Các quá trình sử lý bổ sung trong nhà máy lọc dầu

các quá trình sử lỹ bổ sung trong nhà máy lọc dầu, xử lý bằng amin, làm sach bằng acid, làm sạch bằng kiềm...từ dầu mỏ

2.2 Quá trình làm sạch khí bằng phương pháp hấp thụ vật lý cáchỗn hợp tạp chất bằng các dung môi hữu cơ: propylencacbonat, dimetylterpolyetilenglicol (DMEPEG), N-N-metylpirolidon……… ……… 6

2.3 Quá trình làm sạch khí bằng dung môi là hỗn hợp dung dịchnước của alkanamin với dung môi hữu cơ – sulfolan, methanol…… ………62.4 Làm sạch khí bằng dung môi alkanamin ……… … 7

Chương 3 LÀM SẠCH BẰNG AXIT ……… 8

Chương 4 LÀM SẠCH BẰNG KIỀM ……… 10

Chương 5 TÁCH CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH …… … 11

Chương 6 TÁCH HYDROCACBON THƠM ĐA VÒNG NGƯNG TỤ SẢN XUẤT DẦU GỐC ……… 13

Chương 7 LÀM SẠCH BẰNG DUNG MÔI CHỌN LỌC ………… 15

7.1 Loại asphanten của gudron ……… 15

7.2 Loại parafin ……… 16

Chương 8 QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP 17

8.1 Tách sáp bằng phương pháp kết tinh làm lạnh ……… 17

8.2 Tách sáp bằng Hydrocracking chọn lọc ……… 17

Chương 9 QUÁ TRÌNH TÁCH ASPHANTEN ……… 19

Chương 10 KẾT LUẬN ……… … 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 24

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII, dầu mỏđược sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ XIX, dầu được coinhư là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tếquốc dân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất củamọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 đến 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ,chỉ có 20 đến 22% năng lượng sử dụng đi từ than, 5 đến 6% năng lượng sử dụng đi

từ nước và 8 đến 12% năng lượng sử dụng đi từ hạt nhân

Bên cạnh đó, hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ làlàm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hóa dầu như: sẩn xuất cao su, chất dẻo,

tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón… thậm chí cả protein

Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hóa học của dầu mỏ, các sảnphẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín… cũng là một phầnquan trọng trong sự phát triển của công nghiệp Nếu không có dầu mỡ bôi trơn thìkhông thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chếbiến, trong đó các quá trình xúc tác giữ vai trò quan trọng Theo các chuyên gia vềhóa dầu ở Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đượchiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyênquí hiếm này

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầukhí Việt Nam cũng đã được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà pháttriển Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu với trữ lượng tương đối lớn như: mỏBạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Sư Tử Đen, mỏ Rồng ở vùng Nam Côn Sơn, các mỏ khínhư: Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây – Lan Đỏ… Đây là nguồn tài nguyên quí giúpnước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí Nhà máy lọc dầu

số 1 Dung Quất với công suất 6,5 triệu tấn/năm sắp hoàn thành và đang tiến hànhcác dự án tiền khả thi nhà máy lọc dầu số 2 và số 3 Do vậy hiểu biết và áp dụngcác khoa học, công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực hóa dầu là một đòi hỏi cấp báchcho sự nghiệp phát triển của ngành công nghiệp

Xin chân thành cảm ơn mọi sự góp ý của các bạn về nội dung và hình thức

để các đề tài sau được hoàn thiện tốt hơn

Chương 1

TỔNG QUAN

Quá trình làm sạch và phân tách phân đoạn dầu có sử dụng dung môi lựachọn được ứng dụng rộng rãi Phương pháp này được ứng dụng trong sản xuấtnhiên liệu, dầu bôi trơn và hydrocacbon rắn, đồng thời cũng được dùng để phântách các sản phẩm chế biến dầu với mục đích nhận được nguyên liệu cho tổng hợphóa dầu, thành phần nguyên liệu và các sản phẩm khác (tách hydrocacbon thơm rakhỏi xăng platforming, khí ngưng tụ, xăng cất trực tiếp…) Trong làm sạch bằngdung môi lựa chọn từ nguyên liệu tách các chất sau: asphaten, nhựa (smol),hydrocacbon thơm đa vòng và hydrocacbon naphten – thơm với mạch nhánh ngắn,hydrocacbon không no, hợp chất lưu huỳnh và nitơ, parafin rắn

