(TIỂU LUẬN) đồ án môn học THIẾT kế QUY TRÌNH HYDROTREATINGNAPHTHA

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ - // - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH HYDROTREATING NAPHTHA CHUN NGÀNH: LỌC – HĨA DẦU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Phong 06PPR110017 Thạch Vũ Luân 06PPR110013 Hồ Trung Kiên 06PPR110010 Lớp: K6LHD Khóa: 2017-2021 Người hướng dẫn: TS Dương Chí Trung Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 i TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ - // - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH HYDROTREATING NAPHTHA CHUN NGÀNH: LỌC – HĨA DẦU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Phong 06PPR110017 Thạch Vũ Luân 06PPR110013 Hồ Trung Kiên 06PPR110010 Lớp: K6LHD Khóa: 2017-2021 Người hướng dẫn: TS Dương Chí Trung Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ Độc lập – Tự - Hạnh phúc - // - - // - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên SV: Nguyễn Duy Phong MSSV: 06PPR110017 Thạch Vũ Luân MSSV: 06PPR110013 Hồ Trung Kiên MSSV: 06PPR110010 Ngành: Lọc - Hóa dầu Lớp: K6 - LHD Tên Đồ án mơn học: Thiết kế quy trình Hydrotreating Naphtha Nhiệm vụ: - Lựa chọn sơ đồ công nghệ hydrotreating phù hợp - Tính tốn cân vật chất cho cụm hydrotreating naphtha - Tính cân vật chất cân lượng cho thiết bị phản ứng hydrotreating naphtha - Tính lượng khí hydro tiêu thụ thành phần khí giàu hydro tuần hồn quy trình - Tính thành phần pha lỏng pha thiết bị tách cao áp iii - Tính lượng xúc tác cần thiết, kích thước reactor separator Ngày giao Đồ án môn học: ngày 23 tháng năm 2020 Ngày hồn thành Đồ án mơn học: ngày 27 tháng 12 năm 2020 Họ tên Cán hướng dẫn: TS Dương Chí Trung Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 27 tháng 12 năm 2020 KHOA DẦU KHÍ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA TS Nguyễn Văn Hùng TS Dương Chí Trung iv TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ Độc lập – Tự - Hạnh phúc - // - - // - PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Mẫu dành cho người phản biện) Tên đề tài: Thiết kế quy trình Hydrotreating Naphtha Tên sinh viên: Nguyễn Duy Phong MSSV: 06PPR110017 Thạch Vũ Luân MSSV: 06PPR110013 Hồ Trung Kiên MSSV: 06PPR110010 Chun ngành: Lọc - Hóa dầu Khố: 06 Họ tên người phản biện: I PHẦN NHẬN XÉT: 1) Về hình thức kết cấu ĐAMH: 2) Về nội dung: 2.1 Nhận xét phần tổng quan tài liệu: 2.2 Nhận xét phương pháp nghiên cứu: 2.3 Nhận xét kết đạt được: 2.4 Nhận xét phần kết luận: 2.5 Những thiếu sót tồn ĐAMH: v (Đề nghị Quý Thầy Cô ghi chi tiết chuyển cho SV, có) II ĐIỂM: (ghi chữ) (Đề nghị Quý Thầy Cô đánh máy rõ ràng, đầy đủ tiêu chí nêu trên) Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày tháng năm 2020 NGƯỜI PHẢN BIỆN TS Lê Thanh Thanh vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ Độc lập – Tự - Hạnh phúc - // - - // PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Mẫu dành cho GVHD) Tên đề tài: Thiết kế quy trình Hydrotreating Naphtha Tên sinh viên: Nguyễn Duy Phong MSSV: 06PPR110017 Thạch Vũ Luân MSSV: 06PPR110013 Hồ Trung Kiên MSSV: 06PPR110010 Chun ngành: Lọc - Hóa dầu Khố: 06 Họ tên GVHD: TS Dương Chí Trung Nhận xét tinh thần thái độ làm việc nghiên cứu