ®ã qua van (15) vµ qua thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt cao tai ®©y t¸ch riªng phÇn
chÊt láng vµ cÆn cracking. CÆn cracking tù ch¶y sang thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt thÊp
(6). Do ¸p suÊt gi¶m nªn ®¬c t¸ch ra ph©n ®o¹n gasoil vµ cÆn. ë th¸p nµy còng cã
cÊu t¹o c¸i ®Üa ‘®i Õc’ nh th¸p (5). chØ cã h¬i tõ phÇn díi lªn cßn chÊt láng tõ trªn
kh«ng xuèng ®îc. ë ®Ønh th¸p (5) ta thu ®îc hçn hîp khÝ vµ cho sang thiÕt bÞ lµm
l¹nh ngng tô (8) sau ®ã cho sang th¸p t¸ch khÝ (9), ë ®©y ta thu ®îc mét lîng khÝ
C1, C2 vµ phÇn gasoil, phÇn gasoil nµy ®em håi lu mét phÇn vµ mét phÇn cho lµm
l¹nh cho vµo bÓ chøa. Cßn ë ®¸y th¸p ta thu ®îc cÆn, cÆn nµy ®a sang thiÕt bÞ trao
®æi nhiÖt (10) sau ®ã lam l¹nh råi ®a vµo bÓ chøa cÆn.
40
15
15

41. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
PhÇn h¬i ë thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt cao ®îc ®a sang phÇn ®¸y cña th¸p chng, ë
®Ønh th¸p chng ta thu ®îc hçn hîp gåm khÝ vµ láng, ®îc ®a sang thiÕt bÞ lµm l¹nh
ngng tô (8) sau ®ã ®a sang thiÕt bÞ t¸ch khÝ (9) ë ®©y ta thu ®îc mét phÇn khÝ vµ
mét phÇn x¨ng cha æn ®Þnh, PhÇn x¨ng nµy nhê b¬m (13) ®Ó mét phÇn håi lu trë
l¹i th¸p chng v¸ mét phÇn vµ mét phÇn ®a sang thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (10) ë ®Ønh
th¸p æn ®Þnh ta thu ®îc mét lîng khÝ, khÝ nay ®em ®i lµm l¹nh ngng tô (8) vµ ®a
sang th¸p t¸ch khÝ (9) ta thu ®îc mét phÇn khÝ vµ mét phÇn ®em håi lu nhê b¬m
13 vµ ë ®©y ta thu ®îc mét Ýt khÝ hãa láng (LPG). §Ó gi÷ chÕ ®é nhiÖt æn ®Þnh cña
th¸p (7) th× phÝa díi th¸p ®Æt thiÕt bÞ ®un nãng (14). Vµ cã sù tuÇn hoµn ®¸y th¸p
sau ®ã x¨ng thu ®îc ®a sang thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (10) vµ ®a sang thiÕt bÞ lµm
l¹nh (8) vµ ®a vµo bÓ chøa x¨ng.
ë mét sè nhµ m¸y läc dÇu thêng dïng mét sè lo¹i s¬ ®å cracking hai lß
nµy cho qu¸ tr×nh visbreking ®Ó gi¶m cèc trong lß vµ gi¶m ®é nhít cña cÆn th×
cho thªm phô gia vµo nguyªn liÖu, thêng dïng s¶n phÈm th¬m hãa cao mµ chøa l-
îng lín naphtalin. Chi phÝ phô gia chiÕm 0,5 % ®Õn 1% so víi nguyªn liÖu. §ång
®¼ng naphtalin lµ chÊt ho¹t tÝnh bÒ mÆt sÏ gi÷ asphanten ë tr¹ng thai ph©n t¸n .
 . ChÕ ®é c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt lo¹i hai lß ®èt.
§èi víi c¸c lo¹i s¬ ®å nµy cÇn chÕ ®é ¸p su©t cao ë trong lß vµ trong
buång ph¶n øng còng nh cÇn ¸p suÊt cao trong c¸c thiÕt bÞ bay h¬i còng nh trong
c¸c th¸p. ViÖc t¨ng ¸p suÊt cao trong thiÕt bÞ bay h¬i vµ trong c¸c th¸p ®ßi hái
ph¶i gi÷ nhiÖt ®é cao trong c¸c thiÕt bÞ ®ã. Nhê t¨ng ¸p suÊt mµ gi¶m ®îc kÝch th-
íc c¸c thiÕt bÞ.
§Ó h¹n chÕ c¸c ph¶n øng cracking x¶y ra tiÕp tôc sau khi ra khái lß ®èt hay sau
khi ra khái buång ph¶n øng th× cÇn lµm l¹nh b»ng c¸c s¶n phÈm cã nhiÖt ®é
kho¶ng 1600C -1650C
B¶ng 8. ChÕ ®é c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt hai lß ®èt.
41

42. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Tªn thiÕt bÞ NhiÖt ®é 0C ¸p suÊt, at
min max min max
Lß nguyªn liÖu nÆng
Lèi vµo 400 410 50 56
Lèi ra 450 490 22 27
Lß nguyªn liÖu nhÑ
Lèi vµo 380 390 20 25
Lèi ra 540 550 - -
Buång ph¶n øng 470 500 14,81 24,7
ThiÕt bÞ bay h¬i P cao
§Ønh 415 430 8,5 12
§¸y 410 420
Th¸p chng
§Ønh th¸p 190 210
8 12
Gi÷a th¸p 275 320
§¸y th¸p 380 410
ThiÕt bÞ bay h¬i P thÊp
§Ønh th¸p 190 195
1,5 3,0
Gi÷a th¸p 290 310
§¸y th¸p 380 410
 . C¸c thiÕt bÞ chÝnh.
ThiÕt bÞ chÝnh cña d©y chuyÒn lµ lß ®èt, thiÕt bÞ ph¶n øng vµ cét tinh cÊt.
Sau ®©y chØ xÐt mét vµi thiÕt bÞ chÝnh.
1. Lß èng.
Lß èng cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt kh«ng chØ ®Ó ®èt nãng mµ cßn ®Ó bay
h¬i nguyªn liÖu hoµn toµn vµ tiÕn hµnh mét sè ph¶n øng ho¸ häc. §ã lµ ®iÒu kh¸c
víi lß cña qu¸ tr×nh chng cÊt.
Trong lß èng cña qu¸ tr×nh cracking nhiÖt cã mét vïng ®èt nãng vµ mét
vïng ph¶n øng, ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c giíi h¹n lµm viÖc cña hai buång
®îc v× ®ång thêi võa ph©n hñy nguyªn liÖu võa x¶y ra ®èt nãng tiÕp tôc. §o¹n
èng mµ trong ®ã x¶y ra ph¶n øng cracking gäi lµ èng xo¾n ph¶n øng. Tríc ®©y ë
c¸c s¬ ®å cò èng xo¾n ph¶n øng ®Æt trong phÇn ®èi lu cña lß, nh vËy qu¸ tr×nh
trao ®æi nhiÖt x¶y ra ë ®iÒu kiÖn mÒm h¬n. Nhng v× cêng ®é nhiÖt ®é cña c¸c èng
®èi lu nhá h¬n 2 ®Õn 3 lÇn so víi c¸c èng bøc x¹, bÒ mÆt c¸c èng xo¾n ph¶n øng
rÊt lín
Dïng lo¹i lß cã hai buång ®èt vµ lß ®èi lu kiÓu ®øng. S¬ ®å cÊu tróc cña lß
gåm cã hai buång bøc x¹ vµ mét buång ®èi lu. Trong buång bøc x¹ nhiªn liÖu ®îc
®èt ch¸y, cÊp nhiÖt cho lß. Ngêi ta bè trÝ c¸c èng phÝa trªn vµ phÝa díi ngän löa ®Ó
nhËn trùc tiÕp nhiÖt bøc x¹, cßn ë buång ®èi lu lµ nhËn nhiÖt tõ khÝ khãi chñ yÕu
do truyÒn nhiÖt ®èi lu.
2. ThiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt
42

43. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
Hçn hîp tõ buång ph¶n øng sang thiÕt bÞ bay h¬i ë ¸p suÊt cao (5-10 at).
§Ó ph©n chia pha trong thiÕt bÞ bay h¬i th× ph¶i duy tr× ë ¸p suÊt cao, phÇn cÆn ®i
ra ë ®¸y thiÕt bÞ bay h¬i chøa mét lîng lín ph©n ®o¹n x¨ng vµ gasoil hoµ tan lÉn.
§Ó t¸ch riªng phÇn nhÑ nµy ra khái cÆn ta cho bay h¬i ë thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt
thÊp. Nhê ¸p suÊt gi¶m xuèng thÊp mµ phÇn nhÑ ®îc bay h¬i ra khái phÇn cÆn. §Ó
t¨ng kh¶ n¨ng bay h¬i th× phÇn díi thiÕt bÞ cho h¬i níc vµo.
ThiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt cao cã cÊu t¹o lµ h×nh trô cã ®êng kÝnh 3 m. Vµ
chiÒu cao lµ 18 (m), thiÕt bÞ bay h¬i ¸p suÊt thÊp ®îc trang bÞ b»ng c¸c ®Üa chng
cÊt. Nã cã nhiÖm vô t¸ch cÊu tö nhÑ ra khái cÆn cracking.
3. ThiÕt bÞ chng t¸ch s¶n phÈm.
ThiÕt bÞ chng t¸ch s¶n phÈm cracking nhiÖt lµm viÖc ë ¸p suÊt cao lµm viÖc
ë 8 ®Õn 12 at, viÖc t¨ng ¸p suÊt trong th¸p ®Ó gi¶m kÝch thíc th¸p, cung cÊp sù
truyÒn dÉn khÝ cracking cho ®i chÕ biÕn tiÕp mµ kh«ng cÇn cã m¸y nÐn. Nhng v×
viÖc t¨ng ¸p su©t cao mµ lµm cho ®iÒu kiÖn chng t¸ch kÐm ®i. Vµ cã c¸i kh¸c võa
lµ thiÕt bÞ chng t¸ch s¶n phÈm cracking, kh«ng cã phÇn chng cÊt ë phÝa díi th¸p,
cã nghÜa lµ kh«ng cã c¸c ®Üa s¾p xÕp ë phÇn díi phÇn n¹p nguyªn liÖu. PhÇn díi
th¸p kh«ng cã s¶n phÈm lÊy ra, mµ phÇn cÆn lÊy ra cho trë l¹i cracking
4. ThiÕt bÞ buång ph¶n øng.
S¶n phÈm cracking ®i ra tõ c¸c èng xo¾n ph¶n øng cña lß mang rÊt nhiÒu
nhiÖt, cã nhiÖt ®é cao. NhiÖt nµy sö dông ®Ó tiÕn hµnh ph¶n øng cracking s©u
thªm ë trong thiÕt bÞ ph¶n øng. ThiÕt bÞ cã d¹ng h×nh trô, buång ph¶n øng kh«ng
®èt nãng mµ ®Ó cho ph¶n øng cracking tiÕp tôc x¶y ra víi sù thu thªm nhiÖt nªn
nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ë lèi ra thÊp h¬n 30 ®Õn 40 0C so víi khi vµo. Víi lîng h¬i
lu«n lu«n ®Çy trong thiÕt bÞ ph¶n øng rçng vµ s¶n phÈm cã thÓ lu l¹i trong buång
kho¶ng 100 gi©y. V× vËy mµ ph¶n øng cracking cã thÓ ®¹t ®Õn 25 % s¶n phÈm
x¨ng vµ khÝ t¹o thµnh trong thiÕt bÞ ph¶n øng. Nhê cã buång ph¶n øng mµ gi¶m
®îc thêi gian lu cña nguyªn liÖu trong lß ®èt viÖc nµy cã ý nghÜa lµ gi¶m ®îc sù
t¹o cèc b¸m trong èng xo¾n.
43

44. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
PhÇn ii
TÝnh to¸n d©y chuyÒn c«ng nghÖ
I. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt.
1)Nguyªn LiÖu Vµo:
Nguyªn liÖu ®Çu vµo chän lµ ph©n ®o¹n mazót ( NhiÖt §é S«i Lín H¬n
3500C). S¶n phÈm cracking nhiÖt cña ph©n ®o¹n nµy ®îc tr×nh bµy ë b¶ng 9 sau
B¶ng 9 : thµnh phÇn s¶n phÈm cña qu¸ trinh cracking nhiÖt
Cracking nhiÖt
Nguyªn liÖu vµo %
Ph©n ®o¹n ma zót (ts>350oC)
S¶n phÈm ra ,%
KhÝ hydrocacbon
LPG
X¨ng
Kerosen-gasoil
CÆn cracking
100
3,5
3,6
19,7
5,3
67,9
44

45. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
∑ 100
Gi¶ sö trong mét n¨m d©y chuyÒn s¶n xuÊt cã 10 ngµy ngng s¶n xuÊt ®Ó dù
trï cho kÕ ho¹ch s÷a ch÷a c¬ b¶n, b¶o qu¶n vµ 15 ngµy söa ch÷a c¬ b¶n. Trong
c¸c ngµy cßn l¹i d©y chuyÒn lµm viÖc liªn tôc kh«ng nghÜ ( kÓ c¶ ngµy lÔ vµ ngµy
chñ nhËt), mét ngµy lµm viÖc c¶ ba ca. Do ®ã sè ngµy lµm viÖc cña d©y chuyÒn
trong mét n¨m lµ :
365 - (10 + 15 ) = 340 (ngµy)
Sè giê lµm viÖc lµ : 340 x 24 = 8160 (giê)
N¨ng suÊt ®Çu bµi cho lµ : 1,2 triÖu tÊn/n¨m dù kiÕn tiªu hao do mÊt m¸t
trong c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn b¶o qu¶n lµ: 4% nªn n¨ng suÊt tÝnh theo giê cña
d©y chuyÒn sÏ lµ :
8
,
147058
8160
1000
1200000
=
=
x
G kg/h.
V× hçn hîp nguyªn liÖu ®îc ®a vµo lµ 100% dÇu mazót nªn lîng dÇu cÇn ®a
vµo trong mét giê lµ : 147058,8 kg/h
2)s¶n phÈm ra
a)KhÝ cracking: KhÝ thu ®îc trong qu¸ tr×nh cracking nhiÖt chiÕm 7,1%
s¶n phÈm. Trong ®ã khÝ hydrocacbon chiÕm 3,5% vµ khÝ hãa láng (LPG) chiÕm
3,6%.Víi n¨ng suÊt hiÖn hµnh cña d©y chuyÒn th× trong mét giê
S¶n phÈm khÝ hydrocacbon thu ®îc lµ :
5147
100
5
,
3
.
8
,
147058 =
=
−C
KH
G kg/h
S¶n phÈm khÝ LPG thu ®îc lµ :
5294
100
6
,
3
.
8235
,
147058 =
=
LPG
G kg/h
Tæng s¶n phÈm khÝ thu ®îc lµ :
45
Tải bản FULL (85 trang): https://bit.ly/2U5H0pO
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

46. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
10441
100
1
,
7
.
8235
,
147058 =
=
K
G kg/h
B¶ng 10: thµnh phÇn cña khÝ cracking ®îc biÓu diÔn trong b¶ng sau:
CÊu tö Thµnh phÇn % träng lîng Khèi lîng kg
H2S 1,5 156
H2 9 939
CH4 27 2819
C2H4 25 2610
C2H6 12 1252
C3H8 2,5 261
n-C4H8 7 730
n-C4H10 1 104
∑ 100 10441
b)X¨ng Cracking: Víi c«ng nghÖ nµy x¨ng cracking thu ®îc cã hiÖu suÊt
t¬ng ®èi cao chiÕm kho¶ng 19,7% lîng s¶n phÈm. Nh vËy lîng x¨ng thu ®îc
trong mét giê lµ :
28970
100
7
,
19
8235
,
147058 =
= x
GX kg/h
c) Kerosen-gasoil: S¶n phÈm nµy chiÕm mét lîng t¬ng ®èi thÊp trong
thµnh phÇn cracking nhiÖt chiÕm kho¶ng 5,3%. S¶n phÈm Kerosen - gasoil nh
sau
7794
100
3
,
5
8235
,
147058
_ =
= x
G G
K kg/h
46
Tải bản FULL (85 trang): https://bit.ly/2U5H0pO
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

47. ThiÕt kÕ ph©n xëng cracking nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp
d) CÆn cracking: Trong qu¸ tr×nh cracking nhiÖt cracking nhiÖt th× cÆn
cracking chiÕm mét lîng kh¸ lín tíi 67,9% tæng s¶n phÈm, trong mét giê lîng
cÆn cã thÓ thu ®îc lµ :
99852
100
9
,
67
8235
,
147058 =
= x
GC kg/h
B¶ng 11 c©n b»ng vËt chÊt cña d©y chuyªn c«ng nghÖ
% träng l-
îng TÊn/h TÊn/ngµy TÊn/n¨m
Nguyªn liÖu vµo
DÇu mazót(tS>3500C) 100 147 3528 1200000
S¶n phÈm ra
khÝ hydrocacbon
khÝ hãa láng (LPG)
x¨ng
kerosen-gasoil
cÆn cracking
∑
3,5
3,6
19,7
5,3
67,9
100
5
5
29
8
100
147
120
120
696
192
2400
3528
40800
40800
236640
65280
816000
1200000
ii. TÝnh lß èng.
II.1. TÝnh qu¸ tr×nh ch¸y.
1. X¸c ®Þnh nhiÖt ch¸y thÊp cña nhiªn liÖu.
Theo tµi liÖu[2-95] ta chän thµnh phÇn khÝ nhiªn liÖu cã thµnh phÇn (%V)
nh sau.
CH4 =98%; C2H6 = 0,3%; C3H8 = 0,2%; C4H10=0,1%;
CO2 = 0,3%; N2 = 1,1%
Tû träng cña khÝ nhiªn liÖu ë ®iÒu kiÖn thêng lµ ρ = 0,730 kg/m3
.
NhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña nguyªn liÖu lµ 300 vµ 5000C.
Theo tµi liÖu [2-96]
NhiÖt ch¸y thÊp cña nhiªn liÖu ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
QP
H = 86,6CH4 + 141 C2H4 + 150,9C2H6 + 207,5C3H6 + 218,25C3H8 + 261. izo-
C4H10+ 285,4n-C4H10 + 273,7C4H8 + 348,75C5H12 + 60H2S. (1)
QP
H = 86,06.98 + 150,9.0,3 + 218,25.0,2 + 285,4.0,1 = 8551 Kcal/m3
QP
H = 8551/0,730 = 11.700 Kcal/kg.
47
3996617