Hiệu quả của quá trình làm sạch và phân tách bằng dung môi lựa chọn phụthuộc trước tiên vào khả năng hòa tan và điều kiện của quá trình (dạng dung môi,bội hồi lưu của nó so với nguyên liệu, nhiệt độ làm sạch) Hiện nay có sử dụng cácquá trình làm sạch và phân tách sau: loại asphaten, loại asphaten – chia phân đoạn,làm sạch lựa chọn và tách hydrocacbon thơm, loại parafin và tách sáp để nhận đượcdầu nhờn loại parafin và hydrocacbon rắn Ứng dụng các quá trình này trong sảnxuất dầu nhờn cho phép sau khi làm sạch dầu nhờn loại parafin thu được dầu nhờngốc, sau khi trộn chúng với dầu nhờn gốc khác và phụ gia thu được dầu nhờnthương phẩm Các quá trình làm sạch bao gồm:

- Xử lý bằng amin

- Làm sạch bằng axit

- Làm sạch bằng NaOH

- Tách các hợp chất chứa lưu huỳnh

- Tách hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ để sản xuất dầu gốc

- Tách sáp

- Tách asphaten

Chương 2

XỬ LÝ BẰNG AMIN

Khí dầu mỏ và khí thiên nhiên bên cạnh thành phần chính là hydrocacboncòn chứa các khí chua, khí cacbonic, dihydrosulfur và các hợp chất lưu huỳnh hữucơ: COS, CS2, mercaptan (RSH), tiophen và các hỗn hợp khác, làm phức tạp quátrình vận chuyển và sử dụng khí trong điều kiện xác định Sự hiện diện của CO2,

H2S, RSH tạo điều kiện xuất hiện ăn mòn kim loại, chúng làm giảm hiệu quả củacác quá trình xúc tác và gây đầu độc xúc tác CO2, H2S, RSH là các chất độc Tănghàm lượng CO2 còn làm giảm nhiệt lượng cháy của nhiên liệu khí, giảm hiệu quả

sử dụng hệ thống dẫn khí chính do tăng tỷ trọng vô ích

Để làm sạch H2S, CO2 và các hợp chất phụ chứa lưu huỳnh, oxy trong khíthiên nhiên và khí đồng hành ứng dụng phương pháp hấp thụ Phụ thuộc vào khảnăng tương tác của các hợp chất này với dung môi – chất hấp thụ được chia thànhcác nhóm như sau:

2.1 Quá trình hấp phụ hóa học làm sạch khí bằng các dung môi là dung dịch nước alkalamin: monoetanolamin (MEA), dietanolamin (DEA), diglikolamin (DGE)…

Đặt cơ sở trên phản ứng hóa học của các hợp chất không mong muốn vớialkalamin Quá trình amin cho phép làm sạch đến mức tinh hydrosulfua và khícacbonic ở các áp suất và hàm lượng của chúng trong nguyên liệu khác nhau; độhòa tan trong các chất hấp thụ không cao Công nghệ và thiết bị của các quá trìnhđơn giản và đáng tin cậy

Nhược điểm chính của quá trình: không làm sạch hoàn toàn H2S, CO2, RSH,COS và CS2 trong khí; mức độ tách mercaptan và các hợp chất lưu huỳnh thấp;mercaptan, COS, và CS2 tương tác với một số dung môi tạo thành các hợp chất hóahọc không thể hoàn nguyên trong điều kiện phản ứng; để quá trình thực hiện đượccần có bội số hồi lưu chất hấp thụ cao và chi phí nhiệt năng lớn; chất hấp thụ và sảnphẩm tương tác với các hỗn hợp chứa trong nguyên liệu, trong không ít trường hợptạo thành các hợp chất có hoạt tính ăn mòn cao Khi tăng hàm lượng hoạt chất vàmức độ bão hòa của hydrosulfua và các hợp chất không mong muốn khác trongdung môi hoạt độ ăn mòn của chất hấp phụ alkalamin tăng Vì vậy, khả năng hấpthụ của chúng thường không do điều kiện cân bằng nhiệt động hạn chế mà do giớihạn mức bão hòa khí chua cho phép của chất hấp phụ