SV Nhận xét kết quả: Những tồn có: vii Bà Rịa - Vũng Tau ,Ngày tháng năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS Dương Chí Trung viii MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ xii DANH SÁCH BẢNG BIỂU xiii CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH HYDROTREATING 1.1 Mục đích q trình Hydrotreating 1.2 Các phản ứng 1.2.1 Quá trình hydro hóa 1.2.2 Phản ứng Hydrodesulfua hóa (HDS) 1.2.3 Phản ứng hydrodenitrogen hóa (HDN) 1.2.4 Phản ứng hydrodeoxy hóa (HDO) .3 1.2.5 Xu hướng phát triển trình Hydrotreating 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình 1.3.1 Áp suất 1.3.2 Nhiệt độ 1.3.3 Chất lượng nguyên liệu 1.3.4 Tỉ lệ hydro/hydrocacbon 1.3.5 Vận tốc không gian nhập liệu (LHSV) .9 1.3.6 Xúc tác 10 CHƯƠNG : QUY TRÌNH NAPHATHAHYDROTREATING .12 2.1 Lựa chọn quy trình cơng nghệ naphtha hydrotreating 12 ix 2.1.1 Naphtha Unionfining 12 2.1.2 Kerosene - Diesel hydreotreating (distillate unionfining) 13 2.1.3 Distillate Unionfining ULSD 14 2.1.4 Công nghệ RDS/VRDS Chevron Lummus Global (CLG) 14 2.1.5 Hydroconversion (LC-Fining) Chevron Lummus Global (CLG) 15 2.2 Lựa chọn xúc tác 16 2.2.1 Xúc tác Cobalt - Moly 16 2.2.2 Xúc tác Nickel - Moly 17 2.2.3 Chất xúc tác NiW .17 2.3 Nguồn nguyên liệu naphtha 18 2.3.1 Nguồn nguyên liệu từ CDU .18 2.3.2 Nguồn nguyên liệu từ trình Cracking xúc tác (FCC) 18 2.3.3 Nguồn nguyên liệu từ phân đoạn nặng (Delayed Coking hay từ Visbreaking) .19 CHƯƠNG : TÍNH TỐN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 20 3.1 Cân vật chất thiết bị phản ứng naphtha hydrotreating 23 3.1.1 Cân vật chất tạm thời 23 3.2 Lượng hydro tiêu thụ 24 3.2.1 Lượng hydro để loại bỏ hợp chất lưu huỳnh 24 3.2.2 Sự mát H2 hấp thụ vào sản phẩm lỏng 25 3.2.3 Mất mát khí hydro theo dịng khí thải 27 x Ni n NN i 1 xi  TSVSG1  (k i  1) Ni N  N TSVSG1  (k i  1) y i  k i  xi GTSVSGi  N TSVSG1  y i  M i GTSVSG1  GTSVSGi Trong đó: N Tổng số mol hỗn hợp đầu Ni Số mol cấu tử i hỗn hợp đầu Ki Hằng số cân cấu tử NTSVSG1 Tổng số mol khí có trạng thái cân Xi Phần mol cấu tử i pha lỏng GTSVSGi Khối lượng cấu tử i có trạng thái cân GTSVSG Tổng khối lượng khí khỏi tháp Mi Khối lượng cấu tử i Kết tính tốn thành phần cân thành phần lỏng thiết bị tách cao áp thể bảng sau: 55 Bảng 4.9: Thành phần cân thành phần lỏng thiết bị tách cao áp Cấu tử Ni N ki NTSVSG1 Xi yi H2 310,8 648,1 38,40 431,2 0,0231 0,7089 CH4 88,3 648,1 4,80 431,2 0,0385 0,1849 C 2H 23,8 648,1 1,28 431,2 0,0310 0,0396 C 3H 10,7 648,1 0,24 431,2 0,0333 0,0080 C4H10 6,5 648,1 0,24 431,2 0,0205 0,0049 Naphtha 205,6 648,1 0,0015 431,2 0,9459 0,0014 H2S 2,2 648,1 0,88 431,2 0,0037 0,0032 Và giá trị khí tuần hồn 431,2 kmol.h-1 , giá trị với kết lượng khí tuần hồn tính tốn phần cân vật chất, tháp tách hoạt động áp suất MPa nhiệt độ 40oC 4.2.3 Tính tốn kích thước thiết bị tách cao áp Thiết bị tách cao áp dùng quy trình naphtha hydrotreating có dạng thẳng đứng tách hỗn hợp đầu vào dựa chủ yếu vào ngun lí trọng lực Do đó, yếu tố kích thước hang đầu cần quan tâm chiều cao tháp tách cao áp để đảm bảo hiệu suất tách lỏng khí cao Chiều cao tháp tách ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian lưu dòng vật chất tháp, dẫn đến ảnh hưởng đến hiệu