Nghiên cứu giảm tỉ lệ h2 HC nhằm tiết kiệm năng lượng cho phân xưởng reforming xúc tác tại BSR

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỒ ĐÌNH HỒNG NGHIÊN CỨU GIẢM TỈ LỆ H2/HC NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC TẠI BSR KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỒ ĐÌNH HỒNG NGHIÊN CỨU GIẢM TỈ LỆ H2/HC NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC TẠI BSR Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ THANH XUÂN Đà Nẵng – Năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu giảm tỉ lệ H2/HC nhằm tiết kiệm lượng cho phân xưởng Reforming xúc tác BSR” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Tác giả luận văn HỒ ĐÌNH HỒNG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội TÓM TẮT NGHIÊN CỨU GIẢM TỈ LỆ H2/HC NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC TẠI BSR Học viên: Hồ Đình Hồng Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 Khóa 40 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Cơng nghệ Reforming xúc tác q trình nhà máy lọc dầu suốt nhiều năm qua, thiết kế để chuyển hóa naphtha có trị số octan thấp thành cấu tử pha trộn xăng có trị số octan cao nhờ vào phản ứng hóa học tác dụng xúc tác Xúc tác phản ứng xúc tác lưỡng chức hoạt động môi trường hydro Những năm gần nhu cầu xăng tăng cao, đòi hỏi nâng cao công suất phân xưởng, việc dẫn đến tăng lưu lượng hydro tuần hoàn Việc nghiên cứu giảm tỷ lệ H2/HC (giảm lưu lượng khí hydro tuần hoàn) làm giảm đáng kể việc tiêu thụ lượng, góp phần nâng cao hiệu kinh tế nhà máy Từ khóa: Reforming xúc tác, tỷ lệ H2/HC, số octan RESEARCH ON REDUCING IN H2/HC RATIO FOR ENERGY SAVING OF CATALYTIC REFORMING UNIT AT BSR Abstract: The catalytic reforming process has been a mainstay in most refineries throughout the world for many years, the function was to upgrade low octane number straight- run naphtha to higher octane blending components by catalytically promoting specific groups of chemical reactions The catalyst of these reactions is dual functions catalyst, active in hydrogen environment In recent years, an increasing in motor fuel demand require a raising in plant capacity cause an increasing in hydrogen circulation Study in reducing H2/HC ratio will reduce total refinery energy consumption, contribute to improve economic efficiency of refinery Key words: Catalytic Reforming, H2/HC ratio, octane number THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1.1 Địa điểm diện tích sử dụng 1.1.2 Sơ đồ vị trí Nhà máy 1.1.3 Công suất chế biến nguyên liệu 1.1.4 Cấu hình nhà máy 1.1.5 Cơ cấu sản phẩm nhà máy 1.2 Tổng quan phân xưởng reforming xúc tác 10 1.2.1 Mục đích phân xưởng reforming xúc tác 10 1.2.2 Xúc tác sử dụng 12 1.2.3 Các phản ứng xảy 12 1.2.4 Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR .15 1.3 Tổng quan tượng “catalyst pinning” 36 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ H2/HC ĐẾN THÔNG SỐ VẬN HÀNH VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CỦA PHÂN XƯỞNG CCR 40 2.1 Điều kiện vận hành phân xưởng CCR 40 2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ H2/HC đến thông số vận hành 40 2.3 Nghiên cứu thống kê sở liệu vận hành BSR 41 2.4 Nghiên cứu mô giảm tỷ lệ H2/HC 42 2.4.1 Giới thiệu về phần mềm KBC Petro-SIM 42 2.4.2 Mô hình mơ phân xưởng CCR nhà máy lọc dầu Dung Quất 42 2.4.3 Kết mô 43 2.4.4 Phân tích kết 46 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Chương ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC GIẢM TỶ LỆ H2/HC CỦA PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC 47 3.1 Đánh giá mặt kỹ thuật 47 3.2 Đánh giá mặt kinh tế 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU H2: Hydrogen kPa: Đơn vị đo áp suất bão hòa Reid N: Nitơ Nm3/hr: Đơn vị đo lưu lượng, mét khối điều kiện bình thường/giờ O: Oxy S: Lưu