2.2 Quá trình làm sạch khí bằng phương pháp hấp thụ vật lý các hỗn hợp tạp chất bằng các dung môi hữu cơ: propylencacbonat, dimetyl terpolyetilenglicol (DMEPEG), N-N-metylpirolidon…

Chúng đặt cơ sở trên hấp thụ vật lý, chứ không phải phản ứng hóa học Cácdung môi hữu cơ về cơ bản có thể được sử dụng để làm sạch hoàn toàn H2S, CO2,RSH, COS và CS2 trong khí ở áp suất riêng phần cao trong điều kiện hấp thụ; cácchất hấp thụ này không tạo bọt và không ăn mòn thiết bị, nhiều chất hấp thụ cónhiệt độ đóng băng thấp Với áp suất hỗn hợp tạp chất cao để thực hiện quá trìnhlàm sạch bằng dung môi hữu cơ đòi hỏi đầu tư và chi phí sản xuất thấp hơn so vớiquá trình hấp phụ hóa học amin, vì khả năng hấp thụ của dung môi hữu cơ tỷ lệthuận với áp suất riêng phần của khí chua và các hỗn hợp tạp chất khác Hoànnguyên các chất hấp thụ vật lý trong nhiều trường hợp không cần phải gia nhiệt mànhờ hạ áp suất trong hệ

Khuyết điểm cơ bản của các quá trình này là: dung môi hấp phụ tốthydrocacbon; làm sạch tinh khí trong nhiều trường hợp chỉ có thể thực hiện sau khi

đã thực hiện các quá trình làm sạch trước bằng dung môi alkalamin

2.3 Quá trình làm sạch khí bằng dung môi là hỗn hợp dung dịch nước của alkalamin với dung môi hữu cơ – sulfolan, methanol…

Chúng đặt cơ sở trên việc hấp thụ vật lý các hợp chất không mong muốnbằng các dung môi hữu cơ và tương tác hóa học với alkalamin Các quá trình này

có nhiều ưu điểm cả của hấp thụ hóa học và vật lý Chúng có thể được ứng dụng đểlàm sạch tinh H2S, CO2, RSH, COS và CS2

Khuyết điểm cơ bản của các quá trình này là: dung môi hấp thụ tốthydrocacbon (đặc biệt là hydrocacbon thơm), điều này làm hạn chế lĩnh vực ứngdụng của quá trình nhóm 2 và 3

Tất cả các quá trình đều dựa trên hấp thụ hóa học hoặc vật lý của các hỗnhợp chất chứa lưu huỳnh - oxy và giải hấp chúng sau đó ra khỏi chất hấp thụ vàchuyển khí chua chứa hydrusulfua sang thiết bị sản xuất lưu huỳnh dạng Clause

2.4 Làm sạch khí bằng dung môi alkalamin

Với áp suất riêng phần của khí chua thấp khả năng hấp thu của chất hấp thụalkalamin đối với hydrosulfua và cacbonic tăng lên Trong lĩnh vực này các chấthấp thụ hóa học cạch tranh được với dung môi vật lý Dưới đây trình bày chất hóa

lý của các dung môi alkalamin:

MEA DEA DIPA DGA

Độ hòa tan trong nước ở 200C,

Nhiệt hóa hơi ở 105 Pa, J/kg 1486,4 1205,9 722,5 917,4

Quá trình tương tác CO2 và H2S với monoetanolamin được viết bằng phươngtrình tổng quát:

2RNH2 + H2S  (RNH3)2S(RNH3)2S + H2S  2RNH3HS

 Làm sạch mercaptan với axit H2SO4:

Hợp chất disulfit này rất dễ hòa tan trong H2SO4, do vậy ta đã loại đượcmercaptan ra khỏi phân đoạn

Chế độ công nghệ để làm sạch bằng H2SO4 phụ thuộc vào mục đích của quátrình làm sạch:

- Để tách nhựa nhằm nâng cao chất lượng của xăng, tách hợp chất của S,dùng H2SO4 93%

- Để tách aren, dùng H2SO4 98% hoặc oleum

- Để tẩy màu xăng hoặc loại các chất nitơ, dùng H2SO4 95% hay thấp hơn

- Để loại alken, dùng H2SO4 ≥ 60%

Nhiệt độ tiến hành quá trình làm sạch từ 50 đến 85oC

Chương 4

LÀM SẠCH BẰNG KIỀM

Phương pháp làm sạch bằng kiềm được áp dụng nhằm:

 Làm sạch các hợp chất axit hoặc H2S như axit naphtenic, axit béo,phenol có mặt trong các phân đoạn dầu mỏ

 Làm sạch axit tạo ra trong quá trình làm sạch bằng axit như trên, như

H2SO4 dư, sulfoaxit của hợp chất thơm, ete sulfoaxit

Các phản ứng xảy ra trong quá trình làm sạch bằng kiềm như sau:

RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O(C6H5O)2SO2 + 2NaOH → 2C2H5OH + Na2SO4

Sau đó rửa bằng nước, các muối tạo thành sẽ tan, có thể tách ra khỏi phakhông tan là xăng

Các hợp chất lưu huỳnh axit:

H2S + NaOH → NaHS + H2O

H2S + 2NaOH → Na2S + H2O

Na2S + H2S → 2NaHSRSH + NaOH → RSNa + H2OTuy nhiên, các chất mercaptan rất khó rửa bằng kiềm vì tính axit củamercaptan giảm khi tăng chiều dài mạch Cacbon, do vậy với các mercaptan có khốilượng phân tử lớn, người ta thường cho oxy hóa bằng oxy của không khí để tạodisulfit:

2RSH + O2 → RSSR + H2O2

2RSH + H2O2 → RSSR + 2H2O4RSH + O2 → 2RSSR + 2H2OCác disulfit không tan trong nước, nhưng tan trong H2SO4

Chương 5

TÁCH CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH

Với mục đích tách các hợp chất lưu huỳnh trong phân đoạn nhiên liệu nhậnđược trong chế biến dầu lưu huỳnh Một trong những nhiệm vụ trong làm sạch lưuhuỳnh trong nhiên liệu là cải thiện mùi của sản phẩm Với mục đích này có một sốphương pháp xử lý, trước tiên là làm sạch mercaptan ra khỏi nhiên liệu hoặcchuyển hóa nó thành chất có mùi ít khó chịu hơn (như disulfur) Nhiều mercaptanchứa trong xăng có phản ứng yếu và có thể loại ra bằng cách rửa bằng dung dịchkiềm trong nước Độ hòa tan của mercaptan trong dung dịch kiềm có thể tăng nếuthêm axit hữu cơ và các hợp chất khác Rửa kiềm là phương pháp đơn giản và cóhiệu quả cao để làm sạch các phân đoạn nhiên liệu Để chuyển hóa mercaptanthành disulfur trong công nghiệp hiện nay sử dụng quá trình Meox (oxy hóamercaptan)

Hiện nay trong công nghiệp ứng dụng các công nghệ xử lý hợp chất lưuhuỳnh với xúc tác tầng cố định của Hãng Gulf như: Gulf HDS, VOP-RCD,Chevron RDS Isomax và quá trình của Shell, các quá trình với xúc tác tầng sôi nhưH-Oil Các quá trình nhóm thứ nhất ứng dụng để xử lý nhiên liệu tương đối nhẹnhư mazut với hàm lượng lưu huỳnh 3 ÷ 5% (k.l.), dưới 90 phần triệu niken vàvanady Sản phẩm chứa 0,6 ÷ 1% lưu huỳnh