trình phân tách Chiều cao tháp tách cao áp tính theo cơng thức sau: H  H1  H  H (4.7) 56 Trong đó: H1 Chiều cao mực chất lỏng tháp H2 Chiều cao khổng không gian bị khí chiếm chỗ H3 Chiều cao phần hỗ trợ, thường lấy m a) Chiều cao mức chất lỏng tháp tách Chiều cao mức chất lỏng bình cần tính tốn để xác định trạng thái ổn định thiết bị tách cao áp Công thức tính mức chất lỏng nhứ sau: H1    u  60 (4.8) Trong đó: τ Thời gian lưu chất lỏng tháp, thường lấy 7s u Vận tốc dịng khí hydrocacbon chưa ổn định, m/s Vận tốc dịng khí chưa ổn định xác định theo công thức sau: u   Vg   D2 (4.9) Trong đó: Vg Thể tích chất lỏng tháp, m3 57 D Đường kính tháp, m b) Tính đường kính tháp Đường kính bình tách cao áp xác định theo công thức sau: D  Vv   ug (4.10) Trong đó: Vv Thể tích khí khỏi thiết bị tách Ug Vận tốc pha khí tháp, thường lấy 0,1 m.s-1 Thể tích khí khỏi thiết bị tách �� = � � � � � (4.11) Khối lượng phân tử trung bình khí tuần hồn trở lại tháp hydrotreating 7,6 kg.mol-1, nhiệt độ tới hạn khí 1230K áp suất tới hạn 6,6 Mpa [7] Nhiệt độ rút gọn áp suất rút gọn là: Tr  T 273  40   2,5 123 Tc Pr  P 3,   0,5 Pc 6, Vậy hệ số nén khí tuần hồn z = 0,99 Vậy thể tích khí tuần hồn: �� = 313 × 431,2 × 103 × 0,99 × 0,082 = 96 � �−1 3600 × 31,6 ���: �� = 0,096 �3 �−1 58 Vậy đường kính tháp: D  0,096  1,24 ( m) 3,14  0,1 c) Thể tích chất lỏng tháp tách Thể tích chất lỏng tháp tách tính theo cơng thức sau: �� Vg  Gg 3600   g (4.12) Trong đó: Gg Lượng chất lỏng tháp, kg.h-1 g Khối lượng riêng chất lỏng nhiệt độ 400C  g40   g20     t  20   0, 739  0, 000857   40  20   0, 722 Lượng chất lỏng tháp tách cao áp 41666,7 kg.h-1 Vậy thể tích mực chất lỏng tháp: 41666,7  0,012 (m ) 3600  722  0,016 Suy : u   0,016 (m/s)   1,24 Vg  Do đó, chiều cao mực chất lỏng tháp là: d) Tính tốn giá trị H2 �1 = 7.60.0,016 = 6,72 59 H2  Vv  t1 F (4.13) Trong đó: t1 Thời gian lưu pha khí, thường lấy 20s F Tiết diện tháp tách F   D  1, 242   1, 2m2 4 Vậy, chiều cao cho khoảng khơng gian pha khí là: H2  0,12  20  2m 1, Vậy chiều cao tháp tách cao áp: H = H1 + H2 + H3 = 6,72 + + = 10,72 m Sau kết thúc phần tính tốn cao áp, ta thu bảng tổng hợp thơng số kích thước thiết bị tách cao áp sau: Giá trị tính D (m) H1(m) H2 (m) H3 (m) H (m) 1,24 6,72 2,00 2,00 10,72 toán 60 PHỤ LỤC 61 62 63 KẾT LUẬN Quy trình hydrotreating Naphtha từ CDU với lưu lượng 214,5 nghìn tấn/năm, sử dụng quy trình Naphtha Hydrotreating phân đoạn nhẹ, không sử dụng biện pháp chia dịng tuần hồn để ổn cho tháp phản ứng tháp phản ứng tháp tầng xúc tác cố định Quy trình vận hành điều kiện sau:  Sử dụng xúc tác Co-Mo  Tháp phản ứng hoạt động 300oC - 379oC áp suất MPa  Thiết bị tách cao áp hoạt động 40oC 3,2 MPa Kích thước thiết bị  Tháp phản ứng có chiều cao 9,2 m, đường kính 2,8 m  Thiết bị tách cao áp có chiều cao 10,72 m, đường kính 1,24 m  Nhiệt độ dòng vật chất khỏi tháp phản ứng 365oC Cân vật chất thiết bị phản ứng: Sản phẩm Nguyên liệu: Gasoline CDU %kl nguyên liệu 100,00 Khí giàu hydro 0,20 Trong đó, lượng H2 0,137 Tổng 100,20 Nghìn tấn/năm Tấn/ngày 330,00 1000,00 0,66 2,00 330,66 1002,00 64 Nhận được: Khí HC 1,00 3,30 10,00 H2S 0,10 0,33 1,00 Naphtha 98,70 325,38 987,00 Thất thoát 0,40 1,65 4,00 100,20 330,66 