huỳnh Sm3/hr: Đơn vị đo lưu lượng, mét khối tiêu chuẩn/giờ %: Phần trăm $: Đơn vị tiền tệ, USD CÁC TỪ VIẾT TẮT BPSD: Barrels Per Stream Day CCR: Continuous Catalytic Reforming CF: Cubic Feed FV: Flow Control Valve HA: High Activity HC: Hydrocarbon HIC: Hand Indicator Control HY: High Yield LBS: Pounds LPG: Liquefied Petroleum gas LV: Liquid Volume MM: Million Mol: Molecular MTD: Metric Tonnes Per Day NHT: Naphtha Hydro Treating Unit N + 2A: Naphthene + 2*Aromatic TWT: Tube Wall Temperature PPB: Part Per Billion THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội PPM: Part Per Million RON: Research Octane Number UOP: Universal Oil Product Vol: Volume Wt: Weight WAIT: Weighted Average Inlet Temperature THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần cất phân đoạn dầu thô Bạch Hổ Bảng 1.2: Bảng cấu sản phẩm Nhà máy Lọc dầu Dung Quất .6 Bảng 1.3: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm propylene .7 Bảng 1.4: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm LPG Bảng 1.5: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm xăng RON 92/95 Bảng 1.6: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm Jet A1 Bảng 1.7: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm Diesel Bảng 1.8: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm dầu nhiên liệu ( FO ) Bảng 1.9: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm hạt nhựa .10 Bảng 1.10: Bảng tiêu chuẩn sản phẩm lưu huỳnh 10 Bảng 1.11: Bảng tiêu chuẩn dòng sản phẩm reformate 11 Bảng 2.1: Các thông số phân xưởng lưu lượng hydro tuần hoàn 64000 Nm3/hr .43 Bảng 2.2: Các thông số phân xưởng lưu lượng hydro tuần hoàn 62000 Nm3/hr 44 Bảng 2.3: Các thông số phân xưởng lưu lượng hydro tuần hồn 60000 Nm3/hr .45 Bảng 2.4: Các thơng số phân xưởng lưu lượng hydro tuần hoàn 58000 Nm3/hr 45 Bảng 3.1: Tóm tắt kết mơ giảm lưu lượng hydro tuần hoàn 64000 Nm3/hr xuống 58000 Nm3/hr phân xưởng CCR 47 Bảng 3.2: Bảng giá nhiên liệu cập nhật tháng 4/2022 48 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ vị trí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất .4 Hình 1.2: Sơ đồ cơng nghệ vị trí phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 1.3: Sơ đồ phản ứng q trình Reforming xúc tác 15 Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Khu vực Platforming) 16 Hình 1.5: Thiết bị trao đổi nhiệt nguyên liệu vào 18 Hình 1.6: Dịng ngun liệu vào thiết bị phản ứng 19 Hình 1.7: Dịng sản phẩm thiết bị khỏi phản ứng đến bình tách pha .20 Hình 1.8: Máy nén khí H2 tuần hồn .21 Hình 1.9: Cụm thu hồi lỏng (Recovery Plus System) 22 Hình 1.10: Tháp hấp thụ 23 Hình 1.11: Tháp tách Debutanizer .24 Hình 1.12: Thiết bị hấp phụ HCl 25 Hình 1.13: Sơ đồ khu vực tái sinh xúc tác phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 26 Hình 1.14: Xúc tác sau khỏi thiết bị phản ứng cuối đến khu vực tái sinh 27 Hình 1.15: Thiết bị tách bụi xúc tác 28 Hình 1.16: Tháp tái sinh xúc tác CCR 29 Hình 1.17: Vùng đốt cốc .30 Hình 1.18: Vùng chlorination 31 Hình 1.19: Vùng sấy 32 Hình 1.20: Vùng làm lạnh .32 Hình 1.21: Vùng khử .33 Hình 1.22: Thiết bị ngăn cách mơi trường xy hydro .34 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 48 xúc tác Nhiệt độ khỏi C 45.50 44.41 43.29 42.14 Hiệu suất sản phẩm hydro wt% 4.1522 4.1555 4.1589 4.1621 Hiệu suất sản phẩm C5+ wt% 89.3421 89.3762 89.4087 89.4412 Lưu lượng sản phẩm LPG ton/hr 3.0783 3.0570 3.0386 3.0198 quạt ngưng tụ Với số liệu giá nhiên liệu cập nhật 4/2022 từ Ban Điều độ sản xuất nhà máy lọc dầu Dung Quất bảng 3.2, lợi ích kinh tế từ việc giảm lưu lượng hydro tuần hồn từ 64000 Nm3/hr xuống 58000 Nm3/hr tính toán bên Bảng 3.2 Bảng giá nhiên liệu cập nhật tháng 4/2022 FG HP Steam Reformate LPG Hydro Usd/ton Usd/ton Usd/ton Usd/ton Usd/ton 991 60 1108.7 1026.9 1693 3.2.1 Lợi nhuận từ việc giảm tiêu thụ khí