Theo License của Hãng Gulf sơ đồ công nghệ đầu tiên được xây dựng vàonăm 1970 để xử lý mazut tại nhà máy Nyppon Mining Trong sơ đồ có hai lò phảnứng với công suất tổng là 1,7 triệu tấn/năm Trong các lò phản ứng xúc tác đượcxếp thành lớp và hydro lạnh được đưa vào giữa các lớp xúc tác để lấy bớt nhiệt.Hoạt độ xúc tác được duy trì nhờ giữ ở nhiệt độ cao: đầu chu kỳ là 3600C và cuốichu kỳ là nhiệt độ cao hơn khoảng 60 ÷ 700C Hàm lương lưu huỳnh sau khi xử lý

là 1% (k.l.), đồng thời cũng giảm hàm lượng kim loại và hợp chất nitơ Một hãngkhác của Nhật Toa Oil đã xây dựng sơ đồ công suất lớn (3.300m3/ngày) để hóa khí

và loại lưu huỳnh trong cặn chân không hàm lượng lưu huỳnh cao theo quá trìnhFlexcoking để thu được nhiên liệu đốt lò chứa dưới 1% lưu huỳnh

Một sơ đồ công suất 43,5 ngàn m3/năm làm việc theo 2 giai đoạn: trong giaiđoạn thứ nhất bằng quá trình cố hóa nguyên liệu (gudron) thu được gasoil và cốc;trong giai đoạn thứ hai cốc được hóa khí và khí, gasoil thu được từ giai đoạn 1được loại lưu huỳnh Trong quá trình này nhận được hiệu suất nhiên liệu đốt lò là80% Quá trình Flexcoking được ứng dụng để chế biến nguyên liệu không thuận lợinhất Đưa gudron vào lò phản ứng, trong đó nhờ chuyển động của dòng khí xúc tác

ở trạng thái tầng sôi, cốc được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt, một phần cốc đượcđưa đi tuần hoàn cho lò phản ứng, phần dư được hóa khí bằng không khí và hơitrong thiết bị khác Số liệu về chế biến gudron có nhiệt độ sôi đầu 5650C, hàmlượng lưu huỳnh 3,6% và kim loại 890 ppm (phần triệu) như sau:

Hiệu suất,

% k.l

Hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm, %

so với tổng lưu huỳnh trong nguyên liệu

Trong hydrodesulfur của cả deasphatizat và mazut vanady sẽ cất mạch nhanhhơn hợp chất Niken Tăng độ sâu loại lưu huỳnh phân tử lượng của sản phẩm tạothành giảm và hàm lượng phân đoạn trên 3500C tăng Hydrodesulfur distilat chânkhông đến hàm lượng lưu huỳnh 0,2 ÷ 0,4% được thực hiện ở 5 ÷ 10 MPa, xúc tác

có tuổi thọ trên 24 tháng Hiệu suất nhiên liệu chứa 0,7% lưu huỳnh là 78%, chi phíxúc tác < 0,2 kg/tấn sản phẩm

Nghiên cứu cho thấy ở áp suất thấp loại lưu huỳnh sau chủ yếu nhờhydrodesulfur hydrocacbon thơm, còn ở áp suất cao lưu huỳnh được loại ra khôngchỉ từ các chất thơm và nhựa mà cả từ asphanten Giảm áp suất chi phí H2 giảm,nhưng tuổi thọ của xúc tác không cao

Hãng UOP đề xuất quá trình thực hiện trong lò phản ứng với nhiều vùngkhác nhau Xúc tác chứa 4,1% kẽm và 10,4% kim loại nhóm VI (như molibden) cómức giảm hoạt độ thấp trong chế biến nguyên liệu cặn lưu huỳnh cao Do đó cácxúc tác truyền thống như AKM và AHM được sử dụng trong giai đoạn thứ hai, cònxúc tác Zn - Mo hoặc Bi - Mo trong giai đoạn thứ nhất của quá trình loại lưu huỳnhhai giai đoạn