1002,0 Tổng 65 Thành phần khí tuần hồn từ thiêt bị tách cao áp Cấu tử Dịng sản phẩm đáy Khí tuần hoàn Hỗn hợp vào tháp tách Kg/h H2 Kmol/h Kg/h Kmol/h Kg/h Kmol/h - - 621,6 310,8 621,6 310,8 CH4 30,97 1,9 1382,41 86,4 1413,38 88,3 C2H6 70,75 2,3 647,5 21,58 718,25 23,88 C3H8 119,02 2,8 333,47 7,9 452,49 10,7 C4H10 105,34 1,9 252,52 4,67 357,86 6,57 205,6 - - 2,2 - - 216,7 3237,5 431,35 HC lỏng H 2S TỔNG 41127,33 77,33 44530,74 41127,33 77,33 44768,24 205,6 2,2 648,05 Khối lượng xúc tác Co-Mo cần cho trình xử lí dịng naphtha 19,09 m3 Thành phần cân lỏng thiết bị tách cao áp 66 Cấu tử Ni N ki NTSVSG1 Xi yi H2 310,8 648,05 38,4 431,35 0,0231 0,7089 CH4 88,3 648,05 4,8 432,35 0,0385 0,1849 C 2H 23,88 648,05 1,28 431,35 0,0310 0,0396 C 3H 10,7 648,05 0,24 432,35 0,0333 0,0080 C4H10 6,57 648,05 0,24 431,35 0,0205 0,0049 Naphtha 205,6 648,05 0,0015 432,35 0,9459 0,0014 H2S 2,2 648,05 0,88 431,35 0,0037 0,0032 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Танатаров М.А., Ахметшина И.И., Фасхутдинов Р.С и др.Технологические расчеты установок переработки нефти Учебное пособие для Вузов –М.: Химия, 1987 – 352 с [2] UOP Naphtha Hydrotreating process general operating manual [3] DAVID S J "STAN" JONESt retired chemical engineer (Fluor) Calgary, Canada and PETER R PUJADO UOP LLC (retired)-Illinois, U.S.A - Handbook of Petroleum Processing [4] ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ ЛЕГКИХ ДИСТИЛЛЯТНЫХ ФРАКЦИЙ [5] Hydrotreating model catalysts : from characterization to kinetics, Citation for published version (APA): Coulier, L (2001) Hydrotreating model catalysts : from characterization to kinetics Technische Universiteit Eindhoven [5] Preparation and Evaluation of Sulfifided NiMo/γ-Al2O3 Hydrotreating Catalysts, Master Thesis at NYNAS AB ,Supervisors: Johan Verendel, Moa Ziethén Granlund, Examiner: Henrik Kusar [6] Варгафтик Н.Б Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей М.: Физматгиз, 1963 – 161 -192 с [7] Танатаров М.А., Ахметшина И.И., Фасхутдинов Р.С и др Технологические расчеты установок переработки нефти Учебное пособие для Вузов –М.: Химия, 1987 – 124 с [9] Galiasso et al., Hydrotreat of Light Cracked Gas Oil, Heinz Heinemann, copyrighted 1984 68 [10] Gary, J.H and G.E Handwerk Petroleum Refining: Technology and Economics Marcel Dekker Inc: New York, 2001, 121-141 and A.V Mrstik, K.A Smith, and R.D Pinkerton, Advan Chem Ser , 97 1951 80 [11] Towler Ray Sinnott - Chemical Engineering Design Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design Second Edition Gavin [12] Hydrotreating Unit PFD,http://www.osha.gov/dts/osta/otm/otm_iv/otm_iv_2fig25.gif 69 ... Tính lượng xúc tác cần thiết, kích thước reactor separator Ngày giao Đồ án môn học: ngày 23 tháng năm 2020 Ngày hồn thành Đồ án mơn học: ngày 27 tháng 12 năm 2020 Họ tên Cán hướng dẫn: TS Dương...TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ - // - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH HYDROTREATING NAPHTHA CHUN NGÀNH: LỌC... lâu 10 11 CHƯƠNG : QUY TRÌNH NAPHATHAHYDROTREATING Ở Chương 1, đồ án trình bày tổng quan quy trình hydrotreating nói chung, nhiên tùy vào thành phần nguyên liệu có quy trình quy? ??n cơng nghệ khác