đốt: Lưu lượng khí đốt tiết kiệm được: FFG = 12675 – 12639 = 36 Nm3/hr Tỷ trọng riêng khí đốt : D = 1.5 kg/m3 Khối lượng khí đốt tiết kiệm : MFG = 36 x 1.5 = 54 kg/hr Lợi nhuận thu : MarginFG = 54/1000 x 991 x 24 x 365 = 468782.6 USD/năm 3.2.2 Lợi nhuận từ việc giảm tiêu thụ nước cao áp vào tuốc bin máy nén: Lưu lượng nước tiết kiệm được: THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 49 FSTEAM = 19599 – 18442 = 1157 kg/hr Lợi nhuận thu : MarginSTEAM = 1157/1000 x 60 x 24 x 365 = 608119.2 USD/năm 3.2.3 Lợi nhuận từ việc tăng sản lượng hydro: Sản lượng hydro tăng thêm: MHYDRO = (4.1621 - 4.1522)/100 x (155.8 x 0.75) = 0.01157 tấn/hr MarginHYDRO = 0.01157 x 24 x 365 x 1693 = 171563.5 USD/năm 3.2.4 Lợi nhuận từ việc tăng sản lượng reformate: Sản lượng reformate tăng thêm: MREFORMATE = (89.4412 – 89.3421)/100 x (155.8 x 0.75) = 0.116 tấn/hr MarginREFORMATE = 0.116 x 24 x 365 x 1108.7 =1124658 USD/năm 3.2.5 Lợi nhuận từ việc giảm sản lượng LPG: Sản lượng LPG giảm đi: MLPG = 3.0198 – 3.0783 = -0.0585 tấn/hr MarginLPG = (-0.0585) x 24 x 365 x 1026.9 = - 526245 USD/năm 3.2.6 Tổng lợi nhuận ∑MARGIN = 468782.6 + 608119.2 + 171563.5 + 1124658 - 526245 = 1846878.3 USD/năm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với kết thu từ việc mô giảm lưu lượng hydro tuần hoàn phân xưởng CCR từ 64000 Nm3/hr xuống 58000 Nm3/hr, cho phép rút kết luận sau: • Về mặt kỹ thuật: ▪ Với lưu lượng hydro tuần hoàn 58000 Nm3/hr đáp ứng giới hạn nâng hydrocacbon lỏng thiết bị trao đổi nhiệt ▪ Hàm lượng cốc xúc tác tăng từ 4.0056 %wt lên 4.0256 %wt nằm giới hạn vận hành – %wt [11] lượng cốc đốt tháp tái sinh xúc tác ▪ Giảm nhiệt độ dịng cơng nghệ khỏi quạt ngưng tụ khoảng 3.4 0C, giúp ổn định vận hành nâng cao độ tin cậy thiết bị làm tiền đề nâng cao công suất phân xưởng • Về mặt kinh tế: Với số liệu giá nhiên liệu cập nhật tháng 4/2022, việc giảm lưu lượng dịng hydro tuần hồn phân xưởng CCR Nhà máy lọc dầu Dung Quất đem lại cho nhà máy khoản lợi nhuận 1846878.3 USD/năm Kiến nghị Với yếu tố kinh tế kỹ thuật phân tích trên, kết kiến nghị làm sở cho việc giảm tỷ lệ H2/HC phân xưởng CCR Nhà máy lọc dầu Dung Quất THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Crude Distillation Unit, Operating Manual, Dung Quat Refinery, 2007 [2] TCCS-07-2022-BSR Propylene-Specifications [3] TCCS-06-2021-BSR Liquefied petroleum gases-Specifications [4] TCCS-01-2019-BSR Unleaded Gasoline-Specifications [5] TCCS-01-2019-BSR Unleaded Gasoline-Specifications [6] TCCS-02-2019-BSR Diesel fuel oil -Specifications [7] TCCS-05-2019-BSR Fuel Oils -Specifications [8] TCCS-09-2022-BSR Polypropylen (PP) [9] TCCS-08-2019-BSR Sulfur-Specifications [10] QĐKT 01:2018/BSR- Dầu thô dịng cơng nghệ, phụ trợ, phát thải - Yêu cầu kỹ thuật [11] UOP, CCR Operating Manual, Dung Quat Refinery, 2007 [12] Jenny Ozmen, Advance CCR Platforming Process Technology Training catalyst hangup/pinning, 2017 [13] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn, CCR Platforming 105% Capacity Test Run Report, 2018 [14] BSR-TED-TER-013-16003 Test run report for reducing CCR recycle gas flow and H2-HC ratio THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... suất phân xưởng khắc phục qua việc giảm tỷ lệ H2/ HC Chính lí mà tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu giảm tỷ lệ H2/ HC nhằm tiết kiệm lượng cho phân xưởng reforming xúc tác BSR? ?? Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên. .. 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài ? ?Nghiên cứu giảm tỉ lệ H2/ HC nhằm tiết kiệm lượng cho phân xưởng Reforming xúc tác BSR? ?? công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỒ ĐÌNH HỒNG NGHIÊN CỨU GIẢM TỈ LỆ H2/ HC NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC TẠI BSR Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 8520301